모래와 실트의 탁수에 대한 분광특성 분석

신형섭,이규호,박종화,Shin, Hyoung-Sub,Lee, Kyu-Ho,Park, Jong-Hwa 한국농공학회 2009 한국농공학회논문집 Vol.51 No.3

The objective of this study was to investigate the basic relationships between spectral reflectance and varying concentrations of sediment in surface waters. An experimental method for determining suspended sediment concentration (SSC) in the water by use of a spectroradiometer above the water surface, in visible and near-infrared (NIR) wavelengths, is applied. The main advantage of the method is the direct comparison of spectral reflectance and the SSC, but it requires an accurate knowledge of the water body and sediment. Therefore numerous spectroradiometric measurements are carried out in situ measurements, for SSC, ranging from zero to 100 percentage and two types of sediment applied in the water tank. The results indicate that the suspended sediment causes increasing spectral reflectance response in waters. We observed that spectral reflectance increases with SSC, first at the lower wavelengths (430-480 nm), then in the middle wavelengths (570-700 nm), and finally, in the NIR domain (800-820 nm); a characteristic maximum reflectance appears at 400-670 nm. Relationships between the wavelength, integral value, and the SSC were evaluated on the basis of the regression analysis. The regression curve for the relation between the wavelength, integral value, and the SSC were determined ($R^2$>0.98). Finally, the specular wavelength can be estimated to recognize the sediment and to improve SC estimation accuracy in the water.

하천 복원을 위한 과거 및 현재 자료 기반의 하천지형학적 특성 분석: 미호천과 내성천을 중심으로

이찬주,김지성,김규호,신형섭,Lee, Chan Joo,Kim, Ji Sung,Kim, Kyu Ho,Shin, Hyoung Sub 한국수자원학회 2015 한국수자원학회논문집 Vol.48 No.3

하천 복원을 위한 기초 작업으로서 자연 상태에 가까운 하천의 지형학적 특성을 파악하기 위해 과거 및 현재 자료를 이용하여 하천지형학적 분석을 실시하였다. 대상 하천은 미호천과 내성천이다. 분석에 포함된 지형학적 변수는 하곡변수인 곡저폭, 하도 형상변수인 사행도, 강턱하폭, 하도경사, 구성재료 변수인 하상재료, 지배 변수인 강턱유량, 비유수력이며, 지배적인 프로세스가 함께 고려되었다. 분석 결과 두 하천은 비슷한 유역면적을 갖는 모래하천이지만, 곡저폭, 하도 형상변수, 종단적 위치에 따른 지배적인 프로세스 등에서 차이가 있는 것으로 나타났다. 또한 지형학적 변수들 사이의 상호 관계를 분석하였다. 그 결과 강턱하폭은 강턱유량에 비례하여 증가하였고, 그 경향성은 기존의 연구 결과와 대체로 일치하고 있다. 강턱유량과 하도경사를 분석한 결과 미호천은 사행하천과 망상하천의 특성을 나타내고 있는 반면, 내성천은 대부분의 구간에서 망상하천에 해당하는 것으로 나타났다. 하도경사와 하폭수심비 관계를 이용하여 지배적인 프로세스를 분석한 결과 미호천은 사구-연흔의 특성을 나타내고 있으나 내성천은 하류에서는 망상하천 특성이 지배적인 반면, 상류에서는 여울-소 내지는 평하상 특성이 지배적인 것으로 나타났다. 과거 자료를 이용한 분석 결과는 정비된 하천의 자료를 이용한 분석 결과에 비해 합리적인 것으로 나타났다. As a basic work for river restoration, analysis on fluvial geomorphological characteristics is made using past and present data to understand close-to-nature geomorphic status. The Miho and the Naesung Rivers are targets of this study. Fluvial geomorphic variables including valley-floor width, sinuosity, bankfull width, channel gradient, bed material size, bankfull discharge and unit stream power are evaluated with dominant processes. Though common sand-bed rivers with similar catchment area, the Miho and the Naesung Rivers are different in terms of valley-floor width, channel shape variables and dominant processes related with longitudinal location. In addition, analyses on interrelationship among the geomorphological variables are carried. Bankfull width is shown to be proportional to bankfull discharge, as is in a rough agreement with the previous studies. Relationship of bankfull discharge and channel gradient shows meandering and braiding are prevalent in the Miho River, whereas the most of the sub-reaches of the Naesung River fall to braiding. Relationship of channel gradient with width-depth ratio indicates dune-ripple processes are dominant in the Miho River, while the Naesung River shows longitudinal diversity from braiding in the downstream sub-reaches to riffle-pool and plane-bed along the upper ones. Analyses based on the past data on a river in a close-to-nature status are thought to be rather reasonable in comparison with those on the same river in a engineered condition.

