농림업 중형위성 개발정책 수립에 관한 연구
김현철
*, 김아름
*, 김범승
*, 홍석영
**, 이우경
***A Study on the Establishment of Agricultural Satellite Development Policy
Hyeon-Cheol Kim
*, Ah-Leum Kim
*, Bum-Seung Kim
*, Suk-Young Hong
**, Woo-Kyung Lee
***요 약
전 세계적으로 지구관측 위성의 수요가 증가함에 따라 위성영상을 활용한 연구가 다양한 분야에서 진행되고 있다. 국내에서 추진 중인 차세대 중형위성 개발 사업에서는 지상관측, 기상·기후, 환경감시 등 다양한 임무를 수행하기 위해 국내 독자기술로 위성을 개발할 예정이며, 개발된 위성들은 농촌진흥청, 기상청, 환경부, 국토교통부 등에서 공동으로 활용할 계획에 있다. 특히 공공수요 중 국토의 상당 부분을 차지하는 농림업분야에서 중형위성의 활용이 커질 것으로 예상된다. 본 논문에서는 국내 농림업 관련 수요 기관에서 위성영상이 활용될 수 있는 방안을 정립하고, 농림업에 특화된 위성 탑재체를 확보하기 위한 전략을 수립하였다. 차세대 중형위성 기술요소의 경우 활용범위와 가치가 높은 반면 효율성을 고려하여 국내에서 독자적으로 개발될 예정이다. 본 논문에서 다루는 농림업 중형위성 개발 정책수립은 향후 국내 차세대 중형위성 개발 사업 계획 수립 및 농림업 위성관측 체계 구축에 참고자 료로 활용될 것으로 기대된다.
Key Words : Remote Sensing, Satellite Image, Satellite Payload, Agricultural, Forestry
ABSTRACT
The increasing demands and utilization of the multi-purpose satellites have led to diverse research activities with regards to satellite image processing and applications. In the domestic development project for the Compact Advanced Satellite, it is a goal to develop the satellite with the domestic individual technique performing a various tasks such as the earth observation, the monitoring of the weather, climate and environment. In particular, the Compact Advanced Satellite is expect to be widely used in the agricultural sector, which account for a substantial part of public demand. This paper aims at establishing the way to utilize the satellite imagery in the domestic institution and the strategy for securing the specialized satellite payload in the agriculture sector. The technical element of satellite has a high value, so that it is hard to be transferred technology. For this reason, it is required to establish the domestic development planning. Furthermore, this paper can be utilized to identify and support the incoming Compact Advanced Satellite development plan utilizing satellite images capabilities specially in agricultural sector.
※ 본 성과물(논문)은 농촌진흥청 연구사업(세부과제번호: PJ00997805)의 지원에 의해서 이루어진 것임.
*한국항공대학교 항공전자공학과 위성전자시스템연구실 ([email protected])
**농촌진흥청 국립농업과학원 ([email protected])
**한국항공대학교 항공전자 및 정보통신공학부 ([email protected])
접수일자 : 2015년 11월 17일, 수정완료일자 : 2015년 12월 17일, 최종게재확정일자 : 2015년 12월 24일
I. 서 론
농림업분야 위성관측 자료 활용은 위성 탑재체 기술 발전 과 함께 다양한 탑재체를 통해서 수집된 자료를 분석하며 비 약적인 발전을 이루었다. 초장기 농림업 관측업무에는 주로 항공기에서 관측한 자료에 의존하였지만, 위성 탑재체 기술 이 발전하면서 위성의 장점을 활용한 영상자료를 획득하게
되었다.[1] 또한, 접근 불가능한 지역 및 광범위한 지역에 대 한 자료를 신속하게 획득하여 효율적인 활용이 가능하게 되 면서, 최근에는 정밀 농업을 위해 위성관측 자료에 대한 활 용도가 높아지고 있다. 정밀 농업은 농작물에 대한 지속적인 감시와 생장 분석을 통해 작물을 경작할 수량이나 위치에 대 한 결정 시 위성 관측정보를 활용하여 최적의 농사를 결정하 는 방식이다.[2] 이를 통해 대규모 농경지에서도 소규모 경작
지에서 농사를 짓는 것처럼 효율적으로 경작을 할 수 있다.
국내의 경우 산림 분포가 많고 비교적 좁은 경작지에서 다양 한 작물을 경작하는 경우가 많기 때문에 위성관측 자료를 통 해 작물의 분포나 주변 작물에 대한 감시를 통해 적합한 수 확량이나 시기를 결정할 수 있다.
