GOCI 근적외선 채널을 활용한 화산재 퇴적지역 탐지

선종선,이원진,박순천,이덕기 대한원격탐사학회 2018 大韓遠隔探査學會誌 Vol.34 No.6

The volcanic ash can spread out over hundreds of kilometers in case of large volcanic eruption. The deposition of volcanic ash may induce damages in urban area and transportation facilities. In order to respond volcanic hazard, it is necessary to estimate efficiently the diffusion area of volcanic ash. The purpose of this study is to compare in-situ volcanic deposition and satellite images of the volcanic eruption case. In this study, we used Near-Infrared (NIR) channels 7 and 8 of Geostationary Ocean Color Imager (GOCI) images for Mt. Aso eruption in 16:40 (UTC) on October 7, 2016. To estimate deposit area clearly, we applied Principal Component Analysis (PCA) and a series of morphology filtering (Eroded, Opening, Dilation, and Closing), respectively. In addition, we compared the field data from the Japan Meteorological Agency (JMA) report about Aso volcano eruption in 2016. From the results, we could extract volcanic ash deposition area of about 380 km2. In the traditional method, ash deposition area was estimated by human activity such as direct measurement and hearsay evidence, which are inefficient and time consuming effort. Our results inferred that satellite imagery is one of the powerful tools for surface change mapping in case of large volcanic eruption. 대규모의 화산이 분출하면 화산재는 수 킬로미터 이상 퍼져 나갈 수 있고 도시 지역과 교통수단에 피해를 줄 수 있다. 이러한 화산 재해에 대응하기 위해서는 화산재의 확산 면적을 효율적으로 추정할 필요가 있다. 이 연구에서는 2016년 10월 7일 16시 40분(UTC) 일본의 아소산 분화의 관측 자료와 위성 영상의 분석 결과를 비교하였다. 정지궤도 천리안 위성 GOCI(Geostationary Ocean Color Imager) 센서의 근적외선(Near-Infrared) 채널로 주성분 분석과 임계값 설정 방법 및 일련의 형태학적 필터링(Eroded, Opening, Dilation, Closing)을 각각 적용하였다. 또한, 2016년 아소산 분화에 관한 일본 기상청(JMA)의 보고서에 명시된 현장 관측 자료를 비교하였다. 그 결과, 약 380 km2의 화산재 퇴적 지역을 위성영상으로 탐지하였다. 전통적인 방법에서의 화산재 퇴적 지역 탐지는 직접 측정 및 소문 증거와 같은 인간 활동에 의해 추정되었지만 이는 비효율적이며 시간소모적이다. 하지만 이 연구를 통해 분연주 높이가 높거나 분화지수가 큰 화산 분화의 피해 지역을 신속하게 추출할 수 있으며 지표 변화 분포도를 작성하여 화산 활동으로 인한 피해 정책 수립 등 다양한 방면으로 활용 가능하다.

위성영상으로 확인된 한반도 방향 화산재 확산 사례 분석

선종선,안재광,이하성,황의홍,이덕기 한국방재학회 2020 한국방재학회논문집 Vol.20 No.3

화산 폭발은 예측이 어려운 자연재해 중 하나로 분화시 화산 인근 지역은 마그마로 인한 치명적인 인명, 재산 피해를 야기시키고, 주변 국가에는 화산재의 확산으로 대기 및 토양 오염에 의한 2차 피해가 발생한다. 한반도 주변에는 화산 분화지수(VEI) 4 이상의 폭발로 장거리 화산재 확산이 가능한 활화산이 존재한다. 이 중 일본에 있는 화산이 갑작스럽게 분화할 경우 항공, 인체 등 한반도에까지 화산재로 인한 영향을 끼칠 수 있다. 이에 기상청에서는 위성영상을 활용한 화산재 확산 예측 및 감시 기술을 개발 중이다. 국내의 경우 화산 분화시 화산재 확산범위 예측을 위한 경험적 모델이 활용되고 있으나, 정확한 예측 정보 생산을 위한 지속적인 개선이 필요한 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 일본에서 분화한 화산 중 한반도 방향으로 화산재가 확산된 사례를 수집하고, 위성영상을 이용하여 실제 확산 거리를 분석하였다. 최근 4년 동안 일본에서 분화한 화산 3,880건 중 한반도 방향으로 분화한 분연주 높이와 확산 거리가 확인 가능한 자료는 111건으로 집계되었다. 추가로 실제 화산 분화 사례를 시뮬레이션하여 수치해석적 분석 가능성을 검토하였다. A volcanic eruption is a kind of global natural disaster that can occur suddenly and cause great damage to humankind. During the eruption, the magma causes fatal damage to life and property in areas near the volcano, and nearby countries are affected by the spread of volcanic ash, causing secondary damage due to air and soil pollution. Near the Korean peninsula, there exists an active volcano that can spread volcanic ash over long distances by erupting above Volcanic Explosivity Index (VEI) 4. Volcanoes in Japan have been known to cause considerable volcanic ash damage on the Korean Peninsula during eruption. Accordingly, the Korea Meteorological Administration is developing technology to predict and monitor volcanic ash spread using satellite images. However, despite the fact that empirical models for volcanic ash diffusion range prediction are used during volcanic eruptions, continuous improvement is needed for accurate information prediction. In this study, satellite images were analyzed not for the predicted distance of volcanic ash clouds, but for the actual distance of volcanic ash dispersion in cases where the volcanic ashes dispersed in the direction of the Korean peninsula. Of the 3,880 volcanoes that erupted in Japan over the last four years, 111 cases were identified where the height and spread distance of the volcanic ash that erupted toward the Korean Peninsula can be confirmed. In addition, the actual volcanic eruption cases and modeling results were analyzed to determine the extent of volcanic ash spread, and a hypothetical scenario was tested to quantify the direct damage of the volcanic ash. From the analysis of the volcanic ash spread through the virtual simulations, it was found that the height of the volcanic ash, the direction of the wind, and wind speed during volcanic eruption were important factors.

