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Korean Journal of Remote Sensing

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수록정보
수록범위 : 1권1호(1985)~36권5호(2020) |수록논문 수 : 1,543
대한원격탐사학회지
36권5호(2020년 10월) 수록논문
최근 권호 논문
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KCI등재

1인공신경망 기반 드론 광학영상 및 LiDAR 자료를 활용한 임분단위 식생층위구조 추정

저자 : 차성은 ( Sungeun Cha ) , 조현우 ( Hyun-woo Jo ) , 임철희 ( Chul-hee Lim ) , 송철호 ( Cholho Song ) , 이슬기 ( Sle-gee Lee ) , 김지원 ( Jiwon Kim ) , 박치영 ( Chiyoung Park ) , 전성우 ( Seong-woo Jeon ) , 이우균 ( Woo-kyun Lee )

발행기관 : 대한원격탐사학회 간행물 : 대한원격탐사학회지 36권 5호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 653-666 (14 pages)

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지속가능한 산림 발전을 위해 식생층위구조를 파악하는 것은 산림 자원 관리에 중요한 요소이다. 최근 기술의 발달로 드론, 딥러닝 등 신기술을 산림 부문에 접목한 활용이 늘어났으며, 이를 이용한 식생층위구조 추정이 가능해졌다. 본 연구에서는 드론-광학 및 LiDAR 영상을 융합하여 공주, 삼척, 서귀포 지역에 대해 식생층위구조를 파악하였으며, 각 92.62%(Kappa value: 0.59), 91.57%(Kappa value: 0.53), 86.00%(Kappa value: 0.63)의 정확도를 확인하였다. 딥러닝을 활용한 식생층위구조 분석 기술은 광학 및 LiDAR의 정보량이 많아질수록 모델의 성능을 높일 수 있을 것으로 기대된다. 향후, 식생의 다양한 특성이 반영될 수 있는 복잡도 높은 모델과 충분한 샘플링을 통한 학습자료 구축이 동반되어 모델의 완성도가 높아진다면, 전국단위의 식생층위구조 지도를 구축하여 우리나라 정책·제도의 참고자료로 활용될 수 있을 것이다.


Understanding the vegetation structure is important to manage forest resources for sustainable forest development. With the recent development of technology, it is possible to apply new technologies such as drones and deep learning to forests and use it to estimate the vegetation structure. In this study, the vegetation structure of Gongju, Samchuk, and Seoguipo area was identified by fusion of drone-optical images and LiDAR data using Artificial Neural Networks (ANNs) with the accuracy of 92.62% (Kappa value: 0.59), 91.57% (Kappa value: 0.53), and 86.00% (Kappa value: 0.63), respectively. The vegetation structure analysis technology using deep learning is expected to increase the performance of the model as the amount of information in the optical and LiDAR increases. In the future, if the model is developed with a high-complexity that can reflect various characteristics of vegetation and sufficient sampling, it would be a material that can be used as a reference data to Korea's policies and regulations by constructing a country-level vegetation structure map.

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2봄배추 생육이상 평가를 위한 드론 열적외 영상 기반 작물 수분 스트레스 지수(CWSI) 분포도 작성

저자 : 나상일 ( Sang-il Na ) , 안호용 ( Ho-yong Ahn ) , 박찬원 ( Chan-won Park ) , 홍석영 ( Suk-young Hong ) , 소규호 ( Kyu-ho So ) , 이경도 ( Kyung-do Lee )

발행기관 : 대한원격탐사학회 간행물 : 대한원격탐사학회지 36권 5호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 667-677 (11 pages)

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작물 수분 스트레스는 토양수분 함량, 농작물 생리학적 특성 및 원격탐사 기술을 이용하여 감지할 수 있으며, 작물의 생산량 감소를 평가하는데 매우 중요하다. 작물 수분 스트레스 지수(CWSI)는 작물의 엽온과 기온의 차이를 이용하여 산출할 수 있다. 본 연구에서는 드론 기반 열적외 영상을 이용하여 봄배추를 대상으로 관수 처리구(WCP)와 무관수 처리구(WDP)에 대한 CWSI 분포도를 작성하였다. 그 결과, CWSI 공간분포는 배추의 생육이상 반응 요소(구고, 구직경 및 엽록소 함량 측정치)와 높은 일치율을 나타내었다. 따라서 CWSI는 작물 생육이상 모니터링 및 평가에 좋은 수단으로 활용 가능할 것으로 판단된다.