농법개발을 전문으로 하는 온라인 플래트폼 회사 애그펀 더는 2015년 상반기 위성관측 자료를 활용한 정밀농업을 포 함해 농업기술에 대한 투자가 20억 6,000만 달러에 이를 것 으로 추산하였다. 국내에서도 농촌진흥청에서 2004년부터 위성관측 자료를 활용한 벼의 생육분석연구가 시작되었고, 2007년에는 세계최초로 농업토양정보 웹 시스템을 기반으로 하는 작물생육조사시스템 등이 구축되었다. 국내 사정을 보 면, 농림환경 특성상 대면적 농장이 적어 미국, EU 등과는 전혀 다른 한국형 시스템이 필요함에도 불구하고, 기존 국내 지구관측위성 탑재체의 임무는 특정 소요임무를 위한 지구 정밀관측이거나 과학기술 시험용으로 구성되어 있기 때문에 농림업 활용에는 적합하지 않아 대안이 필요한 상태라고 할 수 있다.
국내에서 기 개발된 위성에서 획득한 영상 자료는 농작물 의 작황 조사와 산림 관리 등의 목적으로 활용하기에 적합하 지 않기 때문에 이에 대한 대안으로 현재 국내에서 추진 중 인 차세대 중형위성 개발 사업에서 농림업 전용 위성 개발을 추진 중이다. 신규 개발 위성은 지구정밀 관측 외에 토양 수 분 측정, 농작물 피해조사, 표층 해류 측정, 재난 방지 등의 다양한 정부 부처 및 지방자치단체의 수요를 충족시킬 수 있 는 방안으로 계획되고 있다. 개발될 위성들은 농촌진흥청, 기 상청, 환경부, 국토교통부 등에서 공동으로 활용할 계획에 있 고, 국토의 상당 부분을 차지하는 농림지 관측 분야에서 매 우 높은 활용도를 갖게 될 것으로 기대된다. 따라서 본 논문 에서는 농림업분야에서 위성관측 자료를 활용하는 사용자들 의 관점으로 위성 개발 정책 수립이 진행되기 위한 방안을 제시하고자, 농림업 중형위성에 대한 개발 방향을 설명한다.
아울러, 농림업 분야 연구 개발을 위한 전략 로드맵을 통해 향후 개발할 농림업 중형위성에 대한 효율적인 개발 및 활용 방안을 제시한다.
Ⅱ. 농림업분야 위성운용 및 개발현황
국내에서는 다목적실용위성 3호를 통한 0.7m급 광학영상 및 다목적실용위성 5호를 통한 1m급 레이다영상 등의 자료 확보가 가능하고, 과학기술위성 및 통신해양기상위성 등의 실용급 위성이 개발되어 운용되고 있다. 향후 추진될 차세대 중형위성 개발 사업을 통해 지구관측 위성개발 사업은 지속 적으로 진행될 예정에 있는데, 이 사업에서는 위성 개발 기 술을 산업체로 이전할 계획임에 따라 국내 위성산업은 더욱 가파르게 활성화될 것으로 예상된다. 특히 국토의 85%가 농
림지로 구분되어 있는 국내 지형특성으로 인해 농림업 위성 관측을 통해 확보되는 영상은 그 활용도가 매우 높을 것으로 예상된다. 농림업 중형위성은 그림 1에서 보이는 바와 같이 향후 2022년과 2025년에 발사되어 농촌진흥청 및 산림청 등 유관분야에 효율적인 위성자료 제공이 가능할 것으로 예상 된다.[3]
그림 1. 농림업 중형위성 운용(안)
최근에는 위성 경량화 기술발달에 따라 기존 대형 위성에 서 수행하던 대부분의 기능을 중·소형급 위성에서도 수행이 가능해지면서 비용 대비 효용성 측면에서 중·소형급 위성의 개발 및 연구가 더욱 활발히 진행되고 있다. 1990년대 초반 부터 미국의 록히드마틴(Lockheed Martin)은 1톤 이하의 소 형위성을 사용한 고해상도 위성의 개발과 이를 자국 및 해외 의 수요자에게 상업적인 목적으로 판매를 하는 방안을 모색 하였다. 첨단 전기전자 소자, 재료 및 소형화 기술의 발전과 함께 중·소형급 위성은 지금까지 지속되어온 위성개발의 고 비용 구조를 탈피하기 위한 대안으로 중요한 역할을 하고 있 다. 그림 2는 2010년 전후의 지구관측 위성 제작비용을 분석 한 자료로써, 2010년 이전에 100만 달러 이하로 개발된 위성 이 53%의 비율을 나타냈지만, 2010년 이후의 경우 100만 달 러 이하로 기 개발된 위성 및 개발 예정인 위성들의 제작비 용을 분석한 결과 73%로 나타난 것으로 보아 최근 지구관측 위성 개발은 제작비용을 최소화하여 위성활용 산업 및 연구 분야에 새로운 기회를 제공하는 추세임을 알 수 있다.[4]
그림 2. 2010년 전/후 지구관측 위성 제작비용
지구관측위성 개발에 신규로 참여하고 있는 아르헨티나, 브라질, 태국, 말레이시아, 베트남, 대만 등의 국가들이 급속 히 늘어나면서, 위성 개발에 필요한 기술을 습득하기 위한 수단으로 저가의 지구관측위성을 개발 및 운용 중에 있다.
