최근 국내외에서 폭넓게 개발되어 활용되고 있는 지구관측용 위성 탑재체에 대한 개발과 연구는 영상 활용분야에서 활발하게 진행되고 있다. 또한 위성에 광학센서 및 영상 레이더 등을 장착하여 다양한 지역의 영상을 수집하고 분석함과 동시에 기반 기술들의 비약적인 발전이 이루어졌다. 국내에서 추진 중인 차세대 중형위성 개발 사업은 국내 독자기술로 탑재체를 개발할 목표에 있고 농촌진흥청, 기상청, 환경부, 국토교통부 등에서 공동으로 활용할 계획에 있다. 본 논문에서는 국내 농림업 환경에 적합한 위성 탑재체 기술사양을 제안하기 위해 위성 영상을 활용한 농림업 연구사례를 조사하여 농림업 세부 활용 분야에 따른 위성 탑재체 기술 사양을 분석하였다. 국내 위성영상 활용 전문가를 대상으로 실시한 설문 및 자문조사 결과를 바탕으로 국내외 지구관측 농림업 활용 위성의 탑재체 개발 현황, 계획 그리고 활용 등을 분석하여 독자적인 농림업 중형위성 탑재체 개발을 위한 기술사양을 제안하였다. 또한 한반도 농경지를 대상으로 위성 모의 운용실험 수행을 통해 위성 탑재체의 관측 성능을 검증하였다. 본 논문에서 제안한 결과는 향후 농림업 중형위성 탑재체 개발에 있어 적합한 사양을 제공하고 사용자들이 위성영상을 효율적으로 사용할 수 있는 방향으로서 기술적 기초 정보로 활용될 것으로 기대된다.
최근 국내외에서 폭넓게 개발되어 활용되고 있는 지구관측용 위성 탑재체에 대한 개발과 연구는 영상 활용분야에서 활발하게 진행되고 있다. 또한 위성에 광학센서 및 영상 레이더 등을 장착하여 다양한 지역의 영상을 수집하고 분석함과 동시에 기반 기술들의 비약적인 발전이 이루어졌다. 국내에서 추진 중인 차세대 중형위성 개발 사업은 국내 독자기술로 탑재체를 개발할 목표에 있고 농촌진흥청, 기상청, 환경부, 국토교통부 등에서 공동으로 활용할 계획에 있다. 본 논문에서는 국내 농림업 환경에 적합한 위성 탑재체 기술사양을 제안하기 위해 위성 영상을 활용한 농림업 연구사례를 조사하여 농림업 세부 활용 분야에 따른 위성 탑재체 기술 사양을 분석하였다. 국내 위성영상 활용 전문가를 대상으로 실시한 설문 및 자문조사 결과를 바탕으로 국내외 지구관측 농림업 활용 위성의 탑재체 개발 현황, 계획 그리고 활용 등을 분석하여 독자적인 농림업 중형위성 탑재체 개발을 위한 기술사양을 제안하였다. 또한 한반도 농경지를 대상으로 위성 모의 운용실험 수행을 통해 위성 탑재체의 관측 성능을 검증하였다. 본 논문에서 제안한 결과는 향후 농림업 중형위성 탑재체 개발에 있어 적합한 사양을 제공하고 사용자들이 위성영상을 효율적으로 사용할 수 있는 방향으로서 기술적 기초 정보로 활용될 것으로 기대된다.
Recently, research and development on satellite payloads are being developed such as the optical sensor, SAR etc. Satellite image for earth observation is being utilized both domestically and abroad. Advanced satellite payload technology has led to the collection and analysis of satellite images rel...
Recently, research and development on satellite payloads are being developed such as the optical sensor, SAR etc. Satellite image for earth observation is being utilized both domestically and abroad. Advanced satellite payload technology has led to the collection and analysis of satellite images relying on the optical sensor. Currently, related organizations such as RDA(the Rural Development Administration) are collectively collaborating to plan a national project to develop a medium-sized satellite based on Korea's domestic technology independently. This paper investigated the cases of the past research on application of satellite images for agriculture and analyzed the technical specifications for satellite payload in each area of such application. Based on the results of the past surveys and consultation studies among local experts in satellite image application, we analyzed the current trends, plans and applications of domestic and overseas R&D in satellite payloads for earth observation in agriculture, and proposed the appropriate technical specifications for developing a future medium-sized satellite for agriculture. The proposed specifications were then incorporated into a simulated satellite to examine its performance to observe the Korean farming areas. The authors anticipate that the findings of this paper will form a useful technical basis for providing the appropriate specifications for developing future medium-sized satellite payloads to be used in agriculture and forestry, and enabling the end users to efficiently utilize the satellite.
