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"인공위성 자료 분석해 가뭄·폭염·산불 실시간 모니터링"

송고시간2017-10-03 06:30

UNIST 임정호 교수…인공위성 활용 원격탐사 연구 기여

신기한 인공위성
신기한 인공위성

[연합뉴스 자료사진]

(울산=연합뉴스) 장영은 기자 = "인공위성 자료를 분석하는 알고리즘을 잘 짜두면 미세먼지 양은 물론 가뭄, 폭염, 산불 등을 실시간으로 모니터링하는 게 가능해집니다."

인공위성을 활용한 원격 탐사와 지리정보시스템(GIS) 모델링, 인공지능 기법을 활용해 국가공간정보 연구에 기여한 공로를 인정받아 최근 국토교통부 장관상을 받은 울산과학기술원(UNIST)의 임정호 도시환경공학부 교수는 3일 연합뉴스 인터뷰에서 인공위성을 활용한 원격탐사 연구의 중요성을 이렇게 밝혔다.

임 교수는 "울산은 폭염과 가뭄 등의 자연재해 문제가 심각한 도시"라며 "위성자료와 인공지능을 이용한 조기 예보를 하면 가뭄이나 폭염 분야에 충분히 도움을 줄 수 있다고 본다"고 전망했다.

UNIST 임정호 교수
UNIST 임정호 교수

[UNIST 제공=연합뉴스]

다음은 임 교수와의 일문일답.

-- 국토교통부 장관 표창을 받았는데 소감은.

▲ 2012년 한국에 들어와서 5년 넘게 공간정보와 관련된 연구를 진행했다.

주로 인공위성을 활용하다 보니 실제로 현업에 적용할 수 있는 프로젝트가 많았고 이 부분에서 좋은 평가를 받은 것 같다.

우리나라에선 인공위성 원격탐사 연구가 덜 알려진 편인데 이 분야에서 학생들을 가르치면서 앞으로 공간정보 연구를 펼칠 수 있는 기반을 마련했다는 데도 의미가 있다고 본다. 이번 기회로 위성 기반 원격탐사의 중요성을 조금이나마 알리게 되면 좋겠다.

-- 인공위성을 활용한 원격탐사 연구가 왜 중요한가.

▲ 인공위성 자료는 위성에 탑재된 센서가 잡아낸 정보의 모음이다.

지표면이나 대기에서 반사되거나 방출되는 적외선, 마이크로파 등을 잡아내다 보니 우리가 생각하는 사진처럼 선명한 이미지가 아닌 경우가 많다.

또 위성사진에는 너무 많은 정보가 담겨 있어 원하는 정보만 골라서 파악하기도 어렵다. 따라서 위성자료를 한 차례 가공해 우리에게 유용한 정보로 만드는 기술이 필요하다.

예를 들어 미세먼지 모니터링은 대기 중 에어로졸(aerosol) 입자를 이용한 수치모델을 이용한다. 에어로졸은 공기 중에 떠도는 입자 중 크기가 작은 먼지인데, 에어로졸 양에 따라 지표면에서 반사되는 빛의 양이 달라진다.

인공위성 센서는 이 차이를 잡아내 미세먼지를 파악하고, 이걸 수치로 만든 것이 '광학두께(Aerosol Optical Depth, AOD)값'이다.

이 값이 클수록 입자층이 두껍게 형성되고 미세먼지가 많고, 반대로 이 값이 작다면 입자층이 얇고 미세먼지가 적다고 볼 수 있다.

이러한 AOD를 바탕으로 다양한 기상 변수와 배출량 정보를 인공지능으로 융합 모델링을 하면 사람이 숨 쉬며 사는 지상에서의 미세먼지 농도를 모니터링이나 예측할 수 있다.

이처럼 인공위성 자료를 분석하는 알고리즘을 잘 짜두면 미세먼지 양은 물론 가뭄, 폭염, 산불 등을 실시간으로 모니터링하는 게 가능해진다.

UNIST 전경
UNIST 전경

[연합뉴스 자료사진]

인공위성에 잡힌 '타들어가는 소양호'
인공위성에 잡힌 '타들어가는 소양호'

[연합뉴스 자료사진]

-- 원격탐사 분야를 진로로 선택한 계기는.

