KR102243453B1 - 하천 공간위상 구조를 이용한 도시하천 홍수범람지도의 갱신 방법 및 이를 기록한 기록매체 - Google Patents

하천 공간위상 구조를 이용한 도시하천 홍수범람지도의 갱신 방법 및 이를 기록한 기록매체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 홍수범람지도 갱신 방법에 관한 것으로서, 홍수범람지도에 대하여 기본계획 홍수위 정보를 포함하는 공간위상 정보를 구축하는 단계, 상기 공간위상 정보에서 변경된 기본계획 홍수위 정보가 입력되면, 기준점의 변위벡터를 계산하는 단계, 상기 변위벡터를 기준으로 변동된 기준점 변위량을 평면성분으로 투영하여 평면 변위량을 계산하는 단계, 계산된 평면 변위량을 이용하여 두 기준점의 변위 값을 계산하는 단계, 계산된 변위 값을 이용하여 상기 두 기준점 내의 각 절점의 변동량을 산출하는 단계, 산출된 각 절점의 변동량을 통해 변동된 절점 좌표를 산출하는 단계, 산출된 절점 좌표로 각 절점의 좌표값을 변경하는 단계 및 변경된 절점 좌표를 연결하여 홍수범람지도를 갱신하는 단계를 포함한다.
본 발명에 의하면, 기후변화로 인한 홍수량 변화 시, 기존의 전국단위 국가 및 지방하천 홍수범람지도 구축시 작성되었던 하천공간정보를 지능적으로 재활용할 수 있다는 효과가 있다.

Description

하천 공간위상 구조를 이용한 도시하천 홍수범람지도의 갱신 방법 및 이를 기록한 기록매체 {Method for updating urban flood maps using river spatial topology, and recording medium thereof}
본 발명은 홍수범람범위 공간정보의 갱신 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하천의 기본계획 재수립에 의한 계획홍수위 변동시 기존의 도시하천 홍수범람지도의 범람범위 공간정보를 자동으로 변경하는 방법에 관한 것이다.
현재 우리나라는 기왕 호우 피해 실적 위주의 수방대책을 수립하고 전국단위의 호우 피해 예측 미비로 인해 종합적인 수해 예방 및 복구 역량이 부족한 실정이다. 또한 다양한 시나리오 기반의 내·외수 침수해석 기술은 활용되고 있으나 하천규모·침수원인·활용목적에 맞는 적정 범람 해석 기술 개발 논의가 미흡하다. 따라서 시나리오 기반 호우피해 예측 기술 개발을 통한 정밀/전국 홍수범람지도의 작성이 꼭 필요하다.
이러한 홍수범람지도 작성을 위해서는 기본적으로 개별 하천에 대한 각 지점별 홍수위를 파악을 하여야 하며, 이는 현재 하천관련법(하천법)에 의거 하천기본계획 수립에 의해 각 측점에 대한 빈도별 홍수량 및 홍수위가 산정되고 있으며, 산정된 측점별 계획 홍수위를 제내지(제방선을 기준으로 토지이용 및 인구가 거주하는 지역) 방향으로 연장하여, 그 연장선과 지형이 만나는 지점까지를 실제 해당 빈도의 강우가 발생시 범람이 예상되는 범위로 추정할 수 있다. 여기서, 각 측점의 계획홍수위의 측선이 제내지 방향으로 연장되는 선을 측선 연장선이라고 한다. 측선 연장선은 3차원 공간 상의 좌표와 그 측점에 대한 계획 홍수위를 속성 정보로 가지고 있다.
도 1은 하천의 횡단 단면도이다.
도 1을 참조하면, 침수 범위가 도시되어 있고, 계획 홍수위(Highest Water Level, HWL)와, 측선 연장선이 도시되어 있다. 이 실시예의 하천 횡단 측점 번호는 145+50이고, 계획 홍수위는 26m이다.
도 2는 하천의 평면도이다.
도 2를 참조하면, 하천 중심선, 하천 횡단면도, 계획 홍수위, 홍수범람예상지도 경계, 측선 연장선과 지형의 교점, 횡단 측선 연장선 등이 표시된 것을 확인할 수 있다.
이 방법은 일반적으로 GIS기반 하도 버퍼링(buffering)방법으로 칭하고 있으며 기존 홍수범람해석모형을 이용한 방법의 절차 중에서 제내지를 하도에 포함하여 홍수위를 모의하는 과정을 생략함으로써, 비교적 간단하게 침수영역과 침수심을 산정할 수 있는 장점이 있으며, 이러한 방법에 의해 현재 전국의 국가하천 및 지방하천에 홍수범람지도가 작성되고 있다.
