National Disaster Scientific Investigation and Disaster Monitoring using Remote Sensing and Geo-information

원격탐사와 공간정보를 활용한 국가 재난원인 과학조사 및 재난 모니터링

Abstract

High-resolution satellites capable of observing the Earth periodically enhance applicability of remote sensing in the field of national disaster management from national disaster pre-monitoring to rapid recovery planning. The National Disaster Management Research Institute (NDMI) has been developed various satellite-based disaster management technologies and applied to disaster site operations related to typhoons and storms, droughts, heavy snowfall, ground displacement, heat wave, and heavy rainfall. Although the limitation of timely imaging of satellite is a challenging issue in emergent disaster situation, it can be solved through international cooperation to cope with global disasters led by domestic and international space development agencies and disaster organizations. This article of special issue deals with the scientific disaster management technologies using remote sensing and advanced equipments of NDMI in order to detect and monitor national disasters occurred by global abnormal climate change around the Korean Peninsula: satellite-based disaster monitoring technologies which can detect and monitor disaster in early stage and advanced investigation equipments which can collect high-quality geo-information data at disaster site.

전 지구를 주기적으로 관측할 수 있는 고해상 위성의 개발로 국가 재난 전조 모니터링에서 신속한 복구계획 수립에 이르기 까지 원격탐사를 활용한 국가 재난관리 활용 분야는 점차 확대되고 있다. 국립재난안전연구원에서는 태풍 풍수해, 가뭄, 폭설, 지반변위, 열섬 분석, 강우추정 모델 개발 등 위성을 활용한 다양한 재난관리 기술을 개발하고 이를 재난관리 현업에 활용하고 있다. 촌각을 다투는 재난상황에서 적시적인 위성영상 수급 문제가 도전적인 이슈이긴 하나, 국내외 우주개발기구와 재난협의체가 주도하는 전 지구적인 재난에 공동 대응을 위한 국제협력 프로그램 참여를 통해 해소하고자 하고 있다. 이번 특별호에서는 전 지구적인 이상기후와 기후변화로 급변하고 있는 한반도 주변의 재해 재난 사고를 원격으로 조기에 감지하고 모니터링 할 수 있는 인공위성기반의 재해 재난 모니터링 기술개발 현황과 재난 현장에 최대한 접근하여 고정밀의 재난정보수집하는 첨단장비기반의 고정밀 재난정보 센싱 기술개발 현황 등 국립재난안전연구원의 원격탐사와 첨단장비를 활용한 과학적인 재해 재난 사고 관리 기술을 소개하였다.

