[논문]QuickBird 화상을 이용한 산불 삼림교란도 작성

김천

doi:10.7780/kjrs.2009.25.1.85

[국내논문] QuickBird 화상을 이용한 산불 삼림교란도 작성
Fire-Induced Forest Disturbance Mapping by Using QuickBird Imagery 원문보기

대한원격탐사학회지 = Korean journal of remote sensing, v.25 no.1, 2009년, pp.85 - 94

초록
AI-Helper

본 논문은 중적외선 밴드가 없는 고해상도 QuickBird 화상을 이용하여 옥계 산불피해지의 삼림교란 지도화에 관한 연구이다. Landsat ETM+ ${\Delta}NBR$에 기초한 QuickBird NBR을 통해 산불피해등급도 보다 발전된 산불후 삼림교란도를 작성하였다. 무엇보다 QuickBird 수분지수와 Landsat ETM+ 7(중적외선)밴드 간의 상관계수에 QuickBird 수분지수를 곱한 치환수치로 생성되는 MIR모의밴드를 통해 산불피해 등급도와 산불후 삼림교란도가 제작된다. QuickBird NBR기반의 산불후 삼림교란도는 Landsat ETM+ ${\Delta}NBR$기반의 산불피해등급도와의 비교 정확도 평가에서 본질적 확실의 높은 일치성(KHAT값=0.7886)을 갖고 있어, 산불피해지의 자연복원 나아가 삼림벌채로 야기된 삼림교란에 유용하게 사용될 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper presents the capability to use QuickBird imagery for effects of forest disturbance in Okgye burned area. Particular attention of this paper deals with the NBR-derived mapping burn severity on QuickBird imagery to locate reliable rehabilitation(namely, secondary succession) over postfire surface. Comparisons of the mapping forest disturbance derived from QuickBird NBR data and the mapping burn severity derived from Landsat ${\Delta}NBR$ data show substantial agreement (KHAT value =0.7886). The method calculated from the correlation between QuickBird wetness and Landsat ETM+ band7 may have application to forest harvest disturbance.

Keyword

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

무엇보다 교란은 생태계에 심오한 효과를 갖고 있어 자연생물군집 (natural community)을 변화시킨다. 본 논문에서는 산불교란에 의한 2차 천이(secondary succession) 의 삼림공간을 중 - 고해상도위성 화상을 이용하여 지도화하고자 한다. 산불로 야기된 삼림교란의 지도 작성에 관한 목적은 산불피해지 가운데 피해등급 '경과 '중에 해당되는 산화지(山火地)를 자연회복려 즉 2차 천이로 복원하기 위함에 있다.
전술한 이용적 측면의 목적 외에 본 논문이 갖는 기술적 측면의 목적은 IKONOS화상보다 공간 해상도가 높은 QuickBird 화상을 이용한 정규산불피해비율 (normalized burn ratio: NBR)기반의 삼림교란도 제작 개발에 두고 있다. 산불의 감시 (monitoring)와 산불피해지의 지도 작성에 이용되는 NBR기법은 Carl H.
따라서 QuickBird 다중분광자료에 전술한 방법을 접목시켜 QuickBird NBR 화상을 생성한 다음, 생태적 산불피해복구를 위해 교란의 정도와 범위를 평가할 수 있는 최종목표의 삼림교란도를 완성하는 것이다. 추가적으로 산불피해 현장의 식재 - 자연 복원지를 용이하게 식별할 수 있는 3차원 유색밀도편분(color-coded density slice)의 삼림교란도를 본 논문에서 전시한다.
지중해 연안 국가처럼 우리나라도 산불이 삼림 근처의 인간생명과 재산을 빼앗아 가기 때문에 생태계 순환에서 산불 제거와 억제의 관리 변경을 시도하지 않으려고 한다. 서론에서 언급한 바와 같이 본 연구는 산불피해(액)의 정량화에 대한 기술 개발만큼 생태계의 정상적 , 건강적 부분(normal and healthy part of the ecosystem)을 차지하는 산불 고유기능을 강조하는 계몽적 역할에도 중점을 둔다.
한다. 서론에서 언급한 바와 같이 본 연구는 산불피해(액)의 정량화에 대한 기술 개발만큼 생태계의 정상적 , 건강적 부분(normal and healthy part of the ecosystem)을 차지하는 산불 고유기능을 강조하는 계몽적 역할에도 중점을 둔다. 위성화상의 반복적 감시를 통해 최소한 경급의 산불피해지를 방치하여 자연복원력에 의해 장령림으로 번성할 수 있게 하기 위해서는 산불피해등급도로부터 유도된 산불후 삼림교란도에 대한 정확도 평가를 하지 않을 수 없다.

