무인항공 영상을 이용한 도심녹지 온도저감 효과 분석a Analysis of the Effects of Temperature Mitigation on Urban Green Area using UAV Imagesa
pp.69-70
도시 확장에 따른 녹지 감소와 불투수포장면적의 증가, 과도한 에너지 소비 등으로 인해 발생한 도시열섬은 전지구적인 기후변화, 도시 생태계, 거주환경의 쾌적성 등 다양한 문제와 맞물려 해결되어야 할 과제로 인식되고 있다. 도시열섬에 대응하기 위해서는 도시온도저감 영향요인에 대한 파악이 중요한데, 이와 관련한 연구는 주로 인공위성영상을 활용하여 대규모 면적을 대상으로 한 연구가 수행되었다. 그러나 기존 인공위성영상은 촬영시기, 해상도, 자료취득 등의 한계로 인해 복잡한 도시구조에 의한 미기후적 특성을 반영하기 어려운 측면이 있다. 최근 무인항공기(UAV)의 기술발달로 다양한 센서의 활용이 가능해지면서 소규모 지역의 정밀한 공간정보 취득이 용이해졌다. 본 연구는 도시열섬 완화를 위한 도심녹지공간의 온도저감 효과 파악이 목적이며, 고해상도의 UAV 영상자료를 활용하여 도심녹지의 공간정보를 구축한 후, 녹지유형(토지피복, 식생, 수종)별 온도 차이 및 수종별 용적과 온도의 관계에 대한 통계분석을 실시하였다.
연구대상지는 전라북도 익산시에 위치한 소라산 자연마당이다. 대상지는 시가지에 둘러싸인 소규모 잔존산림에 위치하며 과거 경작지와 공업 및 주거지 등으로 이용되던 지역이었다. 2015년 자연마당으로 조성되면서 숲 복원을 위해 넓은 면적에 수목을 식재하였고, 기존 수계를 활용한 습지와 계류를 조성하였다. 자연마당 조성면적은 55,000㎡이다.
UAV 영상은 토지피복 및 식생현황도 작성을 위한 컬러(RGB) 영상과 온도 분석을 위한 열적외선(TIR) 영상을 촬영하였다. 공간해상도(GSD)는 RGB 영상은 5㎝, 열적외선(TIR) 영상은 31.5㎝이었다. 영상촬영은 senseFly사의 eBee(고정익)를 사용하여 2016년 8월에 촬영하였다. 촬영된 영상의 접합, 섭씨온도 변환, DTM(Digital Terrain Model), DSM(Digital Surface Model) 제작은 Pix4Dmapper와 PhotoScan Professional 소프트웨어를 사용하였다.
토지피복 및 식생유형 분석은 UAV로 촬영된 RGB 영상과 1:5,000 수치지도를 중첩하여 종이지도로 출력 후 현장조사를 통해 유형을 구분하였다. 조사자료는 AutoCAD Map 3D를 이용해 디지타이징 한 후 ArcMap 10.3을 활용해 공간지도로 작성하였다. 토지피복 유형은 산림, 조경수식재지, 초지, 습지, 포장지의 5가지 유형으로 구분하였다. 식생유형은 산림과 조경수식재지 각 유형 내에서 침엽수와 활엽수로 세분하였고, 초지 유형은 수고 1m를 기준으로 장초지와 단초지로 구분하였다.
유형별 온도 차이는 토지피복 및 식생현황도와 열적외선 영상을 섭씨온도로 변환한 지표온도 지도를 중첩하여 각 유형을 구성하는 단위 cell(1m×1m)당 온도값을 추출하고 일원분산분석(One-Way ANOVA)을 실시하였다. 분석은 3단계로 진행하여 토지피복 유형별 온도차이, 식생유형별 온도차이, 산림 수종별 온도차이를 확인하였다. 산림 수종별 온도차이는 산림 중에서 분포면적이 넓고 조밀하게 수관을 형성한 영역 중에서 단일수종으로 구성된 소나무림과 아까시나무림, 그리고 산벚나무가 우점하며 상수리나무, 밤나무 등이 동반 출현하는 기타활엽수림의 3가지 유형을 선별하여 분석하였다.
