Global Mapper에서 위성 데이터 활용하기

태양이 지구에 빛을 비추면 전자기파가 방출되는데, 우리는 이 중 일부를 빛으로 감지합니다. 다양한 물질, 표면, 지형은 이 에너지를 각기 다른 방식으로 반사합니다. 가장 흔히 알려진 전자기파는 가시광선으로, 우리 눈이 감지하고 주변의 보이는 세상을 인식하는 데 사용하는 빛 이며 , 파장은 380~720나노미터입니다. 전자기파의 전체 스펙트럼은 다양한 파장을 포함하며, 특정 파장의 빛은 특정한 효과를 일으키거나 특정한 용도로 사용됩니다. 예를 들어, 햇볕에 타는 자외선은 300~380나노미터의 파장을 가지며, X선은 이보다 훨씬 짧은 0.03~300나노미터의 파장을 가집니다. 스펙트럼의 다른 한쪽 끝에는 마이크로파가 있는데, 파장은 약 1밀리미터에서 30센티미터입니다.

위성 데이터는 특정 파장 범위에서 반사되고 방출되는 전자기파를 기록하여 생성됩니다. 지구 궤도를 도는 위성이 특정 지역을 지나갈 때, 첨단 센서가 지구 표면에서 방출되고 반사되는 에너지를 기록합니다. 이 데이터는 최종적으로 래스터 형식으로 제공되며, 각 픽셀은 다양한 복사 반사율 값을 나타냅니다.

위성에서 수집한 데이터는 반사된 에너지 범위를 파장별로 나누어 동일한 장면을 여러 개의 이미지 레이어로 표현합니다. 이러한 레이어 각각을 밴드라고 하며, 각 밴드는 픽셀마다 하나의 값을 갖는 독립적인 래스터 레이어일 수 있습니다. 대표적인 위성 데이터 소스로는 랜드샛 8호(OLI)가 있으며, 이 위성은 전자기파의 다양한 파장에 대한 반사율을 구분하기 위해 다음과 같은 밴드 명칭을 사용합니다.

출처: 내 연구에 가장 적합한 랜드샛 분광 밴드는 무엇일까요?

Landsat 8을 비롯한 위성 데이터는 미국 지질조사국(USGS)에서 운영하는 데이터 다운로드 포털 인 EarthExplorer 에서 다운로드할 수 있습니다. Global Mapper 의 온라인 데이터 소스 대화 상자 에는 Imagery 폴더에 EarthExplorer로 바로 연결되는 링크가 있습니다. 이 링크에 연결하면 웹 브라우저에서 USGS EarthExplorer 다운로드 사이트가 실행되고, Global Mapper의 현재 화면 영역이 데이터 다운로드 대상 영역으로 사용되어 프로젝트 영역의 위성 데이터를 쉽게 찾고 다운로드할 수 있습니다.

다중 스펙트럼 이미지 생성

서로 다른 밴드의 데이터를 하나의 다중 스펙트럼 레이어로 결합하면 특정 영역에 대한 추가적인 세부 정보를 보여줄 수 있습니다. 다중 스펙트럼 이미지는 Global Mapper에서 개별 밴드를 불러와 하나의 다중 밴드 래스터 이미지로 내보내는 방식으로 생성됩니다. 

분리된 밴드에서 자연스러운 색상의 이미지를 얻으려면 내보내기 과정에서 빨강, 초록, 파랑 ​​밴드를 결합하십시오. 이렇게 하면 해당 지역의 풍경을 우리가 실제로 보는 것과 유사한 자연스러운 이미지가 생성됩니다. 

랜드샛 8호 데이터의 4, 3, 2번 밴드인 빨강, 초록, 파랑 ​​밴드를 결합하여 자연색의 위성 이미지를 생성합니다. 

이미지에 표시된 밴드를 추가적으로 조작하면 장면의 특정 특징을 드러낼 수 있습니다. 근적외선, 적색, 녹색 밴드를 중첩하면 흔히 컬러 적외선 이미지라고 불리는 특정한 가색 이미지가 생성됩니다. 건강한 식물에 존재하는 엽록소가 근적외선을 반사한다는 사실이 알려져 있기 때문에, 이 밴드 조합은 건강한 식물을 식별하는 데 유용합니다. 

랜드샛 8호 데이터에서 5, 4, 3번 밴드를 추출하여 근적외선 이미지를 생성했습니다. 이 결과에서 붉은색 영역은 건강한 식생을 나타냅니다. 