1. 서론

기후변화로 인한 전 지구적인 기상이변으로 재난은 점점 예측하기 어렵고 대형화되고 있으며, 지구 곳곳에 난개발과 도시화가 진전되면서 대형재난으로 인한 물적·인적 피해 역시 점점 증가하고 있다. 동북아시아 대륙과 태평양 사이에 남북으로 길게 뻗어 있는 한반도는 연중 북태평양의 열대성 저기압과 시베리아의 대륙성 고기압의 계절적 영향을 받고 있다. 전 세계 지진의 90%가 발생하는 불의 고리인 환태평양 조산대에서 다소 벗어난 지리적인 입지 때문에 지각변동의 영향이 적어 비교적 안정적인 지역으로 인식되어 왔다. 그러나 이상기후로 인한 대규모 재난의 위협으로부터 한반도 역시 더 이상 예외는 아니어서, 마치 한반도는 안전지대라는 통념이 무색하리만큼 계절별로 다양한 자연재난이 발생 하고 있다. 매년 여름 우기철부터 초가을까지 북태평양 에서 강한 열대성 저기압으로 시작해 40~50 m/s에 육박 하는 살인적인 강풍과 시간당 30 mm 이상의 호우를 동반하는 강력한 슈퍼 태풍에서부터 국지성 폭우와 지리 한 장마, 낮 최고 기온이 33°C 이상 지속되면서 고온에 노출된 노약자를 위협하는 폭염이 해마다 우리를 긴장 시키고 있다. 겨울에는 동장군을 연상시키는 강한 한파와 동해안과 서해안에 집중되는 폭설로 꽁꽁 언 한반도는 교통 흐름이 막히고 발목을 잡힌다. 늦은 겨울과 이른 봄, 가을로 이어지는 가뭄과 건조한 대기에서 발화된 산불은 수십 년 가꿔 온 산림은 물론, 강풍을 타고 도로와 주택가로 번져 삶의 공간을 태워버리기도 한다. 2016년과 2017년, 경주·울산·포항 등 동해안 내륙을 뒤흔들었던 지진은 생활 터전을 잃은 이재민들과 인근 주민에게는 언제 찾아올지 모르는 위협적인 재난으로 각인되고 있다. 편서풍을 타고 중국과 몽골 사막에서 날아드는 황사도, 산업화와 급진적인 도시 개발로 이제는 계절에 상관없이 우리를 숨 막히게 만들며 사회재난으로 지난 3월 이름을 올린 미세먼지는 더 이상 간과할 수 없는 환경 재난이 되어 버렸다. 이렇듯 우리는 위험 수위를 높아가고 있는 수많은 자연재해와 사회재난 현상과 매순 간 맞닥뜨리는 위험사회에 살고 있다. 우리 생활에 늘 공존하고 있는 재난에 대비하여 효율적으로 재난관리 업무를 수행하는데 전 국토에 대한 광역적·주기적이고 적시성있는 관측·모니터링, 재난 현장을 신속·정확하게 조사할 수 있는 첨단의 피해조사 장비와 원격탐사기반 지구관측 플랫폼의 개발과 운용이 필요하다.

이번 특별호에서는 전 지구적인 이상기후와 기후변화로 급변하고 있는 한반도 주변의 재해·재난 사고를 원격으로 조기에 감지하고 모니터링 할 수 있는 인공위성기반의 재해·재난 모니터링 기술개발 현황과 재난 현장에 최대한 접근하여 고정밀의 재난정보 수집하는 첨단장비기반의 고정밀 재난정보 센싱 기술개발 현황 등 국립재난안전연구원의 원격탐사와 첨단장비를 활용한 과학적인 재해·재난 사고 관리 기술에 대해 소개하고자 한다.

2. 국립재난안전연구원의 재난정보·원인 조사 연구시설장비 소개

1) 재난정보분석 및 인공위성 직수신 시설장비 현황

재해·재난은 대부분 사전 전조 현상 후에 발생하는 경향이 있기 때문에 전 지구적인 이상 징후 모니터링을 통해 재난 발생 시기 및 피해 정도 예측 등 선제적인 재난 대응을 통해 인적·물적인 피해와 사회적인 파장을 최소화할 수 있다.

재난정보연구실 상황정보분석센터에서는 평상시 한반도 전 지역을 중심으로 재난 예상지역에 대한 지속적인 관측을 통한 모니터링을 수행한다. 이 때 연구원의 R&D 성과를 통해 구축된 스마트재난상황관리시스템, 생활안전지도, 폭풍해일범람파고분석시스템 등 33개의 최첨단 재난 상황관리 및 분석처리 기술을 재난관리 현업지원을 위해 활용하고 있다. 또한, 재난 발생 시에는 해당 지역을 대상으로 중앙재난안전대책본부의 중앙재난안전상황실과 연계·활용할 수 있는 재난대응 시스템을 운용하고 있다. 위성영상 등 원격탐사 및 공간정보를 활용한 첨단 기술을 기반으로 재난 유형과 지역적 특성에 따른 재난관련 다양한 정보를 수집하여 제공하고 있다.

전 지구적인 대규모 재난에 우주기술 자원을 이용하여 공동 대응하기 위한 각 국의 우주기술개발 기관과 기구들의 발걸음도 빨라지고 있다. 각 우주개발기구들이 주축이 되어 UN-SPIDER(United Nations Platform for Space-based Information for Disaster Management and EmergencyResponse),국제재난위성활용기구(International Charter), 범아시아 위성기구(Sentinel Asia) 등 전 지구적인 재난에 공동 대응을 위한 다수의 국제협력 프로그램을 발족, 운영하고 있다. 국립재난안전연구원 재난정보 연구실은 이러한 국제 협력 프로그램에 공인 사용자 그룹(Authorized user)와 회원국 자격으로 참여하고 있으며, 우주기술을 활용한 국제적인 재난공조 협업에도 적극적으로 대응하고 있다.

