본 연구에서는 함평만에서 만조 시 갯골 해수 변화량 파악을 위해 드론과 영상처리 소프트웨어를 이용하여 시간대별 갯벌 DEM을 구축하였다. 그리고 접근이 곤란한 갯벌에서 기준점 측량 대신 과거 구축한 기준 DEM으로 DEM 매칭방법을 적용하여 제작 DEM을 보정하였다. 보정된 시간대별 DEM으로부터 정사 영상을 제작한 후, 토지피복 분류영상을 제작하였다. 시간대별 토지피복분류영상과 DEM을 이용하여 만조 시간대에 따른 해수 변화량을 파악하였다. 그 결과 만조시간이 지날수록 물의 양은 급속히 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
본 연구에서는 함평만에서 만조 시 갯골 해수 변화량 파악을 위해 드론과 영상처리 소프트웨어를 이용하여 시간대별 갯벌 DEM을 구축하였다. 그리고 접근이 곤란한 갯벌에서 기준점 측량 대신 과거 구축한 기준 DEM으로 DEM 매칭방법을 적용하여 제작 DEM을 보정하였다. 보정된 시간대별 DEM으로부터 정사 영상을 제작한 후, 토지피복 분류영상을 제작하였다. 시간대별 토지피복분류영상과 DEM을 이용하여 만조 시간대에 따른 해수 변화량을 파악하였다. 그 결과 만조시간이 지날수록 물의 양은 급속히 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
In this study, digital elevation models(DEM) of tidal flat, according to different times, was produced by means of the Drone and commercial software in order to measure seawater change during high tide at water-channel in the Hampyung Bay. To correct the produced DEMs of the tidal flat where is inac...
In this study, digital elevation models(DEM) of tidal flat, according to different times, was produced by means of the Drone and commercial software in order to measure seawater change during high tide at water-channel in the Hampyung Bay. To correct the produced DEMs of the tidal flat where is inaccessible to collect control points, the DEM matching method was applied by using the reference DEM, that is previously obtained, instead of the survey. After the ortho-image was made from the corrected DEM, the land cover classified image was produced. The changes of seawater amount according to the times were analyzed by using the classified images and DEMs. As a result, it was confirmed that the amount of water rapidly increased as the time passed during high tide.
In this study, digital elevation models(DEM) of tidal flat, according to different times, was produced by means of the Drone and commercial software in order to measure seawater change during high tide at water-channel in the Hampyung Bay. To correct the produced DEMs of the tidal flat where is inaccessible to collect control points, the DEM matching method was applied by using the reference DEM, that is previously obtained, instead of the survey. After the ortho-image was made from the corrected DEM, the land cover classified image was produced. The changes of seawater amount according to the times were analyzed by using the classified images and DEMs. As a result, it was confirmed that the amount of water rapidly increased as the time passed during high tide.
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문제 정의
본 연구는 갯벌 안전사고 대비와 정보수집을 위해 갯골에서 만조시 시간변화에 따른 해수 변화량 파악을 시도하였다. 이를 위해, 드론을 이용하여 함평만 갯벌에서 cm 급 해상도의 시간대별 DEM을 구축하였다.
제안 방법
따라서 본 연구는 앞에서도 언급한바와 같이 기존에 확보한 DEM을 이용하여 제작 DEM을 변환하였다. DEM 변환을 위한 매칭은 우선 첫 번째 DEM을 LiDAR DEM과 매칭하고, 나머지 시기 DEM들은 변환된 첫 번째 DEM을 기준으로 수행하였다. Fig.
이를 위해, 드론을 이용하여 함평만 갯벌에서 cm 급 해상도의 시간대별 DEM을 구축하였다. 그리고 과거 구축한 기준 DEM으로부터 제작 DEM을 보정하였으며, 보정된 DEM으로부터 정사영상을 제작한 후, 토지피복 분류영상을 제작하였다. 시간대별 토지피복 분류영상과 DEM을 이용하여 만조시 해수의 변화량을 파악할 수 있었다.
