고해상도 위성영상 기반 연안 객체 추출을 위한 기계학습 알고리즘 비교

정윤재(Choung, Yun-Jae),김경섭(Kim, Kyoung-Seop) 한국측량학회 2021 한국측량학회 학술대회자료집 Vol.2021 No.11

라이다 데이터와 항공 정사영상을 활용한 인공 제방선 지도화

정윤재 ( Yun Jae Choung ),박현철 ( Hyen Cheol Park ),정연인 ( Youn In Chung ),조명희 ( Myung Hee Jo ) 한국지리정보학회 2011 한국지리정보학회지 Vol.14 No.1

제방선 지도화는 하천지역의 환경보호와 하천 범람 방지, 그리고 하천 개발에 있어 매우 중요하다. 라이다(LiDAR)와 항공 정사영상(aerial ortho-image)과 같은 원격탐사 데이터의 활용은 대상 지역에 접근하지 않고도 대상 지역에 관한 지형 정보를 얻을 수 있다는 점 때문에, 하천 지도화 작업에 효율적이다. 라이다 자료는 얕은 물을 관통하는 능력과 높은 수직 정확도 때문에 하천구역 지도화 작업에 활용되어 오고 있다. 영상자료의 활용 또한 영상처리 기법을 이용하여 여러 특징들을 추출할 수 있다는 점 때문에 하천 지도화 작업에 효율적이다. 본 논문에서는 라이다와 항공 정사영상을 각각 활용하여 3차원 제방선 지도화 작업을 수행하였다. 그리고 지상 실측정보들을 통해 두 자료로부터 추출된 제방선들의 정확도를 측정하고, 두 측정 결과들을 비교한다. 통계적인 결과에서 나타나듯이 라이다를 활용하여 추출된 3차원 제방선이 항공 정사영상을 활용하여 추출된 3차원 제방선에 비해 수평 및 수직 정확도가 훨씬 더 높다는 것을 보여준다. Levee line mapping is critical to the protection of environments in river zones, the prevention of river flood and the development of river zones. Use of the remote sensing data such as LiDAR and aerial orthoimage is efficient for river mapping due to their accessibility and higher accuracy in horizontal and vertical direction. Airborne laser scanning (LiDAR) has been used for river zone mapping due to its ability to penetrate shallow water and its high vertical accuracy. Use of image source is also efficient for extraction of features by analysis of its image source. Therefore, aerial orthoimage also have been used for river zone mapping tasks due to its image source and its higher accuracy in horizontal direction. Due to these advantages, in this paper, research on three dimensional levee line mapping is implemented using LiDAR and aerial orthoimage separately. Accuracy measurement is implemented for both extracted lines generated by each data using the ground truths and statistical comparison is implemented between two measurement results. Statistical results show that the generated 3D levee line using LiDAR data has higher accuracy than the generated 3D levee line using aerial orthoimage in horizontal direction and vertical direction.

RapidEye 영상과 LiDAR DEM을 이용한 낙동강 범람원 내 토지 이용 현황 분석

정윤재 ( Yun Jae Choung ) 한국지리정보학회 2014 한국지리정보학회지 Vol.17 No.4

범람원(floodplain)은 제방과 하천 사이에 존재하는 평탄하고 낮은 지역을 의미하며, 범람원 내 토지 이용 현황 분석은 하천유역의 효과적인 자원관리를 위해서 반드시 필요하다. 본 논문에서는 공간정보 자료인 LiDAR DEM 자료와 RapidEye 영상을 이용하여 낙동강 하천 범람원 내 토지 이용 현황 분석에 관한 연구를 진행하였다. 우선, DEM으로부터 제방 경계선을 추출하여 RapidEye 영상에서 연구대상지역 내 범람원의 범위를 설정하였다. 범람원의 범위를 설정한 뒤, RapidEye 영상에 ISODATA 클러스터링 및 post-classification 과정을 적용하여 범람원 내 토지피복 분류 작업을 진행하였다. ISODATA 클러스터링을 적용하여 분류된 범람원 내 토지피복은 91%의 분류 정확도를 가진다. 분류된 토지피복 클러스터들을 구성하는 픽셀들의 개수를 계산하여, 낙동강 범람원 내 토지 이용 현황에 관한 분석을 수행하였다. 본 연구를 통하여, 연구대상지역 범람원 내 하천의 면적은 46%, 나지의 면적은 36%, 습지의 면적은 11%, 그리고 초지의 면적은 7%라는 사실을 알 수 있었다. Floodplain is a flat plain between levees and rivers. This paper suggests a methodology for analyzing the land uses in the Nakdong River floodplain using the RapidEye imagery and the given LiDAR(LIght Detection And Ranging) DEM(Digital Elevation Models). First, the levee boundaries are generated using the LiDAR DEM, and the area of the floodplain is extracted from the given RapidEye imagery. The land uses in the floodplain are identified in the extracted RapidEye imagery by the ISODATA(Iterative Self-Organizing Data Analysis Technique Analysis) clustering. The overall accuracy of the identified land uses by the ISODATA clustering is 91%. Analysis of the identified land uses in the floodplain is implemented by counting the number of the pixels constituting the land cover clusters. The results of this research shows that the area of the river occupies 46%, the area of the bare soil occupies 36%, the area of the marsh occupies 11%, and the area of the grass occupies 7% in the identified floodplain.

