Remote Sensing and Geo-spatial Information Utilization for Managing Disaster in Korean Peninsula

한반도 재난 관리를 위한 원격탐사와 공간정보 활용기술

Abstract

The National Disaster Management Research Institute(NDMI) has been developed technologies for disaster management applicability as well as disaster monitoring and damage analysis based on various earth observation platforms such as satellites, drones, and disaster field investigation vehicles. In this special issue, recent research results related to the disaster site investigation, satellite-based disaster management technology, and disaster information analysis using GIS conducted by NDMI are described in detail. Based on such achievements in the research of earth observation, we will continue to make efforts to improve the integrated national disaster investigation, analysis, and monitoring technology by connecting with the existing geo-spatial information service technology and various information collected at the disaster site.

국립재난안전연구원에서는 인공위성, 드론, 조사차량 등 다양한 지구관측 플랫폼 기반의 재난 피해 분석·모니터링과 재난 활용 기술을 개발하고 있다. 본 특별호에서는 연구원에서 수행하고 있는 재난현장 조사와 위성기반 재난관리 기술, GIS를 활용한 재난정보 분석과 관련된 최근 연구성과를 자세히 기술하였다. 이러한 지구관측 기술개발 연구성과를 토대로 기존 공간정보 서비스 기술과 재난현장에서 수집되는 각종 정보들을 서로 연계하여 통합적인 국가 재난 조사·분석·모니터링 기술 고도화를 위해 지속적으로 노력을 해나갈 것이다.

요약

국립재난안전연구원에서는 인공위성, 드론, 조사차량 등 다양한 지구관측 플랫폼 기반의 재난 피해 분석·모니터링과 재난 활용 기술을 개발하고 있다. 본 특별호에서는 연구원에서 수행하고 있는 재난현장 조사와 위성기반 재난관리 기술, GIS를 활용한 재난정보 분석과 관련된 최근 연구성과를 자세히 기술하였다. 이러한 지구관측 기술개발 연구성과를 토대로 기존 공간정보 서비스 기술과 재난현장에서 수집되는 각종 정보들을 서로 연계하여 통합적인 국가 재난 조사·분석·모니터링 기술 고도화를 위해 지속적으로 노력을 해 나갈 것이다.

1. 서론

2020년은 이상기후로 인해 더욱 강력해진 자연재해의 위력을 절감케하는 재난들이 세계 곳곳에서 발생하였다. 작년부터 시작된 호주 산불과 미국, 아르헨티나의 산불에서부터 1월 필리핀의 Taal 화산 분화, 태풍과 호우로 인한 중국, 일본, 한국 등 동북아 침수피해, 6월 미얀마 지진, 8월 필리핀 지진 등 유형별로도 다양한 자연재난이 전지구적으로 발생하였다. 6월부터 시작된 역대 최장기 장마와 8월 태풍 바비·마이삭, 9월 하이선의 내습으로 한반도는 40여 명의 사망자와 이 기간동안 전국 38개 시군구가 특별재난지역으로 선포되는 전례없는 대규모 피해를 입었다. 이러한 대규모 자연재해를 대비하고 그 피해를 최소화하기 위해 재난발생 초기단계부터 지상-항공-우주 관측기술을 이용하여 재난에 효율적으로 대응하기 위한 초동 정보의 신속한 확보가 필요하다. 다양하게 취득된 지구관측 자료를 신속하게 분석하여 유의미한 정보를 생산·제공함으로써 효율적인 재난 감시 및 적시적인 재난 의사결정을 지원할 필요가 있다. 올 여름 한반도를 강타한 태풍의 이동이나 호우는 정지궤도 기상위성을 통해 태풍의 이동이나 비구름대의 강우강도를 판단할 수 있다. 최근 법정 재난 범주에 포함된 폭염은 예방·대비단계에서부터 피해분석에 이르기까지 Landsat-8과 MODIS 위성 등을 이용하여 모니터링할 수 있다. 홍수 재해에는 침수 범위 파악과 시설물 파괴, 도로 유실 등 재난 피해 분석에 판독력이 높은 고해상도 위성영상이 이용될 수 있다. 지진과 같은 재난으로 인한 지형 변화나 변위 등은 시계열적인 SAR 위성영상을, 피해 규모나 정도는 고해상도 광학 영상을 활용하여 관측이 가능하다. 가시광선과 근적외선 분광센서를 이용하여 산불 탐지나 산불로 인한 산림의 파괴 정도를 파악할 수 있고 폭설이나 기름 유출과 같은 재난에도 위성을 활용하여 적설 범위나 해양 오염의 정도와 확산 범위를 예측할 수 있다.

