태안 갯벌 관심영역 - NEXTSat-2 조수간만 관측 결과

이 결과를 만든 방법

전문 용어는 그대로 쓰고 뜻을 덧붙였음. 아래 용어 사전을 펼치면 하나씩 설명이 있음.

관심영역 정량 분석

SNWE 36.4093 / 36.4228 / 126.3779 / 126.3989 안에서만 다시 집계한 값임. 표와 그래프의 점 · 막대에 마우스를 올리면 상세가 나옴.

1. 시점별 촬영 조건 · 분류 극성 · 노출 면적

판별력이 확인된 6개 시점은 2026-04-02 · 05-15 · 05-18 · 05-29 · 06-13 · 06-14 임. 나머지 5개(03-23, 04-06, 05-11, 05-23, 07-06)는 물을 가르지 못함. 판정은 3단계 기준으로 했음.

1. 고도로 직접 검증 - 물 분류와 노출 분류의 실측 정표고 중앙값 차이가 0.60 m 이상이면 물을 실제로 가른 것임. 5개 시점이 여기 해당함(0.99 ~ 1.70 m).
2. 물비율로 검증 - 실측 구간이 거의 전부 물이면(포화) 고도 차이를 잴 수 없음. 이때는 물로 분류된 면적 비율이 그 시점의 실측 조위에서 기대되는 값과 맞는지로 판정함. 05-18 이 여기 해당함 - 물비율 87 % 가 조위 5.41 m 의 기대치 90 ~ 100 % 와 정합함. 이 시점은 처음 판정에서 잘못 탈락시켰던 것이고, 넣으니 조위 범위가 2배로 넓어져 전 구역 상관까지 유의해짐(-0.653 비유의 -> -0.897 p<0.0001).
3. 탈락 - 위 둘 다 아니면 탈락임. 특히 조위 5.25 ~ 6.79 m 인 고조위 4개 시점이 물비율 29 ~ 50 % 밖에 안 됨 - 거의 전면 침수여야 하는데 절반만 물로 잡았으니 명백한 오류임 (극성을 뒤집어도 맞지 않음). 05-11 은 물비율은 정합하나 고도 차이가 0.42 m 로 불충분하고, 실제로 넣어보면 전 구역 조위 상관의 부호가 뒤집혀(-0.897 -> +0.221) 탈락시켰음.

가장 단순한 확인 - 진짜 물을 잡았는가

어떤 시점은 어두운 영역이 뚜렷해서 물처럼 보임. 그런데 어두운 것과 물인 것은 다름. 가장 직접적인 확인은 이것임 - 이 갯벌에는 언제나 물이 차 있는 곳(조류로)이 있음. 11개 시점 중 9회 이상 어두운 화소를 모으면 0.94 km² 가 나오고, 그 구역의 실측 정표고 중앙값은 -1.08 m 로 조간대 전체(-0.64 m)보다 뚜렷이 낮음. 즉 실제 조류로가 맞음. 지도 3번 그룹의 "항구 수체 (조류로)" 레이어가 이것임.

그렇다면 각 시점의 물 분류가 이 진짜 물을 얼마나 덮는지를 보면 됨. 실측 지형이 필요 없는 확인이고, 결과가 두 그룹으로 완전히 갈림.

중간값이 없음 - 판별되는 6시점은 97 ~ 100 %, 안 되는 5시점은 17 ~ 47 % 임. 05-23 은 어두운 영역이 뚜렷한데도 진짜 조류로를 23 % 밖에 덮지 못함. 어두운 영역이 있긴 한데 물이 실제로 있는 자리가 아닌 것임. 게다가 조위가 5.25 m 여서 실측 구간이 85 ~ 97 % 잠겨야 하는데 물로 잡힌 것은 49 % 뿐임. 저녁 19:27, 밀물이 들어오는 중이라 갯벌 전체가 젖어가는 상태였고, 그때 어두운 것은 물이 아니라 젖어가는 표면이었을 가능성이 큼. 이 기준은 실측 지형 없이도 계산됨.

