Water for Future
수자원 분야 활용을 위한 글로벌 지형자료 소개
1. 머릿말
푸른지구 운동 창시자인 모드발로는 공저 <블루
골드>에서 “20세기 석유가 Black Gold라면 물은 21세기 Blue Gold다”(모드발로 등, 2002)라고 언 급한 바 있으며, IBRD는 잠재적 물시장 규모가 1 조 달러로 추산하고 있다. 또한, 영국의 물전문 리 서치 기관인 GWI(Global Water Intelligence)에 따르면 2010년 세계 물 시장 규모는 4,828억 달러 로 추정하고 있다(GWI, 2010). 또한 경제협력개 발기구(OECD)에서도 오는 2025년에 물산업 규모 를 포함한 전체 물 인프라 투자수요가 1조 370억 달러에 이를 것으로 추정했다(표1)1)
이와같은 추세에 맞추어 국내에서도 정부에서 는 성장동력으로서 물산업 해외 진출을 위한 노력 으로 2010년 녹색성장위원회, 국토해양부, 환경부 공동의 ‘물산업 육성 전략’발표에서 2020년까지 김 주 훈●●●
한국건설기술연구원 수자원·하천연구소 수석연구원
jh-kim@kict.re.kr
김 경 탁●●●
한국건설기술연구원 수자원·하천연구소 연구위원
ktkim1@kict.re.kr
1) http://www.fnnews.com/news/201303201648383906, accessed Jan. 2015
구분 2010~2020년 전세계 GDP 대비 2020~2030년 전세계 GDP 대비
물 관련 인프라 7,720억 1.01% 1조 370억 103%
통신 관련 인프라 6,460억 0.85% 1710억 0.17%
전력 인프라 1,800억 0.24% 2410억 0.24%
도로 인프라 21450억 0.32% 2920억 0.29%
철도 인프라 540억 0.07% 580억 0.06%
표 1. 전세계 인프라 투자 수요 전망(단위 : 달러) 자료 : 경제협력개발기구(OECD)
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물산업 시장을 주도할 원천기술 개발과 전문 물기 업 육성을 제시하고 있다. 또한, 2012년 5월 녹색 성장위원회의 ‘물산업 육성 및 해외진출 활성화 방 안’, 2012년 8월 국회 환경포럼의 ‘물산업 육성정 책과 법제 개선 방안’ 등 정부차원의 노력이 다양 하게 시도되고 있다. 이와 더불어 2013년 물종합 기술 연찬회에서 물산업 해외진출 현황과 전략을 논의한 바 있으며, 2013년 해외 건설협회는 새계 물시장 진출 활성화 전략 세미나를 개최하는 등 국내 수자원 및 토목 기술자들의 해외 진출을 위 한 노력은 다방면으로 이루어지고 있다.
그러나 수문학적, 지형학적 특성이 강조되는 수 문/수자원 분야의 기술을 해외에 수출하기 위해서 는 해당 국가의 수문기상학적 특성 및 수문지형학 적 특성 등에 대해 미리 이해하는 것이 중요하다.
수문기상학적 특성 분석에 도움이 될 수 있는 자료로 한국수자원학회지 2013년 4월 호에 ‘인공 위성을 이용한 강우관측자료 및 활용 사례 소개’라 는 학술기사에 위성으로부터 유도된 강수자료에 대해 소개된 바 있다.
본 고에서는 물산업 해외 진출 혹은 ODA사업 등으로 해외 진출시 수문지형학적 분석에 활용할 수 있는 글로벌 지형자료들에 대하여 소개하고자 한다.
2. 글로벌 지형자료 구축
글로벌 지형자료 구축은 환경보호와 개선에 관 한 국제 협력 등을 선언한 1972년 유엔 인간 환경 회의에서 범지구적 환경 문제 해결을 하기 위해서 는 소통과 협력을 통해 수행해야 함을 인식하면서 부터이다. 이후 1992년 브리질 리우 데 자네이루 에서 개최된 세계 정상(1992년 6월 유엔 환경 개 발) 회의 결과로 지속 가능한 경제 개발을 지원하 기 위해 지구 환경 문제 해결을 위한 실행 프로그 램으로 ‘의제 21’을 결의하면서 국가 및 국제 가구
는 “정보의 효율적이고 공평한 이용”에 대한 정보 처리와 교환 매커니즘을 강력하게 촉구했다.