특히 위성의 제작비용을 낮추기 위한 노력은 경량의 표준화 된 플랫폼을 사용하는 것과 단일의 위성에 다수의 탑재체를 탑재하기보다는 소규모의 위성을 다수 운용하는 방식으로 이뤄지고 있다. 다수의 중·소형급 위성으로 구성되는 위성군 의 경우, 개발비용이 저렴하고 개발기간이 짧기 때문에 특정 지역을 신속하게 촬영하기를 원하는 사용자들의 요구에 보 다 적합하게 활용될 수 있다.
고성능의 초고해상도 지구관측위성 개발은 선진국들로부 터 지속적인 수요가 있을 것으로 전망되지만 이와 더불어 중·소형급 지구관측위성들은 상대적으로 저비용의 위성영상 을 선호하는 국가기관 및 민간 기업들에 의해 지속적으로 요 구될 전망이다.[5] 국내에서 진행 중인 차세대중형위성 개발 사업의 경우, 기존 국가 주도의 인공위성 개발 사업과 달리 국내 산업체의 위성개발 참여 및 기술이전 등 산업체 주도 개발 방식으로 추진되고 있고, 특히 표준화된 플랫폼을 국내 산업체와 공동 설계를 통해 개발하고 기술 이전을 통해 민간 시장으로 확대될 예정이다. 지구관측 위성시장은 위성 개발 뿐만 아니라 위성영상 활용분야의 확대로 인하여 점진적으 로 증가하고 있다. 경쟁력을 갖춘 여러 우주 산업체는 자국 내 상업 및 공공수요, 위성수요에 대응할 뿐만 아니라 최근 에는 제한된 국내 시장을 벗어나 세계 시장 진출에 적극적으 로 참여하는 추세이다. 표 1은 지구관측임무를 수행하는 위 성에 대해 개발 기관 및 위성 탑재 장비에 따라 분류한 표로 서 미국과 유럽을 필두로 하여 많은 수의 위성이 개발되고 있음을 알 수 있다.[6]
기관 / 국가 위성 /
탑재체 기관 / 국가 위성 /
탑재체 ASI / 이탈리아 13 / 11 CRESDA / 중국 8 / 6
CAST / 중국 12 / 36 CSA / 캐나다 14 / 20 CDTI / 스페인 3 / 3 DLR / 독일 9 / 8 CNES / 프랑스 26 / 28 EC / 유럽 16 / 8 CONAE / 아르헨티나 8 / 18 NOAA / 미국 38 / 54
ESA / 유럽 40 / 45 NRSCC / 중국 17 / 20 EUMETSAT / 유럽 25 / 22 NSAU / 우크라이나 1 / 5
GISTDA / 태국 1 / 2 NSC / 노르웨이 4 / 5 INPE / 브라질 5 / 7 NSMC-CMA / 중국 17 / 22 ROSKOSMOS / 러시아 27 / 40 ROSHYDROMET /
러시아 18 / 29 JAXA / 일본 13 / 13 ISRO / 인도 23 / 33 JMA / 일본 4 / 7 SNSB / 스웨덴 1 / 3 KARI / 한국 8 / 10 TUBITAK / 터키 1 / 2 METI / 일본 1 / 2 UKSA / 영국 3 / 5 NASA / 미국 55 / 91 USGS / 미국 2 / 3 NASRDA / 나이지리아 2 / 2 VAST / 베트남 4 / 4 표 1. 기관별 위성 및 탑재체 개발현황
미국의 NASA와 NOAA는 전체 개발된 위성 중 약 21%
에 해당되는 위성을 개발하였고, 유럽의 ESA와 EUMETSAT은 전체 개발 위성 중 약 16%에 해당되는 위성 을 개발하였다. 미국 NASA에서는 전 지구를 대상으로 다양 한 연구를 위해 다수의 위성 및 탑재체를 개발하여 시험하고 있고, 미국 NOAA에서도 기상, 해양환경, 기후감시, 생태계 감시 등을 위한 목적으로 다양한 위성을 개발하여 운용하고 있다.[7] 유럽 ESA는 NASA와 같이 유럽에 국한된 영역뿐 아니라 전 지구를 관측하기 위해 다양한 위성을 개발하여 운 용하고 있으며, 유럽 EUMETSAT의 경우 기상 및 기후 감 시를 위한 특수 목적의 위성을 지속적으로 개발하여 운용하 고 있다. 일본 JAXA에서는 재난·재해에 대한 감시를 위한 다수의 위성뿐 아니라 NASA와의 공동연구를 통해 전지구 관측을 위한 위성도 연구·개발하여 운용하고 있다. 최근 중 국에서도 많은 수의 위성이 운용되고 있으며, 넓은 자국 영 토에 대한 관측이 가능한 위성들을 다수 연구하여 운용하고 있다.