분광복사계를 이용한 옥수수 생육주기에 따른 분광특성 및 식생지수 분석 연구

신형섭 ( Hyoung-sub Shin ),이동호 ( Dong-ho Lee ),신경호 ( Kyeong-ho Shin ),박종화 ( Jong-hwa Park ) 한국농공학회 2019 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2019 No.-

밀, 콩과 함께 세계 3대 곡물인 옥수수는 수익성이 매우 높으며, 웰빙·간식·조사료 및 전분이나 식용류의 원료로서 수요가 증가하고 있는 시점에서 국산 옥수수 재배 및 품질관리의 고도화와 표준화가 필요한 시점이다. 국산 토종식품(괴산 대학찰옥수수 등)에 대한 선호도가 증가 추세에 있으나, 가격경쟁력 등에서 수입산 옥수수에 의존하고 있는 추세이며, 특히 옥수수는 1960년대 100% 였던 자급률이 현재는 8.2%로 떨어져 식량안보에 매우 위협을 받고 있는 실정이다. 이에 농식품부는 옥수수·콩·밀을 포함한 주요 식량작물의 생산기반을 확충하고 수요를 확대하는 등 쌀 이외 타작물을 생산하는 농업인의 소득이 안정될 수 있도록 대착을 마련하여 추진해 나갈 계획을 갖고 있으며, 2018년부터 시행 중인 생산조정을 통해 기존에 쌀을 재배하던 농지에 옥수수를 포함한 주요 식량작물이 재배될 수 있도록 유도하여 자급률을 제고할 계획이다. 이에 따라 옥수수를 비롯한 식량작물의 재배량이 증가할 것으로 예상되며, 광지역 농업관측에 대한 연구가 필요한 시점이다. 최근 무인기 및 센싱의 발전으로 인해 농업분야에서의 원격탐사 기술 적용은 활발히 이루어 지고 있는 추세이나, 분광복사계 등을 이용하여 지상에서의 분광학적적인 특성에 대한 연구는 부족한 실정이다. 본 연구는 옥수수 재배지 파악에 대한 기초연구로 생육주기에 따른 옥수수의 분광특성 및 식생지수 분석에 목적을 두었다. 조사 대상지는 충북 괴산군 감물면 이담리 일대이며, 옥수수 조사품종은 황금마찰·미백찰·미흑찰·대학찰로 선정하였다. 측정은 총 4회(5월∼7월)로 이루어졌으며, 측정 장비는 휴대용 분광복사계(PSR-2500)를 사용하였다. 옥수수 생육주기에 따른 분광특성을 분석하기 위해 분광정보에 대한 정규화(Normalization) 및 도함수(Derivative)를 수행하였으며, 식생지수(Vegetation Index)는 무인기에 탑재된 다중분광센서의 분광해상도를 고려하여 RVI(Ratio Vegetation Index)를 포함한 8가지 지수를 선정하였다. 분석결과 옥수수의 분광반사 특성은 작물이 성장함에 따라 최대 반사율로 증가하다가 수확기 전에 감소하는 것을 확인할 수 있으며, 모든 품종에서 가시광선 영역인 450∼650 nm 파장대에서 매우 낮은 반사율을 나타내고, 가시광선과 근적외선 파장의 경계인 Red edge 구간인 680∼700 nm 파장대에서 큰 변화를 보이며, 높은 반사율을 나타내는 특성을 보인다. 또한 식생지수 분석 결과 GVI를 제외한 대부분이 5월 31일에 최대치를 보이며, RVI·NDVI·NDRE·GNDVI·mSR4의 경우 6월 25일에 감소하였다가 수확기에 다시 증가하는 현상을 보이는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 향후 초분광영상 및 다중분광영상과의 상호분석을 통해 옥수수 재배지를 추정할 수 있는 기초자료로 활용 가능할 것으로 판단된다.