Crop water stress can be detected based on soil moisture content, crop physiological characteristics and remote-sensing technology. The detection of crop water stress is an important issue for the accurate assessment of yield decline. The crop water stress index (CWSI) has been introduced based on the difference between leaf and air temperature. In this paper, drone-based thermal infrared image was used to map of crop water stress in water control plot (WCP) and water deficit plot (WDP) over spring chinese cabbage fields. The spatial distribution map of CWSI was in strong agreement with the abnormal growth response factors (plant height, plant diameter, and measured value by chlorophyll meter). From these results, CWSI can be used as a good method for evaluation of crop abnormal growth monitoring.

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3WRF-Chem 모델과 결합된 CFD 모델을 활용한 도시 지역의 일산화탄소 확산 연구

저자 : 권아름 ( A-rum Kwon ) , 박수진 ( Soo-jin Park ) , 강건 ( Geon Kang ) , 김재진 ( Jae-jin Kim )

발행기관 : 대한원격탐사학회 간행물 : 대한원격탐사학회지 36권 5호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 679-692 (14 pages)

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본 연구에서는 CFD 모델을 WRF-Chem 모델과 결합(WRF-CFD 모델)하였고, 서울 영등포구에 소재한 건물 밀집 지역에서 흐름과 일산화탄소(carbon monoxide, CO) 분포 특성을 조사하였다. 이를 위하여, 자동기상관측소에서 측정한 풍속, 풍향과 도시대기측정소에서 측정한 CO 농도를 이용하여 수치 모의 결과를 검증하였다. AWS 510 지점에서는 남풍과 남서풍 계열 바람이 측정되었고, 야간 시간 보다는 주간 시간에 높은 풍속이 측정되었다. WRF-Chem 모델은 주로 동남동풍에서 서남서풍 계열의 바람을 수치 모의하였고, 측정 풍속을 과대 모의하였다. WRF-CFD 모델이 수치 모의한 풍향은 WRF-Chem 모델 풍향에 대한 의존도가 높았고, 측정풍속을 상대적으로 잘 수치 모의하였다. 통계적 검증 지수에 대한 목표 값과 추천 범위를 고려하였을 때, WRFCFD 모델이 WRF-Chem 모델에 비해 측정 풍속을 통계적으로 더 현실적으로 수치 모의하였다. WRF-Chem 모델은 측정 CO 농도를 크게 과소 모의하였고, WRF-CFD 모델은 CO 농도 예측을 개선하였다. 통계적 검증 결과를 종합한 결과, WRF-CFD 모델은 도시 지역에 복잡하게 분포한 건물과 이동 오염원을 고려함으로써 CO 농도예측 성능을 개선하였다. 5월 22일 04시에는 AQMS가 위치한 지역에는 하강류가 존재하고, 상층으로부터 비교적 낮은 농도의 CO가 유입되면서 주변 지역에 비해 낮은 농도가 수치 모의되었다. 5월 22일 15시에는 AQMS 측정 지점에 약한 상승류가 형성되었고, 이에 따라 주변보다 다소 높은 CO 농도가 나타났다. WRF-CFD 모델은 상승류에 의해 도로의 이동 오염원으로부터 배출된 CO를 AQMS 측정 고도까지 수송하여, 결과적으로, 측정 CO 농도를 잘 재현한 것으로 판단된다. 5월 22일 18시 사례는 CO 배출량 증가, 상승류 발생 지역 증가, 풍속증가로 인한 지면 근처의 난류운동에너지 생성 증가에 따른 난류 확산 증가 등으로 인해 전체적으로 높은 CO 농도가 수치 모의되었다. AQMS 지점에서는 하강류가 수치 모의되었지만, 풍상측에 형성된 고농도의 CO 밴드로 인해WRF-CFD 모델은 측정 CO 농도를 과대 모의하였다.


