고해상도 광학 위성영상을 이용한 재난관리 방안과 사례분석
Disaster Management Using High Resolution Optical Satellite Imagery and Case Analysis
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Abstract
최근 기후변화, 기상이상 현상 등으로 자연재난의 발생빈도가 증가하면서 인공위성을 활용한 재난관리의 필요성이 증가하고 있다. 본 연구에서는 고해상도 광학 위성영상을 이용한 재난관리 방안을 제시하고, 활용 가능한 위성영상을 정리하였다. 또한, 보다 쉬운 이해를 위해 공간해상도, 주기해상도, 센서특성 등 원격탐사를 이해하기 위한 기본개념을 설명하였다. 함경북도 홍수, 네팔 대지진, 충남 보령호 등 최근 발생한 대형 재난을 분석함으로써 고해상도 광학 위성영상이 재난관리에 어떻게 활용될 수 있는지에 대해 살펴보았다. 본 연구를 통해 고해상도 광학 위성센서 운영현황, 재난 진행단계별 산출 가능한 결과물이 제시되었다. 재난 진행단계에서는 복구, 대응, 예방⋅대비 순으로 활용도가 높았으며, 재난유형별로는 풍수해, 가뭄, 산사태 순으로 활용도가 높게 나타났다. 실제 분석사례를 통해 피해 침수 및 붕괴 건물수, 침수 농경지 면적, 이재민 대피장소 등 재난 상황에 대한 정보 추출이 가능함을 확인하였다. 향후 무인항공기 데이터, 항공사진 데이터 등 타 수집장비로부터 취득한 데이터와의 융합 방법론과 검증에 대해 연구를 수행할 예정이다.
Trans Abstract
With the recent climate changes and weather abnormalities, the occurrence frequency of natural disasters has increased; therefore, the need for satellites that aid in disaster management has been increasing. This research presents a disaster management plan using high resolution optical satellite images and organized available satellite images. Moreover, we explain the basic concepts to understand remote sensing such as spatial resolution, temporal resolution, and sensor characteristics and the manner in which the high resolution optical satellite image can be used for disaster management. Through this study, we show the high resolution optical satellite image status and the possible output of the stage of disaster progression. At the stage of disaster progression, the satellite utilization was increased in the order of recovery, response, and prevention, and according to the types of disasters, it increased in the order of flood damage, drought, and landslides. Through practical case analysis, it was confirmed that information on disaster situations such as flood damage, collapse building number, flooded farmland area, and evacuation site can be extracted. In the future, we plan to study fusion methodology with data acquired from other collecting devices such as unmanned aerial data and aerial photography data.
1. 서론
최근 급격한 기후변화와 기상이상으로 홍수, 태풍, 산사태, 폭설, 가뭄 등 대규모 자연재해가 빈번히 발생하고 있으며, 그 피해규모가 점차 대형화⋅광역화되고 있는 추세이다. 이에 반해 광범위한 재난상황에 대한 신속한 대응체계의 부재로 재난현장의 상황파악이 어려운 실정이다. 이에 따라 재난으로 인해 접근하기 어렵거나 대규모 재난에 대해 재난 상황의 평가⋅분석 및 신속한 대응체계 마련을 위해 위성영상의 필요성이 점차 증대하고 있다(National Disaster Management Research Institute, 2015).
대형 자연재난이 지속적이고 전 지구적으로 발생하면서 국제연합(United Nations), 유럽항공우주국(European Space Agency) 등 국제사회는 대규모 재난에 대해 공동으로 대처하기 위한 노력을 전개하고 있다. 특히, 전 지구를 주기적으로 관측할 수 있는 서브미터급 고해상도 상업위성이 개발되면서 인공위성을 활용한 재난관리가 증가하고 있다(National Disaster Management Research Institute, 2015). 위성영상의 활용범위는 국가적 재난 발생에 대한 전조 모니터링에서 신속한 복구를 위한 정밀 영상정보 및 공간정보 제공에 이르기까지 더욱 확대되고 있는 추세이다.