한반도 중파장적외선 지표 복사율 분포 연구

선종선 ( Jongsun Sun ),박욱 ( Wook Park ),원중선 ( Joong-sun Won ) 대한원격탐사학회 2016 大韓遠隔探査學會誌 Vol.32 No.5

Surface emissivity and its background values according to each sensor are mandatorily necessary for Mid-Wavelength Infrared (MWIR) remote sensing to retrieve surface temperature and temporal variation. This study presents the methods and results of Land Surface Emissivity (LSE) of the MWIR according to land cover over the Korean Peninsula. The MWIR emissivity was estimated by applying the Temperature Independent Spectral Indices (TISI) method to the Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS) band 4 Day/Night images (3.74 μm in center wavelength). The obtained values were classified according to land-cover types, and the obtained emissivity was then compared with those calculated from a standard Advanced Spaceborne Thermal Emission Reflection Radiometer (ASTER) spectral library. The annual means of MWIR emissivity of Deciduous Broadleaf Forest (0.958) and Mixed Forest (0.935) are higher than those of Croplands (0.925) and Natural Vegetation Mosaics (0.935) by about 2-3%. The annual mean of Urban area is the lowest (0.914) with an annual variation of about 2% which is by larger than those (1%) of other land-covers. The TISI and VIIRS based emissivity is slightly lower than the ASTER spectral library by about 2-3% supposedly due to various reasons such as lack of land cover homogeneity. The results will be used to understand the MWIR emissivity properties of the Korean Peninsula and to examine the seasonal and other environmental changes using MWIR images.