국내에서는 한국항공우주연구원을 필두로 하여 소형위성 에서부터 대형급 다목적실용위성에 이르기까지 다양한 위성 이 연구·개발되고 있다. 또한 기상청 및 해양연구원 등에서 는 기상 관측과 해양 관측을 위한 위성을 운용하고 있으며, 향후 농림업분야의 위성관측 활용도가 점점 높아지면서 농 촌진흥청을 비롯한 유관기관들에서도 위성을 운용할 계획에 있다. 표 2는 국내외 농림업 활용 위성에 대해 분야별 개발 및 예정 위성현황을 보여준다.
분류 세부분야 위성
Albedo
Earth surface albedo 97 Fractionally absorbed PAR (FPAR) 27 Photo-synthetically Active Radiation (PAR) 16
Multi-Purpose
Active Fire Detection 4
Fire area 57
Land surface imagery 127 Surface Coherent Change Detection 9 Soil Moisture Soil moisture 2 Temperature Fire temperature 18
Land surface temperature 76
Vegetation
Vegetation Chlorophyll Fluorescence 2
Land cover 70
Leaf Area Index (LAI) 23 Normalized Differential Vegetation Index
(NDVI) 47
Soil type 23
Vegetation Canopy(cover) 5 Vegetation Canopy(height) 6 Vegetation Cover 14
Vegetation type 79 표 2. 농림업 활용 위성 개발현황(‘10년~’30년)
지표면에 반사된 복사량인 알베도를 이용하면 토양의 수 분 정보나 증발산량, 온도 등의 정보를 산출하는 목적으로 활용할 수 있다. 또한, 농경지 및 산림지 화재에 대한 감시 임무, 지표 관측 영상 등의 세부 활용 분야가 포함되고, 그 밖에 토양수분, 지표온도, 식생분석도 관련 세부 활용 분야가
포함된다. 농림업 분야에 활용 가능한 위성을 조사해보면, 지 표면에 대한 관측 임무 중에서도 지표면의 알베도 및 식생 분류를 위한 경우가 많은 것으로 나타난다. 지상 관측을 위 한 가장 기본적인 활용 분야인 목적도 있지만, 광학 채널을 비롯하여 적외 채널만 보유하면 충분히 활용할 수 있는 임무 이기 때문에 다수의 위성이 개발될 예정인 것으로 분석된다.
이와 같이 농림업 활용을 위한 위성개발이 선진국을 중심으 로 개발되고 있고, 이를 이용한 농경지 위치별 토양 정보, 작 물의 생육상태, 수확량 등의 농작물 정보를 통합 관리하는 시스템이 활발히 구축되고 있다. 미국의 지구관측 전략과제 에는 식량의 연간수확량 및 농림업 생태상황을 효과 및 지속 적으로 감시하는 것이 포함되어 있고, 주요 선진국들의 농림 업담당 부처에서도 농림업분야에 위성영상을 이용함으로써 비용 및 시간절약을 위해 지속적으로 위성 개발 및 활용 등 의 연구를 추진하고 있다. 따라서 국내에서도 농림업분야에 특화된 위성 개발의 필요성이 요구되고 있다.[8]
현재 국내에서는 국토부의 지적통계, 통계청의 경지면적 통계, 농진청의 농경지 지도의 면적 불일치로 농경지에 대한 정확한 정보가 부재한 실정이고, 현행 전자 지적도와 현장과 의 차이가 심각한 상태로 지적되고 있다. 표 3은 현재 국내 농업정보화 시스템에 관한 문제점을 나열하고 있다.
문제점 내용
논·밭 직불제
§ 직불금 지급면적과 현장면적 불일치
§ 필지별 지급실태 관리 및 현장검증 곤란 경영체
등록제
§ 경지정보-등록제 자료 연계 관리 불가능
§ 등록 재배면적과 현장면적 불일치 및 현장검증 애로 농업통계 § 지적면적과 현장면적 괴리로 인한 작물재배면적 불
일치 및 작물생산량 통계 오류
재해보험 § 필지별 재해보험 통계 구축 및 피해량 조사 곤란 농업관측 § 작물재배면적통계 오차 발생시 수확량 및 시장가격
예측 곤란
정밀농업 § 정확한 필지경계 없이 GPS기반 정밀농업 불가능 표 3. 국내 농업정보화 시스템의 문제점
국내의 경우 전자토양지도, GIS, GPS, 원격탐사에 의한 작물생육조사시스템 등 실행 가능한 기반은 갖춘 상태이지 만 국내 특성상 대면적 농장이 적어 미국, EU 등과는 전혀 다른 한국형 시스템이 필요한 실정이지만, 기존 국내 지구관 측위성 탑재체의 임무는 특정 소요임무를 위한 지구정밀관 측이거나 과학기술 시험용으로 구성되어 있다. 이러한 기존 국내 위성 탑재체에서 생성된 위성영상 자료는 농작물 작황 조사 및 산림관리 등의 목적으로 사용하기에 적합하지가 않 기 때문에 독자적인 농림업 위성의 운용이 요구되고 있다.[9]
Ⅲ. 독자적 농림위성 운용 기대효과
기존 농림업분야에서 현지조사 방식의 경우 정확성, 적시
성, 비용과 편익 등의 문제점이 제기되어 왔다. 현지조사의 경우, 측정 장비가 비교적 단순하며 조사를 위한 기상조건의 영향이 적다는 장점이 있지만, 육안 판독 및 넓은 필지의 정 확도에 대한 균일성 확보가 어려운 단점이 있다. 또한, 산악 지대나 울창한 숲 지형과 같은 환경변수에 따라 조사 대상물 에 대한 현장 접근이 힘든 문제점이 발생함에 따라 조사 대 상물의 데이터를 확보하는 과정에서 부분적인 한계가 발생 하게 된다. 위성정보와 현장정보를 융합하여 신뢰성을 높이 면 이러한 한계를 극복하는데 용이할 것이다. 또한 지자체의 표준 경작지를 샘플 지역으로 설정 후 장기적으로 운용하면 표준화된 식생지수 마련 및 보조적인 지표로 활용이 가능할 것이다.