(1) 상황정보 분석센터

상황정보 분석센터는 연구원의 인공위성 자료수신· 처리·분석, 행정안전부와 중앙재난안전상황실간의 실시간 연계를 통한 재난 상황정보 분석·전달 등 국가 재난상황관리·분석·의사결정 지원에 핵심적인 역할을 수행하고 있다. 상황정보 분석센터는 크게 상황정보분석 시스템, 영상회의시스템, 위성영상 자료처리·분석·관리·보안처리 시설이 갖추어져 있다. 상황정보분석시스템은 연구원에서 다년간 R&D를 통해 개발·축적된 재난안전 관리시스템들을 통합적으로 표출, 모니터링하기 위한 시스템이다. 영상회의시스템은 행정안전부와 중앙재난안전상황실, 연구원 간의 실시간 연동할 수 있는 영상회의 시스템으로, 매일 전 날의 국가 재난사고 안전 이슈를 논의하고 있는 현업용 시스템이다. 또한, 직수신된 위성영상을 전처리· 저장· 분석· 관리· 보안처리를 수행하는 위성영상 자료관리· 보안처리 시스템이 구축, 운영되고 있다(Fig. 1).

Fig. 1. (a) Disaster Situation Analysis Center at NDMI and (b) Disaster information analysis and management based on NDMI R&D products.

(2) 인공위성 직수신 체계

2014년 재난 전조 감지를 위한 위성 센서 개발과 실험동 운영을 위한 기획연구를 시작으로, 2015년 울산 중구에 소재한 현재 연구원 부지로 이전하면서 상황정보 운영실, 영상회의실, 위성영상 보안실, 운영지원시 스템을 1차적으로 구축하였다. 이어 2016년에는 3기의 인공위성 자료 직수신 안테나(2.4 m/3 m/5 m)와 직수신된 위성자료를 처리하기 위한 위성자료 처리·분석시스템을 구축하였다(Fig. 2). MODIS(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer), SUOMI-NPP(Suomi National Polar-orbiting Partnership) 등 저궤도 인공위성 자료를 수신 받는 2.4 m급 수신안테나를 활용하여 한반도 전 지역을 포함한 인근 주변국가와 전 세계를 대상으로 재난 관련 정보를 수집하여 광역적인 재난을 주기적으로 관측을 수행하고 있다. 5 m급 위성 안테나에서는 중해상도 위성인 Landsat-8 영상자료를 수신하여 시계열적 분석이 필요한 폭염·가뭄·풍수해 등의 재난정보를 산출하고 있으며, 적시성 있는 현장 감시와 관측이 필요한 재난 피해분석에도 활용하고 있다. 천리안 위성 안테나는 한반도 기상자료를 수집하고 기상상황을 모니터링하는 데 활용하고 있다. 현재 연구원에서 직수신이나 네트워크 환경을 통해 수신 받고 있는 인공위성 영상은 Landsat-8, Suomi-NPP, MODIS, Sentinel 등 10종에 이른다(Table 1). 이렇게 수집된 위성 영상은 전 세계 및 한반도 전역 수표면적 변화, 산불·녹조·폭염·화산 모니터링 및 지반변화 관측, 열섬 분석 등에 활용하고 있다.

Fig. 2. (a) Location of Satellite receiving antenna at NDMI: (b) 3 m antenna, (c) 5 m antenna and (d) 2.4 m antenna.

