Landsat 위성을 이용한 조위에 따른 영종도 갯벌의 면적 탐지에 관한 선행 연구 Preliminary Study for Tidal Flat Detection in Yeongjong-do according to Tide Level using Landsat Images원문보기
국내에서 7번째로 큰 섬인 영종도는 인천으로부터 남서쪽으로 약 4.8 km 떨어져 있다. 영종도 주변에는 조수 차에 따라 드러나는 갯벌이 존재하며, 이곳은 지속적으로 감소하고 있는 겨울철새의 중요한 도래지라는 점에서 환경적 가치가 높은 곳이기도 하다. 그러나 최근 인천국제공항의 건설과 간척사업과 같은 인위적인 자연개발로 인해 갯벌 보존에 대한 우려가 증가하고 있다. 본 연구에서는 미국 지질조사소 (USGS)가 제공하고 있는 Landsat 7 ETM+영상을 기반으로 영종도 갯벌 지역을 분석하였다. 갯벌의 경계선을 뚜렷이 나타내기 위하여 물과 육지의 경계가 분명하게 구분하는 RGB 7, 5, 3 밴드조합으로 위성영상 가합성 (False color composite)을 수행하고 지표피복분류를 통해 갯벌을 탐지하여 면적을 계산하였으며, 갯벌 면적을 수치화하는 작업을 반복 수행하였다. 또한 조위관측소가 자료를 제공하는 기간인 2000년부터 2015년까지 총 16년간 자료를 기반으로, 조위의 변화에 따라 영종도 동북부 갯벌 지역의 면적을 수치화하여, 각 조위구간에 따라 나타나는 면적을 분석하였다. 본 논문은 차후 영종도 갯벌의 보존에 대한 연구가 진행되기에 앞서 동일한 조위 조건에서 면적의 범위에 대한 지표가 될 것이며, 인위적인 환경변화에 의한 영종도 지역의 갯벌 변화를 관측하는데 중요한 과학적 근거가 될 것으로 예상된다.
국내에서 7번째로 큰 섬인 영종도는 인천으로부터 남서쪽으로 약 4.8 km 떨어져 있다. 영종도 주변에는 조수 차에 따라 드러나는 갯벌이 존재하며, 이곳은 지속적으로 감소하고 있는 겨울철새의 중요한 도래지라는 점에서 환경적 가치가 높은 곳이기도 하다. 그러나 최근 인천국제공항의 건설과 간척사업과 같은 인위적인 자연개발로 인해 갯벌 보존에 대한 우려가 증가하고 있다. 본 연구에서는 미국 지질조사소 (USGS)가 제공하고 있는 Landsat 7 ETM+영상을 기반으로 영종도 갯벌 지역을 분석하였다. 갯벌의 경계선을 뚜렷이 나타내기 위하여 물과 육지의 경계가 분명하게 구분하는 RGB 7, 5, 3 밴드조합으로 위성영상 가합성 (False color composite)을 수행하고 지표피복분류를 통해 갯벌을 탐지하여 면적을 계산하였으며, 갯벌 면적을 수치화하는 작업을 반복 수행하였다. 또한 조위관측소가 자료를 제공하는 기간인 2000년부터 2015년까지 총 16년간 자료를 기반으로, 조위의 변화에 따라 영종도 동북부 갯벌 지역의 면적을 수치화하여, 각 조위구간에 따라 나타나는 면적을 분석하였다. 본 논문은 차후 영종도 갯벌의 보존에 대한 연구가 진행되기에 앞서 동일한 조위 조건에서 면적의 범위에 대한 지표가 될 것이며, 인위적인 환경변화에 의한 영종도 지역의 갯벌 변화를 관측하는데 중요한 과학적 근거가 될 것으로 예상된다.
Yeongjong-do is seventh largest island in the west coast of Korea which is 4.8 km away in the direction of south-west from Incheon. The mudflat area around the Yeongjong-do has variable dimension according to tide level. In addition, Yeongjong-do is important area with high environmental value as wi...