전국 단위로 작성된 국가하천 및 지방하천은 10년을 주기로 하천인근의 각종 개발, 하상의 변화 및 하천주변의 지형변화, 기후변화를 고려한 홍수량 산정의 변화 등에 의해 하천기본계획이 재수립되고 있으며, 이를 통해 각 측점의 계획홍수위는 그때마다 변동이 되고 있으며, 이렇게 변동된 계획 홍수위를 이용하여 홍수범람지도를 변경하는 절차는 기존의 GIS기반 하도버퍼링 방법에 의해 수행되고 있는 그 절차는 다음과 같다.
먼저, 대상지역의 수치지형도 및 수치표고모델(Digital Elevation Model, DEM)을 재 구축한다. 여기서, 수치표고모델은 수치지면자료(또는 불규칙삼각망자료)를 이용하여 격자 형태로 제작한 지표모형을 말한다. 즉, 지형의 위치에 대한 표고를 일정한 간격으로 배열한 수치정보로서, 실세계 지형 정보 중 건물, 수목, 인공 구조물 등을 제외한 지형(bare earth) 부분을 표현하는 수치 모형이다.
도 3은 지형 수치표고모델 구축 과정을 예시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 침수심을 산정하고자 하는 대상지역의 1:5,000 수치지형도로부터 표고자료를 추출하여, GIS 툴을 이용하여 불규칙 삼각망(Triangulated irregular network, TIN)을 작성하고, 격자형태의 지형 수치표고모델을 구축한다.
다음, 변경된 계획홍수위를 적용하여 하천횡단측선을 제내지로 연장한다.
도 4는 홍수위 수치표고모델 구축 과정을 예시한 도면이다.
도 4의 (a), (b)를 참조하면, 하천횡단측선을 홍수의 흐름방향에 직각이 되도록 하여, 홍수위보다 충분히 높은 지형의 제내지까지 연장하고, 하도가 굴곡이 있는 경우, 하천횡단측선 연장시 상·하류의 측선이 교차하지 않도록 주의하여 도면에 표시한다.
다음, 하천기본계획의 측점(측선)별 변경된 계획홍수위를 이용하여 홍수위 수치표고모델을 구축한다.
도 4의 (c), (d)를 참조하면, 하천정비기본계획(또는 유역종합치수계획)의 재수립에 의해 변경된 측점별 홍수위를 하천횡단측선에 입력하고, GIS 툴을 이용하여 홍수위의 불규칙삼각망(TIN)을 작성한 후, 격자형태의 홍수위 수치표고모델을 구축한다.
다음, GIS(Geographic Information System) 공간연산을 통한 침수범위 및 침수심을 산정한다.
도 5는 침수심 산정의 예시도이다.
도 5를 참조하면, 도 3 (d)의 지형 수치표고모델(a)과 도 4 (d)의 홍수위 수치표고모델(b)에 대해 공간연산을 통해 대상지역의 침수심 및 침수범위를 산정한다(c).
그리고, 침수영역에 대한 검토 및 수정 작업을 수행한다.
도 5 (c)에서 산정된 침수영역에서 지형에 의해 하천과 단절된 침수범위(실제 침수가 발생하지 않은 영역), 하천구역, 해당되지 않는 행정구역 등, 제외되어야 할 침수범위에 대한 검토 및 수정 작업을 수행하고, 이를 통해 최종적인 침수범위와 침수심을 결정한다.
도 6은 기본계획 재수립에 의해 변경된 계획홍수위에 의한 최종 홍수범람 범위와 침수심의 예시도이다.
이처럼, 하천기본계획의 재수립에 의해 각 측점별 계획 홍수위가 변경 되었을 경우 종래의 GIS기반 하도버퍼링방법에 의해서 작업을 할 경우 다음과 같은 문제가 발생한다.
첫째, 하천기본계획의 재수립에 의해 홍수범람지도를 갱신해야 할 경우, 변경된 계획홍수위를 기존의 측선 연장선의 속성정보에 개별적으로 입력하여야 한다.
둘째, 측선연장선의 계획홍수위 변경을 한후 종전의 홍수범람지도를 작성한 절차대로 홍수범람범위를 재결정하여야 한다.
