국립환경과학원은 인공지능(AI) 기반 분석 기술과 첨단 원격탐사 기술을 결합해 실시간으로 광역 단위의 녹조를 관측하는 체계를 구축한다고 1일 밝혔다. 이번 사업은 기후변화로 인해 녹조 발생 패턴이 변화하는 상황에 선제적으로 대응하기 위해 마련됐다.
녹조 관측 고도화는 크게 두 가지 축으로 추진된다. 첫째는 고정형 초분광 타워를 활용한 실시간 정밀 관측이고, 둘째는 인공위성 영상을 이용한 광역 감시 체계 구축이다. 초분광 타워는 일반 카메라보다 훨씬 많은 파장 정보를 분석할 수 있어 사람의 눈으로 구분하기 어려운 클로로필-a와 피코시아닌 같은 조류 색소 농도를 실시간으로 측정한다.
현재 낙동강 칠서 지점과 금강 대청호에 설치된 초분광 타워는 7월부터 낙동강 해평, 강정고령, 물금매리 등 3개 지점에 추가 설치돼 총 5기로 확대 운영된다. 이 타워들은 수질 센서, 기상 측정 장비, 폐쇄회로텔레비전(CCTV) 등과 연계되며, 수집된 데이터는 인공지능 심층학습 모델로 분석된다.
현재는 클로로필-a와 피코시아닌 농도를 실시간으로 측정하고 있으며, 향후에는 인공지능을 활용해 조류경보제의 핵심 지표인 유해남조류 세포수까지 자동 분석하는 기술을 개발할 예정이다. 이를 통해 녹조 농도의 급격한 변화나 이상 징후를 신속하게 탐지할 수 있을 것으로 기대된다.
또한 국립환경과학원은 유럽우주국이 운영하는 센티넬-2 위성 영상을 활용해 대기 보정과 인공지능 기반 분석을 거쳐 클로로필-a와 피코시아닌 농도 분포를 정량적으로 산출하고 있다. 현재 낙동강, 금강, 영산강 수계를 대상으로 녹조 농도 분포 지도를 제작해 물환경정보시스템(water.nier.go.kr)에 공개 중이다.
이번 관측 체계의 핵심은 지점 단위의 정밀 관측과 수계 단위의 광역 감시를 상호 보완적으로 운영하는 점이다. 고정형 초분광 센서는 주요 조류 발생 우심 지점에서 높은 시간 해상도로 연속 관측을 수행하고, 인공위성 영상은 넓은 수역의 공간적 분포를 파악하는 데 활용된다.
이러한 기술은 기존 현장 중심의 관측보다 시공간적으로 신속하고 정밀한 대응을 가능하게 한다. 효율적인 조류경보제 운영, 취·정수장 대응, 녹조 계절 관리제 지원을 위해 지방정부와 관계기관이 사전에 대응할 수 있는 과학적 정보를 더 빠르게 제공할 수 있을 것으로 보인다.
김경현 국립환경과학원 물환경연구부장은 "인공지능과 첨단 원격탐사 기술의 융합은 기후변화 시대의 수질관리 체계를 근본적으로 전환할 핵심 기술"이라며 "국민이 안심할 수 있는 물환경 조성을 위해 실시간·예측 기반의 지능형 녹조 대응체계를 지속적으로 고도화해 나가겠다"고 말했다.
한편, 초분광 타워는 수백 개 이상의 좁은 파장 대역에서 연속적인 스펙트럼 정보를 제공하는 초분광 영상 기술을 활용한다. 이 기술은 가시광선과 근적외선 영역을 세분화해 관측함으로써 조류의 고유 반사 특성을 감지한다. 클로로필-a는 식물성 플랑크톤과 조류에 공통으로 존재하는 광합성 색소로 물속 조류량과 녹조 정도를 판단하는 대표 지표이며, 피코시아닌은 남조류에 많이 포함된 청색 계열 색소로 유해 남조류 발생 여부를 확인하는 핵심 지표로 사용된다.