미국, 유럽, 등의 농림업분야 선진국들에서는 현장과 일치 하는 경작지 정보 파악 및 각종 농림업 지원 기술을 통한 농 림업 원격탐사기술이 보편화되어 있다. 농림업분야에서 위 성영상 활용도가 높아지면서, 현장에 가지 않고도 해당 농림 지 정보를 취득할 수 있는 원격탐사기술을 사용하여 광범위 한 현장정보를 최소한의 조사인력으로 신속하고 정확하게 획득할 수 있을 것으로 기대된다.[10]
최근 농작물 재해보험, 밭작물 직접지불제 등 현장 밀착형 정책이 확대되면서 정확한 현장 정보 및 원격탐사를 통한 효 율적 농경지정보 구축방안 마련에 대한 요구가 증대되고 있 다.[11] 국내에서는 최근 다양한 목적의 위성이 2040년까지 지속 개발될 예정으로 있다. 이에 따라 위성영상 활용기술이 향후 농촌진흥청 및 산림청 등의 다양한 현장업무에 효율적 으로 적용될 수 있는 여건이 마련될 수 있도록 위성개발 정 책이 수립되어야 할 것이다. 향후 독자적 농림업 중형위성이 운용되었을 때 다양한 세부분야에서 효율적으로 위성자료가 활용될 수 있을 것으로 분석되는데 그림 3은 농업 및 임업 분야의 활용분야를 요약한 것이다.
그림 3. 농림업 중형위성 활용분야
농업분야에서 농림업 중형위성은 국내 채소, 맥류, 벼, 국 외곡물 등의 작물구분, 바이오매스 추정, 생장 모니터링, 병
연도 내 용 연도 내 용 연도 내 용
‘16
§ 농림업분야 실사용자 요구사양 수립
§ 위성 개발 협의체 및 공동 개발팀 구 성
§ 탑재체 설계기술 습득
‘20
§ 탑재체 설계 제작 및 위성 운영기 술 확보
§ 군집운용 및 위성 연계개발 방안 수립
§ 농림업 위성관측 시스템 개발
‘24 § 농림업분야 국제협력 기반 마련
§ 농림업 위성관측 전문 인력 양성
‘17
§ 개념설계 및 상세임무 선정
§ 위성 개발을 위한 국가 법규 검토
§ 연구기관 및 컨소시엄 구성
‘21
§ 탑재체 설계 조립 및 시험
§ 영상 판매 및 배포 계획수립
§ 실무자 대상 시범교육
‘25 § 위성영상 활용 제도적 장치 마련
§ 위성 탑재체 수출전략
‘18
§ 기본설계 및 지상 지원장비 개발
§ 핵심 전자장치 기반기술 습득
§ 위성관측 교육 프로그램 개발
‘22
§ 농림업 중형위성 발사(예정)
§ 농림업기관 업무체계 구축
§ 범정부 위성활용 체계구축
‘26
§ 특성화대학 운영을 통한 전문 인 력양성
§ 위성개발 국제협력 강화
‘19
§ 상세설계 및 데이터 처리 기술 확보
§ 다중임무 공동플랫폼 활용방안수립
§ 농림업 위성관측 해외 네트워크 구 축
‘23 § 실무기관 위성영상 배포
§ 전문가 초빙 및 네트워크 구축 ‘27 § 위성 원천기술 및 핵심기술 강화
§ 미래 위성활용 기반기술 개발 표 4. 농림업 중형위성 탑재체 개발 및 활용 전략 로드맵
충해 탐지 등에 활용될 뿐 아니라, 미국·중국 등 해외 시장 수요 분석 및 통일 대비 북한의 농업 현황 분석에 활용될 수 있을 것이다. 임업분야의 경우 산림지 이용변화, 산림 특성구 분, 산림 바이오매스 평가, 산림 생장 모니터링 등과 같이 산 림 이용 및 특성 파악에 활용될 수 있고, 산림 피해지를 파악 하여 산림을 복원하기 위한 모니터링에도 활용될 수 있다.