셋째, 기존의 홍수범람지도 구축하였을 때 구축 되었던 방대한 전국 국가 및 지방하천 공간정보를 효과적으로 재활용할 수 없다.
넷째, 종래의 방법에 의해 홍수범람지도를 갱신하는 과정에서 막대한 시간과 예산이 소요됨으로써, 기존 홍수범람지도의 활용성과 신뢰성을 급격히 저하시키는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허 10-0922373
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 기본계획 재수립에 의해 계획홍수위가 변동시, 기존의 홍수범람지도 작성시 구축한 하천의 공간위상정보를 재활용하여, 기존의 홍수범람지도를 손쉽게 갱신하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 홍수범람지도 갱신 방법에 관한 것으로서, 홍수범람지도에 대하여 기본계획 홍수위 정보를 포함하는 공간위상 정보를 구축하는 단계, 상기 공간위상 정보에서 변경된 기본계획 홍수위 정보가 입력되면, 기준점의 변위벡터를 계산하는 단계, 상기 변위벡터를 기준으로 변동된 기준점 변위량을 평면성분으로 투영하여 평면 변위량을 계산하는 단계, 계산된 평면 변위량을 이용하여 두 기준점의 변위 값을 계산하는 단계, 계산된 변위 값을 이용하여 상기 두 기준점 내의 기존 홍수범람지도 각 절점의 변동량을 산출하는 단계, 산출된 각 절점의 변동량을 통해 변동된 절점 좌표를 산출하는 단계, 산출된 절점 좌표로 각 절점의 좌표값을 변경하는 단계 및 변경된 절점 좌표를 연결하여 기존 홍수범람지도의 범람범위를 갱신하는 단계를 포함한다.
상기 각 절점의 변동량을 산출하는 단계에서, 선형보간(Linear Interporration) 기법을 이용하여 각 절점의 변동량을 산출할 수 있다.
상기 홍수범람지도를 갱신하는 단계에서, 변경된 절점 좌표를 폴리곤으로 구성하여 홍수범람지도를 갱신할 수 있다.
상기 공간위상 정보를 구축하는 단계에서, 하천기본계획 정보와 홍수범람지도 정보를 수집하는 단계와, 수집한 홍수범람지도에 대해 하천기본계획 정보를 기반으로 공간 및 속성 정보를 분류하는 단계와, 공간 및 속성 정보를 연결하는 작업인 구조화 편집을 수행하여 홍수범람지도 공간위상 정보를 생성하는 단계로 이루어질 수 있다.
본 발명에 의하면, 기존의 전국단위 국가 및 지방하천 홍수범람지도 구축시 작성되었던 하천공간위상정보를 효과적으로 재활용할 수 있다는 특징이 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 하천기본계획이 재수립되거나 기타의 사유로 계획홍수위값이 변경되면, 하천공간위상정보의 측선정보의 계획홍수위값을 변경된 계획홍수위 값으로 변경한후 , 기존의 홍수범람지도의 각 절점의 변위를 각 단면의 기준 측점의 변위벡터 방향으로 적절한 보간값으로 계산 한후 이 변위값으로 각 절점의 위치를 변경한다. 이렇게 변경된 절점을 자동으로 연결하면 변경된 계획홍수위를 적용한 홍수범람지도가 손쉽게 작성이 될수 있다
또한, 본 발명에 의하면, 홍수범람지도가 손쉽게 변경이 가능하기 때문에 계획홍수위의 변경 뿐 아니라 하천에 대한 실시간 홍수예보 상황에 있어서 하천의 측점별 홍수예측수위정보를 적용한다면 실시간 변경된 홍수범람지도 작성도 가능하다.
도 1은 하천의 횡단 단면도이다.
도 2는 하천의 평면도이다.
도 3은 지형 수치표고모델 구축 과정을 예시한 도면이다.
도 4는 홍수위 수치표고모델 구축 과정을 예시한 도면이다.
도 5는 침수심 산정의 예시도이다.
도 6은 기본계획 재수립에 의해 변경된 계획홍수위에 의한 최종 침수범위와 침수심의 예시도이다.
도 7은 홍수범람지도의 기본 공간구조를 나타낸 것이다.
도 8은 홍수범람지도의 3차원 공간 토폴로지 구성도이다.
