[논문]KOMPSAT-2 위성영상을 이용한 정규식생지수와 현장식생 자료의 비교분석

김기홍; 이종설; 정재학; 원상연

doi:10.7848/ksgpc.2011.29.4.405

문제 정의

본 연구는 우리나라 다목적실용위성 인 KOMPSAT-2 위성 영상을 이용하여 추출한 정규식생 지수인 N₂VI와 현장 조사를 통해 얻은 식생피복률인 VC의 상관성을 분석하고자 한다. KOMPSAT-2 위성 에서 추출한 NDVI는 탑재된 센서 별로 특성이 다른 여러 위성 영상 중에 하나일 뿐만 아니라 대기 보정이 되지 않은 영상으로 향후지속적인 연구와 비교를 위해 표준화할 필요성이 있다.
지역 식생의 활력도를 표현할 수 있다. 본 연구의 목적은 위성 영상에서 추출되는NDVI가 현장의 식생 피복과 어떤 관계가 있는지 파악하는 것으로 위를 위해서는 NLNI값을 표준화하여야 한다. 동일 시기에 동일 지점이라도 서로 다른 위성 영상의 센서에 따라 추출된 NDVI 값은 차이가 크며, 그날의 대기상태 및 날씨에도 영향을 받는다.
이러한 문제를 해결하기 위해서 본 연구에서는 매일 영상을 촬영 하며, 16일 동안 촬영 한 NDVI 중 가장 높은 NDVI의 픽셀을 합성한 자료인 MODIS NDVI영상을 이용하여 특정 위성영상의 NDVI를 조정하였다. 이를 통하여 NDVI를 표준화할 수 있으며 식생피복률과 NDVI를 직접적으로 연결하는데 그 신뢰성을 높일 수 있다.

제안 방법

센서이다. 705km의 고도를 갖고 지구를 공전하고 있으며, 하루에 두 번(오전/오후 11시경) 관측한다. MODIS의 전체 파장범위는 0.
Vegetation Index 16day composit Global 250m 자료는 16일 동안 촬영한 NDVI 중 가장 좋은 NDVI를 보이는 영상 자료이므로 NDVI 자료의 신뢰성 이 매우 높다. EOS Data Gateway 사이트에서 제공하는 MODIS NDVI 영상은 그림 3과 같이 WGS84 타원체와 Sinusoidal 좌표를 사용하므로, 우리 나라에서 사용하는 평 면직 각좌표로 변환하였다.
조사하였다. KOMPSAT-2의 NDVI를 표준화하고 자료의 신뢰성을 높이 기 위해 MODIS Vegetation Index 16days composite Global 250m 자료를 이용하여 보정하였으며, 표준화된 NDVI와 현장에서 조사된 식생피복률의 상관관계를 분석한 결과 다음과 같은 사실을 확인하였다.
MODIS NDVI 영상은 한반도 전체를 범위를 갖고 있으므로 그림 7과 같이 KOMPSAT-2 NDVI 영상과 중첩되는 영 역 만큼 MODIS 영 상을 추출하고, MODIS NDVI를 기준으로 KOMPSAT-2 NDVI 영 상을 조정하였다.
각 지점별로 위성영상의 NTNI를 현장 식생조사 테이블에 추가한 후, 그림 9와 같이 식생피복률과 NDVI를 비교하는 그래프를 생성하였다. 분석한 결과 현장 식생 조사자료와 KOMPSAT-2 NDVI 사이 에는 큰 상관성 이 있음을 확인할 수 있었으나 차이가 나는 점들이 다소 존재하였다.
본 연구는 우리나라 다목적실용위성 인 KOMPSAT-2 위성의 다중대역영상을 이용하여 식생지수인NDVI를 추출하였으며 , 현장에서 직접 식생 피복률을 조사하였다. KOMPSAT-2의 NDVI를 표준화하고 자료의 신뢰성을 높이 기 위해 MODIS Vegetation Index 16days composite Global 250m 자료를 이용하여 보정하였으며, 표준화된 NDVI와 현장에서 조사된 식생피복률의 상관관계를 분석한 결과 다음과 같은 사실을 확인하였다.
수치지도와 위성영상의 동일점을 10-20점 이상 추출하고 이를 기준점으로 이용하여 위성영상을 기하 보정하였다. 그리고 보정된 영상을 식 (1)을 이용하여 NDVI영상으로 변환하였다.
표 2의 현장 식 생조사 자료와 KOMPSAT-2 NDVI의 상관성을 분석하기 위해 현장 식생조사 자료를 KOMPSAT- 2 위성 영상과 동일한 좌표계로 변환한 후 GIS DB에 포인트 데이터로 구축하고 속성테이블을 입력하였다. 그림 8 은 현장 식생조사점의 속성 테이블과 위성영상에 중첩한 결과를 보여준다.
신뢰성이 매우 높다. 현장조사를 통해 얻은 식생 피복률 자료는 위성영상과의 상관분석을 위해 휴대용 GPS를 이용하여 각 지점의 좌표를 취득한 자료를 사용하였으며, 이를 토대로 NLNI와 식생피복률의 상관성을 분석하였다. KOMPSAT-2 위성 영상 자료는 식생이 많이 분포한 여름 영상 중 비교적 영상상태가 좋은 2008년 6월 홍천지 역의 영상을 사용하였으며, MODIS 영상도 동일 시 기 인 6월 영상을 사용하였다.

