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문제 정의
- 그러므로 본 연구에서는 기존의 현장조사 자료를 충분히 활용하고 신뢰성이 향상된 대상지역에서의 위성영상과 탁도와의 상관관계를 도출하였으며, 염분과 탁도와의 상관성 파악에 필요한 현장조사를 피하기 위하여 하구로부터 약 30 km 상류에 위치한 관측소에서 지속적으로 모니터링 한 탁도 자료의 활용성을 검토하였다. 그 결과 위성영상이 제공하는 3개의 RGB 밴드별 탁도와의 상관성 분석 결과를 토대로 위성영상을 탁도분포로 변환하였으며, 하구로부터 원해로 흘러가는 담수의 유입특성을 응용하여 탁도와 염분농도의 상관식을 도출하고, 그 결과를 이용하여 대상지역의 탁도분포를 염분분포로 변환하였다.
- 본 연구에서는 하구를 통하여 만으로 유입된 담수의 분포를 위성영상의 RGB밴드와 탁도의 상관성을 이용하여 분석하였다. 또한 만에서의 염분과 탁도의 상관성을 파악하기 위하여 상류의 관측소에서 취득한 탁도 자료를 활용하는 방안을 제시하였다. 본 연구의 주요 결과는 다음과 같다.
- (2004)는 Oppa만에서 다양한 현장조사를 수행하였으며, 특히 염분과 탁도의 상관성 분석을 위한 자료 취득에 있어서 많은 양의 담수가 유입되는 홍수기 및 융출수 유입기의 어려운 상황을 보고하였다. 이러한 현장조사의 어려움을 개선하기위하여 본 연구에서는 신기타가미강 하구로부터 상류 약 30 km 지점에 위치한 Tome 관측소의 탁도 자료를 이용하여 하구에서의 탁도를 산정하고 만에서의 염분분포를 추정하는 기법을 개발하였다. 즉 만에서의 염분분포는 염분과 탁도가 선형관계를 가지며 하구에서의 탁도 절편 값에 의존하고 있다는 보고(Ishikawa et al.
제안 방법
- (1)에 보여 지듯이, 하구까지의 도달시간 T는 유량 Q에 의존하고 있으며, 하상계수 α는 현지관측 결과들로부터 취득한 탁도 절편값과 취득시간 전후로 조사한 탁도와의 상관성을 조사하여 결정하였다.
- 즉 만에서의 염분분포는 염분과 탁도가 선형관계를 가지며 하구에서의 탁도 절편 값에 의존하고 있다는 보고(Ishikawa et al.(2004))를 토대로, 상류로부터 하구까지의 도달시간을 추정한 후 상류에서 관측된 탁도를 하구에서의 절편값으로 활용하였다.
- 둘째 담수와 염수가 만나는 하구에서의 탁도 자료를 확보하기위하여 하구에서의 실측이 아닌 상류 관측소에서 측정한 자료의 활용방안을 제시하였다. 관측소로부터 하구까지의 도달시간을 계산한 후 하구에서의 탁도를 추정하였으며 실측자료와의 비교 검증을 통하여 기법의 신뢰성 또한 확보하였다.
- 그러므로 본 연구에서는 기존의 현장조사 자료를 충분히 활용하고 신뢰성이 향상된 대상지역에서의 위성영상과 탁도와의 상관관계를 도출하였으며, 염분과 탁도와의 상관성 파악에 필요한 현장조사를 피하기 위하여 하구로부터 약 30 km 상류에 위치한 관측소에서 지속적으로 모니터링 한 탁도 자료의 활용성을 검토하였다. 그 결과 위성영상이 제공하는 3개의 RGB 밴드별 탁도와의 상관성 분석 결과를 토대로 위성영상을 탁도분포로 변환하였으며, 하구로부터 원해로 흘러가는 담수의 유입특성을 응용하여 탁도와 염분농도의 상관식을 도출하고, 그 결과를 이용하여 대상지역의 탁도분포를 염분분포로 변환하였다.