▲ 지구관측용 인공위성 역사가 1970년대부터 시작됐다. 위성자료를 실생활에 본격 활용한 연구 역사는 더 짧다. 원격탐사라는 학부 수업을 듣고 진로를 결정했다. 위성자료를 분석하는 게 흥미로웠고, 연구해도 재밌겠다는 생각했다.

유학 가서 원격탐사와 지리정보시스템(GIS)를 체계적으로 배웠다. 미국 교수 생활은 뉴욕주립대에서 시작했는데, 주로 도시계획과 산림 연구에 원격탐사를 활용했다. 원격탐사가 두루 쓰이는 기술이어서 다양한 분야와 만날 기회가 많았다.

덕분에 기상과 기후 분야에 인공지능을 접목하는 시도도 자연스럽게 할 수 있었다. 우리나라에는 원격탐사 쪽 연구자가 많지 않다. 특히, 4대 과학기술원에서 원격탐사를 집중적으로 연구하는 사람은 UNIST에 저 한 사람으로 알고 있다.

앞으로 예정된 위성들이 발사되고 더 많은 위성자료가 생산되면 큰 역할을 할 수 있을 것이다. 위성자료가 아무리 많아도 제대로 활용하지 못하면 무용지물이다.

-- 인공위성을 이용한 원격탐사에 인공지능을 도입한 계기는.

▲ 인공위성은 멀리서 관측하기 때문에 넓은 지역을 주기성을 두고 살피기 좋다. 하지만 광학센서는 구름이 있을 때 관측이 어렵고, 대기 온도처럼 위성에서 살피기 어려운 정보도 있다.

이런 자료를 위성자료와 함께 종합적으로 살펴본다면 자연재해나 재난 등을 예보·예측하는 데 효과적일 수 있다. 이 경우 처리해야 할 데이터가 너무 많아져 빠르고 효율적으로 데이터를 처리하는 데 인공지능이 쓰일 수 있다.

미국에 있을 때는 종종 인공지능 기법으로 원격탐사를 했다. 주로 도시나 산림의 변화를 살피는 연구였다. 한국에 와서 기상위성 알고리즘을 개발할 때 인공지능을 활용하자고 제안했다.

당시만 해도 인공위성과 인공지능은 전혀 다른 분야라는 인식이 있었지만, 지금은 기상 분야에서 인공지능을 활용하는 경우가 많다. 원격탐사에 인공지능을 적용하는 방법을 전파한 것 같아 뿌듯한 마음도 든다.

임정호 UNIST 도시환경공학부 교수
임정호 UNIST 도시환경공학부 교수

[UNIST 제공=연합뉴스]

-- 원격탐사 인공지능은 어떤 기술인가.

▲ 인공지능이라고 하면 알파고처럼 복잡한 인공신경망을 떠올리기 쉽다. 실제로 인공지능 범위는 굉장히 넓다. 단순한 통계분석부터 데이터 안에서 규칙을 찾아내 알고리즘을 만드는 형태, 인공신경망을 바탕으로 고차원적인 문제 해결을 해내는 형태까지 다양하다.

위성자료 분석에 활용할 인공지능이 알파고처럼 복잡할 필요는 없다. 우리 목적에 맞게 주어진 자료에서 규칙을 찾아내는 일을 빠르고 효과적으로 할 수 있는 알고리즘을 짜주는 정도면 충분하다.

폭염도 인공위성 자료와 수치모델 자료에 인공지능 기술을 더 해 장기, 중기, 단기로 예보하는 게 가능하다고 보고 있다.

여기에 필요한 인공지능 알고리즘을 개발하는 게 목표다. 사실 인공지능을 이용한 원격탐사가 첨단 학문은 아니지만, 활용만 잘하면 다용도로 쓸모가 있다.

미세먼지나 가뭄, 폭염 같은 자연환경 모니터링뿐 아니라 도시계획과 산림, 농작물 모니터링 등 다양한 분야에 쓰일 자료를 만들어내는 일이 가능하다.

-- 이런 연구가 울산에는 어떤 도움되는가.

▲ 울산은 폭염과 가뭄 등의 자연재해 문제가 심각한 도시다. 위성자료와 인공지능을 이용한 조기 예보를 하면 가뭄이나 폭염 분야에 충분히 도움을 줄 수 있다고 본다.

울산과학기술원(UNIST) 전경
울산과학기술원(UNIST) 전경

[UNIST 제공=연합뉴스]

young@yna.co.kr

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