LiDAR 자료를 이용한 침수피해 산정 시스템 개발 = Development of damage estimation system using LiDAR data

국문 초록 (Abstract)

물은 인간의 삶을 영위하는 가장 기본적인 요소로써 고대로부터 물의 이용(利水)과 관리(治水)에 많은 노력을 기울여 왔으며, 현재에도 물을 이용하고 관리하기 위해 댐 건설 및 제방 축조와 같은 대규모의 사업을 통한 이·치수에 대한 노력이 진행되고 있다.
최근 빈번히 발생하고 있는 홍수로 인한 피해는 해마다 증가하고 있는 추세이며, 이는 국내 유역의 특성상 하천의 경사가 급하여 홍수의 도달시간이 짧고 강우 분포가 하절기에 집중되기 때문이다. 또한 지난 몇 년 동안 반복되고 있는 기상이변에 따른 게릴라성 폭우에 의한 피해도 매년 증가하고 있다.
중앙정부와 각 지자체에서는 홍수로 인한 피해보상 및 지원금 산정으로 많은 예산을 소모하고 있으며, 현재 이러한 보상금 책정에 있어서 기준은 중앙재난안전대책본부에서 고시한 ‘자연재난조사 및 복구계획수립 지침’에 따라 침수발생 지역의 피해면적을 고려하여 산정하고 있다. 하지만, 홍수로 인한 침수는 그 침수 깊이에 따라 피해 양상을 달리하므로 정확한 침수 깊이를 산정하여 피해보상 및 지원금 산정 시 활용될 수 있는 기준을 마련하는 것이 시급한 문제라고 판단된다.
이를 위해서는 유역의 지형학적 특성인자 및 수문학적 특성인자를 정확하게 파악하여야 함을 우선으로 하고 있으나, 기존 연구에서 추출된 특성인자들은 해당 유역의 1/5,000 혹은 1/25,000 지형도에서 표고 값을 획득하는 것으로, 표고 정확도가 낮기 때문에 활용성과 수문학적 연구결과에 대한 신뢰도가 낮다는 문제점을 지니고 있다.(심정민, 2005)
1990년대 초 시작된 항공 레이저 측량(LiDAR; Light Detection And Ranging)은 레이저 스캐너를 항공기에 장착하여 펄스를 지표면에 주사하고 반사된 펄스의 도달시간을 관측함으로써 반사 지점의 공간위치 좌표를 계산하여 지표면에 대한 정보를 추출하는 기법이다. 이러한 LiDAR는 측량기술의 발달과 더불어 정확도가 점차 향상되어 왔으며, 미국, 일본 및 독일 등 선진국에서는 보편적으로 적용되고 있는 측량방법 중 하나이다. 또한, 최근의 연구결과에 의하면 측량 정확도에 있어 최적의 경우 수직위치정확도 ±15cm, 수평위치정확도 ±30cm로 정밀도가 증가되었다. 현재 LiDAR는 다양한 분야에서 적용되고 있으며 최근 도시지역의 대축척 지형도 제작 및 갱신과 GIS(Geographic Information System) 분야 등에 활용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.
본 연구에서는 상기에서 언급한 것과 같은 LiDAR 자료를 이용하여 홍수로 인한 침수 피해액을 보다 정확하게 산정하기 위하여 침수깊이 개념을 고려하는 것을 그 목적으로 하고 있으며, 이러한 목적을 위하여 다음과 같은 세부사항을 고려하였다.
첫 째, LiDAR 자료를 이용함으로써 수치지형도가 내포하고 있는 오차로 인하여 수반되는 피해 오차를 줄일 수 있으며 이는 보다 정확한 피해액을 산정할 수 있도록 하였다.
둘 째, 침수의 유,무만으로 피해액을 산정하는 경우 실제와 다르게 나타나므로 침수깊이 산정을 통하여 보다 정확한 결과를 도출하고자 하였다.
셋 째, 홍수로 인한 침수는 제방 월류의 경우만 고려하였으며 제체 파괴에 따른 침수피해는 본 연구에서는 고려하지 않았다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Recently, significant damages occur often. The damage by repetitive typhoons and severe rain storms in Korea has been increasing. However, the national hazard management system in Korea is not good enough to manage damages caused by those natural disaster.
The purpose of this paper is to construct more efficient ways of Inundation damage estimation by applying GIS technology and LiDAR data.
The Inundation damage estimation system, built by this paper, contains characters. First, it considers flood area and depth. Second, all information can be promptly checked up through digital map at any time.
When the flood damage estimating, the considering of flood depth is very important thing. But, this factor is not considered to estimation of the flood damage yet.
As result, LiDAR data application system on estimating flood disaster relief fund was developed using visualbacic and GIS application(ArcGIS) in this Study. And in this study, we compares the results of LiDAR data with digital map data.

