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대한원격탐사학회> 대한원격탐사학회지> 연구논문 : GOCI 위성영상과 HYSPLIT 모델을 이용한 화산재 확산경로 예측 -2013년 9월 17일 분화된 사쿠라지마 화산을 중심으로-

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연구논문 : GOCI 위성영상과 HYSPLIT 모델을 이용한 화산재 확산경로 예측 -2013년 9월 17일 분화된 사쿠라지마 화산을 중심으로-

Articles : Predicting the extent of the volcanic ash dispersion using GOCI image and HYSPLIT model -A case study of the 17 Sep, 2013 eruption in SAKURAJIMA volcano-

최종국 ( Jong Kuk Choi ) , 이창욱 ( Chang Wook Lee ) , 황의홍 ( Eui Hong Hwang ) , 이슬기 ( Seul Ki Lee ) , 류근혁 ( Geun Hyeok Ryu )
  • : 대한원격탐사학회
  • : 대한원격탐사학회지 30권2호
  • : 연속간행물
  • : 2014년 04월
  • : 303-314(12pages)
피인용수 : 18건

(자료제공: 네이버학술정보)

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목차

1. 서 론
2. 연구 지역
2. 연구 방법
4. 연구결과
5. 결론 및 토의
사사
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일본 가고시마에 위치하고 있는 사쿠라지마 화산은 세계에서 가장 활발하게 활동하고 있는 화산 중 하나이다. 2013년 8월 18일 사쿠라지마 화산은 최근 들어 가장 큰 규모의 분화를 하였고, 분화에 의해 발생한 화산재는 일본뿐만 아니라 국내 유입에 대한 우려를 야기하였다. 본 연구에서는 사쿠라지마 화산분출물이 한반도에 미치는 영향을 분석하기 위하여 수치실험을 수행하였다. 화산재 확산 경로를 예측하기 위하여 HYSPLIT 확산모델과 UM 기상자료를 이용하였으며, 연구대상일은 화산재 유입이 예상되는 규모로 분화한 2013년 9월 17일이다. 또한 천리안 위성영상을 이용하여 화산재를 탐지하였고, 모의실험 결과와 비교를 통해 검증을 수행하였다. 그 결과, HYSPLIT 모델기반의 화산재 확산 예측 경로와 GOCI 위성 영상에서 탐지한 화산재 분포지역과 63.52%가 일치하는 것을 보였다.
Mt. SAKRAJIMA in southern Kagosima, japan is one of the most active volcanoes in the world. On 18 August 2013, the SAKRAJIMA volcano recently went into the largest scaled eruption with a huge plume of volcanic ash. Therefore, the concern arises if this considerable amount of ashes might flow into the Korea peninsula as well as Japan. In this paper, we performed numeric experiment to analyze how volcanic product resulted from the SAKRAJIMA volcano has impacted on Korea. In order to predict the spread pathway of ash, HYSPLIT model and UM data has been used and 17th September 2013 has been selected as observation date since it is expected that the volcanic ash would flow into the South Korea. In addition, we have detected ash dispersion by using optical Communication, Ocean and Meteorological Satellite- Geostationary Ocean Color Imager (COMS-GOCI) images. As the results, we come to a very satisfactory conclusion that the spread pathway of volcanoes based on HYSPLIT model are matched 63.52 % with ash dispersion area detected from GOCI satellites image.

