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1. 서론
1970년대 우리나라는 경제가 급속도로 발전하게 되면서 국토의 무분별한 개발계획으로 인하여 지속적인 경관훼손 문제에 노출되어 있다. 특히 제조업에 대한 수요가 급증하게 되는 1985년 이후에는, 공장이나 주거단지 등의 개발계획이 도시지역을 넘어 농․산촌지역으로까지 진행되었다(허수열, 2012). 이러한 무분별한 개발계획으로 인해 경관 훼손 면적은 점차 넓어지게 되었으며, 그 후로도 지금까지 광역적 범위의 경관 훼손 문제는 사회적인 이슈로 언급되어 왔다. 이를 해결하기 위한 방안으로 1990년대 후반에는 비오톱에 대한 개념이 대두되었으며, 2017년도 ‘자연환경보전법’의 개정을 통해 시 이상의 지방단체에서는 비오톱 지도(도시생태현황지도)의 작성을 의무화하도록 하였다. 이러한 추세에 따라 비오톱 지도작성에 대한 관련 연구도 활발히 이루어지게 되었는데, 이를 연구의 흐름별로 파악해 보면, 우선 비오톱의 개념 및 비오톱 지도의 필요성 제시에 관한 연구를 들 수 있다(나정화, 1999; 정문선과 이명우, 2000; 장동민, 2001; 김현수와 안근영, 2002). 일례로, 나정화와 박인환(1998)은 도시 생태 시스템의 불균형을 해결하기 위한 경관생태적 기초자료로써 비오톱 도면화 작업과 그 정보의 구축을 제안하였으며, 해당 기초자료들은 도시 자연 체험 및 보전․발전 등의 핵심적 평가 자료가 될 수 있다고 역설하였다.
다음으로는 비오톱 지도작성의 기초 방법론 제시에 관한 연구가 진행되었던 바(이동근과 윤소원, 1998; 김영선과 김우열, 2008; 반수홍 등, 2009; 김지석 등, 2014), 최일기 등(2008)은 비오톱 유형분류 체계를 작성하기 위해 기존의 국내․외 연구를 토대로 분류체계를 제시하였으며, 지역적 특성 고려를 위해서는 소분류 및 세분류 단계에서 추가적 보완이 필요하다고 제안하였다.
이후에는 평가지표의 객관화 및 고도화에 대한 연구가 전개되었다(정성은 등, 2008; 박천진 등, 2012; 나정화 등, 2012; 김진효, 2020). 일례로, 조현주 등(2010)은 지구단위 차원에서 대상지를 선정하여 비오톱 유형분류를 진행한 후, 이를 바탕으로 평가지표를 선정하였으며, 경관가치평가 모형을 설정함에 있어 지표의 가중치 부여 및 요인분석을 통한 그룹화 등의 정량적․통계적 방식을 제안한 바 있었다.
나아가서 최근에는 비오톱 지도작성의 3D시각화 또는 그래픽화에 대한 연구의 필요성이 제시되고 있다(방은길 등, 2014; 김현진 등, 2022; 조성환 등, 2023; 최인하 등, 2023). 특히 Yu et. al.(2022)은 산림 및 지리 데이터와 게임엔진을 접목하여 산림경관 3D 시각화 플랫폼을 개발하고, 중국 장백산에 해당 플랫폼을 적용하여 경관훼손 이전과 이후의 경관규모 및 시계열을 분석하고 변화대응책을 제시하였다.
그러나 이러한 연구에도 불구하고 지금까지의 선행 연구들은 지자체 및 연구자의 성향에 따라 비오톱 유형분류 및 평가에 대한 방법이 상이한 문제점이 있었다. 또한 대부분의 연구가 광역단위로 이루어지고 있는 바, 세부적인 비오톱 유형을 포함하지 못한다는 한계를 지니고 있었다. 이는 자연환경보전법에 적시된 비오톱 지도(도시생태현황지도) 의무화 즉, 비오톱의 기능별․생태별 유형분류를 통한 비오톱의 체계적인 보호 및 관리라는 근본 취지와 부합하지 못하다고 볼 수 있다. 특히 비오톱 유형분류 및 평가에 대한 다양한 연구 및 지침은 있으나 실무에서 도면을 제작하기에 어려움이 존재하였던 바, 무엇보다 상세한 도면 작성 지침이 필요할 것으로 판단된다. 더불어 비오톱 지도 시각화에 대한 연구 역시 일부 존재하나, 방향제시 수준에 머물러 있으며 실제에 적용 가능한 연구는 부족한 실정이다.
따라서 본 연구에서는 지구 단위 차원에서 개발 압력을 심하게 받는 대상지를 설정하고, 이를 토대로 비오톱 지도작성의 고도화를 통한 상세한 비오톱 지도작성 프레임워크 제시에 가장 큰 의의를 두었다. 또한, 비오톱 지도를 수치지도화 시키는 과정에 있어서는 디지털트윈을 활용한 3D 비오톱 지도 제작 절차를 제시하여 시각적 효용성을 증대시키고 디지털트윈과의 활용가능성 및 한계를 모색해 보았다.
