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- 저자 : 김우혁 ( Woohyeok Kim ) (검색결과 2 건)
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Sentinel-1 SAR 영상을 이용한 주성분분석 및 K-means Clustering 기반 산불 탐지
이재세 ( Jaese Lee ),김우혁 ( Woohyeok Kim ),임정호 ( Jungho Im ),권춘근 ( Chunguen Kwon ),김성용 ( Sungyong Kim ) 대한원격탐사학회 2021 大韓遠隔探査學會誌 Vol.37 No.5
산불은 지표 에너지 균형, 사회 및 환경에 중대한 위협을 미치며, 사회경제적 손실을 일으킨다. 한편, 현재까지 널리 사용되고 있는 다중분광 위성 영상 기반 산불 피해 탐지 알고리즘은 구름으로 인한 반사도 오염으로 인해 시의적절한 산불 정보를 얻기 어려운 문제가 있다. 따라서 본 연구에서는 구름에 영향을 받지 않는 유럽우주국의 Sentinel-1 SAR (Synthetic Aperture Radar) 자료로부터 2019년 4월 초에 발생한 남한 강원도의 강릉·동해, 고성·속초 및 인접한 북한의 두 산불 발생 지역을 대상으로 주성분분석(Principal Component Analysis; PCA)을 포함하는 일련의 전 처리 및 K-means clustering을 이용하여 산불 피해 면적을 탐지하였다. 추정된 산불 면적은 국립산림과학원에서 남한의 두 산불에 대해 제공한 산불 피해 면적 및 강도 참조자료 및 산불 피해 탐지에 널리 사용되는 dNBR (differenced Normalized Burn Ratio)을 사용하여 검증하였다. 국립산림과학원의 참조자료 기반 검증에서 강릉·동해와 고성·속초 산불에 대해 평균 약 86%의 정확도를 보였다. dNBR을 사용한 검증에서는 남한 및 북한의 지역 모두에 대해 평균 약 84%의 정확도를 보였다. 이때, 산불 강도가 강할수록 산불 면적 탐지 성능이 높고 반대로 산불 강도가 약할수록 산불 면적 탐지 성능이 낮은 것을 확인할 수 있었다. 본 연구를 통해 검증된 SAR 영상을 이용한 PCA 및 K-means clustering 기반 탐지 알고리즘이 추후 구름의 영향이 크고 작은 산불이 빈번하게 발생하는 한반도에 대하여 신속한 산불 피해 면적 탐지에 활용될 수 있을 것으로 기대된다. Forest fire poses a significant threat to the environment and society, affecting carbon cycle and surface energy balance, and resulting in socioeconomic losses. Widely used multi-spectral satellite image-based approaches for burned area detection have a problem in that they do not work under cloudy conditions. Therefore, in this study, Sentinel-1 Synthetic Aperture Radar (SAR) data from Europe Space Agency, which can be collected in all weather conditions, were used to identify forest fire damaged area based on a series of processes including Principal Component Analysis (PCA) and K-means clustering. Four forest fire cases, which occurred in Gangneung·Donghae and Goseong·Sokcho in Gangwon-do of South Korea and two areas in North Korea on April 4, 2019, were examined. The estimated burned areas were evaluated using fire reference data provided by the National Institute of Forest Science (NIFOS) for two forest fire cases in South Korea, and differenced normalized burn ratio (dNBR) for all four cases. The average accuracy using the NIFOS reference data was 86% for the Gangneung·Donghae and Goseong·Sokcho fires. Evaluation using dNBR showed an average accuracy of 84% for all four forest fire cases. It was also confirmed that the stronger the burned intensity, the higher detection the accuracy, and vice versa. Given the advantage of SAR remote sensing, the proposed statistical processing and K-means clustering-based approach can be used to quickly identify forest fire damaged area across the Korean Peninsula, where a cloud cover rate is high and small-scale forest fires frequently occur.
