위성, 드론 활용해 우리나라 해양과 산림을 손바닥 보듯
위성, 드론 활용해 우리나라 해양과 산림을 손바닥 보듯
  • 임성희 기자
  • 승인 2021.06.08 16:03
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위성, 드론 활용해 우리나라 해양과 산림을 손바닥 보듯

사진=임성희 기자
사진=임성희 기자

우리나라도 미국, 중국, 유럽 등과 어깨를 나란히 하며 해색(ocean color) 위성을 보유하고 있다. 이 위성을 통해 바다색을 관찰해 녹조나 적조 현상 등을 파악할 수 있다. 위성이 촬영한 영상에 적절한 알고리즘을 대입해 환경, 생태학적이나 경제적으로 유의미한 데이터를 얻어내는 데 선도적인 역할을 하는 연구그룹이 있다. 부산대 김원국 교수의 활동은 정량적 원격탐사 분야에서 우리나라의 세계적인 입지를 높이는 데 큰 역할을 하고 있다. 

자연의 신비를 정량적 데이터로 나타낸다
정량적 원격탐사(quantitative remote sensing)는 크게 대기, 해양, 육상 이렇게 세 분야로 연구커뮤니티가 나뉘며 영상처리기법과는 달리 물리적, 광학적 기법을 활용해 영상으로부터 정보를 추출한다. 눈으로 보이는 것 이상의 정보를 추출하는 것, 이것이 바로 기술의 차이다. 최근 김원국 교수 연구그룹의 ‘드론에 탑재된 다분광 영상을 이용한 적조 탐지 기술’이 대표적인 예이다. 이 기술 이전에는 RGB 카메라나 선박 관측 등이 진행됐는데, 오탐지 성능에 대한 깊이 있는 분석이 없고, 대규모 현장검증 부재의 오류로 적조 정량화의 한계를 드러냈었다. 김원국 교수가 대기 보정이 필요 없고, 오탐지가 적으며 적은 수의 현장자료에도 안정적인 알고리즘을 개발하며 기존 방법의 한계를 뛰어넘는 연구성과를 냈다. “드론에 기본적으로 탑재된 RGB 카메라를 통해 적조를 탐지하려는 시도가 초창기에 있었지만, 해수 표면의 반사 때문에 RGB 카메라로는 적조를 탐지하기 어렵고, 또 그 농도를 정량적으로 추정하기 어려웠습니다. 이에 저희는 위성을 이용한 적조 정량화로 기존 연구의 어려움을 극복하고자 하며 인공지능과 현장조사자료를 결합한 알고리즘을 개발하고 있습니다”라며 “물리광학 모델링 복사전달 모델이라고 이해해주시면 좋습니다. 영상처리기반보다 우월한 기술입니다”라고 설명했다. 적조 탐지 기술은 환경, 생태학적으로는 기후변화로 인한 해양 환경변화와 어종변화 등을 파악할 수 있으며, 경제적으로는 어장에 피해를 주는 적조를 미리 탐지해 어민들에게 알려줌으로써 어업소득향상에 이바지할 수 있다. 또한, 정부 차원에서는 해양환경의 변화를 미리 파악할 수 있는 데이터를 구축할 수 있어 행정적으로도 큰 도움이 된다. 눈에 보이지 않는 자연의 신비를 수치로 나타내, 자연피해를 미리 대비할 기회를 제공한다는 측면에서 인간에게 이로운 정량적 연구라는 생각이 들었다.  

김원국 교수는 “집단지성이 작동하고 있다는 믿음, 과학과 공학의 발달이 인류의 문명을 발달시킨다는 믿음을 가지고 있습니다”라고 연구자로서의 인티그리티(integrity)를 강조하며 즐겁게 연구에 임하고 있다고 밝혔다. (사진=임성희 기자)
김원국 교수는 “집단지성이 작동하고 있다는 믿음, 과학과 공학의 발달이 인류의 문명을 발달시킨다는 믿음을 가지고 있습니다”라고 연구자로서의 인티그리티(integrity)를 강조하며 즐겁게 연구에 임하고 있다고 밝혔다. (사진=임성희 기자)

 

