1. 서론

최근 지구 온난화 등 급격한 기후 변화에 따라 미래 재해재난은 더욱 더 심해질 것으로 예상되고 있다. 재해재난을 예측·대비하고, 감시·모니터링하기 위한 수단의 일환으로 위성정보나 드론 관측기술을 활용한 재난재해 연구가 활발히 진행되고 있다.

자연재해 피해가 유난히 많았던 2020년 우리나라 주요 이상기후의 기록을 살펴보면, 기상 역사상 가장 따뜻했던 1월의 이상고온, 1973년 기상관측 이후 중부지방 기준 54일간의 역대 최장 장마와 전국 평균 강수량이 693.4 mm로 장마철 매우 많은 비가 내렸다. 여기에 이른 6월의 폭염과 7월의 집중호우, 8월의 폭염 등 여름철 기온 변동 폭이 매우 컸었고, 8월 이후 태풍 마이삭 등 4개의 태풍이 연속적으로 한반도를 강타하였다. 이로 인해 2006년 태풍 에위니아와 7월 호우 이후 14년 만에 1조원 대 재산피해가 발생하였다. 전국 17개 시·도, 181개 시·군·구에서 57명의 인명피해가 발생하였고, 재산피해액만 1조 371억 원에 이르렀다(MOIS, 2021).

2022년12월12일,행정안전부는남부지역에극심한겨울 가뭄이 지속되면서 가뭄 극복을 위한 중앙-지방 합동 가뭄대책 점검 및 대응강화 회의를 개최하였다. 심각한 가뭄으로 주요 댐의 저수율이 낮은 남부지방과 용수 부족으로 비상급수를 실시하고 있는 경남·전남 섬지역의 가뭄 극복을 위해 특별교부세를 긴급 지원하는 대책을 내놓았다. 특히, 12월 8일 기준으로 동복댐은 28.9%, 주암댐은 31.5%, 평림댐은 32.4%, 섬진강댐은 18.4% 수준으로 저수율이 낮은 것으로 조사되었다. 향후, 2~3개월간 강우가 없으면 남부지방 내륙까지 급수 대책이 마련되어야 하고, 경남·전남 섬지역의 비상 급수지역 확대가 불가피하고 아울러, 남부지역 농작물 피해도 예상된다(MOIS, 2022).

국립재난안전연구원에서는 2016년부터 위성영상을 이용하여 한반도 전반적인 가뭄 모니터링을 위해 대규모 저수지 18곳을 선정하여 저수지의 수표 면적을 분석하고 있으며, 이를 통해 미계측 지역인 북한지역까지 그 범위를 확대해 왔다. 2022년에는 전국 중·소규모 저수지의 저수율 분석정보 정확도 향상을 위하여 원내 재난 정보연구실과 재난원인조사실의 인공위성 자료처리 기술과 드론맵핑 기술 협업을 통해 가뭄 재난에 대비한 전국 중·소규모 저수지의 수표면적 모니터링 기술을 개발하고 있다. 재난정보연구실에서는 인공위성과 인공지능(Artificial Intelligence, AI)을 활용한 저수지 수표면적 추출 핵심 알고리즘을 개발하고, 재난원인조사실에서는 드론을 활용한 저수지 수표면적 맵핑을 통해 위성 영상으로 추출된 수표면적의 정확도 평가를 위한 기준자료를 제작·제공하였다.

이번 특별호에서는 최근 위성정보를 활용한 재난유형별 연구사례 분석과 전국 중·소 저수지 수표면적 분석 및 가뭄 재난 모니터링을 위한 국립재난안전연구원의 위성과 드론 등 지구 관측 플랫폼의 활용 기술에 대해 소개하고자 한다.

2. 원격탐사와 드론맵핑을 활용한 저수지 가뭄관리

1) 국내 저수지 가뭄관리 현황

가뭄은 태풍, 지진 등 단기간에 발생하는 다른 자연 재해와 달리 오랜 시간에 걸쳐 광역적으로 발생하는 특징이 있다. 가뭄을 판단하는 기준으로는 강수, 저수율, 수위 등이 있으며, 주요 댐·저수지의 가뭄은 일반적으로 저수율 또는 저수위로 판단하고 있다. 그러나, 댐·저수지는 대부분 관계 유역이 넓어 저수위 변화로 인한 국지적인 변화들을 탐지하는 데 어려움이 있으며, 관리 주체별, 규모별로 개소가 많아 모든 댐·저수지에 대한 저수위를 파악하기가 어려운 실정이다. 이러한 댐·저수지의 관리 특성상 주기적으로 광역 모니터링이 가능한 인공위성 영상자료를 활용하여 수계 면적의 변화를 관측하고 모니터링함으로써 가뭄 상황이나 전조를 파악할 수 있다(Kim et al., 2017).