We coupled a CFD model to the WRF-Chem model (WRF-CFD model) and investigated the characteristics of flows and carbon monoxide (CO) distributions in a building-congested district. We validated the simulated results against the measured wind speeds, wind directions, and CO concentrations. The WRF-Chem model simulated the winds from southwesterly to southeasterly, overestimating the measured wind speeds. The statistical validation showed that the WRF-CFD model simulated the measured wind speeds more realistically than the WRF-Chem model. The WRF-Chem model significantly underestimated the measured CO concentrations, and the WRF-CFD model improved the CO concentration prediction. Based on the statistical validation results, the WRF-CFD model improved the performance in predicting the CO concentrations by taking complicatedly distributed buildings and mobiles sources of CO into account. At 04 KST on May 22, there was a downdraft around the AQMS, and airflow with a relatively low CO concentration was advected from the upper layer. Resultantly, the CO concentration was lower at the AQMS than the surrounding area. At 15 KST on May 22, there was an updraft around the AQMS. This resulted in a slightly higher CO concentration than the surroundings. The WRF-CFD model transported CO emitted from the mobile sources to the AQMS measurement altitude, well reproducing the measured CO concentration. At 18 KST on May 22, the WRF-CFD model simulated high CO concentrations because of high CO emission, broad updraft area, and an increase in turbulent diffusion cause by wind-shear increase near the ground.

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4GIS와 WMO 기상 관측 환경 기준을 이용한 종관기상관측소 관측환경평가

저자 : 강정은 ( Jung-eun Kang ) , 김재진 ( Jae-jin Kim )

발행기관 : 대한원격탐사학회 간행물 : 대한원격탐사학회지 36권 5호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 693-706 (14 pages)

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본 연구는 세계기상기구(World Meteorological Organization, WMO) 분류 지침에 따라 10지점의 종관기상관측소(Automated Synoptic Observing System, ASOS) 관측 환경을 5단계로 분류하였다. 장애물(지형, 건물 등)과 지표 피복 유형은 일조 시간, 기온, 지상 바람의 관측 환경을 평가하는 주요 요인이었다. 따라서, WMO 분류 지침에 따라 ASOS를 평가하기 위해서 지형, 건물, 토지 피복 유형에 대한 수치 지도를 사용했다. 일조 시간의 관측 환경은 일조 고도각이 낮은 일출과 일몰 시간대에 주변 건물 영향을 가장 많이 받았다. 기온 관측 환경은 태양 고도각뿐만 아니라 열/수원과 ASOS 사이의 거리를 기준으로 결정되었다. 본 연구에서 고려한 ASOS 주변에는 수원이 없었다. 일부 ASOS 근처에 있는 열원은 관찰 환경에 영향을 미칠만큼 크지 않았다. ASOS 주변의 거칠기 길이와 주변 건물과 ASOS 사이의 거리를 기반으로 지상 바람 관측 환경을 평가했다. 대부분의 ASOS는 주변보다 높은 고도에 놓여 있으며 ASOS 주변의 거칠기 길이는 최상의 수준을 위한 조건을 충족할 만큼 충분히 작았다.


For ten meteorological observatories running an automated synoptic observing system (ASOS), we classified the observation environments into five classes based on the World Meteorological Organization (WMO) classification guidelines. Obstacles (such as topography and buildings) and land-cover types were the main factors in evaluating the observation environments for the sunshine duration, air-temperature, and surface wind. We used the digital maps of topography, buildings, and land-cover types. The observation environment of the sunshine duration was most affected by the surrounding buildings when the solar altitude angle was low around the sunrise and sunset. The air-temperature observation environment was determined based on not only the solar altitude angle but the distance between the heat/water source and ASOS. There was no water source around the ASOSs considered in this study. Heat sources located near some ASOSs were not large enough to affect the observation environment. We evaluated the surface wind observation environment based on the roughness length around the ASOS and the distance between surrounding buildings and the ASOS. Most ASOSs lay at a higher altitude than the surroundings and the roughness lengths around the ASOSs were small enough to satisfy the condition for the best level.

