북한 환경정보 구축 및 활용 방안 연구(I) : 토지피복지도 구축을 중심으로

북한 환경정보 구축 및 활용 방안 연구( I) : 토지피복지도 구축을 중심으로 _____ 연구보고서 2015-10 _____

북한 환경정보 구축 및 활용 방안 연구(Ⅰ)

: 토지피복지도 구축을 중심으로

_____ Construction and Utilization of Environmental Information in Inaccessible Terrain:

Focused on Construction of Land Cover Map _____ 정휘철 외

이명진 (한국환경정책․평가연구원 전문연구원) 김근한 (한국환경정책․평가연구원 연구원) 장래익 (한국환경정책․평가연구원 초빙연구원) 강병진 ((주)제티엔 부장) 김남기 ((주)제티엔 과장) 변형균 ((주)제티엔 과장) 나성제 ((주)제티엔 팀장) 산학연정 연구자문위원 김경민 (국립산림과학원 임업연구사) 김광은 (한국지질자원연구원 연구위원) 김진오 (경희대학교 교수) 김천규 (국토연구원 연구위원) 노우영 (환경부 사무관) 심창섭 (한국환경정책․평가연구원 연구위원) 이상범 (한국환경정책․평가연구원 연구위원) 이정호 (한국환경정책․평가연구원 연구위원) 전성우 (고려대학교 교수) 홍석영 (국립농업과학원 연구관) ⓒ 2015 한국환경정책･평가연구원 발행인 박광국 발행처 한국환경정책･평가연구원 세종특별자치시 시청대로 370 (우편번호) 30147 전화 044)415-7777 팩스 044)415-7799 http://www.kei.re.kr 인쇄 2015년 12월 26일 발행 2015년 12월 31일 출판등록 제17-254호(1998년 1월 30일) ISBN 978-89-8464-976-7 93530 이 보고서를 인용 및 활용 시 아래와 같이 출처 표시해 주십시오. 정휘철 외. 2015. ｢북한 환경정보 구축 및 활용 방안 연구 1: 토지피복지도 구축을 중심으로｣. 한국환경정책･평가연구원. 값 7,000원

2014년 7월 대통령 직속 통일준비위원회의 출범을 계기로 대한민국 정부는 한반도 신뢰 프로세스를 기반으로 통일 시대를 대비한 한반도의 종합적인 국토 발전방향과 발전 전략 수립의 필요성이 제기되었습니다. 한반도 국토개발 계획에는 반드시 환경계획이 수 립·반영되어야 하며, 환경계획을 수립하는 단계에서 국토의 환경성을 평가할 수 있는 다 양한 요인들의 환경정보는 필수입니다. 하지만 북한지역의 환경계획 수립에 활용할 수 있는 환경정보는 매우 부족한 실정입니 다. 특히 최근에 이슈화되고 있는 DMZ 국립공원, 경원선복원, 백두대간보호지역 설정을 위해서는 다양한 환경정보가 필요한데, 북한지역에 대한 환경정보는 환경부의 대분류 토 지피복지도 등 제한적입니다. 또한 부처 및 기관별로 북한 관련 환경정보가 일부 구축되 어 있지만, 대외비인 관계로 공유 및 활용이 어려운 상황입니다. 이러한 한계점과 문제점 을 인식하여 ‘북한 환경정보 구축 및 활용 방안 연구 Ⅰ : 토지피복지도 구축을 중심으로’ 를 수행하게 되었습니다. 본 연구는 북한의 토지피복지도를 포함한 환경공간정보의 실질적인 구축에 앞서 북한 의 환경정보 구축과 관련하여 하나의 초석이 될 것입니다. 본 연구를 계기로 북한지역의 토지피복지도를 포함한 다양한 환경공간정보가 구축되어, 북한지역의 환경계획을 비롯한 다양한 환경정책 분야에서 활용될 수 있기를 기대합니다. 본 연구를 수행한 정휘철 박사, 윤정호 박사, 이명진 연구원, 김근한 연구원, 장래익 연구원께 감사드리며, 아울러 본 연구의 진행에 아낌없는 조언을 해주신 내·외부 자문위 원 여러분께도 다시 한 번 깊은 감사를 드립니다. 2015년 12월 한국환경정책 ･ 평가연구원 원장 박 광 국

최근 한반도 신뢰 프로세스를 기반으로 한 통일 시대를 준비하기 위해 종합적인 국토 발전방향과 발전전략 수립의 필요성이 제기되고 있다. 이를 위해 정부는 종합적이고 장기 적인 한반도 국토발전 마스터플랜을 수립하여 한반도 국토발전 로드맵을 제시하고자 하 며, 남북협력사업의 일관성과 지속성을 확보하고 개별사업을 검토할 수 있는 포괄적인 국토발전계획을 마련하고자 한다. 이에 지속 가능한 국토관리를 위한 한반도 국토개발 마스터플랜 구축을 위해서는 객관 적이고 과학적 분석에 활용할 수 있는 접근불능지역의 환경공간정보가 필요하다. 하지만 현재 북한의 환경공간정보는 거의 전무하다시피 하며, 그나마 환경부에서 구축한 대분류 토지피복지도가 있지만, 기 구축된 대분류 토지피복지도는 전 국토를 7개 항목으로 토지 피복을 구분하고 있고, 공간 및 속성 해상도가 떨어짐에 따라 정책적으로 활용할 수 있는 분야가 한정적이다. 따라서 본 연구에서는 북한지역의 토지피복지도 관련 선행연구 검토결과를 바탕으로 환경정보가 제한적인 북한지역의 중분류 토지피복지도 구축 방법을 검토하였다. 특히 북 한지역을 대상으로 한 기존 2009년 환경부 중분류 토지피복지도 시범 구축 연구, 접근불 능지역의 도시지역의 토지이용도 구축 관련 선행연구, 산림지역의 대표 사례로 북한지역 산림황폐지 현황분석 연구 및 북한지역 농경지 현황 파악 연구를 검토하였다. 또한 도시 확장 예측이나 개발가능지 예측을 위한 도시분야의 토지피복지도 수요를 파악하고, 산림 분야와 농업분야에서 연구되고 있는 토지피복지도 관련 내용을 검토하였다. 이러한 선행 연구를 기반으로 본 연구에서 구축하고자 하는 토지피복지도의 분류체계(안)을 제안하였 으며, 향후 북한지역 토지피복지도 구축을 위한 발전방안을 도출하였다. 우선 본 연구에서 제시된 분류체계의 토지피복지도 구축방안을 검토하기 위해 개성지 역 일대를 구축시범지역으로 설정하였으며, 아리랑 3호 영상을 이용하여 각각의 분류체계

분류체계의 경계를 바탕으로 블록 경계 기반의 육안분석을 수행하고, 2009년 북한 중분 류 토지피복지도 시범 구축 사례와 본 연구에서 활용한 영상 확인 결과 속성 확인이 모호 한 부분에 대해서는 정확한 경계 정보를 제공할 수 있는 도시, 산림, 농업, 환경보전 분야 에서 활용할 수 있는 속성값을 부여하였다. 예를 들어 시가화지역에서는 주거지역, 상업 지역과 같은 토지이용적 개념의 속성정보는 육안분석만으로 판단하기에는 한계가 있기 때문에 고밀과 저밀시가화로 구분하여 속성을 제공하였다. 산림지역도 활엽수림, 침엽수 림, 혼효림과 같은 속성정보 대신 고밀, 저밀산림으로 구분하여 속성을 부여하였다. 그리고 향후 도시, 산림, 농업분야에서 북한지역의 토지피복과 관련하여 분류체계별 세부적인 속성값 도출 연구 및 사업이 진행되어 결과물을 공유할 수 있다면 새롭게 세부 적인 분류체계항목으로 토지피복지도의 분류항목을 갱신할 수 있도록 제안하였다. 토지피복지도 시범 구축 결과 아리랑 3호 영상을 이용한 NDVI와 육안분석을 통한 토 지피복지도 시범 구축 분류결과의 전체 분류정확도는 95.35%로 산정되었으며, 무감독분 류와 기존 환경부의 대분류 토지피복지도와 비교했을 때 경계 및 속성값 정확도의 우수성 이 검증되었다. 그리고 기존 2009년 환경부의 선행연구와 비교하여 구축비용 및 구축에 소요되는 일수 의 감축이 예상되었으며, 영상처리 및 분석 38.9%, 시가화건조지역 분류 51%, 농업지역 42.6%, 산림지역 36.5%, 기타지역 9.0%의 제작단가 절감을 통해 전체 예산의 35%를 절약할 수 있을 것으로 예상되었다. 원격탐사 자료를 이용한 북한지역의 토지피복지도 구축은 현장 접근이 곤란하고 활용 할 수 있는 참조자료가 부족한데다가 자료가 대외비인 관계로 공유 및 활용에 제한이 따르는 등 현실적으로 쉽지 않다. 따라서 기존 환경부의 중분류 토지피복지도 구축과 같 이 현장 접근성에 기초한 일반적인 원격탐사 분류 접근 방법과 달리, 정책적 활용 목적과 기술적 가능성 및 효율성을 고려한 협력적이고 단계적인 접근이 필요하다. 특히 분류목적

