KR101400924B1 - 원격탐사자료를 이용한 기름유출 감시 신뢰도를 높이는 기름유출 감시방법 - Google Patents

원격탐사자료를 이용한 기름유출 감시 신뢰도를 높이는 기름유출 감시방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기름유출 감시 신뢰도를 높이는 기름유출 감시방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 원격탐사기술을 통하여 해상의 기름유출을 감시하는데 있어서, 미리 시뮬레이션을 통해 산란모델링 테이블을 작성하고, 원격탐사자료 결과를 상기 산란모델링 테이블과 비교함으로써 기름유출 감시에 대한 신뢰도를 향상시킴으로써 잘못된 기름유출 알람(False Alarm)을 보내는 것을 방지하는 기름유출 감시방법에 관한 것이다.

Description

원격탐사자료를 이용한 기름유출 감시 신뢰도를 높이는 기름유출 감시방법{Method for Enhancement of Oil Spill Detectability Using Remote Sensing Technique}
본 발명은 기름유출 감시 신뢰도를 높이는 기름유출 감시방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 원격탐사기술을 통하여 해상의 기름유출을 감시하는데 있어서, 미리 시뮬레이션을 통해 산란모델링 테이블을 작성하고, 원격탐사자료 결과를 상기 산란모델링 테이블과 비교함으로써 기름유출 감시에 대한 신뢰도를 향상시킴으로써 잘못된 기름유출 알람(False Alarm)을 보내는 것을 방지하는 기름유출 감시방법에 관한 것이다.
일반적으로, 선박에는 엔진기관의 동력을 이용하여 추진되는 관계로 연료를 저장, 공급하기 위한 기름탱크가 구비되는데, 이러한 선박이 암초에 부딪히거나 다른 선박과의 충돌 등에 의하여 기름탱크가 파손되어 기름이 외부로 유출되는 일이 발생한다. 이러한 기름의 유출은 해양을 오염시켜 해양의 생태계를 파괴하고 연근해 자원을 고갈시키며 양식 어류들이 폐사시키는 등 심각한 문제를 발생시키며, 특히, 대형 선박, 유조선 등의 경우 상기와 같은 문제점이 더욱 심각하게 나타난다.
따라서, 상기와 같은 기름 유출에 의한 해양 오염을 줄이기 위하여 일반적으로 오일 펜스를 설치하여 기름의 확산을 억제하고, 유화제로 기름을 분해하여 침전시키는 대책 등이 수행하고 있다. 이러한 대책들을 수행하고, 기름의 확산 지역을 예상하기 위해서는 해양의 기름 유출 범위를 파악해야 한다.
해양의 기름 유출 범위를 파악하는 방법으로서, 일반적으로 항공기나 인공위성으로부터 촬영된 광학 이미지 사진을 이용하여 일반 해수의 색상과 기름 유출된 지역의 해수의 색상을 직접 눈으로 판독하여 구분하는 방법을 사용하고 있다. 그러나 관측영역 및 기상조건 등의 제약으로 인하여 실용화된 시스템은 거의 없다. 이와 같은 단점을 극복하기 위하여 유럽 등 선진국에서는 능동형 원격탐사기법을 도입하여 해상 감시체계를 구축, 운용 중에 있다.
하지만, 위성정보만을 이용하여 기름 탐지 및 경보를 발령하는 경우, 해양기상과 해수면에서 발생하는 다양한 현상에 의한 오류가 많이 발생하고 있다.
특히, 옅은 기름띠가 형성된 해수의 경우 일반 해수와 구분이 모호하거나 어려운 경우가 많고, 또한 기름이 유출된 해수와 일반 해수의 구분이 육안에 의한 판별로 이루어지기 때문에 상기 구분 과정에서 시간 및 비용이 발생하며, 기름 유출 범위를 대략적으로 해수의 색을 보고 판독하기 때문에 정확한 범위를 도출하지 못하고 기름이 유출된 대략적인 범위만을 예상하여 기름 유출에 대한 대책을 실행하고 있는 실정이다.
