분광복사계를 활용한 식생특성 분석 = Analysis of Vegetation Characteristics Using Spectro-radiometer

국문 초록 (Abstract)

빛의 파장은 자외선, 가시광선, 적외선 등 폭 넓은 파장으로 구성되어 있으며, 각종 특성 및 효과는 크게 달라진다. 따라서 빛을 이용한 기술은 각 파장마다의 특성, 효과 (분광특성; Spectral Characteristics)의 측정이 매우 중요하다. 분광특성이란 지구의 모든 물체는 각기 다른 성질과 상태에 따라 전자파에너지를 흡수, 반사 또는 투과하는 성질을 의미한다. 이 성질은 물질 고유의 전자파에너지에 대한 파장 특성을 말한다. 따라서 분광특성은 재료 및 물질의 구성성분, 구조, 기하하적 위치 등에 의해 서로 다른 특성을 나타낸다. 일반적으로 식생은 적색파장에 비해 근적외 파장에서 강하게 반사하고, 암반, 나지 및 수역은 적색파장과 근적외 파장에서 거의 같은 반사특성을 보인다. 원격탐사분야에서는 실험실이나 야외에서 다양한 지표물의 파장 특성을 측정하고 검증하기 위하여 분광복사계(Spectro-radiometer)를 사용하고 있다. 현장 분광특성 측정은 광범위한 파장대를 활용하여 물질의 기초자료 수집 및 라이브러리 구축, 위성 센서의 설계, 모니터링 하는 대상체에 적합한 정보추정 및 파장대 추출 등에 활용할 수 있다. 또한 현장 분광특성측정은 위성(항공)영상과 달리 대기의 영향이 거의 없기 때문에 영상의 검·보정을 위해서도 필요한 요소이다.
본 연구에서는 휴대용 UV-VIS-NIR Spectro-radiometer (PSR-2500, 측정 파장영역: 350∼2,500nm, 측정간격: 1.0∼6.3nm)를 사용하여 식생의 분광특성을 분석하였다. 전자파에너지는 계절별, 시간대별 태양복사에너지에 의해 달라지기 때문에 99%의 반사특성을 갖는 표준 백색판(BaSO4)을 이용하여 태양복사에너지의 변화에서 발생할 수 있는 오차를 최소화 하였다. 측정 대상은 아스팔트, 콘크리트, 나지, 벼, 대파, 잔디, 배추, 무의 8개이다. 측정 시기는 2014년 9월에 실시하였다. 대상체별 현장 분광특성은 1차 도함수 및 적분 해석을 통해 분석하였다. 그 결과 식생은 녹색파장인 500∼600nm에서 반사율 변화가 있었으며, 근적외 파장인 750∼1,000nm에서 비식생과 다른 특징을 보였다. 1차 도함수 분석 결과 Red-edge 파장인 680∼740nm에서 가장 큰 변동 특징을 보였다. 특히 분광반사는 식생 활력도가 높을수록 1차 도함수의 평균, 표준편차, 분산 등 통계량을 높게 하였다. 이러한 특징은 적분해석에서도 식생과 비식생의 차이가 뚜렷하였다. 식생의 활력이 높은 작물일수록 적분 값도 높은 경향을 보여 식생이 가지고 있는 반사특성을 잘 표현해 주었다. 본 연구에서는 현장 분광특성 측정을 통해 식생 특성을 분석하였으며, 이를 활용하여 농업분야 및 작물생육 상태 관련 원격탐사 센서의 기초 자료로 활용이 가능할 것이다.