위성영상 활용 검증 사이트 구축 및 운영 현황

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(1)항공우주산업기술동향 4권1호 (2006) pp. 92~99 기술동향. www.kari.re.kr /lib/index.html 에서 보실 수 있습니다. 있습니다.. 위성영상 활용 검증 사이트 구축 및 운영 현황 글 / 이 광 재, 윤 보 열, 김 윤 수, 김 용 승 kjlee@kari.re.kr 한국항공우주연구원 우주응용센터 원격탐사그룹. 초록 지구관측위성을 통해 획득되는 다양한 원격탐사 자료는 정부 및 공공기관 등 공공의 업무에 매우 유용한 각종 주제정보를 제공하며, 이는 상업적 지구관측 자료의 활용 및 판매 증대 등으로 나타나고 있다. 그러나 이와 같은 위성원격탐사 자료를 이용하여 생성되는 다양한 주제정보는 그 신뢰성에 대한 명확한 검증작업을 거친 후에야 활용이 가능하다. 이를 위하여 우주개발 선진국의 경우 위성발사 초기단계에서부터 주기적으로. 영상자료에 대한 검․보정 활동을 체계적으로 수행함과 동시에 그 활용 결과물을 검증하고 실제 적용하기 위한. 다양한 지상 검증 사이트를 구축하여 운영하고 있다. 본 논문에서는 해외 위성영상 활용 검증 사이트의 구축 현황과 운영 실태 등에 대하여 서술하고자 한다. 주제어: 원격탐사, 검증사이트, 검․보정. 1. 서 론 일반적으로 위성원격탐사 자료는 위성 본체 및 탑재체 자체가 가지는 다양한 오차를 보정하기 위. 하여 통상적으로 위성발사 후 검․보정(calibration. & validation) 과정을 거친다. 이와 같은 검․보정은 영상자료 자체에 대한 품질을 확보하기 위한 것으 로 일반사용자들에게 높은 품질의 영상자료를 제공 하기 위해서는 반드시 요구되는 과정이다. 현재 한국항공우주연구원(이하 항우연)에도 다목. 적실용위성 2호를 비롯하여 향후 발사될 위성에 대. 대한 활용 측면에서의 검증(validation)은 포함하고 있지 않다. 위성영상 자료의 효용성을 입증하고 활성 화를 극대화하기 위해서는 높은 품질의 영상자료 확 보뿐만 아니라 이러한 영상자료를 이용한 결과물 (product)에 대한 신뢰성 또한 입증되어야 한다. 우주개발 선진국의 경우 위성발사 초기단계에서. 부터 체계적인 검․보정 활동과 더불어 활용 결과물에. 대한 검증도 함께 수행하기 위하여 지상의 다양한 검 증 사이트를 구축하여 운영하고 있다. 본 논문에서는 해외 위성영상 활용 검증 사이트의 구축 현황과 운영 실태 등에 대하여 서술하고자 한다.. 한 검․보정을 위한 사전준비 연구를 수행하고 있으며 이를 위한 검․보정 사이트 역시 구축되어 시험운영. 2. Product Validation Site. 중에 있다.. 한편 이와 같은 검․보정 활동은 주로 표준영상의. 전 세계 우주개발 관련기관(space agency : 25,. 품질을 확보하기 위한 것으로 표준영상을 활용하여. national & international organization : 20)과의 협. 제 2의 부가가치물을 생성 또는 제작하였을 경우에. 력을 통하여 전지구관측시스템의 활용을 극대화하기.