그림 2. "어두워 보인다"와 "그것이 물이다"는 다름. 윗줄은 SAR 밝기와 물로 분류된 영역(청록 경계), 아랫줄은 실측 지형 위에 같은 물 경계(청록)와 같은 면적의 실제 최저지대 경계(노랑)를 겹친 것임. 두 경계가 포개져야 물을 제대로 가른 것임. 05-23은 물 경계가 오히려 높은 땅(노란색 고지대)에 얹혀 있고 일치율이 0.524 로 무작위(0.501)와 거의 같음 - 어두운 영역의 위치가 지형과 무관함. 05-11 은 부분적으로만 맞음(개선 +0.103). 비교용 05-15 는 두 경계가 대체로 포개짐(개선 +0.216).

입사각만으로 갈리지 않음. 05-18 은 입사각 16.3도인데 판별이 되고, 같은 17도대인 05-23(16.0도)은 안 됨. 저각에서는 결과가 바람 등 표면 상태에 좌우돼 예측할 수 없음 - 실제로 저각 6시점 중 1개만 성공(17 %) 했고, 고각 5시점은 5개 모두 성공(100 %) 임. 흐리게 표시한 행이 탈락 시점임.

왜 관측각이 클수록 물과 갯벌이 잘 갈리나 (SAR 원리)

레이더가 되돌려받는 신호의 세기는 표면이 얼마나 거친가와 얼마나 비스듬히 내려다보는가로 정해짐. 물과 갯벌은 이 두 가지에 정반대로 반응함.

• 물은 매끄러운 면임. X-band 전파의 파장이 3.1 cm 인데 잔잔한 수면의 요철은 그보다 훨씬 작아서, 전파가 거울처럼 한 방향으로만 반사됨(경면반사). 위성은 쏜 방향으로 되돌아오는 것만 받으므로 비스듬히 볼수록 받을 것이 급격히 줄어듦 - 대략 1도당 1 dB 씩. 그래서 입사각이 크면 물은 확실히 어두워져 센서의 잡음바닥에 눌러앉음.
• 노출된 갯벌은 거친 면임. 연흔, 조개껍질, 배수로 같은 요철이 파장과 비슷하거나 크기 때문에 전파가 여러 방향으로 흩어져 어느 각도에서 봐도 얼마씩 되돌아옴. 입사각이 커져도 거의 줄지 않음 - 1도당 약 0.3 dB.
• 결정적인 차이는 대비의 크기가 아니라 안정성임. 저각에서는 물의 밝기가 바람에 따라 크게 흔들려 갯벌의 밝기 범위와 겹침 - 잔잔한 날은 잘 갈리고(05-18 은 -4.88 dB 로 대비가 가장 컸음) 잔물결이 있으면 겹치거나 반전됨. 즉 저각은 복불복임. 고각에서는 물이 잡음바닥에 붙어 항상 가장 어두운 것이 되므로 안정적으로 갈림.

이 자료의 실측이 정확히 그러함. 항구수역과 육상의 밝기 차이를 재보면:

대비의 크기만으로는 판별되지 않음 - 저각 6시점 중 대비가 가장 큰 05-18(-4.88 dB)은 성공했지만 나머지 5개는 실패했음. 갈라지는 것은 변동성임 - 표준편차가 2.17 dB 대 0.13 dB, 약 16배 차이이고 저각에서는 부호까지 반전됨. 잡음등가 산란계수가 -16 dB(규격)이라 물이 그보다 어두워지면 측정값이 거기서 멈추는데, 고각에서는 모든 시점의 물이 이 바닥에 붙어 -2.5 ~ -2.8 dB 로 일정해짐.