Table 1. Collection of satellite imagery at NDMI

2) 재난원인 과학조사 장비현황

태풍과 같이 시기적으로 반복되는 자연재해와 더불어 점차 복잡해져가는 사회시스템 속에서 사소한 인적 실수나 기계적 결함으로 인한 예측하기 어려운 돌발적 재난사고들이 빈번하게 발생하고 있다. 가령, 2014년 세월호 참사와 같은 반복적인 선박 침몰사고, 다중이용시설이나 요양병원 화재, 산업현장 시설물 붕괴와 추락, 크레인 전도 등 과거에도 많은 인명·재산 피해로 사회적 파장을 불러왔던 유사한 사회적인 재난사고들이 대표적이다. 이러한 과거 유사 사고사례로부터 그 근본 원인을 객관적으로 규명하고, “피해조사”에서 “원인조사” 중심으로 재난관리 패러다임의 변화, 과학적인 재난원인 조사를 통해 과거 유사한 재난사고의 재발 방지와 피해 최소화, 근본적인 개선 대책을 마련하기 위해 2015년 재난원인조사실이 설립되었다.

재난원인조사실은 「재난 및 안전관리 기본법」 상의 재난원인조사를 담당하고 있으며, 재난·안전사고 원인 조사·분석과 관련자료 수집·관리, 재난프로파일링기반 원인분석 기술개발, 재난원인 과학조사 첨단장비 도입과 적용기술 개발, 재난사고 유형별 심층조사를 위한 현장 감식기술 개발 및 협업체계 구축 업무를 수행하고 있다. 이러한 재난원인 조사업무를 체계적이고 원활하게 수행하기 위하여 재난원인조사실에서는 2015년부터 재난현장의 다양한 공간정보 수집과 분석업무를 수행할 수 있는 장비와 시스템을 도입구축해 오고 있다. 2019년 현재까지 특수조사차량, 드론, 로봇, 지상 LiDAR, 원거리 유해물질 탐지장비 등 146종 약 400점에 이르는 장비를 보유운용하고 있다(Fig. 3).

Fig. 3. Disaster investigation equipments: (a) Investigation vehicle, (b) UAVs, (c) iRobot Packbot and (d) HI-90.

이러한 장비를 활용하여 2015년 이천 SK 하이닉스 질식사고 현장조사, 제천 복합 건축물 화재조사, 서울 상도유치원 붕괴사고, 서울목동 빗물배수저류시설 인명사고 등의 사고조사와 도시철도사고·다중이용시설 안전사고·건설현장 화재사고·공동주택 화재사고 등 기획 조사를 통한 관계기관 제도 개선권고와 이행실태 점검, 태풍·집중호우·해빙기 급경사지 점검·조류인플루엔자 대응실태 현장점검 등의 현장조사에 첨단장비를 운용· 조사단 지원 활동을 수행하고 있다(Fig. 4).

Fig. 4. Site investigation: (a) Building collapse accident (b) Typhoon hazard, (c) AI hazard and (d) Landslide hazard.

3. 국가 재난 모니터링 및 재난원인 과학조사 연구동향

1) 국가 재난관리 정보분석 연구동향

일반적으로 재난관리 업무는 예방·대비·대응·복구의 4 단계로 진행되며, 국가의 재난관리 업무에서 인공 위성을 이용한 원격탐사 기술은 재난관리 단계별로 핵심적인 역할을 수행할 수 있다. 급증하고 있는 재해·재난에 체계적·선제적으로 대응하기 위한 한국형 위성기반 재난관리체계의 구축과 국내외 협력 프로그램을 통해 유기적인 재난공동 대응체계를 확립을 위해 연구원에서는 “인공위성을 이용한 국가 재난안전감시체계 기반기술 개발 연구”를 2014년부터 착수하였다. 이 과제를 통해 재난유형별 위성활용 테크트리 작성 등 재난 탐지 위성센서 활용 기술 개발, 재난전조 감지를 위한 위성 운용장비 구축·활용, 위성자료를 이용한 재난대비 대국민 서비스 체계 구축, 재난위성정보 관리시스템 활용 고도화 방안을 수립, 추진하고 있다.