녹지용적과 온도의 관계는 수종별 온도차이 분석에서 선별한 소나무림, 아까시나무림, 기타활엽수림의 3개 유형별로 단위 cell당 용적과 온도의 상관관계 및 회귀분석을 실시하였다. 녹지용적은 단위 cell당 DHM(Digital Height Model) 값으로 산출하였는데, DHM은 RGB 영상에서 생성한 DSM과 Ground Points 분류를 통해 생성한 DTM과의 차로 계산한 녹지의 높이 값이다. 이상의 공간자료 처리와 통계분석은 ArcMap 10.3, IBM SPSS 2.2를 사용하였다.
토지피복 및 식생유형 분석결과 토지피복 유형의 분포비율은 산림(35.1%), 조경수식재지(32.2%), 습지(10.5%), 초지(10.5%), 포장지(4.3%) 순이었고, 식생유형으로 세분한 결과 산림 침엽과 활엽이 각각 30.5%, 14.6% 비율로 분포하였다. 조경수식재지의 침엽과 활엽의 분포비율은 각각 17.4%, 14.8%, 초지를 세분한 장초지와 단초지는 각각 4.4%, 6.1%이었다. 산림 중에서 분포영역을 선별 추출한 수종별 유형인 소나무림, 아까시나무림, 기타활엽수림의 면적은 각각 2,608㎡, 493㎡, 691㎡이었다.
유형별 온도차이에 대한 분산분석 결과 토지피복 유형별 온도, 식생유형별 온도, 산림 수종별 온도 모두 F통계량에 대한 유의확률이 .000으로 통계적으로 유의한 유형별 온도차이가 있음이 확인되었다. 사후검정을 통한 유형간의 온도차이를 확인한 결과 토지피복 유형에서는 습지<산림<조경수식재지<초지<포장지 순으로 평균온도의 차이가 있었고, 식생유형에서는 산림활엽<산림침엽<장초지<조경수침엽<조경수활엽<단초지 순으로 온도 차이를 확인하였다. 수종별 온도차이에서는 아까시나무림<기타활엽수림<소나무림 순이었다. 이상의 분석결과 습지와 산림은 저온역이었고, 산림 중에서도 침엽수 보다는 활엽수의 온도가 더 낮았다. 고온역은 포장지의 온도가 월등히 높았고, 초지와 조경수식재지도 온도가 높았다. 조경수식재지가 온도가 낮은 것은 식재 초기로서 수관의 발달이 미약하였기 때문으로 판단되었다.
산림 수종별 녹지용적과 온도와 상관관계 분석결과 소나무림과 기타활엽수림은 0.01 유의수준에서 Pearson 상관계수가 각각 -.417, -.466인 음의상관관계이었고, 아까시나무림은 상관계수 +.181로 약한 양의상관관계가 확인되었다. 소나무림과 기타활엽수림에서는 녹지용적 증가시 온도가 감소하였지만, 아까시나무림은 온도가 증가하는 것으로 나타나 용적과 온도의 관계에 관한 추가 연구가 필요하였다. 소나무림과 기타활엽수림의 녹지용적에 따른 온도변화에 대한 선형회귀분석 결과 소나무림의 회귀식은 Y=39.932-0.125X, R²는 .174, 기타활엽 수림은 Y=39.121-0.154X, R²는 .217이었다. 본 회귀식에 따르면 단위 cell당 DHM 수치(녹지용적) 1증가시 온도는 0.125~0.154℃의 저감효과가 있는 것으로 분석되었다.
본 연구는 도시열섬 완화를 위한 도심녹지의 온도저감 효과 파악을 위해 UAV를 활용한 고해상도 지표온도 영상을 취득하여 녹지유형별 온도 특성을 분석하였다. 연구결과 습지와 잔존산림의 온도저감 효과가 컸고, 산림에서 침엽수 보다 활엽수의 온도가 더 낮았다. 도심 온도저감을 위해서는 잔존산림의 보전과 침엽수보다는 활엽수 식재가 효과가 높을 것으로 판단되었다. 초지는 비교적 고온이어서 온도저감 측면에서는 효과가 낮았고, 포장지에서는 온도가 급증하여 포장면적의 최소화가 필요하였다. 잔존산림 내 수종별 녹지용적과 온도의 관계는 음의상관이 확인되어 용적의 증가시 온도저감 효과가 있는 것으로 판단되나 아까시나무림에서는 온도가 증가하는 수종 간 차이가 확인되어 추후 연구가 필요하였다.