비오톱이란 동․식물 군집이 서식하고 있거나, 서식할 수 있는 최소한의 공간단위를 의미한다. 비오톱(Biotop)의 유래는 독일 어원 ‘bio(생명․생물종)’와 ‘top(공간․장소)’의 합성어로 일반적으로는 서식지(habitat)와 유사하게 사용되고 있다(김영선, 2014). 여기서 비오톱은 특히 시간의 흐름에 따라 초기의 학술적 의미와 오늘날의 광의적 의미로 구분할 수 있다. 우선 초기의 학술적 의미에서 비오톱은 경관단위 개념에 포함되어 정의되었다고 볼 수 있다. Leser(1991)은 경관단위(landschaftstop)를 지생태적 관점에서 경관의 공간구조적 연구인 Geotop 분야와 생물생태적 관점에서 경관의 공간구조적 연구인 Biotop 분야, 그리고 인문․사회적 관점에서 경관의 공간구조적 연구인 Anthropotop 분야 등 각각의 전문분야에 해당하는 공간의 동질성을 하나로 합성하였을 때 출현하는 또다른 차원의 동질적이고 명확한 경계를 나타내는 최소한의 공간단위라고 정의하였다. 이와 같이 경관단위 개념 속에 포함되어 정의된 비오톱 개념을 살펴보자면(Sukopp and Weiler, 1986), 비오톱(Biotop)이란 생물․생태적 주요 인자들의 동질적 특성을 나타내는 최소공간단위로 정의하고 있다. 또한, 나정화(1997)는 경관생태적 개념 속에서 비오톱의 개념을 동식물이 서식하거나 생육할 수 있는 명확한 공간적 경계를 가짐과 동시에 무생물적 요소들과 상호물질교환작용하는 생물군집의 3차원적 공간이라고 서술한 바 있다. 다음으로 오늘날 광의적 의미에서 해석되는 비오톱은 경관단위의 의미로 확대된 차원의 비오톱으로써, 인간의 직간접적 영향 속에서 동식물이 서식하거나 생육할 수 있는 환경을 가짐과 동시에 무생물적 요소와도 상호작용을 하는 3차원적 공간단위라고 할 수 있다. 이는 Geotop과 Biotop, 그리고 Anthropotop의 조합에 의해 형성되는 최소한의 공간단위인 경관단위의 의미와 유사한 알고리즘을 구성한다고 해석할 수 있다.
더불어 나정화(2021)는 비오톱을 지생태적, 생물․생태적, 인문․사회적 요소들의 조합을 통해 유형분류를 수행하고, 이를 바탕으로 비오톱의 지생태적 기능, 생물․생태적 기능, 휴양 및 미․시각적 기능에 대한 가치평가를 진행한다면 비오톱의 의미를 경관단위의 의미로 확대시켜 나갈 수 있다고 제시한 바 있다. 한편, 앞서 설명된 비오톱 개념을 기반으로 도시 및 농촌 공간에 분포한 비오톱들은 보전적 측면과 휴양적 측면에서 중요한 기능을 수행하고 있다. 해당 기능을 조절하고 훼손을 방지하기 위해서는 적절한 생태적 기초자료를 통해 보전 및 관리되어야 하나, 일부 측면에서는 광역단위로 제작된 기초자료로 인해 세부적인 비오톱 유형 관리에 대해서는 미흡한 점이 있다고 판단되며, 도시지역의 비오톱 관련 자료와 비교했을 때 농촌지역과 같은 반자연지역에 대한 보전 및 관리 자료 또한 부족하다고 판단된다. 이에 따라 반자연 지역 위주의 보다 상세한 비오톱 유형분류와 가치평가 등의 과정이 요구되며, 해당 자료를 기반으로 한 비오톱 지도가 작성되어야 할 필요가 있다고 판단된다. 특히 비오톱 제작과정에 있어 상세한 작업과정은 제시되지 않은바, 보다 효율적인 지도작성의 방법론이 요구되며, 이에 대한 프레임워크가 구축될 필요성이 있을 것으로 사료된다.
디지털트윈이란, 현실세계(특히 물리적인 환경)에 존재하는 사물․시스템․환경 등을 디지털 공간에 쌍둥이처럼 구현하고 발생 가능한 여러 상황들을 시뮬레이션하여 결과를 예측할 수 있는 기술로 설명할 수 있다(김영일과 임상국, 2023).
디지털트윈의 확장성 측면에서는 드론, LiDAR 등 첨단 기술의 발전으로 인해 토목, 건설, 산림 등의 분야에서도 디지털트윈 기술이 활용되고 있다. 토목․건설 분야에서는 해당 기술을 활용하여 기존 현장 정보를 얻거나, 시공 전 시뮬레이션을 통해 오류 시공을 감소시키고, 건설현장 관리자가 실시간으로 작업 진행 상황을 추적함으로써 업무적 효율을 얻고 있다. 일례로, 시공단계에서는 공사 중에 발생할 수 있는 지반 붕괴 사고를 예방하기 위해 자동계측 모니터링 시스템을 도입하여 현장을 실시간으로 모니터링하는 디지털트윈 기술을 활용하고 있다(이병선, 2024). 또한 산림 분야의 경우 산림 공간을 가상 환경에 디지털트윈 함으로써 디지털 상에서 산림자원을 모니터링 하는 등의 업무적 효율을 얻고 있다.
더 나아가 최근에는 경관관리 분야에서도 디지털트윈이 일부 적용되고 있다. 일례로 국토교통부에서 제시하는 ’V-WORLD’, 서울시에서 제공하는 ‘S-MAP’ 등과 같은 3D 지도 플랫폼은 현실공간의 다양한 요소들을 디지털트윈화 하여 디지털 상에서 공간에 대한 정보를 얻거나 사후관리에 적용되고 있다. 현재로써는 일반지도의 시각적 제시에 디지털트윈이 활용되고 있지만 경관관리 분야의 세부적 요소에 디지털트윈 기술을 적용한다면 더욱 향상된 결과를 얻을 수 있을 것으로 판단된다. 특히 유한한 자원을 소재로 공간을 다루는 경관관리분야에 디지털트윈이 접목된다면 생태계의 변수를 예측적으로 파악하여 시간적․경제적 절감을 얻을 수 있을 것으로 사료된다. 또한 3D 시각화 관점에서도 비오톱 지도 분야의 효용성을 높일 수 있으며, 기존의 2D자료(설계도 또는 지도)의 경우 전문가 외에는 자료에 대한 현장감을 파악하기 어려우나, 디지털트윈 기술을 활용한 3D자료(3D설계물 또는 지도)의 경우 시각적으로 현실과 가까운 현장을 제공함으로써 전공자와 비전공자 모두 자료에 대한 접근 또는 이해가 쉬울 것으로 생각된다.
이처럼 비오톱지도분야에 디지털트윈이 접목된다면 현대적 기술의 융합과 지속가능한 발전을 동시에 만족시킨다는 측면에서 학문적․실무적 의의를 가질 수 있다고 판단된다. 이에 본 연구에서는 기존의 2D 비오톱 지도를 디지털트윈 기술을 적용한 3D 지도로 제작하는 절차를 제시하여 시각적 효용성을 증대시키는 방안을 제안하였으며, 디지털트윈과 비오톱지도분야 상호간의 적용가능성 및 한계성을 모색해 보았다(그림 1 참조).