국립재난안전연구원에서는 위성, 드론, 조사차량 등의 다양한 관측 플랫폼을 활용하여 자연재해와 각종 사회재난에 대해 재난 유형별 피해 범위와 각 플랫폼별 재난 적용성 기술을 개발하고 있으며, 이러한 지구관측 기술개발 연구성과를 토대로 기존 지도 서비스 기술과 공간 정보들을 서로 연계하여 통합적인 재난 조사·분석· 모니터링 고도화 기술을 지속적으로 개발할 예정이다. 본 특별호에서는 연구원에서 수행하고 있는 인공위성 기반 우주기술을 활용한 재난관리와 GIS를 활용한 재난 정보 분석과 관련된 최근 연구성과에 대해 기술하였다. 특히, 위성영상 구름 탐지와 결측 영역 복원을 통한 영상개선, 열 분포도 제작과 폭염 재난 위험 탐지를 위한 공간 상관관계 분석, 인공지능과 위성영상을 활용한 온도 추정, 민관 협업을 통한 드론과 같은 관측 자원의 재난 활용, CCTV 장비의 재난탐지 성능을 개선 알고리즘 등 재난정보연구실에서 최근 연구개발 중인 기술 중심으로 기술하였다. 또한, 재난원인조사실의 재난원인·피해조사의 핵심 플랫폼인 드론과 조사차량을 활용한 신속한 재난현장 조사기법 개발과 취득된 현장조사 성과물의 정확도 확보 방안, 화학사고와 백두산 분화 예측시뮬레이션 기술개발과 활용기술, 현장조사 자료의 공유와 가시화를 위한 웹기반 3D 맵핑시스템 구축 기술에 관해 기술하였다.

2. 2020년 NDMI 주요 재난사고 조사 및 정보분석 모니터링

1) 국가 재난정보 분석·모니터링

국립재난안전연구원 재난정보연구실의 상황정보분석센터에서는 평상시 인공위성 인프라와 GIS 기술을 활용하여 한반도 전 지역을 지속적으로 관측하고 시계열 데이터 아카이빙을 구축함으로써 국가 재난에 대한 예방·대비 단계에서의 시계열적인 분석과 태풍 산불과 같은 자연재해의 대응단계에서의 적극적인 재난 모니터링을 수행하고 있다.

(1) 폭염 재난대비 열분포도 및 폭염 취약지역 분석지도 제작·배포

폭염과 관련된 지역별 온도분포 파악이나 분석을 위해 주로 기상청에서 제공하는 지상관측자료를 사용하고 있다. 기상청의 관측자료는 지상관측센서(AWS)에서 측정된 대기온도 실측자료라는 강점이 있지만 제한된 측점 지점 수와 관측소간 공간적 거리가 멀어 관측소가 없는 곳은 공간 보간에 의한 추정값에 의존하는 관측상의 한계가 있다. 또한, 기상청은 예보 중심의 기상관측 및 정보를 제공함으로 행정구역 내 세밀한 열 분포 파악에 어려움이 있다. 그러나, Landsat-8 등의 인공위성 관측자료를 행정구역과 한반도 전체를 각 30 m × 30 m와 1 km ×1 km의 격자 형태로 온도 분석이 가능하므로 지역별 자세한 온도분포 확인과 세밀한 온도 분포자료를 이용하여 열이 집중되는 지역을 파악할 수 있다. 재난정보연구실에서는 17개 광역시·도에 대한 열 분포 현황을 분석하기 위한 1 km 해상도의 전국 열 분포 지도와 행정구역별 상세한 온도 분포를 파악하기 위한 30 m 해상도의 시·군·구별 열 분포 지도를 제작하여 배포하고 있다(Fig. 1). 이러한 열 분포도나 폭염 취약지역 분석지도를 활용하여 중앙 부처에서는 특별교부세 편성 등 폭염 관련 정책 추진을 위한 우선순위를 결정하고, 실제적인 폭염 재난대응을 수행하는 지자체에서는 무더위 쉼터, 그늘막, 쿨링포그 등 폭염 저감시설 확충과 입지 선정을 위한 과학적인 기초자료를 제공할 수 있다. 아울러, 정부나 지자체의 폭염 재난과 관련된 각종 정책사업의 시행 평가나 효과성 분석을 위한 근거자료로 활용될 수 있다.