절대좌표계로 보정된 DEM을 이용하여 정사투영영상을 제작하고, 이로부터 최대우도분류를 통해 토지피복분류도를 제작하였다. 그리고 보정된 시간대별 DEM을 이용하여 수심의 변화를 파악하고 토지피복도에서 동일 지점의 다각형을 설정한 후, 해수부분의 면적을 계 산하여 갯골로 들어오는 해수량을 정량적으로 파악하였다.
따라서 RT 매칭을 적용하기 전에 우선 두 DEM에서 평면위치가 같은 지점을 찾고(그리드 간격 범위 내), 그 지점의 높이차(d1 … d8)를 구하였다.
그러나 펄이 많은 남서해안 갯벌은 측량장비를 가지고 접근하기가 매우 힘들기 때문에 기준점 측량은 거의 불가능하다. 따라서 본 연구는 앞에서도 언급한바와 같이 기존에 확보한 DEM을 이용하여 제작 DEM을 변환하였다. DEM 변환을 위한 매칭은 우선 첫 번째 DEM을 LiDAR DEM과 매칭하고, 나머지 시기 DEM들은 변환된 첫 번째 DEM을 기준으로 수행하였다.
본 연구에서는 만조시 갯골 해수 변화량 파악을 위해 드론을 이용하여 시간대별 함평만 갯벌 DEM을 구축하고, 기준점 측량 대신 과거 구축한 기준 DEM으로 DEM 매칭 방법을 적용하여 제작 DEM을 절대좌표로 보정하였다. 보정된 시간대별 DEM으로부터 정사영상을 제작한 후, 토지피복 분류영상을 제작하였다. 시간대별 토지피복 분류영상과 DEM을 이용하여 동일 지점의 다각형을 설정한 후, 만조시간대에 따른 해수 변화량을 파악하였다.
또한 드론영상으로부터 생성된 DEM은 상대표정으로 제작된 모델이므로 이를 절대좌표 체계로의 변환과정이 필요하다. 본 연구에서는 과거 확보한 LiDAR DEM을 기준으로 드론에 의한 시간대별 DEM을 변환하였다. 변환방법은 Rosenholm and Torgue (1988)가 제안한 방법(이하 R&T 매칭)을 이용하였다.
그리고 남서해안 갯벌은 펄 함량이 다른 지역에 비해 많기 때문에 측량장비를 가지고 접근하기가 매우 힘들고 기준점 측량 또한 거의 불가능하다. 본 연구에서는 만조시 갯골 해수 변화량 파악을 위해 드론을 이용하여 시간대별 함평만 갯벌 DEM을 구축하고, 기준점 측량 대신 과거 구축한 기준 DEM으로 DEM 매칭 방법을 적용하여 제작 DEM을 절대좌표로 보정하였다. 보정된 시간대별 DEM으로부터 정사영상을 제작한 후, 토지피복 분류영상을 제작하였다.
보정된 시간대별 DEM으로부터 정사영상을 제작한 후, 토지피복 분류영상을 제작하였다. 시간대별 토지피복 분류영상과 DEM을 이용하여 동일 지점의 다각형을 설정한 후, 만조시간대에 따른 해수 변화량을 파악하였다.
이 결과를 토대로, 정사영상을 제작하고, 토지피복분류 영상을 제작한 후, 시간변화에 따른 해수변화량을 조사하였다. Fig.
본 연구는 갯벌 안전사고 대비와 정보수집을 위해 갯골에서 만조시 시간변화에 따른 해수 변화량 파악을 시도하였다. 이를 위해, 드론을 이용하여 함평만 갯벌에서 cm 급 해상도의 시간대별 DEM을 구축하였다. 그리고 과거 구축한 기준 DEM으로부터 제작 DEM을 보정하였으며, 보정된 DEM으로부터 정사영상을 제작한 후, 토지피복 분류영상을 제작하였다.
