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문제 정의
- 본 연구는 저비용으로 효율적인 공간적 분포 해석이 가능한 무인항공기를 이용한 녹조탐지 기법을 적용하고자 하였다. 녹조현상이 빈번하게 발생하는 낙동강 중류 도동 나루터에서 무인항공영상 촬영을 실시하였으며, Jang et al.
제안 방법
- 각각의 영상은 무인항공기에 탑재된 IMU, GPS로부터 자동으로 기록된 Flight log(Latitude, Longitude, Altitude, Accuracy Horz(m), Accuracy Vert(m) et al.)를 이용하여 지오태깅과 기하보정을 실시하였으며, 보정된 영상을 정합하여 한 장의 정사영상으로 제작하였다.
- 이 제시한 녹조현상 탐지 지수를 적용하여 분석하였다. 또한 식물성 플랑크톤 현존량과 지수 값 간의 상관성 분석을 통하여 녹조현상 탐지 지수식을 검증하였으며, 조류예보제를 통해 녹조현상의 공간적 분포를 추정하였다. 그 결과 녹조현상 탐지 지수식의 결과 값과 18개 정점의 식물성 플랑크톤 현존량간의 상관관계가 R=0.
- 연구지역 내의 시료 채취는 무인항공 영상의 촬영 날짜와 같은 시간인 2015년 7월 29일에 실시하였다. 본 연구에서는 녹조 탐지 지수식의 탐지 결과 검증을 위하여 시각적으로 녹조현상이 발생한 지점과 상대적으로 양호한 지점을 분류, 총 18개의 정점에서 각각 1,000 mL씩 채수하여 정량분석을 수행하였다(그림 1).
- 녹조현상의 발생을 쉽게 판별할 수 있는 클로로필-a의 농도와 독성물질을 함유하고 있는 남조류의 세포 수를 기준으로 조류주의보, 조류경보, 조류 대발생으로 구분한다(표 2). 본 연구에서는 취득된 영상에서 녹조현상의 공간적 분포를 파악하기 위하여 조류 예보 발령 기준을 탐지지수에 적용하였다.
- 녹조현상이 빈번하게 발생하는 낙동강 중류 도동 나루터에서 무인항공영상 촬영을 실시하였으며, Jang et al. 이 제시한 녹조현상 탐지 지수를 적용하여 분석하였다. 또한 식물성 플랑크톤 현존량과 지수 값 간의 상관성 분석을 통하여 녹조현상 탐지 지수식을 검증하였으며, 조류예보제를 통해 녹조현상의 공간적 분포를 추정하였다.
- 일반적으로 항공사진의 중복도는 종중복도 60%, 횡중복도 30% 으로 하지만 최근 영상의 정밀성이 높아지면서 중복도를 증가시켜 촬영한다. 이에 본 논문에서는 종중복도 70%, 횡중복도 75%로 설정하였다.
- 이에 본 연구에서는 기존의 방법에 비해 적은 비용이 들며 실시간으로 넓은 지역의 모니터링이 가능한 무인항공기를 이용하여 녹조 탐지 기법을 적용하였다.
- 조류 예보 발령 기준을 녹조현상 탐지 지수에 적용하여 조사 수역 내 녹조현상의 공간적 분포를 파악하였다. 2015년 7월 19일의 경우 주의보(5,000 cells/mL 이하)의 면적은 0.
- 하지만 수면의 경우 그 특징점의 구분에 한계가 있으므로 하천의 양안을 포함하여 촬영되도록 경로를 설정하였다.
대상 데이터
- 2015년 7월 29일과 8월 18일에 각 센서 당 55장의 영상을 취득하였다. 각각의 영상은 무인항공기에 탑재된 IMU, GPS로부터 자동으로 기록된 Flight log(Latitude, Longitude, Altitude, Accuracy Horz(m), Accuracy Vert(m) et al.
- 2015년 7월 29일과 8월 18일에 취득한 영상을 정합하여 한 장의 정사영상을 제작하였다(그림 3). 2015년 7월 29일의 촬영면적은 0.
- eBee는 무게가 가볍워 장시간 비행을 위해 두 개의 센서를 동시에 탑재할 수 없다. 따라서 모니터링 시 S110 RGB와 NIR을 각각 탑재하여 항공 영상을 취득하였다.
