LANDSAT 영상을 이용한 해안선 자동 추출과 변화탐지 모니터링

김미경(Kim, Mi Kyeong),손홍규(Sohn, Hong Gyoo),김상필(Kim, Sang Pil),장효선(Jang Hyo Seon) 대한공간정보학회 2013 대한공간정보학회지 Vol.21 No.4

지구 온난화와 이로 인한 해수면의 상승은 명백히 전 지구적으로 일어나고 있는 변화이며 해안선의 변화 또한 동반되고 있다. 해안선은 해수면의 상승뿐만 아니라 인위적인 활동에 의해서도 변화할 수 있으나 지구온난화에 의한 해안선 변화의 파악은 지구 온난화의 진행을 파악할 수 있는 지표로써 활용이 가능하다. 따라서 본 연구의 목적은 자동으로 해안선을 추출 및 변화를 파악하는 데에 있다. 본 연구에서는 자동으로 해안선을 추출하기 위해서 수분지수를 활용하여 물과 육지의 대조를 극대화하였으며, 해안선의 자동 추출이 용이하도록 하였다. 수분지수로 변환된 영상에서 자동으로 물과 육지를 분할하기 위하여 적정 임계값을 자동으로 찾을 수 있도록 영상처리 기법을 적용하였고, 경계선 검출 알고리즘을 통하여 해안선을 추출하였으며 추출된 해안선으로 변화를 탐지하는 방법론을 제시하고자 하였다. 자동으로 물과 육지를 분할하고 경계선을 찾는 영상처리 기법은 다른 자료의 도움 없이 LANDSAT 영상만을 이용하여 적용될 수 있으며 추출된 해안선 또한 기준자료로 이용된 NLCD(National Land Cover Database) 자료와의 비교를 통해 유사하다는 것을 확인할 수 있었다. 또한 지구 온난화의 지표로써의 활용가치를 확인하기 위해 연구 대상지역을 지층의 온도가 연중 0℃ 이하로 항상 얼어 있는 영구동토로 선정하여 영구동토의 해빙으로 인한 해안선 변화를 정량적으로 확인할 수 있었으며 해안선의 변화가 가속화한다는 사실을 확인할 수 있었다. Global warming causes sea levels to rise and global changes apparently taking place including coastline changes. Coastline change due to sea level rise is also one of the most significant phenomena affected by global climate change. Accordingly, Coastline change detection can be utilized as an indicator of representing global climate change. Generally, Coastline change has happened mainly because of not only sea level rise but also artificial factor that is reclaimed land development by mud flat reclamation. However, Arctic coastal areas have been experienced serious change mostly due to sea level rise rather than other factors. The purposes of this study are automatic extraction of coastline and identifying change. In this study, in order to extract coastline automatically, contrast of the water and the land was maximized utilizing modified NDWI(Normalized Difference Water Index) and it made automatic extraction of coastline possibile. The imagery converted into modified NDWI were applied image processing techniques in order that appropriate threshold value can be found automatically to separate the water and land. Then the coastline was extracted through edge detection algorithm and changes were detected using extracted coastlines. Without the help of other data, automatic extraction of coastlines using LANDSAT was possible and similarity was found by comparing NLCD data as a reference data. Also, the results of the study area that is permafrost always frozen below 0 ℃ showed quantitative changes of the coastline and verified that the change was accelerated.

A new methodology for measuring coastline recession using buffering and non-linear least squares estimation

Heo, Joon,Kim, Jung Hwan,Kim, Jin Woo Taylor Francis 2009 International Journal of Geographical Information Vol.23 No.9

<P> Coastline recession is one of the best indicators of coastal erosion. Three methods for computing coastline recession - the baseline approach, the dynamic segmentation approach and the area-based approach - have been used, each of which has one or more drawbacks. To overcome these problems, a new methodology for measuring coastline recession is proposed, using buffering and non-linear least squares estimation. The proposed method was compared with the three existing methods with respect to two simulated cases and two real coastlines. Test results confirmed that the new method is more reliable than the three other methods, all of which are susceptible to variability of recession, scale, number of line segments, length of coastlines and direction of the baseline. The proposed method, incorporating two physically meaningful values - magnitude and variability of coastline recession according to the mean and standard deviation of coastline offsets, respectively - presents itself as an effective alternative method of assessing coastline recession.</P>