(2) 이광재 / 항공우주산업기술동향 4/1 (2006) pp. 92~99. 93. 위하여 1984년에 설립된 CEOS(Committee on. 그림 2의 WTF 사이트에 대한 정보를 획득하기 위. Earth Observation Satellites)는 9개의 보조그룹으. 해서는 정식적인 등록과정을 거쳐야 하며 이를 통하. 로 구성되어 있다. 그 중에서 WGCV(Working Group. 여 웹에 접속하게 되면 개별 사이트에 대한 다양한. on Calibration and Validation)는 각종 센서의 성능. 정보를 획득하여 사용할 수 있게 되어있다. 표 1은. 검증, 알고리즘 검증 및 의사결정을 검증하고 지원할. WTF site에 구축되어져 있는 데이터들을 보여주고. 목적으로 구성되었는데 주로 센서에 대한 검․보정을. 수행하고 있으며, 최근에는 국제적인 검․보정 표준화 를 재정하기 위한 활동을 수행하고 있다.. 있다. 한편 Puget Sound 사이트의 경우 LiDAR 자 료가 구축되어져 있으며 이를 제공받기 위해서는 또 다른 등록과정을 거쳐서야만 한다. 그림 3은 Puget. 한편 WGCV는 그림 1과 같이 총 6개의 서브그룹으. Sound 사이트에서 제공하는 SRTM과 LiDAR DEM. 로 구성되어져 있는데 본 논문에서 기술하고자 하는. 샘플자료를 보여주고 있는데 구축되어져 있는 LiDAR. 위성영상 활용 검증 연구와 관련하여 가장 상관성이. DEM 자료의 공간해상도는 6ft 이고 수직정확도는 약. 높은 서브그룹은 Land Product Validation (LPV). 13-17cm(RMSE)인 것으로 알려져 있다.. 으로 지상분야 활용 결과물에 대한 검증을 담당하고. 이외에도 추가적으로 위성영상 자료와 현지관측 자. 있다. LPV는 land-cover, biophysical, fire/burn,. 료들을 검색 및 확인할 수 있는 검색 시스템이 구축되. surface radiation 부분으로 나누어져 있다.. 어져 있어 사용자는 필요한 자료를 신속하게 검색하 여 활용할 수 있다.. 자료 : wgcv.ceos.org, 2006. CEOS의 보조그룹 중에서 WGISS(Working Group on Information Systems and Services)는 WGISS Test Facility(WTF) 사이트와 관련된 정보를 제공하 고 있는데, 이들 실험사이트는 LPV Core Site로도 운 영되고 있다. 미국 USGS(U.S. Geological Survey) 에서 관리 및 운영하고 있는 WTF 사이트는 그림 2와 같이 전 세계 8개 지역에 분포하고 있다.. 자료 : wgiss.ceos.org, 2006. 한편 최근에는 WGCV와 WGISS가 “CEOS Land Validation Core Sites" 네트워크 구축을 위한 공동 연구를 수행하고 있다. 이러한 연계 활동은 EO(Earth Observation) DB와 현지 관측 자료를 비롯하여 실험 사이트에 대한 검증자료를 공동으로 구축하여 활용 자료 : wgiss.ceos.org, 2006. 할 목적으로 CEOS 2001년 회의에서 제안되어 현재 GIS/Web 기반의 인터페이스로 관련 사이트들을 연.

(3) 94. 이광재 / 항공우주산업기술동향 4/1 (2006) pp. 92~99. 계하는 작업이 진행되고 있다. 현재 CEOS LPV Core 사이트는 전 세계 56 지역 에 분포하고 있으며 그 위치는 그림 4와 같다. 이들 사이트 내에는 앞서 언급한 WTF 사이트도 포함되어 있다. 한편 그림 5는 CEOS LPV Core 사이트에서 제 공되고 있는 다양한 정보를 보여주고 있는데 크게 위 성영상자료와 보조자료 및 참조자료로 구성되어 있 으며 일부 자료는 향후 구축될 예정에 있다. 자료 : lpvs.gsfc.nasa.gov, 2005. 그림 7은 Manfredi INTA 사이트를 나타내고 있다. 사이트 내에는 sunlit measurement point가 8개, ESU(Elementary Sampling Unit) 13개 land-cover GCP가 34개 분포되어 있다. 따라서 위성이 Manfredi 사이트를 지나면서 영상을 촬영할 때에 지상에서는 다양한 관측 장비 등을 활용하여 field campaign을 수 행하게 된다. 결국 이러한 현지관측 자료들은 다양한 자료 : wgiss.ceos.org, 2006. 자료처리 및 분석 알고리즘 개발에 이용됨과 동시에 그 결과물을 검증하는데 활용된다.. 자료 : lpvs.gsfc.nasa.gov, 2004. 한편 그림 5의 자료들은 그림 6의 GOFC- GOLD (Global Observation of Forest Cover / Land Dynamic)/CEOS Framework에서와 같이 기존의. 자료 : Land product validation, 2005. 자료를 갱신 및 검증함과 동시에 새로운 자료를 생 성하여 활용함으로써 시너지 효과를 극대화하는데 이용되고 있다.. 일반적으로 위성영상을 이용하는 사용자 입장에 서는 공급받은 표준영상 보다 이러한 영상자료를 활.