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5시정계 자료 특성을 고려한 시정계 자료 품질검사 기법 개발

저자 : 오유주 ( Yu-joo Oh ) , 서명석 ( Myoung-seok Suh )

발행기관 : 대한원격탐사학회 간행물 : 대한원격탐사학회지 36권 5호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 707-723 (17 pages)

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본 연구에서는 현재 기상청에서 운용중인 시정계 자료의 시공간대표성 및 정확도를 개선하기 위해, 다단계 결정나무 품질검사(decision tree QC) 방법을 개발하고 3년간(2016.03-2019.02) 시정계 자료에 적용하였다. 개발된 QC 방법의 정성적 및 정량적 검증을 위해 기상청에서 제공하는 시정계 자료 및 목측 자료 그리고 노르웨이 기상청의 QC 방법을 사용하였다. 1단계에서는 물리적 범위 초과 및 결측 검사를 수행하여 결측 및 비정상 자료의 합이 총 자료의 10%를 초과하면 해당 지점은 다음 QC에서 제거하였다. 2단계에서는 시정이 시간적으로 연속성 있게 변한다는 가정하에 시간적 연속성 검사를 수행하였고, 임계값을 동적으로 설정하였다. 3단계에서는 시정이 공간적으로 연속성 있게 변한다는 가정하에 공간적 연속성 검사를 수행하였다. 4단계에서는 시정계의 정확도가 시정에 반비례한 점을 고려한 가중평균법으로 10분 주기 시정자료를 산출하였다. 시정계가 처음으로 도입 운용되는 점으로 인해 전체 시정계 자료 중 약 10% 정도가 1단계에서 제거되었다. 또한 안개 발생 주변 지역에서는 시정의 공간적 변동성이 연속성 검사를 수행할 수 없을 정도로 매우 크기 때문에 3단계는 적용하지 않았다. 본 연구에서 개발한 QC 방법을 정성적, 정량적 검증한 결과, 초기 자료에 포함된 이상치들이 상당부분 제거되고 시정의 순간적 변동성이 완화됨을 보였다. 또한 목측자료 및 노르웨이 기상청 QC 방법을 이용한 간접적 검증 결과 본 연구에서 개발한 QC 방법이 시정계 자료 품질검사기법으로 사용이 가능함을 제시하였다.


In this study, a decision tree type of quality control (QC) method was developed to improve the temporal-spatial representation and accuracy of the visibility data being operated by the Korea Meteorological Administration (KMA). The quality of the developed QC method was evaluated through the application to the 3 years (2016.03-2019.02) of 290 stations visibility data. For qualitative and quantitative verification of the developed QC method, visibility and naked-eye data provided by the KMA and QC method of the Norwegian Meteorological Institute (NMI) were used. Firstly, if the sum of missing and abnormal data exceeds 10% of the total data, the corresponding point was removed. In the 2nd step, a temporal continuity test was performed under the assumption that the visibility changes continuously in time. In this process, the threshold was dynamically set considering the different temporal variability depending on the visibility. In the 3rd step, the spatial continuity test was performed under the assumption of spatial continuity for visibility. Finally, the 10-minute visibility data was calculated using weighted average method, considering that the accuracy of the visibility meter was inversely proportional to the visibility. As results, about 10% of the data were removed in the first step due to the large temporal-spatial variability of visibility. In addition, because the spatial variability was significant, especially around the fog area, the 3rd step was not applied. Through the quantitative verification results, it suggested that the QC method developed in this study can be used as a QC tool for visibility data.