따라서, 최근에는 이러한 문제점을 보완하기 위하여 인공위성을 통한 원격탐사자료를 이용하여 기름유출을 감시하는 방법이 사용되고 있다. 이 방식은 인공위성을 통해 해당 영역에 대한 전파특성을 수신하고, 해당 영역의 전파특성을 분석하여 해당 영역에 대한 기름유출이 발생하였는지 여부를 판단하고, 기름유출이 발생하였다고 판단될 경우 기름유출 경보를 보내는 방식을 사용한다.
한편, 상기 원격탐사자료를 이용하여 기름유출을 감시하는 방식에서는 실제로는 기름유출이 아님에도 불구하고 기름유출이 발생했다고 보고하는 잘못된 알람(False Alarm)의 빈도수가 매우 빈번하다는 문제점이 있다.
또한, 원격탐사자료를 이용한 기름유출 감시방법은 인공위성을 통한 해당 영역의 전파 특성을 이용하여 기름유출 여부를 감시하는 것인데, 전파특성은 유출된 기름의 특성에 의해 달라질 뿐만 아니라, 바람이나 안개 등과 같은 기름 이외의 많은 다른 변수들에 의해서도 달라지기 때문에 실제로 기름띠가 아님에도 불구하고 바람이나 안개 등과 같은 다른 변수들에 의해 마치 기름유출이 발생한 경우와 동일한 전파특성이 발견될 수 있기 때문이다.
본 발명은 원격탐사자료를 이용하여 기름유출을 감시하는 경우, 잘못된 알람(False Alarm)의 빈도수를 최소화하기 위하여 연구 노력한 결과, 원격탐사자료를 이용한 기름유출 감시 신뢰도를 높이는 기름유출 감시방법의 기술적 구성을 개발하게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 미리 시물레이션을 통해 산란모델링 테이블을 작성하고, 원격탐사자료 결과를 상기 산란모델링 테이블과 비교함으로써 기름유출 감시에 대한 신뢰도를 향상시킬 수 있는 원격탐사자료를 이용한 기름유출 감시 신뢰도를 높이는 기름유출 감시방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 해상에서의 기름유출을 감시하는 기름유출 감시방법으로써, 위성 레이더의 레이더 주파수, 레이더 편파, 입사각에 따른 바다 표면에서의 후방산란계수를 포함하는 전파특성 정보를 복수 개의 값을 갖는 변수로 설정하고, 기름이 유출된 바다에서의 전파특성 정보를 수치해석적 이론모델인 산란 모델링 테이블로 생성하는 제 1단계; 특정 시간에 위성 레이더에 의해 실제 관측하는 관측지역의 영상정보 및 상기 영상정보에 대한 전파특성인 관측특성 정보를, 위성 레이더로부터 수신하는 제 2단계; 및 상기 산란 모델링 테이블 상의 전파특성 정보와 상기 관측특성 정보를 비교하여 상기 관측지역에서의 기름유출 여부 및 기름유출 후보영역을 도출하고, 상기 기름유출 후보영역이 도출될 경우에는 기름유출 경보로 발생시키는 제 3단계;를 포함하는 기름유출 감시방법을 제공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 특정 시간으로부터 일정 시간이 지난 후에, 상기 위성 레이더로부터 재수신된 영상정보 및 관측특성 정보를 상기 전파특성 정보와 비교하여 상기 관측지역에서의 기름유출 여부를 다시 도출하되, 기름입자 추적방법을 통하여 상기 관측지역에서 기름이 유출 혹은 이동되지 않은 것으로 도출된 경우에는 상기 기름유출 경보에 대해 잘못된 경보임을 알려주는 제 4단계;를 더 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 산란 모델링 테이블은, 유전율이 높은 불규칙적인 바다 표면 및 상기 바다 표면 위에 위치하는 유전율이 낮은 기름층을 생성하고, 상기 바다 표면의 거친 정도, 상기 기름층의 두께, 상기 기름층의 유전율, 위성 레이더의 레이더 주파수, 위성 레이더의 레이더 편파 및 위성 레이더의 입사각을 서로 다른 값의 변수로 설정하여, 다양한 양상의 기름 유출 바다에 대한 레이더 후방산란계수를 계산하여 생성된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제 3단계는, 상기 산란 모델링 테이블에서의 레이더 주파수, 레이더 편파, 입사각 및 후방산란계수를, 상기 관측특성 정보에서의 레이더 주파수, 레이더 편파, 입사각 및 후방산란계수와 각각 매칭하여 소정 임계치 이내의 값인지를 비교한다.
