인공위성 원격탐사를 활용한 해양 양식장 탐지와 태풍 시기 변화 = Detection of Sea Farms Using Satellite Remote Sensing and Changes in Sea Farms during Typhoon Seasons

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 전 세계 수산물 수요의 증가에 따른 해양 양식업 확장의 가속화로 해양 양식업 기반의 해양 오염 문제에 대한 우려가 증가하고 있는 시점에, 이에 대한 모니터링으로 인공위성 원격탐사를 활용하여 해양 양식장을 탐지하고 태풍 시기 변화를 분석하였다. 유럽 우주국(ESA)과 유럽 연합(EU)에서 공동 운용하는 Sentinel-2A의 고해상도 광학 위성 영상 자료를 활용하였으며, 지수(Index) 산출, 현장 관측(In-situ Measurement) 결과를 기반으로 해양 양식장을 탐지하였다. 그러나 해양과 해양 양식장의 유사한 반사도로 인하여 해양으로부터 해양 양식장을 보다 정확하게 탐지할 알고리즘 개발의 필요성을 확인하였으며, 이에 해양과 해양 양식장의 공간 변동성을 활용하여 새 알고리즘을 개발하였다. 개발 알고리즘을 기반으로 해양 양식장을 탐지하고 정확도를 검증하였다. 이후 탐지된 결과를 바탕으로 태풍 시기 변화를 분석하였다. 태풍 시기 해양 양식장의 변화가 있었으며, 면적과 이동에 대한 변화를 추적하였다. 해양 양식장의 면적이 감소하였으며, 이동 방향이 태풍 풍향의 영향에 대한 가설과 부합하는 결과를 보였다. 따라서 해양 양식장의 면적 감소로부터 양식용 플라스틱 스티로폼 부표의 유실 가능성과 이동 방향으로부터 태풍의 영향에 대하여 추정할 수 있었다. 본 연구의 결과를 통해 해양 환경 보전을 위한 해양 양식장 관리 및 주기적인 모니터링의 필요성을 강조한다.

주요어 : 인공위성 원격탐사, 해양 양식장 탐지, 태풍 시기 변화
학 번 : 2022-20119

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The rapid expansion of the global sea farming industry in response to increased demand for seafood has raised growing concerns regarding marine pollution. This study addresses these concerns by detecting sea farms and analyzing their changes during typhoon seasons using satellite remote sensing. High-resolution optical satellite imagery data from Sentinel-2A, jointly operated by the European Space Agency (ESA) and the European Union (EU), were utilized for the analysis. Sea farms were detected based on index calculations and in-situ measurement results. However, there were cases where both the sea and sea farms were simultaneously detected due to their similar reflectance. For this reason, the need to develop a more accurate algorithm for detecting sea farms from the sea was confirmed, and a new algorithm was developed utilizing the spatial variability of the sea and sea farms. The sea farms were detected through the developed algorithm, and accuracy verification was conducted. Subsequently, the changes in typhoon seasons were analyzed based on the detected results. There were changes observed in sea farms during the typhoon seasons, and changes in both area and movement were monitored. The area of the sea farms decreased, and the direction in which the sea farms moved corresponded with the hypothesis regarding the direction of the typhoon winds. Therefore, it was possible to estimate the likelihood of the loss of plastic Styrofoam buoys used for sea farms from the decrease in the area of the sea farms and assess the impact of typhoons based on the movement direction of the sea farms. The results of this study emphasize the need for the management of sea farms and regular monitoring to conserve the marine environment.

목차 (Table of Contents)

• 초록 ⅰ
• List of Tables ⅳ
• List of Figures ⅳ
• 1. 서론 1
• 2. 연구 자료 6
• 2.1. Sentinel-2A 광학 영상 자료 6
• 2.2. 해양 실측 자료 9
• 2.2.1. 우리나라 연안 어장 정보 자료 9
• 2.2.2. 현장 관측(In-situ Measurement) 자료 10
• 2.3. 2019-2021년 태풍 자료 12
• 3. 연구 방법 15
• 3.1. Sentinel-2A 광학 영상 자료 전처리 15
• 3.2. RGB 합성 17
• 3.3. 지수(Index) 산출 18
• 3.4. 현장 관측(In-situ Measurement) 결과 활용 21
• 3.5. 해양 양식장 탐지 알고리즘 개발 22
• 3.6. 정확도 검증 26
• 4. 연구 결과 29
• 4.1. 지수(Index) 산출 기반 해양 양식장 탐지 29
• 4.2. 현장 관측(In-situ Measurement) 결과 기반 해양 양식장 탐지 32
• 4.3. 개발 알고리즘 기반 해양 양식장 탐지 34
• 4.4. 정확도 검증 43
• 4.4.1. 해양 양식장 탐지 결과 정성 평가 43
• 4.4.2. 해양 양식장 탐지 결과 정확도 검증 45
• 4.5. 태풍 시기 해양 양식장 변화 46
• 4.5.1. 태풍 시기 해양 양식장 면적 비교 46
• 4.5.2. 태풍 시기 해양 양식장 이동 가능성 48
• 5. 토의 52
• 5.1. 태풍 시기 해양 양식장 유실 가능성 52
• 5.2. 태풍 시기 영향 스티로폼 부표 56
• 5.3. 인공위성 원격탐사의 공간 해상도 58
• 6. 결론 59
• 참고문헌 60
• Abstract 79