[논문]원격탐사와 공간정보를 활용한 국가 재난원인 과학조사 및 재난 모니터링

김성삼; 김진영; 김진수

doi:10.7780/kjrs.2019.35.5.2.1

원격탐사와 공간정보를 활용한 국가 재난원인 과학조사 및 재난 모니터링
National Disaster Scientific Investigation and Disaster Monitoring using Remote Sensing and Geo-information 원문보기

대한원격탐사학회지 = Korean journal of remote sensing, v.35 no.5 pt.2, 2019년, pp.763 - 772

김성삼 (행정안전부 국립재난안전연구원 재난원인조사실) , 김진영 (행정안전부 국립재난안전연구원 재난정보연구실) , 김진수 (부경대학교 공간정보시스템공학과)

초록
AI-Helper

전 지구를 주기적으로 관측할 수 있는 고해상 위성의 개발로 국가 재난 전조 모니터링에서 신속한 복구계획 수립에 이르기 까지 원격탐사를 활용한 국가 재난관리 활용 분야는 점차 확대되고 있다. 국립재난안전연구원에서는 태풍 풍수해, 가뭄, 폭설, 지반변위, 열섬 분석, 강우추정 모델 개발 등 위성을 활용한 다양한 재난관리 기술을 개발하고 이를 재난관리 현업에 활용하고 있다. 촌각을 다투는 재난상황에서 적시적인 위성영상 수급 문제가 도전적인 이슈이긴 하나, 국내외 우주개발기구와 재난협의체가 주도하는 전 지구적인 재난에 공동 대응을 위한 국제협력 프로그램 참여를 통해 해소하고자 하고 있다. 이번 특별호에서는 전 지구적인 이상기후와 기후변화로 급변하고 있는 한반도 주변의 재해 재난 사고를 원격으로 조기에 감지하고 모니터링 할 수 있는 인공위성기반의 재해 재난 모니터링 기술개발 현황과 재난 현장에 최대한 접근하여 고정밀의 재난정보수집하는 첨단장비기반의 고정밀 재난정보 센싱 기술개발 현황 등 국립재난안전연구원의 원격탐사와 첨단장비를 활용한 과학적인 재해 재난 사고 관리 기술을 소개하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

High-resolution satellites capable of observing the Earth periodically enhance applicability of remote sensing in the field of national disaster management from national disaster pre-monitoring to rapid recovery planning. The National Disaster Management Research Institute (NDMI) has been developed various satellite-based disaster management technologies and applied to disaster site operations related to typhoons and storms, droughts, heavy snowfall, ground displacement, heat wave, and heavy rainfall. Although the limitation of timely imaging of satellite is a challenging issue in emergent disaster situation, it can be solved through international cooperation to cope with global disasters led by domestic and international space development agencies and disaster organizations. This article of special issue deals with the scientific disaster management technologies using remote sensing and advanced equipments of NDMI in order to detect and monitor national disasters occurred by global abnormal climate change around the Korean Peninsula: satellite-based disaster monitoring technologies which can detect and monitor disaster in early stage and advanced investigation equipments which can collect high-quality geo-information data at disaster site.

주제어

표/그림 (5)

그림 Fig. 1. (a) Disaster Situation Analysis Center at NDMI and (b) Disaster information analysis and management based on NDMI R&D products.
그림 Fig. 2. (a) Location of Satellite receiving antenna at NDMI: (b) 3 m antenna, (c) 5 m antenna and (d) 2.4 m antenna.
표 Table 1. Collection of satellite imagery at NDMI
그림 Fig. 3. Disaster investigation equipments: (a) Investigation vehicle, (b) UAVs, (c) iRobot Packbot and (d) HI-90.
그림 Fig. 4. Site investigation: (a) Building collapse accident (b) Typhoon hazard, (c) AI hazard and (d) Landslide hazard.

