원격탐사와 GIS를 이용한 재난 예측, 감시 및 대응

김준우,김덕진,손홍규,최진무,임정호,Kim, Junwoo,Kim, Duk-jin,Sohn, Hong-Gyoo,Choi, Jinmu,Im, Jungho 대한원격탐사학회 2022 大韓遠隔探査學會誌 Vol.38 No.5

원격탐사와 GIS를 활용한 공간자료 분석은 재난 관리에 효율적인 기술로 이를 활용한 재난정보 제공을 위한 자료 분석 및 기술 개발에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히 군집위성의 발사와 다양한 원격탐사 플랫폼의 활용, 취득된 데이터 처리 및 저장 능력의 향상, 인공지능 기술의 발달 등으로 인해 재난 관리를 위한 원격탐사와 GIS 기술의 활용은 많은 발전의 여지를 가지고 있다. 이번 특별호에는 재난의 예측, 감시 그리고 대응 단계에서 선박탐지, 건축물 추출, 해양환경 감시, 홍수탐지, 산불탐지, 그리고 재난 발생시 의사결정지원에 적용 가능한 원격탐사와 GIS 기술의 개발과 활용한 관련한 10편의 논문이 게재되었다. 이번 특별호에 출판된 논문들은 재난 관리 기술의 발전과 연관 학문 분야의 학술적 발전에 밑거름이 될 것으로 판단된다. As remote sensing and GIS have been considered to be essential technologies for disasters information production, researches on developing methods for analyzing spatial data, and developing new technologies for such purposes, have been actively conducted. Especially, it is assumed that the use of remote sensing and GIS for disaster management will continue to develop thanks to the launch of recent satellite constellations, the use of various remote sensing platforms, the improvement of acquired data processing and storage capacity, and the advancement of artificial intelligence technology. This spatial issue presents 10 research papers regarding ship detection, building information extraction, ocean environment monitoring, flood monitoring, forest fire detection, and decision making using remote sensing and GIS technologies, which can be applied at the disaster prediction, monitoring and response stages. It is anticipated that the papers published in this special issue could be a valuable reference for developing technologies for disaster management and academic advancement of related fields.

대형 강관 엑스선 검사 시스템의 신호 및 노이즈 분석

김준우(Junwoo Kim),김균엽(Gyun Youp Kim),김호경(Ho Kyung Kim),김창수(Changsoo Kim) 한국비파괴검사학회 2021 한국비파괴검사학회지 Vol.41 No.6

배수로 및 원자력에 사용되는 대형 강관은 submerged arc welding (SAW) 용접 강관으로 용접부의 건전성이 강관의 품질수준을 결정하며 엑스선 투과 검사가 필수적인 사항으로 요구된다. 최근 명례 산업단지에 설치된 대형 강관 고에너지 엑스선 검사 시스템은 생산성의 효율을 위해 엑스선 튜브와 디텍터를 대형 강관 끝단부와 몸체부에 각각 하나씩 설치되어 있는 듀얼 시스템을 사용하고 있으며 생산성을 약 1.5배 가량 개선하였다. 고에너지 엑스선을 사용한 비파괴 검사의 경우 콘트라스트 및 공간 해상도 등에서 높은 영상 성능을 요구하지만 고에너지 영역에서는 콤프턴 산란 반응이 지배적이다. 따라서, 새로 설치된 엑스선 검사장치에 대해 국제표준인 미국재료시험학회(American Society for Testing and Materials, ASTM) 및 미국기계학회(American Society of Mechanical Engineers, ASME)에서 제시하고 있는 팬텀을 기반으로 다양한 파라미터에 대한 실험을 수행하여 초기 영상을 획득하고, 그 영상의 신호 및 노이즈를 분석하였다. 더불어 디지털 래디오그라피에서 사용되고 있는 변조전달함수(modulation-transfer function, MTF), 노이즈파워스펙트럼(noise-power spectrum, NPS)를 측정하였다. MTF는 철 에지-나이프 팬텀 영상으로부터 계산되었고, NPS는 강관 영상의 uniform한 영역에서 계산되었다. MTF 성능은 차단 주파수에서 약 5%였으며 kV 증가에 의존하였고, NPS는 kV와 mA 모두에 영향을 받았다. 보다 정량적인 해석을 위해 다양한 대형 강관 두께에 대한 실험 및 분석이 필요할 것이다. Steel pipes used for drainage and nuclear power are welded using submerged arc welding (SAW) method. The soundness of the welds determines the quality of the steel pipes, and X-ray inspection is essential for healing the welding quality. Recently, a high-energy X-ray penetration inspection system for steel pipes was installed in the Myeong-rye industrial complex that utilizes dual X-rays with one X-ray tube at the end of the steel pipe and the other at the body for production efficiency, resulting in improved productivity by 1.5 times. Non-destructive testing with high-energy X-rays requires high image performance, for instance, contrast and spatial resolution. However, the Compton scattering interaction is dominant in the high-energy field. Accordingly, the newly installed X-ray inspection system has been tested on various parameters based on the phantom suggested in the international standards presented by the American Society for Testing and Materials (ASTM) and the American Society of Mechanical Engineers (ASME) to obtain the initial images and to analyze the signal and noise in the images. In addition, methods of measuring the modulation-transfer function (MTF) and the noise-power spectrum (NPS) used in digital radiography were investigated for a more accurate quantitative analysis. The MTF was calculated from steel edge-knife phantom images, and the NPS was calculated from the uniform area of the steel-pipe image. The MTF performance was approximately 5% of the cutoff frequency and relied on an increase in the kV. The NPS was affected by both the kV and the mA. For a more reliable quantitative analysis, additional experiments and evaluations on various steel-pipe thicknesses are required.

