[논문]한반도 재난 관리를 위한 원격탐사와 공간정보 활용기술

김성삼; 노현주; 이준우; 김진영; 김진수

doi:10.7780/kjrs.2020.36.5.4.1

한반도 재난 관리를 위한 원격탐사와 공간정보 활용기술
Remote Sensing and Geo-spatial Information Utilization for Managing Disaster in Korean Peninsula 원문보기

대한원격탐사학회지 = Korean journal of remote sensing, v.36 no.5 pt.4, 2020년, pp.1139 - 1151

김성삼 (행정안전부 국립재난안전연구원) , 노현주 (행정안전부 국립재난안전연구원) , 이준우 (행정안전부 국립재난안전연구원) , 김진영 (행정안전부 국립재난안전연구원) , 김진수 (부경대학교 공간정보시스템공학과)

초록
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국립재난안전연구원에서는 인공위성, 드론, 조사차량 등 다양한 지구관측 플랫폼 기반의 재난 피해 분석·모니터링과 재난 활용 기술을 개발하고 있다. 본 특별호에서는 연구원에서 수행하고 있는 재난현장 조사와 위성기반 재난관리 기술, GIS를 활용한 재난정보 분석과 관련된 최근 연구성과를 자세히 기술하였다. 이러한 지구관측 기술개발 연구성과를 토대로 기존 공간정보 서비스 기술과 재난현장에서 수집되는 각종 정보들을 서로 연계하여 통합적인 국가 재난 조사·분석·모니터링 기술 고도화를 위해 지속적으로 노력을 해나갈 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

The National Disaster Management Research Institute(NDMI) has been developed technologies for disaster management applicability as well as disaster monitoring and damage analysis based on various earth observation platforms such as satellites, drones, and disaster field investigation vehicles. In this special issue, recent research results related to the disaster site investigation, satellite-based disaster management technology, and disaster information analysis using GIS conducted by NDMI are described in detail. Based on such achievements in the research of earth observation, we will continue to make efforts to improve the integrated national disaster investigation, analysis, and monitoring technology by connecting with the existing geo-spatial information service technology and various information collected at the disaster site.

주제어

표/그림 (12)

그림 Fig. 1. Generated heat distribution map : (a) across Korean Peninsula (b) Seoul city, and (c) Jongro-gu, Seoul.
표 Table 1. Characteristics of heat distribution map produced by NDMI
그림 Fig. 2. Location of water storage facilities described in this paper.
표 Table 2. Comparison results of water surface area of river storage facilities over recent 3 years across Korean Peninsula * Analyzed data in Aug. 2020 by NDMI
그림 Fig 3. Damage analysis by wildfire using KOMPSAT-3 satellite imagery : (a) Ulsan wildfire in March and (b) Andong wildfire in April.
그림 Fig. 4. Snow cover analysis in February using satellite imagery : (a) MODIS satellite and (b) GK-2A satellite.
그림 Fig. 5. Volcanic eruption monitoring in January using satellite imagery : (a) GK-2A satellite and (b) Suomi-NPP satellite.
그림 Fig. 6. Steep slope risk assessment using advanced disaster field investigation instrument: (a) Investigation vehicles (b) Planning drone mapping (c) Terrestrial LiDAR surveying mounted on the investigation vehicle (d) 3D point clouds derived from drone mapping processing (f) DEM generated from terrestrial LiDAR surveying, and (g) Profile analysis using DEM produced from terrestrial LiDAR.
그림 Fig. 7. Natural disaster field investigation activities: (a) Diaster field investigation (b) Drone mapping operation, and (c) Taking-off of a drone at disaster field.
그림 Fig. 8. Disaster field investigation using drone mapping : (a) Planning flight mission (b) Aerial photo obtained by drone (c) 3D point cloud generated by drone mapping processing (d) DSM generated by 3D point cloud (e) Produced ortho-image, and (f) Damage analysis on 3D point cloud collected by drone mapping.
그림 Fig. 9. Damage analysis caused by rainfall and typhoon for Ginseng cultivation area using GIS and outputs obtained from drone mapping : (a) Damaged area (b) DEM and ortho-imagery, and (c) Damaged paddies.
그림 Fig. 10. Flooded site inspection caused by typhoon Haishen : (a) Bus-type investigation vehicle of NDMI and (b) Field briefing in the investigation vehicle.

