AI 지원 매핑, 체薩피피크 베이 수계의 숨은 하천 두 배로 발굴

AI 강화 지도, 체사피크 만 유역의 숨은 하천 복원 가능하게 해 오늘 공개된 새로운 수문지형 데이터셋은 체사피크 만 유역에서 기록된 하천 거리를 이전 데이터셋보다 두 배 이상 늘렸습니다. 이 데이터는 이전 지도와 비교해 새롭게 발견된 하천을 파란색으로 표시하며, 하천 거리가 약 150,000마일에서 거의 350,000마일로 증가했습니다. 이 새로운 하천 지도는 메릴랜드 주립대학교 볼티모어 카운티(UMBC), 환경보호청 체사피크 만 프로그램(CBP), 그리고 체사피크 보존협회(CC) 간의 협력 결과물입니다. UMBC 졸업생들도 CBP와 CC에서 참여했습니다. 이 프로젝트는 북아메리카 최대 생태계 중 하나인 체사피크 만 유역의 지속 가능한 관리 기반을 마련합니다. 이 유역은 6개 주를 아우르며 수백만 명의 주민과 블루크랩, 이주 새 등 상징적인 야생동물을 지원합니다. 새로운 고해상도 데이터셋은 유역 전체에서 물이 어떻게 움직이는지를 가장 명확하게 보여줍니다. 또한, 연구팀은 각 하천의 폭과 깊이를 전 구간에 걸쳐 추정해 보고할 수 있었습니다. “지표면은 흐르는 물에 의해 형성됩니다. 하천 네트워크는 유역과 만 사이의 주요 연결로, 이제 우리는 이 연결을 이전에 경험하지 못한 방식으로 특성화할 수 있습니다,” UMBC 지리 및 환경 시스템 교수 매튜 베이커(Matthew Baker)는 말합니다. 이 새로운 데이터는 인간 활동으로 인한 지형 변화를 인식하고, 그로 인해 물 흐름이 어떻게 변했는지를 이해하는 데 도움을 줍니다. 베이커 교수는 “시간을 보내서 경사지도를 살펴보면 지형의 인간 조작 범위와 물이 지표를 가로질러 어떻게 흐르는지를 크게 변화시켰음을 인식하게 됩니다”라고 덧붙였습니다. 복원을 위한 자료 환경 단체와 정부 기관들은 이 데이터를 활용해 복원 프로젝트를 우선 순위로 정할 수 있습니다. 예를 들어, 과도한 침식을 완화하기 위해 목표를 설정한 하천 옆 나무 식재 프로젝트를 수행할 수 있습니다. 과도한 침식은 하천의 폭에 비해 매우 가파른 제방이나 깊은 하천을 통해 확인됩니다. 또한, 농부와 도시 계획자들도 이 데이터를 활용해 농업 오염물질 유출을 줄이고, 개발을 현명하게 관리하여 홍수를 피하고 야생 동식물 서식지를 최소한으로 손상시키는 데 도움을 받을 수 있습니다. “이 지도를 만드는 데 6년 이상의 노력이 필요했습니다. 이 높은 관심을 받은 데이터셋이 어떤 데 사용될지 기대됩니다,” 체사피크 보존협회의 고급 지리공간 기술 리드인 데이비드 사베дра(David Saavedra)는 말합니다. AI를 통한 효율적인 하천 매핑 이 프로젝트는 처음으로 고해상도 LiDAR 데이터와 인공지능(AI)을 결합해 대규모 자동 하천 매핑을 진행했습니다. LiDAR는 항공기를 통해 배치된 레이저 기반 시스템으로, 센티미터 단위의 정밀도로 지형 고도 데이터를 캡처해 3차원 지형 포트레이트를 생성했습니다. UMBC의 고성능 컴퓨팅 시설(HPCF)에서 제공되는 리소스를 활용한 AI 알고리즘은 컴퓨터 비전 기술을 사용해 이 데이터를 처리하고 채널을 식별했습니다. HPCF 컴퓨터는 전 유역을 불과 2주 만에 매핑했습니다. 이는 전통적인 방법으로 몇 년이 걸릴 수 있는 업무를 대폭 단축시킵니다. 사베德拉는 이 데이터셋의 정확성을 검증하기 위해 두 개의 다른 데이터셋(항공 사진 및 LiDAR로 파생된 지형도)과 비교한 결과, 기존 데이터에 표현된 하천의 94% 정확도를 달성했으며, 이전에 매핑되지 않은 하천의 경우 67%에서 82%의 정확도를 보였습니다. 알고리즘 개발 과정에서는 초기에 덜 의미 있는 채널 형태의 특징들, 예를 들어 우수 저류지, 녹색 스웨일, 냇가, 경작용 고랑 등을 포함시키는 문제가 발생했습니다. 이로 인해 해당 특징들을 제거하는 알고리즘 수정이 필요했습니다. “지형 해석의 도전 과제 중 하나는 이러한 특징들과 더 자연적인 채널 사이의 구분을 짓는 것이었습니다. 그래서 우리의 모델에서는 처음 매핑된 일부 특징을 제거해야 했습니다. 이것이 예상치 못한 일이었죠,” 베이커 교수는 설명했습니다. 눈을 뜨게 하는 기회 결과적으로 생성된 지도는 1:24,000 규모에서 1:2,400 규모로 해상도가 10배 향상되었습니다. 각 픽셀은 1제곱미터를 나타냅니다. 이 새로운 하천 지도는 같은 해상도로 제작된 최근 땅 사용 지도와 함께 사용될 수 있으며, 이 지도 역시 동시에 공개됩니다. “사람들이 우리의 초고해상도 수문지형을 1m 땅 사용 데이터와 함께 사용하면, 지표와 수로가 얼마나 연결되어 있는지를 보는 것이 눈을 뜨게 할 것입니다. 이전 데이터로는 명확히 보이지 않았던 지역의 수질 개선 기회를 많이 발견할 수 있을 것입니다,” 사베дра는 말합니다. “일관된 고해상도 수문지형 데이터의 부족은 항상 도전 과제였습니다. 이 데이터는 체사피크 만 유역 협약에서 명시된 여러 결과를 위한 중요한 요소입니다. 예를 들어, 삼림 버퍼, 비조류 습지, 브룩 트라우트와 블랙덕의 서식지, 하천 건강 등을 매핑하는 데 필수적입니다,” 환경보호청 체사피크 만 프로그램의 지리학자 라비브 아흐메드(Labeeb Ahmed)는 덧붙였습니다. “이 데이터셋의 공개는 새로운 연구와 과학적 질문을 가능하게 할 것입니다. 다른 연구자들과 이해당사자가 이 데이터를 어떻게 활용할지 기대됩니다.” 업계 평가와 회사 프로필 이 프로젝트는 체사피크 만 유역의 복원과 보호 노력에 큰 도움을 줄 것으로 기대됩니다. UMBC, CBP, CC는 이번 협력을 통해 환경 보호와 지속 가능한 관리에 필요한 정확하고 세부적인 데이터를 제공하는데 성공했습니다. 특히, AI를 활용한 방법은 시간, 비용, 노동력을 크게 절감함으로써 다른 유역에서도 쉽게 적용될 수 있습니다. 이는 환경 관리와 복원 프로젝트의 효율성을 크게 높일 것으로 보입니다.