초록

국토의 토지이용/피복 현황은 국토관리의 측면에서 볼 때 도시 및 지역에 대한 계획과 연구를 비롯하여 토지적성평가, 난개발, 불법적 토지형질변경, 도시확산 등의 분석 및 모니터링에 있어서 기본적으로 필요한 자료이다. 그러나 이러한 자료가 제대로 조사되지 않고 있어, 국토계획 및 국토관리에 이러한 자료가 필요한 경우 어려움을 겪는 경우가 많다. 광범위한 국토의 토지이용/피복 현황을 답사하여 조사한다는 것은 매우 어려운 일이다. 그 이유는 국토의 토지이용/피복 현황을 조사하기 위하여 현지조사를 수행할 경우 많은 인력과 시간과 비용을 투입하여야 하기 때문이다. 따라서 지금까지는 추상적이고 개략적인 국토의 토지이용/피복 현황자료를 바탕으로 계획 및 연구를 수행할 수 밖에 없는 상황이었으며, 이 분야가 국토계획을 비롯하여 지역 및 도시계획과 연구에 있어서 자료의 한계를 극복하지 못하고 있는 분야 중 하나이다.
그러나 이와 관련된 여건의 변화가 최근 크게 일어나고 있다. 국토의 토지이용/피복 현황 자료의 생산에 필요한 정보들이 원격탐사 및 지리정보에서 다양하게 생산되고 있다. 고해상도의 원격탐사자료의 수집이 최근 원격탐사기술의 발달로 인하여 항공기에서뿐만 아니라 500km 이상의 우주에서 활동하는 인공위성으로부터도 가능하여졌다. 수집된 자료의 공간해상도가 국토관리에서 요구되는 상세한 자료 수요를 상당한 정도 충족시킬 수 있는 수준에 도달하였다. 원격탐사 분야의 발달과 더불어 GIS 분야에서도 지리정보 구축에 막대한 비용의 투자가 이루어져 계획분야에서 활용할 수 있는 정보기반이 상당히 구축되어 있다. 그러나 이것도 활용가치가 있는 만큼 충분히 이용되지 못하고 있는 실정이다.
이미 구축된 GIS 분야의 지리정보와 고해상도의 영상자료를 함께 활용할 경우 진일보한 공간정보의 생산이 가능하여짐으로서 상호간에 시너지 효과를 기대할 수 있다. 국토의 토지이용/피복 현황 분석에 있어서도 행정과 계획에서 활용할 수 있는 자세한 수준의 정보를 생산할 수 있는 가능성이 충분히 있다. 이 연구의 목적은 앞서 언급한 가능성을 실현하는 방법을 연구하는 것으로서 첫째로는 고해상도 위성영상을 이용하여 토지행정을 위한 국토의 토지이용/피복 현황 생산방법을 개발하는 것에 두었다. 특히 필지별 등 토지행정에서 사용이 가능한 단위로 토지이용/피복 현황정보를 생산하기 위한 방법이 모색되도록 하였다. 이 정보는 난개발, 토지적성평가, 불법적 토지형질변경, 공시지가조사 결과 검증 및 도시확산 등을 파악하고 분석하는데 필요한 기본정보로서 활용될 수 있을 것이다.
둘째로는 GIS와 원격탐사를 연계한 분석기법을 개발하는 것으로 설정하였다. GIS와 원격탐사를 연계시켜 고해상도 영상자료가 가지고 있는 자세한 정보를 용이하게 추출하여 내도록 할 수 있고, GIS의 기초자료로 활용될 수 있는 정보를 생산해 낼 수 있는 새로운 기법을 개발하는 것이다.
이 연구는 이들 방법의 개발과 관련된 영상분할, 영상분류 등의 내용을 장별로 나누어 담고 있다. 제1장의 개요에 이어 제2장에서는 국토의 토지이용/피복분류와 관련된 문헌조사를 통하여 기존의 영상분류방법을 살펴보았다. 그리고 이에 대한 문제점 특히 고해상도의 인공위성 영상에 이 방법을 적용할 경우 발생될 수 있는 문제점 등을 중점적으로 살펴보았다. 기존의 영상분류 방법은 중·저해상도의 영상분류 방법이 주축이 되고 있다. 이 방법들이 사용하고 있는 원리는 각 화소의 분광학적 특성을 이용하여 각 화소의 토지이용/피복현황을 분석하는 것이다. 그러나 이러한 방법은 고해상도의 영상 분류에 있어서는 이상적인 방법이 아닌 것으로 판단되었다. 최근에 이르러 이와는 별도로 고해상도의 영상 분석을 위한 연구가 이루어지고 있다. 관련 연구의 주된 내용은 고해상도의 영상으로부터 물체를 추출하고 이것을 분류하는 방법이었다. 그러나 사용하는 방법이 주로 수작업을 통하여 물체를 추출하고 이것을 분광적 특성을 이용하여 분류하려는 시도가 주류를 이루고 있으며 아직 초보적 단계에 머물고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 방안으로서 이 연구에서는 고해상도의 위성영상과 GIS를 연계하여 필지별 토지이용/피복현황을 분석하는 방안을 제시하였다.
제3장에서는 이 연구에서 제안된 방법을 실행하기 위한 사전 단계로서 위성영상자료의 전처리 과정을 다루었다. 우선 연구의 자료로서 사용된 4m 공간해상도의 IKONOS 칼라영상자료를 1m 공간해상도를 갖는 전정색 영상자료와 융합(fusion)하여 1m의 칼라 영상자료를 생산하였다. 다음으로 GIS자료와 위성영상 자료의 연계처리를 위하여 GIS자료를 바탕으로 위성영상 자료를 기하보정하였다. 기하보정은 ERDAS사의 영상처리소프트웨어인 Imagine을 사용하였다. 그러나 단순한 기하보정 방법으로는 두 개의 공간정보를 정확히 일치시키기 어려웠다. GIS 자료와 위성영상자료를 최대한 일치시키기 위하여 앞서 얻어진 결과에 Moving 및 Rotating 방법을 추가로 적용하여 일치의 정도를 향상시키는 과정을 거쳤다.
제4장에서는 영상분할과 분할된 영상 단위간의 위상관계를 설정하는 과정을 다루었다. 우선 영상 속의 물체를 용이하게 추출하기 위하여 물체의 경계를 강화시켰다. 이 연구에서는 가능한 한 물체와 가장 가까운 영상분할의 결과를 얻기 위하여, 정사각형 형태의 윈도우를 이용한 기존의 물체경계강화 방식을 개선한 새로운 방식의 물체경계 강화방법을 적용시켰다. 다음의 단계에서는 물체의 경계가 강화된 이진 영상으로부터 물체의 경계를 추출하였다. 여기서 사용된 물체의 경계 추출방법은 여러 과정의 처리단계를 갖지만 요약하면 우선 경계의 가능성이 낮은 선형을 한계치를 적용하여 제거하고, 경계의 가능성이 있는 선형들만을 추출하였다. 다음의 단계에서는 이웃한 영상분할 단위 사이의 분광학적 특성을 통계적으로 분석하여 더욱 물체와 가까운 형태의 경계를 추출할 수 있도록 하였다. 그리고 이 결과를 GIS 자료와 통합하였다.