2. 연구방법
본 연구의 내용적 범위는 비오톱 지도 제작 시 보다 효율적이고 절차집약적인 과정을 제시한다는 점에서 비오톱 지도작성에 대한 프레임워크 구축으로 제한하였다. 또한, 연구의 공간적 범위는 국제과학비즈니스벨트 사업 대상지인 대전광역시 신동지구 일원으로, 면적은 약 9㎢로 한정하였다(그림 2 참조). 다만, 비오톱 지도 작성 시 가치평가 단계의 경우 비오톱의 종과 비오톱 보전적 기능, 자연체험 및 휴양적 기능, 미시각적 기능, 지생태적 기능 등 다차원적인 기능을 종합적으로 고려하되, 평가 체계의 복잡성을 최소화하고 결과의 신뢰도를 높이기 위해 현장조사를 기반으로 정량화가 가능한 항목만을 선정하여 보전가치 평가 그룹과 자연체험 및 휴양가치평가 그룹으로 제한하였다.
본 연구는 크게 4단계로 구분해볼 수 있다(그림 3 참조). 우선 첫 번째로는 일반유형분류 체계 항목 검토를 통한 유형분류 체계 설정과 기초자료 분석 및 현장조사를 바탕으로 한 비오톱 유형분류 고도화 단계이다. 두 번째로 평가지표의 설정 및 통계적․산술적 체계화를 바탕으로 한 비오톱 가치평가의 고도화 단계이며, 세 번째로는 Q-GIS 프로그램을 활용한 지도작성법을 제안하는 수치지도의 고도화 단계이다. 특히 수치지도의 고도화 단계의 경우 기작성된 유형분류도 및 평가결과도의 좌표계와 데이터를 바탕으로 지도의 3D 시각화를 구현하는 방법론을 제시하였다. 마지막으로 각 단계의 내용을 종합하여 절차집약적인 프레임워크를 구축하는 단계로 구성된다.
비오톱 유형분류 과정을 거치기에 앞서 우선 비오톱 유형분류 체계를 설정할 필요가 있다고 판단된 바, 기존에 연구되었던 비오톱 유형분류 항목들을 검토하여 비오톱 유형분류 일반체계를 설정하였다. 비오톱 유형분류의 일반체계 설정은 환경부 제시 대분류 항목, 선행연구 그리고 지역별 비오톱 작성 보고서 자료를 토대로 비오톱 유형분류 목록을 검토하여 재설정하였다. 특히 보고서 자료의 경우 수원시, 시흥시, 안산시, 광명시, 공주시 등 도시 비오톱 지도작성 방법에 대한 기준이 제시된 지역을 중심으로 비오톱 유형분류 목록을 검토하였다. 더불어 검토 전 유형분류 목록을 나열하여 명칭이 유사 또는 같은 지표는 한 개의 지표로 정리하는 과정을 거쳤으며, 결과적으로 375개의 지표를 선택, 통합, 분리, 변경, 추가, 제외 등을 통해 비오톱 유형을 재설정 하였다(표 1 참조).
| 비오톱 유형 | 선택 | 통합 | 분리 | 변경 | 추가 | 제외 | 비고 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 농촌단독주택지 | ● | ||||||
| 농가주택지 | ● | 의미 세분화 | |||||
| 개량주택지 | ● | ||||||
| 밭 | ● | 적절한 용어로 변경 | |||||
| 과수원 | ● | 적절한 용어로 변경 | |||||
| ⋮ | |||||||
| 휴경지 | ● | 나지 및 폐허지로 이동 | |||||
| 묘포장 | ● | ||||||
| 다면식생지 | ● | 사례지 조사 | |||||
| 도시유휴지 | ● | ||||||
| 식생이 없는 농촌유휴지 | ● | 적절한 용어로 변경 | |||||
일례로 중분류 건조지성 경작지에 해당하는 휴경지는 의미의 구분을 위해 중분류 농촌 유휴지로 분류위계를 변경하였다. 또한 문헌분석에서는 발견되지 않았으나 사례지 현장조사 시에 발견된 유형분류의 경우 또한 비오톱 유형 재설정 항목에 추가하였다. 일례로 다면식생지의 경우 문헌 검토 과정에서는 발견되지 않았으나 지구단위 차원에서의 사례지 현장조사에서 높은 빈도수로 발견되어 새롭게 유형을 추가하였다. 재설정된 비오톱 유형분류 항목 중 대분류와 중분류는 환경부에서 제시하는 기준을 적용하였으며, 소분류의 경우 지구단위차원에서 분류될 수 있는 일반적인 유형분류 항목을 적용하였다.
한편, 비오톱 지도 작성에서 주로 활용되는 기초자료로는 1:5,000 토지피복도, 1:25,000 생태자연도, 연속수치지형도, 항공사진 또는 위성사진, 1:25,000 임상도, 1:5,000 연속지적도, 전국자연환경조사자료, 1:50,000 현존식생도, 1 : 25,000 토양도 등이 있다. 특히 항공사진 또는 위성사진의 경우 비오톱의 형태나 위치, 분포 등의 물리적 정보를 더욱 입체적으로 판단할 수 있는 요소라고 할 수 있다. 앞서 기술된 내용을 토대로 1차 현장조사가 진행되었으며, 1차 현장조사의 경우 조사항목으로는 비오톱 전형종의 다양성, 멸종 및 위험에 처한 종들이 출현․생육할 수 있는 현장부지조건, 이용강도, 포장율, 층위구조, 특별한 현장조건, 희귀성, 위험성, 복원능력, 발전기간 등이 있다. 특히 대상지에서 조사 지점을 선정할 때에는 객관적이고 산술적인 방식으로 접근하기 위해 면적과 수를 고려하여 지정하도록 JENKS 기법을 활용하였다. JENKS 기법이란, 어떤 데이터를 가장 최적의 상태로 그룹화시키는 알고리즘으로, 그룹 내에서는 데이터 값의 차이를 최소화시키면서 각 그룹 간의 차이는 최대화시키는 방식이다. 해당 기법은 주로 지리정보시스템 및 데이터 시각화에서 사용되며, 그룹 간의 분산은 극대화하여 데이터 구분의 본질을 강조하면서도 그룹 내에서의 평균편차는 최소화시킬 수 있는 장점이 있다(North, 2009). 또한 비오톱 구조적 특징의 경우 축척상의 이유로 인해 도면에는 표현이 어렵지만 유형평가 또는 부지평가에서 상향조정될 수 있다고 판단된 바, 1차 현장조사 시 함께 병행되었다. 해당 특징들은 유형평가 진행 시 독특한 경관요소, 문화․역사성 등의 평가에 유의미한 결과를 미칠 수 있다고 판단된다(표 2 참조).
