다중센서 위성 통합자료를 활용한 수륙경계선 추출 기법 연구

Abstract

현재 갯벌조사는 환경·생태·오염현황 등 포괄적 항목에 대해 주로 항공라이다를 이용한 5년 주기의 조사가 수행되고 있다. 현재의 조사방법과 시기로는 계절 변화 또는 다양한 해양환경 변화에 대해 빠르게 변화하는 갯벌환경 특성을 빠르고 정확하게 파악하는데 한계가 있다. 또한 단일 위성영상만을 활용하여 갯벌의 지형변화를 파악하기 위해서는 위성마다 각각 다양한 조위에서 촬영된 영상이 필요하기 때문에 1년 또는 그 이상의 영상을 모두 확보해야만 분석이 가능하였다. 따라서 이 연구에서는 짧은 기간 동안 다양한 광학위성과 SAR 위성을 활용하여 갯벌의 지형 변화를 빠르고 정확하게 파악 가능한 융복합 기법을 개발하고, 정확도를 검증하고자 한다.

본 연구에서는 태안군 황도 갯벌을 대상으로 Sentinel-2A/B & Landsat 8,9 위성 시리즈의 광학 자료와 Sentinel-1A위성의 SAR 자료를 이용하여 다양한 조위의 갯벌을 추출하여 정성적 DEM을 제작하였다. 이 연구에서 개발한 기법의 정확도 검증을 위하여 무인항공기-LiDAR 기반의 DEM 자료와 RTK-GPS 현장 실측자료를 비교 검증하였다.

황도지역을 대상으로 1분기 동안 가용한 위성자료를 수집한 결과, SAR 위성인 Sentinel-1A 7장, Sentinel-2A/B와 Landsat 8,9에서는 각각 11장, 5장의 자료를 취득하였다. 또한 수집된 위성자료들의 10 m의 공간해상도로 일치시키고 NDWI(Normalized Difference Water Index) 지수를 활용하여 갯벌과 바다의 경계인 수륙경계선을 추출하였다. 다중위성 기반의 황도갯벌 DEM과 무인항공기-LiDAR DEM의 동서방향의 횡 측선을 비교한 결과, 황도갯벌 중앙의 노둣길을 중심으로 서쪽의 평평한 지형의 갯벌 상부지역의 특성과 조위에 따라 동쪽으로 완만히 드러나는 갯벌의 특성이 유사하게 나타났으며 동서방향으로 펼쳐진 큰 갯골의 형태도 파악이 가능하였다.

이 결과를 통해 센서와 공간 해상도가 다른 다중 위성을 융복합 분석할 경우 다양한 조위 조건에서 영상이 취득됨으로써 단 기간의 영상만으로도 갯벌의 지형 특성을 반영한 DEM을 획득할 수 있음을 확인하였다. 더욱이 LiDAR 현장 실측자료와 지형 단면을 비교했을 때 매우 유사한 특성을 나타내어 분기별, 계절별의 갯벌 지형 변화를 탐지할 수 있음을 확인하였다. 향후 고해상도 무인항공기와 유인항공기의 광학, LiDAR자료를 추가적으로 융합하여 분석이 이루어진다면 더욱 정밀한 지형정보의 제공이 가능할 것으로 기대된다. 나아가 본 분석 기법의 고도화를 통해 위성영상 수집과 분석, 갯벌 지형 변화가 자동으로 분석 가능한 연안지형변화 자동탐지 소프트웨어 개발에도 기여 가능할 것으로 생각된다.