LiDAR DEM과 다중시기에 촬영된 Landsat 영상을 이용한 낙동강 유역 내 토지피복 변화 탐지

정윤재 ( Yun Jae Choung ) 한국지리정보학회 2015 한국지리정보학회지 Vol.18 No.2

본 연구는 LiDAR DEM(Digital Elevation Model)과 다중시기에 촬영된 Landsat 영상을 이용하여 4대강 정비사업이 시행되기 이전 및 이후에 낙동강 유역 내 발생한 토지피복 변화를 탐지 및 분석하기 위하여 수행되었다. 우선 LiDAR DEM으로부터 추출된 제방경계선을 이용하여 하천유역폴리곤을 생성하고, 하천유역 폴리곤을 이용하여 다중시기에 촬영된 Landsat-5 TM(ThematicMapper) 영상과 Landsat-8 OLI(Operational Land Imager) 영상으로부터 4개의 하천유역 영상을 각각 추출하였다. 그리고 영상분류방법을 적용하여 각 하천유역 영상으로부터 하천유역의 주요 토지피복인 하천, 나지, 초지를 각각 분류하였고, 전체 면적에서 각 토지피복이 차지하는 비율을 계산하였다. 다중시기에 촬영된 하천유역 영상으로부터 분류된 각 토지피복의 변화량을 분석한결과, 4대강 정비사업이 시행되기 이전과 4대강 정비사업이 완공된 이후에는 계절의 변화에 의해나지와 초지의 면적은 큰 폭으로 변화하였으나, 하천의 면적은 큰 변화가 없었다. 반면에 4대강정비사업 전후로, 낙동강 유역 내 저수량의 증가로 인해 하천의 면적이 큰 폭으로 증가하였다. 본 논문은 LiDAR DEM과 4대강 정비사업 이전과 이후에 촬영된 위성영상들을 이용하여 4대강 정비사업으로 인해 발생한 하천 유역 내 토지피복 변화를 탐지할 수 있는 효과적인 방법을 제시하였다는데 의의가 있다. This research is carried out for the land cover change detection in the Nakdong River basin before and after the 4 major rivers restoration project using the LiDAR DEM(Digital Elevation Model) and the multi-temporal Landsat imagery. Firstly the river basin polygon is generated by using the levee boundaries extracted from the LiDAR DEM, and the four river basin imagery are generated from the multi-temporal Landsat-5 TM(Thematic Mapper) and Landsat-8 OLI(Operational Land Imager) imagery by using the generated river basin polygon. Then the main land covers such as river, grass and bare soil are separately generated from the generated river basin imagery by using the image classification method, and the ratio of each land cover in the entire area is calculated. The calculated land cover changes show that the areas of grass and bare soil in the entire area have been significantly changed because of the seasonal change, while the area of the river has been significantly increased because of the increase of the water storage. This paper contributes to proposing an efficient methodology for the land cover change detection in the Nakdong River basin using the LiDAR DEM and the multi-temporal satellite imagery taken before and after the 4 major rivers restoration project.

파이썬 라이브러리를 활용한 LiDAR 점군 자료 처리 소프트웨어 개발

정윤재(Choung, Yun-Jae),김경섭(Kim, Kyoung-Seop),문갑수(Moon, Gap-Su) 한국측량학회 2020 한국측량학회 학술대회자료집 Vol.2020 No.7

