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8.3. Lesson: 지형 분석

래스터가 표현하고 있는 지형에 대해 더 깊이 이해할 수 있게 해주는 특정한 래스터 형식이 있습니다. 수치 표고 모델(DEM)이 이런 점에서 특히 유용합니다. 이 강의에서는 지형 분석을 이용해서, 이전 모듈에서 다뤘던 주거 구역 개발에 대해 더 자세히 알아보도록 하겠습니다.

이 강의의 목표: 지형 분석을 이용해서 지형에 대해 더 많은 정보를 끌어내기.

8.3.1. basic Follow Along: 음영기복도 계산

지금 여러분의 맵에 있는 DEM이 지형의 표고를 보여주기는 하지만, 가끔은 조금 추상적으로 보일 수도 있습니다. 여러분에게 필요한 지형의 모든 3D 정보를 담고 있지만, 3D 오브젝트로 보이지는 않습니다. 이 지형을 좀 더 잘 표현하기 위해 음영기복도 를 계산할 수 있습니다. 음영기복도란 빛과 그림자를 이용해서 지형을 3D처럼 보이는 이미지로 생성한 래스터입니다.

DEM을 작업하려면 QGIS의 일체형 DEM (Terrain models) 분석 도구를 사용해야 합니다.

  • 메뉴에서 Raster ‣ Analysis ‣ DEM (Terrain models) 항목을 클릭하십시오.

  • 대화 창이 뜨면, Input fileDEM 레이어인지 확인하십시오.

  • Output fileexercise_data/residential_development 디렉터리의 hillshade.tif 로 설정하십시오.

  • Mode 옵션에서 Hillshade 를 선택하도록 합니다.

  • Load into canvas when finished 옆에 있는 체크박스를 체크하십시오.

  • 다른 옵션은 그대로 놔둬도 됩니다.

  • OK 를 클릭해서 음영기복도를 생성합니다.

  • 처리가 완료됐다는 메시지 창이 뜨면, 메시지 창의 OK 를 클릭해서 창을 닫으십시오.

  • DEM (Terrain models) 대화 창의 Close 를 클릭하십시오.

이제 다음과 같이 hillshade 라는 새 레이어가 생성되었습니다.

../../../_images/hillshade_raster.png

멋진 3D로 보입니다만, 좀 더 향상시킬 수 있을까요? 음영기복도 그 자체로는 마치 석고 모형처럼 보입니다. 다른, 좀 더 다채로운 래스터들과 어떻게 함께 사용할 수는 없을까요? 물론 할 수 있습니다. 음영기복도를 오버레이로서 사용한다면 말이죠.

8.3.2. basic Follow Along: 음영기복도를 오버레이로 사용

음영기복도는 낮 동안의 특정 시간의 햇빛에 대한 유용한 정보를 제공할 수 있습니다. 하지만 맵을 더 보기 좋게 하기 위한 심미적 목적을 위해서도 사용할 수 있습니다. 이렇게 하려면 음영기복도를 거의 투명하게 설정하면 됩니다.

  • 이전 강의에서처럼 원래 DEM 의 심볼에 Pseudocolor 배합을 쓰도록 변경하십시오.

  • DEMhillshade 레이어를 제외한 모든 레이어를 비활성화하십시오.

  • Layers list 에서 DEM 을 클릭 & 드래그해서 hillshade 레이어 밑으로 옮기십시오.

  • hillshade 레이어의 Layer Properties 를 열고 Transparency 탭으로 가서 투명도를 설정하십시오.

  • Global transparency50% 로 설정합니다.

  • Layer Properties 대화 창의 OK 를 클릭하십시오. 다음과 같은 화면을 보게 될 것입니다.

    ../../../_images/hillshade_pseudocolor.png
  • Layers list 에서 hillshade 레이어를 껐다 켰다 하면서 그 차이점을 살펴보십시오.

음영기복도를 이런 식으로 사용하면 경관의 지형을 향상시킬 수 있습니다. 만약 그 효과가 미미하다고 느껴진다면, hillshade 레이어의 투명도를 조절할 수 있습니다. 하지만 물론, 음영기복도가 밝아질수록 그 아래의 색상은 침침해질 것입니다. 여러분이 만족할 수 있는 균형을 찾아야 합니다.

작업 완료 시 맵을 저장하는 일을 잊지 마십시오.

주석

다음 두 가지 실습에서는 새 맵을 사용하십시오. DEM 래스터 데이터셋( exercise_data/raster/SRTM/srtm_41_19.tif )만을 불러오십시오. 여러분이 래스터 분석 도구를 이용해 작업할 때 문제를 단순화하기 위해서입니다. 이 맵을 exercise_data/raster_analysis.qgs 로 저장하십시오.