AI 본문요약
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문제 정의

또한, 재난원인조사실에서 수행 중인 재난원인·피해조사의 핵심 플랫폼인 드론과 조사차량을 활용한 신속한 재난현장 조사기법 개발과 취득된 현장조사 성과물의 정확도 확보 방안, 화학사고와 백두산 분화 예측 시뮬레이션 기술개발과 활용기술, 현장조사 자료의 공유와 가시화를 위한 웹기반 3D 맵핑시스템 구축 기술에 관해 기술하였다.
또한, 재난원인조사실의 재난원인·피해조사의 핵심 플랫폼인 드론과 조사차량을 활용한 신속한 재난현장 조사기법 개발과 취득된 현장조사 성과물의 정확도 확보 방안, 화학사고와 백두산 분화 예측시뮬레이션 기술개발과 활용기술, 현장조사 자료의 공유와 가시화를 위한 웹기반 3D 맵핑시스템 구축 기술에 관해 기술하였다.
재난원인조사실은 재난 발생시 신속하고 객관적인 원인 규명을 위해 최첨단 장비 도입 및 기술 개발에 대한 연구를 수행하고, 이를 통해 과학적인 원인 조사·분석의 활용도를 높이고자 하고 있다. 본 논문에서는 2020년에 재난사고 과학조사 장비를 활용한 급경사지 위험성 평가와 태풍, 집중호우 등 대규모 자연재해 피해조사 및 현장점검 중심으로 기술하고자 한다.
본 특별호에는 재난원인조사실의 재난원인·피해조사의 핵심 플랫폼인 드론과 조사차량을 활용한 신속한 재난현장 조사기법 개발과 취득된 현장 조사 성과물의 정확도 확보 방안, 화학사고와 백두산 분화 예측 시뮬레이션 기술개발과 활용기술, 현장조사 자료의 공유와 가시화를 위한 웹기반 3D 맵핑시스템 구축 기술에 관해 기술하였다.
국립재난안전연구원에서는 위성, 드론, 조사차량 등의 다양한 관측 플랫폼을 활용하여 자연재해와 각종 사회재난에 대해 재난 유형별 피해 범위와 각 플랫폼별 재난 적용성 기술을 개발하고 있으며, 이러한 지구관측 기술개발 연구성과를 토대로 기존 지도 서비스 기술과 공간 정보들을 서로 연계하여 통합적인 재난 조사·분석· 모니터링 고도화 기술을 지속적으로 개발할 예정이다. 본 특별호에서는 연구원에서 수행하고 있는 인공위성 기반 우주기술을 활용한 재난관리와 GIS를 활용한 재난 정보 분석과 관련된 최근 연구성과에 대해 기술하였다. 특히, 위성영상 구름 탐지와 결측 영역 복원을 통한 영상개선, 열 분포도 제작과 폭염 재난 위험 탐지를 위한 공간 상관관계 분석, 인공지능과 위성영상을 활용한 온도 추정, 민관 협업을 통한 드론과 같은 관측 자원의 재난 활용, CCTV 장비의 재난탐지 성능을 개선 알고리즘 등 재난정보연구실에서 최근 연구개발 중인 기술 중심으로 기술하였다.