Yeongjong-do is seventh largest island in the west coast of Korea which is 4.8 km away in the direction of south-west from Incheon. The mudflat area around the Yeongjong-do has variable dimension according to tide level. In addition, Yeongjong-do is important area with high environmental value as wintering sites for migratory birds. The mudflat of Yeongjong-do is also meaningful region because it is used as place of education and tourist attraction. But, there are increasing concerns about preservation of mudflat area caused by artificial development such as land reclamation project and Incheon airport construction. In this paper, mudflat area was detected using Landsat 7 ETM+ images that United States Geological Survey (USGS) is providing the data in 16 days period. The false color composite was made from band 7, 5, and 3 that could dividing boundary between water and land for the purpose of appearance of boundary line in mudflat region. This area was calculated using results of classification based on false color composite images and was digitized through repetitive algorithm during research of period. Therefore, the change of northeastern area in Yeongjong-do was detected according to tide level during 16 years from 2000 to 2015 on the basis of providing period at tide station. This paper will expect as indicator for range of area in same tide level prior to the start of the research for preservation of mudflat. It will be also scientific grounds about change of mudflat area caused by artificial development.
Yeongjong-do is seventh largest island in the west coast of Korea which is 4.8 km away in the direction of south-west from Incheon. The mudflat area around the Yeongjong-do has variable dimension according to tide level. In addition, Yeongjong-do is important area with high environmental value as wintering sites for migratory birds. The mudflat of Yeongjong-do is also meaningful region because it is used as place of education and tourist attraction. But, there are increasing concerns about preservation of mudflat area caused by artificial development such as land reclamation project and Incheon airport construction. In this paper, mudflat area was detected using Landsat 7 ETM+ images that United States Geological Survey (USGS) is providing the data in 16 days period. The false color composite was made from band 7, 5, and 3 that could dividing boundary between water and land for the purpose of appearance of boundary line in mudflat region. This area was calculated using results of classification based on false color composite images and was digitized through repetitive algorithm during research of period. Therefore, the change of northeastern area in Yeongjong-do was detected according to tide level during 16 years from 2000 to 2015 on the basis of providing period at tide station. This paper will expect as indicator for range of area in same tide level prior to the start of the research for preservation of mudflat. It will be also scientific grounds about change of mudflat area caused by artificial development.
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문제 정의
, 2011). 따라서 본 연구를 통해 조위에 따라 영종도 갯벌의 면적의 차이를 알아보고자 한다.
제안 방법
4와 같이 각 단위별로 면적과 조위의 평균값을 그래프로 도시 할 수 있다. 그래프를 살펴보면 조위별로 100cm씩 총 7개의 구간으로 나누었으며, 각 구간별로 조위 값과 면적의 평균을 구하였다. 조위가 0~100 cm인 구간에서의 평균 면적은 23,888 m2으로 가장 크게 나타났고 조위가 600~700 cm인 구간에서는 13,874 m2으로 가장 작게 나타났다.
, 2014). 대기보정 후 각각의 영상에 대하여 지표피복 분류를 수행하였다. 본 연구에서는 갯벌과 바다를 분류를 필요로 하여, 해양과 육지의 구분이 용이하다고 판단되는 7, 5, 3번 밴드조합을 사용하여 지표피복 분류를 수행하였다(Sedlak, 2002).
이와 같이 조위차가 크게 나타나는 경우 드러나는 갯벌의 면적이 변화하므로, 원격 탐사 기반의 갯벌 연구를 수행하기 위해서 가장 중요한 변수 중 하나는 조위이다(Jo and Jo, 1999). 따라서 조석의 영향을 많이 받는 영종도 북동부 지역의 갯벌(이하 영종도 갯벌)은 조위에 따라 나타나는 면적 차이가 크게 나타나므로 조위자료를 기반으로 비교분석을 수행하였다(Ryu et al., 2000; Seo, 2004).
연구결과 각 조위별로 일정하게 감소하는 추세를 보였고 구간별 감소 추세를 통해 갯벌의 면적을 정량적으로 관측할 수 있었다. 또한 각 구간별로 대표적인 면적을 구분하여 조위에 따른 갯벌의 면적을 측정하였다. 이를 통해 영종도지역 인근 갯벌의 위치에 따른 경사도를 정성적으로 확인할 수 있었다.
면적을 산출하는 과정에서 갯벌 내부에 검은색으로 인식하는 지역은 잔존수로 예상하였기 때문에 경계면만을 기준으로 하였다. 마지막으로 조위에 따라 나타나는 갯벌 면적간의 상관성을 분석하기 위하여 국립해양조사원이 제공하는 조위 값을 기준으로 연구지역과 유사한 곳의 조위로 보정하였고, 그 결과를 기반으로 조위구간에 따라 나타나는 면적을 분석하였다(Fig. 4). 조위값은 국립해양조사원이 제공하는 과거 해양 정보의 시간별 조위 값을 이용하였으며, 영종도 인근 갯벌 지역의 조위를 알 수 있는 조위관측소는 (A)경인항, (B)영종대교, (C)인천 3곳으로 이 중 (C)인천 조위관측소(북위37˚ 27’ 07” 동경 126˚ 35’ 32”)의 자료를 이용하였다(Fig.