도 9는 홍수범람지도의 상세 토폴로지 데이터 구조를 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 홍수범람지도 갱신 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 하천의 기본계획 홍수위 변경을 위한 하천공간 토폴로지 구성 절차를 나타낸 도면이다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 변경된 계획 홍수위와 하천공간 토폴로지를 이용한 홍수범람지도 갱신절차를 나타낸 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 측선 기준점 변동에 따른 홍수범람지도 절점의 변동 개념도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 계획 홍수위 변경에 따르나 기준점 변위벡터 계산 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 횡단측선 기준점 내(X1, X2)의 각 절점의 X축 변위값 계산 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 이격거리에 따른 X축 변위값 그래프이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 횡단측선 기준점 내(Y1, Y2)의 각 절점의 Y축 변위값 계산 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 이격거리에 따른 Y축 변위값 그래프이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 평면 성분의 변위값을 적용한 절점의 변경 모형도이다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 변위값을 적용하여 갱신된 홍수범람지도 경계를 도시한 것이다.
본 명세서에서 개시된 실시예의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 개시에서 제안하고자 하는 실시예는 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 실시예들의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐이다.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 개시된 실시예에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 개시된 실시예들의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 관련 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 명세서의 상세한 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 개시에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
본 명세서에서의 단수의 표현은 문맥상 명백하게 단수인 것으로 특정하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에서 사용되는 "부"라는 용어는 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, "부"는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 "부"는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. "부"는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 "부"는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 "부"들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 "부"들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 "부"들로 더 분리될 수 있다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명은 홍수범람지도의 하천중심선 객체, 횡단측선연장선, 측선연장선의 계획홍수위, 횡단사면 평균경사 및 변위벡터, 침수범위 절점, 침수범위 절점 변위벡터,횡단측선 기준점 등의 개별 객체요소를 상호간에 위상관계로 구성한 후, 이를 이용하여 하천의 기본계획의 재수립에 의한 계획홍수위 변동시 기존의 홍수범람지도의 침수범위 공간정보를 자동으로 변경하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 전국적으로 구축된 하천의 홍수범람지도를 갱신함에 있어서, 하천기본계획의 재수립에 의한 계획홍수위의 변경시, 용이하게 갱신하는 방법에 대한 것이다.
본 발명에서 홍수범람지도 갱신 방법을 수행신하는 주체는 제반 컴퓨터 장치라고 할 수 있다. 즉, 본 발명에서 홍수범람지도를 갱신하기 위한 처리를 수행하는 컴퓨터, 컴퓨터의 제어부 또는 프로세서(processor)가 그 수행 주체가 될 수 있다.
먼저 본 발명에서 사용되는 용어에 대해 정의하기로 한다.
제내지는 하천 제방에 의하여 보호되고 있는 지역으로서, 제방으로부터 마을까지의 지역으로, 실제 인구가 거주하는 지역을 말한다.
제외지는 하천 제방으로 둘러 싸인 지역으로서, 하천의 중심으로부터 제방까지의 지역으로, 하천 제방으로부터 보호받지 않는 지역을 말한다.
절점은 다각형(폴리곤)을 구성하기 위한 기본 요소이다.
계획 홍수위(Highest Water Level, H.W.L)는 하천의 각 측점별 빈도별 강우량을 기준으로 공학적으로 계산된 홍수의 높이값이다.
측선 연장선은 하천의 각 측점별 계획 홍수위를 제내지로 연장한 선이다.
홍수범람지도는 하천의 계획 홍수위를 해당 지역의 정보(수치표고모델)와 공간 연산하여 결정된 침수의 예상 범위를 표시한 지도로서, 수많은 절점이 연결된 폴리곤(polygon) 형태로 되어 있다
하천횡단면도는 하천의 하구로 부터의 정해진 거리마다 설정된 측점마다의 단면의 지형형상을 나타낸 것이다
홍수범람지도 공간 토폴로지는 홍수범람지도의 갱신을 위해 하천의 공간 구조를 하천중심선, 횡단측선, 계획홍수위, 변위벡터 등으로 구조화 시킨 정보체계를 말한다.
횡단사면 평균경사는 홍수범람지도를 작성한 당시 기준이 되는 횡단면도의 최심하상고에서부터 변경된 계획 홍수위를 적용한 횡단측선과 지형이 교차하는 점 사이의 경사값으로 결정된다.
횡단측선 기준점은 홍수범람지도 폴리곤을 구성하는 각 절점중 측선이 설정된 지점의 절점을 말하고, 한 측선당 좌우 양안의 두점이 존재한다
이하, 상기한 바와 같은 목적을 가지는, 본 발명에 의한 변경된 계획홍수위에 의한 홍수범람지도 갱신 방법의 바람직한 실시 예를, 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 개괄적인 기술적인 사상은 다음과 같다.