존재하는 불확실성을 보완할 수 있을 뿐 아니라 분류 비용과 시간을 절감하는 데 큰 역할 을 할 수 있을 것이다. 또한 각 부처의 정책 목표를 달성하기 위한 다양한 분류체계를 모두 만족시키는 토지피 복지도를 작성하는 것은 시간과 비용, 정확도 측면에서 현실적으로 어렵다. 따라서 본 연구에서는 1단계로 환경부 중분류 수준 토지피복경계를 추출하여 타 분야에서 공통으로 활용할 수 있도록 제시하고, 2단계로 환경 관련 연구기관의 협력체계를 구축하여 해당 연구기관의 연구 성과물과 방법론 적용을 통한 산림지역, 농업지역, 도시지역의 중분류 경계의 속성 갱신을 유도하는 단계적 접근 방법을 제안하였다. 주제어: 북한, 환경정보, 중분류 토지피복지도, 아리랑 3호, 협력체계

제1장 ･ 서 론 ···1 1. 연구배경 및 목적 ···1 2. 연구범위 ···2 3. 연구방법 ···3 제2장 ･ 이론적 배경 및 선행연구 ···5 1. 원격탐사를 이용한 토지피복분류 이론적 배경 ···5 가. 토지피복분류의 정의 및 목적 ···5 나. 토지피복분류체계 ···6 다. 원격탐사 영상자료의 특성 및 주요 위성 ···15 라. 토지피복분류방법 ···17 마. 정확도 검증 방법 ···19 2. 환경부 토지피복지도 구축 현황 ···21 가. 구축 목적 ···21 나. 주요 추진경과 및 분류체계 ···21 다. 제작 방법 ···24 3. 토지피복지도 활용사례 ···26 가. 자연환경관리 ···26 나. 도시분야 활용 ···32 다. 산사태분야에서의 활용 ···39 라. 비점오염원관리 활용 ···40 마. 대기질오염관리 활용 ···42

나. 도시분야 ···49 다. 산림분야 ···63 라. 농업분야 ···74 마. 접근불능지역 연구 특성 검토 ···79 제3장 ･ 접근불능지역의 토지피복지도 분류체계 설정 및 구축 방법론 ···82 1. 개요 ···82 2. 분류체계(안) 설정 ···83 3. 분류체계별 구축방안 ···88 가. 기존 연구(2009년)와 구축방안 비교 ···88 나. 분류항목별 정의 및 분류기준 개선(안) ···89 제4장 ･ 접근불능지역의 중분류 토지피복지도 시범 구축 ···102 1. 연구대상지역 ···102 가. 대상지역 선정기준 ···102 나. 시범 구축지역(개성시)의 일반현황 ···102 다. 시범 구축지역(개성시)의 특징 ···103 2. 연구 자료 및 방법 ···104 가. 위성영상 선정 ···104 나. 활용 자료 ···106 다. 분류 방법별 절차 및 내용 ···109 3. 결과 ···118 가. 영상분석을 통한 시범 구축 결과 ···118

라. 결과물 비교분석 ···126 마. 1단계 토지피복지도 구축 소요예산(추정) ···128 제5장 ･ 결론 및 발전방안 ···136 1. 연구요약 ···136 2. 발전방안 ···138 가. 환경 관련 분야 협의체 구성을 통한 협력방안 마련 ···138 나. 단계별 협력방안 구축 ···142 참고문헌 ···145 Abstract ···149

<표 2-1> 미국 NLCD 2011 분류체계 정의 및 특징 ···7

<표 2-2> 호주 NDLC Dataset 분류체계 정의 및 특징 ···10

<표 2-3> 유럽 CORINE Land Cover 분류체계 정의 및 특징 ···13

<표 2-4> 환경부 토지피복지도 분류체계 ···14 <표 2-5> 환경부 중분류 토지피복지도의 정확도 평가 산정 공식 ···20 <표 2-6> 환경부 토지피복지도 추진 경과 ···22 <표 2-7> 환경부 토지피복지도 구축 참조자료 ···25 <표 2-8> 토지피복지도 활용목적 및 사례에 따른 유형 ···26 <표 2-9> 국토환경성평가지도의 지역구분도로서 토지피복지도 활용 ···27 <표 2-10> 국토환경성평가지도 환경･생태적 평가 ···28 <표 2-11> 국토환경성평가지도의 환경･생태적 평가항목으로서 토지피복지도 활용 ···30 <표 2-12> 광역생태축 구축을 위한 보전적 가치평가 항목 및 기준 ···31 <표 2-13> 연구에 사용된 지리공간정보 자료 목록 ···38 <표 2-14> 연구에 사용된 데이터에 따른 개발사업 후 부하량 차이 ···42 <표 2-15> 대기질 모델 CAMx에 따른 토지피복 분류 기준(11개 항목) ···43 <표 2-16> 북한지역 중분류 토지피복지도 경계 및 속성판독 가능 여부···44 <표 2-17> 북한지역 중분류 토지피복지도 제작 소요예산 총괄표 ···48 <표 2-18> 2009년 북한지역 중분류 토지피복지도 구축 시범 연구 정리 ···49 <표 2-19> 고해상도 위성영상을 이용하여 토지이용실태에서 적용한 토지이용분류체계 ···51 <표 2-20> 고해상도 위성영상을 이용한 토지이용실태 분석연구 연구 정리 ···54 <표 2-21> 북한지역 지리정보 구축을 위한 분류항목 ···55

정책과제 연구 정리 ···63 <표 2-24> Quick Bird 영상을 이용한 북한 서해안 구릉지 개간에 따른 지표 침식 분석 연구 정리 ···66 <표 2-25> 고해상도 위성영상을 이용하여 토지이용실태에서 적용한 토지이용분류체계 ···67 <표 2-26> 원격탐사를 이용한 북한의 산림황폐화 현황 조사 연구 정리 ···68 <표 2-27> 북한 산림황폐지의 질감특성을 고려한 분할영상 기반 토지피복분류 연구 정리 ···69 <표 2-28> 토지피복 및 산림황폐지 분류체계 ···72 <표 2-29> 북한 상시 모니터링 지역의 산림황폐지 분류도 연구 정리 ···73 <표 2-30> 임진강 유역의 농업기반 실태와 남북한 협력방안 연구 정리 ···75 <표 2-31> RapidEye 영상을 이용한 북한의 논 면적 산정 연구 정리 ···77 <표 3-1> 북한의 토지피복분류체계(안) ···87 <표 3-2> 접근불능지역 중분류 토지피복지도 구축방안 개선(안)의 일반사항 ···89 <표 3-3> 접근불능지역 중분류 토지피복지도 구축방안 개선(안)의 제작절차 ···90 <표 3-4> 접근불능지역 중분류 토지피복지도 구축방안 개선(안)의 분류일반적용기준 ···91 <표 3-5> 접근불능지역 중분류 토지피복지도 구축방안 개선(안)의 시가화건조지역 분류기준 ···92 <표 3-6> 시가화건조지역의 단계별 분류방안 ···94 <표 3-7> 접근불능지역 중분류 토지피복지도 구축방안 개선(안)의 산림지역 분류기준 ···95 <표 3-8> 산림지역의 단계별 분류방안 ···96

<표 3-10> 농업지역의 단계별 분류방안 ···98 <표 3-11> 접근불능지역 중분류 토지피복지도 구축방안 개선(안)의 수역, 습지, 초지, 나지 분류기준 ···99 <표 3-12> 수역과 습지의 단계별 분류방안 ···100 <표 3-13> 초지와 나지의 분류방안 ···101 <표 4-1> 접근불능지역 중분류 토지피복지도 구축을 위한 위성영상 선정 검토 결과 ···105 <표 4-2> 아리랑 2호에 비해 향상된 아리랑 3호 영상의 주요 성능 ···106 <표 4-3> 계절별(봄, 겨울) 영상의 정규화식생지수(NDVI) 분포도 ···110 <표 4-4> 계절별(봄, 겨울)영상의 무감독분류 ···111 <표 4-5> 접근불능지역의 수치지형도를 활용한 분류군별 정보 추출 ···112 <표 4-6> 시가화건조지역의 육안판독 ···113 <표 4-7> 농업지역의 육안판독 ···114 <표 4-8> 산림지역의 육안판독 ···115 <표 4-9> 수역 및 습지의 육안판독 ···116 <표 4-10> 초지 및 나지의 육안판독 ···117 <표 4-11> 시범 구축지역의 분류군(대분류 항목)별 식생지수 특성 ···119 <표 4-12> 무감독분류를 통한 분류항목별 면적 ···120 <표 4-13> 육안판독을 통한 분류항목별 면적 및 구획 수 ···121 <표 4-14> 시범 구축 분류결과에 대한 정확도 평가 결과 ···125 <표 4-15> 시범 구축 분류결과-육안(2015년)과 대분류 토지피복지도(2009년) 비교 ···126 <표 4-16> 시범 구축 분류결과 – 육안판독과 무감독분류 결과 비교 ···127

<표 4-19> 시가화건조지역 소요공수(100㎢ 기준) ···130 <표 4-20> 농업 지역 소요공수(100㎢ 기준) ···131 <표 4-21> 산림지역 소요공수(100㎢ 기준) ···132 <표 4-22> 기타지역 소요공수(100㎢ 기준) ···133 <표 4-23> 2015년 측량 기술자 노임단가: 대한측량협회 공표(관리2014-568) ···134 <표 4-24> 기존 제작비용(2009년)과 본 연구의 제작단가(안) 비교 ···135