대형 강관 엑스선 검사를 위한 대조도 향상 알고리즘의 영상 특성에 관한 연구

김준우(Junwoo Kim),김균엽(Gyun Youp Kim),김창수(Changsoo Kim),김호경(Ho Kyung Kim) 한국비파괴검사학회 2021 한국비파괴검사학회 춘계학술대회 초록집 Vol.2021 No.6

다양한 산업분야에 사용되는 대형 강관은 탄소 또는 저 합금 강판을 원형으로 성형하고, 이음매를 submerged arc welding (SAW) 방식으로 용접하여 제조된다. 대형 강관의 품질을 위해 용접부의 엑스선 투과 검사가 일반적으로 수행되며 엑스선 영상은 인정된 비파괴 검사 판독자의 판독 하에 결함 유무가 마킹된다. 하지만 강관용접 시 날씨, 온도, 습도 등과 같은 환경적인 요인과 용접조건 등에 의해 용접부의 밀도가 증가하게 되면 콘트라스트가 저하되어 정상 혹은 결함 식별이 어려워진다. 뿐만 아니라 엑스선 투과 검사 설비의 운영과 관련된 부분은 자동화가 가능하나 판독자에 의해 엑스선 영상이 식별되기 때문에 판독자의 피로도에 따라 생산성 저하 및 인적 오류는 더욱 커지게 되며 결국 사업 손실로 이어진다. 현재, 컴퓨터 기계학습 등으로 자동 판독에 관한 여러 연구가 진행되고 있지만 필수적으로 판독자의 재판독이 이루어져야 하는 것은 사실이다. 따라서, 판독자가 바라보는 엑스선영상의 콘트라스트를 향상시키기 위해 multi-scale contrast enhancing (MCE) 방법을 제시하고자 한다. 이 방법은 엑스선 영상을 다양한 스케일로 분해한 후 각 스케일 영상에서의 특징을 고려해서 콘트라스트를 향상시키는 방법으로 모든 스케일에서의 콘트라스트를 향상시킬 수 있으며 원본 영상에서 식별할 수 없는 다양한 특징들을 분석할 수 있어 결함 식별에 도움이 될 수 있을 것이다. 따라서 본 연구에서는 MSCI 방법을 대형 강관 엑스선 영상에 적용하고자 하며 적용 전후의 영상을 분석하고, 대형 강관 엑스선 검사에 적합한 최적 파라미터에 대해 연구하고자 한다. Steel pipes used in various industries are manufactured by forming carbon or low-alloy steel plates in a circular and welding the joints in submerged arc welding (SAW). For the quality of steel pipes, x-ray penetration testing of welds is generally performed, and x-ray images are read by recognized non-destructive test (NDT) readers and marked for defects. However, if the density of the welding part increases due to environmental factors such as weather, temperature, humidity, etc. during steel-pipe welding, the contrast decreases, making it difficult to identify normal or defects. Furthermore, the part related to the operation of the x-ray penetration inspection facility can be automated, but because x-ray images are identified by the reader, productivity degradation and human error become greater with reader fatigue, which eventually leads to business loss. Currently, several studies are being conducted on automatic reading, such as machine learning, but it is true that re-reads of the NDT reader must be carried out. Therefore, we present a multi-scale contrast enhancing (MCE) method to improve the contrast of x-ray images viewed by NDT readers. This method can improve the contrast at all scales by decomposing the x-ray images into various scales and then considering the features in each scale image to improve the contrast, and can analyze various features that cannot be identified in the original image, which may help to identify defects. In this study, we apply the MSCI method to steel-pipe x-ray images, analyze x-ray image with or without MSCI, and investigate optimal parameters suitable for steel-pipe x-ray inspection.

