원격탐사

1. 원리

전자기파가 지표면에 입사하면 지표면에서는 반사, 산란, 복사 등이 일어난다. 이것을 항공기나 인공위성 등에 탑재된 관측 센서로 수식하고, 이 관측 자료를 이용하여 지표면의 상황을 파악하는 기술을 원격탐사라고 말한다. 원격탐사로는 지표면 이외에도 해역이나 대기를 대상으로 관측하는 것도 있다.

전자기파는 지표 물질의 물리적인 특성 차이에 따라 이의 반사, 산란, 방사 등의 상호작용의 양상이 달라진다. 원격탐사는 이 차이를 이용한 비접촉식 탐사법이라고 말할 수 있다.

원격탐사에 이용하는 전자기파 대역으로는 광선 파장대역과 가시광선보다도 파장이 긴 마이크로파를 취급하는 SAR(Synthetic Aperture Radar)로 대별된다.

광선 파장대역에서의 원격탐사는 지표 물질 고유의 스펙트럼 특성을 이용하고, 여러 파장 대역으로 관측한 관측 자료의 스펙트럼 특성으로부터 지표의 암석 등을 식별하거나, 화상상의 지형적인 특징으로부터 지질 구조를 판독하며 또한 온도로도 변환한다. SAR는 자체적으로 마이크로파를 발사하여 지표에서의 산란의 차이로부터 지표 물질을 판별하거나 지형의 기복과 단열 구조 등도 구한다.

2. 파장대역과 적용대상

사용하는 전자기파 파장대역의 차이에 따라 위성 등에 탑재하는 센서도 다르며, 그에 따라 적용 대상도 다르다. 통상 지표 원격탐사에 이용되는 파장대역과 적용 대상은 다음과 같다.

(1)가시광선/근적외선 영역(VNIR : Visible InfraRed)와 Landsat 위성의 TM (Thematic Mapper)시스템 등이 있으며, 식생 등의 분석에 위력을 발휘한다. 또한 산화광물 분포 조사도 가능하다. 또 입체적인 시각으로 관측할 수 있는 것도 있고 수치지형모델(DTM : Digital Terrain Model)의 작성도 가능하다.

(2) 단파장 적외선 영역(SWIR : Short Wave InfraRed)이라 부르는 파장대역에서는 Landsat 위성의 TM 시스템이 있으며 변성광물 분포 조사가 가능하다.

(3) 열적외선 영역(TIR : Thermal InfraRed)이라 부르는 파장대역에서는 지표면의 온도 이외에 열적외선 영역 내의 여러 밴드를 이용하여 물질의 복사율을 알 수 있고, 지표면에 존재하는 조암광물의 종류⋅조성에 관한 정보도 얻을 수 있다. 이 영역에는 Landsat 위성의 TM(관측 밴드는 1개)이나 Terra위성의 ASTER(관측 밴드는 5개)시스템 등이 있다.

(4) 마이크로파 영역의 SAR(Synthetic Aperture Radar)는 밤낮이나 구름 등의 영향에 관계없이 관측할 수 있는 이점이 있다. 간섭 SAR 기술을 이용하면 지진이나 화상 등에 의한 지표 변동의 검출(조사 확인)이나 수치지형 모델을 작성할 수도 있다. 또한 사용하는 파장이 긴 순서로부터 L, C, X 밴드 등이 있는데, L 밴드는 육지에서, C 밴드는 해상에서 사용되고 있다.

3. 탐사심도

탐사대상은 주로 지표면이다. 단, 마이크로파를 이용한 SAR 경우 비교적 건조한 지역에서는 마이크로파가 지하 수십cm의 심도까지 투과하는 경우도 있다.

4. 측정･해석으로부터 얻는 정보

광학 센서에 의한 관측 화상으로는 지형적인 특징인 퇴적지형, 화산지형 또는 침식 지형, 매몰계곡 등을 판독한다. 또한 선구조의 배치 형태로부터 지층의 주향 및 경사, 절리, 파쇄대, 단층과 같은 단열계 등의 지질구조를 판독하며 식생이 적은 암반 지대에서는 암질을 식별할 수도 있다.

SAR는 파랑이나 해류․해빙의 움직임, 해일의 전파 상황, 해양에서의 유류 오염 등의 관측에 사용된다. 육지 관측에서는 마이크로파가 위성 등으로부터 경사면 아래쪽으로 쏘아 지형 기복이 강조되기 때문에 지형의 미묘한 기복, 선구조 등의 단열 구조나 지층의 배사․향사구조 등도 파악된다. 또한 토양의 수분 차이도 파악이 가능하다.

