[논문]인공위성 영상 자료를 이용한 북한 지역의 간척지 조사

신석효; 김상철; 안기원; 김남식

문제 정의

따라서, 본 연구에서는 KOMPSAT-1 EOC 영상과 MODIS 영상을 이용하여 북한 지역의 간척지 정량적(위치와 형태 등)조사를 통하여 북한 서해안 지역의 간척 현황도를 작성하고 매일 실시간으로 수신하고 있는 MODIS 영상의 활용방안을 제시하고자 한다.
본 연구에서는 통일원이 조사한 그림 10에서 보는 바와 같이 북한의 간척자원 위치도를 기초로 하여 간척지구 위치와 현황을 확인하는 작업올 진행하였다. 보도된 자료에 의한 북한의 간척현황은 표 3과 같다

제안 방법

있다. 다행히도 한국항공우주연구원에서는 다파장대의 MODIS 영상을 매일 실시간으로 수신하고 있기 때문에 이 두 영상의 장단점을 활용하면 북한과 같은 비접근지역의 간척지 현황과 특성을 조사 · 분석할 수 있다.
디지털 모자이크는 여러 개의 영상 파일들을 공간적으로 융합하여 하나의 영상 파일로서 만드는 작업으로서 본 연구에서는 13개의 KOMPSAT-1 EOC 영상데이터들을 분광반사특성을 손상시키지 않는 범위 내에서 농담변환인 히스토그램 매칭(histogram matching)기법을 실시하여 Georeferenced mode로 모자이크 영상을 작성하였다. 그림 4와 5는 13개 path의 KOMPSAT-1 EOC 영상과 모자이크된 영상을 나타내고 있다.
하지만 대상지역이 북한지역으로 지형도를 취득하기가 용이하지 않기 때문에 본 연구에서는 현재 우리나라에서 제작되고 있는 축척 1:250, 000의 지세도를 사용하여 지상좌표를 획득하였으며, 사용된 지형도가 소축척인 관계로 지상기준점의 정확도가 떨어질 수 있으므로 기준점은 주로 방파제, 저수지 등과 같이 그 경계가 확실한 점을 선정하였다. 영상좌표와 지도좌표간의 좌표변환식으로는 1차다항식을, 픽셀값의 재배열(resampling) 방법으로는 공1차내삽법(bilinear interpolation)을 사용하였으며 재배열에 있어서 픽셀 1개에 해당하는 지상크기를 KOMPSAT-1 EOC 영상은 6.6 m × 6.6 m가 되도록 하였다.
간척사업이 완료되었거나 진행 중인 상황을 육안으로 확인할 수 있었다. 이를 분석하여 방조제의 길이, 간척지 면적, 담수호의 크기, 용수원, 내부개답현황 등을 파악할 수 있었다. 그러나 예정지 등 간척 가능지의 분석은 보도된 내용을 기초로 하여 유추할 수 밖에 없었다.

대상 데이터

본 연구에서 사용된 인공위성 영상데이터는 그림 2, 3과 표 1, 2에서 보는 바와 같이 1999년 12월에 우리나라에서 발사하여 현재 운용중인 KOMPSAT-1 EOC 영상과 NASA의 지구관측시스템의 일환으로 개발된 Terra위성과 Aqua위성에 탑재되어 있는 MODIS 영상데이터를 이용하였고, KOMPSAT-1 EOC 영상은 2000년, 2001년, 2002년에 수집된 13개의 path, MODIS 영상은 2002년에 수집된 영상을 이용하여 최대한 경년변화를 줄일 수 있도록 데이터를 수집하였다. 연구대상지역은 북한 서해안 일대 간척사업 지역으로서 그 크기는 종횡방향으로 291 km × 171 km로서 면적은 약 49,761 km²이다.
경년변화를 줄일 수 있도록 데이터를 수집하였다. 연구대상지역은 북한 서해안 일대 간척사업 지역으로서 그 크기는 종횡방향으로 291 km × 171 km로서 면적은 약 49,761 km²이다.(그림 1)
KOMPSAT-1 EOC 영상의 경우 본 연구에서 사용된 기하보정방법은 지상기준점의 지도좌표를 이용하는 방법을 사용하였다. 하지만 대상지역이 북한지역으로 지형도를 취득하기가 용이하지 않기 때문에 본 연구에서는 현재 우리나라에서 제작되고 있는 축척 1:250, 000의 지세도를 사용하여 지상좌표를 획득하였으며, 사용된 지형도가 소축척인 관계로 지상기준점의 정확도가 떨어질 수 있으므로 기준점은 주로 방파제, 저수지 등과 같이 그 경계가 확실한 점을 선정하였다. 영상좌표와 지도좌표간의 좌표변환식으로는 1차다항식을, 픽셀값의 재배열(resampling) 방법으로는 공1차내삽법(bilinear interpolation)을 사용하였으며 재배열에 있어서 픽셀 1개에 해당하는 지상크기를 KOMPSAT-1 EOC 영상은 6.