현재 우리나라는 고해상도 광학영상을 제공하는 다목적실용위성(KOMPSAT, Korea Multi-Purpose SATellite)-3호를 비롯하여 통신⋅해양⋅기상센서를 탑재한 천리안위성(COMS, Communication, Ocean and Meteorological Satellite) 등을 운영하고 있다. 이와 함께 위성레이더 센서를 탑재하여 집중호우, 구름, 주야에 관계없이 영상촬영이 가능한 다목적실용위성-5호를 운영 중에 있다. 2015년 3월에 발사된 다목적실용위성-3A호는 0.55 m의 고해상도 광학센서와 5.5 m의 적외선 센서를 탑재하여 열변화에 대한 분석이 가능하다. 이에 따라 재난안전 분야에서도 위성영상의 수급과 활용에 많은 변화가 예상된다. 재난관리 업무에 원격탐사(remote sensing) 등 첨단기술을 활용한 전문가 운영체계를 마련하여 선제적 재난대응과 신속⋅정확한 긴급대응 체계를 구축할 필요가 있다.
위성영상은 센서 특성, 궤도, 해상도(공간, 분광)별로 구분이 가능하며, 그 중 공간해상도는 위성의 활용 분야를 구분할 수 있는 구체적인 기준이다. 위성영상의 공간해상도를 구분하는 기준은 명확하게 제시되어 있지 않지만, 일반적으로 5 m 이하인 공간해상도를 고해상도로 구분하고 있다(Jacobsen, 2004). 고해상도 위성영상은 건물, 차량 등 지상 위의 물체를 판독할 수 있기 때문에 재난발생 시 현장정보 취득이나 재난 전후의 변화 모니터링을 하는 데 가장 적합하다. 고해상도 위성영상을 이용한 재난현장 분석의 대표적인 예는 후쿠시마 쓰나미 현장과 네팔 지진 현장에 대한 피해 분석 등이 있다.
고해상도 위성영상의 단점은 관측폭이 좁아 동일 영역을 다시 촬영하는 주기가 길어 재난 대응에 한계가 있다는 것이다. 즉, 단일위성의 개별적 운용 체계만으로는 광역적 재난 상황의 실시간 대응에 한계가 존재한다. 현실에서는 고가의 인공위성을 다수 운영하는 것이 재정적인 부담을 동반하기 때문에 미국(414기), 일본(58기), 유럽연합(212기) 등 재정이 뒷받침되는 일부 국가들만이 수십에서 수백기의 인공위성을 동시에 운영하고 있다(Ministry of Science, ICT and Future Planning, 2017). 그 외의 국가들은 그 대안으로 서로 다른 종류의 센서를 탑재한 위성을 운영하거나 다른 나라에서 운영 중인 위성들을 하나의 위성군(constellation)으로 통합⋅운영하는 방법으로 위성영상 수급의 문제를 해결하고 있다. 국제헌장(International Charter), 센티넬 아시아(Sentinel Asia) 등의 재난관측 국제기구와 중국, 영국 등이 활동 중인 재난관측위성군(Disaster Monitoring Constellation)이 대표적인 예이다. 이러한 흐름의 일환으로 국립재난안전연구원과 한국항공우주연구원은 2010년 국제재난기구인 국제 헌장에 정식 가입하여 국내 자연재난 대응에 활용하고 있다.
한편, 민간 분야에서도 고해상도 광학위성의 상업적인 활용이 증가하고 있다. 미국에 본사를 둔 플래닛랩스사(PlanetLabs)는 공간해상도 3.7 m의 초소형 위성(10×10×30 cm) 150여기를 활용하여 전 지구를 하루에 한번 촬영할 수 있는 위성군을 구축하고 있다. 이와 같이 최근 고해상도 위성영상의 상시 취득이 가능한 환경이 구축되면서 재난관리를 위한 고해상도 위성영상의 활용 가능성과 그 실효성에 대해 현재 시점에서 평가해보는 것이 필요하다. 본 연구에서는 고해상도 광학 위성영상을 활용하여 재난 진행단계별 산출 가능한 결과물을 정의하고, 고해상도 광학 위성영상을 실제 재난사례에 적용하여 그 활용성을 평가해보았다.
2. 원격탐사 기본 개념
본 절에서는 고해상도 광학 위성영상의 활용 방안을 알아보기에 앞서 이해를 위해 위성에 대한 기본 개념, 즉 공간해상도, 관측폭, 주기해상도 등에 대해 간략하게 설명하였다.