- 본 연구에서는 낙동강 중류에 위치하여 녹조현상이 빈번하게 발생하는 대구광역시 달성군 구지면 도동리 일대를 연구지역으로 선정하였으며(그림 1), 녹조현상이 지속적으로 발생하던 2015년 7월 29일과 8월 18일 두 차례 자료를 취득하였다.
- 본 연구의 대상 하천인 낙동강은 면적은 23,817 ㎢이며 길이 521.5 ㎞로 국토 면적의 24%를 차지하는 대규모 하천이다[12]. 낙동강 유역에는 대구광역시, 부산광역시 등 대도시들이 위치하고 있으며 해당 지역에 상수원의 기능을 하고 있다.
- 연구지역 내의 시료 채취는 무인항공 영상의 촬영 날짜와 같은 시간인 2015년 7월 29일에 실시하였다. 본 연구에서는 녹조 탐지 지수식의 탐지 결과 검증을 위하여 시각적으로 녹조현상이 발생한 지점과 상대적으로 양호한 지점을 분류, 총 18개의 정점에서 각각 1,000 mL씩 채수하여 정량분석을 수행하였다(그림 1).
- 환경부에서는 1998년부터 상수원의 안정성 확보를 위해 상수원으로 사용되는 호수 및 하천에 대해 조류예보제를 운영하고 있다[14]. 측정기간은 조류 발생시기인 매년 4월부터 11월에 측정하며 측정항목은 수온, pH, DO, 클로로필-a, 남조류 세포수이다. 녹조현상의 발생을 쉽게 판별할 수 있는 클로로필-a의 농도와 독성물질을 함유하고 있는 남조류의 세포 수를 기준으로 조류주의보, 조류경보, 조류 대발생으로 구분한다(표 2).
이론/모형
- 촬영된 영상에서 녹조현상을 탐지하기 위해 Jang et al.이 개발한 녹조 탐지 지수식(Algal Bloom Index)을 적용하였으며 녹조 탐지 지수식은 식 (1)과 같다[13].
성능/효과
- 또한 식물성 플랑크톤 현존량과 지수 값 간의 상관성 분석을 통하여 녹조현상 탐지 지수식을 검증하였으며, 조류예보제를 통해 녹조현상의 공간적 분포를 추정하였다. 그 결과 녹조현상 탐지 지수식의 결과 값과 18개 정점의 식물성 플랑크톤 현존량간의 상관관계가 R=0.8489로 강한 양의 상관관계를 나타냈다. 이를 토대로 조류예보제를 기준으로 전체 조사 수역에 대한 녹조현상의 공간적 분포를 분석한 결과 0.
- 녹조현상 탐지 지수와 식물성 플랑크톤 현존량간의 상관성 분석 결과 상관계수(R)가 0.8489로 강한 양(+)의 상관관계를 가지는 것으로 나타났다.
- 8489로 강한 양(+)의 상관관계를 가지는 것으로 나타났다. 따라서 지수 값의 수치가 높을수록 녹조현상의 발생 강도가 강한 것으로 판단할 수 있다.
- 식물플랑크톤에 대한 정량 분석 결과 현존량이 총 9,639,001 cells/mL 이었으며, 이 가운데 남조류가 9,637,026 cells/mL(99.9%)로 대부분을 차지하였다. 채수 정점별 현존량을 비교하면 23,230 ∼ 2,273,800 cells/mL로 정점 10에서 가장 많이 출현하였으며, 정점 15에서 가장 적게 출현하였다(표 3).
- 이를 토대로 조류예보제를 기준으로 전체 조사 수역에 대한 녹조현상의 공간적 분포를 분석한 결과 0.22 ㎢ ∼ 0.26 ㎢의 면적에서 조류예보제 발령 기준의 경보(5,000 ∼ 1,000,000 cell/mL) 수준에 해당하는 강도를 보이는 것을 알 수 있었다.
후속연구
- 26 ㎢의 면적에서 조류예보제 발령 기준의 경보(5,000 ∼ 1,000,000 cell/mL) 수준에 해당하는 강도를 보이는 것을 알 수 있었다. 이와 같은 결과는 본 연구에서 제시한 무인항공기를 이용한 녹조현상의 모니터링 기법이 하천 환경 관리에 충분히 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
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