- 우선, 구입한 영상을 연구대상 지역을 포함한 임의의 크기로 자른 후 기하보정을 실시한다 (본 연구에서는 가로 10 km × 세로 10 km인 정사각형 형태로 추출하였다). 그 후, 공기 중의 먼지나 미세 알갱이로 인한 노이즈 제거를 위하여 메디안필터를 이용한 노이즈 제거 작업을 실시한다. 참고로, 본 연구에서는 Landsat-7의 전 가시영상을 활용할 계획이므로 밴드1, 밴드2 그리고 밴드3에 대한 자료를 분석하였다.
- 끝으로 각각의 이미지에 대한 개별적인 전처리를 수행한 후에는 각기 다른 날에 촬영된 영상들의 기준화를 위하여 기후조건과 카메라 각도 차이 등의 보정작업을 수행한다. 즉, 각 밴드의 CCT값을 (본 논문에서는 각각의 밴드가 가지고 있는 256단계의 색도를 CCT값이라고 칭하였다) 기상변화나 카메라 앵글의 차이에 영향을 받지 않는다고 판단한 기준점들 간의 상관식에 따라 특정 기준일에 맞게 그 외의 모든 영상을 변환한다.
- 둘째 담수와 염수가 만나는 하구에서의 탁도 자료를 확보하기위하여 하구에서의 실측이 아닌 상류 관측소에서 측정한 자료의 활용방안을 제시하였다. 관측소로부터 하구까지의 도달시간을 계산한 후 하구에서의 탁도를 추정하였으며 실측자료와의 비교 검증을 통하여 기법의 신뢰성 또한 확보하였다.
- 본 논문에서는 실내실험을 통하여 FTU와 ppm의 상관관계를 조사한 후 ppm으로 모든 자료를 통일하였다. 또한 염분 측정에 사용된 염분계는 전기전도도를 측정하여 염분으로 환산하는 방식의 관측장비이며 단위는 Practical Salinity Unit의 줄임말인 PSU를 사용하였다. Fig.
- (3)의 제일 위에 제시한 식 Band1의 CCT1에 대입하면 Cn1을 구할 수 있다. 모든 픽셀에 대한 각 밴드별 변환은 프로그램을 통하여 수행하였다.
- 수온은 화씨온도로써 degree로 표현하였으며, 탁도는 두 종류의 관측장비 중, 연직방향 관측에 사용된 다항목 수질계는 ppm 단위가 적용되었으며 표층관측에 사용된 탁도계에는 FTU (Formazine Turbidity Units) 단위가 사용되었다. 본 논문에서는 실내실험을 통하여 FTU와 ppm의 상관관계를 조사한 후 ppm으로 모든 자료를 통일하였다. 또한 염분 측정에 사용된 염분계는 전기전도도를 측정하여 염분으로 환산하는 방식의 관측장비이며 단위는 Practical Salinity Unit의 줄임말인 PSU를 사용하였다.
- 본 연구에서는 LANDSAT-7/ETM+ (Enhanced Thematic Mapper Plus)에 의하여 취득된 대상지역의 영상을 분석하였다. 영상의 선별은 Landsat-7이 촬영을 시작한때부터 2003년 5월까지의 기간 중, 양호한 화질이 확보되고 하구에서 대량의 담수의 유입으로 인한 출수가 보이는 영상을 선별하였다.
- 본 연구에서는 만에서의 염분분포를 분석하기 위하여 위성영상을 활용하였다. 현지관측과 마찬가지로 위성영상도 구름이 두꺼운 날에는 적용에 제약이 따르지만, 간혹 현지관측이 어려운 시기에도 구름 사이로 촬영된 영상을 확보할 수 있으며, 이러한 영상은 광역의 대상지점에 대한 동일한 시간대의 2차원적 공간자료를 제공한다.
