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문제 정의
- 본 논문은 국립방재연구원과 국제재난기구간의 협업을 통하여 광역적인 재해·재난 모니터링, 분석에 활용도가 높은 위성영상을 시기적절하게 확보하기 위한 수급체계 구축과 그 활용가능성을 제시한 논문으로서 다음과 같은 결론을 도출하였다.
- 본 논문은 한국항공우주연구원과 국립방재연구원이 국제재난기구인 인터내셔널 차터(International Charter: Space and Major disasters)에 가입 이후, 2011년 국내 자연재해 대응에 국제재난기구와의 협업을 통한 현업 사례를 소개하고 이러한 활동을 통하여 자연재해·재난에 선제적으로 대응할 수 있는 국가주도의 위성정보기반 재난대응체계와 실제 재난시 적용가능성을 제시하는 데 그 목적이 있다.
- 이러한 현실적인 문제를 다소 해결하기 위해 국립방재연구원은 인터내셔널 차터와 협업체계를 구축하였으며, 2011년 2월 강원·동해안 폭설 및 7월 강원·수도권 집중호우 재난에 적시성있게 대응하고자 하였다.
제안 방법
- 동해안 및 경북 일부 지역에 대하여 폭설 발생 전·후 취득된 ALOS AVNIR-2 위성영상을 활용하여 폭설 전·후 변화탐지 분석을 통해 적설지역을 추출하였다.
- 1을 이용하여 위성영상간 히스토그램 조정(histogram equalization)을 수행하였으며, 저해상의 다중분광영상과 고해상의 흑백영상을 HPF(High Pass Filter)를 이용한 영상 융합(image fusion)을 통하여 공간해상도를 향상시킨 Pan-sharpened 영상을 생성하였다. 또한, 히스토그램 조정을 통해 개선된 영상들을 통합하여 피해지역의 집성영상을 생성하였다. 강원·동해안 폭설지역의 경우 영상당 촬영 길이가 약 80km인 4장의 ALOS AVNIR-2 단영상을 이용하여 약 250km를 포함하는 스트립 영상을 생성하였다.
- 본 논문에서는 영상 밝기값 차이를 이용한 변화탐지 알고리즘(Jensen, 1996)을 적용하여 적설지역을 추출하였다. 추출된 적설분포도와 국가재난관리시스템(NDMS) 데이터베이스상의 행정구역도를 활용하여 경북지역 행정구역별 적설분포를 분석하였으며(Figure 3), 적설분포도와 한국교통연구원의 전국 도로망도(고속도로, 주간선도로 레이어)를 중첩하여 행정구역별 주요 간선 및 지방도로의 적설면적을 분석하였다(Figure 4).
- 취득된 고해상 광학위성영상은 모자이크 영상을 생성하기 위해 상용 소프트웨어인 ERDAS IMAGINE 9.1을 이용하여 위성영상간 히스토그램 조정(histogram equalization)을 수행하였으며, 저해상의 다중분광영상과 고해상의 흑백영상을 HPF(High Pass Filter)를 이용한 영상 융합(image fusion)을 통하여 공간해상도를 향상시킨 Pan-sharpened 영상을 생성하였다. 또한, 히스토그램 조정을 통해 개선된 영상들을 통합하여 피해지역의 집성영상을 생성하였다.
- 2011년 7월 29일 발생한 서울·수도권 집중호우 피해 지역을 분석하기 위해 인터내서녈 차터로부터 제공받은 위성영상 자료와 함께 2009년 8월 16일과 2011년 8월 5일 각각 촬영된 항공사진을 국토지리정보원으로부터 추가적으로 수집하여 상세분석에 활용하였다. 항공사진은 DMC 카메라로 촬영된 피해전후 공간해상도 25cm급 항공사진으로부터 영상 밝기값 차이를 이용한 변화탐지 알고리즘을 적용하여 피해지역의 2차원적인 면적정보 추출하였다. 서울 우면산 형촌마을의 산 정상으로부터 전원마을까지 산사태로 인한 피해면적은 약 1.
대상 데이터
- 2011년 7월 29일 발생한 서울·수도권 집중호우 피해 지역을 분석하기 위해 인터내서녈 차터로부터 제공받은 위성영상 자료와 함께 2009년 8월 16일과 2011년 8월 5일 각각 촬영된 항공사진을 국토지리정보원으로부터 추가적으로 수집하여 상세분석에 활용하였다.
- 2월 폭설 당시 많은 눈이 내렸던 강원·동해안 피해지역을 대상으로 2.5m급 SPOT-5, DMC Quicklook 영상과 ALOS PALSAR 영상이 인터내셔널 차터로 부터 수집되었다(Table 5).