해방 직후 항공사진을 이용한 강원도 해안선 변화 분석

안승효,최현,김기홍 한국산업융합학회 2020 한국산업융합학회 논문집 Vol.23 No.5

Social costs are increasing in Gangwon-do east coast due to coastal erosion. Long-term coastline change information is essential for analyzing this phenomenon. In this study, aerial photographs immediately after liberation are used for 1950’s coastline extraction. The study area is from Sokcho Cheongho beach to Yangyang Seorak beach. The aerial photograph is geometrically corrected using DLT(Direct Linear Transformation) method to extract past coastline and compare it with present data. Coastal erosion and deposition areas are calculated in study area. Artificial structures such as harbors and breakwaters have caused changes in ocean currents and sediments from river estuaries. In most cases, the deposition occurred at the southern area of artificial structures and the erosion occurred on surrounding beaches. Coastline information extracted from past aerial photographs can be useful to provide information on long-term changes.

정사항공사진과 해양조사측량을 이용한 해안선변화 탐지에 관한 연구

최철웅(Choi, Chul Eung),김연수(Kim, Youn Soo),서용철(Suh, Yong Cheol) 한국해안해양공학회 2005 한국해안해양공학회 논문집 Vol.17 No.2

연안지역에서 주로 발생되는 해안의 침식 및 퇴적현상은 하구폐쇄, 하구사주, 연안사주의 발달 및 해안선변형 등과 같은 여러 가지 형태로 나타난다 최근 연안 개발로 인하여 이러한 변형이 심각한 수준에 이르렀다. 해안의 변화는 장기간 서서히 진행되므로 원인규명 및 대책제시에 관한 오랜 연구가 필요하다. 본 연구에서는 장기간에 진행된 지형변화량을 분석하기 위해서 1940년대부터 1990년대까지 10년 주기로 정사항공사진을 제작하여 분석하였다. 본 연구에서 정확한 해안선 변화량을 산정하기 위하여 기준점 및 GCP(Ground Control Point)를 실측하여 정사항공사진을 제작하였다. 이를 바탕으로 임야도와 지적도를 사용하여 조위를 고려하지 않았을 경우의 해안선 변화량을 산정하였다. 또한 검조소의 조위자료를 이용하여 항공촬영 시점의 조위를 계산 보정하고 지형 측량과 수심측량을 병행하여 조위를 고려한 지형 변화량을 분석하였다 본 연구결과, 정사항공사진을 이용하여 해안의 침식이적 경향을 정량적으로 분석하고자 할 경우. 조위를 고려한 정사항공사진 분석기법이 효과적임을 알 수 있었다. 향후 장기간 지형자료가 미흡한 지역은 정사항공사진을 이용하여 분석함으로써 연안통합관리시스템의 정보 제공에 유용하게 이용될 수 있을 것이다. The coastal erosion and the look of a heap which are mainly occurred in the district along the coast are found for various forms such as the estuary closing, the estuary sand bar the development of the coast sand bar, and the modification of coastline. Recently, due to the coastal development, these transformations have been intensified. The change of coast, which has been made slow progress is required long-term study on a searching examination of the root cause and a suggestion of a counter measure. In this research, ortho aerial photos were produced to analyze volumes of topographical alternations that have been progressed fer the long run, by 10s cycle from 1940s through 1990s, to compute accurate volumes of coastline variation, through a datum point and G.C.P (Ground Control Point). Also in this study, without respect to water level, the coastline variation was analyzed by using comparatively analyzed a Idlest land map, a cadastral map. And to analyze topographical variation volumes, the tidal station's materials was used under consideration f3r tide. Finally, topographical variation volumes are comparatively analyzed through surveying and sounding and a point of fine of aviation photographing was calculated and revised. After this research, by using ortho aerial photos, We can understand efficiency of these in computing volumes of variations of coastline by analyzing quantitatively erosion and look of a heap. Besides, in the future, these will be used for information gathering of the coastline integration control system.