- 본 연구에서는 하구를 통하여 만으로 유입된 담수의 분포를 위성영상의 RGB밴드와 탁도의 상관성을 이용하여 분석하였다. 또한 만에서의 염분과 탁도의 상관성을 파악하기 위하여 상류의 관측소에서 취득한 탁도 자료를 활용하는 방안을 제시하였다.
- 5 km 떨어진 만에서의 수온, 탁도 및 염분의 연직분포를 보여준다. 수온은 화씨온도로써 degree로 표현하였으며, 탁도는 두 종류의 관측장비 중, 연직방향 관측에 사용된 다항목 수질계는 ppm 단위가 적용되었으며 표층관측에 사용된 탁도계에는 FTU (Formazine Turbidity Units) 단위가 사용되었다. 본 논문에서는 실내실험을 통하여 FTU와 ppm의 상관관계를 조사한 후 ppm으로 모든 자료를 통일하였다.
- 앞 절에서 설명한 방법으로 위성영상이 취득되어진 날의 하구(담수와 염수가 만나는 지점)에서의 탁도를 산정하기 위하여 도달시간 산정 후 하천상류의 관측소에서 모니터링한 탁도를 확보한다. 그리고 이렇게 확보된 각각의 위성영상 촬영일에 대한 하구에서의 탁도는 상관식의 X절편으로 대입하고 심해에서의 염분농도값 33을 모든 식의 Y절편에 대입함으로서 염분과 탁도의 관계도출이 가능하다.
- 우선, 구입한 영상을 연구대상 지역을 포함한 임의의 크기로 자른 후 기하보정을 실시한다 (본 연구에서는 가로 10 km × 세로 10 km인 정사각형 형태로 추출하였다).
- 5의 가장 우측 그림에 나타낸 바와 같이 밴드2와 밴드3의 조합이 탁수의 거동 표현에 가장 적합함을 알게 되었다. 이러한 결과에 따라 본 연구에서는 각 영상의 밴드2 와 밴드3을 활용한 영상 해석을 수행하였다.
- 끝으로 각각의 이미지에 대한 개별적인 전처리를 수행한 후에는 각기 다른 날에 촬영된 영상들의 기준화를 위하여 기후조건과 카메라 각도 차이 등의 보정작업을 수행한다. 즉, 각 밴드의 CCT값을 (본 논문에서는 각각의 밴드가 가지고 있는 256단계의 색도를 CCT값이라고 칭하였다) 기상변화나 카메라 앵글의 차이에 영향을 받지 않는다고 판단한 기준점들 간의 상관식에 따라 특정 기준일에 맞게 그 외의 모든 영상을 변환한다.
- 그 후, 공기 중의 먼지나 미세 알갱이로 인한 노이즈 제거를 위하여 메디안필터를 이용한 노이즈 제거 작업을 실시한다. 참고로, 본 연구에서는 Landsat-7의 전 가시영상을 활용할 계획이므로 밴드1, 밴드2 그리고 밴드3에 대한 자료를 분석하였다.
- Table 1은 2002년 7월 18일에 촬영된 영상을 염분분포로 변환하는 과정에서 계산된 Calculated Turbidity와 Caculated Salinity를 실측자료와 비교한 결과이다. 하구로부터 1.5, 2.5, 4.5, 5.5 그리고 7.0 km 떨어진 만에서의 관측지점별 픽셀자료를 제시하고 비교하였다. 비교 결과, 탁도에 대한 실측치와 계산치는 결정계수가 0.
대상 데이터
- 영상의 선별은 Landsat-7이 촬영을 시작한때부터 2003년 5월까지의 기간 중, 양호한 화질이 확보되고 하구에서 대량의 담수의 유입으로 인한 출수가 보이는 영상을 선별하였다. 그 결과 총 11개의 영상을 확보하였다.
