• Ecology and Resilient Infrastructure
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• 제10권4호
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• pp.107-115
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• 2023

고 탁도의 원수는 정수장 운영 및 수 생태 환경에 부정적인 영향을 줄 수 있어 관리가 필요한 수질 인자이며, 하천의 탁도 예측을 통해 고 탁도의 원수의 효율적 관리를 수행하기 위해 관련분야에 대한 연구가 지속되고 있다. 본 연구에서는 대표적인 앙상블 머신러닝 알고리즘 중 하나인 LightGBM (light gradient boosting machine)을 이용하여 탁도를 예측하는 다중 분류 모형을 구축하였다. 모형의 구축을 위해 입력자료를 탁도값에 따라 탁도가 낮은 경우부터 높은 경우까지 4개의 class로 구분하였으며, class 1 - 4에 속하는 자료수는 각각 945개, 763개, 95개, 25개로 분류되었다. 구축한 모형의 class 1 - 4에 대한 정밀도 (Precision) 각각 0.85, 0.71, 0.26, 0.30 재현율 (Recall)은 각각 0.82, 0.76, 0.19, 0.60로 데이터 수가 적은 소수 class에서 상대적으로 모형이 성능이 낮은 경향을 보였다. 데이터 불균형을 해소하기 위해 over-sampling알고리즘 중 SMOTE를 적용한 결과 개선된 모형의 class 1 - 4에 대한 정밀도 및 재현율은 각각 0.88, 0.71, 0.26, 0.25 및 0.79, 0.76, 0.38, 0.60으로 데이터 불균형 해소를 통해 모형의 재현율이 크게 개선되는 것을 확인할 수 있었다. 또한 데이터 구성비율이 모형성능에 미치는 영향에 대한 확인을 위하여 입력자료의 구성비를 다양하게 하고 각각의 자료로 구축된 모형의 결과를 비교하여 입력자료 구성비에 따른 모형성능의 차이를 분석하였으며, 모형 입력자료의 구성비의 적정한 산정을 통해 모형의 성능을 향상시킬 수 있음을 확인하였다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• 제10권4호
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• pp.171-183
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• 2023

하구습지는 독특한 기수역이 형성되며 이러한 환경에 적응하여 살아가는 생물에게 중요한 서식처로 기능을 수행한다. 그러나 과도한 개발과 이용에 따른 인위적 간섭으로 하구습지 고유의 기능 및 특성을 변화시킨다. 본 연구는 생태계가 우수한 하구습지 보전을 위한 기초자료를 수집하기 위해서, 태화강하구습지를 대상으로 식생 분포 특성 및 생물상 현황을 조사하였다. 연목림 식생, 정수 및 유수역 다년생 초본식생, 부유·침수식생 등 6개 상관식생형의 25개 식물군락이 확인되었다. 지형다양성이 높은 상류부에서 다양한 유형의 습지식생이 분포하고 있었다. 생물종 다양성은 멸종위기 야생생물 7종 포함 총 696종이 확인되었다. 생태적 연결성이 양호하여 감조하천이 형성되는 구간을 중심으로 다양한 기능군을 가지는 기수성 생물종이 분포하며, 하천 구간별 수환경에 따라서 잠수 및 수면성오리류 등 다양한 수조류의 서식을 확인하였다. 태화강하구습지의 생태정보의 수집은 하구 생태계의 보전·관리 기반을 마련하고 정책 수립을 지원하는 데 기초자료로 활용될 수 있을 것이다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• 제10권4호
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• pp.161-170
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• 2023

