안녕하세요? 이번 글은 Sentinel-1(센티널-1) SAR 데이터 다운로드 방법을 정리해 보겠습니다. SAR 데이터와 관련해서는 아래 작성 글을 참고해 보시면 좋겠습니다.
합성 개구 레이더(SAR: Synthetic Aperture Radar) 이해
안녕하세요? 이번 글은 학습 목적으로 합성 개구 레이더(SAR: Synthetic Aperture Radar)의 이해를 돕는 글들을 번역 정리해 봤습니다. 능동 센서(active sensor) What is Remote Sensing? | Earthdata Tutorial on remotely-sen
foss4g.tistory.com
Sentinel-1 SAR 데이터
Sentinel-1 임무는 유럽 위원회(EC: European Commission)와 유럽 우주국(ESA: European Space Agency)의 코페르니쿠스(Copernicus) 공동 이니셔티브를 위한 유럽 레이더 위성(European Radar Observatory)입니다. 코페르니쿠스는 환경 및 안보를 다루는 정보 서비스 구현을 위한 유럽 이니셔티브이며 지구관측위성으로부터 수신한 관측자료와 지상기반정보를 기반으로 합니다.
Copernicus Open Access Hub(코페르니쿠스 오픈 엑세스 허브)
Sentinel-1 SAR 데이터는 Copernicus Open Access Hub(코페르니쿠스 오픈 엑세스 허브)에서 무료로 이용 가능합니다. 해당 웹사이트에 접속해 보겠습니다. 데이터를 내려받으려면 회원가입 및 로그인은 필수입니다.
https://scihub.copernicus.eu/dhus/#/home
scihub.copernicus.eu
제가 조회하고자 하는 시기와 지역은 2023년 6월 27~29일 사이 경남 진주지역입니다. 기사에 따르면 27일과 28일 밤사이 진주지역에 평균 206.1㎜의 물 폭탄이 쏟아졌고, 시간당 50㎜가 넘는 폭우로 인해 진주지역 저지대 도로 곳곳이 물에 잠기면서 상평교와 김시민 대교 부근 도로 3곳이 한때 통제되기도 했다고 합니다.
Landsat의 OLI와 Sentinel-2의 MSI와 같은 광학 센서와 달리, Sentinel-1 SAR 센서는 더 긴 파장을 활용하여 지구를 관측합니다. 구름에 가려진 지역이나 어두운 야간에는 관측이 어려운 광학과는 달리, SAR는 날씨나 시간에 상관없이 관측 임무를 수행할 수 있습니다. 이번 글은 Sentinel-1 SAR 센서 데이터 다운로드 방법을 소개하고, 전처리 및 침수 지도화(flood mapping)를 후속 글로 정리할 예정입니다.
진주 200㎜ 이상 물 폭탄…주택침수·토사유출 등 피해 59건
[진주=뉴시스] 정경규 기자 = 장마전선 영향으로 밤사이 폭우가 쏟아진 28일 경남 진주지역에는 저지대 도로가 침수되고 나무가 쓰러지는 등 피해가 잇따랐다
www.newsis.com
Copernicus Open Access Hub에서 경남 진주지역으로 이동해 보겠습니다.
화면 오른쪽에 다음과 같은 모드 선택 버튼이 있는데요, 윗쪽 버튼은 내비게이션 모드(Navigation mode), 아랫쪽 버튼은 영역 모드(Area)를 의미합니다. 영역 모드를 선택한 후, 상평교를 중심으로 일부 지역을 마우스(드래그 앤 드롭)로 선택해 보겠습니다.
센싱/처리 기간, 센서 모드 등과 같은 데이터 요구 사항을 지정하는 데 사용할 수 있는 검색 옵션을 사용해 보겠습니다.
센싱 날짜(Sensing Date)과 처리 날짜(Ingestion Date)은 다음과 같은 차이가 있습니다. 참고로 시간은 UTC 기준이며 우리나라는 UTC에 9시간을 더해주시면 됩니다.