본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 가진다.
먼저, 본 발명의 일실시예에 따른 기름유출 감시에 의하면, 미리 시뮬레이션을 통해 산란 모델링 테이블을 작성하고, 원격탐사자료 결과를 상기 산란 모델링 테이블과 비교함으로써 기름유출 감시에 대한 신뢰도를 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 기름유출 감시에 의하면, 한번 기름유출이 발생하였다는 경보를 보낸 경우에도, 일정 시간이 지난 후에 원격탐사자료와 산란 모델링 테이블을 비교하는 과정을 반복함으로써 기름유출 감시에 대한 신뢰도를 한번 더 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 기름유출 감시방법을 나타내는 순서도.
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면에 도시된 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.
그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 기름유출 감시방법은 실질적으로 전파특성 정보를 포함하는 산란 모델링 테이블을 컴퓨터 상에서 생성하고, 산란 모델링 테이블 상의 전파특성 정보와 위성 레이더로부터 수신된 관측특성 정보를 컴퓨터 상에서 비교할 수 있는 프로그램에 의해 수행된다.
또한, 상기 프로그램은 프로그램 명령, 로컬 데이터 파일, 로컬 데이터 구조 등이 단독 또는 조합으로 구성된 프로그램일 수 있고, 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라, 인터프리터 등을 사용하여 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 고급 언어 코드로 짜여진 프로그램일 수 있다.
또한, 상기 프로그램은 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체에 저장되어 컴퓨터로 읽혀짐으로써 그 기능을 수행하고, 상기 매체는 본 발명을 위하여 특별히 설계되어 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야에서 통상의 지식을 가진 자에서 공지되어 사용 가능할 것일 수 있으며, 예를 들면, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD, DVD와 같은 광 기록 매체, 자기 및 광 기록을 겸할 수 있는 자기-광 기록 매체, 롬, 램, 플래시 메모리 등 단독 또는 조합에 의해 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치일 수 있다.
또한, 상기 프로그램은 상기 매체에 의해 컴퓨터에 읽혀질 수 있는 것뿐만 아니라, 인트라넷이나 인터넷 등의 통신망을 통해 정보를 전송할 수 있는 서버 시스템에 저장되어 컴퓨터로 전송될 수도 있고, 상기 서버 시스템에서 상기 프로그램을 컴퓨터로 전송하지 않고 컴퓨터가 상기 서버 시스템으로 접근하여 상기 서버 시스템상에서 상기 프로그램을 수행할 수 있는 플랫폼을 제공할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 기름유출 감시방법을 나타내는 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 기름유출 감시방법은, 해상에서의 기름유출을 감시하기 위한 것으로, 특히, 바다에서 기름이 유출된 영역인 기름유출 영역을 정확하고 높은 신뢰도를 가질 수 있도록 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 기름유출 감시방법은, 먼저, 산란 모델링 테이블을 생성하게 된다. 여기서, 상기 산란 모델링 테이블은, 기름이 유출된 바다 표면에서의 전자파 산란을 수치해석적 이론모델로 생성한 것으로, 유출된 기름에 의한 위성 레이더의 후방산란계수를 계산하게 된다.
또한, 상기 산란 모델링 테이블은 위성 레이더의 레이더 주파수, 레이더 편파, 입사각에 따른 바다 표면에서의 후방산란계수를 복수 개의 값을 갖는 변수로 설정하여, 다양한 양상을 갖는 기름 유출 영역에 대한 산란 모델을 계산하며, 예컨대, 상기 산란 모델링 테이블은 상기 레이더 주파수, 상기 레이더 편파 및 상기 입사각을 서로 다른 변수로 적용하여 미리 시뮬레이션되어 상기 후방산란계수를 산출한 데이터베이스 테이블일 수 있다. 여기서, 상기 레이더 주파수, 상기 레이더 편파, 상기 입사각 및 상기 후방산란계수는 위성 레이더에 대한 전파특성 정보로 정의할 수 있다.