<그림 1-1> 연구 방법 및 절차 ···4

<그림 2-1> 미국 NLCD 2011 ···6

<그림 2-2> 호주 NDLC Dataset - Geoscience Australia ···9

<그림 2-3> 유럽 CLC - Copernicus Land Monitoring Services ···12

<그림 2-4> 우리나라에서 활용 중인 시대별 주요 위성의 변천과정 ···16 <그림 2-5> 주요 토지피복분류기법의 특징 및 장단점 비교 ···18 <그림 2-6> 환경부 토지피복지도의 분류항목 및 코드 체계 ···23 <그림 2-7> 환경부 대분류 토지피복지도 제작 흐름도 ···24 <그림 2-8> 환경부 중･세분류 토지피복지도 제작 흐름도 ···25 <그림 2-9> 모델에 사용된 공간데이터 ···33 <그림 2-10> 도시성장 시뮬레이션 결과 예측된 시가화구역 ···33 <그림 2-11> 토지잠재력 평가과정 ···34 <그림 2-12> 토지이용변화 가능성 분석 결과 ···35 <그림 2-13> K-Sim의 토지이용변화모형 흐름 ···36 <그림 2-14> 변화예측 결과 ···37 <그림 2-15> 실험결과가 반영된 2020년 토지피복지도 ···38 <그림 2-16> 우도비를 활용한 산사태 취약지역 도출 ···39 <그림 2-17> 비점오염원 부하량 산정 향상을 위하여 지적도(좌)와 토지피복지도(우)를 활용한 재분류 사례 ···41 <그림 2-18> CAMx에 입력자료로 활용된 USGS의 토지피복분류(좌) 및 환경부에서 제공한 중분류 토지피복지도에 의한 분류(우) ···43

<그림 2-20> 평양 구축 결과 - 아리랑 2호 영상 활용 (영상(상), 중분류 지도(하)) ···46 <그림 2-21> 백두산 천지 구축 결과 - 아리랑 2호 영상 활용 (영상(상), 중분류 지도(하)) ···47 <그림 2-22> 연구지역의 위성영상 ···50 <그림 2-23> 육안판독 기법(좌) 및 감독분류를 통한 토지이용현황도 ···53 <그림 2-24> 평양 일대의 토지이용현황(세분류) ···56 <그림 2-25> 통일 한반도 시대에 대비한 북한 주요 거점의 개발잠재력과 정책과제 연구흐름도 ···58 <그림 2-26> 수치주제도 작성 방안 ···59 <그림 2-27> 새터민과의 인터뷰를 통한 시가화지역 속성정보 파악 ···60 <그림 2-28> 나선시 토지이용현황 분포도(1:300,000 축척) ···60 <그림 2-29> 나진항중심지 시가화구역 내 유형별 토지이용현황 분포도 (1:40,000 축척) ···61 <그림 2-30> 나선시의 개발가능후보지 분석결과 ···62 <그림 2-31> 연구흐름도 ···64 <그림 2-32> 구릉개간지의 지표피복 요소 ···65 <그림 2-33> 온천군 금성리 B지역의 QB영상과 지표피복분류도 ···66 <그림 2-34> 북한산림황폐지 분류도 구축지역 ···71 <그림 2-35> 북한산림황폐지 분류 흐름도 ···72 <그림 2-36> 개성시 일대의 산림황폐지 분류도 ···73 <그림 2-37> 지형 특성별 토지이용 구분 및 농경지 유형 분포 ···75

<그림 3-1> 기존 연구(2009년)와 본 연구의 구축방안 비교 ···88 <그림 4-1> 개성시 위치도(좌: 지형도, 우: 위성영상) ···103 <그림 4-2> 위성영상 선정 기준 ···104 <그림 4-3> 아리랑 2호와 3호 간 공간 및 분광해상도의 차이 ···106 <그림 4-4> 개성지역 일대의 계절별 아리랑 3호 영상 ···107 <그림 4-5> 개성지역 수치지형도 376031도엽(좌) 및 확대(우) ···108 <그림 4-6> 전국 수치표고모델(좌) 및 개성지역 확대(우) ···108 <그림 4-7> 접근불능지역의 토지피복분류 적정 방법론 도출을 위한 시범 구축 절차 ··109 <그림 4-8> 개성지역의 정규화식생지수 분포 - 봄 영상(좌), 겨울 영상(우) ···118 <그림 4-9> 육안판독 결과와 식생지수분포도의 중첩 ···119 <그림 4-10> 개성지역의 무감독분류를 통한 시범 구축 결과 ···120 <그림 4-11> 개성지역의 육안판독을 통한 시범 구축 결과 ···121 <그림 4-12> 분류결과에 대한 정확도 검증 지점 ···122 <그림 4-13> 고밀과 저밀시가화지역의 정확도 평가 ···123 <그림 4-14> 고밀과 저밀산림지역의 정확도 평가 ···123 <그림 4-15> 기타재배지의 정확도 평가 ···124 <그림 4-16> 내륙습지의 정확도 평가 ···124 <그림 5-1> 협의체 운영(안) ···139 <그림 5-2> 제1회 북한 원격탐사 전문가 회의 및 보도자료 ···140 <그림 5-3> 제1회 북한지역 인공위성 워크숍 ···141

∣제1장 ･ 서 론∣

1. 연구배경 및 목적 지금까지 남북협력을 위한 도로･철도･경제협력 등의 개별사업은 지속적으로 검토되어 왔으나 통일을 대비한 한반도 전역의 종합적인 국토 발전전략 검토는 미흡하였다. 그러나 2014년 7월 대통령 직속 통일준비위원회의 출범을 계기로 대한민국 정부는 한반도 신뢰 프로세스를 기반으로 통일을 준비하고 있으며, 범정부 차원에서 통일 시대를 대비한 한반 도의 종합적인 국토 발전방향과 발전전략 수립의 필요성이 제기되었다. 이를 위해 정부에서는 북한 국토개발 현황 및 잠재력, 한반도 국토여건 전망 및 국토발 전 시나리오, 한반도 국토발전 비전과 전략, 국토발전 로드맵을 포함하는 한반도 국토개 발 마스터플랜을 수립하여 남북협력사업의 일관성･지속성을 확보하고 개별사업 검토를 포괄하는 종합적･장기적인 한반도 국토발전계획을 마련하고 있다. 그리고 국토개발 마스터플랜에서는 북한지역의 효율적이고 균형 있는 발전과 산림과 녹지의 난개발을 방지하고 환경을 보호하는 등 개발과 보전이 조화된 국토발전계획의 추진이 필요하다. 특히 도시지역과 도시지역 인근의 산지와 녹지지역에 대한 개발과 보전 을 포함한 통합계획을 수립함으로써, 녹색국토 실현을 위한 통일을 준비하기 위해 각종 개발계획 수립단계에서 환경가치를 고려한 친환경계획이 고려되어야 한다. 뿐만 아니라 현재 북한은 오랜 기간 식량난과 에너지난으로 인해 산림의 개간, 남벌, 해충, 가뭄 등 산림 훼손과 토지피복이 급격하게 변화됨에 따라 이에 대한 대책 마련을 위한 북한지역의 국토환경정보의 구축이 필요하다. 하지만 북한지역의 지속 가능한 발전을 위한 환경보전계획 수립과 북한지역의 환경 변화에 대한 대책을 마련하기 위해 활용할 수 있는 국토환경정보는 매우 부족하다. 특히 최근에 이슈가 되고 있는 DMZ 국립공원, 경원선복원, 백두대간보호지역 설정을 위한 환 경정보가 필요한데, 북한지역에 대한 환경정보는 환경부의 대분류 토지피복지도 등 극히

제한적이다. 특히 토지피복지도는 자연환경, 수질, 대기, 기후변화 등 각 분야의 정책수립에 있어 체계적이고 신뢰성 높은 정보를 제공하고 있으며, 환경행정의 중요한 자료로서 활용도가 높아지고 있다. 이에 환경부는 인공위성의 원격탐사 기술을 활용하여 한반도를 대상으로 토지피복을 분류하였으며, 북한 전역을 대상으로는 대분류 토지피복지도를 제작하였다. 그러나 기 구축된 대분류 토지피복지도는 전 국토를 7개 항목으로 토지피복을 구분하고 있고, 위치와 속성의 해상도가 떨어짐에 따라 활용할 수 있는 분야가 한정적이다. 이에 본 연구에서는 북한지역의 지속 가능한 발전을 위한 환경보전계획 수립에 활용할 수 있는 환경공간정보 중 우선적으로 북한지역의 중분류 토지피복지도 구축을 위한 연구 를 수행하였다. 한반도 환경변화에 능동적으로 대처하고 환경보전지역 설정과 같은 환경 계획 분야의 과학적인 환경행정을 이행하기 위해서는 대분류 토지피복지도보다 세분화된 국토의 정보를 제공할 수 있는 토지피복지도의 구축이 필요하다. 이를 위해 본 연구에서는 북한지역의 환경 및 도시, 산림, 농업분야에서의 토지피복지 도 구축현황을 살펴보았다. 그리고 이들 분야에서 요구하고 있는 분류체계를 최대한 반영 할 수 있는 북한지역 토지피복지도의 분류체계를 제시하고, 각각의 분류체계를 구축할 수 있는 방법론을 검토하였으며, 개성지역 일대를 대상으로 토지피복지도를 시범 구축하 였다. 그리고 향후 북한지역의 토지피복지도 구축을 위한 구축전략을 제시하였다. 2. 연구범위 본 연구에서는 앞으로 다가올 통일에 대비하고 자연경관의 정확한 이해, 생태계 보전, 국토의 효율적 관리를 위한 체계를 기반으로 개발과 보전이 조화된 한반도 국토개발 마스 터플랜 기반의 국토발전계획을 수립하기 위한 북한 환경정보의 구축 및 활용 방안에 관한 연구를 1, 2단계로 나누어 수행한다. 이에 본 연구에서는 1단계로 국토의 환경성을 객관적으로 평가하여 환경계획과 국토계 획을 연계할 수 있는 다양한 환경정책 수립 시 기초자료로서 필요한 환경공간정보 중