- 센싱 날짜(Sensing Date): 위성 센서가 지구 표면을 통과하여 데이터를 수집한 실제 날짜를 의미합니다.
- 처리 날짜(Ingestion Date): 데이터가 DHuS(Data Hub Service) 데이터베이스에 업로드된 시간을 나타냅니다.
데이터는 수집된 직후에 처리 및 업로드에 시간이 걸리며, 동일한 센싱 날짜로 여러 버전의 데이터 업로드가 이루어질 수 있습니다. 이때는 처리 날짜를 통해 데이터가 이용 가능한 상태인지, 어떤 데이터 버전을 사용하고 있는지 파악할 수 있습니다. 여기서는 센싱 날짜로 내림차순 정렬, 센싱 기간은 2023년 6월 1일부터 30일까지로 설정해 보겠습니다.
Copernicus Open Access Hub에서는 Sentinel-1, Sentinel-2, Sentinel-2 데이터를 모두 내려받을 수 있습니다. 여기서는 Mission: Sentinel-1을 체크해 보겠습니다.
위성 플랫폼(Satellite Platform)은 S1A_*와 S1B_*가 있습니다. 하나의 Sentinel-1 위성은 12일마다 한번씩 전세계 지도를 작성할 수 있습니다. 1A와 1B, 두 개의 위성군은 6일의 정확한 반복주기를 제공합니다. 안타깝게도 2021년 12월 23일, Sentinel-1B는 위성 플랫폼에서 제공하는 기기 전원 공급장치와 관련된 이상현상을 경험하여 레이더 데이터를 전달할 수 없게 되었습니다. 현재 Sentinel-1A는 계속 완벽하게 작동하며 가능한 한 빨리 Sentinel-1C를 발사할 계획입니다.
제품 유형(Product Type)은 SLC, GRD, OCN, RAW로 구분됩니다. 모든 제품은 레벨-0 제품에서 직접 가공됩니다. 각 모드는 Level-1 SLC, Level-1 GRD 및 Level-2 Ocean 제품을 생성할 수 있습니다.
- 레벨-0(Level-0) 제품: Raw SAR data (RAW)
- 레벨-1(Level-1) 제품: Single Look Complex (SLC) 또는 Ground Range Detected (GRD)
- 레벨-2(Level-2) 제품: Ocean (OCN)
SLC 제품은 위상 정보를 보존하며, 자연 픽셀 간격으로 처리됩니다. 여기서 위상 정보(phase information)란 레이더 신호의 파장과 같은 진동 패턴에 대한 정보를 의미합니다. SLC 제품은 이러한 파장과 진동 패턴의 정보를 보존하므로 보다 정교한 레이더 이미지를 얻을 수 있습니다.
그러나 GRD 제품은 진폭(amplitude) 정보만을 포함하고 있습니다. 진폭은 레이더 신호의 세기나 밝기에 해당하는 정보를 의미합니다. 이러한 진폭 정보는 표면의 구조를 보다 간단한 형태로 표현하는데 도움이 되며, 스펙클(speckle)이라는 잡음을 줄이기 위해 다중 보기 처리되어 부드럽고 선명한 이미지를 만들어냅니다.
스펙클(speckle)은 레이더 이미지에서 발생하는 잡음으로, 무작위한 밝기 변동이나 노이즈처럼 보이는 작은 광점 또는 패턴을 말합니다. 이는 레이더 파장이 표면에서 반사되고 간섭하는 과정에서 발생하는 현상으로, 이미지 해석을 어렵게 만들 수 있습니다. 여기서는 GRD 제품을 선택해 보겠습니다.
편광(Polarisation) 유형은 다음과 같습니다.