기존에 구축된 홍수범람지도의 구조는 다음과 같다
도 7은 홍수범람지도의 기본 공간구조를 나타낸 것이다.
도 7에서 절점, 횡단측선 기준점, 횡단 측선 연장선, 홍수범람지도 경계가 표시되어 있다.
도 8은 홍수범람지도의 3차원 공간 토폴로지 구성도이다.
도 8을 참조하면, 하천의 공간 토폴로지를 구성하기 위해 하천중심선, 횡단 측선 연장선, 홍수범람 폴리곤 등의 공간 및 속성정보를 하천코드라는 공통코드로 하여 구조화 편집을 실시한다.
도 9는 홍수범람지도의 상세 토폴로지 데이터 구조를 나타낸 것이다.
본 발명의 홍수범람지도 갱신 방법은 먼저, 기존에 구축된 홍수범람지도에 대하여 그 지도를 구성하는 공간 및 속성정보를 위상정보로 구축한 후, 계획 홍수위 변동을 고려한 기준측선의 기준점 변동 사항을 평면성분으로 투영하고, 두 기준점 간의 변동량을 산출한다. 그릭, 산출된 변동량을 선형보간 기법으로 각 절점의 변동량을 결정하고, 이를 반영하여 기존의 홍수범람지도의 각 절점을 변동한다. 그리고, 변동된 절점을 폴리곤으로 구성하면 최종 홍수범람지도가 갱신된다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 홍수범람지도 갱신 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명은 홍수범람지도에 대하여 공간위상정보를 구축하는 단계(S101), 변경된 기본계획 홍수위를 위상정보에 입력하여 기준점의 변위벡터를 계산하는 단계(S103), 변동된 기준점 변위량을 평면성분으로 투영하는 단계(S105), 평면성분값을 이용하여 두 기준점의 변위 값을 계산하고, 두 변위값을 이용하여 두 기준점 내의 각 절점의 변동량을 선형보간 기법으로 산출하는 단계(S107), 산출된 변동량을 기준점 이격거리 기준으로 적용하여 변동된 절점좌표를 산출하는 단계(S109), 산출된 좌표로 절점을 변경하는 단계(S111), 변경된 절점을 폴리곤으로 구성하여 홍수범람지도를 갱신하는 단계(S113)를 포함한다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 하천의 기본계획 홍수위 변경을 위한 하천공간토폴로지 구성 절차를 나타낸 도면이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 하천공간 토폴로지 구성 절차는 하천기본계획 정보를 수집하고, 홍수범람지도를 수집하는 단계(S201)와, 수집한 홍수범람지도에 대해 공간 및 속성 정보를 분류하는 단계(S203)와, 공간 및 속성 연결 작업인 구조화 편집을 수행하는 단계(S205)와, 홍수범람지도 토폴로지를 생성하는 단계(S207)로 이루어진다.
S201 단계에서는 하천 측선별 계획홍수위 정보, 홍수범람지도 전산화일, 하천코드 지정(하천일람) 등의 정보를 수집한다.
S203 단계에서는 홍수범람 범위 폴리곤을 분류하고, 계획 홍수위 정보를 분류한다.
S205 단계에서는 횡단측선 단면의 공간정보를 구성하고(횡단의 각 절점을 DB화), 홍수범람 폴리곤 절점 테이블을 구성하고(폴리곤의 각 절점을 DB화), 횡단측선 기준점 테이블을 구성(계획 홍수위 기준점 절점 좌표 DB화)하는 과정을 포함할 수 있다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 변경된 계획 홍수위와 하천공간 토폴로지를 이용한 홍수범람지도 갱신절차를 나타낸 도면이다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 홍수범람지도 갱신 절차는 횡단측선 공간정보의 기본계획 홍수위 변경 단계(S301)와, 기준점 변위벡터 계산 단계(S303)와, 횡단측선 기준점 변위벡터의 평면 변위량 계산 단계(S305)와, 횡단측선 기준점내(X1,X2)의 각 절점의 X축 변위값 계산 단계(S307)와, 횡단측선 기준점내(X1,X2)의 각 절점의 Y축 변위값 계산 단계(S309)와, 횡단측선 기준점내(X1,X2)의 각 절점에 대해 계산된 변위값을 적용하여 변경하는 단계(S311)와, 변경된 절점의 좌표를 연결하여 폴리곤 구성 홍수범람지도 경계를 변경하는 단계(S313)를 포함하여 이루어진다.