궤간가변윤축 적용을 위한 광 궤간 주강대차의 구조건전성 평가 연구

김준우(Junwoo Kim),조정길(Jeonggil Cho),구정서(Jeongseo Koo),문형석(Hyungsuk Mun),나희승(Heeseung Na) 한국자동차공학회 2013 한국자동차공학회 학술대회 및 전시회 Vol.2013 No.11

AM 제품 검사를 위한 고에너지 X-ray CT 가능성에 관한 연구

김준우(Junwoo Kim),김훈희(Hunhee Kim),박재석(Jaeseok Park) 한국비파괴검사학회 2022 한국비파괴검사학회 춘계학술대회 초록집 Vol.2022 No.5

SBR(Seat Belt Reminder)Sound의 가청도와 음질에 대한 고찰

김준우(Junwoo Kim),황인선(Inseon Hwang),최은수(Eunsoo Choi) 한국자동차공학회 2008 한국자동차공학회 춘 추계 학술대회 논문집 Vol.- No.-

Now a days. the emotional quality of vehicle is a very important evaluation standard. SBR sound needs not only emotional quality but also safety performance. In this thesis, we considered two important factors, which are audibility and sound quality as a standard of a suitable SBR sound and gave guide line to make SBR sound according to frequency and amplitude which are main factors of audibility and sound quality. When the frequency of SBR sound is low, the suitability of SBR sound follows the trend of audibility. On the contrary, when the frequency of SBR sound is high, the suitability follows the trend of frequency preference. Therefore, ideal SBR sound is need to have at least 4㏈ audibility and the frequency of about 1000㎐. In this thesis, we considered only frequency and amplitude to determine good SBR sound. From now on, the pattern. harmonize chime. etc. the factors which influence sound quality will be studied.

전문어의 범용 공간 매핑을 위한 비선형 벡터 정렬 방법론

김준우(Junwoo Kim),윤병호(Byungho Yoon),김남규(Namgyu Kim) 한국지능정보시스템학회 2022 한국지능정보시스템학회 학술대회논문집 Vol.2022 No.6