절대좌표계로 보정된 DEM을 이용하여 정사투영영상을 제작하고, 이로부터 최대우도분류를 통해 토지피복분류도를 제작하였다. 그리고 보정된 시간대별 DEM을 이용하여 수심의 변화를 파악하고 토지피복도에서 동일 지점의 다각형을 설정한 후, 해수부분의 면적을 계 산하여 갯골로 들어오는 해수량을 정량적으로 파악하였다.
촬영은 2016년 8월 12일 간조로부터 만조가 시작되는 오후 2시부터 오후 6시까지 총 5회에 걸쳐서 중복 촬영하였으며 Photoscan S/W를 이용하여 해상도 10cm DEM을 제작하였다.
7, 8). 해수 변화량은 분류영상 박스내의 파란색 물 면적, 박스와 교차하는 물 영역의 경계높이 변화를 이용하여 구하였다(Fig. 7, 8).
대상 데이터
대상지역은 Fig. 2에서 보는 바와 같이 서·남해 지역에서 사각형으로 표시한 함평만 갯벌 지역이며, DJI Phantom 4(Fig. 3) 드론을 사용하여 촬영하였다.
이론/모형
변환방법은 Rosenholm and Torgue (1988)가 제안한 방법(이하 R&T 매칭)을 이용하였다.
성능/효과
(2003)은 Landsat-5 위성영상을 이용하여 갯벌의 경계선을 추출하였으며, 조위 자료를 고도값으로 사용하여 갯벌의 DEM을 제작하였다. 그 결과, 갯벌의 면적을 산출하는 것이 가능하였으며 시계열 분석을 통한 갯벌의 면적 감소를 탐지하였다. Di et al.
7에서 가운데 그림은 ERDAS S/W를 이용하여 첫 번째 시기 정사영상 분류를 위한 트레이닝 단계의 샘플지역을 나타낸 것이며, 분류는 물을 포함한 콘크리트, 식생, 나대지와 갯벌로 샘플링을 한 후, 최대우도법으로 수행하였다. 그 결과, 시간이 지날수록 물의 양은 급속히 증가하는 것을 시각적으로 확인할 수 있다 (Fig. 7, 8). 해수 변화량은 분류영상 박스내의 파란색 물 면적, 박스와 교차하는 물 영역의 경계높이 변화를 이용하여 구하였다(Fig.
6 마지막 부분에서 표시한바와 같이 영상매칭 과정에서 과대오차 발생지역이 포함되어 있기 때문에 최대 차는 이보다 크게 발생하였다. 그리고 세 번째, 다섯 번째 DEM의 경우 E 좌표가 증가할수록 첫 번째 DEM과 형태가 다르게 제작된 것을 볼 수 있다. 이 원인은 드론으로 연속해서 촬영할 때 각각의 영상에 적용되는 초기 외부표정요소의 부정확성과 이로부터 블록조정을 수 행할 때 누적되는 오차전파에 의한 결과인 것으로 판단된다.
여기서, 첫 번째 촬영시기를 기준으로 1시간 30분 후의 변화량(첫 번째 시기 대비 두 번째 시기에 늘어난 물의 양)은 5,538m3, 2시간 10분 후 14,788m3, 2시간 50분 후 24,795m3, 3시간 30분 후 41,080m3으로 늘어났다. 그리고 시간대 간격별로는 처음 1시간 30분 후의 변화량은 5,538m3, 두 번째 40분 후의 변화량은 9,250m3, 세 번째 40분 후의 변화량은 10,007m3, 마지막 40분 후의 변화 량은 16,285m3으로 물의 증가량이 가파른 상승그래프를 보이면서, 만조 최고점에 가까울수록 물이 급격히 차오르는 것을 확인할 수 있다.