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 특별호에서는 연구원에서 수행하고 있는 인공위성기반 우주기술을 활용한 재난관리관련 최근 연구성과에 대해 기술하였다.
본 특별호에서는 연구원의 첨단장비를 활용한 재난원인 과학조사에 관련된 최근 연구성과를 일부 소개하였다. Shin et al.
시간·기상에 상관없이 관측이 가능한 위성 레이더 간섭 기술을 활용하여 한반도 전역의 지표 변위나 지반 침하등 시계열적인 변화 모니터링 연구 성과를 소개하였다.
이번 특별호에서는 전 지구적인 이상기후와 기후변화로 급변하고 있는 한반도 주변의 재해·재난 사고를 원격으로 조기에 감지하고 모니터링 할 수 있는 인공위성기반의 재해·재난 모니터링 기술개발 현황과 재난 현장에 최대한 접근하여 고정밀의 재난정보 수집하는 첨단장비기반의 고정밀 재난정보 센싱 기술개발 현황 등 국립재난안전연구원의 원격탐사와 첨단장비를 활용한 과학적인 재해·재난 사고 관리 기술에 대해 소개하고자 한다.

제안 방법

(2017) 등은 무인항공기 및 다중분광센서를 이용한 부유쓰레기 탐지 알고리즘을 개발하여 하천의 부유쓰레기 발생 범위를 산정하였고, Kim et al.(2018) 드론으로 촬영한 영상을 활용하여 하천의 구간별 허용 저수량을 자동으로 계산하는 방법을 제안했다. 산림·농업 재해 분야에서는 드론을 활용하여 소나무 재선충병을 예찰하고 의심목을 탐지하거나(Lee et al.
미접근 유역으로 수문자료를 구할 수 없는 북한의 두만강 유역에 대해 원격탐사 자료를 통하여 과거강우사상과 확률강우량, 지형정보를 구축하고 유역 특성과 유출인자를 추정하여 홍수량 분석과 침수 피해면적을 계산하였다. 두만강 유역과 비교적 유역특성이 유사하고 계측자료 확보가 용이한 소양강댐 유역에 대하여 홍수 유출 모델을 우선 적용하여 연구의 분석방법 및 적용 가능성을 사전 검증 후 대상 유역에 적용하였다.연구 분석 결과, 태풍으로 인한 홍수량은 3~5년 빈도 설계홍수량에 해당되는 것으로 향후 해당 지역에 유사한 수준의 홍수피해 발생 가능성이 높음을 확인하였으며, 추정 침수면적과 침수심에 다소 오차도 예상되지만 홍수위험지도 작성과 침수 피해면적 산정 등에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
시간·기상에 상관없이 관측이 가능한 위성 레이더 간섭 기술을 활용하여 한반도 전역의 지표 변위나 지반 침하등 시계열적인 변화 모니터링 연구 성과를 소개하였다. 또한, 사람이 접근할 수 없는 위험한 재난지역에는 관측센서가 탑재된 이동형 매핑차량, 드론, 조사로봇, 원격조종보트 등 다양한 플랫폼과 첨단 조사장비를 활용한 재난원인 과학조사 활동에 대해 기술하였다.
Son and Kim(2019)은 원격탐사와 공간정보를 활용한 미계측 유역 홍수범람 해석에 대한 연구를 수행하였다. 미접근 유역으로 수문자료를 구할 수 없는 북한의 두만강 유역에 대해 원격탐사 자료를 통하여 과거강우사상과 확률강우량, 지형정보를 구축하고 유역 특성과 유출인자를 추정하여 홍수량 분석과 침수 피해면적을 계산하였다. 두만강 유역과 비교적 유역특성이 유사하고 계측자료 확보가 용이한 소양강댐 유역에 대하여 홍수 유출 모델을 우선 적용하여 연구의 분석방법 및 적용 가능성을 사전 검증 후 대상 유역에 적용하였다.
이번 특별호에서는 고해상도 광학 카메라, 레이더 위성을 이용한 미계측 유역 홍수범람 예측과 홍수 피해지역 탐지, 저궤도 기상위성을 활용한 강우량 추정, 구름으로 인한 지표 폐색영역에 대한 광학 위성영상 복원 연구,광학위성 기반의 저수지 수표면 산정 등 태풍, 호우, 홍수와 같은 풍수해 재난관련 연구성과를 소개하였다. 시간·기상에 상관없이 관측이 가능한 위성 레이더 간섭 기술을 활용하여 한반도 전역의 지표 변위나 지반 침하등 시계열적인 변화 모니터링 연구 성과를 소개하였다.
이어 2016년에는 3기의 인공위성 자료 직수신 안테나(2.4 m/3 m/5 m)와 직수신된 위성자료를 처리하기 위한 위성자료 처리·분석시스템을 구축하였다(Fig. 2).