제안 방법

추가적으로 산불피해 현장의 식재 - 자연 복원지를 용이하게 식별할 수 있는 3차원 유색밀도편분(color-coded density slice)의 삼림교란도를 본 논문에서 전시한다.
선정하였다. 옥계 산불피해지 가운데 심급의 산불피해가 많은 산계리' 와 현내리 에 한정하여 지상용 위색 적외선(CIR) 수치 사진기로 피해삼림을 검정(촬영)하였다(Fig. 3).
714m에 달한다. 그리고 QuickBird 화상의 여름철 주사조건, 즉 입사광의 높은 고도각 0=72.7° (즉, 천정각 0, -17.3°) 와 방위각 φ=149.7° 덕택에, 임관(canopy)의 이방향성 효과에 의한 그림자 영향을 저감시키는 상대음영지수(relative shadow index: RSI)보정을 실시하지 않았다. 3차원 (3D) 삼림교란도를 제작하기 위해 수치지형도(축적비 1:25, 000) 기반의 수치표고모형(DEM)을 추출하였다.
이용된 TCT 수분지수의 계수에 대한 견고성(robustness)은 검정 대신 IKONOS·QuickBird의 각 TCT 제 4 지수(일명 연무지수, 정강호, 1999 참조)가 갖는 정보량에서 알 수 있다. 다시 말하면, 4개 밴드의 화소가 4차원 공간으로 분산되었을 때, 제 4 지수의 좌표축(coordinate axis) 에 포함되는 화소의 분4산분율(즉, P4 = #)을 비교하여 결정하였다. 전술한 TCT 제 4 지수의 계수와 TCT 제 4 지수가 갖는 분산백분율(variance percent)을 Table 2에 수록하였다.
718로 높게 나타나고, 산점도의 수, 즉 화소 수가 10, 527인 모집단 상관계수의 경향으로 인해 두 자료 간에 선형관계가 있다고 볼 수 있다. 따라서 산출된 QuickBird 수분지수에 0.718을 곱해 구한 치환 수치 (digital number: DN), 즉 QuickBird MIR모의밴드의 DN과 QuickBird 4밴드의 고유 DN을 NBR식에 각각 대입하여 회색조(grayscale tone)의 NBR 화상을 생성하였다(Fig. 1(a)).
1(a)). QuickBird NBR 화상에서 수체피복이 산불피해등급 '심 으로 나타난 문제와 수체피복의 가림 처리, 나아가 산불피해등급 '중 을 중저(moderatelow)'와 중고 (moderate 나ligh)'의 세(細)등급에 대해서는 결과 및 고찰에서 기법곽 함께 다루기로 한다.
본 연구에서는 비산림지의 대부분, 즉 수체(전술한 수계), 불투수표면의 인공건조체(포장도로 및 시멘트 공장), 수평적 형태의 나지(수계나지 및 비경작의 논 또는 밭, 그리고 난개발 산지)를 가림기법에 의해 분리 처리한 다음, 산불피해지(비산화지 포함가능)에대해서만 미국 농림부 산림청(USDA Forest Service)의 통상(산불)피해기준(Table 3)에 따라 생성한 Landsat ETM+ △NBR을 층화구분하였다.
Landsat ETM+ Z1NBR 화상의 4개 분류계급, 즉 4 개 산불피해등급(비산림 항목 제외)에서 각 피해등급의 최대값과 최소값에 대응하는 각 피해등급별 QuickBird NBR 화상의 최대값과 최소값을 구하여 공간을 분할하였다. Fig.
두고 있다. 산불후 삼림교란도(postfire forest disturbance map)의 4개 산불피해등급에 대한 정확도는 우선 CBI의 표집방법대신 지상용 위색 적외선(CIR) 화상에 의한 육안판독으로 피해등급검정을 대체하고, 층화분류된 NBR기반의 삼림교란도와 참조자료인 ANBR7] 반의 산불피해등급도 간에 오차행렬을 통해 평가한다.
Landsat ETM+ ANBR기반의 미국 통상(산불)피해 기준에 관한 신뢰성을 떠나, QuickBird NBR기반의 삼림 교란도의 정확도를 간접검정이 아닌 직접검정에 의한 평가뿐 아니라, 주사계절시기의 차이에서 오는 오차(원인를 없애기 위해서라도 2005년 4월 16일 획득한 지상 CIR수치화상을 피해등급별 대조분석하였다(Fig. 3 참조).비록 산불후 Landsat ETM+의 주사일보다 1년 늦게 획득하였지만, 전술한 두 지도의 피해등급 판별에는 변함이 없었다.