Fig. 1. Generated heat distribution map : (a) across Korean Peninsula (b) Seoul city, and (c) Jongro-gu, Seoul.

Table 1. Characteristics of heat distribution map produced by NDMI

(2) 위성영상기반 한반도 주요 수표면적 모니터링

위성은 대상 지역을 일정한 주기로 반복해서 광학이나 레이터 영상을 취득함으로써 지반 변위나 수질, 가뭄 재난 대비를 위한 저수량 모니터링 등 시계열적인 분석을 수행할 수 있다. 재난정보연구실은 Landsat-8 광학 위성 및 Sentinel-1 레이더 위성을 활용하여 지난 4월부터 매월 한반도에 위치한 주요 18개의 댐/저수지(남한 8개소, 북한 10개소)을 대상으로 남북한 댐/저수지의 수표면적을 주기적으로 모니터링하고 있다(Fig. 2). 주요 분석 항목은 각 댐/저수지의 전 월간, 전년 동일 기간 간, 과거 3년(2017~2019) 평균 간, 당해연도 당월 간 수표면적 변화를 비교 분석하고 있다(Table 2).

Fig. 2. Location of water storage facilities described in this paper

Table 2. Comparison results of water surface area of river storage facilities over recent 3 years across Korean Peninsula * Analyzed data in Aug. 2020 by NDMI

(3) 위성영상기반 산불 재난 모니터링

2019년 9월부터 올 초까지 6개월간 지속된 호주 산불과 미국 캘리포니아 주 산불, 남아메리카 아마존 내 산불등전 세계적인 대형 산불은 자연 생태계와 인간의 삶을 파괴하는 위협적인 재난 유형이 되고 있다. 지구온난화로 인한 평균 기온 상승과 습도 감소와 함께 영동지방의 양풍지간의 강한 바람이 더해지면서 강원도와 동해 연안을 중심으로 봄철 산불이 점차 대형화되고 있는 추세이다. 2020년 대표적인 산불로는 3월 19일에 발생한 울산시 울주군 산불, 4월 24일의 경북 안동 산불, 5월 1일의 강원도 고성 산불이 발생하였다. 이러한 대형 산불이 발생하면 재난정보연구실에서는 위성정보활용 협의체를 통해 긴급 위성영상 자료를 요청하여 1~2일 이내에 산불 발생 현황 및 산림피해 현황에 대한 초동보고 자료를 작성·배포하고 있다. 주로 한국항공우주연구원의 KOMPSAT-3 위성(1 m급 해상도, 재방문주기 28일)의 근적외선 밴드영상이나 유럽우주기구에서 운용하는 지구관측위성인 Sentinel-2 위성(10 m급 해상도, 재방문 주기 5일)에서 관측된 적외선 영역대(근적외(785~895 nm), 단파적외(2,100~2,280 nm))의 밴드영상을 활용하여 산림피해 지역을 분석하고 있다(Fig. 3).

Fig 3. Damage analysis by wildfire using KOMPSAT-3 satellite imagery : (a) Ulsan wildfire in March and (b) Andong wildfire in April.