국내의 가뭄은 관리 주체별로 판단 기준이 상이하며, 기상, 농업, 생활·공업용수 가뭄으로 분류된다. 기상 조건에 따라 발생하는 기상 가뭄은 기상청에서, 농업활동에 밀접한 농업 용수 가뭄은 농림축산식품부에서, 생활과 산업활동에 밀접한 생활 및 공업 용수 가뭄은 환경부에서 가뭄현황 정보를 생산한다. 이에, 2016년 관계부처 가뭄 대책 활동 TF를 발족되어 행정안전부에서 가뭄 총괄·조정을 주도하며 관심, 주의, 경계, 심각 4단계로 구분하여 가뭄 예·경보를 발령하고 있다. 특히, 농업 용수의 경우는 영농기 뿐만 아니라 영농기를 대비한 비영농기의 저수율 관리가 중요하다. 그러나, 수위계가 설치·관리되고 있는 저수지는 대부분 규모가 있는 저수지에 한정되며, 약 17,240여개의 농업용 저수지 중 한국농어촌공사가 관리하고 있는 저수지는 20% (3,573개소)에 불과하다. 저수지 규모로 보면 유효 저수용량이 10만톤 미만인 중·소 저수지가 약 88.4%를 차지하고 있는 실정이다. 위성정보 기반 가뭄 모니터링 기술은 최근까지 주로 대규모 댐 중심으로 연구가 일부 진행되고 있으며, 저수지의 대부분을 차지하고 있는 중·소 저수지에 대한 모니터링 기술개발은 미흡한 실정이다.

2) 원격탐사기반 저수지 수표분석

농업용 저수지는 우리 생활에 밀접한 대표적인 수자원 시설물이자 농업 활동에 필요한 중요한 수단이다. 가뭄에 대비하기 위해 농업용 저수지에 대한 중·장기적인 대책과 안정적인 관리체계 수립이 선행되어야 한다. 그러나, 현실은 전체의 약 11%의 저수지만이 저수율 모니터링과 실시간 계측이 이루어지고 있으며, 그 중 한국농어촌공사에서 관리하는 약 52% 저수지와 약 0.8%의 지자체 관리 저수지만이 수위계를 보유하고 있어 저수지 저수율의 정량적인 계측정보를 얻기가 어려운 실정이다(NDMI, 2021).

국립재난안전연구원에서는 2016년부터 위성영상을 이용하여 한반도 전반적인 가뭄 모니터링을 위해 대규모 저수지 18곳을 선정하여 저수지의 수표 면적을 분석하고 있으며, 이를 통해 미계측 지역인 북한지역까지 그 범위를 확대해 왔다. 전국 중·소 규모 저수지에 대한 주기적인 광역 모니터링을 위하여 기상조건 제약을 거의 받지 않는 Synthetic Aperture Radar (SAR) 위성영상 기반의 저수지 가뭄 관측 기술을 개발하고 있다. 2021년부터 개발중인 SAR 위성 영상기반의 수표면적 분석 기술은 전국 중·소 저수지로 확대하여 전국 저수지의 수표면적 모니터링을 통해 가뭄 대책 마련을 위한 근거 자료를 제공할 예정이다. 2022년에는 인공지능기반의 저수지 수표면적 추출 알고리즘 성능을 개선하고, 추출 성능의 신뢰도를 확보하기 위하여 저수지 Sentinel-1 SAR 영상 수집과 맵핑, 수표면적 시계열 분석과 추출 정확도 검증 연구를 수행하였다.

Fig. 1. Reservoir boundary extraction using Sentinel-1 imagery.