저각에서 부호가 뒤집히는 이유. 바람에 잔물결이 생기면 수면의 요철이 파장의 절반 정도와 맞아떨어져 되돌아오는 신호가 크게 늘어나는 현상이 있음(브래그 공명 산란). 저각에서는 이 효과가 커서 잔물결 수면이 마른 모래보다 오히려 밝아질 수 있음 - 마른 모래는 물기가 없어 유전율이 낮고 X-band 에서 원래 산란이 약함. 그래서 "어두우면 물"이라는 상식이 11 시점 중 5 시점에서 반전되어 있었음.

요약 - 입사각이 크면 물이 잡음바닥에 눌러앉아 항상 가장 어두운 것이 되므로 안정적으로 갈린다(5/5 성공). 입사각이 작으면 물의 밝기가 바람에 따라 크게 흔들려 복불복이 된다(1/6 성공).

2. 관심영역에서 조석 신호가 나오는가

노출 면적 지수를 M2 주기(12.4206시간)를 미리 고정한 조화회귀로 설명해 확인했음. 씬 집합과 구역을 바꿔 네 가지로 돌렸음.

• 전 구역 · 11 시점은 M2 적합만 보면 좋아 보임(R2 0.834, Q2 +0.663, p 0.0030). 그러나 국립해양조사원 실측 조위와 비교하면 상관이 +0.697(p=0.0036)로 부호가 반대여서 이 해석은 철회했음(아래 4번). M2 주기에 맞는 무언가를 맞추긴 했지만 조위는 아님.
• 관심영역 · 11 시점은 실패함 - 수정 R2 가 음수(-0.095), Q2 도 음수(-0.955), p = 0.59. 판별력 없는 5개 시점을 섞으면 관심영역 규모에서는 신호가 완전히 묻힘.
• 판별력 6 시점은 M2 적합 자체는 좋음(관심영역 R2 0.954). 그러나 입사각만으로도 0.855 가 설명되어 조위와 입사각이 얽혀 있음 - 05-18 이 저각이면서 고조위이기 때문임. 실측 조위와의 직접 상관(관심영역 -0.968, 전 구역 -0.833)이 더 신뢰할 수 있는 지표이므로 M2 조화회귀는 참고용으로만 봄(아래 4번).

3. 침수 순서와 실측 지형 검증

판별력이 확인된 6개 시점을 노출 면적 순(=조위 순)으로 줄 세우면, 각 지점이 몇 번 물에 잠겼는지가 그 지점의 상대적인 높이가 됨. 조위표 없이 얻어지는 지도임.

4. 국립해양조사원 실측 조위로 독립 검증

지금까지는 조위를 영상 자체에서 추정했음. 국립해양조사원 보령 조위관측소(관심영역에서 9 km)의 실측 조위를 붙여 독립적으로 확인했음. 조위가 높으면 갯벌이 덜 드러나므로 상관은 음수여야 함.

이 검증이 앞의 결론 하나를 반전시켰음. 11개 시점을 다 쓴 전 구역 지수는 실측 조위와 양의 상관(+0.697, p=0.0036) 임. 조위가 높을 때 오히려 더 드러난 것으로 계산되는데 물리적으로 불가능함. 판별력 없는 5개 시점이 지수를 지배하기 때문임. 따라서 "11개 시점 전 구역 지수가 조석을 따른다"는 해석은 철회함. 판별력 있는 6개 시점은 관심영역(-0.968)과 전 구역(-0.897) 모두에서 조위를 따름.

시점별 실측 조위

판별력 있는 6개 시점만 보면 조위 2.38 m 에서 노출 79.5 %, 조위 5.41 m 에서 22.9 % 로 조위가 낮을수록 더 드러남. 05-18(조위 5.41 m)이 들어오면서 조위 범위가 1.49 m 에서 3.03 m 로 2배 넓어졌고, 그 덕에 전 구역에서도 유의해짐.

