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드론을 활용한 하천 원격탐사의 현황과 전망 원문보기

물과 미래 : 한국수자원학회지 = Water for future, v.49 no.6, 2016년, pp.37 - 45  

김동수 (단국대학교) ,  이동섭 (한국건설기술연구원) ,  김영도 (인제대학교) ,  강부식 (단국대학교)

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문제 정의

  • 따라서, 여전히 하천 조사의 대부분이 노동집약적인 직접 조사에 의존하는 실정에서 드론 및 탑재 가능한 다양한 소형 센서의 등장은 하천 조사를 효율적으로 실시하고, 고해상도 시공간자료를 저비용으로 확보할 수 있게 되어 하천 원격탐사에 새로운 전기를 마련할 수 있는 잠재력을 보여주고 있다. 따라서, 본고에서는 드론을 활용한 하천 원격탐사에 대한 최근 기술동향을 분석하여 현재 가능한 기술과 향후 전망을 제시하고자 한다. 특히, 본고에서는 많은 응용사례 중 현재 국내에서도 현안이 되고 있는 하천에서의 녹조 탐지, 수심측량, 홍수 모니터링, 하상재료 조사의 사례를 중심으로 드론의 하천 원격탐사로의 활용 현황 및 전망을 제시하고자 한다.
  • 드론을 활용한 하천 원격탐사 현황을 조사해본 결과 상당한 기술적 진전이 최근 몇 년 사이에 달성되고 있고 향후 비약적으로 발전할 것은 의심의 여지가 없다. 본고는 그 중 일부 국내에서도 중요하게 다루어지고 있는 적용사례에 대해 개괄적으로 제시하였다. 향후 드론을 통해 전례없은 규모로 획득 가능한 하천 관측 자료들은 다차원적인 하천 거동에 대한 이해를 높이고 하천 운영 및 관리에 매우 유용하게 활용될 것으로 기대된다.
  • 따라서, 단일 파장대 (일반적으로 Green)을 사용하더라도 FWP(Full waveform processing) 등 신호처리 방식을 획기적으로 개선하여 수면과 바닥이 구분 가능하도록 하고 있다. 즉, 기존 방식의 수심 LiDAR를 활용하더라도 신호처리 알고리즘 개선을 통해 관측정확도를 제고하고자 한 것이다.
  • 따라서, 본고에서는 드론을 활용한 하천 원격탐사에 대한 최근 기술동향을 분석하여 현재 가능한 기술과 향후 전망을 제시하고자 한다. 특히, 본고에서는 많은 응용사례 중 현재 국내에서도 현안이 되고 있는 하천에서의 녹조 탐지, 수심측량, 홍수 모니터링, 하상재료 조사의 사례를 중심으로 드론의 하천 원격탐사로의 활용 현황 및 전망을 제시하고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
SHOALS의 문제점은? 따라서, 초기 수심 LiDAR은 상대적으로 공간적인 규모가 작고 하상 변화가 심하고 수심이 수 m 이내로 얕은 하천하상조사에는 부적합하였다. SHOALS이 수심이 얕은 지역에 적용될 경우, 바닥과 수면에 각각 반사되는 신호가 결합하여 구분이 어려워지는 문제가 있거나, 너무 얕은 수심일 경우 반사파가 산란되어 해석에 문제가 있어 왔다(Allouis 등, 2010).
영상분석을 통한 입경분석 기법의 단점은? 영상분석을 통한 입경분석 기법은 지상조사에 비해 매우 효율적이고 넓은 공간 범위의 자료를 확보할 수 있는 장점이 있다. 그러나, 영상의 픽셀 크기보다 작은 입경의 하상토 분석이 불가능하고 일부 노출된 하상토에 기반한 분석이므로 왜곡이 발생할 수 있고, 수중에 있는 하상토의 경우 분석이 매우 어려운 단점이 있다. 또한, 하도 내 식생이 존재하는 경우 분석이 어렵다.
무인 항공기가 위성 또는 유인항공기를 이용한 원격탐사의 대체제로 각광받는 이유는? 무인 항공기(드론)은 위성 및 유인항공기에 비해 상대적으로 낮은 운영 고도에서 고해상도의 자료를 짧은 주기로 취득할 수 있는 장점이 있어 종래의 위성 또는 유인항공기를 이용한 원격탐사의 대체제로 각광을 받고 있다 (그림 1). 드론은 방사능 누출과 같은 재난 상황에서 유인 항공기로 접근할 수 없는 위험한 환경에서 운용이 가능하고, 현장 운용이 상대적으로 용이하여 최소한 훈련으로 쉽게 현장에 적용할 수 있다.
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참고문헌 (16)