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I410-ECN-0102-2015-400-000461657

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1연구논문 : C-밴드 다중시기 SAR 위성 영상을 이용한 녹산국가산업단지 일대의 지반침하 관측

저자 : 이창욱 ( Chang Wook Lee ) , 조민지 ( Min Ji Cho )

발행기관 : 대한원격탐사학회 간행물 : 대한원격탐사학회지 30권 2호 발행 연도 : 2014 페이지 : pp. 161-172 (12 pages)

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녹산국가산업단지가 설립된 부산 낙동강 하류는 국내에서 연약지반이 가장 깊이 분포하고 있는 지역 중에 하나이다. 연약지반의 깊이가 깊은 해안 매립지의 경우, 장기간에 걸쳐 상당히 큰 잔류침하가 발생하게 된다. 본 연구는 RADARSAT-1과 Envisat의 다중시기 SAR 영상을 이용한 차분간섭기법과 SBAS 시계열 기법을 통해, 녹산산업국가단지에서 2002년 9월부터 2007년 4월 동안에 발생된 지반침하를 관측하였다. 그 결과 연구지역의 동쪽 중앙, 서쪽 중앙, 서쪽, 해안가와 닿아있는 남단에서 최대 10 cm/yr, 평균 6 cm/yr의 속도로 지반침하가 발생되고 있음을 확인하였다. 또한 RADARSAT-1 SAR 영상을 이용한 평균지표변위도는 2001년부터 2002년까지 침하계로 관측된 현장관측자료와 비교·분석되었다. 시간에 따른 지표변위 양상이 거의 선형에 가깝게 나타나므로, 연구지역의 지반침하가 안정권에 접어들 때까지 지속적인 모니터링이 필요할 것으로 사료된다

2연구논문 : 화성쇄설류 분출 지역의 감시를 위한 광학영상과 화성쇄설류 범람 예측 모델링 분석

저자 : 이창욱 ( Chang Wook Lee ) , 이사로 ( Sa Ro Lee ) , 조민지 ( Min Ji Cho )

발행기관 : 대한원격탐사학회 간행물 : 대한원격탐사학회지 30권 2호 발행 연도 : 2014 페이지 : pp. 173-183 (11 pages)

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화산활동으로 인한 피해를 현장관측을 통해 조사할 경우, 비용과 인력, 안전 등의 문제로 인한 어려움이 많다. 인공위성 영상을 활용한 원격탐사는 이와 같은 문제를 극복하기에 매우 유용한 도구 중에 하나이다. 본 연구에서는 2009년 4월 17일과 2012년 7월 30일에 획득된 Landsat 7 ETM+ 위성 영상을 이용하여 인도네시아 수마트라 섬에 위치한 시나붕 화산의 2010년 화산활동을 관측하였다. 피복분류를 통해 2010년 분화 전·후의 화성쇄설류 범람 지역을 추출한 결과, 2010년 분화로 인해 화성쇄설류 범람 지역의 면적이 약 3배나 증가한 것을 확인하였다. 화성쇄설류 범람 지역 예측 모델링으로 얻어진 결과는 Landsat 영상에서 추출된 화성쇄설류 범람 지역과 비교되었다. 그 결과, 화성쇄설류 범람 지역 예측 모델링은 범람의 거리(길이)는 92%로 정확하게 계산되었지만 화산의 경사가 급격한 지역에서는 범람의 폭이 다소 부정확하게 계산되어 17%의 정확도를 나타내었다

3연구논문 : 미분을 이용한 단일채널 SAR SLC 영상 내 지상 이동물체의 탐지방법

저자 : 원중선 ( Joong Sun Won )

발행기관 : 대한원격탐사학회 간행물 : 대한원격탐사학회지 30권 2호 발행 연도 : 2014 페이지 : pp. 185-205 (21 pages)