항공사진과 CORONA 위성영상을 이용한 영동지역 해안선 변화 분석

안승효,김기홍,이한나 한국측량학회 2022 한국측량학회지 Vol.40 No.3

강원 영동지방에서 연안은 문화적, 사회적, 경제적으로 중요한 자원이다. 그러나 강원도 해안은 다른 지역과 비교하여 매우 심각한 침식을 겪고 있으며, 이로 인한 피해가 점차 증가할 것으로 우려된다. 본 연구에서는 강원도 양양 남대천 하구 주변과 강릉 옥계 해변의 장기간에 걸친 해안선 변화를 추적하고 분석하였다. 시계열 영상자료를 구축하기 위해 해방 직후부터 최근까지의 항공사진을 주로 이용하였으며, 1960년대부터 70년대 초까지 운용된 CORONA 위성영상을 수집하여 함께 활용하였다. 51cm 해상도 정사영상과 2m 해상도 수치고도모형(DEM)을 이용하여 기준점을 설정하고 항공사진과 위성영상을 기하보정하였다. 이들 영상에 Canny 경계검출 연산자를 적용하여 해안선을 추출하고 벡터화하였다. 해안선을 해방 직후부터 시간 순서대로 중첩하여 분석한 결과, 인공 구조물 주변과 인근 해변에서 발생한 침식과 퇴적을 관찰할 수 있었으며, 구조물 건설 시점을 전후한 주변 해안선 변화도 관찰할 수 있었다. 다만 본 연구에서는 해안선의 계절적 변화와 조석, 그리고 양빈사업을 비롯한 각종 해안침식 방지사업에 따른 영향은 고려되지 않았다. 해안침식은 지리적 요인에 크게 영향을 받기 때문에 지역마다 원인과 해결방안이 다르며, 따라서 지자체별로 지속적인 연구와 데이터 축적이 필요하다. In the Yeongdong region of Gangwon-do, coastal areas are important resources in terms of cultural, social and economic aspects. However, the coast of Gangwon-do is experiencing severe erosion, and it is concerned that its adverse effects will gradually increase. In this study, coastline changes of Yangyang and Gangneung in Gangwon-do were tracked and analyzed over a long period of time. In order to build time series image data, aerial photos from the 1940s to the present were mainly used, and data from CORONA satellite, which operated from the 1960s to the early 1970s, were collected and used together. Using 51cm resolution ortho image and 2m resolution Digital Elevation Model(DEM) as reference, ground control points were selected to perform geometric correction on the aerial photos and CORONA images. Subsequently, Canny edge detector applied to these images to extract the coastlines. As a result of analyzing the extracted and vectorized coastlines by overlaying them in chronological order, erosion and deposition occurring around the artificial structures and on the nearby beaches were observed. In this study, the effect of seasonal variation, tide, and various coastal management including the beach filling were not considered. Because coastal erosion is greatly affected by geographic factors, each local government must find its own solution. Continuous research and local data accumulation are required.

Single Line Theory를 적용한 안목 해변 잠제에 의한 해안선 변화 모델링

장연식(Yeon S. Chang),바스 후이스만(Bas Huisman),위베 데 보어(Wiebe de Boer),심재설(Jae seol Sim),로버트 멕컬(Robert McCall),도기덕(Ki deok Do),유제선(Je seon Yoo) 한국연안방재학회 2017 한국연안방재학회지 Vol.4 No.4

Since a submerged breakwater (SBW) was built and the beach was nourished at Anmok in the east coast of Republic of Korea at October, 2014, the shoreline in the lee of the SBW has accreted about 25 m during the first seven months after construction. The shoreline evolution showed two distinct patterns which were studied in this paper. A strong local accretion behind the submerged breakwater was observed in March 2015 and a smoother shoreline with accretion that extended up to Gangneung Harbor breakwater in May 2015. The UNIBEST coastline model (developed at Delft Hydraulics) was applied for the investigation of the observed shoreline undulation patterns which were generated by alongshore sediment transport gradients that were induced by the SBW and nourishment. Nearshore wave conditions were computed for this purpose at nine locations in the nearshore with the Delft3D-wave model. Two detailed wave scenarios with different crest height of the SBW were taken into account to represent the transmission of waves at the SBW which were validated with field measurements. The coastline model is able to reproduce the observed shoreline evolution patterns when wave transmission at the SBW is represented well, which is the case for a wave scenario with a lowered effective crest level of the SBW. Initially, accretion takes place predominantly at the northern side of the scheme, which was similar to the observed shoreline shape of the March 2015 situation. This local accretion is a result of the low sediment transport capacity behind the SBW due to sheltering of the wave energy, which initially hinders the redistribution of sediment to the South (i.e. area in-between Gangneung Harbor and SBW). After some months, a redistribution of sediment will take place behind the SBW which results in a smoother shoreline pattern which is similar to the May 2015 situation. The rate of change of the shoreline accretion is controlled by the absolute transport rates at the coast (i.e. wave energy), but is often of lesser importance since an adjustment towards a new shoreline equilibrium may take place within relatively short time scales (i.e. months to a few years). In addition to the wave energy, it was found that the relative angle of the incoming waves (α) is most relevant for the final shoreline shape. The shoreline evolution at future SWB structures may therefore be predicted by precisely estimating the α directly after construction of the SBW.