구체적으로, 상기 산란 모델링 테이블은, 유전율이 높은 불규칙적인 바다 표면 및 상기 바다 표면 위에 위치하는 유전율이 낮은 기름층을 생성하고, 상기 바다 표면의 거친 정도, 상기 기름층의 두께, 상기 기름층의 유전율, 위성 레이더의 레이더 주파수, 위성 레이더의 레이더 편파 및 위성 레이더의 입사각을 서로 다른 값의 변수로 설정하여, 다양한 양상의 기름 유출 바다에 대한 레이더 후방산란계수를 계산하여 생성될 수 있다.
이때, 상기 산란 모델링 테이블을 생성하기 위해 수학적인 계산을 수행할 때에는 다양한 수치해석 방법을 이용하여 상기 후방산란계수가 도출할 수 있을 것이다(S1000).
다음, 위성 레이더에서 특정 시간에 실제로 관측된 원격탐사자료를 수신하게 되는데, 상기 원격탐사자료는 상기 위성 레이더가 실제로 관측하는 지역인 관측지역에 대해 영상정보 및 상기 영상정보에 대한 전파특성인 관측특성 정보일 수 있다.
또한, 상기 관측특성 정보는, 위성 레이더의 레이더 주파수, 위성 레이더의 레이더 편파, 위성 레이더의 입사각 및 상기 입사각에 따른 바다 표면에서의 후방산란계수를 포함하게 되며, 상기 산란 모델링 테이블의 전파특성 정보와의 차이점은 실질적으로 관측된 정보인 점에서 그 차이가 있다.
또한, 상기 위성 레이더는 다양하게 구비될 수 있으나, 바람직하게는 합성개구레이더(SAR)로 구비될 수 있으며, 또한, 상기 위성 레이더에서 실제 관측된 상기 영상정보는 SAR 영상일 수 있다(S2000).
다음, 상기 위성 레이더가 관측한 관측지역에서의 기름유출 여부에 따라 기름유출 경보를 발생시키게 되는데, 상기 관측지역에서의 기름유출 여부는 상기 관측특성 정보를 상기 산란 모델링 테이블 상의 전파특성 정보와 비교하여 도출할 수 있다.
여기서, 상기 위성 레이더의 영상정보 상의 각 픽셀에 대한 관측특성 정보가 상기 산란 모델링 테이블 상의 전파특성 정보와 소정 임계치 이내로 유사한 값을 갖는지를 비교하게 된다. 한편, 상기 위성 레이더가 실제 관측한 특정 좌표의 관측특성 정보를 상기 전파특성 정보와 비교할 수도 있다.
또한, 상기 관측특성 정보와 상기 전파특성 정보를 비교할 때에는, 상기 산란 모델링 테이블에서의 레이더 주파수, 레이더 편파, 입사각 및 후방산란계수와, 상기 관측특성 정보에서의 레이더 주파수, 레이더 편파, 입사각 및 후방산란계수와 각각 매칭하는 방식으로 비교할 수 있다. 또한, 상기 관측특성 정보와 상기 전파특성 정보를 비교하는 다른 방식은, 각각의 후방산란계수를 매칭하여 비교할 수도 있다.
또한, 상기 관측특성 정보와 상기 전파특성 정보를 비교하여 기름이 유출된 소정의 영역들을 기름유출 후보영역으로 도출하게 되는데, 상기 기름유출 후보영역을 도출할 시 해양의 기상정보, 해류정보 등의 다양한 정보를 더 대응시켜서 도출할 수도 있다.
따라서, 원격감시자료인 상기 관측특성 정보와, 시뮬레이션된 정보인 상기 전파특성 정보를 서로 비교하여 상기 기름유출 후보영역을 도출함에 따라, 기름이 유출된 영역을 정확하게 탐지할 수 있고 기름유출 감시에 대한 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 기름유출 후보영역이 도출될 경우에는 기름유출 경보로 발생시키게 되며, 상기 기름유출 경보는 해상에서의 기름유출에 대응할 수 있는 소정의 관리기관으로 전송될 수 있다(S3000).
다음, 상기 관측지역에 대한 관측특성 정보와 상기 전파특성 정보를 다시 비교하게 되는데, 상기 관측지역에 대한 영상정보 및 관측특성 정보는 상기 특정 시간보다 일정 시간 이후에 측정된 것으로 이루어진다.
