조류항공영상을 제작하게 된 이유는 무엇인가요?

기존 국가 수질측정망의 지점(點)단위 직접 분석방식은 전반적인 조류 발생현황을 파악하기 위해 많은 시간과 인력이 필요한 반면, 원격 모니터링 기법은 항공기에서 촬영하는 영상 정보를 통해서 하천 전체 구간에 대한 조류의 분포 상황을 한눈에 알 수 있게 됩니다.

초분광 원격 모니터링 기술을 이용하면 낙동강 수계를 비롯한 광역 수체에서 동시다발적으로 발생 하는 녹조 분포 현황 및 정량을 육안으로도 쉽고 빠르게 확인할 수 있습니다.

초분광 :
우리 눈보다 더 세밀하게 빛의 특징을 감지할 수 있는 기법으로 물체의 반사특성을 그대로 감지할 수 있어 주로 광물탐사, 해양, 위조지폐 감별 등에 활용

항공영상 촬영과 현장 업무는 어떻게 이루어졌나요?

비가 오지 않고 최대한 구름이 없는 날을 기준으로 연간 약 20회 항공촬영이 이루어집니다.

항공촬영과 동시에 현장에서는 선박을 이용하여 해당 하천의 수표면 분광정보 및 수질분석을 위한 시료를 채취합니다.

촬영된 영상은 국립환경과학원이 개발한 원격모니터링 기법(15’~16’)을 통해 클로로필-a 와 피코시아닌 농도 지도로 제작되어 제공되고 있습니다.

4대강별 항공촬영 정보

수계		촬영일자		촬영 구간(km)	제공영상 *
낙동강		2015	7/4, 8/14, 9/8, 10/6	함안보~구미보 (160)	Chl-a / PC
		2016	6/2, 6/17, 8/11, 8/25, 9/8, 9/23
		2017	6/5, 8/12, 9/13, 9/14, 9/18, 9/19, 9/25, 10/21, 11/09, 11/21, 11/27
		2018	6/22, 7/17, 7/18, 8/2, 9/18, 10/4, 10/11, 10/25, 11/26
		2019	6/21, 6/25, 7/6, 8/2, 10/9
금강		2015	8/18, 9/9, 9/21	백제보~대청호 (120)	Chl-a / PC (예정)
		2016	8/5, 8/12, 8/24, 9/20, 10/6, 10/14
		2017	9/1, 9/15, 9/22, 10/25, 10/28, 11/11
		2018	7/20, 8/1, 9/5, 9/17, 10/12, 10/17, 10/24
		2019	7/4, 8/20, 9/17, 9/18, 9/24, 9/29, 9/30, 10/11, 10/19, 10/21, 10/27
한강	북한강	2015	7/3, 7/10, 8/11, 8/17, 8/24, 9/17	의암호~두물 (90)	Chl-a / PC (예정)
		2016	6/10, 10/11, 10/19
	한강하류	2015	9/4, 9/15, 9/22, 10/7	김포대교~잠실대교 (57)	Chl-a / PC (예정)
		2016	8/19
영산강		2016	9/13, 9/21	승촌보~죽산보 (76)	Chl-a / PC (예정)
		2017	7/27, 8/4, 9/2, 9/3, 9/21
		2018	4/29, 10/3, 10/19, 11/2, 11/20
		2019	10/20

*제공영상 : 피코시아닌 농도 추정 모형 개발에 따른 순차적 공개 (확대 적용 예정)

2014년 ~ 2015년 : Chl-a 추정 모형 개발

2015년 ~ 2016년 : Chl-a 추정 모형 개선 & PC 추정 모형 개발 (낙동강 대상)

2017년 : 낙동강 PC 모형 정확도 제고

2018년 : 금강, 영산강 PC 모형 개발

<항공 촬영 구간 (한강, 북한강, 낙동강, 금강, 영산강)>

항공영상 촬영 및 분광 분석에는 어떤 장비가 사용되었나요?

