GSIS와 AHP법을 이용하여 삼척지역을 대상으로 산사태 발생 가능성을 분석하였다. 산사태를 유발하는 많은 인자들 중에서 경사도, 경사방향, 지질, 토양, 임상자료들은 기존의 지도자료를 이용하여 입력하여 데이터베이스를 구축하였다. 연구대상지역의 환경적ㆍ지리적 특성을 고려하여 산사태를 유발하는 인자를 결정하였으며, AHP법을 적용하여 유발인자들에 대한 입력값을 결정하였다. 산사태가 발생할 가능성이 있는 지역은 산사태 유발인자들로 만들어진 각각의 레이어를 중첩함으로써 작성되었다. 마지막으로 작성된 도면을 실제 산사태가 발생한 곳과 비교함으로써 산사태 유발인자들이 산사태 발생에 미치는 영향을 알아보았다. 그 결과 삼척지역에서는 토양과 지질적 요소가 가장 많은 영향을 미쳤다는 것을 알 수 있었다.
데이터 탐색은 수집한 데이터를 다양한 각도에서 관찰 및 이해하는 과정으로 데이터 구조 및 특성 분석을 통해 데이터의 분포와 상관관계를 파악하는 과정이다. 일반적으로 산사태는 다양한 인자들에 의해 유발되고 발생 지역에 따라 유발 인자들이 미치는 영향이 상이하기 때문에 산사태 취약성 분석 이전에 데이터 탐색을 통해 유발 인자 사이의 상관관계를 파악하고 특징적인 유발 인자를 선별한다면 효과적인 분석을 수행할 수 있다. 따라서 본 연구는 데이터 탐색이 예측 모델의 성능에 미치는 결과를 확인하기 위해 두 단계에 걸친 데이터 탐색을 수행하여 인자를 선별하고, 선별된 유발 인자들 사이의 조합과 23개의 전체 유발 인자 조합을 활용하여 딥러닝 기반의 산사태 취약성 분석을 진행하였다. 데이터 탐색 과정에서는 Pearson 상관계수 heat map과 random forest의 인자 중요도 histogram을 활용하였으며, 딥러닝 기반 산사태 취약성 분석 결과의 정확도는 분석을 통해 획득한 산사태 취약 지수 값을 이용해 제작한 산사태 취약성 지도를 confusion matrix 기반의 정확도 검증 방법을 통해 분석하였다. 분석 결과, 전체 23개의 인자를 사용한 산사태 취약성 해석 결과는 55.90%의 낮은 정확도를 보였지만 한 단계의 탐색을 거쳐 선별한 13개 인자를 활용한 취약성 해석 결과는 81.25%의 분석 정확도를 보였고, 두 단계 데이터 탐색을 모두 수행하여 선별된 9개의 유발 인자를 활용한 산사태 취약성 분석 결과는 92.80%로 가장 높은 정확도를 보였다. 따라서 데이터 탐색을 통해 특징적인 유발 인자를 선별하고 분석에 활용하는 것이 산사태 취약성 분석에서 더 좋은 분석 성능을 기대할 수 있음을 확인하였다.
강원도 지역은 산지지형이 많고 여름철 장마나 이상기후에 의한 국지적인 집중호우에 의해서 산사태가 자주 발생하고 있다. 산사태를 유발하는 인자들은 매우 다양하고 붕괴 메커니즘이 매우 복잡하기 때문에 산사태와 같은 자연현상을 분석하고 연구하기에는 많은 어려움이 따른다. 그러나 GIS를 이용하면 효과적으로 자료를 분류하고 분석할 수 있으며, 컴퓨터에 의해 실세계를 모델링함으로서 분석결과를 시각적이고 객관적으로 설명할 수 있다. 따라서 이 연구에서는 과거 산사태가 발생하였던 지역에서의 산사태 발생 원인에 대한 분석을 통해서 산사태를 유발하는 인자를 결정하고, 각 유발인자들을 등급별로 분류하여 GIS DB를 구축하였으며, AHP법에 의해 경중률을 계산하고 GIS를 이용하여 연구지역에 대한 산사태 발생취약성을 평가한 후, 각각의 산사태 유발인자의 영향을 분석한 결과 임상인자의 영향이 가장 큰 것으로 분석되었다.