- 영상의 자료형식은 기본적인 지형보정(geometric correction) 처리가 된 geotiff 형식으로 지구타원체는 GRS80, UTM 직교 좌표계로 설정되어 제공되었다. 저해상의 다중분광 밴드(Multi-spectral band; R, G, B, NIR)와 고해상의 흑백(Panchromatic) 광학영상, 지형보정된 SAR 영상을 제공받았으나, SAR 영상은 간섭도(interferogram)를 생성할 수 있는 원영상(raw data)이 없어 추가적인 분석이 어려웠다.
이론/모형
- 동해안 및 경북 일부 지역에 대하여 폭설 발생 전·후 취득된 ALOS AVNIR-2 위성영상을 활용하여 폭설 전·후 변화탐지 분석을 통해 적설지역을 추출하였다. 본 논문에서는 영상 밝기값 차이를 이용한 변화탐지 알고리즘(Jensen, 1996)을 적용하여 적설지역을 추출하였다. 추출된 적설분포도와 국가재난관리시스템(NDMS) 데이터베이스상의 행정구역도를 활용하여 경북지역 행정구역별 적설분포를 분석하였으며(Figure 3), 적설분포도와 한국교통연구원의 전국 도로망도(고속도로, 주간선도로 레이어)를 중첩하여 행정구역별 주요 간선 및 지방도로의 적설면적을 분석하였다(Figure 4).
성능/효과
- 1. 국제재난기구인 인터내셔널 차터와 국립방재연구원 협력체계를 기반으로 국가 재난에 대응함으로써 적시적인 위성영상 수급의 중요성과 재난정보 분석을 위한 위성영상 자료의 효용성을 인식할 수 있었다.
- 2월 11일부터 14일까지 동해시, 강릉시, 대관령 등 강원 영동 및 경북의 울진, 포항, 경주 등지에 최고 133㎝의 폭설이 내려 1911년 관측기록 이후 하루 최대 강설량을 보였다. 이로 인해 주택 및 비닐하우스, 축사 붕괴, 선박 침수 등의 시설물 피해와 강원도 및 경북 산간지역의 일부 국도 및 항공기 운항 통제에 의한 교통 대란 및 산간지역 도로 폐쇄로 인한 고립 지역이 발생하였다.
- 경북지역에 대한 행정구역별 적설면적 분포를 분석한 결과, 경주시와 포항 북구지역이 각각 51.5%, 41.2%로 상대적으로 타 지역에 비해 강설량이 많은 것으로 분석되었다. 또한, 경주시를 대상으로 주간선도로 및 국지도로 주변의 적설분포도와 도로망도를 중첩하여 분석한 결과, 경주시 주요 간선도로의 27.
- 2%로 상대적으로 타 지역에 비해 강설량이 많은 것으로 분석되었다. 또한, 경주시를 대상으로 주간선도로 및 국지도로 주변의 적설분포도와 도로망도를 중첩하여 분석한 결과, 경주시 주요 간선도로의 27.3% 정도가 적설지역으로 나타났으며, 적설지역 대부분이 고속도로 인터체인지나 입체 교차로 유출입부 주변지역 위주로 잔설이 남아 있는 것으로 분석되었다(Figure 4의 적색도로는 잔설이 남아 있는 도로, 청색 도로는 정상 운행이 가능한 눈이 녹은 도로를 나타냄). 특히, 경주시내 도심지역과 주변의 국지도로상의 적설면적은 전체 도로 면적의 74.
- 항공사진은 DMC 카메라로 촬영된 피해전후 공간해상도 25cm급 항공사진으로부터 영상 밝기값 차이를 이용한 변화탐지 알고리즘을 적용하여 피해지역의 2차원적인 면적정보 추출하였다. 서울 우면산 형촌마을의 산 정상으로부터 전원마을까지 산사태로 인한 피해면적은 약 1.4ha에 이르는 것으로 분석되었으며, 래미안아트힐 맞은 편 산사태 면적은 약 2.4ha, 신동아럭스빌 맞은편 산사태 면적은 약 3.1ha, 남태령 전원마을 산사태 현장은 각각 약 1.7ha에 이르는 것으로 분석되었다. 또한, 2011년 7월 11일, 강원도 춘천, 경기도 동두천 및 포천 산사태 지역에 대한 피해면적은 춘천이 12.