재난 단계별 유형별로 적시적이고 다각적인 우주기술의 활용 추세에 맞추어 국내에서도 위성자료를 이용하여 다양한 재난관련 연구가 수행되고 있다. Kim et al.(2019)은 위성기반 식생건조지수와 GDAPS(Global Data Assimilation and Prediction System) 예보모델자료를 결합한 산불위험지수 WRI(Wildfire Risk Index)를 개발하여 2019년 4월 4일의 고성-속초 산불과 강릉-동해 사례에 적용하여 산불위험도 변화를 잘 나타냄을 확인하였다. Kim et al.(2018)은 Landsat 8 자료를 이용하여 2013 년부터 2015년까지 관측된 서울 선정릉 주변의 지표면 온도를 산출하여 도시녹지의 냉각효과에 영향을 미치는 토지피복의 영향을 분석하였으며, 냉각효과가 상업 지역보다 주거지역에서의 강도와 범위가 큼을 알수있었다. Shin et al.(2018)은 위성 기반 적조 모니터링의 한계로 지적되고 있는 탁도가 높은 연안역의 적조 탐지와 원격탐사 자료의 부정확성을 개선하고자 다중센서의 활용을 제시하였다. GOCI 영상과 Landsat OLI 영상을 이용하여 공간적인 융합과 분광기반 융합을 시도하였으며, 그 결과 연안지역의 적조와 외해역의 적조 모두 개선된 탐지결과를 보여주었다. Piao et al.(2018)는 대규모 홍수 발생 시 적기에 침수지의 공간적 분포와 변화를 모니터링하기 위하여 높은 시간해상도를 갖는 저해상도 광학위성영상을 이용한 침수지 탐지 방법을 제시하였다. 연구결과, 수심이 낮은 평야지대의 침수지에서 식물과 물이 혼합된 형태의 침수지 유형을 구분하는데 중요한 역할을 하수 있으며, 홍수 피해 복구 및 향후 방재 사업에 있어서 중요 정보가 될 수 있을 것으로 기대된다. Jo et al.(2018)은 단 기간에 큰 변화를 보인 하와이 킬라우에아 분화 활동의 초기과정에 대해 다중 시기 COSMO-SkyMed SAR(Synthetic Aperture Radar) 영상을 이용한 시계열 지표변위 분석을 수행하고자 하였다. 이를 통하여 마그마 소스의 중심위치가 남서부 방향으로 이동하는 것으로 관측할 수 있었다. 이처럼 인공위성으로부터의 수집한 원격탐사 자료는 자체 분석을 통한 재난정보 생산도 가능하며, 지형, GIS자료, 기상 예보자료 등과의 융·복합을 통하여 고부가 재난정보를 재생산하는 다양한 연구들이 시도되고 있다.

본 특별호에서는 연구원에서 수행하고 있는 인공위성기반 우주기술을 활용한 재난관리관련 최근 연구성과에 대해 기술하였다.

레이더 위성을 활용하여 지진, 화산활동 등 자연재해로 인한 광범위한 지표 변위나 지반 침하 등 시계열적인 변화를 효과적으로 모니터링하고 있으며, 특히 위성 레이더간섭 기술은 지반변위 탐지분석을 위한 대표적인 원격탐사 기술로 주목을 받고 있다. Yu and Yun(2019)은 유럽에서 운영 중인 Sentinel-1 위성레이더 자료를 이용하여 시계열 분석(PSInSAR: Permanent Scatterer Interferometric SAR) 기법으로 한반도내 지반 변위를 자동으로 분석하는 기술을 개발하였다. 이를 통해 한반도 전 지역에 대한 주기적인 지반변화 자료의 갱신과 변위 우심지역에 대한 사전 정보를 제공함으로써 예방단계에서의 대형 재난 대응도 가능할 것이다. 향후 지역별 자동화 분석 체계와 동일대상 지역의 다채널 분석 및 3차원 변화 분석체계에 대한 추가 연구를 통해 보다 다양한 지반 변위 정보를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.