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6시계열 마스크 맵이 논벼 NDVI와 단수와의 관계에 미치는 영향

저자 : 나상일 ( Sang-il Na ) , 안호용 ( Ho-yong Ahn ) , 박찬원 ( Chan-won Park ) , 홍석영 ( Suk-young Hong ) , 소규호 ( Kyu-ho So ) , 이경도 ( Kyung-do Lee )

발행기관 : 대한원격탐사학회 간행물 : 대한원격탐사학회지 36권 5호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 725-733 (9 pages)

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본 연구의 목적은 (1) MCD12Q1 자료를 이용하여 시계열 마스크 맵 작성하여 (2) 시계열 마스크 맵의 연차별 논벼 재배면적 변화를 추출하고, (3) MYD13Q1 NDVI와 단수와의 상관계수를 비교하여 (4) 적용성을 검토하는 것이다. 이를 위해 2002년부터 2019년까지의 연도별MCD12Q1 PFT 자료를 수집하여 시계열 마스크 맵을 작성하고 고정형 마스크 맵과 비교하였다. 그 결과, 시계열 마스크 맵에 의한 논벼 재배면적이 실제 논벼 재배면적의 변동 특성을 잘 반영하고 있는 것으로 나타났으며, 고정형 마스크 맵과 비교하여 NDVI와 논벼 단수와의 상관계수도 높게 나타나 시계열 마스크 맵이 논벼 고유의 식생지수 추출 및 작황 모니터링, 단수 추정의 정확도를 높이는 방법임을 확인하였다.


The objectives of this study were (1) to develop a temporal mask map using MCD12Q1 data, and (2) to extract the annual variations in paddy, (3) to investigate the correlation analysis between MYD13Q1 NDVI and rice yield, and (4) to review its applicability. For these purposes, the temporal mask map was created using annual MCD12Q1 PFT data from 2002 to 2019, and compared with the fixed mask map. As a result, it found that the temporal mask map well reflected the variations of the paddy area. In addition, the correlation coefficient between NDVI and rice yield was also high significant as compared to the fixed mask map. Therefore, the temporal mask map will be useful for NDVI extraction, crop monitoring, and estimation of rice yield.

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7청천일 무인기 영상의 반사율 및 식생지수 일주기 변화

저자 : 이경도 ( Kyung-do Lee ) , 나상일 ( Sang-il Na ) , 박찬원 ( Chan-won Park ) , 홍석영 ( Suk-young Hong ) , 소규호 ( Kyu-ho So ) , 안호용 ( Ho-yong Ahn )

발행기관 : 대한원격탐사학회 간행물 : 대한원격탐사학회지 36권 5호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 735-747 (13 pages)

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본 연구는 청천일 조건에서 직접적 보정 방식으로 산정한 반사율 및 식생지수의 일주기 변화를 분석하여 시계열 작황 모니터링을 위한 무인비행체 영상의 특성을 구명하고자 수행하였다. 무인기에 다중분광센서를 장착하여 청천일이었던 2020년 3월 23일과 3월 24일에 반사율 보정용 반사판, 콘크리트 및 작물 시험구를 대상으로 시간대별, 비행경로별 항공영상을 촬영하여 직접적 방식으로 반사율을 산정하고 작물 시험구를 대상으로 식생지수를 계산하여 비교하였다. 반사율 보정용 반사판, 콘크리트 및 작물 시험구의 무인기 영상 반사율은 시간대 및 비행경로별로 일정한 변화 경향을 보이지 않을 뿐 아니라 일간 재현성 있는 값을 보이지 않아 시계열적으로 비교·활용 하는 것에는 한계가 있을 것으로 판단된다. 그러나 작물 시험구의 NDVI는 값이 높을수록 일중 및 일간 변동성이 적었으며 식생의 활력이 부족한 식생 제어 시험구에서도 일 중 5% 미만의 변동계수를 보여 반사율과 달리 대체로 일정한 값을 유지하는 것으로 나타났다. 또한 3월 23일과 3월 24일 동일한 시간대에 촬영한 무인기 영상으로 산정한 NDVI의 평균 절대 오차도 0.76~3.97%의 범위를 보여 시계열 작황모니터링에 활용이 가능할 것으로 판단된다.