(4) 위성영상기반 폭설 재난 모니터링

최근 1월부터 3월까지 서해 해안지역과 동해안을 중심으로 폭설이 잦아지고 있다. 1월의 서해안은 찬 대륙성 고기압이 북서풍을 타고 서해쪽으로 강하게 확장해 따뜻한 서해 수면위를 지나면서 낮은 눈구름대를 발달시켜 충남, 전라 서해 해안에 많은 눈을 뿌린다. 2~3월의 동해안에는 따뜻한 남쪽 공기가 찬 대륙성 고기압을 북동풍으로 밀어내며 발생한 다량의 수증기가 태백산맥을 넘는 과정에서 눈구름대가 발달해 많은 눈이 내린다. 2020년 2월 18일 오전 11시 11분경 MODIS 위성영상을 통해 분석한 한반도 습/건설 현황을 살펴보면 전북, 충남, 강원도 일대에는 습설이 내렸으며, 천리안 2A 영상을 활용하여 한반도의 적설량을 분석한 결과, 2월 17일~18일 이틀 동안 내린 습·건설 적설면적은 주로 전라북도에서만 2,200 km²이상 이르는 것으로 분석되었다.

Fig. 4. Snow cover analysis in February using satellite imagery : (a) MODIS satellite and (b) GK-2A satellite.

(5) 위성영상기반 화산재난 모니터링

지난 1월 12일, 필리핀의 탈 화산 폭발로 인근의 반경 14 km 지역에 전면 대피령이 내려졌다. 화산이 폭발한 후 4일 동안 화산 주변으로 지진이 약 460여 회 발생하였다. 연구원에서는 기상청의 천리안 위성(GK-2A)을 통해 탈 화산의 화산 구름과 연기가 이동하는 현상을 포착하였고(Fig. 5(a)), 미국의 지구관측위성인 Suomi-NPP 위성을 통해 화산 폭발 과정에서 발생한 이산화황이 대기를 따라 확산하는 과정(Fig. 5(b))을 모니터링하였다.

Fig. 5. Volcanic eruption monitoring in January using satellite imagery : (a) GK-2A satellite and (b) Suomi-NPP satellite.

2) 재난사고 과학조사

재난원인조사실은 재난 발생시 신속하고 객관적인 원인 규명을 위해 최첨단 장비 도입 및 기술 개발에 대한 연구를 수행하고, 이를 통해 과학적인 원인 조사·분석의 활용도를 높이고자 하고 있다. 본 논문에서는 2020년에 재난사고 과학조사 장비를 활용한 급경사지 위험성 평가와 태풍, 집중호우 등 대규모 자연재해 피해조사 및 현장점검 중심으로 기술하고자 한다.

(1) 과학조사장비기반 급경사지 안전관리 실태점검

최근 이상기후로 인해 산사태가 발생하면서 많은 인적·사회적 손실이 증가하고 있다. 특히, 국토의 63% 이상이 산악 지역이고, 표층이 상대적으로 얇아 사면 재해에 매우 취약하며, 도시화와 도로 건설에 따른 비탈면, 석축·옹벽과 같은 인공사면 조성이 증가하면서 급경사지 붕괴와 산사태 위험은 해마다 증가하고 있다. 행정안전부는 관련 법령에 따라 급경사지 붕괴 위험 지역을 재해 위험도 평가 기준에 따라 등급화하여 위험지역으로 지정·관리하고 있다. 이러한 행정안전부의 산사태 붕괴 위험성 실태 점검시 재난원인조사실에서는 재난 사고 핵심 조사장비인 특수조사차량과 탑재된 지상 LiDAR와 드론 등을 이용하여 고정밀 공간정보를 수집하고, 드론맵핑과 LiDAR 측량 성과물을 토대로 지질학적 관점에서의 안정성 평가와 분석 업무를 지원하고 있다(Fig. 6). 이러한 조사 활동을 통해 간이식 계측장비와 육안 현장조사에 의존하던 기존 평가체계에서 벗어나 정량적이고 종합적으로 급경사지 재해 위험성 평가체계를 개선하는 데 일조하고 있다.

Fig. 6. Steep slope risk assessment using advanced disaster field investigation instrument: (a) Investigation vehicles (b) Planning drone mapping (c) Terrestrial LiDAR surveying mounted on the investigation vehicle (d) 3D point clouds derived from drone mapping processing (f) DEM generated from terrestrial LiDAR surveying, and (g) Profile analysis using DEM produced from terrestrial LiDAR.