그리고 과거 구축한 기준 DEM으로부터 제작 DEM을 보정하였으며, 보정된 DEM으로부터 정사영상을 제작한 후, 토지피복 분류영상을 제작하였다. 시간대별 토지피복 분류영상과 DEM을 이용하여 만조시 해수의 변화량을 파악할 수 있었다. 물론 이 결과들은 전체적으로 DEM의 과대오차와 왜곡을 포함하고 있기 때문에 정확한 결과라고 할 수 없으나 허용 오차범위 내에서 기준점 측량이 곤란한 갯벌지역 변화 모니터링에는 DEM매칭 방법이 활용 가능할 것으로 판단된다
후속연구
시간대별 토지피복 분류영상과 DEM을 이용하여 만조시 해수의 변화량을 파악할 수 있었다. 물론 이 결과들은 전체적으로 DEM의 과대오차와 왜곡을 포함하고 있기 때문에 정확한 결과라고 할 수 없으나 허용 오차범위 내에서 기준점 측량이 곤란한 갯벌지역 변화 모니터링에는 DEM매칭 방법이 활용 가능할 것으로 판단된다
(2003)은 IKONOS 스테레오 고해상도 위성영상을 이용하여 해안선의 공간적 정보를 추출하였다. 이 결과로 향후 해안선 매핑에 있어서 고해상도 위성영상이 항공사진을 대체할 수 있을 것이라고 전망하였다. Lee and Lee(2005)은 다중시기 Landsat TM 영상을 이용하여 새만금 간석 지의 시·공간적 변화를 분석하기 위해, 다중시기 토지 피복도를 제작하였다.
따라서 지자체나 관련기관에서는 갯벌 안전사고를 대비해 갯벌에 대한 정보를 보다 세밀히 구축하고, 관리할 수 있는 방안을 모 색할 필요가 있다. 이를 위해, 단기적으로는 만조시 갯골의 해수 변화량과 변화속도 파악, 정보수집, 장기적으로는 갯벌의 공간적 환경적 모니터링이 지속적으로 이루어져야 할 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
과거 갯벌에 대한 인식은 어떠했는가?
갯벌은 과거 인류문명의 발달과 함께 경제적 가치가 적은 불길하고 금지된 곳으로 인식되어, 개척과 간척의 주요대상으로 다루어져 왔었다. 그러나 최근 들어 습지는 보존필요성이 높은 중요한 자연자원으로 인식되기에 이르렀다.
갯벌해수 변화량을 파악하기 위해 우선적으로 해야하는 것은 무엇인가?
갯벌해수 변화량 파악을 위해선 우선적으로 드론영상으로부터 시간대별 DEM과 정사영상을 제작하여야 한다. 물론 과거 확보한 기준 DEM 만으로 시간대별 정사영상을 제작하고, 이로부터 해수 변화량 파악을 시도 할 수 있으나 만조시간에 따라 물의 흐름이 변하기 때문에 DEM 형태 또한 다르게 나타난다.
갯벌에서의 사고를 예방하기 위해 지자체나 관련기관에서는 어떤 방안을 모색해야하는가?
이에 대한 안전사고 예방은 접근금지 이외에 구체적인 방안을 내세울 만한 게 없는 실정이다. 따라서 지자체나 관련기관에서는 갯벌 안전사고를 대비해 갯벌에 대한 정보를 보다 세밀히 구축하고, 관리할 수 있는 방안을 모 색할 필요가 있다. 이를 위해, 단기적으로는 만조시 갯골의 해수 변화량과 변화속도 파악, 정보수집, 장기적으로는 갯벌의 공간적 환경적 모니터링이 지속적으로 이루어져야 할 것이다.
참고문헌 (10)
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Park, S.W. and J.C. Jeong, 2003. Extraction of DEM in the southern tidal flat of Kanghwa island using satellite image, The Journal of Geographic Information System Association of Korea, 11(1): 13-22(in Korean with English abstract).
Rosenholm, D. and K. Torlegard, 1988. Threedimensional absolute orientation of stereo models using digital elevation models, Photogrammetric Engineering & Remote Sensing, 54(10): 1385-1389.
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