양자(광학 센서와 SAR) 모두 환경 모니터링, 자원 개발, 재해 감시, 삼림 벌채 감시, 농지 이용 관리 등에 폭 넓게 사용되고 있다.

5. 사용기기

광학 원격탐사기기는 광학 센서와 데이터 레코더 등의 자료기록 장치 및 처리 장치로 구성되면, SAR 원격탐사 기기는 송수신 안테나, 자료기록 장치 및 처리 장치로 이루어진다. 또, 양자 모두 센서나 기록 장치를 탑재하기 위한 항공기나 위성 등의 플랫폼이 필요하다. 옛날에는 기구에서 시작되어, 비행기나 헬리콥터는 저고도 공간에서, 스페이스 셔틀과 인공위성은 고고도의 우주 공간에서 이용되었다.

6. 조사 방법

대상으로 하는 조사지역에서, 측선 계획에 따라 센서 또는 카메라를 탑재한 항공기로부터 사진 화상 등을 얻거나 위성에서 촬영된 조사 영역의 화상을 수집한다.

광학 센서를 이용하는 방법은 태양으로부터의 반사광이나 지표에서의 열복사를 감지할 수 있는 수동적인 방식(passive system)이기 때문에, 태양의 고도나 방위 등을 고려하여 촬영 시간이나 측선 방위를 결정한다. SAR는 마이크로파를 지표로 쏘아 지표에서의 후방 산란을 기록하는 능동적인 방법(active system)이기 때문에 일반적으로 마이크로파의 사용 파장과 조사(照射)방위가 특히 중요하다.

7. 해석방법

자료처리와 분석이 있다. 자료처리에는 화상의 기하학적 왜곡 등을 보정하는 공간적인 처리, 대기의 영향을 보정하는 대기 보정 처리, 대비나 가장자리(edge) 강조 등의 화상 강조 처리 등의 자료처리를 실시하여 화상을 설명하게 한다.

분석법에는 선구조 분석, 스펙트럼 분석, 질감(texture) 분석 등이 있다. 선 구조 분석은 화상으로부터 단층이나 단열 등의 지질학적 구조 요소를 식별한다. 스펙트럼 분석으로는 식생, 물, 암석 등의 반사 스펙트럼과 패턴의 차이를 이용하여 이들의 종류나 상태 등을 파악한다. 또, 질감 분석에서는 암석의 종류, 암석 연대 등의 차이에 의하여 풍화, 침식의 정도에 차이가 나타나므로 화상상의 질감의 차이로부터 암상을 구분한다.

한편 위성에 의한 반복 관측 자료로부터 대상체의 시간적 변화를 구하는 것도 중요하다. 마이크로파의 화상에서는 그 짙고 옅음만으로는 일률적으로 물질을 규정하는 것이 곤란하므로 대상물의 형상, 공간적인 분포 패턴 등의 공간 정보 등도 유용하게 활용할 필요가 있다. 앞으로는 다중파장, 다중편파를 유용하게 이용해야 할 것이다.

8. 해석방법

자료처리와 분석이 있다. 자료처리에는 화상의 기하학적 왜곡 등을 보정하는 공간적인 처리, 대기의 영향을 보정하는 대기 보정 처리, 대비나 가장자리(edge) 강조 등의 화상 강조 처리 등의 자료처리를 실시하여 화상을 설명하게 한다.

분석법에는 선구조 분석, 스펙트럼 분석, 질감(texture) 분석 등이 있다. 선 구조 분석은 화상으로부터 단층이나 단열 등의 지질학적 구조 요소를 식별한다. 스펙트럼 분석으로는 식생, 물, 암석 등의 반사 스펙트럼과 패턴의 차이를 이용하여 이들의 종류나 상태 등을 파악한다. 또, 질감 분석에서는 암석의 종류, 암석 연대 등의 차이에 의하여 풍화, 침식의 정도에 차이가 나타나므로 화상상의 질감의 차이로부터 암상을 구분한다.

한편 위성에 의한 반복 관측 자료로부터 대상체의 시간적 변화를 구하는 것도 중요하다. 마이크로파의 화상에서는 그 짙고 옅음만으로는 일률적으로 물질을 규정하는 것이 곤란하므로 대상물의 형상, 공간적인 분포 패턴 등의 공간 정보 등도 유용하게 활용할 필요가 있다. 앞으로는 다중파장, 다중편파를 유용하게 이용해야 할 것이다.

 

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