행정안전부 국립재난안전연구원에서는 해마다 발생하고 있는 자연재해와 각종 사회 재난에 대해 위성, 드론, 조사차량 등의 다양한 관측 플랫폼을 활용한 재난 유형별 피해와 조사·관측 플랫폼별 재난 적용성 기술을 개발하고 있다. 본 특별호에서는 연구원에서 수행하고 있는 인공위성기반 우주기술과 드론, 조사 차량 등 재난관측플랫폼을 활용한 재난관리, GIS를 활용한 재난 정보 분석과 관련된 최근 연구성과에 대해 기술하였다. 특히, 재난정보연구실에서 연구하고 있는 위성영상 구름 탐지와 결측 영역 복원을 통한 영상개선, 열 분포도 제작과 폭염 재난 위험 탐지를 위한 공간 상관관계 분석, 인공지능과 위성영상을 활용한 온도 추정, 민관 협업을 통한 드론과 같은 관측 자원의 재난 활용, CCTV 장비의 재난탐지 성능을 개선 알고리즘 기술을 소개하였다.
본 특별호에서는 연구원에서 수행하고 있는 인공위성기반 우주기술을 활용한 재난관리와 GIS를 활용한 재난정보 분석과 관련하여 최근 연구 성과에 대해 기술하였다. 특히, 위성영상 구름 탐지와 결측 영역 복원을 통한 영상개선, 열 분포도 제작과 폭염 재난 위험 탐지를 위한 공간 상관관계 분석, 인공지능과 위성영상을 활용한 온도 추정, 민관 협업을 통한 드론과 같은 관측 자원의 재난 활용, CCTV 장비의 재난탐지 성능을 개선 알고리즘 등 재난정보연구실에서 최근 연구개발 중인 기술 중심으로 기술하였다.
재난원인조사실은 재난 발생시 신속하고 객관적인 원인 규명을 위해 최첨단 장비 도입 및 기술 개발에 대한 연구를 수행하고, 이를 통해 과학적인 원인 조사·분석의 활용도를 높이고자 하고 있다.
본 특별호에서는 연구원에서 수행하고 있는 인공위성 기반 우주기술을 활용한 재난관리와 GIS를 활용한 재난 정보 분석과 관련된 최근 연구성과에 대해 기술하였다. 특히, 위성영상 구름 탐지와 결측 영역 복원을 통한 영상개선, 열 분포도 제작과 폭염 재난 위험 탐지를 위한 공간 상관관계 분석, 인공지능과 위성영상을 활용한 온도 추정, 민관 협업을 통한 드론과 같은 관측 자원의 재난 활용, CCTV 장비의 재난탐지 성능을 개선 알고리즘 등 재난정보연구실에서 최근 연구개발 중인 기술 중심으로 기술하였다. 또한, 재난원인조사실의 재난원인·피해조사의 핵심 플랫폼인 드론과 조사차량을 활용한 신속한 재난현장 조사기법 개발과 취득된 현장조사 성과물의 정확도 확보 방안, 화학사고와 백두산 분화 예측시뮬레이션 기술개발과 활용기술, 현장조사 자료의 공유와 가시화를 위한 웹기반 3D 맵핑시스템 구축 기술에 관해 기술하였다.