Recently, research and development on satellite payloads are being developed such as the optical sensor, SAR etc. Satellite image for earth observation is being utilized both domestically and abroad. Advanced satellite payload technology has led to the collection and analysis of satellite images relying on the optical sensor. Currently, related organizations such as RDA(the Rural Development Administration) are collectively collaborating to plan a national project to develop a medium-sized satellite based on Korea's domestic technology independently. This paper investigated the cases of the past research on application of satellite images for agriculture and analyzed the technical specifications for satellite payload in each area of such application. Based on the results of the past surveys and consultation studies among local experts in satellite image application, we analyzed the current trends, plans and applications of domestic and overseas R&D in satellite payloads for earth observation in agriculture, and proposed the appropriate technical specifications for developing a future medium-sized satellite for agriculture. The proposed specifications were then incorporated into a simulated satellite to examine its performance to observe the Korean farming areas. The authors anticipate that the findings of this paper will form a useful technical basis for providing the appropriate specifications for developing future medium-sized satellite payloads to be used in agriculture and forestry, and enabling the end users to efficiently utilize the satellite.
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문제 정의
본 논문에서는 사용자들이 국내외 위성영상을 통해 농림업분야에 활용한 사례를 조사하고, 농림업 활용 분야에 따른 위성 탑재체 기술 사양을 분석하였다. 국내 위성 영상 활용 전문가를 대상으로 실시한 설문 및 자문조사 결과를 바탕으로 국내외 농림업 분야 활용 위성의 탑재체 개발 현황과 계획 등을 분석하여 독자적인 농림업 중형위성 탑재체 개발을 위한 기술사양을 제안하였다. 이러한 제안 사양의 결과를 바탕으로 위성 모의 운용 실험을 수행하여 한반도 농경지를 대상으로 관측 성능을 검증하였다.
국내에서도 고해상도 위성영상 자료를 이용한 연구가 활발히 추진되고 있지만 농림업 분야의 특수성을 고려할 때 국내에서는 위성영상의 정밀한 자료 획득에 있어 시계열영상을 적시에 확보하기 어려운 환경에 있다. 따라서 본 논문에서는 위성 모의 운용 시뮬레이션에서 관측 대상지로 한반도 전역및 남·북한의 대표 농경지를 설정하였고 적시에 따른 시계열 위성영상을 확보하기 단일 및 군집 운용방식의 한반도 관측 성능을 확인하였다. 이는 향후 농림업 중형위성 개발이 진행될 때 위성영상을 활용하는 사용자에게 효율적으로 제공할 수 있는 방향으로서 기술적 기초 정보로 활용될 것으로 기대된다.
국내에서도 위성영상을 활용하여 객관적이고 과학적인 농정 체계를 마련하기 위해 농촌진흥청에서는 Smart Farm Map을 구축하는 사업을 진행하고 있다. 본 논문에서는 국내 사용자들이 위성영상을 농림업분야에 활용한 사례를 조사하여 세부 활용분야에 따른 위성 탑재체 사양을 분석하였다. 2011년부터 2014년까지 총 71건의 활용 사례를 수집하였으며 농림업에 활용된 위성 탑재체는 표 1과 같다.
본 논문에서는 국내 사용자들이 위성영상을 활용하여 농림업분야에 연구를 수행한 사례를 기반으로 농림업 중형위성 탑재체로서 주요 사양을 제안하기 위해 자문조사 및 해외 위성 탑재체의 개발 현황을 분석하였다. 고해상도의 영상을 필요로 하는 농림업활용은 국내에서 이미 개발한 다목적위성으로 충분히 사용할 수 있는 것으로 나타났지만 국내 사용자들이 필요로 하는 광역관측 기술에 대해 국내 위성을 개발한 사례가 전무하다.
본 논문에서는 농림업 중형위성 탑재체의 성능 요구사양을 정의하기 위해 모의 운용 검증을 수행하였으며 유사 활용 위성 적용기술을 분석하고 탑재체 개발 동향을 통한 사양 변화를 고려하여 농림업 중형위성 탑재체의 성능 요구사양을 표 16과 같이 제안하였다. 본 논문에서 제안한 사양에 따르면 제안 1을 통해 채소와 같은 작물을 분류하고 식생 및 병충해 파악이 가능하다.