3) 드론맵핑기반 저수지 정밀 공간정보 생성·분석

가뭄재난 모니터링을 위한 원내 기술협업 추진을 위해 재난원인조사실에서는 SAR 위성영상기반 저수지 수표면적 분석 정확도 검증을 위해 드론 항공영상을 촬영하고 드론맵핑 자료를 제공하는 역할을 수행했다. 이를 위해 전국 저수지의 규모, 저수량, 분포 상황을 고려하여 경상권(울산·경주), 전라·충청권내 연구 대상 16개 중·소규모 저수지를 선정하였다. 선정된 대상 저수지를 대상으로 드론맵핑을 위한 지상기준점(Ground Control Point, GCP)을 선정, 적정하게 배치한 후 Global Navigation Satellite System (GNSS) 위성측량을 통해 지상기준점 측량을 수행하였다. 2022년 3월부터 10월까지 총 10차례에 걸쳐, 드론 항공영상 촬영을 통한 3D 저수지 지형 정보(Digital Terrain Model, DTM/Digital Surface Model, DSM)와 고해상도 저수지 정사영상을 제작하였으며, SAR 자료와 인공위성을 활용한 수체 탐지 및 정확도 평가를 위한 기준자료로 재난정보연구실에 드론맵핑 성과물을 제공하였다.

Fig. 2. Generation of hig-resolutional reference data of reservior through drone mapping process.

Table 1. Specifications of DJI Inspire2

3. 원격탐사기반 재해재난 연구동향 분석

1) 위성정보기반 재해재난 유형별 연구동향 분석

일반적으로 재해재난 관리는 예방·대비, 대응, 복구 단계로 진행된다. 재난안전연구원의 2017년 위성정보 재난활용 연구 보고서에 따르면, 위성영상의 적시적인 수급의 한계 때문에 재난관리 단계별 위성영상 활용성은 복구 ≫ 대응 ≫ 예방·대비 순으로 높은 것으로 조사되었다. 이는 재난관리의 복구 단계에서의 위성정보 활용은 재난 발생 후 자료처리와 재난정보 생성·분석 등 일정 시간을 두고 재난 정보를 요구하는 반면, 대응 단계에서는 최대한 신속하게 위성 영상을 수집·분석하는 것을 요구한다. 재난 복구 단계에서는 침수흔적도, 산불 피해지도, 복구현황도 등 재난 전·후 변화 탐지와 복구 진행사항 및 중장기 복구계획 등을 확인할 수 있는 위성정보기반 산출물을 생성하여 재난관리 현업에 적용하고 있다. 여러 재해재난 유형 중, 풍수해, 폭설, 산불과 같은 재난들은 발생 기간 중 구름이나 연기 등으로 인해 적시에 인공위성 자료 수급 자체가 어려워 재난 대응 단계상황에서 위성영상 활용성이 떨어지는 한계도 노출되고 있다(Kim et al., 2017).

재난 유형별 위성영상 활용성에서는 풍수해 ≫ 가뭄 ≫ 산사태 순으로 높게 나타났다. 대표적인 자연재해인 풍수해 재난의 경우, 예방·대비, 대응, 복구 등 전주기 재난관리 단계에서 위성영상이 활용가능하며, 특히, 수치 지형도, GIS간 연계를 통해 홍수 위험 모니터링, 홍수 범람 예상도 등을 작성할 수 있다. 가뭄 재해는 주요 댐·저수지의 수계 면적의 변화를 관측하여 가뭄 재난 발생을 예측할 수 있다. 산불 재난은 산불 대응 중, 발생 전·후 흔적이 확연하게 남기 때문에 산불 진행 상황과 식생 회복상황·복구 현황을 고해상도 광학위성이나 근적외선 영상을 통해 쉽게 추출할 수도 있다(Kim et al., 2017).

2016년부터 최근까지 위성정보 기반 재해재난 유형별 연구 동향을 살펴보면 홍수 ≫ 가뭄 ≫ 산사태 ≫ 지진 ≫ 태풍 ≫ 산불 ≫ 화산폭발 순으로 연구되고 있는 것으로 나타났다. 또한, 지구 관측 위성 수가 대폭 증가하면서 실시간으로 대응할 수 있는 시간 해상도가 높아지고 있고, 위성 자료를 분석할 인공지능, 플랫폼 기술의 비약적인 발전으로 위성정보를 활용한 실시간 재난 대응이 가능할 것으로 예상하고 있다. 여기에 Internet of Things (IoT) 기술과 Geographic Information System (GIS) 기술의 융합으로 다양한 현장 정보들이 실시간으로 전달되면서 재난 대응과 의사결정을 지원할 수 있을 것이다. 이를 위한 선결 과제로 실시간 영상 분석 기술, 플랫폼 기술 확보와 위성정보기반 위기대응 플랫폼 확충과 재해재난 상황에서의 신속한 관련 해외영상 확보와 공유 필요성을 제기하였다(Kang, 2022).