제안 방법

본 특별호에서는 연구원에서 수행하고 있는 인공위성기반 우주기술과 드론, 조사 차량 등 재난관측플랫폼을 활용한 재난관리, GIS를 활용한 재난 정보 분석과 관련된 최근 연구성과에 대해 기술하였다. 특히, 재난정보연구실에서 연구하고 있는 위성영상 구름 탐지와 결측 영역 복원을 통한 영상개선, 열 분포도 제작과 폭염 재난 위험 탐지를 위한 공간 상관관계 분석, 인공지능과 위성영상을 활용한 온도 추정, 민관 협업을 통한 드론과 같은 관측 자원의 재난 활용, CCTV 장비의 재난탐지 성능을 개선 알고리즘 기술을 소개하였다. 또한, 재난원인조사실에서 수행 중인 재난원인·피해조사의 핵심 플랫폼인 드론과 조사차량을 활용한 신속한 재난현장 조사기법 개발과 취득된 현장조사 성과물의 정확도 확보 방안, 화학사고와 백두산 분화 예측 시뮬레이션 기술개발과 활용기술, 현장조사 자료의 공유와 가시화를 위한 웹기반 3D 맵핑시스템 구축 기술에 관해 기술하였다.

대상 데이터

이 기간에 행정안전부는 집중호우와 태풍으로 불어난 금강댐 수역의 갑작스런 방류과정에서 대규모 피해가 발생한 충남 금산군 인삼재배지 피해조사 및 복구계획 수립을 위해 드론피해조사단을 가동하였다. 8월 18일부터 3일간 충남 금산군 제원면 인삼재배 피해지역 4개 리를 대상으로 드론으로 피해 현장을 항공촬영하고, 드론맵핑 성과물과 GIS를 활용하여 침수로 인한 인삼 폐사와 시설물 파괴 등 피해 면적을 산출하였다(Fig. 8). 이 피해 지역들에 대한 현장 조사 및 드론 맵핑 등 분석 결과를 종합적으로 반영하여 8월 7일에는 충북 충주 및 제천시, 음성군 등이 특별재난지역으로, 8월 24일에는 충남 금산군 등이 특별재난지역으로 선포되었다.
화산이 폭발한 후 4일 동안 화산 주변으로 지진이 약 460여 회 발생하였다. 연구원에서는 기상청의 천리안 위성(GK-2A)을 통해 탈 화산의 화산 구름과 연기가 이동하는 현상을 포착하였고(Fig. 5(a)), 미국의 지구관측위성인 Suomi-NPP 위성을 통해 화산 폭발 과정에서 발생한 이산화황이 대기를 따라 확산하는 과정(Fig.
현장조사 대상지역은 제천시 15번 군도 상의 마곡리·굴탄리와 21번 군도 상의 구곡리 인근 산사태 피해 지역을 대상으로 지난 8월 4일부터 8월 5일 양일간 재난 원인조사실에서 운용 중인 다목적 조사 차량과 드론(Inspire 2, Mavic 2 pro), GNSS 장비를 투입하여 긴급 드론 항공촬영 및 맵핑을 통한 피해규모를 정량적으로 분석하였다(Fig. 8).

성능/효과

2020년 2월 18일 오전 11시 11분경 MODIS 위성영상을 통해 분석한 한반도 습/건설 현황을 살펴보면 전북, 충남, 강원도 일대에는 습설이 내렸으며, 천리안 2A 영상을 활용하여 한반도의 적설량을 분석한 결과, 2월 17일~18일 이틀 동안 내린 습·건설 적설면적은 주로 전라북도에서만 2,200 km2이상 이르는 것으로 분석되었다.
8). 이 피해 지역들에 대한 현장 조사 및 드론 맵핑 등 분석 결과를 종합적으로 반영하여 8월 7일에는 충북 충주 및 제천시, 음성군 등이 특별재난지역으로, 8월 24일에는 충남 금산군 등이 특별재난지역으로 선포되었다.

후속연구

, (2020)은 대표적인 지구관측 광학위성인 Landsat-8호를 QA밴드를 활용하여 효율적으로 구름과 그림자 영역을 제거하고 기준 영상이 아닌 실험 영상의 주변 화소값을 참조하여 영상을 복원하는 SSG 알고리즘으로 영상 복원을 수행하고 그 정확도를 평가하였다. 실험 영상내 화소값으로 영상 복원을 수행하므로 실험 영상과 기준 영상간 화소값이나 계절적 변화에 영향을 덜 받을 것으로 기대된다. Kim et al.
이러한 열 분포도나 폭염 취약지역 분석지도를 활용하여 중앙 부처에서는 특별교부세 편성 등 폭염 관련 정책 추진을 위한 우선순위를 결정하고, 실제적인 폭염 재난대응을 수행하는 지자체에서는 무더위 쉼터, 그늘막, 쿨링포그 등 폭염 저감시설 확충과 입지 선정을 위한 과학적인 기초자료를 제공할 수 있다. 아울러, 정부나 지자체의 폭염 재난과 관련된 각종 정책사업의 시행 평가나 효과성 분석을 위한 근거자료로 활용될 수 있다.
이러한 근·원거리 확산과정이 함께 고려된 복합 시뮬레이션의 시간대별 피해 범위 예측 결과를 통해 화학사고 발생 후 주민 대피 및 복귀 등 정책적 의사 결정을 지원하고 노후화된 산업단지 등 사고 발생 위험성이 높은 시설에 대한 관리 대책이나 사고시 비상대응 계획 수립에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
이러한 지구관측 기술개발 연구 성과를 토대로 기존 공간정보 서비스 기술과 재난현장에서 수집되는 각종 정보들을 서로 연계하여 통합적인 재난 조사·분석·모니터링 기술 고도화를 위해 지속적으로 노력해 나갈 것이다.

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저자의 다른 논문 :

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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