글로벌 매핑의 개념과 글로벌 매핑 국제 기구 설립은 1992년 일본의 건설부에 의해 제안되었고, 1994년 일본의 국토지리원(GSI, Geographical Survey Institute of Japan)은 기술 상세서의 초 안 세트를 제안하였다.
글로벌 맵은 지구 환경의 현재 상태 및 모니터 링 변화를 이해하고 과학적으로 지구 환경 문제 해결하고자 하는 것으로 지구환경 이슈의 해결책 을 찾기 위한 자원관리자, 환경계획자, 의사정책 결정자를 어떻게 지원할 수 있는가에 초점이 맞춰 져 있다. 글로벌 맵 개념을 용이하게 하기 위해 다 양한 분야에 적용할 수 있는 세계 주제별 지도 데 이터 생성을 위해 노력하고 있다.
표 2는 위키피디아에서 제시하고 있는 글로벌 지형자료 목록 중에서 수자원 분야와 관련된 지 형자료 일부를 재정리한 것이다. 이들 자료는 기 관의 사용 목적에 따라 벡터형태의 자료와 래스터 형태의 자료들이 구축되어 있으며, 전문 분야별에 따라 지리정보 분석 및 지도 제작의 목적을 위해 GIS 및 공간 데이터베이스에서 사용할 수 있는 정 보 세트를 제공하고 있다. 이 이외에도 농업과 관 련하여 과거와 현재 농업 토지이용 데이터 셋, 산 림 생태계와 관련된 데이터 셋, 생물 다양성 위험 지역 관련 데이터 셋 등 여러 분야에서 매우 다양 한 글로벌 지형정보를 제공하고 있다.
3. 지형자료 3.1 Global Map
글로벌 지형자료 중 대표적인 것이 Global Map 이다. 글로벌 맵 프로젝트는 2007년에 전세계를 대상 범위로 하여 완료하는 것을 목표로 정상회담 다음 사업으로 등록되었고, 2008년 일본 도쿄에
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서 개최된 “글로벌 매핑 포럼 2008”에서는 토지피 복과 식생(나무 커버비율)의 1차 버전이 출시되었 고, 글로벌맵 버전 2은 2012년에 완성되었다.
글로벌 맵은 벡터 레이어와 래스터 레이어로 구 분하며, 벡터 레이어는 고도, 식생, 토지피복 및 토지이용을 제외한 모든 레이어를 포함하며, 표 3 에 제시된 것과 같다. 이 중에서 우리나라의 하천 망도와 해안선 경계 레이어, 도로, 철도 등을 포 함하는 교통망도 레이어, 그리고 행정구역 경계와 시가화 지역을 나타낸 것이다.
글로벌 맵의 래스터 그리드 데이터는 ITRF94 와 GRS80을 참조하여 경위도의 수평좌표계 로 투영하고 작은 섬 중 약 1 ㎢ 이하는 표현되 지 않는다. DEM은 지구 표면과 국가가 정의한 표준해수면 사이의 수직거리로 단위는 평균 해 수면(MSL, Mean Sea Level) 위 미터로 나타 낸다. 식생도는 0~100사이의 정수값으로 나 무로 커버되는 식생지수값을 나타낸다. 토지피 복도(GLCNMO, Global Land Cover Nation Mapping Organization)는 1차 버전이 MODIS
Name Description
Global Map2)
지구의 토지피복도 제공
교통, 고도, 배수구역, 식생, 행정경계, 토지피복, 인구밀집지역, 토지이용 과 같은 주제도를 포함
등록 필요
GSHHG3) 광역 고해상도 해안선 데이터베이스
ASTER GDEM4) ASTER 위성 이미지로부터 유도된 30m 해상도의 광역 고도데이터 HydroSHEDS STRM 고도데이터 기반의 광역 수문 데이터
하천망, 유역경계, 배수방향 및 흐름 누적 포함 USGS Land Cover
Institute 다수의 토지피복 데이터셋에 대한 USGS의 링크 집합 Global Lakes and
Wetlands Database5)6)
광역의 습지, 늪. 소택지, 저수지 등의 윤곽
WWF, 환경시스템 연구센터(Center for Environmental Systems Research), Kassel 대학(University of Kassel)의 여러 소스로부터 생성한 벡터 데이터
Harmonized World Soil Database
(HWSD)
UN FAO(Food and Agriculture Organization of the United Nations)의 토지이용변경 프로그램에 따른 지도와 지역 및 국가 토양데이터베이스 조합
pH(산도), 깊이 및 질감(texture) 매개변수 30 arc-second 해상도
Global Reservoir and Dam (GRanD)Database
글로벌 저수지 및 뎀 데이터베이스 NASA의 SDAC의 벡터 데이터셋 0.1 ㎦ 이상의 저류 용량의 모든 저수지
표 2. GIS data for global datasets(http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_GIS_data_sources)
2) Summary of Global Map(http://www.iscgm.org/cgi-bin/fswiki/wiki.cgi?page=Summary). International Steering Committee for Global Mapping.