S301 단계에서는 계획 홍수위의 변위량을 계산한다.
즉, ▽HWL = (변경홍수위(HWL')- 기존 홍수위(HWL))이다.
S303 단계에서는 변경된 계획홍수위 측선과 횡단측선단면의 교점(3차원 좌표)을 산출한다.
이때, 변위벡터 시점(X,Y,Z)은 계획홍수위 변경전 기준점 좌표이고, 변위벡터 종점(X',Y',Z')은 변경된 계획홍수위 측선과 횡단 측선단면의 교점이다.
그리고, 기준점 변위벡터 경사각(θ)을 산출한다.
그리고, 벡터크기를 다음과 같이 계산한다.
Figure 112020076161018-pat00001
S305 단계에서는 기준점 변위벡터의 3차원 크기(변위량)를 2차원 좌표상의 평면 성분으로 변경한다. 이때 기준점 변위벡터의 평면축 성분은 다음과 같다.
Pst = ▽HWL × Cotan(θ)
S307 단계에서는 평면좌표로 계산된 좌우안 기준점 변위벡터를 X축 변위값으로 각각 환산한다.
XPst1 = Pst1 × COS (θ'st1)
XPst2 = Pst2 × COS (θ'st2)
그리고, 기준점내 절점 변위량 계산을 위한 선형보간(Linear Interporration) 계산식을 설정한다.
XPst1를 원점으로 설정하고, 홍수범람지도 절점의 X축으로부터의 이격거리를 독립변수로 하고, 절점의 X축 변위값(▽XH)을 종속변수로 설정한다.
X축 변위점에 대한 두 점의 좌표 (0, XPst1), (XH1, XPst2)를 이용하여 변위 계산식을 설정한다.
▽XH = aX + b
a : X축의 변위값 기울기
변위기울기(a) = (XPst2 - XPst1)/(XH1 - 0)
▽XH : 각 절점의 X축 변위값,
X : 홍수범람지도의 각 절점의 X1 부터의 X축 방향 이격거리,
b : Y축 절편
S309 단계에서는 평면좌표로 계산된 좌안 및 우안 기준점 변위벡터를 Y축 변위값으로 각각 환산한다.
YPst1 = Pst1 × SIN(θ'st1)
YPst2 = Pst2 × SIN(θ'st2)
그리고, 기준점내 절점 변위량 계산을 위한 선형보간(Linear Interporration) 계산식을 설정한다.
YPst1를 원점으로 설정하고 홍수범람지도 절점의 X축으로부터의 이격거리를 독립변수로 하고, 절점의 Y축 변위값(▽YH)을 종속변수로 설정한다.
Y축 변위점에 대한 두점의 좌표 (0, YPst1), (YH1, YPst2)를 이용하여 변위 계산식을 설정한다.
▽YH =aX+b
a : Y축의 변위값 기울기
변위기울기(a) = (YPst2 - YPst1)/(YH1 - 0)
▽YH : 각 절점의 Y축 변위값,
X : 홍수범람지도의 절점의 X1 부터의 X축 방향 이격거리
b : Y축 절편
S311 단계에서는 홍수범람지도의 절점1 (XH1)의 좌표를 다음과 같이 변경한다.
(XH1,YH1) -> X'H1 = XH1 + ▽XH
그리고, 홍수범람지도 의 절점2 (XH2)의 좌표를 다음과 같이 변경한다.
(XH2,YH2) -> Y'H1 = YH1 + ▽YH
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 측선 기준점 변동에 따른 홍수범람지도 절점의 변동 개념도이다.
도 14에서는 하천 기본계획 변경에 의한 측선 기준점 변동을 기준으로 상하류 두 측선 사이의 절점 내의 홍수범람지도의 각 절점의 변동 개념을 도시한 것이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 계획 홍수위 변경에 따르나 기준점 변위벡터 계산 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 횡단측선 기준점 내(X1, X2)의 각 절점의 X축 변위값 계산 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 이격거리에 따른 X축 변위값 그래프이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 횡단측선 기준점 내(Y1, Y2)의 각 절점의 Y축 변위값 계산 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 이격거리에 따른 Y축 변위값 그래프이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 평면 성분의 변위값을 적용한 절점의 변경 모형도이다.