고해상도 광학 카메라와 다중분광 센서, 레이더 위성을 이용한 홍수 피해지역 탐지, 저궤도 기상위성을 활용한 강우량 추정 등 태풍, 호우, 홍수와 같은 풍수해 재난관리에서도 원격탐사 기술은 핵심적인 역할을 수행하고 있다

위성의 운용 궤도가 705 km인 Landsat 8 영상은 여름철 풍수해 기상상황에서 영상을 촬영할 때 운량이 80% 이상인 두꺼운 구름층으로 인한 위성영상 내 폐색 영역이 발생하여 재난 모니터링에 어려움이 발생하므로, 구름으로 가려진 지표 영역에 대한 복원 연구가 필요하다. Lee et al.(2019)은 Landsat 8호 Quality Assessment (QA) 밴드를 이용하여 구름과 그림자를 탐지, 제거하고, Spatial andTemporalAdaptiveReflectance Fusion Model(STARFM) 알고리즘을 통해 제거된 영역의 영상을 복원하는 연구를 수행하였다. 기존의 영상 복원 방식과 본 논문에서 제안한 STARFM 방식간의 영상 복원 정확도를 비교, 분석한 결과, STARFM 복원 방식이 전체정확도 89.40%로, 기존의 영상 복원 방식보다 효율적임을 제시하였다. Lee et al.(2019)은 Sentinel-1 위성영상을 이용한 수표면 면적 추정 알고리즘에 관한 연구를 수행하였다. 풍수해 분석에 필요한 수표면 면적 파악을 위해 Sentinel-1 위성 영상을 이용하여 Radiometric Terrain-flattening Correction (RTC) 기법을 적용한 영상 전처리와 Otsu 기법을 이용한 영상 이진화를 통해 수표면 면적을 산출하였고, 국가수자원관리종합정보시스템과 농업기반관리시스템의 저수용량 정보간의 상관분석 결과, 보통 이상의 강한 상관관계를 갖는 결과를 보여 위성영상을 이용한 중소규모 저수지의 수표면 면적 모니터링 가능성을 확인하였다. Son and Kim(2019)은 원격탐사와 공간정보를 활용한 미계측 유역 홍수범람 해석에 대한 연구를 수행하였다. 미접근 유역으로 수문자료를 구할 수 없는 북한의 두만강 유역에 대해 원격탐사 자료를 통하여 과거 강우사상과 확률강우량, 지형정보를 구축하고 유역 특성과 유출인자를 추정하여 홍수량 분석과 침수 피해면적을 계산하였다. 두만강 유역과 비교적 유역특성이 유사하고 계측자료 확보가 용이한 소양강댐 유역에 대하여 홍수 유출 모델을 우선 적용하여 연구의 분석방법 및 적용 가능성을 사전 검증 후 대상 유역에 적용하였다. 연구 분석 결과, 태풍으로 인한 홍수량은 3~5년 빈도 설계홍수량에 해당되는 것으로 향후 해당 지역에 유사한 수준의 홍수피해 발생 가능성이 높음을 확인하였으며, 추정 침수면적과 침수심에 다소 오차도 예상되지만 홍수위험지도 작성과 침수 피해면적 산정 등에 활용할 수 있을 것으로 기대된다. Cheon et al.(2019)은 천리안 (COMS,Communication,Ocean, and Meteorological Satellite) 위성과 GPM(Global Precipitation Measurement) 위성을 이용하여 한반도 풍수해 발생 시 활용할 수 있는 위성 기반 강우추정 기술을 개발하였으며, 기존의 천리안 위성 자료만 이용했을 때보다 정확도가 개선된 강우 추정 분석이 가능하였다.