가치평가를 진행하기에 앞서 평가지표에 대한 설정 및 체계화가 필요하다고 판단된 바, 선행 연구(조현주, 2011)를 기반으로 지표를 설정 및 고도화하였다. 우선 보전가치평가의 1차 평가인 유형평가의 지표는 비오톱 전형종의 다양성, 멸종 및 위험에 처한 종들이 출현․생육할 수 있는 현장부지조건, 이용강도, 포장율, 층위구조, 특별한 현장조건, 희귀성, 위험성, 복원능력, 발전기간 등의 10가지 평가지표로 나뉜다. 2차 평가인 부지평가의 지표는 규모, 구조적 다양성, 정주공간과의 인접성, 종 조성 형태의 완전성, 멸종 및 위험에 처한 종의 출현, 연결성, 완충기능, 복원을 위한 잠재성 등의 8가지 평가지표로 나뉜다. 다음으로 자연체험 및 휴양가치평가의 1차 평가인 유형평가의 지표는 헤메로비, 발전기간, 녹피율, 포장율, 층위구조, 경사도, 일반적 접근성, 이용가능성, 독특한 경관요소, 조망 등의 10가지 평가지표로 나뉜다. 2차 평가인 부지평가의 지표는 규모, 정주공간과의 인접성, 문화․역사성, 이용흔적, 수공간과의 접촉 및 조화, 경관패턴의 다양성, 형․색채․열매의 풍부성 등의 7가지 평가지표로 나뉜다.
앞서 설정한 평가지표들은 통계적․산술적 체계화를 통해 객관성을 확보할 필요가 있다고 판단된 바 각 지표별 고도화 과정을 진행하였다.
본 연구에서 가치평가는 보전가치평가와 자연체험 및 휴양가치평가로 나뉜다. 우선 보전가치평가의 경우 다시 1차 평가인 유형평가와 2차 평가인 부지평가로 나뉘게 된다. 유형평가는 비오톱 1차 평가지표를 토대로 유형평가를 실시하며, 각각의 평가지표에 영향을 받아 비오톱 유형별로 1–3등급이 산출된다. 해당 등급들의 합산가치평가는 파이썬 프로그래밍(그림 4 참조)을 활용한 매트릭스 평가방법을 통해 1–5등급으로 가치가 다시 산정된다.
부지평가는 1차평가에서 수행하였던 각 평가지표의 산술적 합산을 토대로 정성적․서술적 평가를 진행하였다. 더불어 평가 진행 시에는 2차 현장조사 자료를 바탕으로 평가가 진행된다. 해당 평가에서 중간등급 이상의 비오톱들은 각각의 평가지표에 의해 특별히 가치가 높은 경관단위로 상향조정되거나 하향조정될 수 있다(표 3, 표 4 참조).
출처: 조현주(2011) 필자 재작성
출처: 조현주(2011) 필자 재작성
평가 모델의 경우 선행연구(조현주, 2011)의 종합적 검토를 통해 3D 형태의 모델로 재구성하여 가시성을 높였다(그림 5, 그림 6 참조).
본 연구에서는 수치지도화에 해당하는 비오톱 유형분류도와 비오톱 가치평가도를 Q-GIS 3.40.0 프로그램을 활용하여 제작하였다(그림 7 참조). 비오톱 유형분류도 작성 절차는 다음과 같이 진행되었다. 첫 번째로 토지피복도, 위성지도 등의 기초자료 레이어를 중첩한 후 테두리를 생성하여 대상지를 추출하였다. 두 번째로 각 비오톱 유형의 분할과 병합 작업을 통해 비오톱의 경계를 정리하였으며, 세 번째로 분할된 각각의 비오톱 유형 식별을 위해 속성테이블 내에 비오톱 소분류 및 구조적 특징을 기입하였다. 마지막으로 각 비오톱 유형별 시각적 구분을 위해 유형별 RGB값을 지정하고, 소분류 라벨(텍스트 기호)을 표시하였다. 다음으로 비오톱 유형평가도의 경우 첫 번째로 유형분류도 쉐이프 파일(shapefile, .shp)을 불러온 후, 사전에 평가된 유형평가 결과 CSV 파일(Comma-Separated values, .csv)을 유형분류도 쉐이프 파일과 조인시키는 과정을 진행하였다. 해당 과정을 통해 유형분류도 레이어의 속성테이블에서 각각의 비오톱 유형별로 유형평가점수들을 연동시킬 수 있다. 두 번째로 파이썬 콘솔 창에 유형평가 최종등급 산출을 위한 자동화 Python CODE를 입력하여 유형분류도 레이어의 속성테이블에 유형평가 최종등급 열을 생성하였다. 세 번째로 유형평가 최종등급의 시각적 구분을 위해 등급별 RGB값을 부여하고, 소분류 라벨을 표시하였다. 마지막으로 비오톱 부지평가도의 경우 첫 번째로 유형평가도 쉐이프 파일을 불러온 후, 기질면이 유사한 비오톱 유형들을 병합하는 작업을 진행하였다. 두 번째로 비오톱 유형평가 결과 3등급 이상에 해당하는 비오톱 유형들을 대상으로 부지평가를 실시하였으며, 해당 결과를 속성테이블에 기재하였다. 마지막으로 부지평가 결과 등급의 시각적 구분을 위해 등급별 RGB값을 부여하고, 부지평가결과 도면번호 라벨을 표시하였다.