이제 도 15 내지 도 20을 참조하여, 본 발명에서 횡단측선기준점의 변위값의 선형 보간법을 이용한 홍수범람 경계조정방법을 설명하면 다음과 같다.
1. 횡단측선의 계획홍수위를 변경한다.
2. 계획 홍수위의 변위량 계산 : ▽HWL = (변경홍수위(HWL')- 기존 홍수위(HWL))
3. 횡단측선의 지형단면 정보를 이용하여 변경된 계획홍수위를 적용한 측선과 지형의 교점을 산출한다.
4. 횡단측선의 기준점 절점과 변경된 횡단측선 기준점 절점간의 3차원 벡터 공간 정보를 산출한다.
4.1 기준점 변위벡터 경사각을 산출 (θ)
4.2 벡터크기 산출(시점 및 종점 좌표 이용) :
Figure 112020076161018-pat00002
5. 횡단측선 기준점 변위벡터의 평면 변위량을 계산한다(도 15 참조).
5.1 기준점 변위벡터의 3차원 정보를 2차원의 평면 정보로 변경한다.
기준점 변위벡터의 평면축 성분 :
Pst = ▽HWL × Cotan(θ)
6. 평면좌표로 계산된 기준점 변위벡터를 X축 변위값으로 각각 환산한다(도 16 참조).
XPst1 = Pst1 × COS (θ'st1)
XPst2 = Pst2 × COS (θ'st2)
7. 기준점내 절점 변위량 계산을 위한 선형 보간(Linear Interporration) 계산식을 설정한다(도 17 참조).
- XPst1를 원점으로 설정하고, 홍수범람지도 절점의 X축으로부터의 이격거리를 독립변수로 하고, 절점의 X축 변위값(▽XH)을 종속변수로 설정
- X축 변위점에 대한 두 점의 좌표 (0, XPst1), (XH1, XPst2)를 이용하여 변위 계산식 설정
- ▽XH = aX + b
a : X축의 변위값 기울기
변위기울기(a) = (XPst2 - XPst1)/(XH1 - 0)
▽XH : 각 절점의 X축 변위값,
X : 홍수범람지도의 각 절점의 X1 부터의 X축 방향 이격거리,
b : Y축 절편
8. 기준점내 절점 변위량 계산을 위한 선형 보간(Linear Interporration) 계산식을 설정한다.
- 평면좌표로 계산된 좌안 및 우안 기준점 변위벡터를 Y축 변위값으로 각각 환산한다(도 18 참조).
YPst1 = Pst1 × SIN(θ'st1)
YPst2 = Pst2 × SIN(θ'st2)
- 기준점내 절점 변위량 계산을 위한 선형보간(Linear Interporration) 계산식을 설정한다(도 19 참조).
- YPst1를 원점으로 설정하고 홍수범람지도 절점의 X축으로부터의 이격거리를 독립변수로 하고, 절점의 Y축 변위값(▽YH)을 종속변수로 설정한다.
- Y축 변위점에 대한 두점의 좌표 (0, YPst1), (YH1, YPst2)를 이용하여 변위 계산식을 설정한다.
- ▽YH =aX+b
a : Y축의 변위값 기울기
변위기울기(a) = (YPst2 - YPst1)/(YH1 - 0)
▽YH : 각 절점의 Y축 변위값,
X : 홍수범람지도의 절점의 X1 부터의 X축 방향 이격거리
b : Y축 절편
9. 횡단측선 기준점 내(X1,X2)의 각 절점을 계산된 변위값을 적용하여 변경한다.
위에서 계산된 평면 성분의 변위값을 적용하여 두 횡단 측선의 기준점 내 절점의 변경 위치를 산정한다(도 20 참조).
X'H1 = XH1 + ▽XH
Y'H1 = YH1 + ▽YH
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 변위값을 적용하여 갱신된 홍수범람지도 경계를 도시한 것이다.
본 발명의 계획홍수위 변경에 따른 저류형 홍수범람지도 자동갱신 기법은 기존 구축된 홍수범람지도에 대해 그 지도를 구성하는 공간 및 속성정보를 위상정보로 구축한 후, 계획홍수위 변동을 고려한 기준측선의 기준점 변동 사항을 평면성분으로 투영하고, 두 기준점 간의 변동량을 산출한다.
그리고, 산출된 변동량을 선형보간 기법으로 각 절점의 변동량을 결정하고, 이를 반영하여 기존의 홍수범람지도의 각 절점을 변동한다.