Recent advanced UAV (Unmanned Aerial Vehicle) technology supply new opportunities for estimating crop condition using high resolution imagery. We analyzed the diurnal change of reflectance and NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) in UAV imagery for crop monitoring in clear day condition. Multi-spectral images were obtained from a 5-band multi-spectral camera mounted on rotary wing UAV. Reflectance were derived by the direct method using down-welling irradiance measurement. Reflectance using UAV imagery on calibration tarp, concrete and crop experimental sites did not show stable by time and daily reproducible values. But the CV (Coefficient of Variation) of diurnal NDVI on crop experimental sites was less than 5%. As a result of comparing NDVI at the similar time for two day, the daily mean average ratio of error showed a difference of 0.62 to 3.97%. Therefore, it is considered that NDVI using UAV imagery can be used for time series crop monitoring.

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8MODIS 광학 영상 자료를 통한 한반도 GPM 강우 자료의 상세화 기법

저자 : 오승철 ( Seungcheol Oh ) , 정재환 ( Jaehwan Jeong ) , 이슬찬 ( Seulchan Lee ) , 최민하 ( Minha Choi )

발행기관 : 대한원격탐사학회 간행물 : 대한원격탐사학회지 36권 5호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 749-762 (14 pages)

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강우는 유출, 증발산 등 여러 수문 현상들과 밀접한 연관이 있으며, 직관적인 측정이 가능하기 때문에 다양한 현상을 해석하고 분석하는데 빈번하게 활용되어 왔다. 한반도에서는 강우 관측소의 운영과 레이더를 활용한 측정이 주를 이루고 있으며, 정확하고 정밀한 측정이 가능한 연구수준을 보유하고 있다. 하지만 이는 인프라가 구축되지 않은 미계측 유역에서의 강우를 측정하기에는 적합하지 않으므로, 위성을 활용한 정확한 강우 분석에 대한 연구가 요구되고 있다. 위성 기반 강우자료는 10 km, 25 km 정도의 낮은 공간해상도를 갖고 있으며, 정확도에 있어서 지점 자료에 비해 신뢰도가 낮다는 인식이 있어 활용범위가 제한적이다. 본 연구에서는 이러한 공간 해상도의 한계를 극복하고 지점 자료와의 정확도를 높이고자, 10 km의 공간해상도를 갖는 전지구 관측 위성(GPM) 기반 강우 자료를 1 km까지 상세화하였다. 특히, 미계측 유역 등 지점 자료가 부족한 곳에서의 위성 영상 활용도를 제고하기 위해, 상세화 과정에서 지점 자료를 사용하지 않고 MODIS 기반의 구름 인자를 활용하였다. 상세화 된 강우 자료는 빌딩 등 복잡한 환경적 특성을 지닌 서울 지역에서 지점 강우 자료와 검증함으로써, 위성 기반 고해상도 강우자료의 활용 가능성을 평가하였다. 상세화가 적용된 강우 자료의 상관성은 봄에는 0.08만큼 감소하였고, 여름에는 같은 값을 가지며, 가을에는 0.01만큼 감소하였고, 겨울에는 0,04만큼 증가하였다. 지점 자료를 사용하지 않고 위성기반 강우 자료를 상세화 하는 기술은 추후 인프라의 구축이 충분하지 않은 해외 지역이나 지점 관측에 한계가 있는 미계측 유역의 강우를 분석하는 데 유용하게 사용될 수 있을 것으로 판단된다.


Precipitation is closely related to various hydrometeorological phenomena, such as runoff and evapotranspiration. In Korean Peninsula, observing rainfall intensity using weather radar and rain gauge network is dominating due to their accurate, intuitive and precise detecting power. However, since these methods are not suitable at ungauged regions, rainfall detection using satellite is required. Satellite-based rainfall data has coarse spatial resolution (10 km, 25 km), and has a limited range of usage due to its reliability of data. The aim of this study is to obtain finer scale precipitation. Especially, to make the applicability of satellite higher at ungauged regions, 10 km satellite-based rainfall data was downscaled to 1 km data using MODerate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) based cloud property. Downscaled precipitation was verified in urban region, which has complex topographical and environmental characteristics. Correlation coefficient was similar in summer (+0), decreased in spring (-0.08) and autumn (-0.01), and increased in winter (+0.04) season compared to Global Precipitation Measurement (GPM) based precipitation. Downscaling without calibration using in situ data could be useful in areas where rain gauge system is not sufficient or ground observations are rarely available.