본 논문에서는 사용자들이 국내외 위성영상을 통해 농림업분야에 활용한 사례를 조사하고, 농림업 활용 분야에 따른 위성 탑재체 기술 사양을 분석하였다. 국내 위성 영상 활용 전문가를 대상으로 실시한 설문 및 자문조사 결과를 바탕으로 국내외 농림업 분야 활용 위성의 탑재체 개발 현황과 계획 등을 분석하여 독자적인 농림업 중형위성 탑재체 개발을 위한 기술사양을 제안하였다.
국내에서는 2013년부터 차세대 중형위성 사업이 진행 중으로서, 독자적 농림 관측 위성을 개발하기 위해 농진청 및 산림청을 포함한 유관기관들이 독자적 농림업 중형위성 개발을 위한 연구를 수행 중이다. 본 논문에서는 향후 국내 독자적으로 개발 예정인 차세대 중형위성을 국가 농림업분야에 원활히 활용하기 위해 농림업 중형위성의 필요성과 농림업 세부 활용 분야에 대해 분석하였다. 또한, 농림업분야에서 위성영상을 활용하는 사용자들의 의견을 수렴하고 이를 반영한 결과로서 현재 국내외 위성 탑재체 기술에 대한 요구사항을 제안하였다.
본 연구에서는 국내 독자적 농림업 중형위성 개발의 요구사항을 수렴하기 위해 농림업분야에서 위성영상을 활용하여 연구를 수행하고 있는 전문가들을 대상으로 설문 및 자문조사를 실시하였다. 농림업분야에서 위성영상을 활용하는 경우, 농경지의 곡물을 유형별로 파악할 수 있어야 하고 혼재되어 있는 산림의 형태와 관련하여 산림의 수종별로 세분화하여 분석할 필요가 있는 것으로 나타났다.
가설 설정
모의 위성의 관측폭을 10km, 30km 그리고 60km로 가정하였고, 단일위성과 180°의 위상차를 갖는 군집 위성에 대해서 위성의 운용에 따른 관측 성능에 대해 분석하였다. 모의 운용을 수행하기 위한 모의 위성은 그림 5와 같이 504km의 고도에서 태양 동기궤도 방식으로 운용하며 모의 위성 탑재체의 관측 유형은 Rectangular Type으로 가정하였다. 모의 위성은 궤도에 따라 지구 주위를 돌게 되는데 관측 대상지에 따라 위성 탑재체의 기동 방식이 달라진다.
모의 위성의 관측폭을 10km, 30km 그리고 60km로 가정하였고, 단일위성과 180°의 위상차를 갖는 군집 위성에 대해서 위성의 운용에 따른 관측 성능에 대해 분석하였다.
미리 설계된 모의 위성을 이용하여 모의 운용을 수행하기 전에 위성 탑재체의 Tilting 변화가 없을 때를 가정하여 모의 운용을 수행하였다. 모의 위성 탑재체의 관측폭을 최소 10km부터 최대 60km까지 설정하여 설정 기간 동안 한반도 영역의 관측 면적을 백분율로 환산하였고, 그 중 한반도 전체 영역을 관측하였을 때 발생하는 각 관측폭의 관측소요 시간을 분석하였다.
제안 방법
1개월의 시나리오 설정 기간 동안 한반도 영역을 관측하는데 차지하는 비율을 분석하기 위해 모의 위성의 탑재체 관측폭을 각각 다르게 설정하여 관측 성능을 비교하였다. 그리고 모의 위성이 한반도 상공을 지나갈 때 시간이 흐를수록 지구를 돌며 순환하는 궤도가 달라지므로 탑재체의 기동각도를 시간에 따라 Tilting하여 한반도 전체 영역을 관측하는데 차지하는 비율을 분석하였다.
국내 독자적인 농림업 중형위성 탑재체 개발 사양을 제안하기 위해 해외에서 농림업으로 활용되고 있는 위성을 대상으로 개발된 현황과 계획에 있는 시리즈 위성의 탑재체 사양 변화를 분석하였다. 농림업에 활용되고 있는 해외 위성 탑재체는 미국, 유럽 등의 NASA, ESA, EO Portal 웹기반으로부터 수집하였다.