본 연구에서는 제주도에서 자생하는 준맹그로브인 황근 (Hibiscus hamabo)과 갯대추나무 (Paliurus ramosissimus)의 탄소 저장량을 원격탐사로 추정하고 기후요인에 의하여 공간변이를 예측하는 인공지능 모델을 구축하고자 하였다. 준맹그로브의 지상부 탄소 축적량은 Global Ecosystem Dynamics Investigation (GEDI) 라이다에 의하여 제공되는 지상부 생물량 밀도(aboveground biomass density, AGBD)를 Sentinel-2 영상으로부터 추출한 normalized difference vegetation index (NDVI)으로 해상도를 상향하여 추정하였다. 제주도에서 단위면적당 탄소 축적량은 황근이 16.6 t C/ha, 갯대추나무가 21.1 t C/ha이었다. 제주도 전 해안에서 준맹그로브의 탄소 축적량은 11.5 t C로 추정되었다. 환경요인에 따른 준맹그로브의 탄소 축적량을 예측하기 위하여 랜덤 포레스트 기술을 적용하였다. 제주도 준맹그로브림의 분포면적 대비 지상부 생물량의 잔차를 계산하였다. 이 잔차에 영향을 미치는 주요 환경요인으로는 가장 습한 달의 강수량, 가장 더운 달의 최고온도, 등온성 및 가장 습한 달의 평균 온도가 선정되었다. 제주도에서 랜덤 포레스트 분석으로 예측된 준맹그로브의 탄소 축적량은 12.0 t C/ha - 27.6 t C/ha 범위의 공간적 변이를 나타내었다. 본 연구에서 개발된 탄소 축적량의 원격탐사 추정법과 환경요인에 따른 인공지능 예측법은 한반도에서 탄소흡수원으로서 맹그로브의 보전과 조성에 필요한 기초자료로 활용할 수 있을 것이다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• 제10권4호
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• pp.116-124
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• 2023

극한호우 발생빈도 증가로 소하천 홍수 피해가 증가하고 있어 소하천 리스크 관리를 위해 유량 계측 요구가 증가하고 있다. 이에 행정안전부 (MOIS) 소속 국립재난안전연구원 (NDMI)은 CCTV 기반 자동유량계측기술 (CCTV based Automatic Discharge Measurement Technology, CADMT)을 개발하고 성능 검증과 재난 리스크 관리기술 개발을 위해 시범소하천을 운영하고 있다. 본 연구는 CADMT가 설치된 능막천과 중선필천 2개 소하천을 선정하고 소하천에 가장 가까운 기상청 Automatic Weather System 강우량 자료와 유량 계측자료를 이용해 4-Parameter Logistic 방법으로 Nomograph를 개발한다. 개발한 Nomograph를 검증하기 위하여 본 연구는 각 소하천에서 홍수량을 예측하고 그 결과를 계측 유량과 비교한다. 검증 결과 예측치는 계측치를 잘 재현하는 것으로 나타나 향후, 보다 정확도 높은 계측자료가 수집되고 이에 기반한 Nomograph가 개발된다면 정확도 높은 홍수 예·경보가 가능할 것으로 판단된다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• 제10권4호
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• pp.135-142
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• 2023

하천 생태계에서 경관의 변화와 그 영향요인을 연구하기 위해 다양한 원격 탐지 및 영상 분석이 활용된다. 본 연구에서는 다양한 시점에서 위성에서 촬영된 다분광 영상으로 광학 지수를 계산하고, 수역의 경계를 획정하는 임계치를 계산하여 육역과 수역으로 이진화한 지도를 작성하여 시간에 따른 경관 변화를 탐지하는 방법을 개발하였다. 그리고 이 방법을 금강에 적용하여 보 수문 개방에 의하여 형성된 모래톱의 변화를 추적하였다. 먼저 금강에서 보 개방 전후의 다양한 시점에서 Sentinel-2 위성에서 촬영된 10 m × 10 m 해상도의 다분광 영상을 수집하였다. 수집된 영상에서 녹색광과 근적외선 대역으로 정규수분지수 (normalized difference water index, NDWI)를 계산하였다. 수역의 경계를 결정하기 위하여 산출한 NDWI의 Otsu 임계값은 -0.0573부터 0.1367의 범위이었다. 원격탐사에 의하여 결정된 수역의 경계는 실제 영상에서의 경계와 일치하였다. 이 NDWI에 의하여 수역과 육역으로 이진화된 지도를 작성하였다. 이 결과에 따르면 금강의 백제보부터 대청댐까지 종적 범위에서 2017년부터 2021년까지 수행된 3개의 보 수문 개방에 의해 총 379.7 ha의 새로운 모래톱의 서식처가 형성된 것으로 추정되었다. 본 연구에서 제안하는 경관 탐지 방법은 넓은 시공간 범위에서 적은 자원으로도 객관적인 결과를 얻을 수 있는 방법으로 평가된다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• 제10권4호
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• pp.143-160
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• 2023