토지피복지도 구축에 관한 연구를 수행하며, 2단계로 한반도 통일에 있어 북한의 무분별 한 개발로 인한 산림훼손, 수질･대기오염, 토지황폐화, 생물다양성의 감소와 같은 환경문 제를 예방할 수 있는 백두대간보호지역을 포함한 환경보전지역의 사전 구획 및 지정 방안 등의 연구를 추후 수행한다. 본 연구에서는 환경공간정보 구축의 첫 번째 사례로서 다양한 분야에서 활용할 수 있는 북한지역의 토지피복지도 구축방안에 대한 연구를 수행하였다. 본 연구의 공간적 범위는 개성지역 일대를 시범 구축지역으로 선정하였으며, 활용 위성영상은 2014년 1월과 2015 년 5월 촬영된 아리랑 3호 영상을 활용하여 토지피복지도를 시범 구축하였다. 3. 연구방법 본 연구에서는 접근불능지역의 토지피복지도를 구축하기 위해 환경부의 북한지역 중분 류 토지피복지도 시범 구축 연구와 도시, 산림, 농업분야에서의 북한지역 토지피복지도와 관련된 선행연구 사례를 통해 토지피복지도에서 요구되는 분류체계항목들을 검토하였다. 이러한 요구분석을 기반으로 접근불능지역에 적용할 수 있는 토지피복지도 분류체계를 검토하였으며, 이렇게 제안된 북한지역 중분류 토지피복지도 분류체계의 구축방안을 검 토하였다. 그리고 이러한 구축방법론을 바탕으로 개성지역 일대를 시범지역으로 토지피 복지도를 시범 구축하였으며, 시범 구축한 토지피복지도의 정확도 검증 및 대분류 토지피 복지도, 무감독분류와 비교검토를 통해 본 연구에서 제시한 방법론의 적용 타당성을 검토 하였다. 그리고 이러한 구축방안의 북한 전 지역으로의 토지피복지도 확대 구축 추진전략 을 제시하였으며, 북한 전 지역의 중분류 토지피복지도 구축비용을 산정하여, 2009년 북한 중분류 토지피복지도 시범 구축에서 제시하였던 구축비용과 비교분석을 해 본 연구 에서 제시하는 방법론의 적용 가능성을 검토하였다.

∣제2장 ･ 이론적 배경 및 선행연구∣

1. 원격탐사를 이용한 토지피복분류 이론적 배경

가. 토지피복분류의 정의 및 목적

토지피복분류(Land Cover Classification)는 원격탐사 자료를 이용한 가장 대표적인 방법으로 초지, 습지, 나지 등과 같이 자연 상태의 지표면의 물리적인 상황을 분류한 것을 의미한다. 따라서 인간의 간섭에 의한 토지의 이용현황 및 계획 상태를 반영하는 토지이 용(Land Use)과 개념상 차이가 있다. 토지피복지도(Land Cover Map)란 이러한 기법을 사용하여 물리적인 형태를 일정한 기준에 따라 분류하고, 동질의 특성을 지닌 지역을 추 출하여 지도로 표현한 주제도를 의미한다. 따라서 토지피복지도는 현재의 물리적인 지표면을 쉽게 파악할 수 있어 국토의 공간구 조 실태 및 변화추이를 용이하고 신속하게 파악할 수 있으며, 자연환경 및 물환경, 기후 및 대기환경 등의 다양한 분야에서 보다 과학적이고 효율적인 정책수립을 지원하는 기초 공간자료로 활용되고 있다. 우리나라는 시가지, 산림, 농경지, 습지, 초지 등 다양한 토지피복 형태를 가지고 있으며 사계절의 변화가 뚜렷하다. 그러나 현재 우리나라 토지부문의 통계 및 조사는 수치 위주 의 통계조사로 공간적인 요인과의 통합적인 분석이 곤란하다. 이를 단시간 및 주기적으로 조사하여 활용하기 위해서는 위성영상자료를 이용하여 과거부터 현재까지 토지피복의 현황 및 상태변화를 파악해야 한다. 이에 환경부에서는 1998년부터 GIS와 원격탐사기법을 이용하여 토지피복지도를 지속 적으로 제작해 왔으며, 국토환경성 평가, 생태･자연도, 도시생태현황도 등을 작성하는 데 필수 기초자료로 이용되고 있다. 구체적으로는 보전지역 설정, 환경영향평가 및 환경계획 수립, 수질오염총량관리, 기후 모델링 및 기후변화 취약성 평가, 최근에는 국토변화지역탐 지, 산림자원조사, 농경지면적조사 등 타 분야에서 활용도가 증가하고 있다.

나. 토지피복분류체계

1) 주요 선진국의 토지피복분류체계

미국의 미국지질조사소(United States Geological Survey, USGS)에서는 Land Cover Trends Project를 운영하고 있으며, Water(수역), Developed/urban(개발지/도시), Mechanically disturbed(기계적 간섭지역), Barren(나대지), Mining(광산), Forests/ woodlands(삼림/산림지대), Grassland/shrubland(초지/관목지), Agriculture(농경지), Wetland(습지), Nonmechanically disturbed(비기계적 간섭지역), Ice/snow(빙하/만년설) 와 같이 11개의 LevelⅠ 체계를 기반으로 한 분류 방법을 활용하고 있다. 이 분류 방법을 바탕으로 MRLC(Multi-Resolution Land Characteristics Consortium)에서는 NLCD(Land Cover Database) 2011을 구축하였고, 20개의 세분화된 분류체계를 활용하고 있다. 미국 NLCD 2011 분류체계의 특징은 대분류 내에서 피복률에 따라 세분화하였다는 점이다. 예를 들어 산림, 관목지, 초지 등 식생과 관련한 지역에서는 세분화된 분류 항목의 식생 비율을 기준으로 구분되어 있으며, 특히 개발지에서는 불투수면의 면적 비율을 기준 으로 밀도가 구분되어 있음을 알 수 있다. 자료: MRLC(http://www.mrlc.gov/nlcd2011.php). <그림 2-1> 미국 NLCD 2011

<표 2-1> 미국 NLCD 2011 분류체계 정의 및 특징 대분류 코드 분류 정의 및 특징 수역 11 개방수역 - 모든 개방수역_{- 식생/토지의 피복이 25% 이하} 12 빙하/만년설 - 연중 내내 눈, 얼음으로 지표가 덮여있는 것이 특징_{- 일반적으로 총 피복의 25% 이상} 개발지 21 열린공간 - 건조물과 식생이 혼합된 지역 - 대부분 잔디 형태의 식생 지역 - 불투수면이 총 피복의 20% 미만 - 단세대 단독가옥, 공원, 골프장 그리고 오락시설, 침식 방지 또는 심미적 목적을 위한 개발된 식생 22 저밀도 - 건조물과 식생이 혼합된 지역 - 불투수면이 총 피복의 20~49% - 단세대 단독가옥 23 중밀도 - 건조물과 식생이 혼합된 지역 - 불투수면이 총피복의 50~79% - 단세대 단독가옥 24 고밀도 - 개발상태가 높은 지역 - 많은 수의 인구가 거주하는 지역 - 불투수면이 총 피복의 80~100% - 아파트 단지, 다세대 주택 등 나대지 31 _{(암석, 모래, 진흙)}나대지 - 암반, 사막, 사면, 애추(崖錐), 사태, 화산물질, 빙하물질, 해변 등 및 기타 지구물질 퇴적으로 발생한 나대지 - 식생은 총 피복의 15% 이하 산림 41 낙엽수림 - 5m 이상의 나무가 우세한 총 식생의 20%인 지역_{- 계절 변화에 낙엽 수목의 우세가 75% 이상인 지역} 42 상록수림 - 5m 이상의 나무가 우세한 총 식생의 20%인 지역 - 연중 내내 잎을 유지하는 수목의 우세가 75% 이상인 지역 - 수관은 항상 녹색을 유지 43 혼효림 - 5m 이상의 나무가 우세한 총 식생의 20%인 지역_{- 낙엽수와 상록수의 우세를 결정할 수 없는 지역이 75% 이상} 관목지 51 난쟁이관목 - 20cm 이하 관목이 총 식생 20% 이상 우세한 알래스카만 지역_{- 목초, 사초, 허브, 비혈관 식물} 52 관목/관목덤불 - 5m 이하 관목이 총 식생 20% 이상 우세한 알래스카만 지역 - 초기 연속적 단계 또는 환경조건에 의해 성장이 멈춘 관목, 어린 관목들이 포함

자료: MRLC(http://www.mrlc.gov/nlcd2011.php).