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9옵티컬 플로우 방법으로 계산된 초기 바람 추정치에 따른 대기운동벡터 알고리즘 개선 연구

저자 : 오유림 ( Yurim Oh ) , 박형민 ( Hyungmin Park ) , 김재환 ( Jae Hwan Kim ) , 김소명 ( Somyoung Kim )

발행기관 : 대한원격탐사학회 간행물 : 대한원격탐사학회지 36권 5호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 763-774 (12 pages)

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수치예보모델의 예측 바람장은 대기운동벡터 알고리즘의 표적 추적 과정에서 추적 정확도 향상이나 계산 시간 단축을 위해 초기 추정치로 사용된다. 대기운동벡터는 수치예보모델의 자료동화 시 활용가치가 높다고 알려졌으나, 초기 추정치로 사용된 수치예보모델 바람장이 대기운동벡터의 검증 과정에 참 값으로 사용된다는 모순이 있다. 이를 해결하기 위해서는 수치예보모델로부터 독립적인 초기 추정치가 필요하다. 본 연구에서는 Lucas and Kanade 옵티컬 플로우 방법을 적용하여 바람장을 도출한 후 이를 초기 추정치로 사용함으로써 표적 추적과정에서의 모델 의존성을 제거하고 계산 속도를 향상시키고자 하였다. 대기운동벡터 산출에는 2015년 8월 18일 ~ 9월 5일 00, 06, 12, 18시 동안의 정지궤도 위성 Himawari-8/AHI의 14번 채널 Level 1B 자료를 사용하였다. 옵티컬 플로우 방법이 대기운동벡터 산출에 미치는 영향을 평가하기 위하여 다음과 같은 세가지 방법으로 교차 검증을 수행 하였다. (1) 초기 추정치 없이, (2) KMA/UM 예보바람장을 초기 추정치로 사용하여, 그리고 (3) 옵티컬 플로우 방법으로 계산된 바람장을 초기 추정치로 사용하여 대기운동벡터를 산출하고 ECMWF ERA-Interim 재분석장과 비교 검증한 결과, 옵티컬 플로우 기반 바람장을 초기 추정치로 사용한 경우에 가장 높은 정밀도를 보였다(RMSVD: 5.296-5.804 ms-1). 계산 속도는 초기 추정치를 사용하지 않은 경우에 가장 느렸고, 나머지 테스트는 유사한 속도를 보였다. 그러므로 대기운동벡터 알고리즘의 표적 추적 과정에 옵티컬 플로우 방법을 적용하면, 모델 의존성 없는 고품질 바람벡터의 산출이 가능할 것으로 사료된다.


Wind data forecasted from the numerical weather prediction (NWP) model is generally used as the first-guess of the target tracking process to obtain the atmospheric motion vectors (AMVs) because it increases tracking accuracy and reduce computational time. However, there is a contradiction that the NWP model used as the first-guess is used again as the reference in the AMVs verification process. To overcome this problem, model-independent first guesses are required. In this study, we propose the AMVs derivation from Lucas and Kanade optical flow method and then using it as the first guess. To retrieve AMVs, Himawari-8/AHI geostationary satellite level-1B data were used at 00, 06, 12, and 18 UTC from August 19 to September 5, 2015. To evaluate the impact of applying the optical flow method on the AMV derivation, cross-validation has been conducted in three ways as follows. (1) Without the first-guess, (2) NWP (KMA/UM) forecasted wind as the first-guess, and (3) Optical flow method based wind as the first-guess. As the results of verification using ECMWF ERA-Interim reanalysis data, the highest precision (RMSVD: 5.296-5.804 ms-1) was obtained using optical flow based winds as the first-guess. In addition, the computation speed for AMVs derivation was the slowest without the first-guess test, but the other two had similar performance. Thus, applying the optical flow method in the target tracking process of AMVs algorithm, this study showed that the optical flow method is very effective as a first guess for model-independent AMVs derivation.

