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KOMPSAT과 Landsat 8을 이용한 도시확장에 따른 열환경 분석: 세종특별자치시를 중심으로
유철희,박선영,김예지,조동진 대한원격탐사학회 2019 大韓遠隔探査學會誌 Vol.35 No.6
Urban population growth and consequent rapid urbanization involve some thermal environmental problems in the cities. Monitoring of thermal environments in urban areas such as hot spot analysis is required for effective actions to resolve these problems. This study selected 14 dongs and surrounding administrative districts of Sejong city as study areas and analyzed the characteristics of changes in surface temperature due to the urban expansion in the summer from 2013 to 2018. In the study, the surface temperature distributions in the study areas were plotted using surface temperature values from Landsat 8 and NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) and NDBI (Normalized Difference Built-up Index) based on KOMPSAT 2/3 data, and the patterns of surface temperature changes with urban expansion were discussed using the estimated NDVI and NDBI. In particular, the distinct urbanization in the study areas were selected for case studies, and the cause of the changes in the hot spots in the regions was analyzed using high-resolution KOMPSAT images. This study results present that hot spots appeared in urbanized regions within the study areas, and it was plotted that the lower the NDVI values and the higher the NDBI values indicate the temperature values are high. The land surface temperature and satellite-based products were used to divide the study areas into continuously urbanized regions and rapidly urbanized regions and to identify the different characteristics depending on land covers. In the regions with distinct surface temperature changes by urbanization, the analysis using highresolution KOMPSAT images as presented in this study could provide effective information for urban planning and policy utilization in the future. 도시인구 증가와 이에 따른 급격한 도시화는 도시 내 여러 열환경 문제를 수반한다. 이를 효과적으로 대응하기 위해 hot Spot 분석과 같은 도심 열환경 모니터링이 필요시 된다. 본 연구는 우리나라 세종특별자치시의 14개의 동과 주변 행정구역을 연구지역으로 선정하여 2013년부터 2018년 여름철의 도시 확장에 따른 지표면 온도 변화 특성을 분석하였다. Landsat 8 지표면온도와 KOMPSAT2/3 기반 NDVI(Normalized Difference Vegetation Index)및 NDBI(Normalized Difference Built-up Index)를 이용하여 연구 지역의 지표면 온도 분포를모의하고, 도심지 확장에 따른 지표면 온도 변화 양상을 구축된 NDVI와 NDBI를 이용해 논의했다. 특히, 연구지역 안에서의 도심지 확장이 뚜렷한 지역을 연구 대상으로 선정하여 고해상도의 KOMPSAT영상으로 지역내 hot spot의 변화 원인을 분석하였다. 연구결과, 연구지역 내에서 도시화가 진행된 지역에 hot spot이 나타나는 것을 확인하였으며 일반적으로 NDVI가 낮거나 NDBI가 높을수록 hot spot의 영향이 뚜렷하고 온도가 높게나타나는 것으로 확인되었다. 지표면온도와 위성기반 산출물을 이용해 도시화가 지속적으로 진행된 지역과급격하게 나타난 지역이 구분되었으며 토지피복에 따른 상이한 특성도 파악할 수 있었다. 도시화에 따른 지표면 온도 변화가 뚜렷한 지역에 본 연구와 같이 고해상도의 KOMPSAT 영상을 통한 분석이 수반되면 향후 도시계획 및 정책 활용에 효과적으로 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다.
기계학습 기반 상세화를 통한 위성 지표면온도와 환경부 토지피복도를 이용한 열환경 분석: 대구광역시를 중심으로
유철희,임정호,박선영,조동진 대한원격탐사학회 2017 大韓遠隔探査學會誌 Vol.33 No.6
Temperatures in urban areas are steadily rising due to rapid urbanization and on-going climate change. Since the spatial distribution of heat in a city varies by region, it is crucial to investigate detailed thermal characteristics of urban areas. Recently, many studies have been conducted to identify thermal characteristics of urban areas using satellite data. However, satellite data are not sufficient for precise analysis due to the trade-off of temporal and spatial resolutions. In this study, in order to examine the thermal characteristics of Daegu Metropolitan City during the summers between 2012 and 2016, Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) daytime and nighttime land surface temperature (LST) data at 1 km spatial resolution were downscaled to a spatial resolution of 250 m using a machine learning method called random forest. Compared to the original 1 km LST, the downscaled 250 m LST showed a higher correlation between the proportion of impervious areas and mean land surface temperatures in Daegu by the administrative neighborhood unit. Hot spot analysis was then conducted using downscaled daytime and nighttime 250 m LST. The clustered hot spot areas for daytime and nighttime were compared and examined based on the land cover data provided by the Ministry of Environment. The high-value hot spots were relatively more clustered in industrial and commercial areas during the daytime and in residential areas at night. The thermal characterization of urban areas using the method proposed in this study is expected to contribute to the establishment of city and national security policies. 급격한 도시화와 이상기후의 증가로 도시의 기온이 꾸준히 올라가고 있으며, 한 도시 안에서도 열분포 양상이 지역마다 다르게 나타나고 있어 상세한 도시 열환경 분석이 요구된다. 최근에는 위성자료를 이용한 열환경 분석이 수행되고 있으나, 위성자료는 시·공간해상도의 Trade-off 관계로 인해 정밀한 분석에어려움이 따른다. 이 연구는 2012년부터 2016년의 대구광역시 여름철 열환경 분석을 위해, MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) 1 km 공간해상도의 낮과 밤 지표면온도(낮LST1km, 밤LST1km)를 250 m 공간해상도(낮LST250m, 밤LST250m)로 상세화 시켰다. 상세화에는 기계학습 기법인 랜덤포레스트(Random Forest)가 이용되었다. 향상된 LST250m는 기존의 LST1km에 비해, 대구광역시 행정동 기준 불투수면적 비율과 지표면온도가 높은 상관관계를 보여주었다. 다음으로, 상세화 된 낮과 밤LST250m를이용하여 Hot Spot 분석을 수행하였다. 대구광역시 행정동 중 낮과 밤 지표면온도가 Hot Spot으로 군집화된 영역을 비교하고, 토지피복도를 이용하여 그 원인을 분석했다. 낮에는 공업 및 상업지역의 비율이 높은영역에서, 밤의 경우 주거지역의 비율이 높은 영역에서 높은 Hot Spot이 군집 되었다. 본 연구의 열환경 분석 접근은 향후 도시정책 수립 및 국민안전에 큰 기여를 할 수 있을 것으로 기대된다.