호주의 지질자원연구원(Geoscience Australia)에서는 National Dynamic Land Cover Dataset을 제작하여 운영 중이다. 분류체계는 17개 항목으로 구분되어 있으며, 농경지의 경우 rainfed(천수)와 irrigated(관수)로, 식생의 경우 closed(폐쇄), open(개방), sparse(저 밀도), scattered(산재) 등으로 나뉘어 총 32개의 항목으로 구분된다. 대분류 코드 분류 정의 및 특징 초지 71 초지/초본 - 화본이나 초본 식생이 총 식생 80% 이상 우세한 지역_{- 집중적 관리 대상지역은 아니나, 방목을 위해 흔히 사용} 72 사초/초본 - 사초 또는 광엽 초본이 총 식생 80% 우세한 알레스칸 지역_{- 유형은 사초 툰드라와 사초 총생 툰드라 포함} 73 지의류 - 관목상지의 식물 또는 엽상지의식물이 총 식생의 80% 이상 우세한 _{알래스카만 지역} 74 이끼 - 이끼가 총 식생의 80% 이상 우세한 알래스카만 지역 조림지 / 경작지 81 목초지/건초 - 목초, 콩 등이 가축의 방목 또는 씨앗이나 건초의 생산을 위하여 재배되고 있는 지역으로, 일반적으로 다년생 주기 - 목초지/건초식물의 식생은 총식생의 20% 이상 82 농경지 - 옥수수, 대두, 채소, 담배, 목화 등의 경작물 재배 위한 지역- 경작지는 총 식생의 20% 이상 - 적극적으로 경작되는 토지를 포함 습지 90 목본습지 - 피복의 20% 이상이 산림 또는 관목식생_{- 토양 및 하층토가 주기적으로 범람하거나 물에 잠겨있는 지역} 95 신생초본습지 - 피복의 80% 이상이 산림 또는 초본식생_{- 하층토가 주기적으로 범람하거나 물에 잠겨있는 지역}

자료: Geoscience Australia(http://www.ga.gov.au/scientific-topics/earth-obs/landcover).

<표 2-2> 호주 NDLC Dataset 분류체계 정의 및 특징 분류 세분화 정의 고산식생 개방 - 매년 몇 개월 동안 눈에 덮여 있음 - 수목한계선보다 높은 곳의 식생 및 암석지역 - 토종 총생초본 및 광엽초본과 산재되어 있는 낮은 관목을 포함 수생식생 - - 습지와 연못 그리고 하천과 관련된 식생 지역_{- 나무, 관목. 생장형 초본류 등을 포함} 나지 - - 식생 피복이 존재하지 않거나 감지되지 않는 비식생지역_{- 자연적으로 노출된 지역과 토지 관리로 만들어진 영역} 명아주 개방 - 비름과 토종 관목, 과거 명아주과 - 지배적 속은 Sclerolaena, 갯능쟁이, 코치아, 청명아주, Rhagodia 저밀도 산재 농경지 천수 - 식물종자의 생산은 대개 식품 또는 섬유의 단일재배로 운영 - 토종식생들은 주로 도입된 종자, 새로 뿌려지는 종자, 비료 또는 자발종의 우성으로 대체 - 건조지 및 농작물 관개로 정의, 일년생 및 다년생 생물종 생산 포함 관수 광엽초본 - - 토종 및 비토종으로 화본류가 아닌 초화류_{- 광범위하게 유사한 생육형을 가진 식물 공동체를 표현} 초지 - - 작은 언덕 초지 및 총생초본을 제외한 다른 타입의 초지 화본류 저밀도 - 토종 및 비토종의 입목이 아니며, 좁은 잎을 가진 지표에서 성장_{- 벼과 또는 화본과, 사초과의 ‘볏과 식물’을 포함한 초본류} 산재 작은 언덕 개방 - 거친 토종 건생식물이 생장하는 둔덕 형태 - 주요 식물 속은 Triodia, Plectrachne, Zygochloa

- 광범위한 영역의 형태, 생장형이 우세하고 관목 및 입목과 관계 저밀도 광산 - - 묻혀있는 광물과 암석을 추출하기 위하여 식생이 제거된 지역 목초지 천수 - 일년생 및 다년생 모두 목초지 및 사료 생산량에 있어 토종 식생의 변경이나 대체의 중요한 척도 - 동물 음식 생산을 위해 수확하거나 직접 풀을 베어 경작 및 유지되는 지역 - 건조지 및 관개 경작지로 정의 관수 사초 개방 - 다년초 식물종, 일반적으로 다년생, 촘촘한 생장_{- Cyperaceae, Restionaceae 등을 포함} 관목 폐쇄 - 목본성 식물, 지표에서 발생한 다중 줄기 - 단일 줄기일 경우, 5m 이하 성장, 입목과 구분이 어려움 개방 저밀도 산재 사탕수수 천수 - 사탕수수속의 큰 다년생 농작물_{- 건조지 및 관개 경작지 포함} 관수

자료: Geoscience Australia(http://www.ga.gov.au/scientific-topics/earth-obs/landcover).

유럽연합이 1985년부터 추진해온 CORINE(Coordination of Information on the Environment) 프로젝트는 현재 유럽환경청(European Environment Agency, EEA) 대 책본부에 이관되어 관리되고 있으며, Copernicus Land Monitoring Services를 통하여 서비스를 제공하고 있다. CORINE 토지피복(CORINE Land Cover, CLC)은 1985년에 시작되어(1990년 기준) 2000년과 2006년에 업데이트되었으며, 현재 2012년 기준의 업 데이트가 진행 중이다. 44개의 토지피복 분류항목으로 구성되어 있으며, 최소 매핑 단위 (MMU)는 25ha, 100m를 사용한다. 분류 세분화 정의 산림 폐쇄 - 단일 줄기이며, 2m 이상 성장하는 토종 및 비토종 목본성 식물 - 지표에서 떨어져 가지가 발생 - 큰 관목과 늘 구분되지는 않음 개방 저밀도 산재 총생초본 폐쇄 - 토종 초본 집합체 및 적은 종으로 넓은 지역을 지배하는 비토종 초본 - 촘촘히 생장하는 벼과

- Astrebla, Austrodanthonia, Austrostipa, Dicanthium, Eragrostis, Poa, Themeda, Sorghum, Heteropogon, Ophiuros, Oryza, Eragrostis and Spinifex 등 특정 식물속에 의해 우점 개방 저밀도 산재 수역 내륙수 - 강, 호수, 연못 등을 포함한 지표면이 수역인 지역_{- 담수 및 염수로 정의하며, 영구적 및 간헐적 수역의 형태를 포함} 염수호

자료: Copernicus Land Monitoring Services(http://land.copernicus.eu/).

<표 2-3> 유럽 CORINE Land Cover 분류체계 정의 및 특징 분류Ⅰ 분류Ⅱ 분류Ⅲ 인공지표면 도시구조 연결된 도시구조 연결되지 않은 도시구조 산업, 상업, 교통지역 산업지역, 상업지역 도로, 철도 및 주변지역 항구지역 공항 광산, 폐기물집적장, 공사장 지역 광물 채취 현장 폐기물집적장 공사현장 비농업용 인공녹지지역 도시 내 녹지 스포츠(레저)시설 농업지역 경작지 비관개 경작지 영구관개지 논 다년생 식물 농지 포도원, 과수원, 올리브 농원 목초지 목초지 이종 농업지역 다년생 식물과 일년생 식물의 동시재배 다종재배, 자연초목과 어우러진 농업지대 농림지역 산림지역 및 반자연지역 산림 활엽수림, 침엽수림, 혼효림 관목 또는 초본 자연초목, 황무지/황야(관목자생) 경엽식생, 산림-관목 전이지역 자생식물이 없거나 조금 있는 공터 해변, 모래언덕, 모래평지, 암석, 돌 초목이 드물게 있는 지역 화전 또는 화재로 전소된 지역 빙하, 만년설 습지 내륙습지 내륙에 위치한 늪 토탄, 이탄 등 연안습지 갯벌, 염정, 염전, 조수간 평지 수역 내륙수 수로, 수역 해양수 함호, 강어귀, 해양 자료: Copernicus Land Monitoring Services(http://land.copernicus.eu/).

2) 환경부 토지피복분류체계

환경부 토지피복지도 분류체계는 미국 USGS의 National Land Cover Characterization Project와 유럽연합의 CORINE Project에서 채용한 분류체계를 우리나라 현실에 적합하도록 수정･보완한 것으로, 우리나라 국토환경의 특성과 국토이용, 공간계획 등 여타 분야에서 요구하는 항목들을 반영하였다(전성우 외, 1999). 대분류는 시가화건조지역, 농업지역, 산림지역, 초지, 습지, 나지, 수역의 7개 항목, 중분류는 22개 항목, 세분류는 41개 항목으로 구성되어 있으며, 분류체계는 아래 표 <표 2-4>와 같다. <표 2-4> 환경부 토지피복지도 분류체계 대분류(7항목) 중분류(22항목) 세분류(41항목) 시가화/ 건조 지역 100 주거지역 110 단독주거시설, 공동주거시설 공업지역 120 공업시설 상업지역 130 상업･업무시설, 혼합지역 문화체육휴양지역 140 문화체육휴양시설 교통지역 150 공항, 항만, 철도, 도로 기타 교통･통신시설 공공시설지역 160 환경기초시설, 교육･행정시설, 기타 공공시설 농업 지역 200 논 210 경지정리가 된 논, 안 된 논 밭 220 경지정리가 된 밭, 안 된 밭 시설재배지 230 시설재배지 과수원 240 과수원 기타재배지 250 목장･양식장, 기타재배지 산림 지역 300 활엽수림 310 활엽수림 침엽수림 320 침엽수림 혼효림 330 혼효림 초지 400 자연초지 410 자연초지 인공초지 420 골프장, 묘지, 기타 초지 습지 500 내륙습지 510 내륙습지 연안습지 520 갯벌, 염전 나지 600 자연 나지 610 해변, 강기슭, 암벽･바위 기타 나지 620 채광지역, 운동장, 기타 나지 수역 700 내륙수 710 하 천, 호소 해양수 720 해양수 자료: 환경부(2013.4.19). ｢토지피복지도 작성지침｣. 환경부 훈령 제1036호