조위 대 노출 면적 곡선

시간(조위 위상)에 따른 분석은 가능한가

0821 진행상황에 적힌 "만조 또는 갈조 - 영상촬영 시간 차이" 항목을 검토했음. 촬영시각이 시점마다 다르므로 조위뿐 아니라 밀물인지 썰물인지도 다름. 실측 1분 간격 조위에서 촬영시각의 변화율과 직전 고저조 경과시간을 구했음.

결론: 지금 자료로는 위상 분석이 불가능함. 이유가 명확함.

• 밀물 3시점이 모두 판별력이 없음(05-11, 05-23, 07-06). 그리고 이 3개는 모두 입사각 17.0 - 20.3도 임. 즉 위상과 입사각이 완전히 얽혀 있어 어느 쪽이 원인인지 가릴 수 없음.
• 판별력 있는 6시점은 전부 썰물이고 변화율도 -54 ~ -141 cm/h 로 부호가 같음. 비교 대상이 없으니 위상 효과를 잴 수 없음.
• 조위를 제거한 잔차와 변화율의 상관은 -0.05 (11시점) / +0.23 (6시점) 으로 신호가 없음. 없다는 증거가 아니라 검정력이 없음는 뜻임.
• 조위가 비슷하고 위상이 반대인 쌍은 3개 있지만(예: 04-02 썰물 384 cm 대 05-11 밀물 367 cm), 모두 판별력 있는 것과 없는 것의 조합이라 노출 차이(+12.8 ~ -32.2 %p)를 위상 탓으로 볼 수 없음.

그래도 이 분석은 값어치가 있음 - 촬영 조건을 하나 더 알려줌. 앞서 나온 관측각 29 - 32도에 밀물기 시점을 추가로 요청하면, 같은 조위에서 밀물과 썰물의 노출 면적을 직접 비교할 수 있게 됨. 이것이 성립하면 젖은 갯벌이 얼마나 오래 어둡게 남는지 (배수 지연)를 정량화할 수 있고, 이는 6번에서 설명한 "SAR 이 침수선이 아니라 젖은 표면 경계를 본다"는 해석을 직접 증명하는 실험이 됨.

침수 순위에 실측 조위 구간을 붙이면

판별력 6개 시점을 조위 순으로 정렬하면, 침수 횟수 k 인 화소는 k 번째와 k+1 번째 조위 사이에서 잠기기 시작함. 지도의 "침수 횟수" 와 "침수 한계 조위" 두 레이어는 같은 지도이고 단위만 다름(회 vs cm) - 침수 6회가 곧 조위 2.38 m 이하라는 뜻임.

실측 정표고가 +1.09 m 에서 -1.16 m 까지 완전히 단조 감소함(상관 -0.732). 즉 침수 순위의 순서는 실측 지형과 일치함.

침수 순위로 실제 고도를 맞힐 수 있나 - 교차검증

"순위를 고도로 바꾼 값이 실측 지형과 얼마나 맞는지" 를 직접 재측정했음. 보정식을 만든 자료로 그대로 평가하면 순환논리이므로, 실측 구간을 동서로 반 갈라 한쪽에서 보정식을 만들고 다른 쪽에서 평가했음.

결론 - 쓸 수 없음. 아무 정보 없이 전체 중앙값으로 찍어도 0.99 m 인데 침수 순위를 써도 0.79 ~ 0.91 m 로 개선이 10 ~ 20 % 에 그침. 더 나쁜 것은 서쪽에서 만든 보정식을 동쪽에 쓰면 +0.56 m, 반대로 하면 -0.53 m 로 편향의 부호가 반전됨는 점임 - 공간적으로 일관된 보정식이 존재하지 않음는 뜻임. 서쪽과 동쪽 갯벌의 배수 특성이 다르거나 지오코딩 위치 오차가 남아 있는 것으로 보임.