이외에도 농림업 중형위성은 농림 기상자료 매핑, 토양수분 추정, 증발산량 추정 등에 활용될 계획으로, 현행 농림업분야 의 경지 및 재배면적 등과 관련된 관측에 매우 적합할 것으 로 예상된다.
위성영상 활용은 관찰되는 대상에 관측자가 직접 접촉하 지 않고 관찰 대상에 대한 데이터를 보다 신속하고 광범위하 게 획득할 수 있도록 한다. 이렇게 획득된 데이터를 ․분석 하면 토지, 산지, 환경 및 자원에 대한 필요한 정보를 추출해 낼 수 있게 된다. 또한, 동일 지역에 대해 반복 관측할 수 있 기 때문에 시계열적 변화를 용이하게 파악할 수 있다. 위성 의 주기성을 이용하여 농림업 모니터링의 효율성이 높아지 고, 특히 농경지 작황 판독의 경우 기술적인 관점에서 작물 수량을 산출하기 위해 위성영상을 활용하여 작물의 생체정 보를 분석하여 정밀한 산출 결과를 나타낼 수 있다. 정밀한 토지자원 및 작물 재배면적 그리고 작물수량 파악 등을 기반 으로 수확량을 예측할 수 있는 시스템이 구축되면, 데이터의 신뢰도가 높아지고 비용 절감 등의 효과를 얻을 수 있다.[12]
이와 같이 위성영상 활용이 농림업분야에 활성화된다면 넓 은 지역의 전반적인 현황을 빠르게 파악할 수 있고, 현지조 사에 비하여 실측 오차가 적으며 상대적인 위치가 정확하여 조사대상 지역 전체에 걸쳐 신뢰도가 증가하게 된다. 또한, 분석절차에 사용된 각종 기법을 명시하기 때문에 데이터의 객관성 또한 높일 수 있고, 작물의 식생 및 면적산정 등 정략 적 해석이 가능하여 농림업 기술 분야에 긍정적 기대 효과를 가져다주는 등의 효과가 기대된다.
Ⅳ. 농림업 중형위성 개발 및 활용 전략 로드맵
위성 개발을 위한 기술 요소를 파악하기 위해서 타 위성 개발 및 활용 정책에 관한 분석 자료를 기반으로 농림업 중 형위성 개발계획 수립 및 개발방향을 결정하는 각 요소들의 환경, 현황, 조건 등에 대한 심도 깊은 분석을 수행하였다. 그 림 4는 향후 농림업 중형위성 운용 시 발생할 수 있는 대표 적인 방안에 대해 SWOT 분석을 수행한 결과이다.
그림 4. 농림업 중형위성 운용 SWOT 분석
향후 농림업 중형위성이 독자적으로 운용되면 다양한 수 요처를 대상으로 농림업 위성관측 데이터에 대한 양질의 정 보축적 제공 및 자료 배포가 용이할 것으로 예상된다. 또한, 농림관측을 위한 전용 탑재체 개발이 진행되면, 관련 기반기 술 확보 및 인력양성 사업이 활발해질 것으로 예상된다. 하 지만 운용 효율성 측면에서 활용부처의 제도적 협력체계 구 성이 중요한 문제가 될 것이고, 위성활용에 대한 부처 간의 중복성 시비가 초래될 가능성이 발생할 것이다. 이에 따라 효율적인 농림업 중형위성 탑재체 개발 및 활용을 위해 ‘농
림업 중형위성 탑재체 개발기술 전략적 확보’, ‘농림업 중형 위성 개발 정책적 협의 체계 구축’, ‘농림업 위성관측 시스템 및 인프라 구축’, ‘농림업 중형위성 개발목표를 위한 역량 확 보’ 등의 관점으로 농림업 중형위성 개발정책을 수립할 필요 가 있을 것으로 보인다. 표 4와 같은 농림업 중형위성 탑재체 개발 및 활용 전략 로드맵은 향후 국내 차세대 중형위성 개 발 사업이나 농림업 위성관측 기술 개발을 위한 기초 자료로 활용될 수 있을 것이다.
1. 농림업 중형위성 탑재체 개발기술 전략적 확보 농림업 중형위성이 효율적으로 개발되기 위해서는 실사 용자들의 요구사양 수립이 필수적이고, 탑재체의 필수 기능 들을 정립하는 개념설계가 요구된다. 개념설계에서는 개략 적인 일반 시스템 구성도를 작성하며 기본적인 특성 산출 및 개괄적인 성능 추정을 수행해야 한다. 그리고 핵심기술 연구 개발 결과와 개념설계의 내용을 보다 구체적으로 해석하여 실사용자들의 요구조건 충족 및 고효율적인 농림업 중형위 성 탑재체 개발을 구체화하는 기본설계를 진행해야 한다. 이 단계에서 확정한 농림업 중형위성 탑재체의 초기 개발에 대 한 주요 구성을 결정하여 시스템의 기본 사양안을 구축한다.
