원격탐사와 Landsat 위성

Landsat

Landsat 이전에 이미 대기 관측을 위한 TIROS 위성이 있었지만 주로 기상 분야에서 활용되었기 때문에 일반적인 원격탐사 영상으로 널리 알려지지 않았다. Landsat 1972년에 1호 위성이 발사된 이후 지금까지 50년 동안 양질의 다중분광 영상을 안정적으로 공급하고 있으며, 실질적으로 인공위성 원격탐사 시대를 시작하고 기술 발전을 이끌어온 매우 중요한 지구관측위성이다. Landsat의 기본적인 사양을 이해하면, 그 후에 발사된 대부분의 지구관측위성의 종류와 기능의 차이를 쉽게 이해할 수 있다.

 

Landsat 프로그램의 개요

1970년대 이래 지금까지 많은 지구관측위성이 발사되었고 현재에도 600여 기 이상의 위성이 운영 중이지만, 전 세계적으로 광범위하게 활용되는 위성영상의 종류는 많지 않다. Landsat은 미국 A와 내무부의 공동 사업으로 시작했으며, 사업 초기에 위성의 이름은 지구자원기술위성(Earth Resources Technology Satellite, ERTS)이었다. ERTS는 세계 최초로 중해상도(당시에는 고해상도) 다중분광영상을 주기적으로 촬영하고 영상의 활용 가능성을 점검하기 위한 실험 위성이었다. 위성의 성공적인 발사와 더불어 촬영된 영상을 제한 없이 공급했기 때문에, 미국을 비롯하여 세계 여러 국가에서 새로운 위성영상에 관한 연구에 참여했다. ERTS는 기대 이상의 성과를 얻었으며, 여러 연구를 통하여 다중분광영상의 활용 가능성을 확인했다. ERTS란 위성의 명칭은 곧 Landsat-1로 바뀌었고 이후 지속적으로 모두 8기의 위성을 발사하여 현재 Landsat-7호 및 -8호가 운영되고 있다.

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인공위성의 궤도와 탑재 센서의 특성에 따라 Landsat은 크게 세 그룹으로 나눌 수 있다. Landsat-1, 2, 3호 위성은 920km의 궤도 높이에서 18일 촬영기로 80m 공간해상도의 MSS(Multi-Spectral Scanner) 영상을 촬영했다. 두 번째 단계는 Landsat-4, -5, -6. -7호 위성으로서 공간해상도를 높이기 위해 위성의 궤도를 705km로 낮추었고, 공간해상도와 분광 밴드를 향상한 TM(Thematic Mapper)을 탑재하였다. TM 영상은 처음 소개된 1982년부터 지금까지 대표적인 중해상도 다중분광영상으로서 세계적으로 널리 활용되는 위성영상이다. Landsat-7호 발사 이후 Landsat 사업의 계속 여부에 대한 논란이 있었으나, 오랜 기간 축적된 영상자료의 연속성 때문에 사업을 계속하기로 결정했다. 후속 위성의 명칭을 'Landsat 자료 연속임무(Landsat Data Continuity Mission, LDCM)'로 하여 2013년 발사 후 현재까지 운영 중이다. LDCM 위성은 현재 Landsat 8호로 명칭을 변경하여 운영하고 있다. 7호 위성까지 탑재했던 TM 및 ETM + 다중분광센서가 횡주사 방식이었지만, 8호 위성부터는 종주사 방식의 OLI(Operational Land Imager)와 TIRS(Thermal Infra-Red Sensor)를 탑재하여 품질이 향상된 다중분광영상을 제공하고 있다.

Landsat-1, 2 3호에 탑재된 MSS는 가시광선 및 근적외선 밴드만 포함했지만, 이후 위성에 탑재한 TM과 OLI/TIRS는 가시광선, 근적외선, 단파 적외선, 열적외선 분광 밴드를 가지고 있다. 특히 Landsat-4호 위성부터 탑재된 TM은 당시 다른 전자광학센서에서 매우 드물었던 단파 적외선 및 열적외선 밴드 영상을 제공함으로써 활용의 폭을 한층 넓혔다. 각 분광 밴드의 파장 구간은 대기투과율이 높은 대기 창(atmospheric window)에 포함되도록 설정했다. 시계열 영상의 호환성과 연속성을 유지하기 위하여 1982년 이후 탑재된 TM, ETM + OLI + TIRS 센서들은 모두 가시광선, 근적외선, 단파 적외선 열적외선 밴드를 갖추었고, 밴드 파장 구간은 최대한 동일하게 제작되었다. 다만 고해상도 영상의 요구를 반영하여 Landsat-6호부터 ETM에 전정색 밴드를 추가하였으나, 위성의 발사 실패로 Landsat-7호 ETM + 부터 공간해상도가 15m로 개선된 전정색 영상을 공급하였다. Landsat에서 촬영한 모든 영상은 동일한 폭(185km)으로 촬영되었으며, 영상의 크기를 185x185km 구역의 장(scene) 단위로 나누어 공급하고 있다. 모든 Landsat 영상은 남북방향의 위성궤도(path)와 동서 방향(row)에 따라 고유의 위치를 표시하는 WRS(World Reference System)를 이용했으나. 요즘은 인터넷 환경에서 자료 검색이 용이하므로 WRS 없이도 쉽게 영상 검색이 가능하다.