다. 원격탐사 영상자료의 특성 및 주요 위성 원격탐사는 물리적인 접촉이 없이 지상의 물체를 파악하는 종합적인 기술로 지표면의 임의의 지점에서 반사 또는 방사되는 전자기 복사에너지를 측정하여 그곳의 물리화학적 성질을 파악하는 활동이다. 환경분야의 경우 조사 대상지역이 대부분 광범위하고 시계열 적 변화가 자주 발생하므로 이를 조사하는 데 적합하며, 광범위한 자료 취득의 경제성이 높고 자료 분석 시 객관적인 결과를 얻을 수 있는 장점이 있다. 그러나 데이터의 크기와 처리용량의 한계로 인해 공간적, 분광적, 방사적 제약이 있으므로 활용 목적에 따라 적합 한 영상과 방법을 선정하여 처리 및 분석하여야 한다. 영상자료를 취득하는 센서는 크게 태양을 에너지원으로 사용하는 수동형 센서인 광학 센서와 자체 에너지를 사용하는 능동형 센서로 구분할 수 있다. 수동형 센서는 일반적으 로 널리 활용되는 센서로 사람의 눈에 보이는 그대로 광범위한 지역의 균질한 자료를 획득하며 주로 이용할 수 있는 경제적인 방법이다. 능동형 센서는 태양광선과 날씨에 큰 영향이 없이 어두운 상태나 궂은 날씨에도 자료를 취득할 수 있으며, 적외선, 마이크로파 등의 광선을 이용하기 때문에 상호 보완적으로 적용하고 있다. 원격탐사의 해상도는 공간적으로 가깝거나 스펙트럼 상에서 유사한 신호를 구별할 수 있는 광학시스템의 능력에 대한 측정단위이다(Davis, S. M.et al, 1978). 원격탐사 영상을 분석하기 전에 분석목적에 적합한 영상자료를 선택하기 위해서는 분광 및 공간해상도, 시간적인 주기, 방사적인 해상도를 고려하여야 한다. 분광해상도는 원격탐사 센서가 얼마나 다양한 파장대를 통해 취득할 수 있는지를 나타 낸다. 분광적인 특성에 의한 모든 물질은 반사 또는 복사되는 에너지의 세기가 다르므로 다양한 파장대에서 얻어진 영상자료를 이용할 경우 분석기법으로 물질들을 분류해낼 수 있다. 예를 들어 밴드가 세 개 이상인 영상은 색합성을 통하여 컬러 영상으로 표현이 가능하며 밴드가 한 개인 흑백 영상에 비해 보다 많은 정보를 표현한다. 공간해상도는 하나의 화소(pixel)가 차지하는 가로 및 세로 방향의 일정한 크기의 공간영역을 의미한다. 즉 공간해상도가 10×10m인 것은 하나의 화소가 차지하는 지표면 상에서의 면적이

100m2임을 나타낸다. 시간 주기 해상도는 동일한 지역의 정보를 얼마나 주기적으로 수집 할 수 있는지를 의미한다. 따라서 시간 주기 해상도는 소요시간 및 일자 등으로 표시되며 그 주기가 빠를수록 원하는 지역의 정보를 신속하게 얻을 수 있다. 방사해상도는 하나의 화소에 얼마나 많은 정보를 담을 수 있는가를 표현하며 비트(bit)로 나타낸다. 방사해상도 가 높을 경우 밝기나 색의 미세한 차이를 보다 더 잘 식별할 수 있으며 영상분석 결과물의 정확도가 방사해상도가 낮은 자료에 비해 높게 나타난다. 그러나 사용자가 활용할 컴퓨터 의 처리성능이 낮을 경우 해상도가 높은 자료를 처리하기 어려울 수 있기 때문에 이를 함께 고려하여야 한다. 최근 들어 대용량 처리 기술의 발전으로 높은 해상도의 영상을 처리할 수 있는 H/W 및 S/W가 상용화되어 있으므로 이를 활용하면 보다 다양한 분석과 정확도를 향상할 수 있다. 원격탐사용 영상자료는 크게 위성영상과 항공사진으로 구분할 수 있으며, 1970~80년 대 LANDSAT에서부터 2000년대 이후 국내의 아리랑 2~3A호가 발사되어 공간해상도가 0.55m에 이르고 있다. 항공사진의 경우에도 기존 아날로그 흑백 항공사진에서 2000년대 후반에서부터 공간해상도 0.12m급의 컬러 디지털 항공사진이 촬영･활용되고 있다. <그림 2-4> 우리나라에서 활용 중인 시대별 주요 위성의 변천과정

라. 토지피복분류방법 토지피복지도 작성을 위한 분류를 수행하기 위해서는 활용목적, 원격탐사 영상자료의 센서 특성, 분류항목 및 체계, 요구 정확도 등을 고려하여 사용자료 및 기법을 적용하여야 한다. 우리나라는 사계절이 뚜렷하여 계절적인 변화에 따라 동일한 대상일지라도 토지피 복의 특성이 달라지므로 계절적인 변화 특성을 이해하는 것이 필요하다. 특히 논의 경우 5~6월에 모내기를 위해 물을 담고 있으며, 9~10월은 벼가 성장함에 따라 영상의 질감과 분광특성에 차이가 나타난다. 또한 도시개발, 산림벌채와 같이 인간의 간섭 등에 의한 경년변화가 나타나며, 일반적으로 주기성이 없이 한 방향으로 변화하는 경우가 많다. 따 라서 이에 대한 변화를 정확히 감지하기 위해서는 각 시기별 영상자료 간 환경이 최대한 유사하여야 한다. 영상자료를 이용한 토지피복분류는 유사한 분광특성이 나타나는 것을 집단화하는 방법 의 원격탐사기법을 널리 쓰고 있다. 분류 기법은 크게 자동분류와 수동분류(육안판독)로 나뉘며, 자동분류의 경우 무감독분류와 감독분류로 구분할 수 있다. 무감독분류는 분류하고자 하는 대상 범위에 대한 사전 정보가 없는 상태에서 영상자료 가 지니고 있는 통계적인 특성을 이용해서 분광적으로 유사한 지역을 분류하는 기법으로 컴퓨터 프로그램상의 알고리즘을 통하여 분류한다. 특징으로는 사용자의 주관이 배제되 며 영상 장면(scene) 단위의 동일한 분류기준을 적용한다는 것이다. 또한 단기간에 작업 할 수 있어 경제성이 높지만 뷴류정확도가 비교적 낮은 것이 단점이다. 따라서 대상지역 에 대한 사전 정보가 없고 분석해상도가 높은 영상자료를 사용할 경우 무감독분류를 실시 하는 것이 적합하다. 감독분류는 분류하고자 하는 대상 범위에 대한 토지피복유형을 분명히 파악할 수 있는 데이터를 이용하여 분광특성이 유사한 지역을 분류하는 기법이다. 사용자의 주관이 개입 되어 작업자별로 분류결과에 차이가 발생할 수 있는 것이 특징이다. 또한 무감독분류에 비해 정확도가 비교적 높은 것이 장점이지만 시간이 많이 소요된다. 따라서 대상 지역에 대한 사전 정보를 획득할 수 있는 지역에서 분광해상도가 높은 영상자료를 사용할 때는

감독분류를 실시하는 것이 적합하다. 육안판독은 영상에서 시각적으로 구분 가능한 것을 사용자가 직접 분류하는 방법으로 사용자의 주관이 감독분류보다 더욱 많이 개입되며, 작업자별 분류기준의 차이로 인해 분류결과의 균질성 문제가 발생할 수가 있다. 다양한 참조자료와 영상에 대한 판독능력이 요구되며 무감독 및 감독분류 기법에 비해 장시간 작업이 소요되므로 경제성 측면에서는 단점이 크다. 그러나 무감독 및 감독분류에 비해 분류 정확도가 크게 향상되는 장점을 가지고 있다. 따라서 육안판독은 대상지역에 대한 다양한 참조자료 및 사전정보를 획득할 수 있는 지역에서 공간해상도가 높은 영상자료를 사용할 경우, 영상판독에 많은 인력을 투입할 수 있는 경우에 실시하는 것이 바람직하다. <그림 2-5> 주요 토지피복분류기법의 특징 및 장단점 비교