도면의 3D 시각화 단계의 경우 제작 절차는 다음과 같이 진행되었다(그림 8 참조). 첫 번째로 대상지 지도에서 좌표를 찾아 대상지 좌표를 프로그램에 입력 후 지형 레이어를 업로드 하였으며, 그 후 항공사진을 지형 레이어에 적용하였다. 두 번째로 대상지의 현황과 최대한 동일한 모습을 나타내기 위해 전체 지형의 등고선 등을 성형하였으며, 세 번째로 자연요소(저수지 및 소하천, 산림 등)와 인공요소(농경지, 도로 및 가로수, 주거지역 및 창고 등)의 물리적 환경을 성형하였다. 세 번째로 각각의 유형분류도와 평가결과도 SHP파일 좌표계를 프로그램에 업로드 한 후 현황지도에 오버랩하여, 유형분류도의 경우 유형별 수직 구분면을, 평가결과도의 경우 평가등급별 수직 구분면을 제작하였다.
3. 결과 및 고찰
앞서 재설정된 체계를 토대로 비오톱 유형분류의 경우 13개의 대분류, 51개의 중분류, 121개의 소분류로 표준체계가 정립되었다. 또한 비오톱의 가치가 높은 유형들을 더욱 세밀하게 선별하기 위해 지구단위 차원에서 발견할 수 있는 유형항목을 사례지 현장조사를 통해 추가하였으며, 녹지율에 따라 비오톱의 유형을 세분화하였다(표 5 참조).
앞서 재설정된 비오톱 유형분류 일반체계를 토대로 대상지의 비오톱 유형분류를 진행한 결과 대분류 12개, 중분류 30개, 소분류 58개로 분류되었다. 해당 결과는 선행연구(김진효, 2020)에서 대분류 9개, 중분류 24개, 소분류 56개로 분류된 바 있는 점에서 보다 더 세부적인 비오톱 유형분류가 진행되었다고 판단할 수 있다.
비오톱 가치평가의 경우 지표의 수치적․산술적 체계화를 통해 객관성을 확보하였다(표 6 참조). 일례로 자연체험 및 휴양가치평가 ‘헤메로비’ 지표의 경우 국토환경 공간정보 중 토지피복 세분류를 독일에 적용했던 CLC CODE(CORINE LAND COVER CODE) 분류를 변경 적용하여 5단계로 등급분류한 프레임워크(김도훈 등, 2021)를 기반으로 하여 3단계 등급으로 재설정하였다. 또한 녹피율의 경우 LiDAR를 활용하여 파악하고자 하는 비오톱에 원격탐사 촬영을 진행한 후, 비오톱 유형이 나누어진 평면도에 레이어링하여 녹피율 자료를 얻어낼 수 있다. 해당 지표의 가치등급은 대상지내 상대적 비교를 통해 3등급 구분할 수 있다. 재구성된 비오톱 가치평가지표를 바탕으로 평가된 비오톱 등급 구분은 표 7, 표 8 및 표 9와 같이 설정되었다.
| 보전적 측면 유형평가 지표 | |||
|---|---|---|---|
| 지표명 | 등급 | 내용 | 비고 |
| 비오톱 전형종의 다양성 | I등급 | 많은 | 균등분할 |
| II등급 | 중간 | ||
| III등급 | 적은 | ||
| 멸종 및 위험에 처한 종들이 출현·생육할 수 있는 현장부지조건 | I등급 | 유리한1) | Finck et al.(2002) |
| II등급 | 중간 | ||
| III등급 | 불리한 | ||
| 이용강도 | I등급 | 낮은2) | 나정화(2021), 이은희 등(2010) |
| II등급 | 중간3) | ||
| III등급 | 높은4) | ||
| 포장율 | I등급 | 낮음(0~20%) | 홍석환과 이경재(2008) |
| II등급 | 중간(20~60%) | ||
| III등급 | 높음(60% 이상) | ||
| 층위구조 | I등급 | 다층구조(층위구조가 3층 이상) | Forman(1995) |
| II등급 | 중간(층위구조가 2층)5) | ||
| III등급 | 단층(층위구조가 1층)6) | ||
| 특별한 현장조건 | I등급 | 높거나 매우 높게 출현7) | |
| II등급 | 산별적인 출현8) | ||
| III등급 | 출현하지 않음 | ||
| 희귀성 | I등급 | 매우 희귀하게 출현 | 나정화(2021), 이은희 등(2010) |
| II등급 | 희귀하게 출현 | ||
| III등급 | 보편적으로 많이 출현 | ||
| 위험성 | I등급 | 위험에 처한 비오톱 유형9) | 나정화(2021) |
| II등급 | 부분적으로 위험에 처한 비오톱 유형 또는 위험상태가 불확실한 유형10) | ||
| III등급 | 위험에 처하지 않은 유형 | ||
| 복원능력 | I등급 | 50년 이상 비오톱 유형11) | 조현주(2011), 나정화(2021) |
| II등급 | 50－5년인 비오톱 유형12) | ||
| III등급 | 5년 이하인 비오톱 유형13) | ||
| 발전기간 | I등급 | 발전기간이 50년 이상 | 이은희 등(2010) |
| II등급 | 발전기간이 50－25년 | ||
| III등급 | 발전기간이 25년 이하 | ||
| 보전적 측면 부지평가 지표 | |||
| 규모 | 가장자리 종의 수가 증가할 수 있는 최대면적을 1ha로 설정 | Forman(2000) | |
| 구조적 다양성 | 일반적으로 경관 내 종 다양성은 이질성의 정도가 중간일 때 가장 높다고 할 수 있음14) | Forman(2000) | |
| 정주공간과의 인접성 | I등급 | 정주공간과의 인접성이 양호함(250m 이내) | |
| II등급 | 정주공간과의 인접성이 보통(250m－1km 이내) | ||
| III등급 | 정주공간과의 인접성이 불량함(1km 이상) | ||
| 종 조성 형태의 완전성 | 어떤 비오톱 유형의 전체 종 조성이 해당 유형에 상응하는 전형적인 ‘잠재적 자연식생’ 형태를 보이거나 이에 준하는 경우15) | ||