따라서 기본설계에서는 위성 탑재체 시스템 구성도, 전력 소 모량 등의 기초자료가 구성되어야 한다.
구성된 기본 시스템 사양안을 바탕으로 그림 5와 같이 농 림업 위성관측 실사용자들의 요구 조건을 충족 및 시스템 간 섭이 발생되지 않도록 설계지침을 작성하는 상세설계가 요 구된다. 이 단계에서 기본설계를 더욱 발전시켜 농림업 위성 의 주요 기능을 결정하는 공간해상도, 주기해상도, 시간해상 도, 관측폭, 소비전력 등의 시스템 사양을 확정한다. 기본 및 상세설계에서 결정된 시스템 구성도와 설계지침 등을 바탕 으로 실제 위성 탑재체를 제작할 수 있도록 형상 제작이 수 행되어야 하고, 확정된 시스템 구조도에 따라 탑재체의 상세 부품 작성 및 국내 위성 탑재체 개발현장의 설비를 고려하여 최종 제작 작업이 수행되어야 한다.
그림 5. 탑재체 개발기술 전략적 확보
2. 농림업 중형위성 개발 정책적 협의 체계 구축 위성관측 수요 공백을 방지하고, 위성개발 기술력을 유지
하기 위해서는 기존 국가 위성개발 프로그램의 지속적인 기 술연구 진행이 요구된다. 현재 진행중인 차세대 중형위성 탑 재체 개발을 통해 다양한 탑재체의 장착이 가능한 표준형 위 성 플랫폼이 제공되면 가격 경쟁력을 확보된 실용 위성 양산 체제가 구축되어, 농립업 전용 탑재체의 국산화가 더욱 현실 성있는 계획으로 다가올 것이다.
국가 우주기술의 비약적인 발전과 함께 최근 농림업 활용 이외에 다양한 위성 개발 수요가 제기되고 있는 상황에 대응 하기 위해서는 위성개발 수요를 반영하고 조정할 수 있는 상 시적인 체계가 필요하다. 그림 6은 다부처 공동 개발 사업의 경우에 부처 간의 협의와 조율을 위한 조정 체계를 제시하고 있다. 중형위성과 같은 거대 연구 과제는 연구자 그룹의 의 견수렴을 통해 임무의 중요성 및 타당성을 분석 후 향후 위 성개발에 반영할 수 있도록 상시적인 협의체 구성을 요구한 다. 농림업 위성 활용 연구 그룹은 다양한 농림업분야 임무 들을 위한 세부 부문 위원회를 구성하여 보다 구체적인 방향 을 제시하고, 핵심우주기술 개발 그룹, 인공위성 개발 그룹, 발사체 개발 그룹 등의 정기적이고 지속적인 교류를 통한 상 호 협력을 수행해야 할 것이다.
그림 6. 개발 정책적 협의 체계 구축
3. 농림업 위성관측 시스템 및 인프라 구축 농림업분야 수요자 중심의 위성활용 서비스 강화를 위해 서는 위성영상 기반의 농업통계 산출기술 시스템 구축이 필 요하다. 또한 국가우주개발에 필요한 수준의 기술력과 경험 을 보유한 인력 교육체계를 수립하여 산학연이 순조롭게 고 급인력을 양성할 수 있도록 종합적인 인력양성 체계 구축이 요구된다. 새로운 인력양성 방법으로서 산업체와 연구원에 서는 즉시 현장에 투입할 숙련된 인력양성을 갖추어야 하고, 대학에서는 학생들이 졸업 후 취업이 일정부분 보장되는 체 계를 수립하는 것이 바람직하며 장기적으로는 인력과 기술 및 우주개발 프로그램의 선순환 구조가 확립되어야 할 것이 다.
공공 및 민간 사용자 중심의 위성정보 활용서비스 강화 및 위성산업의 활성화를 위해서는 체계적인 지원 사업 체제 가 구축되어야 하며 그림 7은 이와 연관된 요소를 보여준다.
농림업 위성정보 활용의 종합관리 및 조정 등을 위해서는 위 성정보 활용센터와 같은 중심 기간이 설립되어 위성관할기
관별 분산된 위성정보 관리 및 활용을 통합 운영하는 것이 바람직할 것이다. 이를 지원하기 위해서는 국내외 위성정보 통합 관리 체계화 및 융·복합 활용을 지원하는 위성활용 개 방형 플랫폼을 구축이 필요해질 것이다. 또한 위성정보의 보 급 및 활용기술 개발을 강화하기 위해 위성정보 활용 고도화 및 영상처리 기술개발을 추진해야 하며 차세대 탑재체 활용 을 위한 기반기술 연구가 추진되어야 한다.