Table 2. The number of research papers based on satellite information according to disaster type

2) ISPRS 2022 Congress 재해재난 연구동향 분석

2022년 6월 프랑스 니스에서 개최된 「ISPRS Congress 2022」에서의 공간정보, 사진측량 및 원격탐사 분야의 최신 기술 연구동향을 조사·분석하였다. 「ISPRS Congress 2022」는 “Imaging today-foreseeing tomorrow”라는 슬로건 아래 6.6–6.11일간 진행되었으며, 959여 편의 초록과 논문이 제출되어 743여 편의 학술대회 논문이 ISPRS학회 Annals (219편)와 Archives (524편)에 온라인으로 출판되었다(Table 3). 학술대회 논문 발표 세션 트랙은 5개 기술분과위원회에서 주관한 전문세션 트랙(Technical commission track), ISPRS 학생 컨소시움에서 주관한 학생 연구자 포럼 트랙(Youth forum track), 마지막으로 13개 주제별 세션 트랙(Thematic session track)으로 구성되었다(Landrieu et al., 2022).

Fig. 3. Website and detailed program of ISPRS Congress 2022.

Table 3. Detailed statistics for each track of ISPRS Congress 2022

ISPRS Congress 2022의 기술분과별 세션 발표 주제는 Table 4와 같다.

Table 4. Thematic session of ISPRS Congress 2022

「ISPRS Congress 2022」에서 다루어진 원격탐사 및 사진측량 기술관련 주요 의제는 위성 개발과 활용, 지구 관측 플랫폼, 자료처리 최신 기술, 다중 센싱 융합기술 등이 있다. 위성개발 부문에서는 2021년 4월 발사된 European Space Agency (ESA)의 Pleiades Neo 3호 위성과 향후 군집위성(constellation satellite) 형태의 발사·운용 계획과 활용방안 등이 논의되었다. 위성활용 분야에서는 무료 배포 중인 Sentinel 위성 영상자료(광학/SAR)의 활용성과가 주로 발표되었고, 변위 모니터링을 위한 Interferometry SAR(InSAR),Persistent ScattererInterferometry(PSI) SAR, Differential InSAR (DInSAR) 연구성과도 발표되었다. 기존의 위성과 항공기의 보완·대체 플랫폼으로서 드론과 로봇 활용기술이 집중되고 있으며, 플랫폼의 고도화에 대용량 Light Detection And Range (LiDAR) 점군자료와 고해상 영상자료 등 원활한 자료처리를 위해서 parallel computing, Structure from Motion (SfM), Simultaneous Localization And Mapping (SLAM) 등 mobile sensing and mapping system (MS2) 자료처리 기술을 접목하고 AI(머신·딥러닝)기반 원격탐사 자료를 활용한 피복분류, 객체탐지 연구도 다수 발표되었다. 관측 플랫폼 뿐만 아니라, 탑재되는 최신 센서의 종류와 센싱 기술도 다양하게 논의되었다. 특히, GNSS-INS, LiDAR-IMU, Aided INS 등 다중센서 통합 기술과 MS2라는 새로운 용어와 개념들이 활발히 논의되었다.

4. 재난관리 원격탐사 활용 및 재난조사 기술 연구동향

1) 원격탐사 및 재난안전 데이터기반 재난정보 분석 연구동향

제3차 우주개발 진흥 기본계획이 수립·추진되면서 한반도 관측 위성이 확대됨에 따라 재난 전·후 변화탐지, 지반 침하, 산불 모니터링·피해분석, 도시 열섬 분석, 산사태 위험성 평가 등 재난 분야에서의 인공위성 활용연구가 활발히 진행되고 있다.

지구로부터 약 700 km 궤도를 돌며 주기적으로 지구 표면을 관측하는 인공위성에 탑재된 고해상도 광학 카메라와 다중분광 센서, 레이더 센서 등을 이용한 홍수 피해지역 탐지, 저궤도 기상위성을 활용한 강우량 추정 등 태풍, 호우, 홍수와 같은 풍수해 재난관리에서도 원격탐사 기술은 핵심적인 역할을 수행하고 있다.