항만 디지털 트윈 구축 연구개발 참여
김원국 교수는 올해 5월부터 해양수산부의 ‘항만의 디지털 트윈을 구축하기 위한 연구개발 과제’를 시작했다. “우리나라 항만들도 건설된 지 수십 년이 넘어 노후화 단계에 접어들었습니다. 이에 따라 항만 시설물의 안전관리, 노후화 대책수립이 점점 중요해지고 있는데요, 소수의 시설 관련 인력만으로는 아주 넓은 항만의 구석구석까지 수시로 변화상황을 탐지하는 데에는 한계가 있습니다. 본 과제에서는 드론을 이용하여 영상과 Lidar 센서를 동시에 활용해 항만 시설물의 변화가 일어나면 이를 자동으로 탐지할 수 있는 시스템 및 알고리즘 개발이 진행됩니다” 또한, 연구그룹은 현재 2023~2024년 즈음 발사될 농림위성에 대한 연구개발도 수행하고 있는데, 위성이 보내는 자료의 오류를 최대한 없애는 검·보정 연구를 진행하고 있다. “우리가 평소에 잘 알아차리지는 못하지만, 나무나 식생은 보는 각도와 태양 위치에 따라서 색깔이 조금씩 다르게 보입니다. 색상의 방향성은 BRDF라는 함수에 의해서 결정되는데요, 인공위성에서 이를 잘 고려해서 일관된 색상으로 보정해 주는 것이 정량적 활용의 첫 단계입니다. 우리 연구실에서는 드론 및 외국위성을 이용하여 아직은 발사되지 않은 농림위성 자료를 모의한 후, 지형의 효과 및 BRDF에 대한 연구를 수행하고 있습니다”
  적조연구, 산림연구, 항만연구 등 김원국 교수는 자연현상을 탐색하기 위해 현장으로도 자주 출동한다. 현장과 연구실을 오가며 활동하는 것도 연구의 큰 재미라고 그는 귀띔하며 지난겨울, 갯벌연구를 위해 서산 근소만을 찾은 일화를 소개하기도 했다. “갯벌 원격탐사 연구도 진행하고 있습니다. 햇빛으로 에너지를 만드는 1차 생산자인 플랑크톤을 통해 갯벌의 생산력을 추정하는 연구입니다. 추운 겨울 학생들과 갯벌을 찾았다가 엄청 고생한 기억이 있네요”라고 웃어 보이는 그다. 

학생들이 즐겁게 연구에 임할 수 있는 마음가짐을 가르치기 위해 노력하고 있다는 김원국 교수는 정량적 원격탐사 분야를 이끌 후학양성에도 최선을 다하고 있다.(사진=임성희 기자)
학생들이 즐겁게 연구에 임할 수 있는 마음가짐을 가르치기 위해 노력하고 있다는 김원국 교수는 정량적 원격탐사 분야를 이끌 후학양성에도 최선을 다하고 있다.(사진=임성희 기자)

원격탐사 연구 발달한 동남아 연구그룹과 연구 협력 기대
퍼듀대학교 박사과정, 메릴랜드대학교 박사후과정을 거치며 많은 해외 네트워크를 쌓은 김원국 교수는 NASA를 비롯한 세계 각국의 우주기관이 참여하고 있는 IOCCG(국제해색전문가그룹)에 우리나라 대표로 참석하고 있다. 우리나라는 삼면이 바다로 둘러싸인 해양국가이지만 아직 원격탐사 연구 분야에서는 두각을 나타내지 못하고 있다고 안타까운 마음을 전한 그는 비교적 원격탐사 연구가 발달한 동남아시아 국가들과 연구 협력에 적극적으로 나서고 싶다는 마음을 전했다. “퍼듀대 교수님이랑 공동연구도 하고 좋은 파트너가 될 수 있다고 생각해서 동남아 학생들도 박사과정으로 받고 있습니다. 동남아시아 국가들은 원격탐사학과가 따로 있을 정도로 관련 분야에 정말 많은 투자를 합니다. 앞으로 그 잠재력을 보고 외연을 확장하려고 합니다”
  “연구는 집단지성입니다. 연구자들끼리 ‘거인의 어깨에 돌을 하나 놔라’라고 이야기하는데, 거인의 어깨는 나 이전에 연구자들이 만들어놓은 지식의 산이며, 어깨에 올랐다는 이야기는 선배 연구자들의 성과로 연구시야가 더 넓어졌으니, 이를 토대로 지식의 산에 하나라도 더 돌을 쌓으라는 이야기입니다. 집단지성이 작동하고 있다는 믿음, 과학과 공학의 발달이 인류의 문명을 발달시킨다는 믿음을 가지고 있습니다. 저는 연구자로서 인티그리티(integrity)를 가져야 한다고 생각합니다. 연구에 진실성을 갖고 즐겁게 연구에 임하고자 합니다” 
  정량적 원격탐사를 통해 위성이 보낸 대기 영상으로 미세먼지 농도를 측정하고, 산림 영상으로 바이오매스 생체량을 측정해 이산화탄소의 흡수율을 알아볼 수 있다. 탄소 중립 실현에 도움을 줄 수 있는 유의미한 연구들이다. 그래서 탄소 중립 시대에 김원국 교수 연구그룹의 활동이 더 기대된다. 김원국 교수는 “인공지능 시대에 원격탐사를 통한 정량적 센싱은 차별화된 고급 데이터를 제공할 것입니다. 이에 저희 분야는 상당히 비전 있고 매력적인 분야라고 생각하며, 앞으로도 환경에 관한 정량적 원격탐사를 계속 진행할 예정입니다”라고 강조하며 더 많은 후학이 원격탐사에 관심을 두고 참여해주길 바랐다. 
 

[이슈메이커=임성희 기자]


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