(2) 7~8월 호우 드론 피해조사

기상 관측상 54일간 지속된 최장기 장마로 기록되었던 2020년 7월 말부터 시작된 집중호우로 대규모 피해가 발생한 충북 충주·제천 지역과 충남 금산군의 인삼 재배지역의 침수 피해 현황 및 특별재난구역 선포를 위한 사전 피해 현황 파악을 위해 행정안전부의 드론 피해조사단의 현장조사시 연구원의 재난사고 과학조사 장비를 지원하였다(Fig. 7).

Fig. 7. Natural disaster field investigation activities: (a) Diaster field investigation (b) Drone mapping operation, and (c) Taking-off of a drone at disaster field.

현장조사 대상지역은 제천시 15번 군도 상의 마곡리·굴탄리와 21번 군도 상의 구곡리 인근 산사태 피해 지역을 대상으로 지난 8월 4일부터 8월 5일 양일간 재난 원인조사실에서 운용 중인 다목적 조사 차량과 드론(Inspire 2, Mavic 2 pro), GNSS 장비를 투입하여 긴급 드론 항공촬영 및 맵핑을 통한 피해규모를 정량적으로 분석하였다(Fig. 8).

Fig. 8. Disaster field investigation using drone mapping : (a) Planning flight mission (b) Aerial photo obtained by drone (c) 3D point cloud generated by drone mapping processing (d) DSM generated by 3D point cloud (e) Produced ortho-image, and (f) Damage analysis on 3D point cloud collected by drone mapping.

이 기간에 행정안전부는 집중호우와 태풍으로 불어난 금강댐 수역의 갑작스런 방류과정에서 대규모 피해가 발생한 충남 금산군 인삼재배지 피해조사 및 복구계획 수립을 위해 드론피해조사단을 가동하였다. 8월 18일부터 3일간 충남 금산군 제원면 인삼재배 피해지역 4개 리를 대상으로 드론으로 피해 현장을 항공촬영하고, 드론맵핑 성과물과 GIS를 활용하여 침수로 인한 인삼 폐사와 시설물 파괴 등 피해 면적을 산출하였다(Fig. 8). 이 피해 지역들에 대한 현장 조사 및 드론 맵핑 등 분석 결과를 종합적으로 반영하여 8월 7일에는 충북 충주 및 제천시, 음성군 등이 특별재난지역으로, 8월 24일에는 충남 금산군 등이 특별재난지역으로 선포되었다.

Fig. 9. Damage analysis caused by rainfall and typhoon for Ginseng cultivation area using GIS and outputs obtained from drone mapping : (a) Damaged area (b) DEM and ortho-imagery, and (c) Damaged paddies.

(3) 태풍 하이선 피해 현장점검

기록적인 장기간 장마로 인한 지속적인 강우와 태풍하이선의 내습에 의한 집중 호우로 태화강이 불어나면서 태화강 둔치, 하천 시설물과 도로, 강변주차장 , 태화강 국가정원 일부가 잠기는 피해가 발생하였다. 이에 행정안전부는 직접 10월 8일 태화강 국가 정원에서 실시된 현장 브리핑에서 하천 시설물, 산책도 파손 등 전반적인 피해현황을 보고 받고 드론과 조사차량을 통해 수집된 항공영상을 활용하여 태화강 피해 현황과 복구 상황을 확인하였다(Fig. 10)

Fig. 10. Flooded site inspection caused by typhoon Haishen : (a) Bus-type investigation vehicle of NDMI and (b) Field briefing in the investigation vehicle.