대상 데이터

본 연구의 대상지역은 2004년 3월 16일 산불이 발생한 강원도 강릉시 옥계면의 산불피해지(총면적: 430ha) 로 선정하였다. 옥계 산불피해지 가운데 심급의 산불피해가 많은 산계리' 와 현내리 에 한정하여 지상용 위색 적외선(CIR) 수치 사진기로 피해삼림을 검정(촬영)하였다(Fig.
본 연구에서 실제 사용된 QuickBird 화상은 Tablel 의 다중분광(MS)자료가 아니고, MS자료와 범색성 (panchromatic)자료를 융합(fusion)시킨 자료이다. QuickBird 융합화상의 재표집 (resampling)화소크기는 0.
QucikBird 화상(주사일: 2004년 7월 9일 오전 11시 28분 경)과 Landsat ETM+ 화상(주사일: 2002년 4월 5일 및 2004년 4월 17일)이 삼림교란도 작성에 사용되었다. Landsat7의 감지기 (sensor)는 Enhanced Thematic Mapper Plus (즉, ETM+)로 명명되고, 그 특성을 QuickBird(2) 위성의 감지기특성과 함께 Table 1에 수록하였다.

이론/모형

7° 덕택에, 임관(canopy)의 이방향성 효과에 의한 그림자 영향을 저감시키는 상대음영지수(relative shadow index: RSI)보정을 실시하지 않았다. 3차원 (3D) 삼림교란도를 제작하기 위해 수치지형도(축적비 1:25, 000) 기반의 수치표고모형(DEM)을 추출하였다.

성능/효과

첫째, 산불피해지의 지도화에 이용되는 NBRe NIR 과 MIR의 정규차분지수로 구해진다. 고해상도 위성 화상(QuickBird 포함)에 MIR밴드가 없는 관계로 QuickBird 다중분광자료의 TCT계수에 기초한 수분지수와 Landsat ETM+ 7(중적외선)밴드 간의 상관계수에 QuickBird 수분지수를 곱한 치환수치로 MIR 모의밴드를 생성할 수 있다.
둘째, QuickBird 모의 MIR밴드에 의해 산출된 NBR 기반의 산불피해등급을 구분할 경우, 미국 통상산불피해 기준의 ANBR 범위를 토대로 이용할 수 있지만, CBI 같은 현지표본실측의 피해등급에 따라 NBR 범위 (Range)를 만들 필요가 있다.
셋째, 산불후 삼림교란도는 작성 방법면에서 산불피해등급도와 차이가 없지만, 지도 이용면에서 산불피해등급도는 식재복원에 사용되는 반면, 삼림교란도는 자연복원에 사용될 것이다.
반복적 감시(monitoring)가 필요흐]다.

다섯째, 산불후 삼림교란도 작성을 통해 생태계 순환에서 산불제거와 억제에 관한 지침이 변경되어야 하고, 급경사의 산불피해지에도 잡초목이 신속하게 자라기 때문에 홍수를 유발시키는 식재복구보다 자연방치 되어야 한다.
여섯째, 건강한 녹색식생에서 낮게 그리고 식생이 드믄 나지에서 높게 반사하는 MIR 분광특성으로 인해 NBR화상에서 인공건조물과 산불피해지의 나지가 분리되지 않을 뿐 아니라, 수체의 경우 임계치를 초과하여 나지와 구분이 되지 않는다.

후속연구

전술한 결론을 토대로 고해상도 위성화상의 NBRe벌채지의 삼림교란을 지도화 할 수 있을 것이다.

참고문헌 (11)

김 천, 2008. IKONOS 화상 기반의 산불피해등급도 작성을 위한 정규산불피해비율(NBR) 평가, 대한원격탐사학회지, 24(2): 195-203

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