다중 원격탐사 자료를 활용한 해양 오염 추적 모의 실험 방안에 대한 연구

김근용; 김의현; 최준명; 신지선; 김원국; 이광재; 손영백; 유주형

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자료유형: 학술저널

저자정보: 김근용 김의현 최준명 신지선 김원국 이광재 손영백 유주형

저널정보: 대한원격탐사학회 대한원격탐사학회지 대한원격탐사학회지 제36권 제2호

발행연도: 2020.1

수록면: 249 - 261 (13page)

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다중 플랫폼/센서를 활용한 연안 모니터링은 연안 해양환경 변화와 다양한 재해/재난을 높은 시공간해상도로 정확하게 이해하기 위한 매우 중요한 수단이다. 하지만 다중 플랫폼과 센서를 복합적으로 이용한통합 관측 연구는 미비한 실정이고, 통합 관측을 통한 효율성, 융합 한계성 등에 대해 평가된 바 없다. 본 연구에서는 다중 원격탐사 플랫폼/센서를 이용한 모의실험을 통해 통합 관측 방법을 제시하고, 그 효용성과 한계점을 진단하였다. 다양한 해양 재해, 재난을 모사하기 위하여 Rhodamine WT (RWT) 형광염료를 이용하여 통합현장조사를 수행하였다. 2019년 9월 남해–여수 해역에 형광염료를 주입 후 위성(Kompsat-2/3/3A, Landsat-8 Operational Land Imager (OLI), Sentinel-3 Ocean and Land Colour Instrument (OLCI), GOCI), 무인항공기 (Mavic 2 pro, Inspire 2), 유인항공기 플랫폼을 이용하여 염료 패치의 분포와 이동을 탐지하였다. 형광염료 주입 초기패치 규모는 2,600 m2 이었고, 약 138분 후 62,000 m2 규모까지 확산되었다. RWT 패치는 처음 주입된 지점으로부터 점차 남서 방향으로 이동하였고, 이는 현장 모의 실험이 진행되는 동안 조위(고조: 7시 7분(286 cm), 저조: 13시 9분(73 cm))가 점차 낮아짐에 따라 조석이 남동 방향으로 흐르는 것과 유사하였다. 무인항공기 영상은 공간해상도와 시간해상도 측면에서 가장 높은 해상력을 보인 반면 탐지 영역이 가장 좁았다. 위성의 경우 탐지영역은 넓었지만 재방문 주기가 길기 때문에 운용성 측면에서 타 플랫폼과 비교하여 다소 한계가 있었다. 또한Sentinel-3 OLCI와 GOCI의 경우 분광해상도와 신호 대 잡음비(signal to noise ratio)가 가장 높았지만 소규모 형광염료 탐지에는 공간해상도 측면에서 제한적이었다. 유인항공기에 탑재된 초다분광 영상의 경우 분광해상도가 가장 높았지만 이 역시 운용성 측면에서 다소 제한적이었다. 다중 플랫폼 통합관측 연구를 통해 시간과 공간뿐만 아니라 분광 해상력 증가 향상을 확인 가능하였다. 향후 이 연구 결과가 연안 수치모델과 연계된다면오염 물질의 이동확산 예측이 가능할 것으로 생각되고, 수치모델의 입력 및 검증 자료로 활용하여 모델 정확도향상에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

Coastal monitoring using multiple platforms/sensors is a very important tools for accurately understanding the changes in offshore marine environment and disaster with high temporal and spatial resolutions. However, integrated observation studies using multiple platforms and sensors are insufficient, and none of them have been evaluated for efficiency and limitation of convergence. In this study, we aimed to suggest an integrated observation method with multi-remote sensing platform and sensors, and to diagnose the utility and limitation. Integrated in situ surveys were conducted using Rhodamine WT fluorescent dye to simulate various marine disasters. In September 2019, the distribution and movement of RWT dye patches were detected using satellite (Kompsat-2/3/3A, Landsat-8 OLI, Sentinel-3 OLCI and GOCI), unmanned aircraft (Mavic 2 pro and Inspire 2), and manned aircraft platforms after injecting fluorescent dye into the waters of the South Sea-Yeosu Sea. The initial patch size of the RWT dye was 2,600 m2 and spread to 62,000 m2 about 138 minutes later. The RWT patches gradually moved southwestward from the point where they were first released, similar to the pattern of tidal current flowing southwest as the tides gradually decreased. Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) image showed highest resolution in terms of spatial and time resolution, but the coverage area was the narrowest. In the case of satellite images, the coverage area was wide, but there were some limitations compared to other platforms in terms of operability due to the long cycle of revisiting. For Sentinel-3 OLCI and GOCI, the spectral resolution and signal-to-noise ratio (SNR) were the highest, but small fluorescent dye detection was limited in terms of spatial resolution. In the case of hyperspectral sensor mounted on manned aircraft, the spectral resolution was the highest, but this was also somewhat limited in terms of operability. From this simulation approach, multi-platform integrated observation was able to confirm that time, space and spectral resolution could be significantly improved. In the future, if this study results are linked to coastal numerical models, it will be possible to predict the transport and diffusion of contaminants, and it is expected that it can contribute to improving model accuracy by using them as input and verification data of the numerical models.

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