공간해상도에 따른 도심지 불투수율 정밀도 분석

신형섭(Shin, Hyoung Sub),김규호(Kim, Kyu Ho),나상일(Na, Sang Il),박종화(Park, Jong Hwa) 대한토목학회 2012 대한토목학회 학술대회 Vol.2012 No.10

격자기반의 섬강유역 홍수취약성 평가

신형섭(Shin, Hyoung Sub),김규호(Kim, Kyu Ho) 대한토목학회 2013 대한토목학회 학술대회 Vol.2013 No.10

초분광 영상 기반 NaCl 투입에 따른 식생지수 적용 및 검토 -마늘과 양파를 대상으로-

신형섭 ( Hyoung-sub Shin ),박종화 ( Jong-hwa Park ),김서준 ( Seo-jun Kim ),이윤호 ( Yun-ho Lee ),이준형 한국농공학회 2019 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2019 No.-

본 연구는 최근 급속한 기술발전이 이루어지고 있는 초분광 센서(Hyperspectral sensor)를 농업분야에 적용하기 위한 기초실험이다. 이에 따라 마늘과 양파를 대상으로 생육이상을 판별할 수 있는 최적 식생지수 선정을 목적으로 연구를 수행하였다. 실험포트에서 재배한 마늘과 양파에 대해 Nacl 농도를 1mol로 처리하여 투입하였으며, 투입 후 10일 동안 초분광 영상(400-1000nm 파장대역, 150개 분광 스펙트럼)을 촬영하였다. 또한 영상 내의 대리보정(Vicarious correction)을 위하여 5%, 22%, 44%, 55%의 균일한 반사율을 가지는 타프(Tarpaulin; tarp)를 설치하였다. 일반적으로 식물은 종에 관계없이 염에 의해 피해를 받게 되면 엽록소 함량이 감소하는 경향을 보인다. 이는 고염도에서 과량의 Na⁺, Cl^- 흡수가 엽록소의 구성분인 Mg⁺⁺의 흡수를 저해시켜 엽록소 합성을 방해하게 되므로 함량이 감소되기 때문이다. 이에 따라 초분광 영상에 대해 적용한 식생지수는 엽록소 농도에 민감한 4개 식생지수(TCARI, MCARI, CI, TCARI/OSAVI))를 선정하였다. 식생지수 분석 결과 마늘과 양파의 고사가 진행되면서 Red edge-NIR 조합에 의한 식생지수인 CI가 작물의 상태를 잘 반영하고 있는 것으로 나타났다. 그러나 본 연구는 엽(leaf)의 한 개체를 대상으로 분석한 결과이므로, 향후 통계적으로 인정될 수 있도록 개체수를 확보하는 등 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.

무인기 기반 고랭지배추 생육이상 판별을 위한 엽록소지도 제작

신형섭 ( Hyoung-sub Shin ),이동호 ( Dong-ho Lee ),신경호 ( Kyeong-ho Shin ),박종화 ( Jong-hwa Park ) 한국농공학회 2018 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2018 No.-