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10Landsat 8 OLI 영상을 이용한 산불탐지: 2019년 호주 산불을 사례로

저자 : 김나리 ( Nari Kim ) , 이양원 ( Yangwon Lee )

발행기관 : 대한원격탐사학회 간행물 : 대한원격탐사학회지 36권 5호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 775-784 (10 pages)

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최근 지구온난화 및 인간 활동 등에 의해 전지구적으로 산불발생이 빈번해지고 있으며, 산불의 규모가 대형화되고 지속기간이 길어지는 경향을 보이면서, 산불 피해 또한 급증하고 있다. MODIS는 20년 가까이 전지구 산불탐지 정보를 제공하고 있고, GK2A와 Himawari-8은 1일 144회의 빈도로 동아시아권의 산불감시를 수행하고 있지만, 1~2 km의 공간해상도는 중·소 규모 산불탐지에 있어서는 충분하지 않으므로 고해상도 위성영상을 이용한 산불탐지 연구가 반드시 필요하다. 그러나 타고있는 산불탐지(active fire detection)에 대한 고해상도 산출물은 현재 공식적으로 존재하지 않는다. 이에, 본연구에서는 Landsat 8 산불탐지 알고리듬을 구현하여 고해상도 산불탐지를 수행하였으며, 최근의 대표적인 산불사례인 2019년 12월 호주 대형산불에 대하여 Landsat 8 탐지 결과를 Himawari-8, MODIS 산출물과 비교하였다. 강한 산불의 경우에는 세 위성 모두 유사한 결과를 보였지만, 타기 시작하거나 진화되고 있는 약한 산불 및 좁은 지역에 발생한 산불은 30m 해상도의 Landsat 8에서만 탐지되었고, 1~2 km 해상도의 Himawari-8나 MODIS에서는 탐지되지 않는 경향이 있었다. 우리나라와 같이 소규모 산불이 대부분인 경우에는 Landsat 8, Sentinel-2, Kompsat-3A, 그리고 2021년 발사예정인 Kompsat-7과 같은 고해상도 위성을 이용한 산불탐지가 가능할 것이며, GK2A, Himawari-8, Fengyun-3 등 동아시아 정지궤도 위성의 탐지결과와 함께 종합적인 분석을 수행한다면, 시간해상도와 공간해상도를 현재보다 향상시키는 것이 가능할 것이다. 이러한 진보된 산불감시를 위해서는 우리나라의 복잡지형에 보다 적합한 한국형 고해상도 산불탐지 알고리듬의 개발이 무엇보다 선행되어야 할 것이다.


Recent global warming and anthropogenic activities have caused more frequent and massive wildfires with longer durations and more significant damages. MODIS has been monitoring global wildfires for almost 20 years, and GK2A and Himawari-8 are observing the wildfires in East Asia 144 times a day. However, the spatial resolution of 1 to 2 km is not sufficient for the detection of small and medium-size active fires, and therefore the studies on the active fire detection using high-resolution images are essential. However, there is no official product for the high-resolution active fire detection. Hence, we implemented the active fire detection algorithm of Landsat 8 and carried out a high-resolution-based detection of active fires in Australia in 2019, followed by the comparisons with the products of Himawari-8 and MODIS. Regarding the intense fires, the three satellites showed similar results, whereas the weak igniting and extinguishing fires or the fires in narrow areas were detected by only Landsat 8 with a 30m resolution. Small-sized fires, which are the majority in Korea, can be detected by the highresolution satellites such as Landsat 8, Sentinel-2, Kompsat-3A, and the forthcoming Kompsat-7. Also, a comprehensive analysis together with the geostationary satellites in East Asia such as GK2A, Himawari-8, and Fengyun-3 will help the interoperability and the improvement of spatial and temporal resolutions.

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