조직 등가물질 두께 증가에 따른 디지털 엑스선 영상의 해상도 분석에 관한 연구

김준우(Junwoo Kim) 한국방사선학회 2021 한국방사선학회 논문지 Vol.15 No.2

디지털 래디오그라피 시스템에서 발생하는 산란선은 신호의 증가를 가져오는 장점도 있지만 피사체를 투과한 엑스선 영상의 해상도 저하, 노이즈 증가로 궁극적인 검출능이 감소된다. 공간주파수 도메인에서 해상도를 평가하기 위한 변조전달함수(modulation-transfer function, MTF)에서 간접적으로 산란선을 측정하는 방법은 제로-주파수에 해당하는 변조전달함수 값이 강하되는 정도로 간주할 수 있다. 본 연구는 환자 조직 등가물질로 폴리메틸메타아크릴레이트(polymethyl methacrylate, PMMA)를 사용하였으며 다양한 두께에 대한 변조전달함수를 획득하여 산란선이 해상도에 미치는 영향을 정량화하였다. PMMA 두께 증가에 따라 엑스선 영상 신호는 35 ~ 83%까지 감소되는 것이 관찰되었고, 이는 PMMA에 엑스선이 흡수 혹은 산란되는 양상으로 판단되며 이러한 결과는 변조전달함수를 저하시키는 것과 동시에 산란선 비율을 증가시키는 결과로 나타났다. PMMA에 의한 변조전달함수 저하를 보정하기 위한 방법은 간접변환방식 검출기에서 발생되는 빛 퍼짐 경향까지 절단하여 변조전달함수 값의 상승을 가져왔다. 보다 합리적인 방법으로 경계확산함수(edge-spread function, ESF) 혹은 선확산함수(line-spread function, LSF)에서의 피팅, 제로 값으로 채우는 처리 등이 이루어져야 할 것으로 사료된다. Scattered x-ray generated by digital radiography systems also have the advantage of increasing signals, but ultimately detectability is reduced by decreasing resolution and increasing noise of x-ray images transmitted objects. An indirect method of measuring scattered x-ray in a modulation-transfer function (MTF) for evaluating resolution in a spatial-frequency domain can be considered as a drop in the MTF value corresponding to zero-frequency. In this study, polymethyl methacrylate (PMMA) was used as a patient tissue equivalent, and MTFs were obtained for various thicknesses to quantify the effect of scattered x-ray on resolution. X-ray image signals were observed to decrease by 35 ~ 83% with PMMA thickness increasing, which is determined by the absorption or scattering of x-rays in PMMA, resulting in reduced MTF and increased scatter fraction. The method to compensate for MTF degradation by PMMA resulted in the MTF inflation without considering the optical spreading generated by the indirect-conversion type detector. Data fitting or zero-padding are needed to compensate for MTF more reasonably on edge-spread function or line-spread function.

위성영상-AI 기반 재난모니터링과 실현 가능한 준실시간 통합 재난모니터링 시스템

김준우 ( Junwoo Kim ),김덕진 ( Duk-jin Kim ) 한국지리정보학회 2020 한국지리정보학회지 Vol.23 No.3

원격탐사 기술의 발전과 활용 가능한 위성의 증가로 재난의 예방, 대비, 대응, 복구 등에서 위성영상자료의 활용에 대한 요구가 높아지고 있다. 위성영상은 센서의 특성에 따라 적용 가능한 재난의 모니터링을 위해 활용되고 있지만, 통합된 모니터링 시스템의 구축을 위해 기존 시스템을 평가하고 이를 바탕으로 실현 가능한 준실시간 통합 재난모니터링 시스템 구축을 위한 구체적인 청사진을 제시한 연구는 국내뿐만 아니라 국외에서도 그 사례가 확인되지 않는다. 본 연구는 원격탐사를 통한 재난모니터링의 개념화를 통해 준실시간 재난모니터링 시스템 구축의 장애요인들을 확인하고, 실제로 활용 가능한 영상자료와 실현 가능한 재난모니터링 시스템을 제시하였다. 원격탐사를 통한 준실시간 재난모니터링은 다양한 요인들에 의해 통합시스템의 구축이 제한되며, 시스템 구축을 위한 기술적, 경제적 요인과 함께 위성영상 확보의 적시성을 가로막는 정책적 요인과 일관성 있는 정보생산을 위한 영상분석에 대한 제도적 요인에도 크게 영향을 받는 것으로 나타났다. 이러한 제약들은 AWS(Amazon Web Services)와 같은 위성영상의 저장, 취득, 분석에 활용되는 컴퓨팅 플랫폼과 같은 통합서버의 확보와, 재난의 종류와 상황에 부합하는 활용 가능 위성의 궤도분석을 가능하게 하는 분석도구의 개발에 의해 극복될 수 있을 것으로 판단된다. 본 연구는 이러한 제도적, 경제적, 기술적, 정책적 제약들을 극복할 수 있는 위성영상 기반 통합 재난모니터링 시스템 구축을 위한 프레임워크를 제시하였으며, 재난의 종류와 단계에 따른 AI 기반 위성영상 분석 방법론을 제안하였다. 이러한 결과는 원격탐사와 재난관리 분야에 학술적 시사점을 제공하고, 재난모니터링 분야에 실무적 기여를 할 것으로 판단된다. As remote sensing technologies are evolving, and more satellites are orbited, the demand for using satellite data for disaster monitoring is rapidly increasing. Although natural and social disasters have been monitored using satellite data, constraints on establishing an integrated satellite-based near real-time disaster monitoring system have not been identified yet, and thus a novel framework for establishing such system remains to be presented. This research identifies constraints on establishing satellite data-based near real-time disaster monitoring systems by devising and testing a new conceptual framework of disaster monitoring, and then presents a feasible disaster monitoring system that relies mainly on acquirable satellite data. Implementing near real-time disaster monitoring by satellite remote sensing is constrained by technological and economic factors, and more significantly, it is also limited by interactions between organisations and policy that hamper timely acquiring appropriate satellite data for the purpose, and institutional factors that are related to satellite data analyses. Such constraints could be eased by employing an integrated computing platform, such as Amazon Web Services(AWS), which enables obtaining, storing and analysing satellite data, and by developing a toolkit by which appropriate satellites’sensors that are required for monitoring specific types of disaster, and their orbits, can be analysed. It is anticipated that the findings of this research could be used as meaningful reference when trying to establishing a satellite-based near real-time disaster monitoring system in any country.