항공기에 고해상도 카메라와 초분광센서를 장착하여 해당 하천 구간 영상 자료를 얻고, 대상 하천 현장에서는 분광복사계를 이용하여 수표면에서 일어나는 분광 정보를 획득합니다.

촬영장비 정보

항공초분광센서		장비명 : AISA Eagle 분광범위 : 400 ~ 970nm 장착등 장비의 유지보수용이
항공기		장비명 : CESSNA 208 CARAVAN 운행시간 : 6H 30M 최대탑승인원 : 14인
고해상도 항공 디지털 카메라		장비명 : DMC 과업지역 녹조 발생 시 가시적인 분석 활용 AISA Eagle GSD 2m 촬영시 DMC GSD 30cm 급 영상 동시 취득
지상분광자료 취득센서		장비명 : Field spec 4 분광범위 : 350 ~ 2,500nm 지상분광자료 취득 목적
		장비명 : Fieldspec Handheld2 분광범위 : 325 ~ 1,075nm

조류항공영상은 어떻게 제작되었나요?

초분광센서는 일반 카메라와 달리 가시광선 영역(400~700nm)과 근적외선 영역(700~1,000nm) 파장대를 수백개의 구역(밴드)로 세분하여 관측함으로써 조류(藻類)가 빛에 반응하여 내놓은 특징적인 복사파장을 감지할 수 있습니다.

촬영된 조류의 초분광영상 정보와 동일 시간대에 현장에서 측정한 실제 조류의 양을 비교하여 관계모형을 개발하고, 매주 촬영되는 초분광영상 정보를 조류 농도로 전환하는 원리로 조류 농도영상이 생산됩니다.

시스템에서 공개되는 영상의 종류는 어떤 것이 있나요?

영상은 고해상도 디지털 카메라를 이용하여 촬영 된 영상, 그리고 초분광영상 및 분석 기법 적용을 통해 얻어진 클로로필 -a* 농도 영상 및 피코시아닌** 농도 영상이 있습니다.

* 클로로필-a

세균을 제외한 모든 광합성 생물에 존재하며, 클로로필-a는 특히 수계 환경 내의 식물 플랑크톤에서 가장 많이 존재.
총 인 등 화학적 성분들과 더불어 수체 내 부영양화에 대한 지표가 됨

** 피코시아닌

남조류에 함유된 남색 대표 색소로 빛에너지를 클로로필-a에 전달하여 광합성을 진행 시키는 역할.
피코시아닌과 함께 알로피코시아닌 및 피코에리트린을 포함하여 피코빌리단백질(phycobiliprotein)이라고 함

농도 영상으로부터 만곡부, 보 구간 과 같은 정체수역 및 오염지천 유입부 등 녹조가 대량 발생하는 구간을 한눈에 확인할 수 있습니다.

※ 일부 구간에서는 난반사나 구름으로 인해 영상에 보이지 않는 부분이 존재합니다.

초분광 영상을 이용하여 유해남조류 세포수를 파악할 수 있나요?

2016년 낙동강 수계에서 샘플링한 자료로부터 피코시아닌 농도와 남조류 총 세포수의 상관관계는 결정계수 0.88., RMSE 14,648 cells/mL로서 강한 선형관계가 있는 것으로 나타났습니다.

초분광 영상을 통해 얻어진 피코시아닌 농도 영상을 이용하여 아래 그래프의 선형회귀식에 적용하면 남조류 총 세포수를 추정할 수 있습니다. 단, 유해한 남조류에 대한 구분 여부는 남조류 속별 분리 분광실험 등을 통해 지속적인 연구 중에 있습니다.

* 환경부는 국내 서식하는 남조류 중 독성물질을 배출할 수 있는 것으로 알려진 4속(마이크로시스티스, 아나베나, 아파니조메논, 오실라토리아)을 유해남조류로 지정하여 관리중임

< 낙동강 피코시아닌 농도와 남조류 총 세포수간의 상관관계('16 ) >