본 연구에서는 Fig. 2의 연구 흐름도에 따라 수행하였으며, 연구를 수행하기 위하여 USGS에서 제공하는 Landsat 7 ETM+ 영상을 기반으로 연구를 수행하였다. 위성영상자료를 이용한 관측은 현장자료나 항공사진을 이용한 방법에 비해 넓은 지역을 빠른 시간에 효과적으로 처리할 수 있으며, 주기적으로 데이터 획득이 가능하기 때문에 지속적인 관측이 가능하며 비용적인 측면에서도 경제적이라는 장점이 있어 다양한 분야에서 활용되고 있다(Song and Sin, 2000; Lee et al.
대기보정 후 각각의 영상에 대하여 지표피복 분류를 수행하였다. 본 연구에서는 갯벌과 바다를 분류를 필요로 하여, 해양과 육지의 구분이 용이하다고 판단되는 7, 5, 3번 밴드조합을 사용하여 지표피복 분류를 수행하였다(Sedlak, 2002).
본 연구에서는 영종도 북동부의 갯벌 면적을 토지피복분류로 수치화하였다. 연구결과 각 조위별로 일정하게 감소하는 추세를 보였고 구간별 감소 추세를 통해 갯벌의 면적을 정량적으로 관측할 수 있었다.
(1)에서 PSTH는 표준항조고(cm), POTH는 상대항조고(cm), PSMSL은 표준항 평균해면(m), POMSL은 상대항 평균해면(m), POTHR은 상대항조고비이다. 인천 조위 관측소의 조위를 이용하여 세어도의 예상 조위를 구하기 위해 PS를 인천 조위관측소, PO를 세어도로 설정하였다. 국립해양조사원의 기록에 의하면 인천의 평균해면은 467cm이고, 세어도의 조고비는 1.
최종적으로 보정한 자료를 기반으로 면적을 수치화하였으며, 관측 지역의 경계면을 기준으로 면적을 산출하였다. 면적을 산출하는 과정에서 갯벌 내부에 검은색으로 인식하는 지역은 잔존수로 예상하였기 때문에 경계면만을 기준으로 하였다.
대상 데이터
북동부 갯벌의 조위값을 측정하기 위한 적절한 관측소는 위치적으로 가장 가까운 (A) 경인항과 (B) 영종대교이지만 이 두 곳의 관측개시일은 각각 2012년 11월과 2009년 12월로 최근에 개설되어 과거자료가 부족하다. (C)인천 조위관측소의 경우 1959년 05월부터 관측하였으나 2000년부터의 자료를 공개하고 있어 본 연구기간을 2000년 이후로 한정하였다. 인천 조위관측소는 연구지역과 다소 떨어진 곳에 위치하고 있어서 조시차가 발생하므로 국립해양조사원이 제공하는 2014 조석표(Korea Hydrographic and Oceanographic Agency, 2014)에 의하여 인천항의 조위자료를 공식(Eq.
1에서 보는 바와 같이 상대적으로 영종도와 먼 지역에 해당하는 A구역과 영종도와 붙어 있는 B구역으로 나눌 수 있는데, 이 두 개의 구역 중 B구역은 현재 영종도 준설토 북항 투기장이 준설됨에 따라 대규모 토목공사가 진행되어 더 이상 갯벌로써의 기능과 역할을 하지 않기 때문에, 갯벌지역으로 판단하기 어려움이 있다. 따라서 본 연구에서는 B지역을 연구지역에서 제외하였으며 나머지 A구역을 대상으로 연구지역을 한정하였다.
이 때 연구 기간은 인천항의 조위 값을 제공하는 기간인 2000년 1월부터 2015년 7월까지로 매년 평균 4개 이상의 자료를 분류하고, 관측하고자 하는 갯벌 지역의 구름의 유무에 따라 자료의 사용가능 여부가 결정되기 때문에 운량(cloud cover) 지수가 10% 내외인 영상자료를 우선적으로 선별하여 수집하였다. 또한 운량 지수가 높은 자료 중에 영종도 외곽의 북동부 갯벌을 관찰할 수 있는 자료를 추가로 선정하여 최종적으로 총 58장의 위성영상을 수집하여 연구에 사용하였다.