고해상도 위성영상을 활용한 북한 6차 핵실험 이후 지표변화 관측

이원진,선종선,정형섭,박순천,이덕기,오관영 대한원격탐사학회 2018 大韓遠隔探査學會誌 Vol.34 No.6

On September 3rd 2017, strong artificial seismic signals from North Korea were detected in KMA (Korea Meteorological Administration) seismic network. The location of the epicenter was estimated to be Punggye-ri nuclear test site and it was the most powerful to date. The event was not studied well due to accessibility and geodetic measurements. Therefore, we used remote sensing data to analyze surface changes around Mt. Mantap area. First of all, we tried to detect surface deformation using InSAR method with Advanced Land Observation Satellite-2 (ALOS-2). Even though ALOS-2 data used L-band long wavelength, it was not working well for this particular case because of decorrelation on interferogram. The main reason would be large deformation near the Mt. Mantap area. To overcome this limitation of decorrelation, we applied offset tracking method to measure deformation. However, this method is affected by window kernel size. So we applied various window sizes from 32 to 224 in 16 steps. We could retrieve 2D surface deformation of about 3 m in maximum in the west side of Mt. Mantap. Second, we used Pleiadas-A/B high resolution satellite optical images which were acquired before and after the 6th nuclear test. We detected widespread surface damage around the top of Mt. Mantap such as landslide and suspected collapse area. This phenomenon may be caused by a very strong underground nuclear explosion test. High-resolution satellite images could be used to analyze non-accessible area. 2017년 9월 3일 북한에서 발생한 인공지진 신호가 기상청 지진관측망에 관측되었다. 진앙은 풍계리 핵실험 지역으로 지금까지의 실험 중 가장 강력한 실험이었다. 직접적 접근이 제한되는 상황에서 6차 핵실험에 의한 주변 지표변화 연구를 위해 고해상도 위성 자료를 활용하였다. 우선, 지표변위 관측을 위해 ALOS-2 위성 자료를 활용하여 레이더 간섭기법(InSAR: SAR Interferometry)을 적용하였다. 하지만 6차 핵실험 주변 지역의 대규모 지표변위와 강한 진동으로 인해 낮은 긴밀도(coherence) 값을 지니며 레이더 간섭도가 생성되지 않았다. 이는 강한 진동으로 인한 표면의 변화와 레이더 간섭도가 생성 가능한 최대 지표변위 관측 범위보다 큰 변위가 발생했기 때문으로 추정되며 이러한 한계를 극복하기 위해 오프셋 트래킹(Offset Tracking) 방법을 활용하였다. 오프셋 트래킹 방법은 6차 핵실험 전·후 위성 영상레이더의 강도 영상(Intensity)에 대한 교차상관기법(Cross- Correlation)을 이용하는 것으로 상관관계 추정을 위해 사용된 윈도우 크기에 따라 결과가 달라지는 단점이 존재한다. 본 연구에서는 32부터 224까지 16단계로 윈도우 크기를 변화시키고 그 결과의 통계적 처리 후 지표변위를 생성하였다. 그 결과, 6차 핵실험 장소를 기준으로 만탑산 서쪽 지역에서 최대 3 m의 지표변위를 관측하였다. 또한, 고해상도 광학 영상을 활용하여 6차 핵실험에 의한 산사태 및 함몰지역으로 추정되는 지역을 확인하였다. 이러한 현상은 매우 강력한 지하 핵실험에 의한 것으로 판단되며 기존 음파 및 지진파를 이용한 핵실험 분석뿐만 아니라 고해상도 위성영상을 활용하여 비접근 지역에 대한 보조 분석 자료로 활용이 가능 할 것이다.

천리안 위성영상(MI)과 Landsat-8 위성영상(OLI, TIRS)을 이용한 화산재 정보 산출: 사쿠라지마 화산의 사례연구

최윤호,이원진,박순천,선종선,이덕기,Choi, Yoon-Ho,Lee, Won-Jin,Park, Sun-Cheon,Sun, Jongsun,Lee, Duk Kee 대한원격탐사학회 2017 大韓遠隔探査學會誌 Vol.33 No.5

화산재는 화산쇄설물 중 2 mm 이하의 크기를 가지는 작은 미세 암편으로 화산 분화 이후 낙하에 의해 여러 가지 피해를 가져온다. 화산재 피해는 운송업과 생산업 그리고 동 식물 및 인간의 호흡기 활동에 영향을 줄 수 있다. 따라서 이러한 화산재의 피해를 예방하기 위해서는 화산재 확산 정보가 중요하며 광범위하게 확산되는 화산재 관측은 위성을 활용하는 것이 효과적이다. 본 연구에서는 일본 사쿠라지마 화산의 두 번의 분화 사례를 연구하였으며 정지궤도 위성인 천리안 위성(Communication, Ocean and Meteorological Satellite: COMS)의 기상 탑재체(Meteorological Imager: MI) 영상과 극궤도 위성인 Landsat-8의 Operational Land Imager (OLI), Thermal InfraRed Sensor (TIRS) 영상을 활용하여 화산재 확산 정보를 산출하였다. COMSMI 영상으로부터 화산재 화소를 추출하여 화산재의 확산 방향과 속도를 분석하였으며, Landsat-8 영상에 대하여 그림자 측정법을 적용하여 화산재 높이를 산출하였다. 또한 본 연구에서 산출된 결과를 도쿄 화산재 주의보센터(Volcanic Ash Advisories center: VAAC)와 비교하였다. 비교 결과, 화산재 확산의 방향은 두 연구에서 모두 유사한 방향으로 산출되었으나 화산재 속도는 화산재주의보센터에서 제공되는 속도에 비해 약 4배 느리게 산출되었다. 또한, 화산재 높이는 화산재 주의보센터 정보에서는 단일 값으로 제공되지만 본 연구에서는 화산재 확산위치에 따라 다르게 관측됨을 확인하였다. VAAC의 경우 화산 분화의 빠른 대응을 위해 분화구 주변 지역에 대해 대략적 값을 산정하지만 본 연구에서는 화산재 확산이 중요하기 때문에 실제 화산재 확산이 관측된 다양한 영상으로부터 화산재가 확산된 전체 지역에 대한 정보를 산출하였기 때문에 차이가 발생하였을 것으로 판단된다. 대규모 분화가 발생할 경우 한반도에 미치는 영향을 확인하기 위해서는 화산재 확산 관측이 중요하다. 본 연구를 통해 서로 다른 특성을 지니는 위성영상을 활용하여 화산재가 확산된 전체 영역에 대해 다양한 정보를 산출하는데 활용될 수 있을 것이다. Volcanic ash is a fine particle smaller than 2 mm in diameters. It falls after the volcanic eruption and causes various damages to transportation, manufacturing industry and respiration of living things. Therefore diffusion information of volcanic ash is highly significant for preventing the damages from it. It is advantageous to utilize satellites for observing the widely diffusing volcanic ash. In this study volcanic ash diffusion information about two eruptions of Mt. Sakurajima were calculated using the geostationary satellite, Communication, Ocean and Meteorological Satellite (COMS) Meteorological Imager (MI) and polar-orbiting satellite, Landsat-8 Operational Land Imager (OLI) and the Thermal InfraRed Sensor (TIRS). The direction and velocity of volcanic ash diffusion were analyzed by extracting the volcanic ash pixels from COMS-MI images and the height was retrieved by adjusting the shadow method to Landsat-8 images. In comparison between the results of this study and those of Volcanic Ash Advisories center (VAAC), the volcanic ash tend to diffuse the same direction in both case. However, the diffusion velocity was about four times slower than VAAC information. Moreover, VAAC only provide an ash height while our study produced a variety of height information with respect to ash diffusion. The reason for different results is measured location. In case of VAAC, they produced approximate ash information around volcano crater to rapid response, while we conducted an analysis of the ash diffusion whole area using ash observed images. It is important to measure ash diffusion when large-scale eruption occurs around the Korean peninsula. In this study, it can be used to produce various ash information about the ash diffusion area using different characteristics satellite images.