| 멸종 및 위험에 처한 종의 출현 | 어떤 비오톱 유형 내에 멸종 및 위험에 처한 종이 나타났는지의 출현 여부로 해당 부지의 가치를 평가 | ||
| 연결성 | 녹지 네트워크 연결선이 직접 지나거나 네트워크 구축을 위한 핵심지역에 비오톱 유형 공간이 위치한 경우에는 연결성이 높다고 판단하며, 반대로 녹지 네트워크 선이 지나지 않거나 핵심지역에 위치하지 않는 경우에는 연결성이 낮다고 판단함 | 김진효(2020) | |
| 완충기능 | 통상적인 도시 내 비오톱 유형이 완충을 위한 특별한 기능을 수행하기 위해서는 완충기능을 이행하는 비오톱의 최소 폭이 10－30m, 오염시설 등이 주변에 위치한 비오톱의 경우 완충기능을 이행하기 위한 비오톱의 최소 폭은 50－200m가 되어야 함 | ||
| 복원을 위한 잠재성 | 당장으로서는 해당 비오톱 유형에 대한 보전적 가치가 낮으나 예후적으로 바라보았을 때 가치가 있는 공간으로 발전해 갈 수 있는 특별한 기능을 가지고 있다는 의미16) | ||
| 자연체험 및 휴양가치적 측면 유형평가 지표 | |||
| 지표명 | 등급 | 내용 | 비고 |
| 헤메로비 | I등급 | 높음(인간의 영향 및 간섭을 거의 받지 않는 생태계) | Hermes et al.(2018), 김도은과 손용훈(2021) |
| II등급 | 중간(심한 인위적 간섭을 다소 인지할 수 있는 생태계) | ||
| III등급 | 낮음(인간의 영향 및 간섭이 매우 지배적인 생태계) | ||
| 발전기간 | I등급 | 발전기간이 60년 이상 | Forman(2000) |
| II등급 | 발전기간이 60－20년 | ||
| III등급 | 발전기간이 20년 이하 | ||
| 녹피율 | I등급 | 높음(60% 이상) | 이영경(2004), Nijnik and Mather(2008) |
| II등급 | 중간(20－60%) | ||
| III등급 | 낮음(20% 미만) | ||
| 포장율 | I등급 | 낮음(0－20%) | 홍석환과 이경재(2008) |
| II등급 | 중간(20－60%) | ||
| III등급 | 높음(60% 이상) | ||
| 층위구조 | I등급 | 다층구조17) | 조현주(2011) |
| II등급 | 중층구조18) | ||
| 중층구조19) | |||
| 다층구조20) | |||
| III등급 | 단층구조21) | ||
| 중층구조(한 종 혹은 똑같은 성장형태의 여러 종들의 출현) | |||
| 단층구조(한 종 혹은 똑같은 성장형태의 여러 종들의 출현) | |||
| 경사도 | I등급 | 낮음(0°－5°) | |
| II등급 | 중간(5°－10°) | ||
| III등급 | 높음(10° 이상) | ||
| 일반적 접근성 | I등급 | 높음(2차선 이상 지방도 및 국도가 관통하거나 인접함) | Garbretcht and Matthes (1980) |
| II등급 | 중간(임도 및 산책로와 인접) | ||
| III등급 | 낮음(접근불량) | ||
| 이용 가능성 | I등급 | 높음22) | Kiemetedt et al.(1975) 나정화 등(2011) |
| II등급 | 중간23) | ||
| III등급 | 낮음24) | ||
| 독특한 경관요소 | I등급 | 출현빈도 높음(5회 이상 출현)25) | 조현주(2011), 나정화(2021) |
| II등급 | 보통(2－4회 출현) | ||
| III등급 | 출현빈도 낮음(2회 미만) | ||
| 조망 | I등급 | 높음26) | 조현주(2011), 김진효(2020) |
| II등급 | 중간27) | ||
| III등급 | 낮음28) | ||
| 자연체험 및 휴양가치적 측면 부지평가 지표 | |||
| 규모 | 도시공원 및 녹지 등에 관한 법률에서 제시하는 공원면적 기준을 따라 최대면적을 1만 ㎡로 설정 | 이석철(1999) | |
| 정주공간과의 인접성 | I등급 | 정주공간과의 인접성이 양호함(250m 이내) | 조현주(2011) |
| II등급 | 정주공간과의 인접성이 보통(250m－1km 이내) | ||
| III등급 | 정주공간과의 인접성이 불량함(1km 이상) | ||
| 역사·문화성 | I등급 | 지정문화재 등이 유형내 2회 이상 출현 | 김진효(2020) |
| II등급 | 지정문화재 등이 유형내 1회 출현 | ||
| III등급 | 출현하지 않음 | ||
| 이용흔적 | I등급 | 산책로 등에 실제 사람 이용이 나타나는 경우(높음) | 김진효(2020) 수정후 재작성 |
| II등급 | 시설은 있으나 이용 흔적이 육안으로 파악되지않는 경우(중간) | ||
| III등급 | 이용흔적이 없음(낮음) | ||
| 수공간과의 접촉 및 조화 | I등급 | 수공간인 공간(높음) | 김진효(2020) |
| II등급 | 수공간과 인접하여 수공간으로 발전가능성 높음(중간) | ||
| III등급 | 발전가능성이 낮은 공간(낮음) | ||
| 경관패턴의 다양성 | I등급 | 경관패턴의 상호조합이 3종류 이상으로 이질성을 보이는 경우(높음) | 나정화(2021) |
| II등급 | 경관패턴의 상호조합이 2종류로 미미한 이질성을 보이는 경우(중간) | ||
| III등급 | 경관패턴이 단일로 동질성을 보이는 경우(낮음) | ||
| 형·색채·열매의 풍부성 | 앞선 1차 평가에서 층위구조의 등급이 높을 경우 해당 지표의 풍부도는 상관적으로 오른다고 볼 수 있음 | 조현주(2011) | |
K*: A*, B* 합산 Matrix 점수
L*: C*, D* 합산 Matrix 점수