그림 7. 농림업 위성관측 인프라 구축
4. 농림업 중형위성 개발목표를 위한 역량 확보 국내 우주개발 중장기계획 핵심 프로젝트로서 차세대 중 형위성 사업이 진행되고 있다. 향후 농림업 전용 위성과 탑 재체를 기획 및 제작하는 과정에는 수많은 기초기술과 활용 지식이 필요해질 것이다. 현재 국내 환경에서는 국가 위성개 발 프로그램의 특성상 저변확대 및 인력양성에 제한이 있으 며, 실제 개발 경험을 보유한 인력의 양성과 산업체 및 정부 의 인력 수요에 한계가 있고, 핵심 기술 개발에 직접 투입될 수 있는 인력양성을 위한 프로그램이 다양하게 제공되지 못 하고 있는 상황이다. 이를 개선하기 위한 방안으로서 그림 8 과 같이 국가우주개발의 원동력이 되는 창의적인 인력을 공 급하고, 선진 우주기술 보유국과의 국제 협력을 강화하며 국내 위성개발 원천 기술 및 핵심기술을 확보하는 미래위성 개발 사업이 꾸준히 추진되어야 할 것이다.
그림 8. 농림업 중형위성 개발 역량 확보
위성 탑재체 기술은 우주환경에서 높은 신뢰도를 보장해
야 하며 따라서 첨단의 기술이 조합되는 원천 기술을 요구한 다. 이러한 기술을 개발하고 증진하는 노력은 재료, 컴퓨터, 전자공학, 통신 및 정보처리와 같은 분야의 새로운 산업기술 을 유발할 수 있다. 향후 운용될 농림업 중형위성은 위성영 상을 사용자들이 쉽게 접근하도록 하여 광범위한 지역의 정 보를 단시간에 확보할 수 있는 환경을 제공함에 따라 관련분 야 수요가 대폭 증가되는 효과를 얻을 것으로 예측된다.
Ⅴ. 결론
선진국을 중심으로 위성영상을 활용한 농경지 위치별 토 양 정보, 작물의 생육상태, 수확량 등의 농작물 정보를 통합 관리하는 시스템이 이미 활발히 진행되고 있다. 미국의 지구 관측 전략과제에는 식량의 연간수확량 및 농림업 생태상황 을 효과 및 지속적으로 감시하는 것이 포함되어 있다. 미국 식량농업기구(FAO)와 주요 선진국들의 농림업담당 부처는 농림업분야에 위성영상을 이용함으로써 비용 및 시간절약을 꾀하고자 위성 개발 및 활용 등의 연구를 추진하고 있다. 이 와 같이 위성영상을 이용한 농림업분야 관측의 활용도가 증 가하고 있는 추세이고, 국내에서도 농림업분야에 특화된 위 성 개발의 필요성이 제기되고 있다. 본 논문에서는 국내 농 림업 관련 수요 기관에서 농림업분야의 위성영상이 활용될 수 있는 방안을 정립하고, 농림업에 특화된 위성 탑재체를 확보하는 전략을 수립하였다. 이를 통해 향후 국내 위성 탑 재체 개발사업 수립 및 개발에 반영하여 획득되는 위성영상 이 농림업분야에서 원활하게 활용될 수 있는 기초자료로 활 용될 것으로 기대된다. 차세대 중형위성 기술요소의 경우 활 용범위와 가치가 높은 반면 기술이전이 어렵기 때문에 국내 자체 개발 계획수립이 요구되고 있다. 향후 국내 차세대 중 형위성의 원활한 개발을 위해서는 농림업 중형위성 개발 및 활용 전략계획을 수립하여 사업을 체계적으로 진행할 필요 가 있으며, 이에 대한 각 기관의 유기적인 협력이 진행되어 야 할 것이다.
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저자
김 현 철(Hyeon-Cheol Kim)
․2014년 2월：한국항공대학교 전자 및 항공전자공학과 졸업
․2014년 3월~현재 : 한국항공대학교 항 공전자공학과 대학원 석사과정
<관심분야> : Synthetic Aperture Radar, Signal and image processing, Remote sensing
김 아 름(Ah-Leum Kim)
․2008년 2월：한국항공대학교 전자 및 항공전자공학과 졸업
․2011년 2월：한국항공대학교 항공전자 공학과 대학원 석사
․2014년 9월 ～ 현재 : 한국항공대학교 항공전자공학과 대학원 박사과정
<관심분야> : Synthetic Aperture Radar, Signal and image processing, Remote sensing
김 범 승(Bum-Seung Kim)
․2014년 2월：한국항공대학교 전자 및 항공전자공학과 졸업
․2014년 3월 ～ 현재 : 한국항공대학교 항공전자공학과 대학원 석사과정
<관심분야> : Satellite Communication and Application Radar System
홍 석 영(Suk-Young Hong)
1995년 2월 ～ 현재 : 농촌진흥청 국립농 업과학원 농업연구관
<관심분야> Agriculture Satellite Application
이 우 경 (Woo-Kyung Lee) 정회원