공간정보 기반의 국내 화산재 피해 분야와 아소산 화산재 모의 확산 시나리오를 활용한 화산재 누적 피해 분석

백원경,김미리,한현경,정형섭,황의홍,이하성,선종선,장은철,이명진 대한원격탐사학회 2019 大韓遠隔探査學會誌 Vol.35 No.6

Estimating damage in each sector that can be caused by volcanic ash deposition, is very important to prepare the volcanic ash disaster. In this study, we showed predicted-Korean-volcanic-ash damage of each sector by using volcanic ash diffusion simulation and spatial-data-based volcanic ash damage sector in previous study. To this end, volcanic ash related base maps were generated by collecting and processing spatial information data. Finally, we showed Korean-volcanic-ash-deposition damages by sector using the collected Mt. Aso volcanic ash scenarios via overlapping analysis. As a result, volcanic-ash-related damages were expected to occur in the 162 and 134 districts for each Aso volcanic ash scenarios, since those districts exceeds the minimum volcanic ash damage criterion of 0.01 mm. Finally, we compared possible volcanic ash damages by sectors using collected and processed spatial data, after selecting administrative districts (Scenario 190805- Kangwon-do, Kyungsangbuk-do; Scenario 190811-Chuncheon-si, Hongcheon-si) with the largest amount of volcanic ash deposition. 화산재 누적에 따라 발생할 수 있는 각 분야별 피해를 산정하는 것은 화산재 재해를 대비하는 측면에서매우 중요하다. 본 연구에서는 기존 연구에서 제시된 공간정보 기반의 국내 화산재 피해 분야에 대하여 아소산화산재 모의 확산 시나리오를 적용하여 각 분야에서 발생할 수 있는 화산재 피해의 정도를 나타냈다. 이를 위하여 기존의 사례 연구를 통하여 제시된 국내 화산재 피해 분야와 관련된 공간정보 자료를 수집하고 가공함으로써 화산재 피해 기반자료를 생성하였다. 수집된 두 개의 아소산 화산 모의 분화 시나리오를 활용하여 중첩분석을 통해 분야별 피해를 나타냈다. 그 결과 각 분화 시나리오에 대하여 162개, 134개 시군구에서 강회 피해 최소 기준인 0.01 mm 이상의 강회량에 따라 피해가 발생할 것으로 예상되었다. 가장 강회량이 많은 행정구역(시나리오 190805-강원, 경북; 시나리오 190811-춘천, 홍천)을 선정하여 발생 가능한 분야별 피해의 정도를 수집· 가공한 공간정보 자료를 활용하여 서로 비교하였다.

위성 레이더영상을 이용한 북한 핵실험 이후 풍계리 및 백두산 지역의 지표변화 관측

이원진(Won-Jin Lee),박순천(Sun-Cheon Park),이덕기(Duk Kee Lee),선종선(Jong Sun Sun),정형섭(Hyung-Sup Jung) 대한지질학회 2017 대한지질학회 학술대회 Vol.2017 No.10