본 연구는 내성천 유역의 급경사 및 중경사 하천에 하천복원 및 유역관리를 위한 기본 정보를 얻기 위해 하천의 물리 서식지 평가체계를 적용했다. 평가결과 내성천 유역의 급경사 및 중경사 하천 총연장은 약 273 km이며, 이 중에서 우수 약 8.2 km, 보통 180.3 km, 한계 84.7 km인 것으로 분석되었다. 또한 급경사 하천 전체의 물리 서식지 질은 평균 106점 (53%)으로 보통 등급이며, 특히 수서 동물의 서식처에 가장 중요한 하도/수리 영역은 평균 54점 (45%)으로 한계상태에 가까운 보통 등급인 것으로 분석되었다. 중경사 하천 물리 서식지 질은 평균 90점 (45%) 보통 등급이며, 하도/수리 영역 평균 39점 (32%) 한계상태로 나타났다. 전반적으로 내성천 유역의 급경사 및 중경사 하천 165개 구간 중 우수 4개 (3%), 보통 119개 (72%) 및 한계 42개 (25%) 구간으로 평가되었다. 이러한 결과는 내성천의 물리 서식지가 상당히 교란되었음을 보여준다. 내성천 유역의 하천 물리 서식지 교란은 하천주변의 경작지, 도시화, 저수지 건설 및 하천정비 등으로 발생하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제39권12호
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• pp.23-35
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• 2023

농림축산식품부는 강풍에 의한 비닐하우스의 인발파괴에 대응하기 위해 30년 빈도의 풍속에 대비할 수 있는 내재해형 비닐하우스 설계 기준을 고시하였다. 하지만 여전히 많은 비닐하우스가 기존 규격시설인 농가 보급·지도형으로 유지 및 신설되고 있다. 농가 보급·지도형 비닐하우스에는 인발파괴에 저항하기 위한 보강 수단으로 소형말뚝 종류 중 하나인 철항이 사용된다. 철항의 인발저항력은 토양의 환경과 철항의 관입 형태에 따라 변화한다. 이번 연구에서는 양토와 사양토에 설치되는 철항의 인발저항력을 토양경도계를 사용하여 유추할 수 있는 상관관계를 제시하였다. 토양의 환경인 함수비와 다짐도에 따른 철항의 인발저항력을 유추하기 위해 흙의 다짐시험과 모형토조시험, 현장시험을 수행하였다. 흙의 다짐도를 간단하게 확인할 수 있는 토양경도계를 사용하여 다짐도를 측정하였으며, 이를 이용하여 흙의 다짐시험과 모형토조의 다짐도에 대한 상관관계를 분석하였다. 또한, 모형토조에서의 철항의 인발저항력으로 현장에서의 인발저항력을 추정하는 상관관계를 제시하였다. 이번 논문의 결과는 환경 변화에 따른 철항의 관입 형태별 인발저항력의 예측에 활용될 것으로 기대된다.

• 한국정보전자통신기술학회논문지
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• 제17권1호
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• pp.31-37
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• 2024