2.1 공간해상도와 관측폭
공간해상도(spatial resolution)란 영상 내 하나의 화소(pixel)가 표현 가능한 지상 영역의 크기를 의미하며, 공간분해능으로 정의하기도 한다. 즉, 공간해상도가 높을수록 일정 영역을 더 많은 수의 화소로 자세하게 표현한다는 것을 의미한다. 예를 들어, Fig. 1에서 공간해상도가 5 m인 영상은 가로, 세로의 길이가 5 m인 지상 영역을 하나의 화소로 표현하는 반면, 공간해상도가 1 m인 영상은 동일 영역을 25개의 화소로 표현한다. 결과적으로 공간해상도가 1 m인 영상은 공간해상도가 5 m인 영상에 비해 동일 지역을 25배 자세하게 표현한다고 할 수 있다. 이처럼 높은 공간해상도의 영상일수록 자연스럽게 시각적인 판독력이 높아진다고 할 수 있다(Lillesand et al., 2007).
Example of Various Spatial Resolution (satellite imaging corporation
공간해상도를 다룰 때 함께 고려해야하는 것이 관측폭(swath)이다. 관측폭이란 위성이 한 번에 관측할 수 있는 지상 영역의 폭을 말한다. 이 정의에 의해 위성센서의 관측폭이 크다는 것은 촬영되는 지상영역의 크기가 크다는 것을 알 수 있다. 여기에서 주목해야하는 점은 공간해상도와 관측폭과의 관계이다. 두 가지 요소는 물리적인 한계로 인해 ‘공간해상도가 높아질수록 관측폭이 작아지는 반비례적인 관계’가 형성된다. 이에 따라 공간해상도가 높아지면 관측할 수 있는 지상 영역이 줄어들게 되고, 반대로 공간해상도가 낮아지면 관측할 수 있는 지상 영역이 넓어지게 된다.
2.2 주기해상도와 위성궤도
주기해상도(temporal resolution)는 인공위성이 동일 지점을 다시 촬영하기까지의 기간을 의미하며, 재방문주기(revisit time) 또는 시간해상도라고도 불린다(Sinnhuber, 2015). 인공위성의 궤도는 크게 남극과 북극을 중심으로 지구 주위를 도는 극궤도 위성(polar orbit)과 지구 자전주기와 동일한 주기로 돌아가는 정지궤도(geostationary) 위성으로 구분할 수 있다(Fig. 2). 정지궤도 위성은 동일 지점의 상공에서 24시간 지구를 관측하므로 주기해상도를 논하는 것은 의미가 없다. 즉, 주기해상도는 주로 극궤도 위성에 적용되는 개념이라고 볼 수 있다.
Polar Orbit and Geostationary Orbit
극궤도 위성은 600∼1,000 km 고도에서 남북방향으로 회전하는 위성을 말한다. 이때 위성궤도면은 적도면에 대하여 수직에 가깝게 유지한다. 극궤도 위성은 약 100분의 주기로 지구를 돌고 있으며, 같은 지역을 하루에 두 번 지나므로 지구 전체를 모니터링할 수 있다는 장점이 있다(National Meteorological Satellite Center, 2017). 35,800 km의 고도를 가진 정지궤도 위성에 비해 낮은 고도에서 지구를 관측하기 때문에 고해상도 영상 취득이 가능하다.
주기해상도는 공간해상도와 매우 밀접한 관련이 있다. 이 두 요소는 반비례적인 관계를 갖는데 그 이유는 공간해상도가 높을수록 관측폭이 좁아져 동일 지역을 재촬영하기까지의 기간이 길어지기 때문이다. 따라서 중⋅저해상도에서 고해상도로 갈수록 주기해상도는 낮아진다. 하지만 이러한 단점을 보완하기 위해 고해상도 위성센서는 인공위성의 자세를 변화시켜 타겟지역을 촬영할 수 있도록 설계되어 있으며, 자세 변화를 통해 고해상도 위성센서의 주기해상도를 3일 이하로 높일 수 있다. 예를 들어 다목적실용위성-3호의 재방문주기가 28일이지만 위도 10∼20도 지역에서 위성 진행방향의 좌우촬영각을 30도 이하로 설정하고 동일 지역을 촬영한 결과 다목적실용위성-3호의 재촬영주기는 평균 2.8일이었다(Satrec Initiative Imaging Service, 2014). 이와 같은 자세변화를 통한 촬영을 제외하면 일반적으로 관측폭과 주기해상도는 반비례적인 관계를 가진다고 할 수 있다.