성능/효과

(2018)은 위성 기반 적조 모니터링의 한계로 지적되고 있는 탁도가 높은 연안역의 적조 탐지와 원격탐사 자료의 부정확성을 개선하고자 다중센서의 활용을 제시하였다. GOCI 영상과 Landsat OLI 영상을 이용하여 공간적인 융합과 분광기반 융합을 시도하였으며, 그 결과 연안지역의 적조와 외해역의 적조 모두 개선된 탐지결과를 보여주었다. Piao et al.
기존의 영상 복원 방식과 본 논문에서 제안한 STARFM 방식간의 영상 복원 정확도를 비교·분석한 결과, STARFM 복원 방식이 전체정확도 89.40%로, 기존의 영상 복원 방식보다 효율적임을 제시하였다.
(2019)은 Sentinel-1 위성영상을 이용한 수표면면적 추정 알고리즘에 관한 연구를 수행하였다. 풍수해분석에 필요한 수표면 면적 파악을 위해 Sentinel-1 위성영상을 이용하여 Radiometric Terrain-flattening Correction(RTC) 기법을 적용한 영상 전처리와 Otsu 기법을 이용한 영상 이진화를 통해 수표면 면적을 산출하였고, 국가수자원관리종합정보시스템과 농업기반관리시스템의 저수용량 정보간의 상관분석 결과, 보통 이상의 강한 상관관계를 갖는 결과를 보여 위성영상을 이용한 중소규모 저수지의 수표면 면적 모니터링 가능성을 확인하였다. Son and Kim(2019)은 원격탐사와 공간정보를 활용한 미계측 유역 홍수범람 해석에 대한 연구를 수행하였다.