군집위성의 운용 형태는 180° 의 위상차를 갖는 방식으로 시나리오를 작성하였다.
1개월의 시나리오 설정 기간 동안 한반도 영역을 관측하는데 차지하는 비율을 분석하기 위해 모의 위성의 탑재체 관측폭을 각각 다르게 설정하여 관측 성능을 비교하였다. 그리고 모의 위성이 한반도 상공을 지나갈 때 시간이 흐를수록 지구를 돌며 순환하는 궤도가 달라지므로 탑재체의 기동각도를 시간에 따라 Tilting하여 한반도 전체 영역을 관측하는데 차지하는 비율을 분석하였다. 모의 위성이 한반도 상공에 머무르는 시간이 길수록 관측시간은 길어지게 되므로 관측 궤도 구간이 가장 길 때 관측방향에 따른 기동각도의 변화를 주었다.
농림업 중형위성 운용 시 발생할 수 있는 직·간접적인 영향 요소를 고려한 모의 운용을 통해 한반도의 관측 커버리지(Coverage)에 대해 분석하였고 국내 농경지의 재방문주기에 대해 분석하였다.
그림 1은 향후 독자적인 농림업 중형위성 탑재체를 국내 지형에 적합한 사양으로 개발하기 위한 설문조사 결과를 나타낸다. 다음 장에서는 차별성이 부각되는 농림업 중형위성 탑재체 기술사양을 제안하기 위해 향후 해외 위성 탑재체의 개발 계획 현황을 분석하였다.
또한, Landsat5·7위성에 탑재된 TM 및 ETM+는 TIR 분광밴드를 활용하여 백두산의 지표온도차를 추정하는 연구를 수행하였다.
본 논문에서는 향후 국내 독자적으로 개발 예정인 차세대 중형위성을 국가 농림업분야에 원활히 활용하기 위해 농림업 중형위성의 필요성과 농림업 세부 활용 분야에 대해 분석하였다. 또한, 농림업분야에서 위성영상을 활용하는 사용자들의 의견을 수렴하고 이를 반영한 결과로서 현재 국내외 위성 탑재체 기술에 대한 요구사항을 제안하였다. 해외 농림관측 위성의 기술개발 현황 분석을 통해 주요 선진국들이 위성영상을 이용하여 짧은 시간 내에 관측 면적에 대한 정밀한 자료를 획득할 수 있어 농림업분야 관측의 활용도가 증가하고 있는 것을 확인하였다.
미리 설계된 모의 위성을 이용하여 모의 운용을 수행하기 전에 위성 탑재체의 Tilting 변화가 없을 때를 가정하여 모의 운용을 수행하였다. 모의 위성 탑재체의 관측폭을 최소 10km부터 최대 60km까지 설정하여 설정 기간 동안 한반도 영역의 관측 면적을 백분율로 환산하였고, 그 중 한반도 전체 영역을 관측하였을 때 발생하는 각 관측폭의 관측소요 시간을 분석하였다. 그 결과, 관측폭을 10km로 설정한 경우 한반도 전체 영역 중 27.
모의 위성에 탑재된 센서의 Tilting 각도에 따른 최적 Scheduling을 반영하여 한반도 영역의 관측 성능을 분석하였다. 표 11과 같이 관측폭이 10km인 경우, 한반도 전체 영역 중 77.
앞 절에서는 한반도 전역에 대해서 위성 탑재체가 매일 또는 격일로 재방문하기 위해 요구되는 최소 관측폭을 확인하였다. 한반도 전역 관측 성능 검증 결과를 바탕으로 본 절에서는 농촌진흥청에서 제공한 실제 농경지역 지형 데이터를 기반으로 10개의 샘플 지역에 대한 재방문주기를 단일위성과 군집위성의 경우로 비교하여 검증하였다.
위성 탑재체의 Roll각도에 대해 ±45°의 범위를 설정하고 궤도 이동 시간에 따라 간격으로 조절하여 관측 성능을 분석하였다.
국내 위성 영상 활용 전문가를 대상으로 실시한 설문 및 자문조사 결과를 바탕으로 국내외 농림업 분야 활용 위성의 탑재체 개발 현황과 계획 등을 분석하여 독자적인 농림업 중형위성 탑재체 개발을 위한 기술사양을 제안하였다. 이러한 제안 사양의 결과를 바탕으로 위성 모의 운용 실험을 수행하여 한반도 농경지를 대상으로 관측 성능을 검증하였다.
