[논문]다목적실용위성 영상자료 활용 현황

이광재; 김윤수; 채태병

doi:10.7780/kjrs.2018.34.6.3.1

다목적실용위성 영상자료 활용 현황
KOMPSAT Imagery Application Status 원문보기

대한원격탐사학회지 = Korean journal of remote sensing, v.34 no.6 pt.3, 2018년, pp.1311 - 1317

이광재 (한국항공우주연구원 위성활용실) , 김윤수 (한국항공우주연구원 위성활용실) , 채태병 (한국항공우주연구원 위성활용실)

초록
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위성개발의 궁극적인 목적은 위성으로부터 획득되는 정보의 활용에 있다. 따라서 국가 차원의 위성개발 프로그램은 하드웨어 개발뿐만 아니라 정보 활용을 위한 인프라 구축 및 활용기술 개발도 포함하여야 한다. 지금까지 우리나라는 다양한 위성을 개발하여 기상 및 해양 감시를 비롯하여 각종 재해재난 등에 있어 매우 유용하게 활용해 왔다. 특히 다목적실용위성 영상은 높은 공간해상도를 바탕으로 농업, 산림분야를 비롯하여 해양 분야까지 폭 넓게 활용되어 왔으며, 최근에는 정밀 지도제작 및 변화탐지 등과 관련된 연구에 많이 이용되고 있다. 본 특별호는 최근 다목적실용위성 광학 및 레이더 영상을 활용하여 수행된 다양한 연구사례에 대해서 소개함과 동시에 관련 위성영상 활용기술을 공공부문으로 전파시키는데 목적이 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

The ultimate goal of satellite development is to use information obtained from satellites. Therefore, national-levelsatellite development program should include not only hardware development, but also infrastructure establishment and application technology development for information utilization. Until now, Korea has developed various satellites and has been very useful in weather and maritime surveillance as well as various disasters. In particular, KOMPSAT (Korea Multi-purpose Satellite) images have been used extensively in agriculture, forestry and marine fields based on high spatial resolution, and has been widely used in research related to precision mapping and change detection. This special issue aims to introduce a variety of recent studies conducted using KOMPSAT optical and SAR (Synthetic Aperture Radar) images and to disseminate related satellite image application technologies to the public sector.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

최소한 지구관측위성사업은 단순히 하드웨어 개발 관점에서만 접근하면 안 되고 정보의 활용이라는 소프트웨어적인 관점이 반드시 함께 포함되어야 한다. DigitalGlobe, AIRBUS, PLANET 등과 같은 민간산업체는 위성개발 차체에 의미를 두기 보다는 위성영상을 상업적으로 판매하여 수익을 창출하는데 목적이 있다. 특히 (초)소형위성의 경우 산업급(industrial) 의 상용부품을 이용하여 저비용(수억원 내외)으로 위성 군(constellation)을 형성함으로써 기존 중·대형위성이 가지지 못하는 빠른 촬영주기를 바탕으로 시장에서 각광받고 있다.
또한 제1차 위성정보 활용 종합계획(2014~2018)의 후속으로 제2차 종합계획을 수립 중에 있으며, 이를 통해 국민생활·안전과 혁신성장을 견인하고자 한다.
본 특별호에서는 다목적실용위성 광학영상과 SAR 영상을 이용한 다양한 영상처리 및 분석 사례에 대해서 살펴보았다. 비록 해외 선진국에 비해 짧은 우주개발 역사를 가지고 있지만 그 동안의 지속적인 투자와 연구를 바탕으로 독자적인 위성개발이 가능하게 된 만큼 국내개발 위성의 영상자료를 공공 및 민간분야에서 효율적으로 활용하기 위한 전문분야별 다양한 자료처리, 분석 및 활용기술 개발이 지속적으로 이루어져야 된다.
본 특별호에서는 최근 수행되고 있는 다목적실용위성 영상자료 기반의 각종 자료처리 및 분석기술 연구사례에 대해서 소개하고자 하며 이를 통해 관련 학계뿐만 아니라 중앙행정부처 등 공공부문에서의 다목적실용 위성 영상자료 활성화 및 저변확대도 함께 도모하고자 한다.