- 본 연구의 대상지역인 오파만은 일본 동북부의 삼륙연안에 위치해 있다. 하구를 기준으로 내륙지역은 곡창지대로서 농업이 발달되었으며, 하구로부터 바다 쪽으로의 근해에는 양식업이 잘 발달되어 예로부터 많은 사람들이 모여 도시가 발전하였으나, 해마다 반복되는 수해에 취약한 지역이기도 하다.
- 5는 Landsat-7이 2002년 7월 18일에 제공한 위성영상의 각각 밴드별 탁수와의 상관성을 파악하기 위하여 수행한 RGB 밴드별 상관관계 분석결과이다. 분석을 위하여 연구 대상지역을 하구부근, 하구근해, 바다근해 그리고 심해부분의 4구역으로 분리하였다. 분석 결과 Fig.
- 본 장에서는 전처리가 완료된 영상의 변환과정을 자세히 설명하고 그 결과를 제시한다. 영상분석의 일례로서 2002년 7월 18일에 촬영된 위성영상으로부터 염분분포를 구하는 과정을 제시하였다. 앞 절에서 설명한바와 같이 2003년 5월 9일의 위성영상을 기준으로 가시영역 전 밴드인 밴드1, 밴드2 그리고 밴드3에 대하여 모든 영상에 공통으로 존재하는 기준점을 선정하고, Eq.
- 본 연구에서는 LANDSAT-7/ETM+ (Enhanced Thematic Mapper Plus)에 의하여 취득된 대상지역의 영상을 분석하였다. 영상의 선별은 Landsat-7이 촬영을 시작한때부터 2003년 5월까지의 기간 중, 양호한 화질이 확보되고 하구에서 대량의 담수의 유입으로 인한 출수가 보이는 영상을 선별하였다. 그 결과 총 11개의 영상을 확보하였다.
성능/효과
- 6과 같다. 각 영상에서 추정한 계산 값과 현지관측으로부터 얻은 측정값이 매우 좋은 일치를 보여주고 있으며, 이러한 결과로부터 본 연구에서 제안한 위성영상의 밴드2와 밴드3을 이용한 영상해석의 기법은 신뢰성이 높다고 사료된다.
- 분석을 위하여 연구 대상지역을 하구부근, 하구근해, 바다근해 그리고 심해부분의 4구역으로 분리하였다. 분석 결과 Fig. 5의 가장 우측 그림에 나타낸 바와 같이 밴드2와 밴드3의 조합이 탁수의 거동 표현에 가장 적합함을 알게 되었다. 이러한 결과에 따라 본 연구에서는 각 영상의 밴드2 와 밴드3을 활용한 영상 해석을 수행하였다.
- 분석결과 그림에 제시한 바와 같이 α가 150일 때의 실측값과 추정치의 상관도는 0.98로서 가장 양호하였다.
- 셋째 위성영상의 변환을 통하여 제공된 만에서의 염분분포를 동일 지점에서 취득된 실측자료와 비교한 결과 상관성이 높지 않았으나, 실측자료의 추세선과 상류에서 취득된 탁도 자료를 이용하여 염분분포로 환산하기 위한 관계식의 기울기는 거의 일치하였다. 이러한 결과는 넓은 조사지역의 특성을 고려해 볼 때 비교적 신뢰할만한 결과를 제공하였다는 판단이 가능하다고 사료된다.
- 첫째 LANDSAT-7/ETM+ 위성이 제공하는 가시영역인 RGB밴드와 탁수의 변별력을 평가하기위하여 만을 4개 구역으로 분할하여 비교하였으며, Band2와 Band3의 조합을 통한 3차함수 형태가 가장 효과적으로 탁수의 거동을 재현할 수 있음을 알 수 있었다.
후속연구
- 본 연구에서 제시한 위성영상을 활용한 수자원 관리방안은 현지관측에 어려움이 예상되거나 비교적 광역의 대상지에 대한 조사 및 평가에 유용하다고 사료된다.
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