ISPRS Congress 2022에서도 주요 발표 주제였던 Sentinel-1 SAR 자료를 활용하여 지진, 화산 폭발 등 자연재해로 인한 광역적인 지표 변위나 지반 침하 등 시계열적인 지표 변화 모니터링과 다양한 위성 레이더 간섭 기술은 지구의 지표 변화 탐지를 위한 대표적인 기술로 자리매김하고 있다.

Kim et al. (2022)은 기상이나, 관측시간대와 상관없이 데이터 취득이 가능한 Sentinel-1 위성의 SAR 영상을 활용하여 대상 저수지의 저수면적을 탐지하고 수문학적 가뭄지수(Rainfall Accumulation Drought Index, RADI)를 산정하여 지역규모 가뭄 모니터링을 수행하였다. RADI는 실측 저수량인 Reservoir Storage Drought Index (RSDI)와 비교·검증한 결과, RADI와 RSDI간에 r=0.87의 높은 상관성을 나타냄으로써 SAR 기반 RADI의 지역규모 수문학적 가뭄 모니터링 가능성을 제시하였다. Chung and Kim (2021)은 2018년 6월부터 2021년 10월까지 수집된 Sentinel-1 위성자료에 PSInSAR 기법을 적용하여 방콕 지역의 지반침하 분석을 수행하였으며, Ju and Hong (2021)은 2007년 2월에서 2011년 2월까지 수집된 ALOS PALSAR L-band SAR 영상을 이용하여 멕시코시티의 지반 침하를 시계열 분석하였으며, 고정 산란체 위상간섭 (PSI SAR) 기법과 small baseline subset (SBAS)을 적용하여 지표 변위의 시계열 결과를 획득하였다. Kim and Han (2022)은 캐나다 앨버타의 오일샌드 지역에 대한 지표변위 분석을 위해 2016년부터 2021년까지 획득된 Sentinel-1 SAR 시계열 자료기반의 고정산란체 간섭기법을 적용하여 증기 주입식 중력 배수(Steam-ssisted Gravity Drainage, SAGD) 공법 운용에 의한 지표변위를 관측하였다.

원격탐사 자료를 통해 산불로 인한 피해지역의 산림 변화를 모니터링하는 것은 식생복원에 중요한 정보를 제공하며, 자연 재해를 완화하고 복구하는 데 필요한 유용한 정보를 제공할 수 있다. Kim et al. (2021)은 Sentinel-2 위성 자료를 활용하여 산불 재난 후 식생 회복을 모니터링하기 위한 연구를 수행하였다. 산불 피해지역의 식생회복 모니터링을 위해 Tasseled Cap 선형회귀 추세를 기반으로 RGB 합성 기술을 제안하였으며, 위성영상을 활용한 원격탐사 시각화 기법을 통해 효과적인 모니터링 가능성을 확인할 수 있었다. Chung and Kim (2021)은 산불 발생 후 고해상도(Very High Resolution, VHR) 위성영상과 GIS 자료를 이용하여 국내 산불 피해 지역에 대한 변화를 탐지하는 연구를 수행하였다. 산불 발생 전 토지 피복도 정보를 이용하여 산불 발생 전 Near-infrared(NIR) 영상을 시뮬레이션하고, Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) 상관도기반의 변화탐지를 분석하였으며, superpixel 수준으로 영상을 처리하여 분석 복잡도를 감소시키면서 VHR 영상의 고해상 정보를 보존하고자 하였다. Byen et al. (2022)은 저해상 위성영상 정보를 활용시 폭이 좁은 하천에서의 녹조 탐지 정확도가 떨어지는 한계점을 해소하기 위해 Sentinel-2 위성의 고해상도 영상을 활용하여 NDVI, Seaweed Enhancing Index (SEI), Floating Green Algae Index (FGAI) 단일지수와 본 연구에서 제안한 두 개의 혼합지수들을 적용하여 낙동강 녹조탐지를 모니터링하는 방안을 제시하였다. Lee and Lim (2022)은 Landsat-8 Operational Land Imager/Thermal Infrared Sensor (OLI/TIRS) 위성영상을 활용하여 세종 행정중심 복합도시의 토지피복 변화와 이에 따른 도시 표면 열섬 현상의 변화를 분석하였다. 이를 위해 위성영상의 열적외선 밴드값과 방사율을 고려하여 지표면 온도를 계산한 후, 표면 열섬 현상 강도와 Urban Thermal Field Variance Index (UTFVI)의 변화를 분석하여 환경부의 중분류 토지피복지도와 비교하였다. 분석 결과, 대상 지역내 시가화 면적의 증가와 자연식생의 감소에 따른 열섬 현상의 확장과 강도 증가가 관측되었고, 열섬 현상이 발생된 지역의 생태적 수준은 매우 낮은 것로 조사되었다.