2.3 수동형/능동형 센서
위성센서는 크게 수동형 센서(passive sensor)와 능동형 센서(active sensor)로 나눌 수 있다. 수동형 센서와 능동형 센서는 서로 다른 에너지원을 통해 데이터를 취득하기 때문에 활용 방법이나 목적이 확연히 다르다. Fig. 3은 두 센서의 차이를 설명하고 있다. 수동형 센서는 태양으로부터 방출된 에너지가 지표면에 반사되어 돌아오는 양을 센서에서 측정하여 기록하는 방식을 사용한다. 반면 능동형 센서는 수동형 센서와 달리 직접 지표면에 주사한 에너지가 반사되어 돌아온 에너지량을 측정하는 방식을 사용한다(Thuy, 2017).
Passive Sensor and Active Sensor
대표적인 수동형 센서는 광학센서이다. 광학센서는 인간의 눈으로 보는 가시광 파장 정보를 취득하여 제공하므로 능동형 센서로부터 취득한 영상에 비해 시각적인 판독력이 뛰어나다. 하지만 태양을 에너지원으로 하기 때문에 구름이 낀 지역은 촬영할 수 없다는 단점을 가지고 있다. 대표적인 능동형 센서는 SAR (Synthetic Aperture Radar) 센서이다. SAR 센서는 지각이동, 지반변화 등 지반변위정보와 지면 거칠기 정보를 취득하는데 유용하게 활용할 수 있다. 시각적인 판독력은 광학센서에 비해 떨어지나 직접 에너지를 주사하여 정보를 취득하는 방식이기 때문에 구름, 강수 등 기상상황과 관계없이 지상정보를 취득할 수 있다는 장점을 가진다.
3. 재난관리를 위한 고해상도 광학 위성영상 활용
광학 위성영상은 공간해상도에 따라 분석 가능한 대상과 관측폭이 다르기 때문에 재난유형별/진행단계별로 용도가 확연히 다르다. 예를 들어 한반도 전체의 가뭄현황을 모니터링하기 위해서는 MODIS, Landsat-8과 같이 관측폭이 넓은 중⋅저해상도 위성영상이 요구된다. 하지만 중⋅저해상도 위성영상은 낮은 공간해상도로 인해 건물 붕괴나 수위면적의 감소 등 직접적인 피해 확인이 어렵다. 반면, 고해상도 위성영상의 경우 재난 피해지역 현황을 상세하게 확인할 수 있는 공간해상도를 갖고 있기 때문에 재난 대응 및 복구 단계에서 유용하게 활용할 수 있다. 또한, 고해상도 광학 위성영상의 가장 큰 장점 중 하나는 디지털카메라로 취득한 사진과 같기 때문에 특별한 지식이나 분석기술이 없이도 분석이 가능하다.
Table 1은 6개의 재난유형에 대해 고해상도 광학 위성영상으로 산출할 수 있는 결과물들을 재난 진행단계별로 조사한 것이다. 실제로 활용되고 있는 시스템, 연구논문, 연구보고서 자료를 수집하여 정리하였다(National Disaster Management Research Institute, 2014). 재난 진행단계별로 살펴보면, 복구, 대응, 예방⋅대비 순으로 활용도가 높았다. 이는 위성영상 적시 수급문제와 연결지어 생각해 볼 수 있다. 복구 단계에서는 재난 발생 후 일정 시간의 여유를 두고 재난 정보를 요구하는 반면 대응 단계에서는 최대한 빠르게 위성영상을 수집하여 분석하는 것을 요구한다. 하지만 풍수해, 폭설, 산불 등은 재난 발생 중에 구름이나 연기 등을 동반하기 때문에 인공위성으로부터 지상정보를 취득하기가 불가능하다. 따라서 재난이 발생하고 있는 상황에서의 위성영상 수급 자체가 어려워 재난 대응단계에서의 활용도가 떨어진다고 할 수 있다. 재난 복구단계에서는 침수흔적도, 산불피해지도, 복구현황도 등 재난 전⋅후 변화, 복구 진행사항을 확인할 수 있는 산출물들을 만들어낼 수 있어 여러 분야에서 활용되고 있다.
Application Field of High Resolution Optical Satellite Imagery for Disaster Management
재난유형별로 활용도를 살펴보면 풍수해, 가뭄, 산사태 순으로 높게 나타났다. 풍수해에 모든 단계에서 활용이 가능한 것으로 나타났으며, 특히 수치지형도, 지리정보시스템과의 연계를 통해 홍수위험 모니터링, 범람예상지도의 작성할 수 있다. 가뭄에 대해서는 주요 댐⋅저수지에 대해 수계면적의 변화를 관찰하여 가뭄 발생을 예측할 수 있다. 이와 함께 모내기철에는 논의 관개현황을 광범위하게 산출해 낼 수 있다. 산불은 발생 중, 발생 후에 흔적이 명확하게 남기 때문에 산불 진행상황과 식생 복구현황을 고해상도 광학 위성영상을 통해 쉽게 추출할 수 있다.
