최근 기후변화로 인해 과거의 관측 사상과 다르게 가뭄과 홍수가 심화하고 있으며, 중위도 온대성 기후대에 위치하는 한반도의 지리적인 특성에서 나타나는 전통적인 사계절이 사라지고, 짧은 시간대에 많은 양의 강한 비가 내리는 집중호우 현상이 빈번하게 발생하고 있다. 이러한 현상은 하천에서 짧은 시간 동안 큰 수심 변화를 발생시키고 하상을 구성하는 재료가 세굴 또는 퇴적을 통해 하상변동을 유발하여 과거보다 하상변동의 속도와 주기가 빨라지게 되었다. 또한 홍수의 예방, 기후변화 대비 등을 목적으로 하천 정비를 실시한 4대강 살리기 사업으로 인해 홍수터 정비 및 본류 준설 등의 인위적인 하상변동이 발생하였다. 게다가 개정된 하천법에 따르면 하천관리청은 하상의 세굴 및 퇴적 등이 하천의 소통능력, 하천시설의 안전이나 고유기능에 미치는 영향을 파악하기 위하여 하상변동조사를 정기적으로 실시하게 되었다.
하지만 현대의 수심 측정 방법은 1차원 지점 계측 방식의 경우 고수심 측정 불가, 낮은 자료 밀도, 작업환경의 위험성 등의 한계가 있으며 2차원 계측 방식의 경우, 음향측심 기반 기술의 특성상 약 50cm 미만의 저수심은 측정이 어렵고, 자료처리를 위한 추가적인 기술이 필요하며, 고비용의 장비를 구매하여 장비운용을 위한 교육이 필요하다는 점이 문제점으로 지적받고 있어, 하상변동과 같은 정밀한 움직임을 측정할 수 있는 기술이 필요한 실정이다.
한편, 하천에서 발생하는 자연현상의 전체적인 체계를 파악하고, 하천의 정성적·정량적 분석을 위한 유일한 방법으로서 하천원격탐사가 기존의 하천 수심 계측의 한계를 극복할 대안으로 떠오르고 있다. 하천원격탐사는 기존의 하천 수심 계측 기술의 한계를 극복하고, 유역 및 하천을 대상으로 자연적 현상의 체계를 규명하는 방법으로서, 유역 및 하천 전체의 연속적인 자료를 제공할 수 있는 유일한 방법이다. 따라서 본 연구에서는 기존의 하천 수심 계측 기술의 한계를 극복하고, 유역 및 하천 전체의 연속적인 자료를 주기적이고 빠르게 취득할 방법으로 하천원격탐사 기술을 개발하고자 한다.
본 연구에서는 하천원격탐사의 플랫폼과 센서로 본 연구의 목적을 달성하기 위해 빠른 주기의 고해상도 자료를 수집할 수 있는 드론과 기존의 RGB 영상의 한계를 극복하고 눈에 보이지 않는 특징을 파악할 수 있는 초분광 영상을 도입하였다. 또한 분광특성을 활용하여 수심을 계측하는 기술로서 최적 밴드비 탐색 알고리즘을 개발하였으며, 개발된 알고리즘을 활용하여 지점 분광특성과 초분광 영상에 각각 적용하였다. 지점 분광특성을 활용하여 학습 및 검증을 통해 본 연구에서 제시한 분광특성을 활용한 수심 계측 기술의 적용성을 검토하였으며, 초분광 영상을 활용하여 본 연구에서 제시한 기법에 대한 적용과 검토, 사례연구를 실시하였다.
본 연구에서 제시된 분광특성을 활용한 수심 계측 기술을 대상지역에 적용한 결과, 최적 밴드비 탐색 알고리즘을 통해 수심 계측에 적합한 밴드비를 구성하는 파장은 각각 청색과 근적외선 파장대 임을 알아내었고, 초분광 영상에 수심-밴드비 상관식을 적용하여 수심의 공간적인 분포를 계측하였다. 또한 계측된 수심의 공간적인 분포를 기존의 하천지형측량에서 주로 활용되는 공간보간기법인 역거리가중법과 크리깅 기법, 최근 지형측량에 많이 활용되는 다시점 영상을 활용한 수치표고모형을 생성하는 SfM 기법 적용 결과와 비교를 통해 본 연구에서 제시된 방법의 우수성을 확인하였다.