MMS LiDAR 자료를 이용한 도로 주변 3차원 객체 추출

정윤재 ( Yun-jae Choung ) 한국지리정보학회 2017 한국지리정보학회지 Vol.20 No.1

모바일 매핑 시스템(Mobile Mapping System: MMS) 센서를 이용한 3차원 정밀지도의 구축은 자율주행 자동차 개발에 필요한 기술이다. 본 논문은 MMS LiDAR(Light Detection And Ranging)센서를 이용하여 획득한 점군자료를 이용하여 도로주변의 3차원 객체 추출에 관한 연구를 수행하였다. 우선, MMS LiDAR 점군자료 이용하여 수치표면모형(DSM: Digital Surface Model)을 제작하고, 생성된 DSM을 기반으로 경사도 지도를 제작하였다. 추출된 경사도 정보를 이용하여 도로주변의 3차원 객체를 식별하였고, 모폴로지 필터링 기법을 이용하여 도로주변의 3차원 객체 중 총97%의 객체를 추출하였다. 본 연구는 MMS 센서를 이용하여 획득한 공간정보자료를 기반으로 도로 주변의 3차원 객체를 추출함으로써 최근 주목받고 있는 자율주행기술의 활용성에 관한 방안을 제시하였다는데 의의가 있다. Making precise 3D maps using Mobile Mapping System (MMS) sensors are essential for the development of self-driving cars. This paper conducts research on the extraction of 3D objects around the roads using the point cloud acquired by the MMS Light Detection and Ranging (LiDAR) sensor through the following steps. First, the digital surface model (DSM) is generated using MMS LiDAR data, and then the slope map is generated from the DSM. Next, the 3D objects around the roads are identified using the slope information. Finally, 97% of the 3D objects around the roads are extracted using the morphological filtering technique. This research contributes a plan for the application of automated driving technology by extracting the 3D objects around the roads using spatial information data acquired by the MMS sensor.

딥러닝 기술을 활용한 고해상도 위성영상 기반 연안 토지피복도 제작

정윤재(Yun-Jae Choung),김경섭(Kyoung-Seop Kim) 대한공간정보학회 2021 한국공간정보학회 학술대회 Vol.2021 No.6

공간정보를 이용한 3차원 하천 경계선 매핑에 관한 연구

정윤재 ( Yun Jae Choung ),박현철 ( Hyen Cheol Park ),조명희 ( Myung Hee Jo ) 한국지리정보학회 2012 한국지리정보학회지 Vol.15 No.1

하천 유역에서 하천 경계선(river boundary) 은 하천의 물길을 따라 흐르는 물과 육지의 경계를 의미한다. 하천 경계선 매핑은 하천 유역의 지형적인 변화를 탐지하고 홍수 예방을 위해서 중요하다. 하천 유역의 지표면의 불균일성과 하천 수위의 실시간 변화 등으로 인해 발생하는 하천유역의 침식 작용 등의 요인으로 인해서 기존의 지반조사 기술은 하천 경계선을 매핑 하는데 효과적이지 않다. 공간 정보 자료는 해당 지역에 접근하지 않고도 해당 지역에 관한 지형적인 정보를 획득할 수 있어서, 하천 지형 조사 및 하천 측량 등 하천 유역의 지형연구에 굉장히 유용하게 쓰일 수 있다. 본 연구에서는, 원격탐사 기술에서 대표적으로 사용되는 공간 정보 자료들인 항공라이다 자료(airborne LiDAR data)와 항공사진(aerial photograph) 들을 활용하여, 에지 검출기법(edge detection algorithm) 및 영상 분할 기법(image segmentation algorithm) 등의 디지털 영상 처리 기법 등의 방법을 적용하여 3차원 하천 경계선을 매핑하는 방법을 개발하였고, 주어진 기준선을 따라 결정된 점검 지점들로부터 추출된 하천 경계선까지의 수평 및 수직 거리의 절대값을 계산하여 정확도 측정을 하였을 때, 본 연구에서 제시된 방법을 이용하여 추출된 3차원 하천 경계선은 높은 수직 및 수평 정확도를 가짐을 보여준다. A river boundary is defined as the intersection between a main stream of a river and the land. Mapping of the river boundary is important for the protection of the properties in river areas, the prevention of flooding and the monitoring of the topographic changes in river areas. However, the utilization of the ground surveying technologies is not efficient for the mapping of the river boundary due to the irregular surfaces of river zones and the dynamic changes of water level of a river stream. Recently, the spatial information data sets such as the airborne LiDAR and aerial images are widely used for coastal mapping due to the acquisition of the topographic information without human accessibility. Due to these advantages, this research proposes a semi-automatic method for mapping of the river boundary using the spatial information data set such as the airborne LiDAR and the aerial photographs. Multiple image processing technologies such as the image segmentation algorithm and the edge detection algorithm are applied for the generation of the 3D river boundary using the aerial photographs and airborne topographic LiDAR data. Check points determined by the experienced expert are used for the measurement of the horizontal and vertical accuracy of the generated 3D river boundary. Statistical results show that the generated river boundary has a high accuracy in horizontal and vertical direction.