최근 들어 이상기후 및 채소 재배면적 감소로 인해 고랭지배추의 생산량이 감소하고 있는 추세이다. 특히 2018년과 같은 폭염은 고랭지배추의 무름병 및 칼슘저하 증상 확산을 야기하는 중요 요인으로 작용하였다. 고랭지배추의 경우 저온보다 고온에서 생리장애를 발생시키며, 이는 생산량 및 품질에 영향을 크게 미칠 수 있다. 특히 배추·무와 같은 기간 채소는 유사작목 간 대체관계가 존재하지 않음에 따라 수급 조절 및 가격 안정에 어려움이 있다. 이에 따라 기간채소는 물가안정화를 위하여 생산량 예측 및 생육진단에 대한 연구가 필요한 시점이다. 2015년 이후부터 농업분야에는 무인기와 다중분광센서를 활용하여 작물의 생육진단을 위한 다양한 식생지수 적용 연구가 진행되고 있다. 그러나 작물광합성에 가장 큰 영향을 주는 주요인자인 엽록소량을 추정하는 지수에 대한 연구는 부족한 실정이다. 본 연구는 무인항공기 및 다중분광센서를 활용하여 고랭지배추 생육이상 판별을 위한 엽록소지도 작성을 목적으로 수행하였다. 연구대상지역은 강원도 태백시 소재의 매봉산 고랭지배추단지에서 수행하였으며, 생육 후반기인 8월 21일에 측정하였다. 연구에 활용된 장비는 고정익 무인항공기 eBee(Sensefly)에 다중분광센서(Canon Powershot S110, Band: NIR, GREEN, RED)를 탑재하여 촬영하였으며, Spad 502 Plus(Minolta Co.)를 활용하여 현장 엽록소자료를 취득하였다. 정규화식생지수(Normalised Difference Vegetation Index;NDVI)영상은 취득된 다중분광 영상을 통해 추출하였으며, 생육이 상구간 및 생육양호 구간을 샘플링하여 실제 SPAD값과 비교 후 선형·2차함수·지수관계를 분석하였다. 그 결과 선형·2차함수·지수관계의 결정계수는 각각 0.82, 0.88, 0.83으로 2차함수관계가 가장 높은 상관성을 나타내었다. 따라서 얻어진 2차함수관계식을 이용해 NDVI영상을 보정하여 엽록소지도를 작성하였다. 그 결과 작성된 엽록소지도는 기존의 NDVI영상보다 생육이상 판별에 더 정확하고 사용이 용이한 것으로 나타났다. 연구결과 농업현장에 무인기 영상을 활용하는 방법은 고랭지배추의 생육이상 정보를 제공함으로써 기간채소의 수급대책 수립을 위한 기초자료로 활용 가능할 것으로 판단된다.

제방 축조에 따른 하천공간 토지이용 변화에 관한 연구

신형섭(Shin, Hyoung Sub),홍 일(Hon, Il),김지성(Kim, Ji-Sung),김규호(Kim, Kyu Ho) 한국산학기술학회 2014 한국산학기술학회논문지 Vol.15 No.4

본 논문에서는 제방축조 전후 하천기능의 변화를 추정하기 위하여 하천 고유의 수문?지형학적 공간을 정의하고, GIS를 이용하여 하천공간을 산정하는 방법을 제안하였다.하천공간의 경계는 제방에 의한 홍수범람 차단효과를 무시한 100 년 빈도의 잠재최대 홍수범람범위로부터 결정하였고,토지이용이 불명한 저수로변 나지를 대상으로 사행대 경계를 설정하였 다.이를 위하여 1918년 토지이용 수치지도를 제작하였고,동일한 범례로 2007년 환경부 토지피복도를 변환하여 제방 축조 전후 토지이용 변화를 분석하였다.분석 결과,제방 축조 후 만경강 하천공간 내 취락지구는 0.4% 증가하였고,농경지는 11.6% 증가하였으며,나지는 10.0% 감소하여 기존 범람원이 토지의 생산성 측면에서 효율적으로 활용됨을 확인하였다.현재 의 하천구역 면적은 사행대 면적과 비슷하였으나,상?하류 전 구간에서 면적이 감소한 것으로 나타나 생물서식처로서 하천 환경기능의 저하를 추정하였다. This paper defines the hydro-geomorphological river area to estimate the change of the river function before/after levee construction, and proposes the methodology that calculates the river area by using GIS. The boundary of river area is determined by the 100-year potential flood inundation area without the levee effect of the flood protection. Firstly, 1918’ land-use map was digitized and the changes were analyzed by comparing with 2007’ digitized map. The result shows that urban/farmland zone in Mankyung river area were increased by 0.4%/11.6% and bare ground was decreased by 10.0% so that the effective use of floodplain due to levee construction leaded to better productivity, but the decrease of the environment function of the river was predicted as result of the reduction of the river area.

한반도의 봄 가뭄 평가를 위한 식생지수 적용성 분석

신형섭 ( Shin Hyoung Sub ),박종화 ( Park Jong Hwa ),박진기 ( Park Jin Ki ),나상일 ( Na Sang Il ) 한국농공학회 2008 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2008 No.-

Due to the global warming, it is recently under situation that many natural disasters are rapidly increasing. Especially in spring the damage of drought is very terrible. Because of drought, it caused numerous serious things such as poor harvest, domestic animal's dead and lack of water. The drought is not from just one reason. It happens with being related to an enormous shift. In Korea, it had happened in spring in 2001. Since then, it happens by periods. So, we need some effective system for the drought and many experts have been researching it so far. In the study, we could know about the relation among Normalized Difference Vegetation Index(NDVI), Vegetation Condition Index(VCI) and Land Surface Water Index(LSWI) by using MODIS image being possible to analyze it without interruption of time and space. Moreover, we analysis of vegetation index for Korea spring drought evaluation by using monthly climate data of Rural Development Administration(http://weather.rda.go.kr/).