3) GSHHG(http://www.ngdc.noaa.gov/mgg/shorelines/gshhs.html). National Geophysical Data Center.
4) ASTER Global Digital Elevation Model(http://www.jspacesystems.or.jp/ersdac/GDEM/E/index.html). Japan Space Systems.
5) https://worldwildlife.org/pages/global-lakes-and-wetlands-database 6) http://gcmd.nasa.gov/records/GCMD_GLWD.html
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data 2003(Terra) 데이터를 소스로 구축되었으 며, 버전 2는 MODIS data 2008(Terra & Aqua) 소스 데이터로부터 구축되었다. 버전 1은 1km의 해상도를 가지며, 버전 2는 500m의 공간해상도를 갖는다.
글로벌 맵의 토지피복도 분류항목은 FAO의 LCCS(Land Cover Classification System)을 기 준(분류 항목 20개)으로 분류하여 LCCS기반의 다
른 토지피복 데이터와 비교 통합이 가능하도록 하 였다.
그림 4에서 보는 바와 같이 구축된 래스터 데이 터는 BIL 혹은 GeoTiff 형식으로 72개의 타일로 구분되며, 관심지역에 대하여 다운로드7) 할 수 있 으며, 한반도 영역의 래스터 데이터를 나타낸 것 이다.
표 3. Vector layers and the associated feature types
Layer Feature name Feature type Inclusion Abbreviation*
Transportation Airport point optional airp
Railroad Station point optional rstatp
Port point optional portp
Railroad edge mandatory raill
Road edge mandatory roadl
Trails and Tracks Line edge mandatory traill
Ferry route edge optional ferryl
Boundaries Political Boundary point mandatory polbndp
Coast Line edge mandatory coastl
Political Boundary Line edge mandatory polbndl Political Boundary Area face mandatory polbnda
Drainage Miscellaneous
(Dam/Weir/Island/Spring/Water-Hole) point optional miscp
Miscellaneous (Dam/Weir) edge optional miscl
Aqueduct/Canal/Flume/Penstock edge optional aquel
Water Course edge mandatory riverl
Inland Water face mandatory invatera
Population Centres
Built-up Area point optional builtupp
Built-up Area edge optional builtupa
* The last character of abbreviation indicates primitive type (p: point, l: line, a: area).
* 약어의 마지막 문자는 기본 유형(p: point, l: line, a: area)을 나타낸다
7) http://www.iscgm.org/gm/glcnmo.html
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3.2 DEM
1996년, 미국 지질 조사국(USGS)은 지구 전체 에 대해 수평해상도 30 아크 초(arc-seconds)의 GTOPO30로 명명된 글로벌 지형 고도 모델을 개 발했다. 전체 지표면을 포함하는 지형정보의 소스 가 단일하지 않기 때문에 GTOPO30은 미국 국방
부 매핑기관(Defense Mapping Agency) 데이터 의 상당한 양을 포함하는 8개의 래스터와 벡터 소 스를 이용하여 만들어졌다.
USGS와 NGA(National Geospatial- Intelligence Agency)는 GTOPO30에 대한 개 선된 고도 데이터를 생산하기 위해 미국 지 질 조사국(USGS)과 국립 지리 정보국 (NGA) 그림 3. Global Map(Vector layer)
그림 4. GMTED2010
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은 글로벌 다중 해상도 지형 고도 데이터 2010 (GMTED2010, Global Multi-resolution Terrain Elevation Data 2010)8)라고 불리우는 것 을 2011 년 11 월에 발표한 세계 DEM이다. 제공 되는 해상도(대략 1,000m, 500m, 250m)는 세
종류로 일반 사용자가 여러 분야에 직접적으로 적 용할 수 있도록 개발되었으며, 데이터 제공9) 범위 는 84。N~56。S(~90。S)로 데이터 제공사이트는 각 주에 표시하였다.