이처럼 고해상도 광학 위성영상은 주요 재난에 대해 재난 진행단계별로 취득할 수 있는 다양한 산출물들이 있다. 과거의 경우, 재난 발생지역에 대한 위성의 방문빈도가 낮아 고해상도 광학 위성영상의 활용에 제약이 존재했지만, 최근 국내⋅외에서 위성영상을 취득할 수 있는 다양한 경로들이 생겨나면서 재난관리를 위한 활용도가 점점 높아지고 있다.
Table 2는 국내⋅외에서 취득 가능한 고해상도 광학 위성영상을 공간해상도, 재방문주기와 함께 정리하였다. 고해상도 광학 위성영상의 경우, 국내 다목적위성 시리즈를 제외하고 유료로 취득할 수 있다. 제시된 고해상도 광학 위성영상들은 이론적으로는 일 단위로 취득이 가능하지만 기상 여건, 촬영 우선순위 등으로 인해 사용자의 입장에서 볼 때 일 단위 위성영상 수집은 한계가 있다. 따라서 단일 위성영상에만 의존하는 것보다 3기 이상의 위성을 활용할 수 있는 체계를 구축하여 재난 발생 시 보다 신속하게 영상을 취득하는 환경을 마련하는 것이 중요하다. 실제로 국립재난안전연구원에서는 KOMPSAT series 외에 PlanetScope, DubaiSat-2, TripleSat을 활용할 수 있는 체계를 구축하여 운영 중이다.
Specification of High Resolution Optical Satellite
4. 분석 사례
본 절에서는 북한 홍수, 충청남도 가뭄, 네팔 지진에 대해 고해상도 위성영상으로 분석해보았다. 재난 전후의 고해상도 위성영상, 수치지도, 토지피복도를 연계하여 피해면적, 피해건물 등을 산출하였다.
4.1 홍수(북한 함경북도)
10호 태풍 ‘라이언록’으로 인해 8월 29일부터 3일간 함경북도 지역에 152~320mm의 비가 내려 사망 138여명, 실종 400여명, 시설물 8,600여동 피해 발생하였다. 홍수 발생 당시 이재민은 60여만명을 넘어섰으며 177억원 정도의 피해복구비가 필요한 것으로 발표됐다(Korea Development Institute, 2016). 북한은 접근이 불가능한 공간적 제약 때문에 북한 당국에서 발표한 내용에 대해 확인할 수 있는 수단과 방법이 없다.
이때 유일한 정보취득 수단인 인공위성은 가장 큰 효과를 발휘한다. 즉, 고해상도 위성영상을 통해 재난지역의 방문없이 피해를 대략적으로 추산할 수 있다. 이에 본 연구에서는 북한 당국에 의해 발표된 대규모 피해지역인 회령, 송학, 남양, 종성 4개 지역에 대한 분석을 실시하였다. 사용된 위성영상은 PlanetScope로 공간해상도 3.7 m이며 분석에는 가시광 파장대의 정보가 활용되었다.
Fig. 4는 북한 송학리의 홍수 전⋅후 영상이다. 송학리는 9월 26일 기준으로 시설물 166동, 논 30헥타르(0.3 km2) 침수 등이 발생하여 마을 전체 피해를 입었으며, 홍수 전보다 강폭이 6배 증가(52 m ￫ 306 m)한 것으로 확인되었다. 송학리의 경우 제방 자체가 구축되어 있지 않았으므로 타지역에 비해 피해가 컸던 것으로 추정할 수 있다. 또한, 재난발생 달 후 위성영상에서 시설물 침수지역 위에 가건물 128개동이 신규 설치된 것이 확인되었으며, 이를 통해 홍수 피해지역에 대한 복구가 진행 중인 것으로 판단할 수 있었다. 송학리 외에 회령, 남양, 종성 지역에 대해서도 동일한 방법을 통해 피해 및 복구현황을 간접적으로 확인할 수 있었다.