초분광센서 자료를 이용한 학습기반의 콩 분류 기법 연구

신형섭 ( Hyoung-sub Shin ),이동호 ( Dong-ho Lee ),신경호 ( Kyeong-ho Shin ),박종화 ( Jong-hwa Park ) 한국농공학회 2018 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2018 No.-

웰빙, 건강식품, 의료, 한식 국제화 등의 수요가 증가하고 있는 시점에서 국산콩 재배 및 품질관리의 고도화와 표준화가 필요한 시점이다. 또한 2017/2018년 세계 콩 생산량은 3억 4,727 만 톤으로 작황이 매우 좋았던 2016/2017년보다 1.2%(341 만 톤) 감소할 것으로 전망되고 있다(USDA). 따라서 콩은 향후 생산량 대비 소비량이 증가할 것으로 예상됨에 따라 식량위기에 대한 국민의 불안감 해소 및 지속적인 안전한 먹거리를 제공할 수 있는 기술이 필요하다. 특히 국내에서는 2018년부터 2년에 걸쳐 벼를 밭작물 등 자급률이 상대적으로 낮은 품목으로 전환하는 ‘논 타작물 재배 지원사업’이 시행됨에 따라 콩을 비롯한 식량작물의 재배량이 증가할 것으로 예상되며, 광지역 농업관측에 대한 연구가 필요한 시점이다. 국내 농업은 소규모 면적에 여러 작물을 재배하는 혼작형태의 작부체계를 지니고 있어서 국외 농업환경 모니터링에 적용하는 위성영상 활용에는 한계가 있다. 이에 따라 국내 농업분야에는 주기적인 모니터링이 가능한 무인항공기가 좋은 대안으로 부각되고 있다. 최근 농업분야에서 무인항공기 및 다중분광센서에 대한 연구는 지속적으로 증가하고 있는 추세이나 초분광센서 등을 이용하여 지상에서 작물의 분광학적인 특성에 대한 연구는 부족한 실정이다. 본 연구는 콩 재배지 파악에 대한 기초연구로 분광복사계를 이용하여 콩 및 주변의 기타 재배작물(벼, 배추, 들깨, 고구마)을 측정하고, 각 작물에 대한 분광반사율에 대해 단순비(Simple Ratio)를 적용하여 학습시킴으로서 콩 재배지를 추정할 수 있는 최적밴드 추출에 목적을 두었다. 측정에 활용한 분광복사계(PSR-2500)의 밴드범위는 343.4nm∼2525nm로써, 총 768개의 밴드이다. 본 연구에서는 가시광 및 근적외선 영역에 대해 399.7nm∼1000.2nm(총 473밴드) 영역만 분할하여 사용하였으며, 단순비를 적용하여 총 111,628회를 분석하였다. 학습에 사용된 콩 및 기타작물의 분광자료는 각각 20개 및 24개 측정 자료를 무작위 선정하였다. 학습결과 콩을 탐지할 수 있는 최적밴드는 716.4nm 및 977.6nm의 단순비에서 상관계수 0.74의 유의한 상관성을 나타내었다. 또한 학습결과에서 산정된 관계식을 이용하여 학습을 수행하지 않은 분광정보자료에 대입한 결과 콩에서는 무작위로 선정한 8개 측정 자료에서 0.78∼0.95의 상관성을 보였으며, 기타작물에서는 11개 측정 자료에서 -0.24∼0.62의 낮은 상관성을 나타내었다. 이러한 결과는 분광정보 자료를 이용하여 콩 및 기타작물 분류 가능성을 확인할 수 있는 방법이 될 수 있으며, 향후 초분광영상 및 다중분광영상과의 상호분석을 통해 콩 재배지를 정확히 추정할 수 있는 기초자료로 활용 가능할 것으로 판단된다.