Gaofen-1위성은 2m 해상도의 전정색 탑재체와 8m 해상도의 다중분광 탑재체 그리고 16m 해상도의 광각 다중분광 탑재체를 개발하여 2013년에 발사하였다. 차기 위성으로 Gaofen-2위성은 이전 시리즈보다 개선된 0.8m, 3.2m 해상도의 전정색 및 다중분광 탑재채를 개발하였다. 향후 2017년에는 Gaofen-1위성의 임무를 이어갈 농림활용 위성인 Gaofen-6가 발사 예정에 있다.
태양동기궤도로 운용 중인 단일위성을 위성군집궤도 방식으로 전환하여 한반도 커버리지 관측에 대한 성능을 분석하였다. 군집위성의 운용 형태는 180° 의 위상차를 갖는 방식으로 시나리오를 작성하였다.
표 1과 같이 농림업 분야에 활용된 실제 위성 탑재체의 사양을 기반으로 농촌진흥청과 산림청으로부터 자문을 받아 농림관측에 활용한 탑재체 사양을 표 3과 같이 농림업 세부 활용분야별로 재분류하였다. 농업분야에서는 국내 채소, 맥류, 벼 등의 작물구분, 바이오매스 추정, 생장 모니터링, 병충해 탐지 등에 활용하고 있으며 임업분야에서는 산림지형의 이용변화, 산림 특성구분, 산림 바이오매스 평가, 산림 생장 모니터링 등과 같이 산림 이용 및 특성 파악에 활용하고 있다.
앞 절에서는 한반도 전역에 대해서 위성 탑재체가 매일 또는 격일로 재방문하기 위해 요구되는 최소 관측폭을 확인하였다. 한반도 전역 관측 성능 검증 결과를 바탕으로 본 절에서는 농촌진흥청에서 제공한 실제 농경지역 지형 데이터를 기반으로 10개의 샘플 지역에 대한 재방문주기를 단일위성과 군집위성의 경우로 비교하여 검증하였다. 그 결과, 표 14와 같이 최소 30km 관측폭의 단일위성의 경우에는 약 1.
대상 데이터
본 논문에서는 국내 사용자들이 위성영상을 농림업분야에 활용한 사례를 조사하여 세부 활용분야에 따른 위성 탑재체 사양을 분석하였다. 2011년부터 2014년까지 총 71건의 활용 사례를 수집하였으며 농림업에 활용된 위성 탑재체는 표 1과 같다. MODIS가 탑재된 Aqua·Terra 위성의 경우 지역 단위가 아닌 국가 단위의 관측지를 대상으로 적설분포, 대기특성 등을 분석한 것으로 나타났다.
국내 독자적인 농림업 중형위성 탑재체 개발 사양을 제안하기 위해 해외에서 농림업으로 활용되고 있는 위성을 대상으로 개발된 현황과 계획에 있는 시리즈 위성의 탑재체 사양 변화를 분석하였다. 농림업에 활용되고 있는 해외 위성 탑재체는 미국, 유럽 등의 NASA, ESA, EO Portal 웹기반으로부터 수집하였다. 그림 2는 본 논문에서 수집한 1000kg급 이하의 농림에 활용된 위성 탑재체의 공간해상도와 관측폭에 대한 개발 현황을 나타낸다.
성능/효과
CBERS-3·4위성은 중국에서 개발한 전정색(Pancromatic) 탑재체의 해상도가 이전 시리즈보다 5m로 개선되었고 근적외선 및 단파장 적외선채널을 갖는 탑재체의 해상도도 40m가 되었다.
중국은 CBERS위성을 개발할 때, 2011년과 2012년도에 독자적으로 ZiYuan 위성을 개발하였다. ZiYuan-3A위성의 관측폭은 60km에서 50km로 좁아졌으나 공간해상도는 약 2배정도 성능이 향상되었다. 이는 해상도와 관측폭이 서로 상충되는 것으로 분석되며 분광대역으로는 기존 ZiYuan-1-02C위성보다 다양한 채널을 구현할 수 있도록 개발하였다.
모의 위성 탑재체의 관측폭을 최소 10km부터 최대 60km까지 설정하여 설정 기간 동안 한반도 영역의 관측 면적을 백분율로 환산하였고, 그 중 한반도 전체 영역을 관측하였을 때 발생하는 각 관측폭의 관측소요 시간을 분석하였다. 그 결과, 관측폭을 10km로 설정한 경우 한반도 전체 영역 중 27.56%를 관측할 수 있었고, 30km에서는 69.47%정도 관측할 수 있었다. 또한, 60km에서는 1개월 동안 94.