향후 본 연구를 통해 제시된 기법을 현장에 적용하여 주기적이고 장기적인 모니터링에 활용될 것으로 기대하며, 국내 하천원격탐사 분야의 최초로 드론 플랫폼을 활용한 초분광 영상을 도입한 사례로서, 향후 다양한 분야의 원격탐사 연구에 기여할 것으로 사료된다.

Recently, drought and flood caused by climate change are becoming increasingly different from past observation history, and the traditional four seasons in the geographical characteristics of the Korean peninsula in the mid-latitude temperate climate zone have disappeared, and localized heavy rain frequently occurs in which a large amount of strong rain falls in a short period of time. This phenomenons causes a large change in water depth during a short time from a river and the material constituting the river bed induces river bed changes through scouring and sedimentation. Also, artificial river bed changes such as flood plain maintenance and mainstream dredging occurred by river improvement for the purpose of preventing floods and preparing for climate change such as the project saving the four major rivers. According to the revised law in Korea, the river management agency will periodically carry out river bed changes surveys to investigate the effect of river scouring and sedimentation on river water flow capacity, river facilities safety and specific functions.
However, traditional water depth measurement methods can be classified into two types. The first is a one-dimensional point measurement method, which has limitations such as difficulty of deep water depth measurement, low data density, and risk of work environment. The second is a two-dimensional path measurement method, which has limitations such as difficulty of shallow water depth measurement less than 50cm depending on the characteristics of acoustic instrument, post-processing needs like spatial interpolation, expensive equipment, and additional operation training. In other words, there is a need for a technique capable of measuring precise motion such as river bed changes.
On the other hand, fluvial remote sensing as an alternative method to grasp the overall system of natural phenomena occurring in rivers and to perform qualitative and quantitative analysis of rivers as an alternative to overcome the limit of conventional river water depth measurement. Fluvial remote sensing is the only way to overcome the limits of conventional river water depth measurement and to provide continuous data of basins and whole rivers as a way to elucidate the system of natural phenomena for river basins and rivers. Therefore, in this study, the goal is developing fluvial remote sensing technology by overcoming the limit of conventional river depth measurement technology, and periodically acquiring continuous data of basin and river at high speed regularly.
In this study, in order to achieve the purpose of this research with a platform and sensor for fluvial remote sensing, introducing hyperspectral camera that can collect high-resolution data of a rapid cycle and recognize the unseen characteristics by overcoming limitations of existing RGB images. In addition, the optimal band ratio determining algorithm was developed as a technology to measure water depth using the spectroscopy and applied to point spectroscopy and hyperspectral images using the developed algorithm. In the proposed method, the applicability of the technique for measuring the depth of water by using the point spectral characteristics was examined, and the possibility was examined through case studies by extending it spatially.
As a result of applying propsed method using spectral characteristics presented in this study to the target area, it was found that the wavelengths constituting the optimal band ratio for the water depth measurement are blue and near infrared wavelength band respectively by the optimal band ratio determining algorithm, and the spatial distribution of water depth was measured by applying the depth ? band relationship. In addition, the spatial distribution of the measured depths is compared with spatial interpolation method such as IDW(Inverse Distance Weighting), Kriging which is mainly used in conventional river bathymetry survey, and SfM method which is latest technique to generate a digital elevation model using multi-view images, the results is confirmed the superiority of the method presented in proposed method.
In the future, it is expected that the proposed method will be used for periodic and long-term monitoring, and it is the first case of introducing hyperspectral image using the drone platform of domestic rivers in Korea, contributes to remote sensing research in various fields.