목차 (Table of Contents)

• 표 목 차 = ⅳ
• 그림목차 = ⅵ
• 제1장 서론 = 1
• 1.1 연구배경 및 목적 = 1
• 1.2 연구동향 = 3
• 1.2.1 LiDAR를 이용한 연구동향 = 3
• 1.2.2 침수분석에 관한 연구동향 = 4
• 1.2.3 침수피해액 산정에 관한 연구동향 = 6
• 1.3 연구내용 및 방법 = 9
• 제2장 이론적 배경 = 12
• 2.1 LiDAR 시스템 = 12
• 2.1.1 LiDAR의 원리 = 13
• 2.1.2 레이져의 반사강도 특성 = 15
• 2.1.3 LiDAR의 거리측량 = 16
• 2.1.4 스캐닝 방식과 멀티에코 = 17
• 2.1.5 GPS/INS와 레이저 스캐너 결합 = 19
• 2.1.6 LiDAR 자료를 이용한 DEM제작 = 22
• 2.2 수문 분석 = 24
• 2.2.1 강우분석 = 24
• 2.2.2 홍수유출량 분석 = 27
• 2.2.3 홍수위분석 = 28
• 2.3 침수예측 = 32
• 2.4 침수피해 산정 = 33
• 2.4.1 개선법의 문제점 보완 = 34
• 2.4.2 지역특성을 고려한 홍수피해산정 = 34
• 2.4.3 침수심을 고려한 홍수피해액 산정 = 36
• 제3장 유역 내 수문자료 분석 = 45
• 3.1 대상 유역 = 45
• 3.1.1 표고분석 = 47
• 3.1.2 경사분석 = 48
• 3.1.3 향분석 = 49
• 3.2 강우분석 = 50
• 3.2.1 강우분석 = 50
• 3.2.2 지속시간별 확률강우량 산정 = 54
• 3.3 홍수유출량 분석 = 57
• 3.3.1 CN 산정 = 57
• 3.3.2 홍수유출량 분석 = 64
• 3.4 홍수위 분석 = 66
• 3.4.1 기점홍수위 및 조도계수 = 66
• 3.5 LiDAR 자료의 정확도 분석 = 70
• 제4장 침수피해 산정 시스템 개발 = 74
• 4.1 시스템 개발 = 74
• 4.1.1 LiDAR 자료를 이용한 DEM 생성 = 76
• 4.1.2 침수모의 = 79
• 4.2 LiDAR 자료를 이용한 침수피해 산정 = 82
• 4.2.1 인명피해 산정 = 86
• 4.2.2 재산피해 산정 = 87
• 4.2.3 LiDAR 자료를 이용한 침수피해 결과 분석 = 89
• 4.3 수치지형도를 이용한 침수피해 산정 = 95
• 4.3.1 TIN 및 DEM 생성 = 95
• 4.3.2 수치지형도를 이용한 침수피해 결과 분석 = 97
• 4.5 결과분석 및 비교 = 101
• 제5장 결론 = 104
• 참고문헌 = 106