그림 5. Global Map(Vector layer)
8) http://www.gislounge.com/new-global-elevation-data-available-to-download-global-multi-resolution-terrain-elevation- data-2010/
9) http://topotools.cr.usgs.gov/GMTED_viewer/viewer.htm
이 외에도 다양한 DEM 데이터가 존재한다.
SRTM DEM의 경우 미국 NASA와 독일, 이탈 리아 우주 기관의 공동으로 개발한 데이터이며, SRTM1(1 arc-second), SRTM3 (3arc-second), SRTM30(30 arc-second) 데이터가 있다.
또한 ASTER(Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer)는 NASA
와 일본의 METI(Ministry of Economy, Trade and Industry) 그리고 ERSDAC (Earth Remote Sensing Data Analysis Center)에 의하여 1999년 12월에 발사된 지구 탐사 위성에 탑재된 센서를 이 용하여 구축된 DEM자료가 ASTER GDEM자료로 서 해상도 공간해상도 30m를 갖는다. 이들 DEM 에 대한 개략적인 비교는 표 4에 나타내었다.
표 4. Comparison of DEM
ASTER GDEM SRTM3 GTOPO30
Data source ASTER Space shuttle radar From organizations around the world that have DEM data
Generation and distribution METI/NASA NASA/USGS USGS
Release year 2009~ 2003~ 1996~
Data acquisition period 2000 ~ ongoing 11days(in 2000)
Posting interval 30m 90m 1000m
DEM accuracy(stdev.) 7~14m 10m 30m
DEM coverage 83 degrees north ~ 83 degree south
60degrees north ~
56 degrees south Global
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그림 6은 30m 공간해상도를 갖는 ASTER GDEM을 이용하여 대표적인 비접근 유역인 북한 의 청천강 유역 상류에 위치하는 자강도 동진군 지역에 대한 하천망 추출결과를 Google Earth 자
료위에 중첩한 것이다. 그림 6에서 보는 바와 같이 매우 정확한 하천망도 및 유역도를 추출할 수 있 는 것으로 사료된다.
그림 6. 하천망 추출(청천강 상류)
3.3 토양도
대표적인 글로벌 토양도는 UNEP에서 제공하는 공간해상도 1 deg.의 Soil Texture, Soil Water Holding Capacity, 그리고 세계식량기구(FAO)의 HWSD(Harmonized World Soil Database) 등이 있다.
HWSD는 통일된 방법으로 토양 특성을 추정 하기 위해 FAO와 국제 응용시스템 분석 연구소 (IIASA, International Institute for Applied System Analysis), 그리고 유럽 토양국 네트워크 (ESBN, European Soil Bureau Network)와 중 국 과학아카데미 토양과학연구소의 협력을 통해 개발되었다.
HWSD 버전 1.2 개발에 사용된 소스 데이 터베이스는 ESDB(Euripean Soil Database), 1/1,000,000 축척의 중국 토양도, SOTER 데이 터 베이스(SOTWIS Database), 세계 토양도 자 료를 이용하였다. 4 개의 원본 데이터베이스의
공간 데이터 레이어는 유럽의 토양데이터베이 스 ESDB(European Soil Database), 중국의 중 국 토양도(CHINA), 지역 SOTER 데이터베이 스(SOTWIS)와 DSMW로 HWSD의 GIS 범위 (coverage)에 대한 입력으로 사용하였다.
HWSD Viewer는 GIS 래스터 이미지로 구성되 어 있으며, 마이크로소프트 액세스 포맷으로 속성 데이터베이스가 연결된다. 이들 두 성분은 별도 의 데이터 파일이지만 FAO에서 제공하는 HSWD Viewer를 통해 두 데이터베이스를 제공한다.
HWSD 속성 데이터베이스는 15,773 토양 도 단위(SMU, Soil Mapping Unit) 각각에 대 한 정보를 제공한다. HWSD에서 제공하고 있 는 토양도 정보는 36개의 토양 그룹으로 구분되 며, 이들 각각에 대하여 일반속성 21개 항목, 그 리고 Topsoil(0~30cm), Subsoil(30~100cm) 로 구분하여 이들 각각에 대하여 USDA Texture Classification 등 17개의 항목에 대한 정보를 제 공하고 있다.
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그림 7은 HWSD Viewer와 한반도 중부 내륙 의 한 지역에 대한 토양도 정보로서 공간 데이터 커버리지는 DSMW이고 SMU는 4295번, 그리고 Dominant Soil 그룹은 CM-Cambisols로 앞서
언급한 속성정보 항목들을 제시하고 있다.