모의 운용을 수행하기 전, 군집위성은 단일위성의 입력 제원과 동일하게 설정하였고 관측폭에 따른 한반도 커버리지를 표 12와 같이 나타냈다. 그 결과, 군집위성의 관측폭이 10km일 때 91.15%의 높은 관측 성능이 나타났으며 관측폭이 30km 그리고 60km인 경우에는 10km의 관측폭의 경우보다 관측성능이 향상된 것으로 나타났다. 이는 군집 운용 방식을 따르는 위성 탑재체의 기동각도 변화를 적용한 결과로서 단일 운용위성의 각 관측폭에 따른 한반도 관측 성능과 비교하였을 때 군집 운용위성은 30km를 갖는 관측폭으로 한반도 영역을 100% 관측할 수 있는 것으로 분석할 수 있다.
한반도 전역 관측 성능 검증 결과를 바탕으로 본 절에서는 농촌진흥청에서 제공한 실제 농경지역 지형 데이터를 기반으로 10개의 샘플 지역에 대한 재방문주기를 단일위성과 군집위성의 경우로 비교하여 검증하였다. 그 결과, 표 14와 같이 최소 30km 관측폭의 단일위성의 경우에는 약 1.5일에서 3일 주기로 관측하였고 군집위성의 경우에는 약 1일에서 2일 주기로 관측하였다. 최소 60km 관측폭의 단일위성의 경우에는 표 15와 같이 약 1일에서 1.
또한, 계절에 따른 생물의 상태를 파악하는 것이 가능하다. 그리고 제안 3의 사양을 통해 농림 바이오매스 평가하는 것이 가능하며 맥류, 벼 등의 식생 및 병충해 파악이 가능하다. 또한, 홍수 탐지가 가능하고 산림재해로 인한 복원 모니터링이 가능하며 농림의 토지 이용변화에 대한 분석이 가능하다.
농림업 중형위성 탑재체 사양을 제안하기 위해 유사 활용 위성의 탑재체 개발 동향을 분석한 결과, 공간해상도, 관측폭 등 사양의 변화가 있었음을 확인하였다. 특히, 해외에서는 이미 농림업 활용에 더욱 더 적합할 수 있도록 다양한 분광 대역의 탑재체 센서를 적용하고 있는 것을 알 수 있었다.
농림업에 활용하기 위해 개발하고 있는 위성 탑재체로부터 분광 파장대역의 사양을 분석한 결과, 유럽, 일본 중국 등에서 개발하고 있는 위성은 전정색(Panchromatic) 영상과 다중분광 영상을 이용하여 농림업분야에 다양하게 활용한 것으로 나타났다. 특히, 다중분광의 경우에는 Blue, Green, Red의 파장 대역과 근적외, 단파장 그리고 열 적외선까지 넓은 분광 대역으로 다양하게 활용되고 있다.
단일위성 및 군집위성으로 한반도 관측 커버리지에 대하여 비교 수행한 결과, 위성 탑재체가 관측 대상지역을 향해 Tilting변화를 주었을 때 관측 성능이 향상된 것을 확인하였다. 이를 바탕으로 단일 및 군집위성의 탑재체가 한반도 전역을 관측할 때의 성능을 검증한 결과, 그림 5와 같이 약 1일에서 2일 사이의 재방문 주기를 갖는 관측성능을 보이기 위해서는 단일 위성의 경우 최소 60km의 관측폭이 요구되고 군집위성의 경우 최소 30km의 관측폭이 요구 되는 것으로 나타났다.
이는 농림지형을 보다 다양한 관점에서 파악하기 위해 위성 관측 탑재체의 분광파장 대역을 다수의 채널로 개발하여 보다 향상된 영상의 품질을 제공하는 것을 선호하는 것으로 분석된다. 따라서 국내 지형 조건을 만족하는 고해상도 영상과 시기별 영상획득이 용이한 시계열 영상이 필요하며 단일 영상에 다양한 정보를 포함할 수 있도록 넓은 관측폭을 보유한 위성 탑재체에 대한 의견이 수렴되었다. 향후 개발될 농림업 중형위성 탑재체의 공간해상도에 관해 설문을 조사한 결과, 5m 이내의 공간해상도 영상을 필요로 하는 것으로 나타났고, 60km 이상의 넓은 지역을 관측할 수 있는 탑재체를 필요로 하고 있다.