- SH (single HH polarisation)
- SV (single VV polarisation)
- DH (dual HH+HV polarisation)
- DV (dual VV+VH polarisation)
편광/편파(polarization)은 전송된 전자파가 진동하는 면의 방향을 나타냅니다. 방향은 어떤 각도에서 발생할 수 있지만, SAR 센서는 일반적으로 선형 편파를 전송합니다. 수평 편파(horizontal polarization)는 문자 H로 표시되고 수직 편파(vertical polarization)는 V로 표시됩니다.
레이더 센서의 장점은 송신 및 수신 모두에서 신호 편파(signal polarization)를 정밀하게 제어할 수 있다는 것입니다. 수직(V)으로 방출되고 수평(H) 편파로 수신된 신호는 VH로 표시됩니다. 또는 수평(H)으로 방출되고 수평(H)으로 수신된 신호는 HH로 표시됩니다.
이러한 다양한 편파에서 신호 강도(signal strength)를 검사하면 거친 표면, 체적 및 이중 반사와 같은 산란 유형을 기반으로 이미징된 표면 구조에 대한 정보가 전달됩니다.
- 나지나 물로 인한 것과 같은 거친 표면 산란(rough surface scattering)은 VV 산란에 가장 민감합니다.
- 숲 캐노피의 잎과 가지로 발생하는 체적 산란(volume scattering)은 VH또는HV 교차 산란에 가장 민감합니다.
- 이중 반사(double bounce)는 건물, 나무 줄기 또는 침수된 식생에 의해 발생하며 HH 산란에 가장 민감합니다.
여기서는 DV (dual VV+VH polarisation: 이중 VV+VH 편광)을 선택해 보겠습니다.
Sentinel-1은 4가지 전용 획득 모드(exclusive acquisition modes)로 작동합니다.
- Stripmap (SM)
- Interferometric Wide swath (IW)
- Extra-Wide swath (EW)
- Wave (WV)
이중 IW 모드는 지상의 주요 획득 모드이며 대부분의 서비스 요구사항을 충족합니다. 5m x 20m 공간 해상도(single look)에서 250km 범위의 데이터를 수집합니다. IW 모드는 TOPSAR(Terrain Observation with Progressive Scans SAR)를 사용하여 3개의 하위 범위를 캡처합니다. 여기서는 IW 모드를 선택해 보겠습니다.
SM, IW, EW, WV 모드에 따른 제품 레벨(L0 RAW, L1 SLC, L1 GRD, L2 OCN)은 다음과 같습니다.
참고로, 아래 저장 버튼을 클릭해서 현재의 검색 옵션을 저장할 수도 있습니다.
검색 결과를 확인해 보겠습니다. 경남 진주지역은 두 개의 타일 그리드가 중첩되어 센싱 날짜로 6월 29일, 6월 24일, 6월 17일, 6월 12일 순으로 데이터 다운로드가 가능합니다.
저는 센싱 날짜 6월 29일과 6월 17일 데이터를 다운로드 받아보겠습니다.
참고로 동일 조건으로 검색해 본 Sentinel-2 MSI 광학센서 데이터는 다음과 같습니다. Sentinel-1 SAR 데이터는 주야간이나 구름이 끼어있는 환경에서도 관측이 가능하다는 것을 다시 한번 확인해볼 수 있습니다.
자, 이제 데이터를 다운로드 해주시면 되겠습니다!
다운로드 받은 파일은 다음과 같은 이름을 가지고 있습니다. Sentinel-1 SAR 데이터의 명명 규칙은 아래 그림을 참고하시면 되겠습니다.
여기까지 Sentinel-1 SAR 데이터 다운로드 방법을 간략히 정리해 봤습니다. Sentinel-1 데이터를 다루는데 가장 적합한 소프트웨어는 SNAP(Sentinel Application Platform)입니다. SNAP은 ESA(European Space Agency)에서 개발한 자유 오픈 소스 소프트웨어이며, Sentinel 시리즈와 다른 위성 데이터를 처리, 분석 및 시각화하는 데 사용됩니다. 다음 글에서는 SNAP 다운로드 및 설치방법을 정리해 보겠습니다.