HWSD의 데이터 및 Viewer를 제공하는 사이트 는 각주에 제시하였다.10)
그림 7. HWSD Viewer 및 한반도 HWSD
4. 맺음말
글로벌 맵은 지구 환경의 현재 상태 및 모니터 링 변화를 이해하고 과학적으로 지구 환경 문제 해결하고자 하는 것으로 지구환경 이슈의 해결책 을 찾기 위한 자원관리자, 환경계획자, 의사정책 결정자를 어떻게 지원할 수 있는가에 초점이 맞춰 져 있다.
앞서 언급한 바와 같이 글로벌 맵의 경우 1994 년 일본의 국토지리원의 기술상세서 초안을 제 안한 이후 토지이용도, 토지피복도, 수치고도 데 이터 등의 자료를 생산하여 제공하고 있다. 지
형자료의 경우 유럽에서는 EEF(European Environment Agency)에서 GMES RDA 프로젝 트(EU-DEM)로부터 SRTM 및 ASTER GDEM 데이터를 융합하여 제작된 EU-DEM 데이터셋이 제공되고 있으며, 유럽위원회에 의해 관리되고 있 다. 또한 미국의 경우 여러 단계의 해상도를 갖는 글로벌 지형자료로 구축하고 계속해서 새롭게 갱 신하고 이를 일반 사용자에게 제공하고 있다.
본 연구에서는 글로벌 지형정보들 중에서 글로 벌 맵, 미국의 GMTED2010, 그리고 FAO의 토양 도에 대하여 상세히 구축된 자료의 소스법 등을 포함하는 메타데이터 등을 조사하였다. 본 고에
10) http://webarchive.iiasa.ac.at/Research/LUC/External-World-soil-database/HTML/
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상세히 언급하지 않았지만 토지이용 및 토지피복 도의 글로벌 맵의 토지이용도 분류항목은 9개 항 목, 토지피복도는 20개 항목으로 구분하고 있으 며, GLCC는 24개 항목으로 구분하고 있다. 지형 도의 경우 Aster GDEM의 경우 최고 해상도 30m 자료에서 GMTED2010의 경우 1,000m, 500m, 250m 등 다양한 해상도를 제공하고 있어 목적에 맞게 활용할 수 있다. 이들 자료들 외에도 표 2에 서 언급한 바와 같이 매우 많은 글로벌 지형정보 들이 구축되고 제공되고 있다.
비접근/미계측 유역에 대한 수문학적 이해를 위 해서는 무엇보다도 해당지역의 수문기상학적 특성 을 파악하는 것이 매우 중요하며, 또한 강우에 따 른 유출현상에 영향을 미치는 지면 피복상태, 토 양 특성, 배수시스템 등 지형학적 특성을 파악하
는 것도 매우 중요하다.
국내의 경우 매우 정밀하고 다양한 지형자료가 구축되어 있어 상대적으로 해상도가 낮고 정밀도 가 떨어지는 글로벌 지형정보의 활용성이 부족할 수 있으나 물산업 해외 진출 또는 통일을 대비하 여 북한지역과 같은 비접근 지역에 대한 분석에서 는 가용한 자료로 활용 가능할 것으로 사료된다.
감사의 글
본 연구는 국토교통부 물관리연구사업의 연구비 지원(14WMP-B079364-01)의 연구비지원에 의 해 수행되었습니다. 이에 감사드립니다.
Defense Mapping Agency, 1992, Development of the Digital Chart of the World:
Washington, D.C., U.S. Government Printing Office.
Defries, R.S. and Los, S.O., 1999, Implications of Land-Cover Misclassification for Parameter Estimates in Global Land-Surface Models: An Example from the Simple Biosphere Model (SiB2): Photogrammetric Engineering and Remote Sensing , v. 65, no. 9, p. 1083-1088.
IIASA (2012) Harmonized World Soil Database ISCGM, 2012, Global Map Specifications Version 2.2
National Geospatial-Intelligence Agency (NGA), 2010. http://earth-info.nga.
mil/GandG/wgs84/gravitymod/ (last referenced Jan. 11, 2011).
USDI, USGS, 2011, Global Multi-resolution Terrain Elevation Data 2010(GMTED2010). Open-File Report 2011-1073
van Engelen VWP, Batjes NH, Dijkshoorn K and Huting J 2005. Harmonized Global Soil Resources Database (Final Report). Report 2005/06, FAO and ISRIC - World Soil Information, Wageningen.
참고문헌