M*: E*, F* 합산 Matrix 점수
N*: K*, L*, M* 합산 점수
O*: G*, H* 합산 Matrix 점수
P*: I*, J* 합산 Matrix 점수
K**: A**, B** 합산 Matrix 점수
L**: C**, D** 합산 Matrix 점수
M**: E**, F** 합산 Matrix 점수
N**: K**, L**, M** 합산 점수
O**: G**, H** 합산 Matrix 점수
P**: I**, J** 합산 Matrix 점수
Q*: N*, O*, P* 합산점수
R*: 최종등급
Q**: N**, O**, P** 합산점수
R**: 최종등급
선행 연구(김진효, 2020)에서 제시된 유형 평가에서 보전가치평가의 경우 1–3등급에 해당하는 비오톱 유형의 개수는 30개로 나타났으며, 자연체험 및 휴양가치평가에서 1–3등급에 해당하는 비오톱 유형의 개수는 30개로 나타난 반면, 본 연구에서 실시한 유형 평가에서는 보전가치평가에서 1–3등급에 해당하는 비오톱 유형의 개수는 32개, 자연체험 및 휴양가치평가에서 1–3등급에 해당하는 비오톱 유형의 개수는 32개로 나타났다. 본 연구에서는 가치 있는 비오톱 유형의 개수가 선행 연구의 결과보다 증가하였다는 결과를 나타내는 바, 가치 있는 비오톱 유형을 발견하는 데에 의의가 있었다고 판단하였다. 앞서 진행된 유형 평가를 토대로 중간 등급 이상에 해당하는 비오톱 유형들을 부지 평가한 결과 종과 비오톱 보전을 위해 특별한 의미를 가진 공간(1α, 1β)은 30개, 종과 비오톱 보전을 위해 의미를 가진 공간(2α, 2β, 2γ)은 61개로 평가되었다. 또한 자연체험 및 휴양을 위해 특별한 의미를 가진 공간(1α, 1β)은 30개, 자연체험 및 휴양을 위해 의미를 가진 공간(2α, 2β, 2γ)은 70개로 나타났다. 해당 결과는 각각 선행 연구에서의 보전가치평가 90개(1α, 1β, 2α, 2β, 2γ), 자연체험 및 휴양가치평가 97개(1α, 1β, 2α, 2β, 2γ)라는 결과보다 증가한 수를 나타내는 바, 가치 있는 공간을 선별하는 데에 의미가 있었다고 판단하였다.
본 연구에서는 비오톱 유형분류결과와 비오톱 가치평가 결과를 토대로 Q-GIS 프로그램을 활용하여 지도작성과정을 제안하였다. 비오톱 유형분류도 작성 결과, 가장 빈번하게 나타난 유형은 KE01(묘지) 343개, MB01(키 낮은 밭작물 재배지) 329개, LB01(인공초지), 306개 순으로 나타났으며, 면적이 큰 유형은 KA02(활엽수림) 2,044,723㎡, KA01(소나무 중심 침엽수림) 1,171,807㎡, IA01(식생이 풍부한 자연형 하천) 1,076,512㎡ 순으로 나타났다. 지도를 작성하면서 비오톱 유형의 식별도를 높이고자 RGB 값을 부여하였다(그림 9 참조).
비오톱 유형 평가결과, 보전가치평가의 경우 1등급 면적은 약 5,347,640㎡, 2등급 면적은 약 745,352.2㎡ 그리고 3등급 면적은 약 2,545,397㎡이었으며 1–3등급에 해당하는 비오톱 유형은 32개로 나타났다. 해당 지도에서 가장 많은 면적을 차지하는 2등급은 북서쪽에 주로 분포함을 시각적으로 판단할 수 있다. 다음으로 자연체험 및 휴양가치평가의 경우 1등급 면적은 약 4,562,043㎡, 2등급 면적은 약 2,243,896㎡ 그리고 3등급 면적은 약 1,504,853㎡이었으며, 1–3등급에 해당하는 비오톱 유형은 32개로 나타났다. 해당 지도에서 가장 많은 면적을 차지하는 1등급은 주로 중앙과 서쪽에 분포함을 시각적으로 판단할 수 있다(그림 10 참조).
비오톱 부지평가 결과 종과 비오톱 보전을 위해 특별한 의미를 가진 공간(1α, 1β)은 30개, 종과 비오톱 보전을 위해 의미를 가진 공간(2α, 2β, 2γ)은 61개로 나타났으며, 자연체험 및 휴양을 위해 특별한 의미를 가진 공간(1α, 1β)은 30개, 자연체험 및 휴양을 위해 의미를 가진 공간(2α, 2β, 2γ)은 70개로 나타났다. 일례로 보전적 측면에서의 도면 번호-2에 해당하는 공간의 경우 유형 평가에서 1등급으로 평가되었으며, 공간의 크기가 크고 생물 종이 풍부한 하천과 접하고 있어 생태적으로 큰 가치를 보였기 때문에 1α로 평가되었다. 다음으로 휴양적 측면에서의 도면 번호-93에 해당하는 공간의 경우 유형 평가에서는 3등급으로 평가되었으나, 식생의 조성상태가 양호하며 주변에 문화/역사적 및 이용 흔적이 나타나는 등 자연체험 및 휴양적 측면에서 특별한 가치를 발견한바 부지평가에서는 2β로 평가하였다(그림 11 참조).
3D 도면 작성의 경우 앞서 제작된 2D 유형분류도면과 가치평가도면의 좌표계를 연결하여 현황지도(그림 12 참조), 유형분류도와 평가결과도(그림 13 참조)를 제작하였다. 3D도면 구축 작업 시에는 Blender 3.40.0 프로그램을 활용하였다.
앞서 제시한 각 연구방법의 단계들을 종합하여 비오톱 지도작성에 대한 프레임워크를 구축한 결과는 그림 14와 같다. 해당 프레임워크의 메인 프로세스는 비오톱 유형분류 단계, 비오톱 가치평가 단계, 수치지도화, 입체적 시각화 단계로 구성되어 있다. 메인 프로세스를 기반으로 연결된 창들의 경우 연결된 노드에 따라 기능이 구분된다. 청색 노드의 경우 메인 프로세스의 연결을 의미하며, 주황색 노드의 경우 메인 프로세스별 관련 수행항목, 수행기준, 프로세스 모델을 연결하는 의미이다. 다음으로 빨간색 노드의 경우 관련 항목에 적용된 계산식 또는 프로그램을 연결하는 의미이다.