Flood Monitoring Using High Resolution Satellite Imagery (Songhak, North Korea)
Table 3은 PlanetScope 위성영상을 통해 4개 지역을 대상으로 건물침수, 농경지 침수, 지형변화에 대해 정리한 것이다. 지형변화는 홍수로 인해 토지피복의 대규모 변화가 발생한 것을 의미한다. 분석 결과, 4개 지역에서는 시설물 648동, 농경지 356헥타르가 침수된 것을 확인하였으며, 인근지역에서는 홍수로 인한 지형변화가 발생한 것으로 나타났다. 재난 전후의 영상분석을 통한 침수의 원인은 단시간 많은 양의 강우가 발생한 것에 비해 제방시설이 취약했기 때문이다. 근거로는 홍수 후의 영상에서 북한측 제방시설이 붕괴된 것이 확인되었으며 상대적으로 제방시설이 잘 갖춰져 있는 중국 접경지역은 침수 흔적이 거의 없는 것으로 나타났기 때문이다.
Damage Analysis by Flood
앞에서 살펴본 바와 같이 고해상도 위성영상을 이용하여 홍수 전후 피해분석, 복구 현황, 범람지도 작성 등을 통해 효과적인 홍수 재난관리가 가능한 것을 확인하였다. 고해상도 위성영상과 함께 수치지형도, 수문 모델링 정보가 연계되면 특정 지역에 발생하게 될 홍수에 대한 시뮬레이션이 가능하다. 이를 통해 침수가 예상되는 지역에 인프라 보강 등의 선제적인 정책지원이 가능할 것으로 예상된다. 또한, 기상여건과 무관하게 자료의 취득이 가능한 위성 레이더 자료의 추가적인 사용을 통해 보다 정확하고 합리적인 의사결정을 지원할 수 있을 것으로 예상한다.
4.2 가뭄(충남 보령호)
가뭄은 산사태, 지진 등과 같이 단시간에 발생하는 것이 아니라 오랜 시간을 두고 진행되며, 광역적으로 발생하는 특징이 있다. 가뭄을 판단하는 기준은 강수, 저수율 등 여러 가지가 있다. 특히, 주요 댐⋅저수지의 경우 저수율 또는 저수위로 판단하게 된다. 하지만 주요 댐⋅저수지의 경우 넓은 유역을 갖기 때문에 저수위의 변화로 인한 국지적인 변화들을 알기 어려우며, 인적⋅경제적 문제로 인해 모든 댐⋅저수지에 대한 저수위를 알 수는 없다. 이때 인공위성을 통해 수계면적의 변화를 관찰하는 것은 가뭄여부 또는 가뭄전조를 파악하는 데 큰 도움이 된다.
Fig. 5는 PlanetScope 위성영상을 통해 충남 보령호의 수계면적 변화를 모니터링한 결과이다. 보령호는 충남지역의 중요한 농업용 저수지 중 하나로 매년 가뭄으로 인해 이슈가 되는 지역이다. 분석 결과를 살펴보면, 보령호는 연초에 수계면적이 가장 낮은 수계면적을 보였고 7월에 다시 높아진 것으로 나타났다. 이후 연말까지 점진적으로 감소하는 추세를 보였다.
Flood Monitoring Using High Resolution Satellite Imagery (Boryung-ho)
Fig. 6은 한국수자원공사에서 제공하는 보령호 저수위 자료와 위성영상으로부터 추출한 수계면적을 비교한 것이다. 저수위가 낮아질 때 수계면적이 감소하고, 그 반대의 경우에 수계면적이 증가하는 경향이 나타났다. 여기서 주목할 만한 점은 ’17년 1월 25일 수계면적은 2.85 km2로 가뭄을 겪었던 ’16년의 동일시기와 유사한 수준을 보인다는 것이다. 즉, 많은 양의 강수가 발생하지 않으면 ’16년의 가뭄문제가 반복될 수 있다는 것을 의미한다. 이외에도 모내기철 관개현황 분석 등을 통해 농업적 가뭄을 판단하는 용도로 활용할 수 있을 것으로 예상한다.