Analysis of Coastline Changes with GIS and Remote Sensing - A Case of the Western Coast of Kora -

Chayong Ku 국제동북아시아학회 2004 Journal of Northeast Asian Studies Vol.1 No.2

Coastal Erosion Problem, Modelling and Protection

Nihal Yılmaz,Lale Balas,Asu İnan 한국해양과학기술원 2015 Ocean science journal Vol.50 No.3

Göksu Delta, located in the south of Silifke County of Mersin on the coastal plain formed by Göksu River, is one of the Specially Protected Areas in Turkey. Along the coastal area of the Delta, coastline changes at significant rates are observed, concentrating especially at four regions; headland of İncekum, coast of Paradeniz Lagoon, river mouth of Göksu and coast of Altınkum. The coast of Paradeniz Lagoon is suffering significantly from erosion and the consequent coastal retreating problem. Therefore, the narrow barrier beach which separates Paradeniz Lagoon from the Mediterranean Sea is getting narrower, creating a risk of uniting with the sea, thus causing the disappearance of the Lagoon. The aim of this study was to understand the coastal transport processes along the coastal area of Göksu Delta to determine the coastal sediment transport rates, and accordingly, to propose solutions to prevent the loss of coastal lands in the Delta. To this end, field measurements of currents and sediment grain sizes were carried out, and wind climate, wave climate, circulation patterns and longshore sediment transport rates were numerically modeled by HYDROTAM-3D, which is a three dimensional hydrodynamic transport model. Finally, considering its special importance as an environmentally protected region, some coastal structures of gabions were proposed as solutions against the coastal erosion problems of the Delta. The effects of proposed structures on future coastline changes were also modeled, and the coastlines predicted for the year 2017 are presented and discussed in the paper.

A Comparative Study of Urban Coastline Change Involving Natural and Artificial Shores

최철웅(Choi Chul-Uong),김영섭(Kim Young-Seup),남광우(Nam Kwang-Woo) 대한국토·도시계획학회 2002 國土計劃 Vol.37 No.6

바다와 육지가 만나는 공간인 해안선은 국가적으로나 국지적으로 매우 중요한 공간정보이다. 한국 제1의 항구도시인 부산은 해운대, 광안리 해수욕장을 비롯해 약 10여 개의 크고 작은 해수욕장을 갖고 있으며 이들 두 해수욕장의 해안선만도 3㎞이상에 달한다. 대도시에 위치한 해수욕장은 수많은 시민들과 관광객에게 4계절 내내 여가와 휴식의 공간을 제공한다. 그러나 2000년을 기준으로 800만 명의 방문객을 갖고 있는 이들 해수욕장들은 매년 방문객이 증가하고 있는 가운데 바다모래의 유실이 발생하고 있다. 부산시에서는 그동안 바다모래의 유실을 방지하기 위해 매년 많은 양의 모래투입과 함께 모래유실방지를 위한 다각적 노력과 예산을 할당하고 있다. 이들 해수욕장의 해안선 변화에 대한 과학적 관찰결과는 해안선 관리를 위한 장기계획의 중요한 자료가 될 것이다. 본 연구는 해수욕장 주변에 많은 인공적 개발이 이루어진 광안리 해수욕장과 상대적으로 자연그대로의 모습을 갖고 있는 해운대 해수욕장을 대상으로 지난 50년간의 해안선 변화를 지역별로 비교 분석하였다. 이를 위해 3년 간격의 항공사진과 국립해양조사원의 부산항 수위관측자료를 GIS를 이용하여 정사항공사진을 제작한 후, DEM추출 및 공간분석을 실시하였다. 본 연구는 이러한 연구를 통해 해수욕장을 여러 개 지역으로 분할하여 해안선 변화를 비교 분석하였으며 이 과정에서 침식과 퇴적이 발생하는 위치와 그 면적과 너비 등의 변화를 측정하여 도시주요시설인 해수욕장 지역의 유지관리방안을 제시하였다.