대상 데이터

현장조사를 통해 얻은 식생 피복률 자료는 위성영상과의 상관분석을 위해 휴대용 GPS를 이용하여 각 지점의 좌표를 취득한 자료를 사용하였으며, 이를 토대로 NLNI와 식생피복률의 상관성을 분석하였다. KOMPSAT-2 위성 영상 자료는 식생이 많이 분포한 여름 영상 중 비교적 영상상태가 좋은 2008년 6월 홍천지 역의 영상을 사용하였으며, MODIS 영상도 동일 시 기 인 6월 영상을 사용하였다. 현장 식생조사 자료는 위성 영상과 시기 적으로 가장 가까운 2008년 여름에 수집 한 자료를 사용하였다.
본 연구에 활용한 KOMPSAT-2는 Im 해상도의 팬크로매틱 영상과 4m 해상도의 다중대역 영상을 촬영할 수 있는 고해상도 카메 라(Multi-Spectral Camera, MSC)를 탑재 하였으며 다중대역 영상을 이용하여 고해상도의 NDVI를추출할 수 있다. 표 1은 KOMPSAT-2의 센서 제원이다.
본 연구의 대상지 역은 그림 7과 같이 31번 국도를 지나고 있는 강원도 지역의 홍천군 일대로 KOMPSAT-2 영상이 제공하는 영상의 범위를 연구 대상으로 하였다.
NASA의 EOS Data Gateway는 EOS 사업 을 통해 수집한 위성 영상 자료의 DB를 구축하고 대 기 보정 및 밴드별 연산을 통해 생산한 다양한 위성 영상 자료를 제공하는 사이트이다. 위성영상 자료는 대기, 빙하, 육지, 대양, 자료보정 분야별로 제공되며 본 연구에서는 식생 지수 활용을 위해 MODIS 자료 중, 육지 분야의 Vegetation Index 16day composit Global 250m 자료를 수집하여 이용하였다. Vegetation Index 16day composit Global 250m 자료는 16일 동안 촬영한 NDVI 중 가장 좋은 NDVI를 보이는 영상 자료이므로 NDVI 자료의 신뢰성 이 매우 높다.
KOMPSAT-2 위성 에서 추출한 NDVI는 탑재된 센서 별로 특성이 다른 여러 위성 영상 중에 하나일 뿐만 아니라 대기 보정이 되지 않은 영상으로 향후지속적인 연구와 비교를 위해 표준화할 필요성이 있다. 이를 위하여 대기보정 이 된 MODIS Vegetation Index product를 수집하여 활용하였다. MODIS NDVI는 자료취득이 간편할 뿐만 아니라 매우 안정되고 정규화된 식생지수를 제공하기 때문에 다양한 분야에서 활용이 확대 되고 있다.
KOMPSAT-2 위성 영상 자료는 식생이 많이 분포한 여름 영상 중 비교적 영상상태가 좋은 2008년 6월 홍천지 역의 영상을 사용하였으며, MODIS 영상도 동일 시 기 인 6월 영상을 사용하였다. 현장 식생조사 자료는 위성 영상과 시기 적으로 가장 가까운 2008년 여름에 수집 한 자료를 사용하였다.

성능/효과

분석한 결과 현장 식생 조사자료와 KOMPSAT-2 NDVI 사이 에는 큰 상관성 이 있음을 확인할 수 있었으나 차이가 나는 점들이 다소 존재하였다. 대표적 으로 차이가 큰 8점 을 추출하여 표 3과 같이 현장 식생조사 자료를 분석한 결과 잔디, 키작은 식물 등으로, 이들의 식생피복률은 100%에 가깝지만NDVI는 상대적으로 낮게 나오는 것으로 나타났다. 대조적 으로 소나무 등 큰 식생에서는 NDW가 상대적으로 높게 나오는 양상을 보였다.
둘째, 비교적 키가 작은 식물에서는 위성영상NDVI가 낮게 분포하지만 식생피복률의 VC는 높게 분포했다. 이는 위성 센서에서 수집되는 키 작은 식물의 근적외선 반사치량이 적으므로 발생되는 현상으로 생각된다.
그래프를 생성하였다. 분석한 결과 현장 식생 조사자료와 KOMPSAT-2 NDVI 사이 에는 큰 상관성 이 있음을 확인할 수 있었으나 차이가 나는 점들이 다소 존재하였다. 대표적 으로 차이가 큰 8점 을 추출하여 표 3과 같이 현장 식생조사 자료를 분석한 결과 잔디, 키작은 식물 등으로, 이들의 식생피복률은 100%에 가깝지만NDVI는 상대적으로 낮게 나오는 것으로 나타났다.
셋째, 위성 영상을 이용하여 얻은 NDVI와 현장 조사를 통하여 얻은 식생피복률은 높은 상관성을 가지는 것으로 판단되나 다소 크게 차이 나는 경우도 있는 것으로 나타났다. 이는 기본적으로 NENI와 식생피복률이 조금은 서로 다른 관점에서의 관측치이기 때문이며, 영상의 기하 보정 오차, 현장 GPS의 위치오차, 현장 조사자의 주관적 인관측 등에 따른 오차의 영향도 무시할 수 없는 것으로 판단된다.
첫째, MODIS를 기준으로 표준화된 NDVI의 경우 식생 피복률 0%인 지 역은 0.45 정도로 나타났으며 식생피복률 100%인 지 역은 최고 0.90 정도의 NDVI를 보이나 다소 낮eNDVI를 나타내는 지 점들도 존재하였다.

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