그래서 이전 판에 있던 "경험적 추정 정표고" 레이어는 제거했음. 산출물로 쓸 수 있는 것은 순위(그리고 그 순위에 붙인 조위 구간 라벨)까지이고, 미터 단위 고도 지도는 아님. (파일 waterline/inund_elev_empirical.tif 는 추적용으로만 남겨둠.)

5. 처리 레벨과 방사보정 - 왜 후방산란계수가 없나

차세대소형위성2호 SAR 표준영상제품의 레벨 정의는 아래와 같음(연구개발계획서 기준).

후방산란계수는 설계상 Level 1D 에서만 제공됨. 우리가 가진 것은 1A · 1B · 1C 이므로 후방산란계수가 없는 것이 정상이고, 이것이 시점 간 절대 dB 비교를 못 하는 근본 이유임. Level 1D 제품을 요청하는 것이 이 문제의 정식 해법임.

다만 1A 가 "안테나 패턴 및 거리 보상"을 포함함고 명시돼 있는 점이 중요함. 실제로 같은 빔 안에서는 육상 밝기가 0.03 ~ 0.47 dB 로 재현되고(빔 간에는 2.15 dB 산포), 이는 빔 내부 패턴은 보상되었으나 빔별 절대 이득 상수가 없음는 것과 정확히 일치함.

시스템 규격의 잡음등가 산란계수는 -16 dB(기본 모드) / -17 dB(실험 모드)이고 이것도 "빔 중심" 기준임. X-band 개방수면은 -20 dB 이하이므로 물은 설계상 잡음바닥 아래에 놓임. 앞서 관측한 "물 밝기가 시점 · 입사각 · 이득에 반응하지 않음"이 규격으로 설명됨.

관측각 규격은 20 ~ 35도인데, 판별력이 없는 5개 시점은 모두 17.0 ~ 23.1도로 규격 하한이거나 그 아래임(05-23 17.0도, 05-11 19.8도, 07-06 20.3도, 03-23 22.6도, 04-06 23.1도). 반면 판별력 있는 6개 시점 중 5개는 31.2 ~ 34.4도 로 규격 중상단임(나머지 05-18 은 17.3도인데, 잔잔한 수면 덕에 대비가 -4.88 dB 로 가장 컸던 예외임). 잡음등가 산란계수가 빔 중심 기준이라는 점과 합치면, 규격 하한 밖 또는 하한 근처 촬영은 물 판별에 쓰기 어려움는 결론이 됨. (참고 - h5 의 Look Angle 부호는 룩사이드임: 음수 = 우측룩, 양수 = 좌측룩.)

6. 자료 자체의 한계 - 방사보정과 잡음바닥

"직접 방사보정을 하면 되지 않나"에 대한 답임. 절대 보정은 불가능하고, 되어도 이 자료의 실제 한계는 해결되지 않음.

(가) 절대 보정 불가 - 보정상수 · 안테나 고도패턴 · 잡음레벨이 파일에 전혀 없음. 게다가 11장이 빔 4종으로 찍혀 있고 빔이 입사각을 결정하므로 표면의 각도 응답과 빔 이득을 분리할 수 없음. 같은 빔끼리는 육상 밝기가 0.03~0.47 dB 로 재현되니 센서는 안정적이고, 문제는 빔이 섞인 것임.

(나) 실제 한계는 잡음바닥 - 5개 시점 모두 물이었던 화소만 골라 재보면, 물 밝기가 시점 · 입사각 · 육상 밝기가 아무리 바뀌어도 거의 움직이지 않음. 물의 실제 반사가 센서 잡음보다 약해서 물 대신 센서 잡음을 보고 있음는 뜻이고, 정보가 잘려 나갔으므로 어떤 보정으로도 되살릴 수 없음. 입사각 17~23도에서 판별력이 사라지는 것도 같은 원인임 - 그 각도에서는 수면이 밝아져 마른 갯벌과 구분이 안 됨.

