[논문]레이더 차분간섭기법을 이용한 뉴올리언스 지역의 시간에 따른 지표변위 관측

조민정; 이창욱; 박정원; 원중선

레이더 차분간섭기법을 이용한 뉴올리언스 지역의 시간에 따른 지표변위 관측
Subsidence Observation of time-series surface deformation at New Orleans using Differential SAR Interferometry 원문보기

조민정 (연세대학교 지구시스템과학과) , 이창욱 (연세대학교 지구시스템과학과) , 박정원 (연세대학교 지구시스템과학과) , 원중선 (연세대학교 지구시스템과학과)

뉴올리언스는 미시시피 강 하구에 위치하였으며 지난 2005년 허리케인 카트리나에 의해 큰 침수 피해를 입은 지역이다. 이 도시는 신생대 지층에 자리하고 있어 미고결층의 다짐작용 및 단층작용으로 최대 29mm 정도의 연간 침하율을 보여 왔다. 뉴올리언스의 계속된 침하작용은 평균해수면보다 낮은 지역에 위치한 도시의 침수위험성을 가중시키고 있어 현재 이에 관한 많은 연구가 진행되고 있다. SAR영상을 이용한 차분간섭기법(DInSAR, Differential Interferometry of SAR)은 지반침하, 지진, 화산활동 등과 같이 수십 km$^2$에 걸쳐 발생하는 지표변위를 수cm-수mm의 정밀도로 관측 가능한 기술이다. 이 연구에서는 차분간섭기법을 이용하여 2005년 2월부터 2007년 2월까지 촬영된 21개의 RADARSAT-1 Fine beam mode(F5) 영상으로부터 25개의 차분간섭영상(DInSAR Interferogram)을 생성하였다. 또한 차분간섭도의 spatial decorrelation을 극복하고 시간에 따른 LOS 방향의 변위를 관측하기 위해 분석 알고리즘으로는 보완된 SBAS(small baseline subset)기법을 이용하였으며, 이 기법을 이용하여 대기의 영향 및 노이즈를 제거한 결과를 얻을 수 있었다. 우리는 LOS방향의 2차원 변위분포 맵을 작성하였으며, 그 결과 전체적인 침하율은 크지 않지만, 도시의 서쪽지점에서 나타나는 상대적으로 큰 -1.49cm/yr의 변위 값과 동쪽 지점에서 0.33cm/yr의 변위 값을 관측하였다. 이 같은 결과는 앞으로의 연구에서 실측 데이터 및 동일기간의 다른 SAR영상자료의 연구를 통해 보완해 나갈 것이다.

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문제 정의

이 연구에서는 SBAS 알고리즘을 이용하여 뉴올리언스 지역의 지반 침하 현상을 시간에 따라 분석하고 침하지의 분포 및 침하량을 정량적으로 산정하고자 한다.

제안 방법

이 알고리즘에서는 수직기선의 제한에 의해 시간적으로 연결되지 않는 차분 간섭 도가 발생하였으며 이를 극복하기 위해 singular value decomposition (SVD) 방법을 이용하였다. 또한 unwrapping 오차를 최소화하기 위하여 잔류 차분간섭도를 이용하였고, 각 차분간섭도의 대기효과를 보정하기 위해 공간적으로 저주파 필터와 시간적으로 고주파 필터를 적용하였다.
우리는 Fig 5. 와 같이 연구지역 의 표준편차 분석 또한 실행하였다. 미시시피 강변을 비롯한 중심부에서는 표준편차가 적게 나타나지만 서쪽지역에서의 표준편차 값은 상대적으로 큰 값을 나타냄을 볼 수 있다.
나타낼 수 있다. 이를 이용하여 뉴올리언스 지역에 대한 2005년 2월에서 2007년 2월까지의 침하현상을 분석하고자 하였으며, SBAS기법을 통해 시간에 따른 지표 변위를 효과적으로 도시화 할 수 있었다.

대상 데이터

연구지역의 차분간섭영상을 생성하기 위하여 우리는 2005년 2월에서 2007년 2 월까까지 촬영된 21개의 RADARSAT-1 Fine beam mode(F5) 영상을 사용하였고, 이로부터 25쌍의 차분간섭영상을 생성하였다(Table 1).

이론/모형

(2002)에 의해 제 안되었다. 이 알고리즘에서는 수직기선의 제한에 의해 시간적으로 연결되지 않는 차분 간섭 도가 발생하였으며 이를 극복하기 위해 singular value decomposition (SVD) 방법을 이용하였다. 또한 unwrapping 오차를 최소화하기 위하여 잔류 차분간섭도를 이용하였고, 각 차분간섭도의 대기효과를 보정하기 위해 공간적으로 저주파 필터와 시간적으로 고주파 필터를 적용하였다.
이 연구에서는 기존의 SBAS 알고리즘이 가지고 있는 지표변위의 노이즈 성분 제거에 대한 문제점을 보완하기 위해 유한차분 근사법(finite difference approximation)을 사용한 보완된 SBAS 알고리즘을 사용하였다.

성능/효과

이것은 Fig 3. 을 통해서 살펴볼 수 있으며 D 지점의 시간에 따른 변위 값을 도시해 본 결과 시간에 따라 일정한 속도 값을 갖고 있지는 않지만 약 0.33cm/yr 정도의 변위 값을 측정할 수 있었으며 지반의 고도가 상승하고 있을 가능성을 추측할 수 있었다 (Fig 4).
과 같은 LOS방향의 변위분포도를 얻을 수 있었다. 전체 분석기간인 2005년 2월에서 2007년 2월(819 days)까지의 변위량을 2차원적으로 나타낸 결과, 도시의 서쪽지역에서 다른 지역에 비해 변위가 많이 발생하고 있으며 중심지역에서도 약간의 변위가 발생하고 있음을 살펴볼 수 있었다. 특히, A 지점에서의 변위량을 시간에 따라 도시한 결과 변위 값이 -1.
전체 분석기간인 2005년 2월에서 2007년 2월(819 days)까지의 변위량을 2차원적으로 나타낸 결과, 도시의 서쪽지역에서 다른 지역에 비해 변위가 많이 발생하고 있으며 중심지역에서도 약간의 변위가 발생하고 있음을 살펴볼 수 있었다. 특히, A 지점에서의 변위량을 시간에 따라 도시한 결과 변위 값이 -1.49cm/yr로 측정되어선 형적으로 증가하고 있음을 확인할 수 있었다(Fig 4). B지점에서의 측정 결과에서도 -5.

후속연구

이러한 결과들은 차후 연구에서 실측데이터와의 비교 및 같은 기간 내에 촬영된 RADARSAT-1 standard beam mode(S2) 의 영상을 분석함으로써 보완해 나갈 것이다.

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