(4) 이광재 / 항공우주산업기술동향 4/1 (2006) pp. 92~99. 용하여 토지피복 또는 이용도 등과 같은 제 2의 활용. 95. 이와 같은 영상자료 활용결과물에 대한 검증은 위. 결과물을 생성하였을 때에 대한 정확도에 대해서 더. 성 본체 또는 탑재체 검․보정에서 요구하는 항목 및. 높은 관심을 가지는 경향이 있다. 사실 사용자에게. 방법 등에 있어서 차이는 있을 수 있으나 그 중요성. 배포되는 표준영상 자체에 대한 품질을 일반사용자. 은 영상자료 사용자에게 동일할 것이다. 또한 위성의. 가 논하기에는 공개되지 않는 많은 변수들이 존재하. 경우 시간이 경과함에 따라서 기계적인 성능 저하 현. 기 때문에 어려움이 있다. 일반적으로 영상자료 활용. 상이 나타날 수 있는데 이를 위하여 지상에서 영상자. 결과물에 대한 정확도는 사용자의 전문지식 및 숙련. 료를 활용하여 주기적인 검․보정 활동을 수행하듯이. 도 등에 따라서 달라질 수 있겠지만 표준화된 작업공. 활용 결과물을 생성하고 이를 검증하는 작업 또한 계. 정을 통하여 생성된 활용 결과물의 경우 그 정확도가. 절적 요인, 지형적 요인 등으로 인하여 주기적으로. 일정 범위 안에서는 균일하다고 볼 수 있다. 물론 이. 수행할 필요가 있다. 한편 이와 같이 장기적이고 주. 는 표준영상 자체에 대한 검․보정이 제대로 이루어진 경우에 한해서 이다. 따라서 표준화된 작업공정과 이. 기적인 검증 연구를 위해서는 지상 및 대기 등에 대 한 지속적이고 체계적인 관측활동이 요구된다.. 에 따른 명확한 정확도가 확보된다면 결국 자료 사용 자에게 높은 신뢰성을 바탕으로 실제 현업 등에 적용 되어 활용되어질 수 있을 것이다. 그러나 이러한 일 련의 시스템을 확보하기 위해서는 앞서 언급한 영상 자료 자체에 대한 품질확보와 더불어 오랜 기간 동안 활용 결과물을 생성하기 위한 다양한 활용기술 개발 과 이를 통해 도출되는 결과물에 대한 검증 연구를 체계적이고 지속적으로 수행하여야 한다. 그림 8은 CEOS LPV team에서 수행하고 있는 MODIS에 대한 사례를 보여주고 있다. 비록 고해상 도 위성영상은 아니지만 MODIS land team의 경우 오랜 기간 동안의 연구 성과를 바탕으로 다양한 활용 분야에 있어 그 신뢰성에 대한 가이드라인을 제시하 고 있는데, 예를 들어 NDVI 최대오차는 ±10%, 산불 탐지 최대오차는 ±5%와 같이 공개하고 있다. 한편 새롭게 검증된 주요연구 성과는 web site를 통하여 공개하고 있는데 이는 단순히 연구결과뿐만 아니라 실제 고품질의 활용 결과물을 생성할 수 있는 알고리 즘 및 툴들을 함께 제공하고 있다.. 자료 : sev.lternet.edu, 2006. 그림 9는 EOS Land Validation Core Site 중에서 16번째인 Sevilleta LTER 사이트의 일반적인 현황, 위성자료, 관측자료 및 보조 자료에 대하여 설명하고 있다. 한편 그림 9에서 하단 부분의 site summary로 접속하면 그림 10과 같이 Sevilleta LTER 사이트에 구축되어져 있는 다양한 지상참조자료(Ground Truth 자료 : lpvs.gsfc.nasa.gov, 2006. Data)에 대한 세부적인 정보를 획득할 수 있다. 지구관측위성 영상자료 활용 결과물을 검증하기.