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SAR를 이용한 지상이동물체탐지(GMTI)는 SAR의 주요 활용 기술 중 하나이다. 최근 위성 탑재 SAR 시스템의 해상도가 높아지면서 지상이동목표물 탐지의 유용성은 더욱 강조되고 있다. 현재까지 다양한 지상이동물체탐지 기법이 개발되었으나 대부분은 다중채널 SAR 시스템을 이용하는 기술에 집중되었다. 그러나, 아직도 단일채널 SAR 영상으로부터 지상 이동물체를 탐지하는 것은 매우 어려운 문제로 남아 있는 반면 다중채널 위성 탑재 SAR 시스템은 아직은 그 활용이 현실적으로 매우 제한적인 상황이다. 일단 지상의 목표물이 탐지되고 이동속도가 3 m/s(약 10.8 km/h) 이상인 경우 그 목표물의 이동속도는 단일채널 SAR 자료라도 오차범위 약 5%의 정밀도로 복원 가능하다. 따라서 단일채널 SAR 자료로부터 지상의 이동물체 자체를 탐지하는 것이 핵심이며, 이 논문에서는 SAR Single-Look Complex(SLC) 영상자료에 미분을 적용하여 쉽고 빠르게 탐지하는 방법을 제시한다. 이 논문에서는 SAR SLC 자료의 미분 값은 도플러 중심주파수를 나타냄을 유도하고, 따라서 미분 값은 지상이동물체 탐지에 매우 효과적임을 설명하고자 한다. 이 논문에서 제시하는 미분 방법의 결과와 정밀한 속도복원 방법의 상관계수 R2 는 0.62로 나타났으며, 이는 이동물체를 탐지하는 데는 충분함을 지시한다. 이 방법은 매우 단순한 미분으로 도플러 중심주파수 분석에 근거하고 있으나 최종 자료처리에 앞서 도플러 경사도를 제거해야 하며, 적용결과의 효율성과 신뢰도는 이 도플러 경사도 제거 과정에 크게 좌우된다. 지상에 모서리 산란체를 탑재하고 이동속도를 조절한 실험용 차량과 이를 관측한 TerraSAR-X SLC 자료를 이용하여 검증을 실시하였다. 검증결과 지상 이동물체를 매우 쉽게 탐지하면서도 정지된 상태의 강한 산란체는 약 18.5 dB의 신호파워를 줄여 효과적으로 제거 하는 것으로 나타났다. 현재 이 방법은 지상의 이동속도 8.8 km/h 이상인 경우 매우 효과적이며, 아리랑-5호를 비롯한 모든 단일채널 SAR 시스템에 적용 가능하다.

4연구논문 : 고해상도 수치항공정사영상기반 하천토지피복지도 제작을 위한 분류기법 연구

저자 : 김영진 ( Young Jin Kim ) , 차수영 ( Su Young Cha ) , 조용현 ( Young Hyeon Cho )

발행기관 : 대한원격탐사학회 간행물 : 대한원격탐사학회지 30권 2호 발행 연도 : 2014 페이지 : pp. 207-218 (12 pages)

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하천을 복원하거나 정비하는데 있어서 중요한 하천의 실태를 파악하는데, 하천 피복상태 정보는 매우 중요하다. 본 연구의 목적은 하천의 피복상태 정보를 효율적이고 경제적으로 획득하기 위해 고해상도 항공정사영상의 효과적인 분류를 위한 감독분류 방법을 시험하고 하천토지피복지도 작성을 위한 최적 분류 방법을 검증하였다. 항공 정사영상의 CIR 영상과 RGB 영상을 이용한 하천토지피복 분석과정은 하천토지피복분류 항목 선정, 감독분류, 정확도 평가 및 분류지도 작성의 순서로 수행하였다. 분류 항목은 수역, 도로, 건물, 초지, 산림, 나지, 밭의 7가지 항목을 선정하였다. 감독 분류 알고리즘으로는 최대우도분류, 최소거리분류, 평행육면체분류, 마하라노비스거리분류 기법을 적용하였다. 감독분류의 분류정확도를 개선하기 위해 필터링과 훈련지역의 왜도 검증을 수행한 결과 CIR 영상을 이용한 최대우도분류 기법이 가장 높은 정확도를 보였다.