Time Series Changes of Water Area and Water Level
4.3 지진(네팔 카트만두)
’15년 4월 25일 발생한 네팔 지진은 모멘트 규모 7.8, 진원의 깊이가 15 km로 얕은 편이었다. 이 때문에 최소 8,000명이 사망하고, 16,000여명이 부상을 입는 대규모 피해로 이어졌다. 지진 발생 직후, 각국에서는 인도적인 지원을 위해 네팔 현장의 정보를 취득하고자 하였으나 여진으로 인한 2차 피해, 전염병, 접근로 단절 등으로 인해 정보수집에 많은 어려움을 겪었다. 이때 인공위성을 보유한 국가나 기관에서는 4월 26일부터 네팔 피해현장을 촬영한 위성영상을 무료로 배포하기 시작하였으며, 각 나라에서는 지진피해 분석결과를 온라인에 공개하여 공유하기 시작했다.
Fig. 7은 WorldView-2 위성영상을 이용하여 지진으로 인한 피해가 집중된 지역을 분석한 결과이다. 분석 대상지역은 로얄 마헨드라(Royal Mahendra) 박물관 지역을 선정하였다. 피해분석은 크게 건물 붕괴와 이재민 대피지역 추출에 초점을 맞췄다. WorldView-2 위성영상은 공간해상도 0.5 m의 고해상도이기 때문에 지진으로 인한 건물 붕괴의 관찰이 가능하며, 잔디밭, 운동장 등 지진으로부터 안전한 이재민 대피장소의 파악이 가능하다.
Earthquake Monitoring Using High Resolution Satellite Imagery (Nepal)
지진으로 인한 건물 붕괴는 총 1,052동 중 108동으로 추산되었으며, 이재민 대피지역은 8개 지역으로 나타났다. 분석에는 네팔 카트만두시의 건축물 수치지도와 수치지형도를 동시 활용하였다. 분석결과를 통해 복구계획 수립, 이재민 생필품 지원 등 재난관리에 필요한 정보를 도출해낼 수 있음을 확인하였다.
고해상도 위성영상의 해상도는 점점 개선되고 있기 때문에 이를 이용한 지진 피해분석의 정확도는 지속적으로 향상될 것으로 예상한다. 결국 재난관리를 위한 위성정보의 활용성은 영상의 신속한 확보가 핵심이라고 할 수 있다. 한편. 대규모로 발생한 재난에 대해서는 국제사회에서 무료로 고해상도 위성영상을 제공하는 추세이기 때문에 상대적으로 위성영상의 취득이 용이하다. 따라서 재난관련 국제기구의 활동 또한 고해상도 위성영상 확보의 좋은 대안이 될 수 있다.
5. 결론
고해상도 광학 위성영상은 재난현황 파악에 필요한 높은 공간해상력을 보유하고 있음에도 불구하고 적시에 영상을 수급하는 측면에서 한계를 가지고 있었다. 하지만 최근 PlanetScope, DubaiSat-2, TripleSat 등 상대적으로 저렴한 가격으로 고해상도 위성영상을 확보할 수 있는 경로가 다양해지고 있다. 본 연구에서는 국내⋅외에서 취득이 용이한 고해상도 광학 위성영상을 이용하여 재난관리에 활용할 수 있는 방안을 고찰해보고 실제 재난 발생사례를 기반으로 그 활용도를 평가해보았다.
고해상도 광학 위성영상의 활용도를 재난 진행단계별로 살펴보면, 복구, 예방⋅대비, 대응 순으로 높았으며, 재난유형별 활용도는 풍수해, 가뭄, 산사태 순으로 높게 나타났다. 실제 사례에서는 북한 함경북도 홍수 모니터링, 충남 보령호 수계면적 변화 추이, 네팔 대지진 피해현황에 대해 분석하였다. 이를 통해 고해상도 광학 위성영상이 재난현황 파악, 복구계획 수립 등 재난관리에 어떻게 활용될 수 있는지에 대한 방향을 제시하였다.
본 연구에서 다룬 고해상도 광학 위성영상은 우주에서 촬영한 정보로써 간접적인 정보 제공수단의 역할을 한다. 즉, 위성영상으로부터 제공된 정보와 무인항공기 영상, 항공사진 등 추가정보의 연계를 통해 현장 상황을 보다 정확하게 분석하는 것이 필요하다. 따라서 향후 무인항공기 영상, 항공사진 등 타 수집장비로부터 취득한 데이터와의 융합 방법론과 검증에 대해 연구를 수행할 예정이다.
감사의 글
본 연구는 2017년도 국립재난안전연구원의 재난관리핵심기술개발 ｢위성자료 활용 현업지원 기술개발｣의 연구비 지원에 의해 수행되었으며, 2014년, 2015년 연구보고서 내용을 포함하고 있습니다.