(5) 96. 이광재 / 항공우주산업기술동향 4/1 (2006) pp. 92~99. 위해서는 실제 지상에서 관측한 결과 값을 사용하여. 지금까지 영상자료 활용 결과물을 검증하기 위하. 직접 비교하는 것이 가장 이상적이다. 그러나 과거의. 여 구축 및 운영 중에 있는 외국의 검증 사이트에 관. 자료를 분석하거나 접근이 불가능한 지역을 연구하. 하여 살펴보았는데, 사실 앞서 언급한 CEOS LPV. 고자 하는 경우 실제 이러한 지상 관측 자료를 획득. team의 경우 국부지역에 대한 활용 검증보다는 글로. 하는데 현실적인 제약이 따르거나, 또는 전혀 불가능. 벌 스케일에 대한 검증 활동을 주로 수행하다 보니. 한 경우가 많다. 따라서 현실적인 기준에서 신뢰성. 지금까지 다목적실용위성과 같은 고해상도 영상자료. 높은 지구관측위성 영상자료 활용 결과물을 생성하. 보다는 주로 중․저해상도 영상자료를 많이 이용해 왔. 기 위해서는 대표적인 지역에 대한 각종 자료를 상시. 던 것도 사실이다. 그러나 글로벌 스케일의 활용 결. 관측, 관리하여 활용 결과의 검증에 사용하는 시스템. 과물을 검증하는 과정상에는 그림 13과 같이 고해상. 을 구축할 필요성이 있으며 이를 바탕으로 검증된 결. 도 영상자료를 이용할 수밖에 없다. 즉 그림 13에서. 과를 다른 지역에 적용 및 활용하는 것이 바람직할. 와 같이 MODIS 영상에서 Landsat 영상의 영역을,. 것이다. 물론 이와 같은 검증 시스템을 구축하여 활. 그리고 Landsat 영상의 영역에 대한 IKONOS 영상. 용하더라도 실제 다른 지역에 적용할 경우 전혀 다른. 을 사용함으로써 MODIS 영상전체에 대한 활용 결과. 결과로 나타날 수 있다. 따라서 이러한 측면에서 볼. 를 검증하는 것이다. 일반적으로 1m급의 고해상도. 때에 LPV Core Site는 다양한 특성을 가지는 여러. 영상자료를 활용하여 분류 등과 같은 결과물을 생성. 사이트를 연계하여 활용하기 때문에 활용 결과물에. 하였을 때에 이를 검증하기 위하여 1/5,000 또는. 대한 검증을 보다 체계적이고 합리적으로 수행할 수. 1/20,000 축척의 항공사진을 사용하는 것과 같은 개. 있는 장점이 있다.. 념이라고 볼 수 있다.. 한편 그림 11과 12는 Sevilleta LTER 사이트에서 운영하고 있는 관측 장비와 구축되어져 있는 자료에 대하여 설명하고 있다.. 자료 : wgcv.ceos.org, 2006. 그림 14는 GOFC/GOLD fire implementation team 에서 수행한 active fire에 대한 검증 과정 과 MODIS와 BIRD(The micro-satellite on Bi자료 : sev.lternet.edu, 2006. spectral Infrared Detection)에 대한 결과를 비 교, 분석한 것이다. 이와 같은 다중센서 결과를 상호.