  1. Allouis, T., Bailly, J.S., Pastol, Y., Le Roux, C. (2010), "Comparison of LiDAR waveform processing methods for very shallow water bathymetry using Raman, nearinfrared and green signals", Earth Surf. Process. Landf. , 35, 640-50. 

  2. Dierssen, H.M., Chlus, A., Russell, B. (2015), "Hyperspectral discrimination of floating mats of seagrass wrack and the macroalgae Sargassum in coastal waters of Greater Florida Bay using airborne remote sensing", remote Sensing of Environment, 167, 247-58. 

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  3. Frater, T., Juzsakova, T., Lauer, J., Diossy, L., Redey, A. (2015), "Unmanned Aerial Vehicles in Environmental Monitoring-An Efficient Way for Remote Sensing", Journal of Environmental Science and Engineering A, 4, 85-91. 

  4. Graham, D.J., Rice, S.P., and Reid, I. (2005), "A transferable method for the automated grain sizing of river gravels", Water Resources Research 41: W07020. doi: 10.1029/2004. 

  5. Hestir, E.L., Brando, V.E., Bresciani, M., Giardino, C., Matta, E. (2015), "Measuring freshwater aquatic ecosystems: The need for a hyperspectral global mapping satellite mission", remote Sensing of Environment, 167, 181-95. 

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  6. Irish, J.L, McClung, J.K., Lillycrop, W.J., Chust, G., Grande, M., Galparsoro, I., Uriarte, A., Borja, A., Tuell, G., Barbor, K.; (2010), "Airborne lidar bathymetry: The SHOALS system", Bull. Navig. Assoc., 7695, 43-54. 

  7. Leonahard, B.G. (2013), "Monitoring the Eutrophication of Lakes and Harmful Algal Blooms using Satellite data". Master in Emergency Early Warning and Response Space Applications. 

  8. Lucieer, A., Malenovsky, Z., Veness, T., Wallace, L. (2014), "HyperUAS-Imaging Spectroscopy from a Multirotor Unmanned Aircraft System", Journal of Field Robotics, 31(4), 571-90. 

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  9. Marcus, W.A., Fonstad, M.A. (2008), "Optical remote mapping of rivers at sub-meter resolutions and watershed extents", Earth Surface Processes and Landforms, 33, 4-24. 

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  10. Marcus, W.A. (2012), Gravel Bed River Chap.21 Remote Sensing of the Hydraulic Environment in Gravel-bed Rivers (Wiley-Blackwell) 580. 

  11. Mckean, J., Isaak, D., Wright, W. (2009), "Improving Stream Studies With a Small- Footprint Green Lidar", Earth & Space Science News, 90 (39), 341-42. 

  12. McLean, J., (2015), "Bathymetric Mapping From a Small UAV Compact, Lightweight Lidar System", Sea Technology, 56 (8), 23-26. 

  13. Merwade, V.M. (2007), "An Automated GIS Procedure for Delineating River and Lake Boundaries", Transactions in GIS, 11 (2). 

    상세보기

  14. Merwe, D.V., Price, K.P. (2015), "Harmful Algal Bloom Characterization at Ultra-High Spatial and Temporal Resolution Using Small Unmanned Aircraft Systems", Toxins - Open Access Toxinology Journal, 7 (4), 1065-78. 

  15. Su, T., Chou, H. (2015), "Application of Multispectral Sensors Carried on Unmanned Aerial Vehicle (UAV) to Trophic State Mapping of Small Reservoirs: A Case Study of Tain-Pu Reservoir in Kinmen, Taiwan", remote Sensing, 10078-97. 

  16. VeloDyne (2015), HDL-32L High Definition LiDAR Sensor - User's manual and programming guide. 

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