대상 데이터

(2018) 는 다목적실용위성 다중센서 영상자료를 이용하여 자연림과 인공림 분류 가능성을 실험하였다. 우선 지형보 정을 수행한 다목적실용위성 3호, 3A호, 5호 영상을 이용하여 NDVI(Normalized Difference Vegetation Index), NDWI(NormalizedDifferenceWater Index), NDVI texture, NDWI texture, IR(Infra-Red) map, texture map를 제작한후 임상도의 자연림과 인공림 경계정보 등을 이용하여 기계학습 자료로 사용하였다. ANN 적용을 통해 분류된 자연림과 인공림에 대한 전체 정확도는 약 77% 수준으로 나타났다.

성능/효과

우선 지형보 정을 수행한 다목적실용위성 3호, 3A호, 5호 영상을 이용하여 NDVI(Normalized Difference Vegetation Index), NDWI(NormalizedDifferenceWater Index), NDVI texture, NDWI texture, IR(Infra-Red) map, texture map를 제작한후 임상도의 자연림과 인공림 경계정보 등을 이용하여 기계학습 자료로 사용하였다. ANN 적용을 통해 분류된 자연림과 인공림에 대한 전체 정확도는 약 77% 수준으로 나타났다. 조림시기가 오래된 지역 등에서는 제약이 따를 것으로 예상되지만 산림의 군락정보 등을 이용 하여 보다 체계화된 기계학습을 수행한다면 산림자원 조사 등에 있어 적용 가능할 것으로 기대된다.
(2018)는 다목적실용위성 2호와 3A호 영상을 이용하여 변화탐지 연구를 위한 SLIC(Simple Linear Iterative Clustering) 계열 superpixel 기법의 최적 파라미터 분석을 통해 변화탐지 성능 비교를 수행하였다. Superpixel 크기를 달리하여 superpixel 분할영상을 생성하고 참조영상에 대한 재현율을 분석한 결과 영상의과분할 정도가 낮더라도 규칙적인 크기와 형태의 superpixel을 통해 효과적으로 변화탐지를 수행할 수 있음을 보여주었다.
수계면적 산출을 위한 영상분류는 ANN(Artificial Neural Network)과 SVM(Support Vector Machine)를 이용한 감독분류와 ISODATA 무감독분류 방식을 적용하였으며, 그 결과 ANN과 SVN의 수계분류 결과가 유사함을 확인하였다. 또한 가뭄 전/후의 수계면적 변화와 가뭄지수의 경향성이 매우 유사하게 나타남에 따라 위성영상을 이용한 가뭄 모니터링의 가능성을 확인할 수 있었다. 향후 지속적인 연구가 수행된다면 가뭄을 판단하는데 있어 위성영상이 보다 중요하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
최근 위성영상 처리 및 분석에서 각종 머신 러닝 기법이 많이 응용되고 있는데, Park and Lee(2018) 는 가뭄 모니터링을 위해 다목적실용위성 2호와 3호 영상을 이용하여 수계면적을 산출하고 가뭄지수와 비교 분석을 실시하였다. 수계면적 산출을 위한 영상분류는 ANN(Artificial Neural Network)과 SVM(Support Vector Machine)를 이용한 감독분류와 ISODATA 무감독분류 방식을 적용하였으며, 그 결과 ANN과 SVN의 수계분류 결과가 유사함을 확인하였다. 또한 가뭄 전/후의 수계면적 변화와 가뭄지수의 경향성이 매우 유사하게 나타남에 따라 위성영상을 이용한 가뭄 모니터링의 가능성을 확인할 수 있었다.