또한, 60km부터 866km까지 넓은 지역을 다양하게 관측할 수 있으며 표 6과 같이 CBERS-1·2 위성과 비교한 결과, 관측폭과 분광대역의 변화는 크게 향상된 것이 없으나 공간해상도는 향상된 것을 알 수 있다.
이는 본 논문에서 제안한 60km 관측폭의 사양으로 농림업 분야의 특수성을 고려할 때 위성영상의 정밀한 자료 획득에 있어 시계열 영상 확보가 용이한 것으로 분석된다. 또한, 위성의 관측 기동 각도의 변화 및 여러 대의 군집 위성을 운용함에 따라 재방문 주기가 향상된 것을 검증하였다.
유럽, 일본 중국 등의 농림업에 활용하기 위해 개발되고 있는 위성의 개발 동향을 기반으로 탑재체 사양을 분석한 결과, 그림 3과 같이 관측폭 60km 전·후반에 상응하는 중간 해상도의 위성 탑재체를 개발하는 것으로 나타났다.
15%의 높은 관측 성능이 나타났으며 관측폭이 30km 그리고 60km인 경우에는 10km의 관측폭의 경우보다 관측성능이 향상된 것으로 나타났다. 이는 군집 운용 방식을 따르는 위성 탑재체의 기동각도 변화를 적용한 결과로서 단일 운용위성의 각 관측폭에 따른 한반도 관측 성능과 비교하였을 때 군집 운용위성은 30km를 갖는 관측폭으로 한반도 영역을 100% 관측할 수 있는 것으로 분석할 수 있다.
5일 주기로 관측하는 것으로 나타났고 군집위성의 경우에는 약 1일의 주기로 관측하였다. 이는 본 논문에서 제안한 60km 관측폭의 사양으로 농림업 분야의 특수성을 고려할 때 위성영상의 정밀한 자료 획득에 있어 시계열 영상 확보가 용이한 것으로 분석된다. 또한, 위성의 관측 기동 각도의 변화 및 여러 대의 군집 위성을 운용함에 따라 재방문 주기가 향상된 것을 검증하였다.
단일위성 및 군집위성으로 한반도 관측 커버리지에 대하여 비교 수행한 결과, 위성 탑재체가 관측 대상지역을 향해 Tilting변화를 주었을 때 관측 성능이 향상된 것을 확인하였다. 이를 바탕으로 단일 및 군집위성의 탑재체가 한반도 전역을 관측할 때의 성능을 검증한 결과, 그림 5와 같이 약 1일에서 2일 사이의 재방문 주기를 갖는 관측성능을 보이기 위해서는 단일 위성의 경우 최소 60km의 관측폭이 요구되고 군집위성의 경우 최소 30km의 관측폭이 요구 되는 것으로 나타났다.
이는 60km의 관측폭을 갖는 높은 공간해상도로 미세 작물을 구분할 수 있고 산림 수종에 대해 분류하는 것이 가능하다. 제안 2를 통해 기후변화에 취약한 지역을 파악하는 것이 가능하고, 산림 바이오매스 평가 및 수치 표고모델 작성이 가능하다. 또한, 계절에 따른 생물의 상태를 파악하는 것이 가능하다.
또한, 농림업분야에서 위성영상을 활용하는 사용자들의 의견을 수렴하고 이를 반영한 결과로서 현재 국내외 위성 탑재체 기술에 대한 요구사항을 제안하였다. 해외 농림관측 위성의 기술개발 현황 분석을 통해 주요 선진국들이 위성영상을 이용하여 짧은 시간 내에 관측 면적에 대한 정밀한 자료를 획득할 수 있어 농림업분야 관측의 활용도가 증가하고 있는 것을 확인하였다. 국내에서도 고해상도 위성영상 자료를 이용한 연구가 활발히 추진되고 있지만 농림업 분야의 특수성을 고려할 때 국내에서는 위성영상의 정밀한 자료 획득에 있어 시계열영상을 적시에 확보하기 어려운 환경에 있다.