본 특별호에서는 연구원에서 수행하고 있는 인공위성 기술을 활용한 재난관리관련 최근 연구성과에 대해 기술하였다.

Park and Kang (2022)은 복잡한 사전 전처리 과정과 많은 시간이 소요되는 수재해 모니터링을 위한 시계열 분석을 위해 구글어스 엔진을 활용한 수재해 피해 탐지와 중·장기적 시계열 관측 연구를 수행하였다. 변화탐지 기법인 Otsu 기법을 적용하여 2020년 집중호우와 하천 범람으로 인한 하폭 변화와 피해 면적을 분석하고, 상습 침수 지역을 중심으로 2018년부터 2022년까지의 시계열 수체의 변화 추세를 분석하였다. 자바스크립 기반 코딩을 통한 짧은 처리시간, 시공간 분석과 시각화 기능 등의 강점을 갖는 구글어스 엔진은 다양한 수재해 분야에 활용될 것으로 기대된다.

Jeong et al. (2022)은 국내 농업용 저수지 중 중·소규모 53개소 저수지를 선정하고 Sentinel-1 SAR 영상으로부터 저수지 수체를 탐지하여 그 정확도를 평가하였다. 수체 탐지에는 기계학습 기반의 Neural Network (NN), Support Vector Machine (SVM), Random Forest (RF)와 히스토그램 분할기법 Otsu, 영상분할기법 Watershed (WS), Chan-Vese (CV)가 적용되었으며, 각 알고리즘의 수표면적 산출 결과를 정사영상으로부터 얻은 실측 수표면적과 비교하였다. 알고리즘별 산출된 수표면적과 실측 수표면적간의 상관성 분석 결과, SVM ≫ NN ≫ RF ≫ Otsu ≫ CV ≫ WS 순으로 나타났으며, 저수지 유효저수량의 규모가 클수록 더 높은 선형 상관관계를 보임을 확인하였다. 혼동 행렬로부터 산출한 정확도, 정밀도, 재현율을 통해 알고리즘간 수체 탐지 정확도와 탐지 경향을 분석하였으며, 정확도의 경우 저수율별로 각 10만 m³ 미만에서는 WS, 10만~30만 m³에서는 Otsu, 30만~50만 m³에서는 RF가, 50만 m³ 이상에서 Otsu와 CV가 가장 높은 정확도를 보임을 제시하였다.

오픈소스기반의 데이터의 확산과 AI 기술의 발전으로 전세계적으로 재난안전 데이터의 활용성을 높이고자 활발하게 통합 데이터 전략과 관련 정책이 수립되고 있으며, 최근 국가 주도적으로 연구 데이터의 공동 활용을 위한 데이터 공유 플랫폼이 개발되고 있다. Rye et al.(2022)은 본 특별호를 통해 재난안전관련 데이터 기반 연구 패러다임의 전환을 위해 재난안전 연구 데이터의 효율적인 통합 관리와 활용을 위한 기본계획과 목표모델에 대한 검증을 수행하였으며, 국립재난안전연구원의 데이터 통합 관리의 필요성과 실제 수요를 반영한 데이터 표준화, 관리 체계의 일원화, 전담 조직/인력 구축 등 차별화된 데이터 거버넌스 마련의 필요성을 제기하였다.

산불은 지역 주민에 직접적인 영향을 주므로 신속하게 대피가 필요한 재난으로, 산불 대피를 위한 이동 수요를 예측하는 것은 대비·예방단계에서 절실하게 필요하다. Jeong et al. (2022)은 경북 울진·강원 삼척 산불 발생시 지역 주민의 이동 분석과 패턴을 파악하기 위하여 SK telecom 유동인구 데이터를 활용하였으며, 산불 피해 최소화를 위해 주민들에게 긴급 재난 문자를 통해 대피소 안내가 필수적임을 제시하였다.