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ICESat-2 고도계 자료를 활용한 여름철 북극 융빙호 탐지
한대현 ( Daehyeon Han ),김영준 ( Young Jun Kim ),정시훈 ( Sihun Jung ),심성문 ( Seongmun Sim ),김우혁 ( Woohyeok Kim ),장은나 ( Eunna Jang ),임정호 ( Jungho Im ),김현철 ( Hyun-cheol Kim ) 대한원격탐사학회 2021 大韓遠隔探査學會誌 Vol.37 No.5
북극의 융빙호(melt pond)는 해빙 면적 감소 및 북극 빙권 변화에 중요한 역할을 하기 때문에 융빙호의 정확한 관측이 필요하다. 미국 NASA의 차세대 고도계 위성인 Ice, Cloud, and Land elevation Satellite-2 (ICESat-2)는 532 nm의 녹색 레이저를 발사한 뒤 반사되는 광자(photon)의 이동 시간을 계산하여 전 지구적으로 고해상도 고도 정보를 관측한다. ICESat-2는 현재 널리 쓰이고 있는 고도계인 CryoSat-2에 비해 세밀한 관측이 가능하기 때문에, Cryosat-2에서 관측할 수 없는 작은 규모의 융빙호를 탐지할 수 있을 것으로 기대된다. ICESat-2의 기본적인 정보로는 표면 높이(surface height)와 반사되는 광자의 수(photon count)가 있다. 본 연구에서는 각 ICESat-2 지점을 중심으로 10 m 길이의 segment를 생성하여 segment 내의 높이 표준편차와 총 광자 수를 활용한 융빙호 탐지 알고리즘을 제시하였다. 융빙호는 표면이 해빙에 비해 매끄러워서 높이의 분산이 적으므로 높이의 표준편차를 활용하여 일차적으로 융빙호와 해빙을 분류하였다. 그 다음으로는 융빙호 중에서 표면이 물인 융빙호와 얼음 표면인 융빙호를 분류하였다. 표면이 물인 융빙호는 광자를 많이 흡수하기 때문에 단위 segment 내에서 반사되어 수집된 광자의 수가 적으며, 반대로 얼음으로 덮인 융빙호는 반사되는 광자의 수가 많다. 결과적으로 본 연구에서 제시하는 융빙호 탐지 방법을 통해 물과 얼음으로 덮인 융빙호를 구별하여 탐지할 수 있다. Sentinel-2 광학 영상을 활용하여 융빙호 탐지 결과의 정성적인 분석을 하였다. 그 결과 Sentinel-2 광학 영상으로 구분하기 어려운 표면이 물인 융빙호와 얼음인 융빙호를 ICESat-2를 활용해 효과적으로 분류하였다. 마지막으로 고도계 위성 및 광학 영상을 활용한 융빙호 탐지의 고찰을 서술하였다. As the Arctic melt ponds play an important role in determining the interannual variation of the sea ice extent and changes in the Arctic environment, it is crucial to monitor the Arctic melt ponds with high accuracy. Ice, Cloud, and Land Elevation Satellite-2 (ICESat-2), which is the NASA’s latest altimeter satellite based on the green laser (532 nm), observes the global surface elevation. When compared to the CryoSat-2 altimetry satellite whose along-track resolution is 250 m, ICESat-2 is highly expected to provide much more detailed information about Arctic melt ponds thanks to its high along-track resolution of 70 cm. The basic products of ICESat-2 are the surface height and the number of reflected photons. To aggregate the neighboring information of a specific ICESat-2 photon, the segments of photons with 10 m length were used. The standard deviation of the height and the total number of photons were calculated for each segment. As the melt ponds have the smoother surface than the sea ice, the lower variation of the height over melt ponds can make the melt ponds distinguished from the sea ice. When the melt ponds were extracted, the number of photons per segment was used to classify the melt ponds covered with open-water and specular ice. As photons are much more absorbed in the water-covered melt ponds than the melt ponds with the specular ice, the number of photons per segment can distinguish the water- and ice-covered ponds. As a result, the suggested melt pond detection method was able to classify the sea ice, water-covered melt ponds, and ice-covered melt ponds. A qualitative analysis was conducted using the Sentinel-2 optical imagery. The suggested method successfully classified the water- and ice-covered ponds which were difficult to distinguish with Sentinel-2 optical images. Lastly, the pros and cons of the melt pond detection using satellite altimetry and optical images were discussed.
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