최근 정부에서는 담수역에서 발생하는 녹조현상을 재난현상으로 법제화하였다. 녹조현상은 남조류가 과대성장하여 물빛을 녹색으로 변화시키는 현상으로서 시각적인 불쾌함과 이취미를 발생시킬 뿐만 아니라 수중 생태계를 파괴하기 때문에 대응을 위해서는 하천의 주기적인 모니터링이 선행되어야 한다. 환경부에서는 국내 하천과 호소의 수질 모니터링을 위해 약 750여개의 지점을 선정하고 녹조와 관련된 항목을 포함하여 20여 가지의 수질을 분석하고 있다. 그러나 외부요인의 유입이나 시간에 의한 변화가 심한 수체의 특성상, 주 단위로 측정된 수질 자료를 이용하여 광역수체를 모니터링 하는 방법은 녹조의 발생과 거동을 파악하는데 한계가 있다.
원격탐사는 대상에 직접적으로 접근하지 않고 대상체의 정성, 정량 분석이 가능한 기법으로서 넓은 수체를 모니터링하기 위한 방법으로 적합하다. 특히 짧은 시간 내에 수질 미계측 지점을 포함한 넓은 수체의 정보를 획득할 수 있으므로 수질측정망 자료를 보완하는 자료로 활용될 수 있다. 원격탐사 기법을 적용하기 위해서는 수체의 분광특성과 조류 농도 간의 관계를 정의할 수 있는 알고리즘이 필요하다. 일반적으로 수체의 구성물질은 지역마다 다른 것으로 알려져 있기 때문에 해외에서 개발된 기존의 원격추정 알고리즘을 우리나라에 직접 적용하는 것은 한계가 있다. 또한, 기존에 개발된 밴드비 기반의 남조류 phycocyanin 색소 추정 기법은 chlorophyll-a의 영향이 큰 것으로 나타났기 때문에 추정 정확도 향상을 위해서는 이를 최소화하는 방안이 필요하다.
본 연구에서는 국내 담수역의 남조류 원격모니터링을 위해 남조류의 지표로 사용되는 phycocyanin 색소의 양을 추정하는 알고리즘을 개발하였다. 남조류의 분광 특징을 기법에 적용하기 위해 국내에서 빈번하게 발생하는 남조류종을 순수 배양하고 암실환경에서 분광실험을 수행하여 phycocyanin 농도에 따라 조류 색소 피크 파장대가 이동하는 특징을 발견하였다. 현장에서 관측된 수체의 분광곡선과 phycocyanin 농도간의 분석에서는 조류 색소 반사피크 파장과 chlorophyll-a 흡수피크 파장의 비를 구성하였을 때 phycocyanin과 결정계수가 높게 나타났다. 두 특징을 수치화하고 결합하여 피크비 기반의 남조류 정량추정기법(Peak Distance and Ratio Index)을 개발하였다. 개발된 기법은 수체의 반사율 분광곡선에서 색소 피크와 chlorophyll-a에 의해 반응하는 피크의 비를 이용함으로서 chlorophyll-a와 용존성 유색물질, 조류를 제외한 입자성물질의 영향을 최소화할 수 있음을 증명하였다.
PDRI는 국외에서 개발된 밴드비 기법과 비교하여 적용성을 평가한 결과 R2, RMSE, MRE, MAE 모든 면에서 타 기법에 비해 우수한 것으로 나타났다. 특히 낮은 phycocyanin 농도의 추정에서 타 기법에 비해 절대오차가 2배 이하로 나타났고, chlorophyll-a와 관련성은 본 논문에서 제안한 기법이 가장 작은 것으로 분석되었다. 피크의 비를 이용함으로서 용존성 유색물질과 조류를 제외한 입자성 물질에 의해 교란된 신호에서도 상대적으로 정확도 높은 phycocyanin 농도 추정이 가능하였다.
본 연구에서 제안한 남조류 원격정량추정기법을 원격탐사 자료에 적용한 결과, 수체의 남조류 분포 상황을 잘 재현하는 것으로 나타났고 수질 미계측 지점에 대한 모니터링이 가능할 것으로 판단된다. 원격탐사 기반의 남조류 모니터링은 남조류 과성장에 대한 지점과 원인 분석, 남조류 천이 시기의 분석이 가능하고 이를 기반으로 조류 대발생의 사전 대응과 비점오염원의 관리에 대한 자료로 활용될 수 있을 것이라 기대된다. 나아가 기존의 정확도 높은 수질측정망 자료를 보완하는 자료로서 수질의 공간분포에 대한 정보를 제공하여 국내 담수역의 수질 관리 및 보전에 기여할 것으로 사료된다.