[논문]연안적조관측을 위한 적조 알고리듬 비교

정종철

연안적조관측을 위한 적조 알고리듬 비교
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정종철 (남서울대학교 지리정보시스템공학과)

국내에서는 매년 연안에서 발생하는 적조에 의해 많은 수산자원의 피해를 입고 있다. 이를 방재하기 위해 다양한 기술이 연구 개발되고 있으며, 원격탐사기법의 활용이 연구되어 왔다. 그러나 위성자료에 의한 연안해역에서의 적조관측은 시-공간적인 범위에서 많은 제약을 받고 있으며, 이로 인해 위성자료의 분석을 위한 적조 알고리듬은 국내외적으로 제시된 바가 매우 미약하다. 본 연구에서는 다양한 위성자료에 의해 관측된 적조의 패취를 구분하고 이를 정성적으로 분류해내기 위한 적조 알고리듬을 비교하였다. 특히 시-공간해상력에서 많은 차이를 가지고 있는 Landsat TM, AVHRR, SeaWiFS의 위성자료를 비교하여 관측주기가 다르고 분광해상력에서 차이를 나타내는 이들 위성자료를 이용한 적조 관측 알고리듬의 활용 가능성을 비교하였다. 분석된 결과를 바탕으로 국내연안에서 발생한 적조의 공간적 분포를 구분화하고 이를 현장관측 자료와 비교하여 분석결과의 정확도를 평가하였다.

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문제 정의

본 연구에서는 매년 국내에서 빈번히 발생하는 적조가 남해안뿐만 아니라 서해안과 동해 남쪽에서도 발생되고 있는 점을 고려하여 국내 연안에서 관측되는 적조의 발생을 위성자료에 의해 분석하는데 연구의 목 적이 있다. 특히 발생한 적조의 관측기법을 제시하기 위해 적조관측에 요구되는 공간해 상력과 분광해상력을 비교하여 중-저해상도의 Landsat TM, ETM, AVHRR, SPOT 위성 자료와 OSMI, SeaWiFS, MODIS 등의 해색 위성자료에 의한 적조관측 활용 방안을 논의하고자 한다.
본 연구에서는 매년 국내에서 빈번히 발생하는 적조가 남해안뿐만 아니라 서해안과 동해 남쪽에서도 발생되고 있는 점을 고려하여 국내 연안에서 관측되는 적조의 발생을 위성자료에 의해 분석하는데 연구의 목 적이 있다. 특히 발생한 적조의 관측기법을 제시하기 위해 적조관측에 요구되는 공간해 상력과 분광해상력을 비교하여 중-저해상도의 Landsat TM, ETM, AVHRR, SPOT 위성 자료와 OSMI, SeaWiFS, MODIS 등의 해색 위성자료에 의한 적조관측 활용 방안을 논의하고자 한다.

제안 방법

전처리를 마친 위성영상 자료는 현장관측에 의해 보고된 적조 발생 지역의 영상을 분류하였다. 또한, 적조 발생이 보고되지 않은 지역의 영상자료 중 적조 발생이 빈번한 8월부터 10월까지의 영상 자료를 분류하여 적조 관측의 검증을 위해 활용하였다.
본 연구에서 적용하고자 하는 적조 관측 알고리즘은 연안해역이 부유사와 용존유기 물의 영향을 받아 엽록소 추출 알고리즘으로 분석하기 어려운 점을 고려하여 부유사와 용존유기물의 영향을 최대한 줄일 수 있는 방안으로 Stumpf and Tyler(1988)이 제 안한 적색채널 알고리즘의 변형식을 적용하 였고, Tassan(1987, 1993)의 연구에서 탁한 해역의 엽록소를 추출하는 알고리즘의 개선식을 찾아 국내 연안해역에 적용 가능하도록 수정된 식을 위성영상에 적용하였다.
적조가 그림 1과 같이 맑은 해역에서 발생하는 경우에는 관측이 쉽게 이루어질 수 있으나 탁한 해역에서의 적조는 부유사와 적조의 반사 특성이 상호 유사한 경우 적조만을 추출하는 기법이 요구된다. 본 연구에서는 두 번째 적조관측 방안으로 탁한해역 에서의 적조관측을 위해 1995년 8월과 10월 AVHRR 영상을 적색밴드 알고리즘에 의해 처리하고 그림 2와 같은 적조의 분포를 관측하였다.
본 연구에서는 부유사의 반사값을 기준으로 하여 엽록소에 의한 빛의 소광정도를 계산하고 이를 통해서 탁한 해역에서 적조발 생지역을 추출하는 계산식을 다음 식 1과 같이 적용하였다.
본 연구의 공간적 범위와 시간적 범위는 서해안, 남해안, 동해안 일부 지역이며, 이들 지역의 Landsat TM, ETM, AVHRR, SPOT 위성자료와 OSMI, SeaWiFS, MODIS 등의 해색위성자료 중 적조 발생이 보고된 시점의 영상과 적조 발생 가능시점의 자료를 검색하여 이들 자료에 의한 적조관측을 수행하였다.
이들 자료의 분석 방법은 먼저 위성자료의 전처리 과정을 통해 방사보정과 기하보정을 수행하였다. 전처리를 마친 위성영상 자료는 현장관측에 의해 보고된 적조 발생 지역의 영상을 분류하였다.
이들 자료의 분석 방법은 먼저 위성자료의 전처리 과정을 통해 방사보정과 기하보정을 수행하였다. 전처리를 마친 위성영상 자료는 현장관측에 의해 보고된 적조 발생 지역의 영상을 분류하였다. 또한, 적조 발생이 보고되지 않은 지역의 영상자료 중 적조 발생이 빈번한 8월부터 10월까지의 영상 자료를 분류하여 적조 관측의 검증을 위해 활용하였다.

후속연구

본 연구에서는 이를 보다 정량적으로 구분하여 제시할 수는 없었지만 향후 해색센서의 활용을 통해 연안해역의 적조발생해역을 구분하고 이를 정량적으로 해석하기 위한 알고리즘을 개발하기 위해서는 본 연구에서 제안된 조건의 구분 알고리즘 적용이 타당함을 제안할 수 있다.

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