2) 재난현장 과학조사 연구동향

앞에서 언급한 바와 같이 현대 사회는 갈수록 대형화되는 자연재해와 잦은 재난사고에 의한 인적·사회적 피해가 해마다 증가하고 있다. 산업 단지내 화재 폭발과 화학사고, 건축물 붕괴 재난현장은 대응 인력이 난접근 지역이거나 접근 불능의 위험한 지역일 수 있다. 따라서, 이러한 첨단 조사장비를 활용하여 위험한 재난 현장을 신속하게 접근하고 유의미한 재난 정보를 수집·분석함으로써, 과학적인 재난원인 조사를 지원할 수 있다. 국립재난안전연구원은 근거리 재난현장 관측센서가 탑재된 이동형 맵핑차량, 드론, 조사로봇 등 다양한 조사 플랫폼들을 재난현장 조사나 재난원인 분석 업무에 활발하게 활용하고 있다. 특히, 드론은 기존 항공기나 위성 플랫폼에 비해 지상 관측 성능은 다소 떨어지지만 고해상 공간해상도와 현장접근성, 자료 수집 용이성, 다중 분광 센서를 이용한 신속한 맵핑처리로 도시 열섬 분석, 식생 작황과 녹·적조 발생 분석, 재난 현장 조사 등에 효율적으로 관측할 수 있는 최신 플랫폼이다.

Cho et al. (2021)은 드론을 활용한 도시 폭염 지역의 열섬 저감기법 연구에서 Environmental Protection Agency (EPA)에서 활용하는 도시열섬 저감기법(옥상녹화, 쿨루프, 차열도료포장 및 차열블럭포장 등)을 연구지역에 적용하여 토지피복 객체간 비교 분석으로 실질적 효과성을 검증하고자 하였다. Choi et al. (2022)은 하천의 2차원 녹조 우심지역의 신속한 관측을 위해 드론의 다중분광 센서 영상으로 활용하였으며, 하천의 녹조발생 현황을 모니터링하기 위해 광합성 색소에 의한 분광특성을 반영하는 분광지수와 Chlorophyll-a (Chl-a) 농도 추정식을 비교·평가하였다. Lee et al. (2021)은 드론에 탑재된 다중분광 센서의 반사율과 식생지수를 산정하여 시계열 작황분석 활용 가능성을 평가하였다. RedEdge-MX, S110 NIR, Sequioa, P4M 등 4종의 무인비행체 탑재 다중분광센서에 대하여 항공영상을 촬영하고 반사율과 정규식생지수를 산정하여 비교·분석하였다. Jeon et al. (2022)은 드론 탑재 복합센서의 매핑 정확도 분석 연구에서 지상기준점의 개수, 데이터 취득 상황과 사전 캘리브레이션 여부, 영상의 중복도 등 다양한 데이터 취득 환경과 사전 캘리브레이션 여부를 중심으로 복합센서의 매핑 정확도를 확인하였다.

이번 특별호에서 소개된 연구원에서 수행하고 있는 재난사고 현장조사 장비를 활용한 최근 연구성과는 다음과 같다.

2012년 구미 불화수소 누출사고 이후 우리 정부는 화학사고의 대응과 수습을 위한 재난관리체계를 마련하고 있다. Oh et al. (2022)은 국립재난안전연구원의 화학사고 현장조사 장비를 활용한 사고 이후 주민대피 의사결정 지원 방안과 과학적인 화학사고 정보 수집을 위한 국립재난안전연구원의 화학사고 장비 운용체계를 제시하였다. 화학사고 현장조사 장비별 상시 활용성 판단을 위해 울산국가산업단지를 대상으로 화학물질을 측정한 결과, 원거리 측정 장비에서는 화학물질의 실시간 검출이 가능하였으며, 추후 주기적인 관측을 통해 장비의 측정가능 거리와 범위에 대한 현장 검증이 필요함을 알 수 있었다.

재난관리 전주기 중 대응단계에서 이뤄지는 현장 수색과 구조 활동 과정에서 현장의 소방대나 구조대는 불가피하게 상당한 위험 상황에 노출될 수 밖에 없는 현실이다. 이 때, 재난대응로봇은 재난현장 초기 대응과정에서 현장 요원들의 위험을 줄일 수 있는 획기적인 대체 수단이 될 수 있다.