본 연구에서는 산림청에서 산사태 위험지를 판정하는데 이용하고 있는 판정표를 기반으로 산사태 발생 위험도를 예측할 수 있는 GIS 응용모델을 개발하였다. 이 모델에서 산사태 위험지는 지형, 임상 및 지질과 같은 산림입지환경 인자들 중 7개 인자를 선별적으로 이용하여 분석하도록 설계되었다. 이러한 입지환경 인자들 중 경사길이, 경사위치, 사변형태의 분석은 DEM 자료를 이용하여 산지사면 분석이 가능하도록 개발된 '산사태 예측을 위한 산지사면 입지해석 모듈' 을 이용하였다. 산사태 위험지 판정 모델의 구조는 원자료를 입력받아 가공, 변환하는 입력모듈과, 산사태 위험지 판정인자를 분석하여 해당지역의 산사태 위험지를 분석하는 모듈, 분석된 산사태 위험도 판정 결과를 제시하는 출력모듈 등으로 구성되어 있다. 경기도 용인 안성 지역에서 발생한 산사태를 대상으로 모델을 적용한 결과 약 72%에 해당하는 산사태가 산사태 위험도 2등급 이상으로 판정된 곳에서 발생하였다.
이상기후에 의한 집중호우나 태풍의 영향으로 예전에는 기록이 없었던 백두대간과 전국 국립공원의 자연사연에서 산사태가 많이 발생하고 있으며 특히 지형이 험준하고 고도가 높은 지리산의 경우, 다른 국립공원에 비해서 그 발생빈도가 높게 나타난다. 본 연구에서는 지리산 북쪽지역으로 경상남도 함양군 마천면과 전라북도 남원시 산내면에 걸쳐서 발생한 산사태를 중심으로 산사태를 발생시키는 영향인자를 GIS와 원격탐사를 이용하여 분석하였다. 먼저 산사태 발생 지역의 지형특성을 분석하였고 산사태 발생과 산사태 발생에 영향을 끼친 인자들의 상관관계를 알아보기 위해서 빈도비를 사용하였으며 가중치를 도출하기 위해서 다중 회귀분석을 실시하였다.
강원도의 경우 대부분 산지로 이루어져 있어 산사태로 인한 피해가 매우 크다. 이러한 산사태를 예방하기 위해서는 산사태 발생에 영향을 미치는 기초적인 관련 인자를 분석하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 강원도 인제군 인제읍 덕산리 지역을 대상으로 재해 직후 촬영된 항공사진을 이용하여 육안판독에 의한 디지타이징 방법으로 산사태 발생 및 미발생 지점을 추출하였으며, GIS를 이용한 지형도, 임상도, 토양도의 중첩분석을 통하여 산사태 관련 인자에 대하여 지형학적, 임상학적, 토양학적 특성을 수량화 2종법을 이용하여 분석하였다. 분석결과 경사도는 $20^{\circ}{\sim}35^{\circ}$ 사이에서 산사태가 많이 발생하였으며, 임상 인자의 경우 침엽수가 산사태 발생 빈도와 더 큰 연관성을 보였다. 토양 인자의 경우 유효 토심이 얕을수록, 토양모재가 산성암일수록 산사태 발생빈도가 높게 나타났다.
산사태는 전 세계적으로 매년 큰 재산 피해를 야기하는 자연 재해로 알려져 있다. 국내에서도 기후 변화의 영향으로 산사태 피해가 증가하는 경향을 보이고 있으며, 이로 인한 피해를 줄이기 위해서는 산사태를 증가시키는 인자들을 파악하는 것이 중요하다. 따라서 본 연구는 충청북도 충주시에서 발생한 산사태 피해에 영향을 미치는 변수들의 중요도를 평가하기 위해 랜덤포레스트 모델을 활용하여 14개의 인자들 사이의 중요도를 분석하였다. 연구 결과, 모델의 성능은 AUC가 0.87로 높은 정확도를 보이며, 변수 중요도는 경사 방향, 경사, 계곡까지의 직선 거리, 고도 순으로 정해졌으며, 이는 경사방향과 경사 등의 지형인자가 암종과 유효토심과 같은 지질과 토양인자보다 산사태 피해에 더 큰 영향을 미친다는 것을 시사한다. 이 연구 결과는 산사태 피해 예측지도의 제작 및 산사태 피해 감소에 초점을 맞춘 연구에 기초 자료로서 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
본 연구의 목적은 인제읍을 대상으로 빈도비와 로지스틱 회귀분석 모델을 통합한 앙상블 모델을 이용하여 산사태 취약성을 분석하고, 예측 정확도를 비교하는 것이다. 산사태 위치는 산사태 발생 전 후에 촬영된 항공사진을 이용하여 추출되었다. 추출된 총 422개의 산사태는 산사태 취약성 분석을 위해 훈련용 (70%)과 검증용 (30%) 자료로 랜덤하게 분류되었다. 산사태 관련인자는 고도, 경사도, 경사향, 배수로부터의 거리, 토양수분지수, 하천강도지수, 토질, 유효토심, 영급, 경급, 밀도, 임상 등 총 12개의 인자를 이용하였다. 산사태 및 산사태 관련인자는 공간데이터베이스로 구축된 뒤 빈도비와 앙상블 모델을 이용하여 산사태와 산사태 관련 인자 간 상관관계를 분석하였다. 그 결과를 바탕으로 각 모델별 산사태 취약성 지도를 작성하였고, relative operating characteristics(ROC) 곡선을 이용하여 예측 정확도를 검증 및 비교하였다. 분석 결과, 앙상블 모델에 의해 작성된 산사태 취약성 지도는 75.2%의 예측 정확도를 보였고, 이 결과는 빈도비 모델에 의해 작성된 산사태 취약성 지도와 비교하여 예측 정확도가 약 2% 향상된 것으로 나타났다. 본 연구에서 작성된 산사태 취약성 지도는 향후 효과적인 토지이용 계획을 수립하고, 재난재해로 인한 피해를 경감시키는데 활용 가능할 것으로 판단된다.