후속연구
그리고 제안 3의 사양을 통해 농림 바이오매스 평가하는 것이 가능하며 맥류, 벼 등의 식생 및 병충해 파악이 가능하다. 또한, 홍수 탐지가 가능하고 산림재해로 인한 복원 모니터링이 가능하며 농림의 토지 이용변화에 대한 분석이 가능하다. 이는 농경지 분포 등과 같은 조사 및 분석 목적을 위해 넓은 관측폭과 낮은 해상도 영상의 활용이 가능하다.
따라서 본 논문에서는 위성 모의 운용 시뮬레이션에서 관측 대상지로 한반도 전역및 남·북한의 대표 농경지를 설정하였고 적시에 따른 시계열 위성영상을 확보하기 단일 및 군집 운용방식의 한반도 관측 성능을 확인하였다. 이는 향후 농림업 중형위성 개발이 진행될 때 위성영상을 활용하는 사용자에게 효율적으로 제공할 수 있는 방향으로서 기술적 기초 정보로 활용될 것으로 기대된다.
이와 같이 농림업 분야에서는 고·중해상도의 공간해상도와 광역관측이 가능한 관측폭, 다양한 분석이 가능한 분광대역, 그리고 농림업 특성상 빠른 주기의 시간해상도가 필요하기 때문에, 향후 농림업 중형위성 탑재체 개발할 때 이러한 사항들이 반드시 필요할 것으로 분석된다.
2m 해상도의 전정색 및 다중분광 탑재채를 개발하였다. 향후 2017년에는 Gaofen-1위성의 임무를 이어갈 농림활용 위성인 Gaofen-6가 발사 예정에 있다. 표 8은 Gaofen위성의 개발현황을 보여준다.
따라서 국내 지형 조건을 만족하는 고해상도 영상과 시기별 영상획득이 용이한 시계열 영상이 필요하며 단일 영상에 다양한 정보를 포함할 수 있도록 넓은 관측폭을 보유한 위성 탑재체에 대한 의견이 수렴되었다. 향후 개발될 농림업 중형위성 탑재체의 공간해상도에 관해 설문을 조사한 결과, 5m 이내의 공간해상도 영상을 필요로 하는 것으로 나타났고, 60km 이상의 넓은 지역을 관측할 수 있는 탑재체를 필요로 하고 있다. 분광해상도의 경우, 설문 응답자의 41%가 6~10개의 채널을 갖는 다중분광계가 필요할 것으로 나타났다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
인공위성을 이용한 농림업 원격탐사는 언제부터 활용되어왔는가?
인공위성을 이용한 농림업 원격탐사는 1970년대부터 미국, 유럽 등 선진국에서 주요 농산물의 작황을 판독하고 단수를 산출하는데 활용해 왔다[1]. 또한, 짧은 시간 내에 비교적 넓은 면적에 대한 정밀한 자료를 획득할 수 있어 선진국에서는 이미 오래 전부터 주요 농산물의 재배면적과 작황을 산출하는데 활용되어 왔다[2].
국내에서 추진 중인 차세대 중형위성 개발 사업은 어디에서 활용할 계획에 있는가?
또한 위성에 광학센서 및 영상 레이더 등을 장착하여 다양한 지역의 영상을 수집하고 분석함과 동시에 기반 기술들의 비약적인 발전이 이루어졌다. 국내에서 추진 중인 차세대 중형위성 개발 사업은 국내 독자기술로 탑재체를 개발할 목표에 있고 농촌진흥청, 기상청, 환경부, 국토교통부 등에서 공동으로 활용할 계획에 있다. 본 논문에서는 국내 농림업 환경에 적합한 위성 탑재체 기술사양을 제안하기 위해 위성 영상을 활용한 농림업 연구사례를 조사하여 농림업 세부 활용 분야에 따른 위성 탑재체 기술 사양을 분석하였다.
농림업 세부 활용분야별로 재분류의 예시는 무엇이 있는가?
표 1과 같이 농림업 분야에 활용된 실제 위성 탑재체의 사양을 기반으로 농촌진흥청과 산림청으로부터 자문을 받아 농림관측에 활용한 탑재체 사양을 표 3과 같이 농림업 세부 활용분야별로 재분류하였다. 농업분야에서는 국내 채소, 맥류, 벼 등의 작물구분, 바이오매스 추정, 생장 모니터링, 병충해 탐지 등에 활용하고 있으며 임업분야에서는 산림지형의 이용변화, 산림 특성구분, 산림 바이오매스 평가, 산림 생장 모니터링 등과 같이 산림 이용 및 특성 파악에 활용하고 있다.
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