8.3.3. moderate Follow Along: 경사도 계산

지형에 대해 알아두면 좋은 점 가운데 하나는 얼마나 가파르냐는 것입니다. 예를 들어 어떤 토지에 집을 짓고 싶다고 할 때, 그 토지는 어느 정도 평평해야 할 것입니다.

이 작업을 하려면 DEM (Terrain models) 도구의 Slope 모드를 사용해야 합니다.

  • 이전처럼 도구를 여십시오.

  • 다음과 같이 Mode 옵션에서 Slope 를 선택하십시오.

    ../../../_images/dem_slope_dialog.png
  • 저장 경로를 exercise_data/residential_development/slope.tif 로 설정하십시오.

  • Load into canvas... 체크박스를 체크하십시오.

  • OK 를 클릭한 다음 처리가 완료되면 메시지 창을 닫고, Close 를 클릭해서 대화 창을 닫으십시오. 사용자 맵에 새 래스터가 로드됐을 것입니다.

  • Layers list 에서 새 래스터를 선택하고, Stretch Histogram to Full Dataset 버튼을 클릭하십시오. 이제 검은 픽셀은 평평한 지형, 하얀 픽셀은 가파른 지형을 나타내는 다음과 같은 경사도를 볼 수 있습니다.

    ../../../_images/slope_raster.png

8.3.4. moderate Try Yourself 향 계산

지형의 이란 어떤 지형이 면하고 있는 방향을 말합니다. 현재의 연구 지역이 남반구에 있으므로, 햇빛을 받으려면 북쪽을 면하고 있는 비탈에 건물을 지어야 하겠죠.

  • 지형의 향을 계산하려면 DEM (Terain models) 도구의 Aspect 모드를 사용하십시오.

결과 확인

8.3.5. moderate Follow Along: 래스터 계산기 사용

벡터 분석 강의에서 마지막으로 다뤘던 부동산 중개업자 문제를 다시 떠올려보십시오. 그때의 구매자가 지금은 건물을 산 다음 부지 내에 작은 집을 짓고 싶어 한다고 해봅시다. 남반구에서 이런 개발에 이상적인 계획은 우선 5˚ 미만 경사의 북쪽을 면한 토지가 있어야 할 것입니다. 그러나 경사가 2˚ 미만인 경우, 향은 문제가 되지 않습니다.

다행히 여러분에게는 이미 경사는 물론 향을 보여주는 래스터가 있습니다. 그런데 이 두 가지 조건을 동시에 만족하는 곳을 알 도리가 없죠. 어떻게 이런 분석을 할 수 있을까요?

그 답은 Raster calculator 가 가지고 있습니다.

  • Raster > Raster calculator... 를 클릭해서 이 도구를 실행하십시오.

  • aspect 데이터셋을 사용하려면 왼쪽에 있는 Raster bands 목록에서 aspect@1 항목을 더블클릭하십시오. 아래쪽에 있는 Raster calculator expression 텍스트 란에 나타날 것입니다.

북쪽은 0˚이므로, 북쪽을 면한 지형을 원한다면 그 향이 270˚ 이상, 90˚ 이하여야 합니다.

  • Raster calculator expression 란에 다음 표현식을 입력하십시오.

    aspect@1 <= 90 OR aspect@1 >= 270

  • 산출물 파일 경로를 exercise_data/residential_development/ , 파일명을 aspect_north.tif 로 설정하십시오.

  • Add result to project 체크박스를 체크했는지 확인하십시오.

  • OK 를 클릭해서 처리를 시작합니다.

../../../_images/raster_calculator.png

결과는 다음과 같을 것입니다.

../../../_images/aspect_result.png

8.3.6. moderate Try Yourself

이제 향 작업을 끝냈으니, DEM 레이어에 대한 두 가지 새로운 분석을 생성해봅시다.

  • 먼저 경사가 2 ˚ 이하인 모든 지역을 구분해봅시다.

  • 다음도 비슷합니다. 다만 경사가 5 ˚ 이하인 지역을 구해봅시다.

  • 그 결과물을 exercise_data/residential_development/ 디렉터리 아래, slope_lte2.tifslope_lte5.tif 파일로 저장합니다.

결과 확인

8.3.7. moderate Follow Along: 래스터 분석 결과 결합

이제 다음과 같은 DEM 레이어의 세 가지 분석 래스터가 생겼습니다.

  • aspect_north : 북쪽을 면한 지형

  • slope_lte2: 경사가 2˚ 이하인 지형

  • slope_lte5: 경사가 5˚ 이하인 지형

이 레이어들의 조건을 만족하는 곳의 값은 1 로 동일합니다. 만족하지 않는 곳의 값도 0 으로 동일합니다. 따라서 이 래스터들 가운데 하나를 다른 래스터와 곱하면, 양쪽 모두의 값이 1 인 곳들을 얻을 수 있습니다.