Jeong et al. (2022)은 LiDAR와 Inertial Measurement Unit (IMU) 센서에 실시간 자료처리용 컴퓨터가 탑재된 다중센서 모듈과 실내 측위·맵핑을 위한 SLAM 알고리즘이 탑재된 재난 현장조사 로봇 플랫폼을 개발하였다. 재난 현장에서 최적의 정확도를 유지하기 위해 다중센서 모듈의 조사로봇 탑재 안정화를 위한 설계 방안을 연구하였고, 실내 재난 가상 환경에서 SLAM 알고리즘별 모듈의 성능 실험을 수행하였다. 그 결과, 본 연구에서 제안한 PackSLAM이 가장 우수한 성능을 보였으며, 향후 재난현장에서의 적용성을 감안하여 장애물이 많은 험지환경에서의 추가적인 실험을 수행할 계획이다

Lim et al. (2022)은 화학사고 피해 현장 모니터링과 환경 피해 규모를 분석하기 위해서 소형 드론과 이에 탑재된 광학·다중분광 센서를 활용하여 드론 항공촬영을 통해 고해상 항공영상을 수집하고,이를 드론맵핑 처리과정을 통해 정규식생지수를 활용한 사고피해 면적 산출 정확도를 평가하였다. 드론맵핑 산출물을 활용하여 화학사고 현장을 피해지역과 비피해지역을 분류하고, 정규식생지수 임계치별로 Kappa 상관성을 분석하여 사고 피해면적 산출의 정확도를 판단하는 방안을 제시하였다.

5. 결론

현대 사회는 갈수록 대형화되는 자연재해와 잦은 재난사고에 의한 인적·사회적 피해가 해마다 증가하고 있다. 난접근 지역이거나 접근 불능의 위험한 재난 현장을 인공위성이나 드론, 조사로봇과 같은 첨단 조사장비를 활용하여 신속하게 접근하고 유의미한 재난 정보를 적시적으로 수집·분석함으로써, 사전 예방·대비 대책 마련뿐만 아니라 적절한 재난 현장 대응 및 중장기적 복구 계획 수립 등 재난관리 전주기에 걸쳐 국민의 재산과 생명을 지킬 수 있는 중차대한 역할을 수행할 수 있다. 국립재난안전연구원은 지구 원격 관측 수단인 인공위성 기술뿐만 아니라 근거리 재난현장 관측센서가 탑재된 이동형 조사차량, 드론, 조사로봇 등 다양한 조사 플랫폼들을 활용하여 대규모 재해·재난과 안전사고에 대한 주기적인 예찰과 감시, 확산 모니터링, 재난 피해조사·원인분석 등 재난관리 현업에 활발하게 활용하고 있다.

이번 특별호에서는 구글어스 엔진을 활용한 수재해 피해 탐지와 중·장기적 시계열 관측, Sentinel-1 SAR 영상과 인공지능을 활용한 저수지 수체 탐지, 산불 재난시 주민 이동 패턴 분석과 재난안전 연구 데이터의 효율적인 통합 관리와 활용방안 연구성과를 소개하였다. 또한, 접근 불능의 위험한 재난현장 조사시 드론, 조사 로봇을 활용한 재난원인 과학조사 활동에 관한 연구성과를 기술하였다.

ISPRS Congress 2022에 참석하여 세계적인 원격탐사·사진측량·공간정보 관련 기술개발 현황과 최신 연구 동향을 고찰해 볼 때, 재난 활용기술 연구개발을 위한 연구원의 위성·드론·로봇 플랫폼의 융합적인 활용 연구 방향은 세계적인 연구와 기술개발 추세에 맞춰 잘 진행되고 있음을 확인할 수 있었다. 앞으로 지속적인 원격탐사 분야의 기술 수준 파악과 최신 플랫폼과 탑재장비를 활용한 재난관리 기술개발을 통해 국민 안전 확보를 위한 보다 향상된 연구성과를 도출하기 위한 노력이 필요할 것으로 판단된다.

사사

본 연구는 행정안전부 국립재난안전연구원의 주요 사업(이동형 로봇기반 재난사고 현장조사 공유 기술개발(NDMI-주요-2022-06-02), 다종위성기반 재난위험 추적형 위성정보 융합분석 기술개발(NDMI-주요-2022-03-03))으로 수행되었습니다. 특히, 본 사설에 소개된 국립재난안전연구원의 재난원인조사실과 재난정보연구실 저자들에게 깊은 감사의 말씀을 드립니다.