또한, 상기 위성 레이더로부터 상기 관측지역에 대해 상기 일정 시간 이후에 측정된, 영상정보 및 관측특성 정보가 재수신되며, 이를, 상기 산란 모델링 테이블 상의 전파특성 정보와 재비교하여 상기 관측지역에서의 기름유출 여부 및 기름유출 후보영역을 다시 도출하게 된다. 이때, 기름입자 추적방법을 통하여 상기 관측지역에서 기름이 유출 혹은 이동되었는지를 판단할 수 있다.
또한, 바람이나 안개 등과 같은 기름 이외의 변수들에 의해서 기름유출 후보영역이 도출된 경우에는, 일정 시간이 지나면 기름유출 여부를 판단하였을 때 기름이 유출되지 않은 것으로 도출되게 된다.
또한, 상기 특정 시간에 기름유출 후보영역이 도출되었으나, 상기 특정 시간에서 일정 시간이 지나서 상기 관측지역에서 기름이 유출되지 않은 것으로 도출되거나, 기름유출 후보영역이 도출되지 않는 경우에는 기름유출 경보가 잘못된 경보임을 소정의 관리기관으로 알려주게 된다(S4000).
따라서, 일정 시간이 지난 후의 원격탐사자료와 산란 모델링 테이블을 비교하는 과정을 반복하여, 기름유출 감시에 대한 신뢰도를 한번 더 향상시킬 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

Claims (4)

  1. 해상에서의 기름유출을 감시하는 기름유출 감시방법으로써,
    위성 레이더의 레이더 주파수, 레이더 편파, 입사각에 따른 바다 표면에서의 후방산란계수를 포함하는 전파특성 정보를 복수 개의 값을 갖는 변수로 설정하고, 기름이 유출된 바다에서의 전파특성 정보를 수치해석적 이론모델인 산란 모델링 테이블로 생성하는 제 1단계;
    특정 시간에 위성 레이더에 의해 실제 관측하는 관측지역의 영상정보 및 상기 영상정보에 대한 전파특성인 관측특성 정보를, 위성 레이더로부터 수신하는 제 2단계; 및
    상기 산란 모델링 테이블 상의 전파특성 정보와 상기 관측특성 정보를 비교하여 상기 관측지역에서의 기름유출 여부 및 기름유출 후보영역을 도출하고, 상기 기름유출 후보영역이 도출될 경우에는 기름유출 경보로 발생시키는 제 3단계;를 포함하는 기름유출 감시방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 특정 시간으로부터 일정 시간이 지난 후에, 상기 위성 레이더로부터 재수신된 영상정보 및 관측특성 정보를 상기 전파특성 정보와 비교하여 상기 관측지역에서의 기름유출 여부를 다시 도출하되, 기름의 이동방향추정을 통하여 상기 관측지역에서 기름이 유출 혹은 이동되지 않은 것으로 도출된 경우에는 상기 기름유출 경보에 대해 잘못된 경보임을 알려주는 제 4단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기름유출 감시방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 산란 모델링 테이블은,
    기름보다 유전율이 높은 불규칙적인 바다 표면 및 상기 바다 표면 위에 위치하여 상기 바다표면보다 유전율이 낮은 기름층을 생성하고, 상기 바다 표면의 거친 정도, 상기 기름층의 두께, 상기 기름층의 유전율, 위성 레이더의 레이더 주파수, 위성 레이더의 레이더 편파 및 위성 레이더의 입사각을 서로 다른 값의 변수로 설정하여, 다양한 양상의 기름 유출 바다에 대한 레이더 후방산란계수를 계산하여 생성된 것을 특징으로 하는 기름유출 감시방법.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 제 3단계는, 상기 산란 모델링 테이블에서의 레이더 주파수, 레이더 편파, 입사각 및 후방산란계수를, 상기 관측특성 정보에서의 레이더 주파수, 레이더 편파, 입사각 및 후방산란계수와 각각 매칭하여 소정 임계치 이내의 값인지를 비교하는 것을 특징으로 하는 기름유출 감시방법.
KR1020120123501A 2012-11-02 2012-11-02 원격탐사자료를 이용한 기름유출 감시 신뢰도를 높이는 기름유출 감시방법 KR101400924B1 (ko)

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