- 3% 정도가 적설지역으로 나타났으며, 적설지역 대부분이 고속도로 인터체인지나 입체 교차로 유출입부 주변지역 위주로 잔설이 남아 있는 것으로 분석되었다(Figure 4의 적색도로는 잔설이 남아 있는 도로, 청색 도로는 정상 운행이 가능한 눈이 녹은 도로를 나타냄). 특히, 경주시내 도심지역과 주변의 국지도로상의 적설면적은 전체 도로 면적의 74.5%를 차지하고 있어 차량 운전자의 세심한 주의가 필요한 것으로 판단되었으며, 동부 산간지역 주변에 적설지역이 넓게 분포되어 국도 4, 7, 35호선이 통제되면서 동부 산간일부 지역에 고립지역이 발생할 것으로 분석되었다. 이러한 GIS를 활용한 중첩분석 결과를 토대로 지역별 적설분포도나 지자체별도로 적설분포도 등을 제작하여 실제 지자체 재난관리나 방재업무에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
후속연구
- 3. 인터내셔널 차터로부터 수급한 재해 전·후 위성영상을 활용하여 변화탐지 분석을 통해 적설지역을 추출하고, 이를 국가재난관리시스템(NDMS)의 공간정보 DB와 통합·활용하여 다양한 재난 상황분석을 수행하였으며, 행정구역별, 도로 적설분석을 통해 도로 정체, 통제 예측, 도로상황 판단 등 소방방재청의 의사 결정지원에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
- 국립방재연구원과 국제재난기구간 협업을 통한 국내 재해·재난대응의 최초 사례로서, 국내외 재해·재난 초동대응시 적시적인 위성영상정보 활용을 확대할 수 있을 것으로 기대된다.
- 7월 집중호우 당시 강원도 및 서울을 비롯한 수도권 피해지역을 대상으로 1m급 KOMPSAT-2, SPOT-5, ALOS, Landsat, TerraSAR-X, RADARSAT-2 영상촬영이 계획되었으나, 구름 등 기상 사정으로 인해 광학영상의 경우 대만의 Formosat-2 영상만이 신규 촬영되었고, 기촬영된 SPOT-5 영상, ALOS 광학영상이 제공되었다(Table 6). 반면, SAR 영상은 RADARSAT-1, TerraSAR-X 신규 영상을 제공받았으며, 자연재해 중 풍수해가 대부분인 우리나라 기상특성을 고려할 때 기상이나 시간대에 관계없이 대상지역을 관측하여 영상수집이 가능한 SAR의 재난 활용 확대가 기대되며, 이를 위한 다양한 재난 적용기술 개발이 시급한 것으로 판단된다.
- 5%를 차지하고 있어 차량 운전자의 세심한 주의가 필요한 것으로 판단되었으며, 동부 산간지역 주변에 적설지역이 넓게 분포되어 국도 4, 7, 35호선이 통제되면서 동부 산간일부 지역에 고립지역이 발생할 것으로 분석되었다. 이러한 GIS를 활용한 중첩분석 결과를 토대로 지역별 적설분포도나 지자체별도로 적설분포도 등을 제작하여 실제 지자체 재난관리나 방재업무에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
- 국립방재연구원과 국제재난기구간 협업을 통한 국내 재해·재난대응의 최초 사례로서, 국내외 재해·재난 초동대응시 적시적인 위성영상정보 활용을 확대할 수 있을 것으로 기대된다. 이러한 국제재난기구와의 공조 확대를 통하여 단기적으로 국내 광역적인 재난 위성영상정보의 신속한 수급체계를 구축함으로써, 국가 재난관리 업무의 효율성을 극대화할 수 있을 것이다. 장기적으로는 한국항공우주연구원과의 긴밀한 협업체계를 구축하여 향후 운용될 70cm급 아리랑 3호, 레이더 위성인 아리랑 5호 등의 재난대응 기술개발 및 활용연구가 이뤄져야 할 것으로 판단된다.
- 이러한 재난기구 활동을 통해 향후, 국내뿐만 아니라 전지구적 재해·재난이 발생했을 때, 위성영상 정보를 활용한 초동 피해조사 및 판독을 수행할 수 있을 것으로 기대된다(김성삼 등, 2011b; Kim et al., 2011).
- 이러한 국제재난기구와의 공조 확대를 통하여 단기적으로 국내 광역적인 재난 위성영상정보의 신속한 수급체계를 구축함으로써, 국가 재난관리 업무의 효율성을 극대화할 수 있을 것이다. 장기적으로는 한국항공우주연구원과의 긴밀한 협업체계를 구축하여 향후 운용될 70cm급 아리랑 3호, 레이더 위성인 아리랑 5호 등의 재난대응 기술개발 및 활용연구가 이뤄져야 할 것으로 판단된다.
- 향후, 인터내셔널 차터와 같은 국내외적 재난기구나 협의체와의 공조체계가 적시적인 재난 대응체계로 정착되기 위해서는 재해유형별 자료처리 매뉴얼 제작 및 영상처리 자동화 등 체계화된 업무 프로세스 마련과 영상처리 기술개발이 병행되어야 할 것으로 판단된다.
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