마. 정확도 검증 방법 정확도 평가는 토지피복분류결과의 정확도를 정량적으로 측정하는 방법으로 일반적으 로 대조자료(참조자료)와 분류한 결과가 일치하는 정도를 의미하며, 절차는 표본추출, 참조자료 수집, 정확도 평가의 순서로 진행된다. 표본추출은 토지피복분류결과에서 추출 가능한 최소 단위로 수집하고 효율적인 정확도 평가를 위해 적절한 표본량을 선정하는 것이며, 타당한 결론을 얻기 위해서는 추출된 표 본이 편향되지 않아야 한다. 일반적으로 단순임의추출과 층화임의추출 방법을 사용한다. 대조자료(참조자료)는 현장 상황을 정확히 묘사할 수 있어야 하므로 타 고해상도의 영상자료(항공사진) 또는 현장검증 자료를 주로 사용하며, 타 영상자료 및 주제도를 사용 할 때는 토지피복분류에 사용한 영상과 비교하여 제작방법 및 시점의 차이가 가능한 적은 자료를 사용하는 것이 보다 높은 정확도 평가의 신뢰성을 확보할 수 있다. 정확도 평가 방법은 크게 비공간적 평가와 공간적 평가로 구분할 수 있으며 비공간적 평가는 분류된 결과와 참조자료의 각 클래스에서 공간적 특성을 고려하지 않고 비교하는 것을 말한다. 그러나 이 경우 공간적으로 일치하지 않는 부분에 대한 오류를 포함하지 않으므로 공간적 상관성이 더 높고 형태가 더 유사한 분류결과가 공간적 상관성이 없는 결과물에 비해 정확도가 낮게 나올 수 있는 오류를 범하게 된다. 따라서 비공간적 평가 기법의 한계를 보완하기 위해 공간적 평가 기법을 적용해야 하며 분류된 결과와 대조자료상의 동일한 공간적 위치에서 일치하는 표본단위의 수량을 정량 적으로 파악함으로써 전체 분류의 정확도를 산정한다. 분류결과의 공간적 특성을 고려한 정확도를 나타내기 위해서 오차 행렬을 사용하며 전체 정확도 외에 분석자의 관점에서 대조자료를 기준으로 생산자 정확도, 분류결과의 클래스를 기준으로 사용자 정확도를 분 석하여 Omission Error와 Commission Error를 정량화한다.

환경부는 토지피복지도의 분류정확도 평가를 샘플 검증으로 실시하며 대분류와 중분류 토지피복지도 간 특성에 따라 정확도 평가 방법을 달리 적용하고 있다. 대분류 토지피복 지도는 축척 1:50,000 도곽 기준으로 표본을 1분 간격으로 생성한 격자의 중심점으로

하며 영상자료 및 참조자료와 비교･검증한 후 오차 행렬표를 작성하고 분류오차를 작성한 다. 참조자료만으로 검증이 모호한 지역은 현지 검증을 실시하고, 정확도 기준은 도엽별 평균 75% 이상(남･북한 75%, 북한 70% 이상)이다. 중분류 토지피복지도는 토지피복 분류 항목별로 표본을 무작위로 추출하고, 추출된 지 점에 대하여 기준 자료와 비교･검증한 후 결과표를 작성하여 오류율을 계산하고 분류정확 도를 평가한다. 표본 크기는 국제규격 KS Q ISO 2859-1에서 제시하는 로트 크기에 따른 표본 크기를 기준으로 하며 검사수준은 통상검사 수준 Ⅲ을 기준으로 하고 필요시 도엽단 위 검사 수준을 병행할 수 있다. 평가기준 자료는 기본자료로 사용한 영상자료이며 분류 항목 특성에 따라 수치지형도, KLIS 지적도, 항공사진 등을 참조자료로 활용하고, 과수 원･기타재배지 등 기준자료만으로 검증이 모호한 지역은 현지 검증을 실시한다. 분류정확 도 확보 기준은 평균 95% 이상으로 하며, 정확도 확보 기준에 도달하지 않을 때는 분류정 확도가 가장 낮게 나타난 분류항목을 대상으로 품질검수 및 수정을 실시하여 정확도 재평 가를 실시한다. <표 2-5> 환경부 중분류 토지피복지도의 정확도 평가 산정 공식  분류정확도단독주거시설 _샘플수 단독주거시설 샘플수단독주거시설오류수단독주거시설_{×}  분류정확도공동주거시설 _샘플수 공동주거시설 샘플수공동주거시설 오류수공동주거시설_{×} 최종분류정확도_총항목수  자료: 환경부(2013.4.19.), ｢토지피복지도 작성지침｣, 환경부 훈령 제1036호

2. 환경부 토지피복지도 구축 현황 가. 구축 목적 환경부에서는 빈번하게 발생하는 환경오염 문제를 체계적으로 관리하기 위해 자연환 경, 물환경, 기후대기분야 등과 같은 다양한 부문에 활용할 수 있는 토지피복지도를 1998 년부터 구축하여 왔다. GIS와 원격탐사기법으로 제작한 우리나라 최초의 환경주제도라는 의미가 있으며, 지표면 상태의 시각 및 속성 정보를 제공함으로써 전문지식이 없는 일반 사용자도 이해하기 쉽도록 작성하였다. 특히 환경부 토지피복지도는 다양한 부문에서 활 용할 수 있도록 토지피복뿐 아니라 시가화건조지역의 경우 토지이용의 개념을 도입하였 다. 구축된 지도는 비점오염원 산정, 사전 환경성 조사 및 환경영향평가, 환경성 평가, 산림 관리, 도시확장 모델링, 농업 생산량 산정 등 다양한 분야에서 의사결정에 도움을 주고 있다. 나. 주요 추진경과 및 분류체계 환경부 토지피복지도는 1999년∼2001년까지 환경정보화사업의 일환으로 남･북한 전 역에 대한 대분류 토지피복지도를 Landsat TM 위성영상을 활용하여 제작하였다. 대분류 토지피복지도는 시가화건조지역, 농업지역, 초지, 산림지역, 습지, 나지, 수역의 7개 분류 체계로 분류되었다. 이후 보다 세밀한 중분류 토지피복지도를 구축하였고 2006년 국산 아리랑 2호 위성영상을 활용하여 전국을 대상으로 일괄갱신하였다. 중분류 토지피복지도 는 22개 분류체계로 구분되어 있다. 그리고 2009년부터 좀 더 세밀한 세분류 토지피복지 도 구축을 위하여 시범지역 구축을 수행하였고 이듬해 2010년 1차 세분류 토지피복지도 구축을 시작으로 2011년부터 지금까지 계속적으로 세분류 토지피복지도를 구축 및 갱신 하고 있다. 세분류 토지피복지도는 41개의 분류체계항목으로 구분되어 있다.

<표 2-6> 환경부 토지피복지도 추진 경과 구분 사업기간 사업범위 사용영상 구축물량(도엽) 대분류 중분류 세분류 대분류 중분류 세분류 구축 단계 1차 ’98.11~ _{’99.01 (90년대)}남한 - - Landsat TM 238 - -2차 ’00.12~ _{’01.06 (8･90년대)}남･북한 수도권 - Landsat TM_IRS-1C 736 119 -3차 ’02.01~ _’02.12 - 한강/금강 -Landsat ETM+ - 321 -IRS-1D IKONOS 4차 ’03.02 ~ _’03.12 - 낙동강 - SPOT-5 - 225 -5차 ’04.06~ _’05.04 - 영산강/_제주 - SPOT-5 - 173 -1차 갱신 ’06.06~ ’07.12 - 전국 - SPOT-5 - 813 -2차 갱신 ’09.03~ ’09.11 - 충청 일부수도권, - 아리랑 2호 - 130 -3차 갱신 ’13.06~ ’14.01 -전국 (경상 제외) -항공정사영상 아리랑 2호 - 584 -활용 단계 고도 화 1차 ’10.02~ _{’10.12 (2000년대)}남･북한 DMZ 북한강/_남한강 아리랑 2호 487 36 760 2차 ’11.02~ _’11.12 - - 낙동강_상류 아리랑 2호 - - 1,622 3차 ’12.04~ _’12.11 - - _중･하류낙동강 아리랑 2호 - - 1,359 4차 ’13.06~ _’14.01 - - _{미구축지역}낙동강 항공정사영상 - - 2,726 4-2차 ’13.09~ _’14.03 - -한강 수계 일부 항공정사영상 - - 217 5차 ’14.04~ _’14.12 - - _중･하류한강 항공정사영상 - - 1,377 1차 갱신 ’14.04~ ’14.12 - -북한강/ 남한강 항공 정사영상 - - 760 자료: 환경공간정보서비스(https://egis.me.go.kr).

자료: 환경공간정보서비스(https://egis.me.go.kr).

다. 제작 방법 대분류 토지피복지도는 시가화건조지역, 산림지역, 농업지역, 초지, 습지, 나지, 수역의 7개 분류항목을 대상으로 1980년대, 1990년대, 2000년대 말 남북한 전역을 구축하였다. 기초자료는 공간해상도 30m급(축척 1:50,000)의 Landsat 영상자료이며 분류방법은 자 동분류 기법인 감독분류와 무감독분류 기법을 혼용하여 사용하였다. 자료: 환경부(2010), ｢2010년 영상자료를 이용한 세분류 토지피복지도 구축｣. <그림 2-7> 환경부 대분류 토지피복지도 제작 흐름도 중분류 토지피복지도는 SPOT-5, 아리랑 2호, 항공정사영상 등을 이용하여 주거지역, 공업지역, 상업지역, 교통지역 등 22개 분류항목으로 구성된 지상해상도 5m급의 지도(축 척 1:25,000)로 작성하였다. 세분류 토지피복지도는 아리랑 2호, 항공정사영상을 이용하 여 2010년부터 현재까지 중분류 분류항목을 세분화한 단독주거시설, 공공주거시설, 공업 시설, 상업･업무시설 등 41개 분류항목으로 구성된 지상해상도 1m급의 세분류 토지피복 지도(축척 1:5,000)를 작성하였다.