본 연구는 산사태 관련 인자를 달리하여 산사태 취약성을 분석한 후, 정확도를 비교하고자 한다. 이를 위해 항공사진을 이용하여 산사태 위치를 추출하였고, 항공 LiDAR와 수치지도를 이용한 지형인자, 각종 주제도를 이용한 토양, 임상, 토지피복 인자를 추출하여 공간데이터베이스를 구축하였다. 산사태 취약성 지도는 로지스틱 회귀분석과 빈도비를 이용하여 산사태 취약지수를 산정하는 것에 의해 작성되었다. 분석결과, 항공 LiDAR와 수치지도의 상관관계는 거의 일치하였으며, 각 방법별로 작성된 산사태 취약성 지도 사이에는 강한 상관관계가 존재하였다. 각 방법별로 작성된 산사태 취약성 지도는 높은 예측 정확도를 보였다. 특히, 빈도비와 항공 LiDAR를 이용할 경우 성능이 더욱 향상되었다. 이를 통해 항공 LiDAR 자료는 효과적인 산사태 발생 예측 및 피해저감대책을 수립하는데 기여할 것으로 판단된다.
최근 다양하게 제시되고 있는 확률론적 방법에 의한 산사태 예측기법의 경우 전문적 지식을 기반으로 조사 및 분석이 이루어질 경우에만 분석결과의 신뢰성을 확보할 수 있다. 그러나 재해 발생상황에서는 통계분석을 통한 산사태 예측의 전문가뿐만 아니라 공무원, 지질공학자 등 통계적 전문지식을 갖지 않은 재해분야 담당자도 신뢰성 있고 간편한 방법으로 산사태 취약성을 해석할 수 있어야 한다. 따라서 본 논문은 전문가는 물론 비전문가도 쉽게 의미를 이해하고 활용할 수 있으면서도 정확한 분석을 통한 통계적 접근으로 신뢰성 높은 산사태 취약성 평가표를 개발하여 제안하고자 하였다. 이를 위해 기존에 국내에서 산사태가 집중적으로 발생한 지역의 지질, 지형, 토질자료를 토대로 산사태 정준상관분석을 통한 수량화 기법을 이용하여 산사태 취약성 평가표를 개발하였다. 산사태의 현장자료와 실내시험자료를 바탕으로 통계분석을 실시하고, 그 결과를 토대로 영향인자 선정 및 인자별 급간 값을 설정한 것이다. 수량화 분석결과 산사태를 발생시키는 여러 인자 중 사면경사가 가장 큰 중요도를 가지며, 고도, 투수계수, 간극율, 암질, 건조밀도의 순서로 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 각 평가항목별로 결정된 점수를 기준으로 평가항목 각각의 세부등급에 대한 점수를 할당하여 산사태재해 취약성 평가표를 개발하였다. 산사태재해 취약성 평가표를 이용하여 평가자는 평가대상 지점에 대해 각 평가항목별 해당 속성, 즉 세부등급을 선택하고, 선택된 각 속성별 평가점수를 더하면 산사태 취약성을 점수로 신속하게 파악할 수 있다. 또한, 이 결과를 토대로 GIS 기법을 이용한 산사태 예측지도 또는 취약성지도 등을 작성하여 활용할 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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