수중음파탐지기와 공간보간기법을 활용한 수중과 지상의 연속수치표고모델 개발

문영주; 김채완; 조원희; 고동욱; 강완모

doi:10.46416/JKCIA.2022.08.24.2.70

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저자정보: 문영주 (국민대학교) 김채완 (국민대학교) 조원희 (국민대학교) 고동욱 (국민대학교) 강완모 (국민대학교)

저널정보: 한국지적정보학회 한국지적정보학회지 한국지적정보학회지 제24권 제2호

발행연도: 2022.8

수록면: 70 - 86 (17page)

DOI: 10.46416/JKCIA.2022.08.24.2.70

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생태계가 지닌 다양한 프로세스를 반영하는 지형에 대한 공간정보는 국토의 지속가능한 이용과 환경생태 연구에 있어 매우 중요하다. 따라서 지형공간정보의 고도화를 위한 고해상도의 연속수치표고모델 제작을 위해 많은 노력이 기울여지고 있다. 그러나 지형공간정보 구축은 주로 육상생태계 지상부를 중심으로 수행되고 있으며, 수중 지형정보는 상대적으로 부족한 실정이다. 본 연구는 담수지역 생태계인 경기도 안산시 갈대습지공원을 대상으로 지상과 수중을 연계한 수치표고모델 구축을 목표로 하였다. 이를 위해 수심측정이 가능한 음파탐지기를 활용하여 9,850개의 수심 위치정보를 획득하였고, 기존의 5m DEM과 연계하여 지상과 수중의 연속적인 고도정보를 구축하였다. 수심 위치정보와 지상 고도정보의 연계를 위해 역거리가중법(Inverse Distance Weighted, IDW)과 함께 4개의 크리깅 기반 공간보간법(Empirical Bayesian Kriging, EBK; Simple Kriging, SK; Ordinary Kriging, OK; Universal Kriging, UK)이 적용되었다. 연구대상지 내 지상 고도정보와 수심 위치 점자료 70%를 활용하여 각 보간 모델을 생성하였고, 나머지 30%를 활용하여 보간 모델들의 선형 적합성을 평가하였다. 또한, 대응비교 t-검정을 통해 수심 측정값과 공간보간 모델별 예측값 간 유의미한 차이가 있는지 확인하였다. 연구결과, 유의수준 0.05에서 통계적으로 유의하고 적합성이 가장 높은 보간 모델은 EBK (𝑅²=0.55)였으며, 다음으로 OK (𝑅²=0.54), IDW (𝑅²=0.53), UK (𝑅²=0.41), SK (𝑅²=0.37) 순이었다. 대응비교 t-검정 결과로 수심 측정값과 가장 유사하게 예측한 모델은 EBK (𝑃=0.85)였으며, 그 다음으로 IDW (𝑃=0.18), OK (𝑃=0.10), UK (𝑃=0.06), SK (𝑃<0.001) 순이었다. 종합하면, 수중과 지상의 연속수치표고모델 구축에 있어 EBK가 다른 보간 모델들에 비해 가장 우수한 모델이었다. 이러한 결과들은 수중과 지상을 연계한 고해상도 공간정보 구축을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것이다.

The topography reflects the various ecosystem processes and its information is essential for sustainable use of the national territory and environmental ecological studies. Accordingly, much effort is being made to produce a seamless, high-resolution digital elevation model. However, the development of topographic information is mainly carried out for an above ground areas, and underwater topographic information is relatively insufficient. This study aimed to develop a seamless digital elevation model to link land and underwater areas in a wetland park. We obtained a total of 9,850 underwater depth points data using a scanning sonar method and merged it with altitude points data of land area originating from a 5m resolution digital elevation model. Four kriging (Empirical Bayesian Kriging, EBK; Simple Kriging, SK; Ordinary Kriging, OK; Universal Kriging, UK) and Inverse Distance Weight(IDW) models were applied to estimate the seamless digital elevation model of land and underwater areas. Each interpolation model was constructed using all land area elevation data and 70% of underwater depth points data. With the remaining 30% as test data, we evaluated interpolation models using linear regression and paired t-test. As a result of the study, the most suitable interpolation model with high accuracy was EBK (𝑅2=0.55), followed by OK (𝑅²=0.54), IDW (𝑅²=0.53), UK (𝑅²=0.41), and SK (𝑅²=0.37), which were all statistically significant at 0.05 level. The model that predicted the most similar estimates to the water depth measurements was EBK (paired t-test: 𝑃=0.85), followed by IDW (𝑃=0.18), OK (𝑃=0.10), UK (𝑃=0.06), and SK (𝑃<0.001). Overall, EBK was the best model for developing a seamless digital elevation model of land and underwater areas. These results can be used as fundamental data for the construction of high-resolution spatial information linking underwater and ground environments.

#크리깅 #역거리가중법 #보간 모델 #음파탐지기 #지형 모델 #Kriging #Inverse Distance Weight #Interpolation Model #Scanning Sonar #Terrain Model

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