3. 국가 재난사고 조사 및 정보분석 모니터링 연구동향

1) 국가 재난정보 분석·모니터링 연구동향

2020년은 대형 산불로 인한 피해가 한반도 뿐만 아니라 전세계적으로 발생하였다. 2019년부터 시작된 호주 남·동부 밀림의 산불과 지난 8월 역대 3번째 규모의 미국 캘리포니아주 산불로 인명 피해와 함께 심각한 자연환경의 파괴, 천문학적인 재산피해가 발생하였다. 늦가을부터 시작된 건조한 날씨로 늦은 봄부터 울산, 안동 강원 등 한반도 곳곳에서 산불이 발생하였다. 이러한 산불의 모니터링과 피해 규모 분석에 인공위성의 가시광선 및 근적외선 분광 정보를 활용한 연구들이 활발히 진행되고 있다. 확률밀도함수와 KOMPSAT-3A를 활용한 산불 피해 강도 분류 연구(Lee & Jeong, 2019)와 다시기 Sentinel-2A 영상을 활용한 산불피해 변화 탐지(Youn & Jeong, 2019), 산불 피해 지역에 대한 PlanetScope 영상을 이용한 지형 정규화 기법 분석(Chung & Kim, 2020) 연구 등이 수행되었다. 지구 온난화와 이상기후로 인한 폭염이 새로운 유형의 재난으로 이슈화되면서 Landsat 8영상을 이용한 심층신경망 기반의 지표면온도 산출 (Kim et al., 2020)과 KOMPSAT과 Landsat 8을 이용한 세종시 확장에 따른 열환경 분석(Yoo et al., 2019) 연구도 수행되었다. SAR 간섭기법을 활용한 하와이 킬라우에아 화산의 분화 활동 관측(Jo et al., 2018)과 SAR 원격탐사를 활용한 Galapagos Sierra Negra 화산의 최근 마그마 활동 추정(Song et al., 2018), ALOS-2 PALSAR-2 Spotlight 영상의 위성레이더 간섭기법을 활용한 킬라우에아 화산의 정밀 2차원 지표변위 매핑(Hong et al., 2019) 등 전지구적으로 분화하고 있는 화산 활동 모니터링이나 지진, 산사태, 적설, 해양오염 모니터링 등과 관련된 연구들도 활발히 수행중이다. 2020년 올해와 같은 집중호우나 대규모 홍수에 의한 피해를 예방·대비하기 위해 적시에 침수지역 공간 분포와 변화를 모니터링하기 위한 위성영상기반의 맵핑 기술이 필요하다. 북한 황강댐 방류로 인한 임진강 유역 홍수 피해 시뮬레이션(Park & Lee, 2018)과 저해상도 광학위성영상을 활용한 홍수 매핑(Piao et al., 2018), 위성강우 편의보정을 통한 한반도지역 가뭄 모니터링(Park et al., 2018), 고해상 위성영상기반의 용담댐 유역 저수위 및 저수량 모니터링 예측(Yoon et al., 2018) 등의 연구가 수행되었다.