본 연구는 영종도 외곽 북동부에 위치한 갯벌을 중심으로 이루어졌다. 그 중 Fig.
이 때 연구 기간은 인천항의 조위 값을 제공하는 기간인 2000년 1월부터 2015년 7월까지로 매년 평균 4개 이상의 자료를 분류하고, 관측하고자 하는 갯벌 지역의 구름의 유무에 따라 자료의 사용가능 여부가 결정되기 때문에 운량(cloud cover) 지수가 10% 내외인 영상자료를 우선적으로 선별하여 수집하였다. 또한 운량 지수가 높은 자료 중에 영종도 외곽의 북동부 갯벌을 관찰할 수 있는 자료를 추가로 선정하여 최종적으로 총 58장의 위성영상을 수집하여 연구에 사용하였다.
조위값은 국립해양조사원이 제공하는 과거 해양 정보의 시간별 조위 값을 이용하였으며, 영종도 인근 갯벌 지역의 조위를 알 수 있는 조위관측소는 (A)경인항, (B)영종대교, (C)인천 3곳으로 이 중 (C)인천 조위관측소(북위37˚ 27’ 07” 동경 126˚ 35’ 32”)의 자료를 이용하였다(Fig. 3).
이론/모형
연구기간의 일부에는 위성의 SLC(Scan Line Corrector) 작동이 중지되면서 일부 화소 값이 영상에 기록되지 않는 SLC-OFF 현상이 발생하였다. 따라서 이 현상을 보정하기 위하여 보간 알고리즘을 적용하였으며 수집한 영상자료는 대기보정을 실시하였다(Cho et al., 2014). 대기보정 후 각각의 영상에 대하여 지표피복 분류를 수행하였다.
성능/효과
(A)지역은 (B)지역과 비교하였을 때 면적의 차이가 미미하게 나타났지만, 이에 비해 (C)지역의 구역과는 큰 차이를 보였다. 그 후 (C)지역부터 (F)지역까지의 면적변화는 점차적으로 감소하는 것이 보였으며 마지막으로 (G)지역은 가장 적은 면적을 산출하였는데 육안으로도 뚜렷이 확인할 수 있을 정도로 감소한 면적을 보였다. 이와 같은 결과를 Fig.
반면 북동쪽 방향의 갯벌은 조위에 상관없이 거의 일정한 면적을 보여주었다. 따라서 이곳은 갯벌의 경사가 급해 해수면이 높아져도 면적의 차이에는 크게 영향을 미치지 않는 것을 알 수 있었다.
본 연구에서는 영종도 북동부의 갯벌 면적을 토지피복분류로 수치화하였다. 연구결과 각 조위별로 일정하게 감소하는 추세를 보였고 구간별 감소 추세를 통해 갯벌의 면적을 정량적으로 관측할 수 있었다. 또한 각 구간별로 대표적인 면적을 구분하여 조위에 따른 갯벌의 면적을 측정하였다.
이를 통해 영종도지역 인근 갯벌의 위치에 따른 경사도를 정성적으로 확인할 수 있었다. 연구결과 연구지역의 남서쪽지역은 조위에 따라 남아있는 면적의 차이가 큰 것을 보아 경사가 완만한 것을 알 수 있었고, 북동부 지역은 조위에 따라 남아있는 면적의 크기가 크게 영향을 받지 않는 것을 보아 경사가 급한 것을 알 수 있었다. 이와 같이 Landsat이 제공하는 영상과 적합한 알고리즘을 이용하여 조위에 따른 해당 지역의 면적을 통해 최종적으로 지형의 고도를 분석할 수 있었다.
그래프의 추이를 통해 대략적으로 조위별로 갯벌 면적이 어느 정도 감소하는지 유추할 수 있었다. 연구결과 조위 0 cm에서 300 cm까지의 평균 면적변화는 2,140 m2이었고, 300 cm에서 600 cm까지의 평균 면적변화는 2,185 m2으로 비슷하였다. 하지만 조위 500 cm에서 700 cm의 경우 3,244 m2으로 100 평균 면적 변화값이 크게 나타났다.
연구결과 연구지역의 남서쪽지역은 조위에 따라 남아있는 면적의 차이가 큰 것을 보아 경사가 완만한 것을 알 수 있었고, 북동부 지역은 조위에 따라 남아있는 면적의 크기가 크게 영향을 받지 않는 것을 보아 경사가 급한 것을 알 수 있었다. 이와 같이 Landsat이 제공하는 영상과 적합한 알고리즘을 이용하여 조위에 따른 해당 지역의 면적을 통해 최종적으로 지형의 고도를 분석할 수 있었다. 다만, 예상되는 오차로는 갯벌의 면적을 수치화하는 과정에서 경계면이 뚜렷이 탐지 되지 않았을 가능성이 있다.