즉 물과 육상을 가르는 데 쓸 수 있는 대비는 이 제품에서 2.5 ~ 5 dB 가 상한임. 보정은 시점 간 비교 가능성만 개선하고 대비는 늘리지 못함. 거리 감쇠(R³)와 지형 경사 정규화는 지금도 계산할 수 있지만, 이번 산출물은 모두 한 영상 안의 분류이거나 입사각 차 0.4~0.6도 범위의 비율이라 넣어도 결론이 바뀌지 않음.

7. 기존 페어(InSAR · CCD · ACD) 를 관심영역에 써보면

N2 는 30일마다 같은 자리로 돌아오는데 30일은 M2 조석 57.968주기여서 위상이 -11.4도밖에 움직이지 않음. 즉 촬영 기하가 같은 페어는 조위까지 같아짐. 반대로 조위 대비가 큰 페어는 입사각 차이가 6~13도로 벌어져 방사보정이 없는 자료에서는 로그비가 성립하지 않음.

참고 - 4번 그룹의 ACD 레이어에서 북동쪽 논 구역이 체크무늬로 강하게 나옴. 5~6월 모내기 담수 때문이며, ACD 가 정상 작동한다는 방증이면서 갯벌 신호와 구분해야 할 교란 요인임.

자료 출처

이 페이지의 모든 수치가 의존하는 외부 자료임. 조위는 예보값이 아니라 실측값을 사용했음.

API 엔드포인트 · 관측소 코드 · 항목명 · 타일명 등 상세 식별자는 README.md 의 자료 출처 절과 work/sources.py 에 있음. 위성 영상과 지형자료의 배포기관 표기는 외부 배포 전에 확인해 채울 것.

남은 일

• 입사각 31~34도 시점 추가 확보 (가장 중요) - 관심영역 결론이 미확정인 이유는 판별력 있는 시점이 5개뿐이기 때문임. 같은 빔(B4 · B5 · B6)으로 조위가 서로 다른 시점 5~8개를 더 받으면 M2 적합의 통계력이 확보되고 침수 횟수 지도의 단계도 촘촘해짐. 입사각 17~23도(B0) 촬영은 이 목적에 쓸 수 없음 - 그 각도에서는 물과 마른 갯벌이 구분되지 않음.
• Level 1D 제품 요청 - 후방산란계수는 설계상 1D 에서만 나옴. 1D 를 받으면 시점 간 절대 dB 비교가 가능해지고 "후방산란계수"라는 표현도 정당해짐. 단 잡음바닥(-16 ~ -17 dB) 아래로 잘린 물 신호는 1D 로도 복원되지 않음 - 1D 는 비교 가능성을 주고, 물 판별 대비를 늘려주지는 않음.
• 환산식 기울기 규명 - 침수 횟수와 실측 조위의 상관은 r=0.997 인데 회귀 기울기가 1.348 임. 1 이 되어야 두 기준면이 단순 오프셋 관계임. 열린 구간(0회·5회) 대표값 압축, 보령과 관심영역의 조차 차이, 구간별 화소 분포 편향을 따져야 절대 고도 환산이 확정됨.
• 지오코딩 정합 정량화 - 시점 간 정합을 두 방법으로 측정했으나 조간대 텍스처가 약해 국소화에 실패했음. 확정하려면 도로 · 구조물 같은 하드타깃 텍스처 정합이나 정사영상 기준점이 필요함. 다만 경사가 1/500 인 평탄 갯벌에서는 수평 오차 28 m 가 수위 오차 약 6 cm 에 해당해 결론을 흔들지 않음.
• 촬영 계획 - 같은 기하를 유지하면서 만조와 간조(위상 180도) 대비를 얻으려면 위상이 반복당 11.4도씩 밀리므로 약 474일(1.3년)이 걸림. 단기간에 조위 대비가 필요하면 기하를 맞추려 하지 말고 고입사각 빔으로 여러 조위를 받는 편이 나음.