5연구논문 : 수정된 IEA 기반의 분광혼합분석 기법을 이용한 임상분류

저자 : 한유경 ( You Kyung Han ) , 김용일 ( Yong Il Kim ) , 김용현 ( Young Hyun Kim ) , 송아람 ( Ah Ram Song )

발행기관 : 대한원격탐사학회 간행물 : 대한원격탐사학회지 30권 2호 발행 연도 : 2014 페이지 : pp. 219-226 (8 pages)

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분광혼합분석 결과로 얻어지는 각 물체의 점유비율을 활용하면 보다 세밀한 분류가 가능하다. 이는 복잡한 도심지역의 피복분류 뿐만 아니라 혼효림이 많은 한반도 임상분류에 적합한 분류기법이 될 수 있다. 효과적인 임상분류를 위해서는 무엇보다 적절한 endmember의 추출이 선행되어야 하는데, 기존에 주로 사용되었던 기하학적 방법(geometric endmember selection)은 분광특성이 유사한 산림지역에 적합하지 않다. 본 연구에서는 영상에서 직접 순수한 화소를 추출하는 기법 중의 하나인 IEA(Iterative Error Analysis)와 침엽수와 활엽수의 분광특성을 이용하여 실험지역을 대표할 수 있는 각각의 endmember를 자동으로 추출하였다. CASI(Compact Airborne Spectrographic Imager) 영상의 두 지역에 대하여 분광혼합분석을 이용한 분류를 수행한 결과, 분류 정확도는 각각 86%와 90%로, 제안한 기법이 실험대상지역을 대표하는 침엽수와 활엽수의 endmember를 적절하게 추출한 것으로 나타났다. 분광혼합분석 기법을 이용한 보다 효과적인 분류를 위해서 분류항목 외 기타물질을 endmember로 고려하는 연구가 필요할 것으로 보인다.

6연구논문 : 고해상 광학센서의 스펙트럼 응답에 따른 영상융합 기법 비교분석

저자 : 이하성 ( Ha Seong Lee ) , 오관영 ( Kwan Young Oh ) , 정형섭 ( Hyung Sup Jung )

발행기관 : 대한원격탐사학회 간행물 : 대한원격탐사학회지 30권 2호 발행 연도 : 2014 페이지 : pp. 227-239 (13 pages)

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본 연구는 서로 다른 센서 특성을 지닌 KOMPSAT-2, QuickBird 및 WorldView-2 고해상도 위성영상에 영상융합기법을 적용하여 그 결과를 비교평가 하는 것이다. 사용된 기법은 대표적인 CS 기반 융합기법인 GIHS, GIHSA, GS1 및 Adaptive IHS를 사용하였다. 영상융합 기법의 품질평가는 시각적 분석과 정량적 분석을 수행하였으며, 정량적 분석에는 SAM, Spectral ERGAS 및 Q4을 사용하였다. KOMPSAT-2 영상은 GHISA 기법의 경우 상대적으로 우수한 성능을 나타내는 반면, QuickBird와 WorldView-2영상은 GS1기법의 경우에 우수한 성능을 나타낸다.

7연구논문 : 다파장 라만 라이다 시스템을 이용한발원지 및 이동 경로에 따른 황사의 광학적 특성 변화 연구

저자 : 신동호 ( Dong Ho Shin ) , 이권호 ( Kwon Ho Lee ) , 김영준 ( Young J. Kim ) , 신성균 ( Sung Kyun Shin ) , 노영민 ( Young Min Noh ) , 김관철 ( Kwan Chul Kim )

발행기관 : 대한원격탐사학회 간행물 : 대한원격탐사학회지 30권 2호 발행 연도 : 2014 페이지 : pp. 241-249 (9 pages)