후속연구

두만강 유역과 비교적 유역특성이 유사하고 계측자료 확보가 용이한 소양강댐 유역에 대하여 홍수 유출 모델을 우선 적용하여 연구의 분석방법 및 적용 가능성을 사전 검증 후 대상 유역에 적용하였다.연구 분석 결과, 태풍으로 인한 홍수량은 3~5년 빈도 설계홍수량에 해당되는 것으로 향후 해당 지역에 유사한 수준의 홍수피해 발생 가능성이 높음을 확인하였으며, 추정 침수면적과 침수심에 다소 오차도 예상되지만 홍수위험지도 작성과 침수 피해면적 산정 등에 활용할 수 있을 것으로 기대된다. Cheon et al.
(2018)는 대규모 홍수 발생 시 적기에 침수지의 공간적 분포와 변화를 모니터링하기 위하여 높은 시간해상도를 갖는 저해상도 광학위성영상을 이용한 침수지 탐지 방법을 제시하였다. 연구결과, 수심이 낮은 평야지대의 침수지에서 식물과 물이 혼합된 형태의 침수지 유형을 구분하는데 중요한 역할을 하수 있으며, 홍수 피해 복구 및 향후 방재 사업에 있어서 중요 정보가 될 수 있을 것으로 기대된다. Jo et al.
우리 생활에 늘 공존하고 있는 재난에 대비하여 효율적으로 재난관리업무를 수행하는 데 전 국토에 대한 광역적·주기적이고 적시성있는 관측·모니터링, 재난 현장을 신속·정확하게 조사할 수 있는 첨단의 피해조사 장비와 원격탐사기반지구관측 플랫폼의 개발과 운용이 필요하다.
(2019)은 커뮤니티매핑 정보와 드론매핑 지도를 연계하여 재난안전 관리에서 관리자의 의사결정을 지원하는 방안을 제시하였다. 이를 통해 재난 피해지역 현장의 다양하고 상세한 정보 제공과 피해 지역의 복구 우선순위 결정, 피해규모 파악 및 복구비용 산정 등 재난복구단계에서 의사결정을 효율적으로 지원할 수 있을 것을 기대된다.
Yu and Yun(2019)은 유럽에서 운영 중인 Sentinel-1 위성레이더 자료를 이용하여 시계열 분석(PSInSAR: Permanent Scatterer InterferometricSAR) 기법으로 한반도내 지반 변위를 자동으로 분석하는 기술을 개발하였다. 이를 통해 한반도 전 지역에 대한 주기적인 지반변화 자료의 갱신과 변위 우심지역에 대한 사전 정보를 제공함으로써 예방단계에서의 대형 재난 대응도 가능할 것이다. 향후 지역별 자동화 분석체계와 동일대상 지역의 다채널 분석 및 3차원 변화 분석체계에 대한 추가 연구를 통해 보다 다양한 지반 변위 정보를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.
이를 통해 한반도 전 지역에 대한 주기적인 지반변화 자료의 갱신과 변위 우심지역에 대한 사전 정보를 제공함으로써 예방단계에서의 대형 재난 대응도 가능할 것이다. 향후 지역별 자동화 분석체계와 동일대상 지역의 다채널 분석 및 3차원 변화 분석체계에 대한 추가 연구를 통해 보다 다양한 지반 변위 정보를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	기후변화로 인한 영향은?	기후변화로 인한 전 지구적인 기상이변으로 재난은 점점 예측하기 어렵고 대형화되고 있으며, 지구 곳곳에 난개발과 도시화가 진전되면서 대형재난으로 인한 물적·인적 피해 역시 점점 증가하고 있다. 동북아시아 대륙과 태평양 사이에 남북으로 길게 뻗어 있는 한반도는 연중 북태평양의 열대성 저기압과 시베리아의 대륙성 고기압의 계절적 영향을 받고 있다.
	원격탐사를 활용한 국가 재난관리 활용 분야는?	전 지구를 주기적으로 관측할 수 있는 고해상 위성의 개발로 국가 재난 전조 모니터링에서 신속한 복구계획 수립에 이르기 까지 원격탐사를 활용한 국가 재난관리 활용 분야는 점차 확대되고 있다. 국립재난안전연구원에서는 태풍 풍수해, 가뭄, 폭설, 지반변위, 열섬 분석, 강우추정 모델 개발 등 위성을 활용한 다양한 재난관리 기술을 개발하고 이를 재난관리 현업에 활용하고 있다. 촌각을 다투는 재난상황에서 적시적인 위성영상 수급 문제가 도전적인 이슈이긴 하나, 국내외 우주개발기구와 재난협의체가 주도하는 전 지구적인 재난에 공동 대응을 위한 국제협력 프로그램 참여를 통해 해소하고자 하고 있다.
	상황정보분석시스템은 무엇입니까?	상황정보 분석센터는 크게 상황정보분석 시스템, 영상회의시스템, 위성영상 자료처리·분석·관리·보안처리 시설이 갖추어져 있다. 상황정보분석시스템은 연구원에서 다년간 R&D를 통해 개발·축적된 재난안전 관리시스템들을 통합적으로 표출, 모니터링하기 위한 시스템이다. 영상회의시스템은 행정안전부와 중앙재난안전상황실, 연구원 간의 실시간 연동할 수 있는 영상회의 시스템으로, 매일 전 날의 국가 재난사고 안전 이슈를 논의하고 있는 현업용 시스템이다.

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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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