본 특별호에서는 연구원에서 수행하고 있는 인공위성기반 우주기술을 활용한 재난관리와 GIS를 활용한 재난정보 분석과 관련하여 최근 연구 성과에 대해 기술하였다. 특히, 위성영상 구름 탐지와 결측 영역 복원을 통한 영상개선, 열 분포도 제작과 폭염 재난 위험 탐지를 위한 공간 상관관계 분석, 인공지능과 위성영상을 활용한 온도 추정, 민관 협업을 통한 드론과 같은 관측 자원의 재난 활용, CCTV 장비의 재난탐지 성능을 개선 알고리즘 등 재난정보연구실에서 최근 연구개발 중인 기술 중심으로 기술하였다. Lee et al., (2020)은 대표적인 지구관측 광학위성인 Landsat-8호를 QA밴드를 활용하여 효율적으로 구름과 그림자 영역을 제거하고 기준 영상이 아닌 실험 영상의 주변 화소값을 참조하여 영상을 복원하는 SSG 알고리즘으로 영상 복원을 수행하고 그 정확도를 평가하였다. 실험 영상내 화소값으로 영상 복원을 수행하므로 실험 영상과 기준 영상간 화소값이나 계절적 변화에 영향을 덜 받을 것으로 기대된다. Kim et al.,(2020)은 MODIS TERRA 위성에서 관측된 지표온도를 활용하여 열 분포도 및 폭염을 심화시키는 요인 간의 공간적 상관성을 분석하고 열 집중지역과 향후 폭염 위험이 심화될 수 있는 공간을 선제적으로 탐색함으로써 폭염재난 대응 대책 수립에 활용될 수 있다. Lee et al. (2020)은 폭염기간 동안 지상기상센서가 설치되지 않은 미 관측지점의 기온을 추정하기 위하여 Landsat-8과 MODIS Aqua/Terra 영상과 기상청, 산림청의 AWS/ASOS 자료를 이용하였으며, K-최근접 이웃, 랜덤 포레스트, 신경망 알고리즘을 이용하여 평균적인 기온을 추정할 수 있는 머신러닝 모델을 개발하여 추정된 평균 기온에 대한 통계적인 정확도를 평가하고 전국 단위의 평균 기온 지도를 제작하였다. Lee et al. (2020)은 민간 역량을 활용한 재난 관리와 현장 상황 파악을 위한 신속한 영상정보 공유를 위해 민관 협력을 통한 재난 현장 영상 수집 및 활용 체계를 구축하는 연구를 수행하였으며, 2019 태풍 내습 시 민관협력 체계 실전가동 경험을 토대로 그 효과성 검증 및 지속가능한 협의체의 운영 방안을 제시하였다. Kim et al. (2020)은 단순히 물의 색상정보와 물의 흔들림 정보만을 분석해 수위를 감지하던 기존의 CCTV 수위 감지 알고리즘의 한계점을 개선하기 위하여 수평 투영 프로파일, Texture 분석, Optical flow 기법에서 얻은 초기 수위와 추정된 물 영역 정보를 종합적으로 분석하여 물 영역 평균값을 구하고, 이를 기준으로 해당 영상에 대한 최종적인 물 영역을 추정하는 Region Growing 기법을 적용함으로써 주변 환경요인에 영향을 받지 않고 실제 수위를 정확히 감지해낼 수 있는 개선된 알고리즘을 제시하였다.

2) 재난사고 과학조사 연구동향

4차 산업혁명 핵심기술 중 하나인 드론은 자동 이착륙과 자율비행, 충돌회피 등 안전모드 기능과 저가의 고정밀 소형 통합센서 탑재 등 상용 드론의 하드웨어와 여기에 대용량의 실시간 컴퓨팅과 자료처리가 가능해지면서 기존의 위성영상이나 항공사진측량 성과와 비교해도 손색이 없을 만큼 새로운 지구 관측 플랫폼으로 자리매김하고 있다. 본 특별호에는 재난원인조사실의 재난원인·피해조사의 핵심 플랫폼인 드론과 조사차량을 활용한 신속한 재난현장 조사기법 개발과 취득된 현장 조사 성과물의 정확도 확보 방안, 화학사고와 백두산 분화 예측 시뮬레이션 기술개발과 활용기술, 현장조사 자료의 공유와 가시화를 위한 웹기반 3D 맵핑시스템 구축 기술에 관해 기술하였다.