후속연구
또한 갯벌 보존을 위해 조위에 따른 면적 변화를 지속적으로 관찰할 필요성이 있다. 또한, 갯벌의 경사도 혹은 조위에 등과 같은 면적변화 추세에 영향을 미치는 다양한 요인을 고려하여 면적변화와의 상관성을 분석하는 연구가 수행되는 것이 필요할 것으로 판단된다. 이러한 연구결과를 통해 원인분석을 연구한다면 향후 영종지역의 면적변화에 대한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
또한, 갯벌의 경사도 혹은 조위에 등과 같은 면적변화 추세에 영향을 미치는 다양한 요인을 고려하여 면적변화와의 상관성을 분석하는 연구가 수행되는 것이 필요할 것으로 판단된다. 이러한 연구결과를 통해 원인분석을 연구한다면 향후 영종지역의 면적변화에 대한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
따라서 이로 인해 발생하는 오차를 줄이기 위하여 바다로 인식하는 갯벌 내부 지역은 갯벌의 면적으로 계산하지 않았다. 이를 위하여 갯벌을 분류하는데 많이 사용되고 있는 4번 밴드와의 정밀성, 정확도 측면에서의 연구가 수행되어야 할 것으로 판단된다. 이 논문의 연구기간은 2000년부터 2015년까지이므로 인천국제공항이 건설된 시점과 거의 동일하다.
인공구조물이 건설되기 전 시점의 갯벌을 연구하여 갯벌의 면적 변화에 미치는 환경적인 영향을 추가적으로 연구할 필요성이 있다. 이번 연구를 통해 차후 영종도 갯벌의 보존에 대한 연구가 진행되기에 앞서 동일한 조위 조건에서 면적의 범위에 대한 지표가 될 것이다. 또한 갯벌 보존을 위해 조위에 따른 면적 변화를 지속적으로 관찰할 필요성이 있다.
이 논문의 연구기간은 2000년부터 2015년까지이므로 인천국제공항이 건설된 시점과 거의 동일하다. 인공구조물이 건설되기 전 시점의 갯벌을 연구하여 갯벌의 면적 변화에 미치는 환경적인 영향을 추가적으로 연구할 필요성이 있다. 이번 연구를 통해 차후 영종도 갯벌의 보존에 대한 연구가 진행되기에 앞서 동일한 조위 조건에서 면적의 범위에 대한 지표가 될 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
강화도의 남부지역 중 영종도에 조위차가 크게 나타나는 경우 어떤 결과가 발생하는가?
영종도 지역의 조석은 전형적인 반일주조로 한 달 동안 조위차가 최대 9m에 이른다. 이와 같이 조위차가 크게 나타나는 경우 드러나는 갯벌의 면적이 변화하므로, 원격 탐사 기반의 갯벌 연구를 수행하기 위해서 가장 중요한 변수 중 하나는 조위이다(Jo and Jo, 1999). 따라서 조석의 영향을 많이 받는 영종도 북동부 지역의 갯벌(이하 영종도 갯벌)은 조위에 따라 나타나는 면적 차이가 크게 나타나 므로 조위자료를 기반으로 비교분석을 수행하였다(Ryu et al.
영종도의 특징은 무엇인가?
8 km 떨어져 있다. 영종도 주변에는 조수 차에 따라 드러나는 갯벌이 존재하며, 이곳은 지속적으로 감소하고 있는 겨울철새의 중요한 도래지라는 점에서 환경적 가치가 높은 곳이기도 하다. 그러나 최근 인천국제공항의 건설과 간척사업과 같은 인위적인 자연개발로 인해 갯벌 보존에 대한 우려가 증가하고 있다.
서해안 갯벌의 역할은 무엇인가?
서해안 갯벌은 동해안에 비해 수심이 얕아 갯벌이 많이 존재하는 곳으로 전 세계적으로 5대 갯벌에 속한다. 서해안 갯벌은 철새들의 서식지로 중요한 역할을 하는 곳으로 이에 대한 보호가 필요한 곳이다. 본 연구지역과 인접한 곳에 위치한 강화도 남부갯벌은 347.
참고문헌 (16)
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