그리고, 변동된 절점을 폴리곤으로 구성하면 최종 홍수범람지도가 갱신된다.
본 발명은 홍수범람지도를 위상정보로 구축하는 단계, 변경된 기본계획 홍수위를 위상정보에 입력하여 기준점의 변위벡터를 계산하는 단계, 변동된 기준점 변위량을 평면성분으로 투영하는 단계, 평면성분값을 이용하여 상하류 두 기준점의 변위량을 값을 계산하는 단계, 두 변위량을 이용하여 상하류 두 기준점내의 각 절점의 변동량을 선형보간 기법으로 산출하는 단계, 산출된 변동량을 기준점 이격거리 기준으로 적용하여 변동된 절점좌표를 산출하는 단계 및 산출된 좌표로 절점을 변경하는 단계를 포함한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 기존에 전국단위로 구축된 국가하천 및 지방하천의 홍수범람지도에 대하여, 각 하천별 기본계획이 재수립됨에 따라 변동되는 계획홍수위의 변화를 적용한 홍수범람지도의 갱신을 함에 있어서, 기존의 복잡한 절차에 의해 진행된 작업을 대폭 축소하여 신속한 갱신을 할 수 있는 기법이다. 따라서, 본 발명에 의하면 기존에 구축된 홍수범람지도의 신뢰성과 활용성을 높일 수 있다. 예를 들어 홍수대응업무 수행할 경우, 기상청의 예측강우량에 따른 하천의 홍수범람 범위의 사전 파악이 반드시 필요한데, 하천에 대한 예측수위를 바로 적용하여 변경된 홍수범람지도를 작성 할수 있으므로, 재난 업무의 효과적인 수행이 가능하다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 홍수범람지도 갱신 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현되는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다.
예컨대, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체로는 롬(ROM), 램(RAM), 시디-롬(CD-ROM), 자기 테이프, 하드디스크, 플로피디스크, 이동식 저장장치, 비휘발성 메모리(Flash Memory), 광 데이터 저장장치 등이 포함된다.
또한, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 통신망으로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 읽을 수 있는 코드로서 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
이상 본 발명을 몇 가지 바람직한 실시예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (5)

  1. 홍수범람지도에 대하여 기본계획 홍수위 정보를 포함하는 공간위상 정보를 구축하는 단계;
    상기 공간위상 정보에서 변경된 기본계획 홍수위 정보가 입력되면, 기준점의 변위벡터를 계산하는 단계;
    상기 변위벡터를 기준으로 변동된 기준점 변위량을 평면성분으로 투영하여 평면 변위량을 계산하는 단계;
    계산된 평면 변위량을 이용하여 홍수위 변경 전 기준점과 변경 후 기준점의 변위 값을 계산하는 단계;
    계산된 변위 값을 이용하여 두 기준점 내의 각 절점의 변동량을 산출하는 단계;
    산출된 각 절점의 변동량을 통해 변동된 절점 좌표를 산출하는 단계;
    산출된 절점 좌표로 각 절점의 좌표값을 변경하는 단계; 및
    변경된 절점 좌표를 연결하여 홍수범람지도를 갱신하는 단계
    를 포함하는 홍수범람지도 갱신 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 각 절점의 변동량을 산출하는 단계에서,
    선형보간(Linear Interporration) 기법을 이용하여 각 절점의 변동량을 산출하는 것을 특징으로 하는 홍수범람지도 갱신 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 홍수범람지도를 갱신하는 단계에서,
    변경된 절점 좌표를 폴리곤으로 구성하여 홍수범람지도를 갱신하는 것을 특징으로 하는 홍수범람지도 갱신 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 공간위상 정보를 구축하는 단계에서,
    하천기본계획 정보와 홍수범람지도 정보를 수집하는 단계와, 수집한 홍수범람지도에 대해 하천기본계획 정보를 기반으로 공간 및 속성 정보를 분류하는 단계와, 공간 및 속성 정보를 연결하는 작업인 구조화 편집을 수행하여 홍수범람지도 공간위상 정보를 생성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 홍수범람지도 갱신 방법.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 청구항의 방법을 컴퓨터로 실행시킬 수 있는 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
KR1020200090549A 2020-07-21 2020-07-21 하천 공간위상 구조를 이용한 도시하천 홍수범람지도의 갱신 방법 및 이를 기록한 기록매체 KR102243453B1 (ko)

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