중분류 및 세분류 토지피복지도 제작 방법은 대분류와는 다르게 전수 육안판독 기법을 적용하고 있다. 영상자료를 기반으로 컴퓨터 스크린 상에서 육안판독하여 경계선을 그리 며 판독 시에는 지형도, 항공사진, 식생도, 토지피복/이용 통계 등의 보조자료들을 참조하 여 해당 객체의 속성을 판독한다. 자료: 환경부(2010), ｢2010년 영상자료를 이용한 세분류 토지피복지도 구축｣. <그림 2-8> 환경부 중･세분류 토지피복지도 제작 흐름도 <표 2-7> 환경부 토지피복지도 구축 참조자료 자료 목록 설 명 관리기관 참조영상 컬러항공사진, 해상도 0.12~0.51M 국토지리정보원, 각 시･군 수치지도 축척 1/5000 수치지도 v1.0, v2.0 국토지리정보원 5차 임상도 축척 1/25000, 산림지역 분류 시 참조 산림청 KLIS 지적도･ 용도지역지구도 한국토지정보시스템 지적전산자료 한국토지정보시스템 용도지역지구도 자료 국토해양부 행정구역도 시도, 구시군, 동읍면 행정구역도 통계청 해안선 측량자료 전국 해안선 측량자료, 해안선 분류 시 참조 국립해양조사원

3. 토지피복지도 활용사례 토지피복지도는 크게 보전지역 설정 등의 자연환경보전, 도시확장 예측 및 개발적지 선정과 같은 도시계획분야, 산사태, 홍수를 포함한 방재분야, 대기보전, 수질보전 등 다양 한 분야에서 활용되는 것으로 나타났으며, 활용자료의 형태는 크게 토지피복변화의 관측, 경계설정, 분석대상 및 기준설정, 정보생산(원시자료), 토지피복통계정보 등으로 활용되 었다. <표 2-8> 토지피복지도 활용목적 및 사례에 따른 유형 토지피복지도 활용유형 토지피복지도 활용사례 계획 관련 규모별 ∙ 국토계획, 지역혁신, 도시계획, 도시관리계획, 마을계획, 택지개발, 적지분석, _{지형분석, 송전선로계획, 도로계획 등} 부문별 ∙ 환경계획, 경관계획, 토지적성평가, 토지이용, 공원녹지계획(생태탐방로, _{자연공원관련, 도시숲 관련, 녹지네트워크) 등} 오염 ∙ 비점오염원, 대기오염, 수질오염 등 기상 및 기후 ∙ 기상 및 기후변화, 도시열섬현상, 탄소순환 등 물 ∙ 유역계획 및 관리, 수자원, 하 천, 해양 등 생물종 다양성 ∙ 비오톱지도, 생태계평가, 생태지도구축, 광역생태네트워크 구축 등 자원조사 ∙ 농업자원, 관광자원, 유네스코 등록, 생태관광자원, 신재생에너지 분석 등 콘텐츠 제작 ∙ 토지피복 관련, 지리정보구축 자료: 환경부(2012), ｢토지피복지도에 대한 국민 이해도 활용도 향상을 위한 연구｣. 가. 자연환경관리 토지피복지도의 자연환경관리분야에서의 활용을 위해 국토공간정보를 활용하여 보호 지역 지정에 대해 수행한 연구 및 사업에서 토지피복지도를 활용한 산지 전용 타당성 평가, 국토환경성평가지도, 백두대간보호지역, 광역생태축 등을 검토하였다. 국토환경성평가지도는 65개 항목의 환경공간정보를 종합적으로 공간분석을 수행해 국 토의 환경적 가치를 5개 등급으로 구분하여 개발가능 지역부터 보전 우선 지역의 관련 평가 정보를 제공하는 주제도이다. 이러한 국토환경성평가지도에서 토지피복지도는 지역구분도 작성과 환경생태적 평가

항목 작성에서 주로 활용된다. 국토환경성평가지도에서 각각의 환경성평가 기준은 산림, 농경, 도시지역의 구분에 따라 차등화해서 1∼5등급으로 재분류, 산정한다. <표 2-9> 국토환경성평가지도의 지역구분도로서 토지피복지도 활용 국토환경성 평가지도 지역구분 토지피복지도 국토환경성 평가지도 지역구분 토지피복지도 분류 항목 코드 색상 분류 항목 코드 색상 도시지역 주거지역 110 산림지역 활엽수림 310 침엽수림 320 공업지역 120 혼효림 330 상업지역 130 농경지역 자연초지 410 위락시설지역 140 골프장 420 교통지역 150 기타초지 430 공공시설지역 160 산림지역 내륙습지 510 농경지역 논 210 연안습지 520 밭 220 농경지역 자연 나지 610 하우스재배지 230 도시지역 기타 나지 620 과수원 240 산림지역 내륙수 710 기타재배지 250 해양수 720 지역구분도는 지표면의 피복상태를 나타낸 토지피복지도를 활용해 그룹화 및 래스터화 하여 제작하며, 토지피복 지역 구분(산림, 농경, 도시지역)을 위한 지역별 속성값을 기초 주제도에 부여하게 된다. 산림지역은 토지피복지도 중분류에서 활엽수림, 침엽수림, 혼효 림, 내륙습지, 연안습지, 내륙수, 해양수로 분류된 지역으로 정의한다. 농경지역은 토지피 복지도 중분류에서 논, 밭, 하우스재배지, 과수원, 기타재배지, 자연초지, 골프장, 기타초 지로 분류된 지역을 의미한다. 도시지역은 토지피복지도 중분류에서 주거지역, 공업지역, 상업지역, 위락시설지역, 교통지역, 공공시설지역, 기타나지로 분류하였다. 그리고 아래 <표 2-10>과 같이 각각의 평가항목에 대한 구역별 차등화된 등급을 평가

항목마다 평가한 후에, 평가된 주제도를 중첩하여 겹쳐지는 평가항목 중 가장 높은 등급 을 해당 지역의 국토환경성평가 등급으로 결정한다. <표 2-10> 국토환경성평가지도 환경･생태적 평가 평가항목 평가기준 활용자료 출처 산림 농경 도시 ①다양성 종다양성등급 1등급 1 2 1 _자연도생태･ 동식물평가_1,2등급 환경부 (국립환경 과학원) 종다양성등급 2등급 2 3 2 ②자연성 식생보전등급 1,2등급 1 - 1 _자연도생태･ 식생보전등급_{1,2,3,4 등급} (국립환경환경부 과학원) 식생보전등급 3,4등급 2 2 자연림 6영급 이상 1 -1 임상도 자연림 인공림 영급 산림청 5영급 1 1 4영급 2 1 3영급 이하 3 2 인공림 6영급 이상 1 1 5영급 2 1 4영급 3 2 3영급 이하 3 3 ③풍부도 평가구역에서 발견되는 종의 개체 수 1 1 1 - - -생태계변화관찰지역(핵심지역) 1 1 1 생태계변 화 관찰지역 생태계변화 관찰지역도 환경부 생태계변화관찰지역(완충지역) 2 2 1 ④희귀성 희귀종･멸종위기종 발견지점 500m 이내 1 1 1 생태･ 자연도 희귀종, 멸종 위기종 환경부 (국립환경 과학원) 희귀종･멸종위기종 발견지점 1km 이내 2 2 2 ⑤허약성 도로, 시가화지역 5 도로망도 수치 지형도 토지피복 지도 토지피복지도 환경부 도로로부터 0~100m 이내 4 5 - 수치지형도_도로망도 국토지리정보_원 도로로부터 100~500m 이내 3 4 시가화지역으로부터 0~100m 이내 4 5 시가화지역으로부터 100~500m 이내 3 4

국토환경성평가지도의 환경생태적 평가 항목에서 토지피복지도는 허약성 항목에서 활 용된다. 토지피복지도로부터 도로 및 시가화지역을 추출한 뒤 해당 지역으로부터 100m, 500m 기준으로 완충지역을 설정하여 환경생태적 허약성의 지표로 활용하게 된다. 허약 성은 인간의 활동은 환경생태적으로 부정적인 영향을 미칠 것이라 판단하여 도로, 시가화 로부터 거리가 가까울수록 낮은 등급을 부여하였다. 평가항목 평가기준 활용자료 출처 산림 농경 도시 ⑥잠재적 가치 멸종위기종 및 희귀종이 발견된 지 점과 같은 속성을 나타내는 지역 1 2 - - -⑦군집 구조의 안정성 자연 림 경급 (대경목) 소밀도(밀) 1 -1 임상도 자연림 인공림 경급 밀도 산림청 소밀도(중) 2 1 소밀도(소) 2 1 경급 (중경목) 소밀도(밀) 2 1 소밀도(중) 2 2 소밀도(소) 3 2 경급 (소경목) 소밀도(밀) 2 2 소밀도(중) 3 2 소밀도(소) 3 3 인공 림 경급 (대경목) 소밀도(밀) 1 1 소밀도(중) 2 1 소밀도(소) 2 2 경급 (중경목) 소밀도(밀) 2 2 소밀도(중) 3 2 소밀도(소) 3 2 경급 (소경목) 소밀도(밀) 3 2 소밀도(중) 3 3 소밀도(소) 4 3 ⑧연계성 녹지연속성 1등급(핵심지역) 1 1 광역생태축 환경부 녹지연속성 2등급(완충지역) 2 2 토지피복 녹지율 30%이하1 1 자료: 환경부(2014). ｢2014년 국가환경지도 구축･운영 사업｣.