새만금 연안역에서 HF radar에 의해 관측된 조하주기 표층해류의 변화

김창수,이상호,손영태,권효근,이광희,최병주,Kim, Chang-Soo,Lee, Sang-Ho,Son, Young-Tae,Kwon, Hyo-Keun,Lee, Kwang-Hee,Choi, Byoung-Hy 한국해양학회 2008 바다 Vol.13 No.1

서해 중부에 위치한 새만금 연안역에서 HF radar를 이용하여 2002년 7월과 2004년 9월부터 11월 초까지 표층해류를 관측하였다. 관측 자료로부터 조하주기대(subtidal) 표층해류가 해안선 변화, 바람과 담수 방류량의 변화에 대하여 시 공간적으로 어떻게 변동하는지 조사하였다. 2002년 7월 관측 기간 동안 바람이 약 0.5 m/s로 불었으며, 일 평균 금강 담수 방류량이 $0.88{\times}10^7$ 톤이었다. 시간평균된 표층해류($\overline{U}$)는 금강하구입구에서 $7{\sim}10\;cm/s$의 크기로 북서쪽으로, 방조제 개방구간에서 13 cm/s 이상의 크기를 갖고 서쪽으로, 고군산군도 북측에서는 북서방향의 분포를 보였다. 이는 금강 담수와 새만금 방조제 개방구간에서 유출된 조석 잔차류에 의해 형성된 흐름이다. 또한 를 제거한 표층해류의 공간평균치(<$U-\overline{U}$>)의 방향변화가 바람방향변화와 상대적으로 높은 상관관계(r=0.98)를 보였다. 2004년 9월부터 11월에는 북북서풍이 2.5 m/s로 불었으며, 일평균 담수 방류량이 $11.9{\times}10^7$ 톤이었다. 표층해류($\overline{U}$)는 대부분의 연안에서 크기가 작았고, 새만금 방조제와 고군산군도가 이루는 해안선을 따라서 약 10 cm/s의 상대적으로 빠른 해류가 남서방향으로 흘렀다. 이는 강한 북서풍이 금강 담수를 새만금 방조제 쪽으로 이동시켜 형성된 흐름이다. 2004년도에는 방조제 개방구간에서 유출되는 조석 잔차류가 없어졌으며, 공간평균(<U>)된 표층해류의 방향변화가 바람방향변화와 0.69의 상관관계를 보였다. Subtidal surface currents are derived from HF radar measurements in the Saemangeum coastal ocean of the Yellow sea in July 2002 and from September to November 2004. The surface current field is analyzed to examine the effect of wind, river plume and coastline change on the spatial distribution and temporal variation of the surface currents. In July 2002, average wind speed was 0.5 m/s and freshwater discharge from the Keum River was $0.88{\times}10^7\;ton/day$. Temporal mean currents ($\overline{U}$) flow to the northwest with speed of $7{\sim}10\;cm/s$ near the Keum River estuary, to the west as fast as 13 cm/s near the opening gap of the Saemangeum $4^{th}$ dyke, and to the northwest off the Gogunsan-archipelago. This flow pattern is a result of the Keum River plume dispersal and tide-residual currents from the opening gap of the Saemangeum $4^{th}$ dyke. Time series of spatially-averaged current (<$U-\overline{U}$>) direction is highly (r=0.98) correlated with wind direction. From September to November 2004, the opening gap of the Saemangeum $4^{th}$ dyke was closed, northwesterly wind blew with speed of 2.5 m/s on average and the Keum River discharge was $1.19{\times}10^7\;ton/day$. Temporal mean current field ($\overline{U}$) has weak surface flow in most of the coastal ocean and relatively strong currents flow to the southwest with speed of 10 cm/s along the shape coastline of the Gogunsan-archipelago and the Saemangeum $4^{th}$ dyke. The strong flow is generated by the prevailing northwesterly wind which pushes the Keum River plume toward the Saemangeum $4^{th}$ dyke. The residual currents from the opening gap of the Saemangeum $4^{th}$ dyke disappeared and correlation coefficient between time series of spatially-averaged current (<U>) direction and the wind direction is 0.69.