본 연구에서 제시한 프레임워크는 지도 제작의 일련 과정을 통합적으로 구조화함으로써 비오톱 지도 작성 절차의 체계성과 일관성을 확보하였다. 특히 각 항목들의 메인 수행항목과 수행기준, 그리고 평가 모델을 노드 기반으로 연계함으로써 기존에 단절적으로 제시되었던 비오톱 지도 작성 관련 연구의 문제를 극복하고 실무자가 지도 작성 단계간의 연계성을 직관적으로 파악할 수 있을 것으로 사료된다. 또한 현장조사, 시각화 프로그램, 평가모델 등을 유기적으로 연결함으로써 지도 작성 단계에서 자료의 누락이나 해석의 오류 등을 최소화시킬 수 있으며, 기존의 GIS 기반 수치지도화와 3D 입체 시각화를 프레임워크에 통합함으로써 2차원적 도면에서 파악하기 어려웠던 공간적 구조와 경관의 특성을 직관적으로 파악하고 도면의 시각적 이해도를 향상시키는 효과를 얻을 수 있을 것으로 판단된다.
4. 결론
본 연구는 비오톱 지도작성 절차에 대한 고도화를 기반으로 보다 상세한 지도작성 프레임워크를 제시하였으며, 지구 단위 차원에서 압력을 받는 대상지를 선정하여 고도화된 비오톱 지도작성 방법론의 적용을 통해 선행연구 결과와의 비교작업을 수행하여 고도화의 효용성을 모색해 보았다. 더불어 비오톱 지도 제작 과정에 있어서는 2D 지도 작성에서 나아가 디지털트윈을 활용한 3D 비오톱 지도 제작 절차를 제시하였으며, 이를 통하여 비오톱 지도의 시각적 효용성 및 비오톱 지도와 디지털트윈의 적용 가능성을 제고하였다.
다음으로 연구의 요약은 크게 네 가지로 구분되었다. 첫 번째로 비오톱 유형분류 고도화 단계에서는 문헌분석에 기반하여 비오톱 유형분류 체계 항목 검토를 통해 대분류 15개, 중분류 57개, 소분류 121개의 일반 비오톱 유형분류 항목을 설정하였다. 또한, 축척 상의 이유로 인해 도면에 표기되지 못하였으나 유의미한 가치가 있다고 판단되는 구조적 특징을 소분류에 함께 기입하였다. 연구대상지의 비오톱 유형분류의 경우 선행 연구(김진효, 2020)에서는 대분류 9개, 중분류 24개, 소분류 56개로 분류되었으며, 고도화된 유형분류 방법론을 적용한 경우 대분류 12개, 중분류 30개, 소분류 58개로 분류가 되었던 바, 고도화된 비오톱 유형분류 체계를 통해 보다 더 세부적인 비오톱 유형분류가 진행되었다고 볼 수 있다.
두 번째로 비오톱 가치평가 고도화 단계에서는 선행 연구를 기반으로 설정된 평가지표의 산술적․통계적 체계화를 통해 평가지표의 객관성을 확보하였다. 유형평가에서 적용된 메트릭스 합산평가의 경우 Q-GIS 프로그램 내에서 평가지표별 등급을 기반으로 최종 합산 등급을 속성테이블에 자동으로 도출시키는 메트릭스 합산평가 Python Code를 구축하여 평가의 효율성을 제고하였다. 선행 연구에서 제시된 보전가치평가의 유형평가에서 1–3등급에 해당하는 비오톱 개수는 30개, 자연체험 및 휴양가치평가의 1–3등급에 해당하는 비오톱 개수는 30개였으며, 고도화된 유형평가지표를 적용한 연구대상지의 경우 보전가치평가의 1–3등급에 해당하는 비오톱 개수는 32개, 자연체험 및 휴양가치평가의 1–3등급에 해당하는 비오톱 개수는 32개로 선행연구 결과 대비 가치 있는 비오톱의 개수가 증가한 것으로 나타났다.
세 번째로 수치 지도화 및 3D 시각화 단계에서는 평가결과를 토대로 Q-GIS 3.40.0 프로그램을 활용하여 수치 지도의 유형분류도와 평가결과도를 제작하는 과정을 제시하였으며, 3D 시각화의 경우 BLENDER 4.4 프로그램을 활용하여 현황도, 유형분류도, 평가결과도를 제작하는 과정을 제시하였다. 마지막으로 앞선 과정들의 연결을 통해 ‘유형분류 단계-가치평가단계-수치지도화 단계-입체적 시각화 단계’의 종합적인 지도 제작 과정 프레임워크를 제시하였다.
본 연구에서는 비오톱 유형분류 및 가치평가의 고도화를 통해 보다 세부적인 유형분류 개수를 도출하고, 가치 있는 비오톱 유형을 발견했다는 점에서 의미가 있었다고 판단된다. 특히 비오톱 지도 제작 프레임워크를 구축함으로써 기존에 단절적으로 제시되었던 비오톱 지도 작성 관련 연구의 한계를 극복하고, 실무자가 지도 작성 단계 간의 연계성을 직관적으로 파악할 수 있다는 점에서 의의가 있을 것으로 사료된다. 더불어 작성 단계 상에서의 자료 누락 및 해석의 오류를 저감하고, 기존의 2차원적 도면에 3D 시각화 도면 작성 방법론을 적용하여 공간적 구조 및 경관 특성을 시각적으로 파악하는 데에 도움이 될 것으로 사료된다. 나아가 본 프레임워크의 제안은 복잡한 비오톱 지도 작성 과정을 표준화된 절차로 체계화함으로써 작업의 효율성과 실무적 효용성을 동시에 향상시킬 수 있는 기반을 마련하였다는 점에서 학문적․실무적 기여를 가질 수 있을 것으로 판단된다. 다만, 향 후 연구에서는 지구 단위 차원에서의 실사례지 선정을 통해 지도의 3D 시각화를 제작할 필요가 있으며, 사례지 현장과 디지털트윈된 시스템 공간상의 데이터 연계가 실시간으로 피드백될 수 있도록 데이터 연계 구축이 이루어져야 할 필요가 있을 것으로 사료된다. 더불어 프레임워크의 시각적 제시에서 더 나아가 프레임워크 구축의 전산화에 관한 연구가 필요할 것으로 판단된다.