이론/모형

MODIS 영상은 소수의 기준점을 사용하여 각 band 영상이 각각 KOMPSAT-1 EOC 영상의 모양과 같도록 하는 ERDAS IMAGINE 소프트웨어의 “Image to Image" 방법을 사용하였다. 기하보정시의 평균 제곱근 오차(RMSE)는 1픽셀 이상인 값들은 제외하였다.
KOMPSAT-1 EOC 영상의 경우 본 연구에서 사용된 기하보정방법은 지상기준점의 지도좌표를 이용하는 방법을 사용하였다. 하지만 대상지역이 북한지역으로 지형도를 취득하기가 용이하지 않기 때문에 본 연구에서는 현재 우리나라에서 제작되고 있는 축척 1:250, 000의 지세도를 사용하여 지상좌표를 획득하였으며, 사용된 지형도가 소축척인 관계로 지상기준점의 정확도가 떨어질 수 있으므로 기준점은 주로 방파제, 저수지 등과 같이 그 경계가 확실한 점을 선정하였다.

성능/효과

1. KOMPSAT-1 EOC 영상과 MODIS 영상을 이용하여 북한 서해안 지역에 대한 간척사업현황과 간척지 정량적 조사를 통하여 간척 현황도를 작성할 수 있었다.
2. 고해상도 이면서 단 밴드 영상인 KOMPSAT-1 EOC 영상과 실시간 취득이 가능한 다파장대의 MODIS 영상을 이용함으로서 IKONOS와 같은 고가이면서 한 scene의 피복면적이 좁고, 구입에 소요되는 기간이 많이 걸리는 문제를 해결할 수 있어서 간척지와 같은 대규모 면적의 활용에 경제적임을 알 수 있었으며, 또한 매일 실시간으로 취득함에 따라 북한 지역과 같은 비접근지역의 간척지 현황 및 정보수집이 용이할 것으로 판단된다.
81년에 30만ha의 간척개간목표를 내세우고 대대적인 간척사업을 추진한 이후 지금까지 총 42천ha의간척실적을 보이고 있으며, 이는 30만ha를 10년 동안에 개간하겠다던 당초의 계획보다 상당히 부진한 실적이며, 최근에는 도별로 추진하는 토지정리사업이 우선시 되면서 잠정적으로 중단된 것으로 보이며 북한 전 지역의 토지정리사업이 끝나는 대로 간척사업을 재개할 것으로 알려지고 있다.
북한의 간척사업현황과 간척 가능지 조사가 가능하도록 간척지 현황도 작성을 위해 KOMPSAT-1 EOC 영상과 MODIS 영상의 중합영상을 이용하여 해상력이 좋은 컴퓨터 모니터로 확대하여 판독함으로서 간척사업이 완료되었거나 진행 중인 상황을 육안으로 확인할 수 있었다. 이를 분석하여 방조제의 길이, 간척지 면적, 담수호의 크기, 용수원, 내부개답현황 등을 파악할 수 있었다.
효과를 극대화하는 것이다. 이러한 이유로 KOMPSAT-1 EOC 영상과 MODIS 영상을 이용한 북한 지역의 간척지 정량적(위치와 형태 둥)조사를 위하여 KOMPSAT-1 EOC 영상이 단 밴드 영상이라는 단점을 보완하기 위하여 본 연구에서는 대표적인 영상중합기법인 IHS와 PCA기법으로 KOMPSAT-1 EOC 영상과실 시간 취득이 용이한 다파장대의 MODIS 영상과의 중합을 수행하였으며, 간척지에 유효한 기법 선택을 위한 분광특성평가와 시각적 판독평가 결과에서 IHS123 중합 결과 영상이 분광특성 및 시각적 판독의 두 가지 평가에서 전체적으로 가장 좋은 결과를 받았고, 다음으로 IHS124, PCA123, PCA124의 순으로서 나타났으며, IHS기법을 사용한 중합영상이 PCA 기법을 통한 중합영상보다는 모든 면에서 나은 기법으로 판명됨에 따라 IHS 기법이 간척지조사에 관련된 적절한 중합방법으로 선정되었다. 그림 8과 9는 IHS123 중합 영상과 PCA123 중합영상을 항목별로 (500 rows × 500 columns) 크기로 절출하여 비교한 영상들이다.
중합된 영상을 이용하여 육안판독에 의하여 위성영상에서 분석된 북한의 간척현황은 위의 표 3에서 보는 바와 같이 약 23만ha로 판독되었다. 이는 계획된 면적, 시공 중이거나 부분준공 또는 완공된 간척지 면적을 합한 수치이며 특히 많은 차이를 보이고 있는 평안북도 가도의 경우에는 청천강 우안 부분을 합한 결과로 판독면적이 크게 나왔다고 볼 수 있다.

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