다중 시기 항공 LiDAR 데이터를 이용한 도시림의 생장량 추정

Abstract

오늘날 생물다양성 보전과 생태계 서비스의 측면에서 도시림의 중요성이 대두되고 있다. 하지만, 도시화의 진행은 산림의 고립화, 인위적 교란의 빈번한 발생을 야기하고 있으며, 그에 따라 도시림의 건강성을 평가하고 관리하는 활동의 필요성이 제기되고 있다. 도시림의 건강성은 수관의 생장을 통해 정량화하여 나타낼 수 있는데, 이는 수관의 생장이 수목의 연령, 종 조성, 교란 등 주변 환경에 영향을 받기 때문이다. 수관의 생장량 추정 등 산림을 대상으로 한 연구 방법으로 1990년대부터 LiDAR(Light Detection and Ranging)라는 원격탐사 센서를 이용한 측량 방법이 연구되고 있다. 특히, 항공 LiDAR 데이터의 활용은 전통적인 수고추정방법의 한계점을 극복하고 효율적으로 넓은 대상지의 분석을 가능케 하며 항공사진과 위성영상의 2차원적인 제약을 벗어나 3차원적인 공간분포의 정밀한 추정을 가능케 한다. 경년 항공 LiDAR 데이터를 이용한 산림의 연구는 광역단위 대상지 내 수관의 변화량을 수십 센티미터 단위의 정확도로 정밀하게 탐지해 낼 수 있다는 잠재성이 있음에도, 관련 연구는 북미지역과 북유럽지역의 상록수가 우점하는 한대수림지역 또는 보전지역을 중심으로 진행이 되어왔으며, 온대 기후대에 위치한 도시 내 산림(도시림)을 대상으로 진행된 연구는 부족한 실정이다. 기후변화, 도시화 등 다양한 환경 문제에 따른 도시림의 건강성 문제가 지속적으로 제시됨에 따라 도시림의 건강성을 정량적으로 나타낼 지표가 필요하며, 이는 도시림을 구성하는 수관의 연간 생장량 등을 통해 나타낼 수 있을 것으로 판단된다. 따라서 비교적 넓은 면적인 도시림의 효율적인 건강성 평가를 위해 항공 LiDAR 센서를 이용한 수관의 생장량을 정량화할 필요성이 있다. 본 연구의 목적은 2012년도와 2015년도에 촬영된 항공 LiDAR 데이터를 이용하여 대상지인 도시림의 전체 연간 생장량과 수관 변화량을 추정하는데 있다. 세부적인 목표로 수관의 변화량을 통해 도시림 수관의 연간 생장량과 생장지역분포, 교란지역분포를 추정하고자 한다. 본 연구의 대상지는 충청남도 천안시 서쪽에 위치한 봉서산(158m)으로 시가화 지역 내 위치한 도시림이다. 항공 LiDAR 데이터는 2012년 10월 9일, 2015년 10월 30일 두 시기에 취득되었으며, 데이터의 점군밀도는 두 시기 모두 9 points/㎡ 으로 유사하다. 봉서산에 분포하는 수종으로, 상수리나무(44.8%), 리기다소나무(29.7%), 낙엽송(7.43%) 등이 우세한 것으로 조사되었으며, 전체적인 도시림을 이루는 수목의 평균 영급이 3.8영급으로 성숙한 숲을 이루는 것으로 조사되었다. 전체적인 연구 방법으로 2012년도와 2015년도 LiDAR 데이터의 수직적인 거리 차이를 계산하여 대상지 수관의 변화량을 추정하는 방법을 이용하였다. 이를 위해 항공 LiDAR 데이터를 TerraScan 소프트웨어를 이용하여 전처리 한 뒤 그리드의 크기가 0.25*0.25㎡ 인 수치표면모델과 수치지형모델을 생성하고 수관높이모델(CHM: Canopy Height Model)을 추출하였다. 평균수관높이의 절반인 5m를 기준으로, 5m 이하지역을 관목/숲틈 지역(shrub canopy/gap), 5m 초과 지역을 교목 지역(high canopy)으로 분류하였다. 연구 결과 교목지역에서의 연평균 생장량은 24.4 cm/year 추정되었으며, 관목/숲틈 지역에서의 연평균 생장량은 19.4 cm/year로 추정되었다. 연평균 생장량은 수종에 따라 그 차이가 가장 명확하게 나타났다(밤나무: 27cm/year

리기나 소나무: 24cm/year). 대상지 전체 면적의 18%가 수직방향생장지역으로 분류되었으며, 42%가 측방향생장지역으로 분류되었다. 교목 지역의 경우 측방향생장지역이 43.1%로 가장 넓은 분포를 보이며, 수직방향생장지역 20.0%로 면적분포가 나타났다. 반면, 관목/숲틈 지역의 경우 수직방향생장지역이 40.8%로 가장 넓은 분포를 보이며, 측방향생장지역 20.0%로 면적분포가 나타났다. 측방향생장지역의 면적은 동남향에서 상대적으로 가장 넓게 분포하며, 서북향으로 갈수록 상대적으로 좁아지는 경향을 보였다. 대상지 전체 면적대비 교란지역 면적 비율은 40%로, 넓은 지역에서 산림에 피해가 발생하고 있음을 추정할 수 있다. 교란은 특히 대상지 경계, 경작지, 묘지, 산책로 주변 10m 등에서 규모와 발생빈도가 높게 나타남을 연구 결과를 통해 추정할 수 있었다. 또한, 교목 지역의 경우 서향에서 동향보다 교란이 상대적으로 높게 발생하는 경향을 보였다. 숲틈의 경우 2012년도와 2015년도 사이 21027.85㎡의 면적이 감소하였으며, 패치의 수 역시 530지역이 감소한 것으로 추정되었다. 또한 2015년도 숲틈 패치들의 평균 면적은 2012년도 대비 2.11㎡ 증가한 것으로 탐지되었다. 경년 항공 LiDAR 데이터를 이용한 도시림의 연구는 기존 연구방법의 한계점을 극복하고 광역단위 산림의 동태를 연구하는 데 있어 효율적으로 정량적인 결과를 도출해 낼 수 있다는 장점이 있다. 따라서 본 연구는 향후 단기간의 변화뿐만이 아닌 장기간의 변화양상까지 추정하고 모니터링 하는 연구에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.