2) 재난원인 과학조사 연구동향

동시 다발적으로 발생하는 대형 재난으로 인한 피해지역이 광범위할 경우, 자연재해대책법에 따라 재난 피해조사와 피해복구 계획을 수립해야 하는 중앙.지역재난안전대책본부(중대본.지대본)로서는 제한된 조사 인력으로 법정 기한(약 30일) 이내에 현장을 전수 조사하는 데 어려움을 겪고 있다. 또한, 공무원 중심의 현장조사 인력에 의존하는 현재 업무 여건상 최종 집계된 피해 추정액에 대한 신뢰도 역시 낮을 수밖에 없다. 2장에서도 기술했듯이 단순한 인적 실수나 조직.작업환경의 문제, 기계적인 결함, 법제도적 부재 등으로 인한 화재, 시설물 붕괴나 전도, 폭발 및 화학물질 유출 등 재난사고에 의한 인적.사회적 피해도 증가하고 있다. 일본 후쿠시마 원전 사고 사례와 같이 지진해일이라는 단발성 자연재해로 끝나지 않고 후속적으로 발생한 원전 침수와 발전시설 폭발로 역대 최악의 방사능이 유출되면서 2차적인 대형 복합재난으로 확대되는 양상도 최근 재난의 특성이기도 하다. 화재 폭발, 산업 단지 내 화학사고, 실험실 폭발로 인한 유해 물질의 유출사고 재난현장 등은 조사 인력이 접근하기 어렵거나 불가능한 위험지역일 가능성이 높다. 따라서 2장에서 소개한 연구원에서 보유하고 있는 첨단 조사장비를 활용하여 위험한 재난 현장을 원격으로 신속하게 접근하여 다양한 재난정보를 수집.분석함으로써, 과학적이고 입체적인 재난원인 조사를 지원하고 있다.

근거리 재난현장 관측과 모니터링을 위해 관측센서가 탑재된 이동형 매핑차량, 드론, 조사로봇, 원격조종보트 등 다양한 플랫폼들이 활약을 하고 있다. 특히, 드론은 재난지역에 접근이 용이하고 신속하게 3차원 재난 공간정보를 제작 가능한 강점 때문에 최근 가장 각광을 받고 있는 플랫폼이다. 드론의 재난 매핑 적용성 검토를 위해 드론매핑으로 제작한 정사영상과 3차원 지형정보에 대한 정확도 검증에 대한 다양한 연구가 활발하게 이뤄지고 있다. Shin et al.(2016)은 카메라 검정 유무에 따른 정사영상의 정확도를 분석하여 재난 현장에 대한 고해상도 매핑과 3차원 공간정보의 적용가능성을 평가하였다. Cheon et al.(2018)은 드론 촬영 영상지도를 통해재난 현장정보를 직관적으로 판단하고 실시간 재난 모니터링을 위해 무인항공기 영상으로부터 지도생성 및가시화를 수행하는 시스템을 제안하였다. Kim et al.(2017) 등은 무인항공기 및 다중분광센서를 이용한 부유쓰레기 탐지 알고리즘을 개발하여 하천의 부유쓰레기 발생 범위를 산정하였고, Kim et al.(2018) 드론으로 촬영한 영상을 활용하여 하천의 구간별 허용 저수량을 자동으로 계산하는 방법을 제안했다. 산림농업 재해 분야에서는 드론을 활용하여 소나무 재선충병을 예찰하고 의심목을 탐지하거나(Lee et al., 2019), 재배 면적, 생육인자, 생육이상 및 생산량 추정 등과 같은 식생의 작황상황을 드론으로 모니터링 하는 연구(Na et al., 2018)가 수행되었다. Son et al.(2018)은 해양재난, 재해 발생 해역관측 및 악천우에서도 관측이 가능한 무인 자율수상체계인 Wave Glider을 이용하여 동중국해 해역에서 발생한 고수온 현상과 저염분수와의 관계를 장기적으로 파악하기 위한 관측을 수행하였다. 국립기상과학원 재해기상연구센터에서는 이동형 기상관측차량에 라이다 시스템(Lidar observation Vehicle, LIVE)을 탑재하여 관측된 PBLH의 분석결과를 라디오존데에 의한 관측 자료와 비교분석하여 LIVE 시스템이 고해상도의 시공간 자료를 안정적으로 산출 할 수 있음을 제시하였다.