만족해야 하는 조건은 다음과 같습니다. 경사가 5˚ 이하이며, 북쪽을 면하는 지형일 것, 다만 경사가 2˚ 이하인 곳은 해당 지형이 어느쪽을 면하든지 상관 없슴.

그러므로, 경사가 5˚ 이하 AND 북쪽을 면한 지형, OR 경사가 2˚ 이하인 지형을 찾아야 합니다. 그런 지형이 개발에 적합할 테니까요.

이 기준들을 만족하는 지역을 계산하려면,

  • Raster calculator 를 다시 실행합니다.

  • Raster bands 목록, Operators 버튼 및 사용자의 키보드를 이용해서 다음 표현식을 Raster calculator expression 텍스트 란에 입력하십시오.

    ( aspect_north@1 = 1 AND slope_lte5@1 = 1 )  OR slope_lte2@1 = 1

  • 산출물의 경로를 exercise_data/residential_development/ , 파일명을 all_conditions.tif 로 설정하십시오.

  • Raster calculator 에 있는 OK 를 클릭하십시오. 결과는 다음과 같습니다.

    ../../../_images/development_analysis_results.png

8.3.8. moderate Follow Along: 래스터 단순화

앞의 이미지에서 볼 수 있듯이, 이렇게 결합된 분석의 결과물은 조건을 만족하는 수많은, 아주 작은 지역들로 이루어져 있습니다. 그러나 이 결과는 우리의 분석에 그다지 쓸모가 없습니다. 뭔가를 짓기에는 너무 작은 토지들이니까요. 이 쓸모 없는 작은 토지들을 제거해보겠습니다.

  • 메뉴에서 Raster ‣ Analysis ‣ Sieve 항목을 클릭해서 Sieve 도구를 실행하십시오.

  • Input fileall_conditions 로, Output fileexercise_data/residential_development/ 디렉터리의 all_conditions_sieve.tif 파일로 설정하십시오.

  • ThresholdPixel connections 의 값을 모두 8 로 설정한 다음 도구를 실행하십시오.

../../../_images/raster_seive_dialog.png

처리가 완료되면 캔버스에 새 레이어가 로드될 것입니다. 하지만 데이터를 보기 위해 히스토그램 구간 도구를 사용하면 다음과 같은 화면을 보게 됩니다.

../../../_images/seive_result_incorrect.png

무엇 때문일까요? 그 답은 이 새 래스터 파일의 메타데이터에 있습니다.

  • Layer Properties 대화 창의 Metadata 탭을 선택해서 메타데이터를 살펴보십시오. 맨 아래에 있는 Properties 부분을 보십시오.

../../../_images/seive_metadata.png

이 래스터는, 추출되었던 원래 래스터와 마찬가지로, 10 값만을 가져야 하는데, 굉장히 큰 음수값의 STATISTICS_MINIMUM 값을 가지고 있습니다. 이 데이터를 조사해보면 이 숫자가 null 값 역할을 하고 있다는 사실을 알 수 있습니다. 우리는 필터링되지 않은 지역만을 원하니까, 이 null 값들을 0으로 바꿉시다.

  • 다시 Raster Calculator 를 실행하고, 다음 표현식을 입력합니다.

    (all_conditions_sieve@1 <= 0) = 0

    이 표현식은 기존 0 값을 모두 보전하는 동시에 음수를 모두 0으로 변경할 것입니다. 1 값을 가진 지역은 그대로 남게 됩니다.

  • 산출물의 경로를 exercise_data/residential_development/ , 파일명을 all_conditions_simple.tif 로 설정하십시오.

산출물은 다음과 같습니다.

../../../_images/raster_seive_correct.png

우리가 기대한 산출물입니다. 이전 결과물을 단순화시킨 버전이죠. 어떤 도구의 결과물이 기대했던 것과 다를 경우, 문제를 해결 하는 데 메타데이터(및, 적용 가능할 경우 벡터 속성)을 살펴보는 작업이 필수적일 수도 있습니다.

8.3.9. In Conclusion

DEM에서 모든 유형의 분석 결과를 추출하는 방법을 배웠습니다. 여기에는 음영기복도, 경사도, 향 계산이 포함됩니다. 또한 래스터 계산기를 이용해서 이 결과들을 더 심도 있게 분석하고 결합하는 방법도 배웠습니다.

8.3.10. What’s Next?

이제 여러분은 두 가지 분석을 할 수 있습니다. 벡터 분석은 잠재적으로 적합한 계획을 보여주며, 래스터 분석은 잠재적으로 적합한 지형을 보여줍니다. 이들을 어떻게 결합해야 문제에 대한 최종 결론을 얻을 수 있을까요? 이것이 다음 모듈에서 시작하는 강의의 주제입니다.