Shin et al. (2020)은 산악지형의 재난현장에서의 효율적인 드론 맵핑을 수행하기 위해 지상기준점을 이용한 드론 맵핑, 지형정보를 사전 입력하여 일정한 고도를 유지하며 비행하는 3차원 비행 드론 맵핑, RTK 센서가 탑재된 RTK 드론 맵핑 방식 등 3가지 드론맵핑 방식으로 정사영상과 3차원 지형모델(DSM) 자료를 생성한 후, 최종 성과물에 대한 정확도를 비교·분석하여 산림지역에서의 드론 맵핑의 활용방안을 제시하였다. Noh et al. (2020)은 긴급한 재난·사고상황에서 신속한 데이터 획득 및 처리를 위하여 드론 항공촬영 당시의 초기 카메라 위치·자세 정보의 패턴을 분석하고 실험 조건별로 항공삼각측량 과정에서의 내·외부 표정 요소를 보정한 후 최소한의 GCP로 재난지역을 신속하게 지오코딩하는 방안을 제시하였다. 2012년 구미 불산 누출사고와 같은 화학물질 사고의 피해 범위는 사고 발생 지점뿐만 아니라 화학 물질의 대기 중 확산으로 인한 환경오염, 국민 건강 영향 등 심각하고 광역적인 2차 피해를 발생시킬 수 있다. 따라서, 화학사고 피해를 줄이기 위한 피해 지역 내 주민의 소산 및 대피 등 신속하고 정확한 정책적 의사결정 지원을 위해 단시간 내 화학 물질의 공간적 확산 및 피해 예측 시스템 구축이 필요하다. Kim et al. (2020)은 기존의 화학사고 피해범위 예측 시뮬레이션의 한계점을 보완하고 정밀한 예측 결과를 제공하기 위하여 복합시뮬레이션 체계를 구축하고 이를 바탕으로 근거리 확산 모듈, 원거리 확산 모듈, 기상자료 입력 모듈, GIS 모듈로 구성된 화학사고 피해예측 시뮬레이션 파일럿 시스템을 개발하였다. 이러한 근·원거리 확산과정이 함께 고려된 복합 시뮬레이션의 시간대별 피해 범위 예측 결과를 통해 화학사고 발생 후 주민 대피 및 복귀 등 정책적 의사 결정을 지원하고 노후화된 산업단지 등 사고 발생 위험성이 높은 시설에 대한 관리 대책이나 사고시 비상대응 계획 수립에 활용될 수 있을 것으로 기대된다. Park et al. (2020)은 백두산 분화 시뮬레이션 중 우리나라에 가장 큰 직접 피해가 예상되는 시나리오(2012.5.16.)를 적용하여 우리나라 지역별(시군구) 대기질 영향을 예측하고 취약계층 등을 반영한 노출 위험성을 평가하고 시군구 행정구역 단위보다 상세하게 피해 규모(9 km×9 km)를 분석하여 시군구내 백두산 분화 위험성 취약지역을 제시하였다. Kim et al. (2020)은 재난사고 현장에서 수집된 다양한 공간정보를 웹 환경에서 시각화하기 위한 3D 공간정보 맵핑 플랫폼 구축에 관한 연구로서, 웹 개발 표준기술인 HTML5/WebGL과 오픈소스를 활용하여 재난사고 현장에서 다양한 형태로 수집된 2D/3D 공간 데이터와 대용량의 LiDAR 점군 데이터에 대한 웹기반의 공간정보 맵핑 서비스 방안을 제시하였다.

4. 결론

행정안전부 국립재난안전연구원에서는 해마다 발생하고 있는 자연재해와 각종 사회 재난에 대해 위성, 드론, 조사차량 등의 다양한 관측 플랫폼을 활용한 재난 유형별 피해와 조사·관측 플랫폼별 재난 적용성 기술을 개발하고 있다. 본 특별호에서는 연구원에서 수행하고 있는 인공위성기반 우주기술과 드론, 조사 차량 등 재난관측플랫폼을 활용한 재난관리, GIS를 활용한 재난 정보 분석과 관련된 최근 연구성과에 대해 기술하였다. 특히, 재난정보연구실에서 연구하고 있는 위성영상 구름 탐지와 결측 영역 복원을 통한 영상개선, 열 분포도 제작과 폭염 재난 위험 탐지를 위한 공간 상관관계 분석, 인공지능과 위성영상을 활용한 온도 추정, 민관 협업을 통한 드론과 같은 관측 자원의 재난 활용, CCTV 장비의 재난탐지 성능을 개선 알고리즘 기술을 소개하였다. 또한, 재난원인조사실에서 수행 중인 재난원인·피해조사의 핵심 플랫폼인 드론과 조사차량을 활용한 신속한 재난현장 조사기법 개발과 취득된 현장조사 성과물의 정확도 확보 방안, 화학사고와 백두산 분화 예측 시뮬레이션 기술개발과 활용기술, 현장조사 자료의 공유와 가시화를 위한 웹기반 3D 맵핑시스템 구축 기술에 관해 기술하였다. 이러한 지구관측 기술개발 연구 성과를 토대로 기존 공간정보 서비스 기술과 재난현장에서 수집되는 각종 정보들을 서로 연계하여 통합적인 재난 조사·분석·모니터링 기술 고도화를 위해 지속적으로 노력해 나갈 것이다.