본 연구에서는 컴퓨팅 자원이 제한된 환경에서도 효율적으로 동작 가능한 머신비전 기반의 보행자 신호 검출 알고리즘을 제안하였다. 이 알고리즘은 제한된 자원에서도 높은 효율성을 발휘하며, 주변 조명 등의 영향을 최소화하기 위해 HSV 색공간 기반의 영상처리, 이진화, 모폴로지 연산, 라벨링 등의 단계를 순차적으로 적용하여 빛 번짐과 같은 현상에 대응할 수 있도록 설계되었다. 특히, 이 알고리즘은 비교적 단순한 형태로 구성되어 임베디드 시스템 환경에서 부담 없이 동작할 수 있도록 고려되었다. 이를 통해 낮은 컴퓨팅 자원을 보유한 환경에서도 안정적으로 작동할 수 있는 구조를 갖췄다. 또한, 제안된 보행등은 보행신호 검출 기능뿐만 아니라 IoT 기능을 탑재하여 무선으로 웹서버와 연동되는 기능을 갖췄다. 이에 따라 보행등 설치자 및 제어권자들은 웹 서버를 통해 신호등의 상태를 모니터링하고 제어할 수 있는 편의성을 제공받을 수 있다. 더불어, 50W급 LED 보행등을 효과적으로 제어할 수 있는 구현이 완료되었다. 이러한 제안된 시스템은 자원 제한 환경에서의 신속하고 효율적인 보행자 신호 검출 및 제어 시스템으로, 실제 도로 환경에서의 적용 가능성을 고려하고 있다. 이를 통해 보다 안전하고 지능적인 도로 교통 시스템의 구축에 기여할 것으로 기대된다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• 제11권1호
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• pp.11-22
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• 2024

어도는 하천에 어류의 이동이 곤란할 경우 이를 해소할 수 있도록 인위적으로 만들어진 수로 또는 장치이다. 기존 어도의 경우 대부분 콘크리트 제품으로 독성물질을 용출하여 하천환경에 부정적 영향을 미치고 있다. 이에 친환경적이고 이동효율을 높일 수 있는 어도 조성 기술 개발이 필요하다. 본 연구에서 제시된 기술은 골재와 골재사이를 무독성 소재인 피마자유에서 추출한 바이오폴리머 소재와 결합한 일체형 다공성 구조물로써 표면에 식생을 활착시킬 수 있는 친환경 소재를 활용한 어도 조성 기술이다. 이에 바이오폴리머와 골재를 혼합한 친환경어도의 어류이동효율에 대하여 실규모로 조성하여 실험, 분석하였다. 실험 결과 Tag를 삽입하고 방류된 어류는 총 14종 201개체였으며, 방류된 개체의 감지율은 평균 82.6%로 높은 것으로 나타났다. 어도를 통과하여 상류로 소상한 어류는 총 6종 40개체로 평균 통과율은 21.7%로 확인되었다. 일주기 이동패턴을 확인한 결과 모든 어류가 주간에 주로 이동하는 것으로 나타났다. 바이오폴리머를 활용한 어도와 콘크리트 어도의 기능적 차이가 크지 않은 것으로 판단되며, 바이오폴리머를 활용한 어도는 기존 콘크리트 어도를 대체해 사용할 수 있을 것으로 판단된다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• 제11권2호
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• pp.43-54
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• 2024

최근 우리나라 대부분의 하천은 사주의 높이 상승 확대로 홍수교란이 미약한 안정역의 확대, 하도내 수목의 과도한 번무와 저수로의 고정화, 모래사주의 감소 등 치수 및 하천환경에서 다양한 문제가 발생하고 있다. 하천은 홍수에 의해서 공급된 토사가 퇴적되어 사주가 만들어지고, 형성된 지형에 식물이 정착하게 되며, 식물이 정착하고 난 후에 그곳이 침식되지 않는 규모의 또 다른 교란이 발생되면 사주는 점차 성장하고 그곳에는 식생대가 형성된다. 특히, 수림화 및 육역화는 하천관리 측면에서 보면, 홍수시 흐름 유속을 저하시키고 수위를 상승시켜 치수적으로 불리한 상황을 만들어 내게 되어 반드시 관리하여야만 하는 대상이 된다. 이에 본 연구에서는 장항습지를 대상으로 하도육역화로 진행되는 과정에서 사주의 경년별 성장과 식생이 차지하는 면적을 분석하였다. 또한 장항습지의 성장에 직접적인 영향을 미치는 유량과 침수빈도 분석을 통하여 장항습지의 성장과의 상관성을 분석하였다. 이를 통하여 람사르습지에 등록되어있지만 수림화 되었고 육역화로 진행중인 장항습지의 올바른 관리방안을 제시하고자 하였다.