A regional-scale landslide mapping following extreme rainfall using freely available remote sensing data

가파른 산림 지대에 폭우가 내리면 지표면이 무너져 내려 흙, 바위, 나무들이 아래로 미끄러져 내려오는 일이 종종 발생합니다. 산사태라고 불리는 이러한 사건은 지형을 변화시키고 사람과 기반 시설에 심각한 위험을 초-래하는 강력한 자연의 힘입니다. 이러한 위험이 어디에 있는지 이해하고 이에 대비하기 위해, 과학자들은 산사태가 정확히 어디에서 발생했는지를 기록하는 지도를 만듭 니다. 전통적으로 이러한 지도를 만드는 데는 사람들이 직접 차를 몰고 다니거나 언덕을 오르내리며 모든 산사태의 경계를 수동으로 그려야 했습니다. 이 과정은 느리고 비용이 많이 들 뿐만 아니라, 시간이 생명인 대규모 재난 직후에는 신속하게 완료하는 것이 거의 불가능했습니다. 그러나 최근 몇 년 동안 과학자들은 지구 궤도를 돌고 있는 인공위성을 활용하기 시작했습니다. 이 기계들은 우주에서 지표면의 사진을 찍을 수 있으며, 서로 다른 시점에 촬영된 이미지를 비교함으로써 나무가 휩쓸려 나간 곳과 같이 지형의 변화를 포착할 수 있습니다.

2022년 초, 뉴사우스웨일스주 호주의 윌슨스 강 유역에 기록적인 폭우가 쏟아지는 일련의 강렬한 폭풍이 발생했습니다. 이 폭우로 인해 지역 전역에서 수천 건의 산사태가 발생하여 도로가 파손되고 공동체가 고립되었습니다. 홍수 피해는 잘 기록되었지만, 이 광활한 산림 지역에서 발생한 산사태에 대한 완전한 지도는 아직 만들어지지 않은 상태였습니다. 서던 크로스 대학교(Southern Cross University)의 연구진은 이 공백을 메우기 위해 나섰습니다. 그들은 무료 위성 데이터와 표준 컴퓨터 도구만을 사용하여 이러한 재난을 빠르고 정확하게 지도화하는 새로운 방법을 개발했습니다. 그들의 목표는 모든 현장을 직접 방문하지 않고도 지역 내 모든 산사태에 대한 신뢰할 수 있는 목록을 작성하여, 향후 안전 계획과 복구 작업을 위한 중요한 토대를 제공하는 것이었습니다.

연구팀은 먼저 지구 표면의 상세한 이미지를 포착하는 센티넬-2(Sentinel-2)라는 위성의 눈을 통해 지형을 관찰하는 것으로 시작했습니다. 그들은 식물이 얼마나 푸르고 건강한지를 수치화하는 방법인 정규 식생 지수(NDVI)라는 특정 측정치에 집중했습니다. 건강한 숲은 빛을 특정한 방식으로 반사하여 매우 푸르게 보이는 반면, 맨 토양이나 손상된 식생은 다르게 보입니다. 연구진은 폭풍 전인 2021년 5월의 이미지와 홍수 후인 2022년 5월의 이미지를 비교함으로써, 녹색이 갑자기 사라진 지역을 식별할 수 있었습니다. 지도상의 이러한 어두운 점들은 식생이 제거된 곳을 나타내며, 이는 산사태가 발생했다는 강력한 신호입니다.