엑스선 화물 컨테이너 검사 스캐너 시스템의 초기 영상 분석

김준우(Junwoo Kim),임창휘(Chang Hwy Lim),박종원(Jong-Won Park),김호경(Ho Kyung Kim) 한국비파괴검사학회 2021 한국비파괴검사학회지 Vol.41 No.2

시험용 국내 개발 MV (megavoltage) 엑스선 화물 컨테이너 검사 시스템에서 획득한 초기 영상을 평가하였다. 미국표준협회(ANSI N42.48, 2008년) 및 국제전기표준회의(IEC 62523, 2010년)에서 제시하고 있는 빔 투과력, 와이어 검출능, 콘트라스트 감도 등을 팬텀 제작을 통해 측정하였다. 또한 디지털 라디오그래피에서 사용되고 있는 MTF (modulation-transfer function), NPS (noise-power spectrum)를 측정하였다. MTF는 강철와이어 스캔 영상으로부터 응답함수를 측정한 후 푸리에 도메인에서 해석하였으며, NPS는 빈 화물 컨테이너를 스캔한 영상의 푸리에 해석을 통해 분석하였다. 9 MV 빔에 대해 85 mm 두께의 테스트 철판 식별을 위한 투과력은 425 mm로 예측 되었으며, 배경 철판의 두께가 100 mm 이상에서는 직경 1.6 mm 이하의 와이어 검출이 어려웠고, 콘트라스트 한계는 약 10 % 정도로 평가되었다. 스캔 방향 MTF는 차단 주파수에서 약 12.5 %였으며, NPS는 공간 주파수에 무관하게 백색 스펙트럼 특성을 보였다. 보다 정량적인 해석을 위해서는 퀀텀 이미징 시스템에서의 콘트라스트 모델이 필요하며, 스캔 방향에 수직 방향인 디텍터 어레이 방향으로의 MTF 및 NPS 측정 및 분석이 필요할 것이다. We evaluated the initial images obtained from an MV (megavoltage) x-ray scanning system for cargo-container inspection. The images were analyzed in terms of beam penetration power, wire detectability, and contrast sensitivity by using home-made phantoms, following the guidelines provided by the American National Standards Institute (ANSI N42.48, 2008) and the International Electrotechnical Commission (IEC 62523, 2010). The MTF (modulation-transfer function) and NPS (noise-power spectrum), which are widely used for evaluating digital radiography images, were also included in the evaluation of scanned MV images using the steel wire and air scan images, respectively. For 9-MV beams, the penetration power was a 425-mm steel for identifying a steel plate with a thickness of 85 mm; the wire with a diameter of 1.6 mm was hardly detectable when the thickness of the background steel exceeded 100 mm. The contrast limit was expected to be about 10%. The scan-directional MTF indicated a value of approximately 12.5% at the Nyquist spatial frequency, and the NPS showed the spatial-frequency-independent white spectral characteristic. To conduct a more quantitative analysis of the MV scanned images, we aim to develop an analytic contrast model that is appropriate for quantum imaging and perform the MTF and NPS analyses along the direction perpendicular to the scan direction.