후속연구

, 2014), Ye(2018)는 다중 공간해상도 영상 간의 상대적인 스케일, 회전각도 차이, 특징점 위치를 동시에 검출할 수 있는 가변원형 템플릿을 이용한 영상정합 기법을 제안하였으며, 서로 다른 공간해상도를 가지는 다목적실용위성 2호, 3호, 3A호 영상에 적용한 결과 높은 정합 성능을 확인할 수 있었다. 따라서 이와 같은 연구 결과는 다중시기 다목적실용위성 시리즈 영상자료를 시계열적으로 분석 활용하는데 있어 효과적으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
비록 해외 선진국에 비해 짧은 우주개발 역사를 가지고 있지만 그 동안의 지속적인 투자와 연구를 바탕으로 독자적인 위성개발이 가능하게 된 만큼 국내개발 위성의 영상자료를 공공 및 민간분야에서 효율적으로 활용하기 위한 전문분야별 다양한 자료처리, 분석 및 활용기술 개발이 지속적으로 이루어져야 된다. 또한 후속위성으로 다목적실용위성 6호(SAR)와 7호(광학+중적외선)가 개발 중에 있기 때문에 향후 이들 위성영상을 각종 전문분야에 적용하여 활용하기 위해서는 보다 체계적인 연구 개발이 뒤따라야 할 것으로 판단된다.
비록 SAR 영상의 특성으로 인해 광학영상에 비해 수치 도화 시에 지형·지물 판독이 용이하지는 않았지만, 향후 지속적인 연구가 수행된다면 기상상태가 좋지 않은 극지방이나 악기상시에 긴급한 지도제작 등에 있어서는 충분히 활용 가능할 것으로 기대된다.
ANN 적용을 통해 분류된 자연림과 인공림에 대한 전체 정확도는 약 77% 수준으로 나타났다. 조림시기가 오래된 지역 등에서는 제약이 따를 것으로 예상되지만 산림의 군락정보 등을 이용 하여 보다 체계화된 기계학습을 수행한다면 산림자원 조사 등에 있어 적용 가능할 것으로 기대된다.
(2018)는 다목적실용위성 3호, Landsat-8, Sentinel-2 영상과 EO-1 초분광영상의 분광정보를 활용하여 SBAF를 산정하고 실제 영상에 적용하여 모든 밴드에서 위성간의 반사도 차이가 감소하는 것을 확인하였다. 향후 보다 다양한 영상과 대기보정 문제 등을 해결하기 위한 지속적인 연구가 수행된다면 농업분야뿐만 아니라 산림분야 등 다양한 분야에 있어 매우 유용하게 활용될 수 있을 것으로 예상된다.
또한 가뭄 전/후의 수계면적 변화와 가뭄지수의 경향성이 매우 유사하게 나타남에 따라 위성영상을 이용한 가뭄 모니터링의 가능성을 확인할 수 있었다. 향후 지속적인 연구가 수행된다면 가뭄을 판단하는데 있어 위성영상이 보다 중요하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
(2018)는 다목적실용위성 5호 영상자료와 XMOD2 알고리즘을 이용하여 해상풍을 산출하고 해양 부이 자료를 이용하여 정확도 검증을 수행하는 한편 SAR 프로세서 버전에 따른 두 가지의 후방 산란계수 변환식을 모두 사용하여 변환식에 대한 검증도 수행하였다. 향후 해양기상 환경정보 등이 적용되어 해상풍 산출 정확도를 향상 시킬 수 있다면 해상 풍력단지 조성 등을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 예상된다. 한편 최근에는 위성기반으로 일사량 추정을 통해 태양광 발전가능량 산출 등을 위한 연구도 활발히 수행되고 있다(Han and Kim, 2016; Kim et al.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	위성개발의 궁극적인 목적은?	위성개발의 궁극적인 목적은 위성으로부터 획득되는 정보의 활용에 있다. 따라서 국가 차원의 위성개발 프로그램은 하드웨어 개발뿐만 아니라 정보 활용을 위한 인프라 구축 및 활용기술 개발도 포함하여야 한다.
	밴드들 간의 조합과 연산을 통해서 지표에 대한 정량적인 정보를 추정하는데 어려운 경우는?	위성영상을 구성하고 있는 밴드들 간의 조합과 연산을 통해서 지표에 대한 정량적인 정보를 추정할 수 있다. 그러나 다중위성 및 다중센서 영상을 사용할 경우 센서의 특성 차이로 인해 서로 다른 정보가 산출될 수 있다는 문제점이 존재한다. 최근 다중센서 영상자료 간의 자료일치(data harmonized)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는데(Han et al.
	위성영상을 활용한 상업적인 예는?	특히 (초)소형위성의 경우 산업급(industrial)의 상용부품을 이용하여 저비용(수억원 내외)으로 위성군(constellation)을 형성함으로써 기존 중·대형위성이 가지지 못하는 빠른 촬영주기를 바탕으로 시장에서 각광받고 있다. 구글어스는 위성영상을 서비스함으로써 부가가치를 창출하고 있으며, OrbitalInsight 및 SPACE_KNOW 등은 위성영상을 이용하여 주차장 차량과 트럭 수를 분석하여 소매업체의 수익 및 산업체의 수익을 예측하여 서비스함으로써 이익을 창출하는 비즈니스 모델을 가지고 있다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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