LiDAR 자료와 WAMIS 정보를 활용한 제방 GIS 데이터베이스 구축에 관한 연구

정윤재 ( Yun Jae Choung ) 한국지리정보학회 2014 한국지리정보학회지 Vol.17 No.3

제방(Levee)은 하천을 따라 축조한 공작물로서, 홍수 등 자연 재해로부터 제내지를 보호하는 역할을 한다. 본 논문에서는 낙동강 지역을 촬영한 항공 라이다 자료(airborne topographic LiDAR data)와 국가 수자원 관리 종합정보시스템에서 제공하는 제방현황 자료를 활용하여 제방 GIS 데이터베이스 구축에 관한 연구를 진행한다. 우선, 미국 공병단에서 제공하는 제방 데이터베이스와 국가 수자원 관리 종합 정보시스템에서 제공하는 우리나라 제방현황 테이블을 비교 및 분석한다. LiDAR 자료로부터 제방 정보를 추출하기 위해서, 보간법을 이용하여 LiDAR 점군 자료들로부터 디지털 표면 모델을 생성한 후, 디지털 표면 모델에서 인접한 픽셀간의 최대 고도값 차이를 계산하여 경사 지도를 만든다. 그리고, 경사도 분류 방법을 이용하여 제방의 주요 구성 요소인 둑마루 및 비탈 경사를 나타내는 폴리곤을 각각 추출한다. 그리고, 둑마루 및 비탈 경사 폴리곤들로부터 추출한 속성정보와 국가 수자원 관리 종합정보시스템에서 제공하는 제방현황 자료를 병합하여 제방 GIS 데이터베이스를 구축한다. 마지막으로, 본 연구에서는 라이다 자료만을 활용하여 제방 GIS 데이터베이스를 구축하였을 때의 장점 및 한계에 관해서 토론하고, 이를 보완하기 위한 차후 연구에 관한 방향을 제시한다. A levee is defined as an man-made structure protecting the areas from temporary flooding. This paper suggests a methodology for establishing the levee GIS database using the airborne topographic LiDAR(Light Detection and Ranging) data taken in the Nakdong river basins and the WAMIS(WAter Management Information System) information. First, the National Levee Database(NLD) established by the USACE(United States Army Corps Engineers) and the levee information tables established by the WAMIS are compared and analyzed. For extracting the levee information from the LiDAR data, the DSM(Digital Surface Model) is generated from the LiDAR point clouds by using the interpolation method. Then, the slope map is generated by calculating the maximum rates of elevation difference between each pixel of the DSM and its neighboring pixels. The slope classification method is employed to extract the levee component polygons such as the levee crown polygons and the levee slope polygons from the slope map. Then, the levee information database is established by integrating the attributes extracted from the identified levee crown and slope polygons with the information provided by the WAMIS. Finally, this paper discusses the advantages and limitations of the levee GIS database established by only using the LiDAR data and suggests a future work for improving the quality of the database.

Landsat-8 위성의 열적외 센서를 활용한 대기온도와 밝기온도의 계절별 상관관계 분석

정윤재 ( Yun-jae Choung ),정연인 ( Youn-in Chung ),최수영 ( Soo-young Choi ) 한국지리정보학회 2018 한국지리정보학회지 Vol.21 No.2

일반적으로 밝기온도는 대기온도와 밀접한 연관이 있으며, 밝기온도는 Landsat과 같은 지구관측위성의 열적외 센서를 활용하여 측정이 가능하다. Landsat-8 위성의 열적외 센서는 지표온도를 측정할 수 있는 두 개의 밴드 (Band 10과 Band 11)를 가지고 있다. 본 연구에서는 대한민국 서울지역의 기상관측센터에서 측정한 대기온도와 Band 10과 Band 11로부터 각각 측정한 밝기온도의 상관관계를 시기별(봄, 여름, 가을, 겨울)로 분석하였으며, 본 연구를 통해 다음과 같은 결과를 확인할 수 있었다. 첫째, 밝기온도와 대기온도의 상관관계는 봄, 가을, 겨울 및 여름 순으로 높았다. 둘째, 봄, 가을 및 겨울에서는 대기온도가 증가할수록 밝기온도도 증가하였으나, 여름에서는 대기온도가 증가할수록 밝기온도는 감소하였다. 셋째, Band 10을 활용하여 측정한 밝기온도가 Band 11을 활용하여 측정한 밝기온도에 비해 대기온도와 상관관계가 높았다. In general, Top Of Atmosphere(TOA) brightness temperature is closely related to air temperature. Brightness temperature can be derived from the Thermal Infra-Red Sensors (TIRS) of the earth observation satellites such as the Landsat series. The TIRS instrument of the Landsat-8 satellite collects the two spectral bands (Bands 10 and 11) that measure brightness temperature. In this research, the relationship between the air temperature data measured by the weather stations in Seoul, South Korea and the brightness temperature data separately derived from Bands 10 and 11 of the Landsat-8 satellite were assessed in the different seasons through the correlation analysis. The statistical results led to the following conclusions. First, brightness temperature is closely related to air temperature in order of Spring, Autumn, Winter and Summer. Second, when air temperature increases, brightness temperature also increases in Spring, Autumn and Winter but decreases in Summer. Third, Band 10 has a closer relationship to air temperature than Band 11.