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본 연구에서는 광주과학기술원의 다파장 라만 라이다 시스템을 이용하여 2009년부터 2011년, 3년동안 광주에서 대기 에어로졸의 관측을 실시하였다. 관측된 라이다 신호의 분석으로부터 산출된 편광소멸도를 이용하여 황사의 층을 구분해 내었다. 구분 된 황사의 층의 고도에 따른 정보들은 Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory(HYSPLIT) 모델을 이용한 황사 층의 역궤적 분석에 이용되었고, 그 정보들을 통하여, 황사 층의 발원지 및 유입경로를 규명할 수 있었다. 한반도로 유입되는 황사는 고비사막을 기원으로 하는 경우가 가장 많은 것으로 나타났으며, 또한, 황사의 이동경로에 따른 광학적 특성 변화를 규명하기 위해, 중국 공업지역을 통과하여 유입된 황사 층과 발원지로부터 한반도로 직접적으로 유입된 황사의 구분하여 경로에 따른 입자 편광소멸도의 통계 분석을 실시하였다. 중국 공업지역을 통과하여 한반도로 유입된 황사의 편광소멸도는 0.07-0.1의 값을 보인 반면, 발원지로부터 공업지역을 경유하지 않고 직접 유입된 황사의 편광소멸도는 0.11-0.15로 상대적으로 높은 값을 보였다. 이는 발원지에서 발생한 순수 황사 입자가 이동 중에 공업지역에서 발생한 오염입자와 혼합하여 황사층의 편광소멸도를 감소시킨 것으로 사료된다.

8연구논문 : 라이다 측정 거리 향상을 위한 통합 수신 시스템 개발(아날로그방식과 광자계수방식 신호 접합)

저자 : 신동호 ( Dong Ho Shin ) , 김영준 ( Young J. Kim ) , 신성균 ( Sung Kyun Shin ) , 노영민 ( Young Min Noh )

발행기관 : 대한원격탐사학회 간행물 : 대한원격탐사학회지 30권 2호 발행 연도 : 2014 페이지 : pp. 251-258 (8 pages)

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본 연구는 에어로졸의 광학적 특성 분석을 위한 라이다 시스템의 정확성 향상을 위해 새롭게 개발한 신호 수신 시스템을 설명하고자 한다. 광주과학기술원의 라이다에 아날로그 방식과 광자계수 방식을 통합한 시스템을 활용하여 에어로졸 후방산란 신호를 동시에 관측 가능한 수신단을 개발하였다. 관측된 두 신호 결합을 위해 접합 알고리즘을 고안하였고, 신호 결합에 앞서 광자계수 방식 신호의 Pile up효과를 보정하기 위해 부동시간(Dead time)을 계산하여 보정하였다. 관측 신호 분석을 통해 아날로그 방식 신호, 광자계수 방식 신호, 접합신호 그리고 부동시간 보정에 따른 차이점을 설명하고, 최종적으로 에어로졸 후방산란계수를 산출하여 상호 비교 및 정확성 향상을 확인하였다.

9연구논문 : 천리안 위성영상에 감지된 사쿠라지마 화산분화와 지자기 변동 분석 연구 -2013년 8월 18일 분화를 중심으로-

저자 : 이윤경 ( Yoon Kyung Lee ) , 이창욱 ( Chang Wook Lee ) , 황의홍 ( Eui Hong Hwang ) , 김기연 ( Ki Yeon Kim )

발행기관 : 대한원격탐사학회 간행물 : 대한원격탐사학회지 30권 2호 발행 연도 : 2014 페이지 : pp. 259-274 (16 pages)

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2013년 8월 18일 일본의 사쿠라지마 화산에서 비교적 큰 규모의 분화가 발생하였다. 이에 본 연구에서는 천리안 위성 자료를 이용하여 화산분화 다음날 주변 지역의 화산재를 감지하였으며, 기상청 청양 지자기 관측소 자료와 함께 일본 지자기 관측소 자료를 이용하여 지자기 변동에 대해 분석하였다. 먼저, 지자기 관측 자료를 이용하여 주성분 분석을 수행하고 관측 자료의 재구성 자료를 구축하였다. 재구성된 자료는 웨이블릿 기반 셈블런스 분석을 수행하였다. 다음으로는 지자기 관측 자료의 고유값 분석을 수행하고 Kp 지수와의 웨이블릿 기반 셈블런스 필터링을 통해서 태양의 영향을 최소화하였다. 분석결과에서는 전체적으로 화산 발생 시점에서 이벤트가 발생하는 것을 확인 할 수 있었다. 다만, 일부 지자기 관측소의 경우 화산이 아닌 다른 영향을 받았을 가능성을 배제 할 수 없다. 이 연구에서는 국내 연구로는 드물게 화산 분화에 의한 지자기 영향을 분석하였으며 향후 지진·화산 연구에 도움이 될 수 있을 것으로 기대한다.