본 특별호에서는 연구원의 첨단장비를 활용한 재난원인 과학조사에 관련된 최근 연구성과를 일부 소개하였다. Shin et al.(2019)은 붕괴사고 시 신속하고 실시간 대응이 가능한 Unmanned Aerial Vehicle(UAV)를 활용한 피해지역 탐지에 관한 연구를 수행하였으며, 비관심지역인 식생 영역을 ExG(Excess Green)를 이용하여 1차 제거한 후, 최소면적 제약조건으로 오탐지 객체들을 최종적으로 제거함으로써 피해 탐지 추출 정확도를 향상시켰다. Kim et al.(2019)은 소형 드론기반의 드론매핑 기하 정확도와 지상 LiDAR와 드론 점군 자료의 융합을 통한 재난 긴급 매핑의 활용 가능성을 연구하였으며, 드론 맵핑 과정에서 수직 촬영으로 인해 누락된 점군 자료의 측면정보를 지상 LiDAR 점군자료와 통합보완하여, 향후 재난사고 조사현장의 고정밀 3차원 공간정보를 보다 정밀하게 수집구축하는 방안을 제시하였다. Park et al.(2019)은 초장대교량 계측을 위해 위성항법시스템(GNSS: Global Navigation Satellite System)과 2축 경사계, 변형률계, 풍향풍속계 등을 통합하여 초장대현수교의 거동 특성을 파악하고, GNSS 등 장기 계측자료로 부터 교량의 거동을 분석하여 시공 직후 주탑의 변위와 안정화 평가 등 세부적인 모니터링 방법을 제시하였다. Lee et al.(2019)은 커뮤니티매핑 정보와 드론매핑 지도를m연계하여 재난안전 관리에서 관리자의 의사결정을 지원하는 방안을 제시하였다. 이를 통해 재난 피해지역 현장의 다양하고 상세한 정보 제공과 피해 지역의 복구 우선순위 결정, 피해규모 파악 및 복구비용 산정 등 재난복구단계에서 의사결정을 효율적으로 지원할 수 있을 것을 기대된다

4. 결론

인공위성, 드론과 같은 원격관측 플랫폼을 이용하여 대규모 재해.재난과 안전사고에 대한 주기적인 예찰과 감시, 확산 모니터링, 재난 피해조사.분석, 선제적인 현장대응 기술 등 재난관리 분야에서도 그 활용성이 확대되고 있다. 국립재난안전연구원에서는 이러한 첨단의 관측 플랫폼과 자료처리.분석 기술을 토대로 태풍.풍수해, 가뭄, 폭설, 지반변위, 열섬 분석, 강우추정 모델 개발 등 재난관리 단계별, 재난유형별로 다양한 활용 기술을 개발하여 재난관리 현업에 활용하고 있다.

이번 특별호에서는 고해상도 광학 카메라, 레이더 위성을 이용한 미계측 유역 홍수범람 예측과 홍수 피해지역 탐지, 저궤도 기상위성을 활용한 강우량 추정, 구름으로 인한 지표 폐색영역에 대한 광학 위성영상 복원 연구, 광학위성 기반의 저수지 수표면 산정 등 태풍, 호우, 홍수와 같은 풍수해 재난관련 연구성과를 소개하였다. 시간기상에 상관없이 관측이 가능한 위성 레이더 간섭 기술을 활용하여 한반도 전역의 지표 변위나 지반 침하 등 시계열적인 변화 모니터링 연구 성과를 소개하였다. 또한, 사람이 접근할 수 없는 위험한 재난지역에는 관측센서가 탑재된 이동형 매핑차량, 드론, 조사로봇, 원격조종보트 등 다양한 플랫폼과 첨단 조사장비를 활용한 재난원인 과학조사 활동에 대해 기술하였다.

하지만, 재해.재난 발생 시 국내.외 원격탐사 자료에 대한 현실적인 수급 여건은 여전히 녹록하지 않다. 촌각을 다투는 재난 상황에서 적시적인 자료 수급의 제약은 여전히 풀지 못한 과제로 남아있고, 관측 센서 다변화 등 우주기술의 발전에도 불구하고 원격 관측으로 인 한 물리적·기술적인 제약은 여전히 존재하고 있다

여러 가지 어려운 여건에서도 원격탐사 기술과 첨단 조사장비를 활용하여 선제적인 재해.재난 감시와 주기적인 모니터링, 재난안전 대국민 서비스 구축과 원격탐사 재난활용 기술개발 등 안전한 대한민국을 실현하기 위한 국립재난안전연구원의 기술개발과 노력은 계속 될 것이다.