이미지를 표시하는 데에는 세 개의 밴드 데이터만 사용되지만, Global Mapper는 특정 영역의 모든 밴드를 포함하는 멀티밴드 데이터 파일을 내보낼 수 있습니다. 일반적으로 사용되는 7개의 밴드를 하나의 멀티밴드 파일로 내보낸 후, 레이어 옵션 대화 상자에서 밴드 순서와 표시 방식을 변경하고 구성할 수 있습니다. 

밴드 설정 탭에서는 일반적인 위성 데이터 소스에 대해 다양한 사전 정의된 밴드 조합을 제공합니다. 예를 들어, 6, 5, 4번 밴드 조합(가상 색상)은 농업 분석에 유용하며, 초목이 있는 지역은 녹색으로, 황무지는 분홍색과 자홍색으로 명확하게 보여줍니다. 

 

 

팬 샤프닝

위성 데이터는 저고도 항공 사진보다 해상도가 낮은 경우가 많습니다. 위에 표시된 랜드샛 8호 데이터는 공간 해상도가 30미터로, 각 픽셀이 지표면의 30미터 x 30미터 영역을 나타냅니다. 랜드샛 위성은 또한 15미터 해상도의 전정색 밴드 데이터를 수집하여 더 넓은 파장 범위의 반사율 데이터를 얻습니다. 

고해상도 팬크로매틱 밴드는 팬 샤프닝 과정에서 자연색 이미지와 함께 사용되어 다중 스펙트럼 이미지의 디테일 수준과 색상을 향상시킵니다. 

 

래스터 계산

장면에 묘사된 특정 특성과 재료를 보여주는 지도 표시를 생성하기 위해 밴드 값을 레이어링하는 것 외에도, 개별 밴드는 Global Mapper의 래스터 계산기에서 더 많은 정보를 추출하는 데 사용될 수 있습니다. 다양한 표면과 자산이 전자기 복사와 상호 작용하는 방식에 대한 연구를 바탕으로, 여러 밴드의 좌표 픽셀에서 얻은 에너지 반사율 값을 사용하여 공식을 적용함으로써 새로운 데이터 레이어를 생성할 수 있습니다. 

래스터 계산기는 소스 데이터의 밴드 구조 변화를 반영하는 다양한 변형을 포함하여 일반적인 계산을 위한 여러 가지 사전 정의된 수식을 제공합니다. 또한 사용자 지정 수식과 수학적 표현식을 입력하여 새로운 래스터 레이어를 생성할 수 있습니다. 

다음 예시에서는 랜드샛 8호 데이터의 녹색 및 근적외선 밴드를 이용하여 특정 지역의 정규화 차분 수분 지수(NDWI)를 계산합니다. 이 널리 사용되는 공식은 환경 내 물의 존재를 감지하며, 취약한 습지를 모니터링하고 평가하는 데 유용합니다. 

Global Mapper에서 선택한 Landsat 8 NDWI 공식은 해당 밴드를 B3 및 B5로 정확하게 명명합니다.

NDWI는 -1에서 +1까지의 척도를 사용하여 환경에 물이 존재하는지 여부를 나타냅니다. 파란색으로 표시되는 양수 값은 해당 장면에 수역이 있음을 나타냅니다. 

빛의 다양한 파장이 특정 표면과 상호 작용하고 반사되는 방식을 이해하면 위성에서 수집한 무료 데이터로부터 풍부한 토지 피복 및 표면 유형 정보를 도출할 수 있습니다. 이 데이터는 픽셀 기반이므로 Global Mapper에서 제공하는 모든 래스터 분석 도구를 사용하여 레이어를 분석할 수 있습니다. 

Global Mapper에서 위성 데이터 및 기타 도구를 사용해 보고 싶으시다면 지금 바로 14일 무료 체험판을 다운로드하세요 ! 궁금한 점이 있으면 언제든지 문의해 주세요.

참조 : 

내 연구에 사용하기에 가장 적합한 Landsat 스펙트럼 밴드는 무엇입니까? , USGS, www.usgs.gov/faqs/what-are-best-landsat-spectral-bands-use-my-research?qt-news_science_products=0#qt-news_science_products.

Campbell, James B., 및 Randolph H. Wynne. 원격 감지 개론 . 제5판, Guilford Press, 2011.