울산과학기술원(UNIST) 도시환경공학과 서은교 박사와 이명인 교수 연구진은 “미국항공우주국(NASA)과 함께 인공위성이 관측하는 토양 수분 정보를 통해 가뭄을 감시할 수 있는 기술을 개발했다”고 28일 밝혔다.
연구결과는 9일 국제학술지 환경원격감시 인터넷판에 공개됐다. 일기예보와 함께 가뭄 정보가 활용되면 농업에 유용할 것으로 기대된다.
가뭄 피해에 선제 대응하기 위해서는 토양에 함유된 수분이 얼마나 부족한지 실시간으로 감시하는 기술이 필요하다.
최근 미국과 유럽의 인공위성은 마이크로미터(100만분의 1m) 파장대 전파를 이용해 최고 5cm까지 토양 속 수분 정보를 파악한다. 그러나 관측에 사용하는 마이크로미터 파장대의 전파는 식물 성장에 중요한 근층수 십㎝ 깊이까지 도달하지 못했다.
연구진은 인공위성으로 관측한 토양 수분 정보와 다른 정보를 혼합하는 방식으로 토양 수분 정보의 정확도를 높였다.
강수량·복사열·지표온도·바람 등의 변수를 복합적으로 고려하여 근층을 포함한 지구 전체 토양 수분량에 대한 정보를 유추한 것이다. 공기 중 수분 정보와 인공위성 정보를 합치면 1020cm 아래 토양 수분 정보까지 얻을 수 있다.
실제 과거 북미 지역에 발생한 가뭄 정보를 분석했더니 이번에 개발한 모델이 인공위성 관측 정보만으로 분석한 것보다 정확도가 높았다고 연구진은 밝혔다. 이명인 교수는 “이번 연구는 가뭄 감시뿐만 아니라 가뭄을 중장기적으로 예측할 수 있는 기술 개발에도 사용될 것”이라고 말했다.
어민들에게 골칫거리인 해양쓰레기도 사람이 직접 나서지 않고 인공위성으로 실태를 파악할 수 있다. 국립해양조사원 국가해양위성센터는 28일 무인도 해양환경을 오염시키는 스티로폼 쓰레기 실태를 위성영상으로 파악하는 데 성공했다고 밝혔다.
현재 국내에는 2800여 개의 무인도가 있으나 접근이 어렵고 넓은 지역에 흩어져 있어 해안가에 모인 쓰레기 실태를 조사하는 데 한계가 있었다. 연구진은 해안 쓰레기의 약 70%를 차지하는 스티로폼을 위성을 통해 파악하기로 했다.
우선 다목적 실용위성 아리랑 3A호로 동서해 해수욕장 2곳을 촬영했다. 위성 화상 정보는 분석 알고리즘 시스템에 학습시켰다. 스티로폼의 빛 반사 차이를 위성이 포착해 주변 물체와 구별하는 원리다.
연구진은 인천 옹진군에 있는 무인도 사승봉도를 위성으로 촬영해 사진을 분석했다. 위성영상과 드론·인력을 현장에 투입해 조사한 결과를 비교했더니 위성이 쓰레기로 의심되는 물체의 분포를 대부분 파악할 수 있음을 확인했다. 특히 스티로폼은 현장조사와 비교해 약 84% 수준의 탐지 정확도를 보였다.
국립해양조사원은 내년부터 무인도 2곳에서 해안쓰레기 실태조사에 활용하는 등 단계적으로 위성 활용 범위를 확대해 나갈 계획이다. 국립해양조사원 측은 “향후 지속적인 연구를 통해 목재나 폐어구 같은 다른 쓰레기 종류도 분류하겠다”고 밝혔다.
인공위성은 경제적 지표 수립에도 활용된다. 쇼핑몰 주차장에 주차한 차량을 분석하거나 개발도상국 차량·빌딩 수 변화를 바탕으로 빈곤 해결 정책 수립에 활용하기도 한다.
위성사진으로 농작물 생육 상태를 분석해 곡물 가격도 예측한다. 미국 위성분석업체 오비탈인사이트는 원유저장고 위성사진을 통해 유가변동을 예측하고 있다.
원유가 얼마나 저장돼 있는지 알면 국제유가 변화를 예측하는 데 도움이 된다. 각국과 회사는 나머지 기름을 원유 저장소에 보관하고 있지만 정확한 수치는 공개되지 않고 있다.
오비탈 인사이트는 원유 저장고를 찍은 위성사진에 주목했다. 원주 모양의 원유 저장고는 지붕이 원유에 떠 있다. 원유가 가득 차면 저장고 지붕이 원기둥 높이 끝까지 올라가고 가득 차면 지붕이 낮게 내려간다.
보관량에 따라 지붕이 위아래로 움직이는 것이다. 이 때문에 위성사진을 보면 저장고 지붕에 검은 그림자가 생긴다. 오비탈 인사이트는 이를 이용해 원유가 얼마나 저장돼 있는지 파악했다.
원유 저장량 변동 추이를 알면 수요 변화를 파악해 유가까지 예측할 수 있다. 오비탈인사이트는 전 세계 2만6000여 개 원유 저장소의 재고 정보를 제공한다.
[참고자료] 가뭄 예측 무인도 쓰레기 적발… 실생활 들어온 인공위성 조선일보 2020년 12월 31일