하지만 단순히 녹색이 사라진 곳을 찾는 것만으로는 충분하지 않습니다. 폭풍은 강물을 불어나게 하고, 강둑을 침식시키며, 범람원에 진흙을 퇴적시켰는데, 이 모든 현상 역시 식생을 제거하여 위성 이미지에서 유사한 어두운 점들을 만들어냅니다. 만약 연구진이 위성 사진에만 의존했다면, 강 침식 현상을 실제 산사태와 혼동하여 오류가 가득한 지도를 만들었을 것입니다. 이를 해결하기 위해 연구팀은 실제 산사태와 강에 의한 피해를 구분하는 단계별 필터링 과정을 구축했습니다. 먼저, 산사태는 보통 물속이 아닌 언덕 사면에서 시작된다는 점을 고려하여 강둑에 너무 가까운 곳에서 발생한 식생 손실을 제거했습니다. 다음으로, 지형의 모양을 살펴보았습니다. 산사태는 평지나 완만한 경사지에서는 거의 발생하지 않으므로, 낮은 고도나 평탄한 지형에서 발생한 변화를 걸러냈습니다. 또한, 데이터상의 단순한 노이즈일 가능성이 높은 아주 작은 식생 결손 부위는 무시하기 위해 특징의 최소 크기를 설정했습니다.

컴퓨터를 통해 필터링 과정을 거친 후, 연구진에게는 산사태처럼 보이는 수천 개의 후보 영역이 남았습니다. 하지만 작업은 끝나지 않았습니다. 연구팀은 고해 resolución 항공 사진을 통해 각 후보지를 확대하여 관찰함으로써, 그 형태와 위치가 정말로 산사태와 일치하는지 하나씩 수동으로 확인했습니다. 이 과정을 통해 농경지 정리 구역이나 다른 원인으로 나무가 죽은 곳과 같은 나머지 오탐지들을 제거했습니다. 이러한 세심한 인간의 검토 과정을 거쳐 최종 지도의 정확성과 신뢰성을 확보했습니다.

이 과정의 결과로, 1,871평방킬로미터의 연구 대상 지역 내에서 총 6.91평방킬로미터의 면적을 차지하는 3,689개의 뚜렷한 산사태 폴리곤(polygon) 목록이 작성되었습니다. 지도는 산사태가 지역 전체에 고르게 분포되어 있지 않음을 보여주었습니다. 대신, 산사태는 님빈(Nimbin)과 더 채넌(The Channon) 마을 주변을 포함한 가파르고 고도가 높은 북부 지역에 집중되어 있었습니다. 반면, 강 근처의 평탄하고 낮은 지대에는 산사태가 거의 없었습니다. 연구진은 레이체스터 크릭(Leycester Creek)과 굴망가 크릭(Goolmangar Creek) 하류 지역처럼 지형이 가장 가파른 곳에서 산사태 밀도가 가장 높다는 것을 발견했습니다.

연구팀은 자신들의 작업을 검증하기 위해 몇몇 지점을 직접 현장 방문하여 생성된 지도와 비교했습니다. 그 결과, 방문한 모든 산사태 지점이 자신들의 방법으로 정확하게 식별되었음을 확인했습니다. 또한, 정부의 도로 폐쇄 및 복구 사업 기록과 지도를 교차 검증한 결과, 지도에 표시된 구역과 가장 심각한 피해가 발생한 장소 사이에 강력한 일치성을 발견했습니다. 이는 자신들의 접근 방식이 강 침식이나 기타 비산사태 이벤트의 오해 소지가 있는 신호들을 무시하면서도, 재난의 실제 규모를 성공적으로 포착했음을 입증했습니다.

이 연구는 무료로 사용 가능한 데이터를 사용하여 상세한 지역 규모의 산사태 지도를 빠르고 저렴하게 제작하는 것이 가능하다는 것을 보여줍니다. 위성 영상에 지형의 모양과 위치에 관한 간단한 규칙을 결합하고, 세심한 인간의 검토로 마무리함으로써, 팀은 긴급 관리자와 지방 의회가 사용할 수 있는 도구를 만들어냈습니다. 이 목록은 극한의 강우에 지형이 어떻게 반응했는지 이해하기 위한 견고한 기초를 제공하며, 공무원들이 향후 폭풍에 대비하고, 손상된 기반 시설의 복구를 관리하며, 앞으로 다가올 유사한 사건으로부터 공동체를 보호하는 데 도움을 줍니다.