(6) 이광재 / 항공우주산업기술동향 4/1 (2006) pp. 92~99. 97. 비교, 분석함으로써 상호간의 결과물에 대한 신뢰성 을 확보함과 동시에 활성화를 극대화할 수 있는 등의 시너지 효과를 기대할 수 있다.. 자료 : www.nasa.gov, 2006. 2. 결 론 본 논문에서는 해외 위성영상 활용 결과물 검증을 위 하여 구축 및 운영되고 있는 사이트에 관하여 살펴보았 다. 앞서 언급한 바와 같이 현재 이들 사이트는 CEOS 를 주축으로 “CEOS Land Validation Core Sites”로 통합되고 있는 추세이다. 이들 사이트 중에는 일부 MODIS, Landsat 등과 같은 중․저해상도 영상자료 자료 : Land product validation-subgroup report, 2003. 검․보정을 비롯하여 고해상도 IKONOS, QuickBird 등과 같은 영상자료 검보정 사이트로도 활용되고 있다.. 기존 중․저해상도 영상자료 활용 결과물 검증사이트 에서 주로 이용되고 있는 영상자료의 해상도가 다목적 실용위성에 비해 뒤떨어지나 그 활용 결과물을 검증하 는 방법적인 측면에서는 유사하다보고 볼 수 있다. 그 림 15는 ASD(Applied Sciences Directorate)에서 운 영하고 있는 V & V(Verification and Validation) 사 이트로써 주로 IKONOS와 같은 고해상도 영상자료를 검․보정하는데 이용되고 있다. 그림 15에서 확인할 수. 있듯이 ASD에서 운영하고 있는 사이트는 총 38개 사. 이와 같이 우주개발 선진국의 경우 영상자료 자체 에 대한 품질확보뿐만 아니라 그 활용 결과물에 대한 검증을 위하여 체계적이고 지속적인 연구 활동을 수 행하고 있으며 이를 위하여 전 세계 관련 사이트를 통 합, 활용하고 있다. 국내에서도 다목적실용위성 자료 검․보정 및 활용기술 개발을 통한 활용 결과물 생성. 및 검증을 위한 관련 연구를 수행하고 있는데 향후 이 러한 활동을 전 세계 네트워크와 연계하여 수행하는 것이 보다 효과적이고 바람직할 것으로 판단된다.. 이트이며 이중에서 IKONOS V&V로 19개 사이트가. 사용되고 있다. 이와 같은 고해상도 검․보정 사이트의. 참고문헌. 일부는 활용 결과물 검증용으로도 사용되어 질 수 있 는데, 이는 기본적으로 사이트 내에 존재하는 GCP DB. 1. 이광재, 김윤수, 김용승, 백홍열, “위성영상 활용결과 검. 를 비롯하여 다양한 지상 및 대기 관측 자료들이 존재. 증 사이트 구축을 위한 국제협력” 2005 춘계 한국지리. 하기 때문이다.. 정보학회 GIS 워크숍 및 학술대회, 2005, pp.331-336.

(7) 98. 이광재 / 항공우주산업기술동향 4/1 (2006) pp. 92~99. 2. Jeff Morisette, "Land Product Validation-subgroup report, 2003, pp.1-35 3. Jeff Morisette, "Land Product Validation-subgroup report, 2004, pp.1-40 4. Jeff Morisette, John Dwyer, John Faundeen, "CEOS core Test Sites WGISS Test Facility(WTF) -A collaboration between WGCV & WGISS, 2004, pp.1-20 5. Jeff Morisette, "Land Product Validation-subgroup report, 2005, pp.1-41 6. Jeff Morisette, Sebastien Garrigues, Lawrence Ong, "Land. Product. Validation-Participation. Manfredi field exercise, 2005, pp.1-25 7. http://www.nasa.gov 8. http://lpvs.gsfc.nasa.gov 9. http://sev.lternet.edu 10. http://wgiss.ceos.org 11. http://wgcv.ceos.org. in. the.

(8) 99. 이광재 / 항공우주산업기술동향 4/1 (2006) pp. 92~99. Data Site Barton Bendish Boreas North Harvard Mongu Puget Sound Railroad Valley Southwest Amazon Uardry. ETM+. MODIS. × × × × × ×. × × × ×. ×. ×. ASTER. SRTM. NED. LiDAR. × ×. ×. × ×. × ×. × ×. ※ × = data at USGS/EROS, ○ = distributed data. Link. AVHRR SPOT VEG MERIS CHRIS ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○. ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○. × × × ×. ×.

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