10연구논문 : 정지궤도 천리안위성 해양관측센서GOCI의 Tasseled Cap 변환계수 산출연구

저자 : 원중선 ( Joong Sun Won ) , 박욱 ( Wook Park ) , 신지선 ( Ji Sun Shin )

발행기관 : 대한원격탐사학회 간행물 : 대한원격탐사학회지 30권 2호 발행 연도 : 2014 페이지 : pp. 275-292 (18 pages)

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이 연구에서는 Geostationary Ocean Color Imager(GOCI) 센서에 적용할 수 있는 고유의 Tasseled Cap Transformation(TCT) 계수를 제시하고 있다. TCT는 다중밴드 센서 자료로부터 지표의 특성을 분석하는 전통적인 영상변환 방법 중 하나로 새로운 다중밴드 광학센서가 관측을 시작하는 경우 센서의 특성 차이로 인하여 각각의 육상관측 위성센서에 적합한 TCT 계수들이 장기 분석을 통하여 수립되어야 한다. GOCI 센서는 해양관측이 주 목적으로 개발되었으나 영상의 상당 부분은 육지를 관측하고 있으며 밴드 구성은 육지관측에도 일반적으로 이용되는 Visible-Near InfraRed(VNIR) 영역의 정보를 포함하고 있다. 또한 GOCI 센서의 높은 시간 해상도는 지표의 일별 변화의 관측에도 유용하게 사용될 수 있다. 이러한 장점을 이용하여 GOCI 센서에 대한 고유한 TCT가 제공된다면 GOCI 센서의 관측범위 내에서 준 실시간으로 지표변화에 대한 분석과 해석이 가능할 것이다. TCT는 일반적으로 ”Brightness”, ”Greenness”, “Wetness”의 세 가지 정보를 포함하지만, ShortWave InfraRed(SWIR) 파장대역이 없는 GOCI 센서의 경우에는 ”Wetness”의 정보를 얻을 수 없다. GOCI 센서의 높은 시간 해상도의 활용을 극대화하기 위해서는 “Wetness”의 정보가 제공되어야 한다. “Wetness”의 정보를 얻기 위해 GOCI 주성분 분석(Principal Component Analysis: PCA) 공간을 MODIS TCT 공간에 선형 회귀하는 방법이 사용되었다. 이 연구에서 산출된 GOCI TCT 계수는 정지궤도의 특성에 의해 관측 시간대별로 다른 변환계수를 가질 수 있다. 이 차이를 알아보기 위하여 GOCI TCT 자료와 MODIS TCT 자료 사이의 상관관계가 비교되었다. 그 결과, “Brightness”와 “Greenness”는 4시 자료, “Wetness”는 2시 자료의 변환계수가 선택되었다. 최종적으로 산출된 변환계수의 적절성을 평가하기 위하여 GOCI TCT 자료는 MODIS TCT 영상 및 여러 육상 파라미터들과 비교되었다. GOCI TCT 영상은 MODIS TCT 영상보다 지표 피복의 분류가 더 세밀하게 표현되었으며, GOCI TCT 공간의 지표 피복 분포도 유의미한 결과를 보여줬다. 또한 GOCI TCT의 “Brightness”, “Greenness”, “Wetness” 자료는 Albedo(R2 = 0.75), Normalized Difference Vegetation Index(NDVI) (R2 = 0.97), Normalized Difference Moisture Index(NDMI) (R2 = 0.77)와 각각 비교적 높은 상관관계가 나타났다. 이러한 결과들은 적절한 TCT 계수의 산출이 이루어졌다는 것을 보여준다.

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