Mapping continuous depth functions of soil carbon and clay for Korean soils

Suk Young Hong(홍석영),Budiman Minasny(부디만 미나스니),Alex B. McBratney(알렉스 맥브래트니),Yihyun Kim(김이현),Kyung Hwa Han(한경화),Byung Keun Hyun(현병근),Yong Seon Zhang(장용선),Kwan Chul Song(송관철) 한국토양비료학회 2012 한국토양비료학회 학술발표회 초록집 Vol.2012 No.6

MODIS NDVI와 강수량 자료를 이용한 북한의 벼 수량 추정 연구

홍석영 ( Suk Young Hong ),나상일 ( Sang Il Na ),이경도 ( Kyung Do Lee ),김용석 ( Yong Seok Kim ),백신철 ( Shin Chul Baek ) 대한원격탐사학회 2015 大韓遠隔探査學會誌 Vol.31 No.5

식량수급을 이해하기 위한 농업 현황 정보가 부족한 북한을 대상으로 위성영상과 기후자료를 이용하여 객관적이고 재현 가능한 벼 수량을 추정하는 방법을 개발하는 것을 본 연구의 목적으로 하였다. 2002 년부터 2014년까지의 MODIS 위성 식생지수 평균 NDVI 최대값과 27개 관측지점의 9월 강수량 자료를 이용하여 북한의 벼 수량 값을 추정하였다. 모형의 결정계수는 0.44, RMSE는 0.27 ton/ha로 다소 크게 나타났고, 분산분석결과 F비가 3.0983, 유의확률이 0.1008을 보였다. 벼논 지역의 MODIS 평균 NDVI 최대값과 등숙기의 기후자료를 이용하여 추정한 북한의 벼 수량은 2007년이 2.71 ton/ha로 가장 낮게, 2006년이 3.54 ton/ha로 가장 높게 나타났다. 통계 값과 추정 값의 산점도를 통하여 비교한 결과 벼 수량이 약 3.3 ton/ha 보다 적을 때는 모형의 추정 값이 높고 그 이상일 때는 통계 값이 더 높게 나타나는 경향이었다. 모형의 종속변수와 독립변수로 사용되는 위성영상의 품질, 단일 시기의 벼논 마스크 영상, 기상 관측지점의 수 와 자료의 품질, 통계 값의 품질 등으로 벼 수량에 대한 추정 성능의 한계가 있지만 객관적 자료를 사용하여 재현 가능한 방법을 제시하였다는 의미를 가진다. 모형 구동을 위해 사용되는 자료의 품질을 높여 나가야 하는 과제를 안고 있다. Lack of agricultural information for food supply and demand in Democratic People’s republic Korea(DPRK) make people sometimes confused for right and timely decision for policy support. We carried out a study to estimate paddy rice yield in DPRK using MODIS NDVI reflecting rice growth and climate data. Mean of MODIS NDVImax in paddy rice over the country acquired and processed from 2002 to 2014 and accumulated rainfall collected from 27 weather stations in September from 2002 to 2014 were used to estimated paddy rice yield in DPRK. Coefficient of determination of the multiple regression model was 0.44 and Root Mean Square Error(RMSE) was 0.27 ton/ha. Two-way analysis of variance resulted in 3.0983 of F ratio and 0.1008 of p value. Estimated milled rice yield showed the lowest value as 2.71 ton/ha in 2007, which was consistent with RDA rice yield statistics and the highest value as 3.54 ton/ha in 2006, which was not consistent with the statistics. Scatter plot of estimated rice yield and the rice yield statistics implied that estimated rice yield was higher when the rice yield statistics was less than 3.3 ton/ha and lower when the rice yield statistics was greater than 3.3 ton/ha. Limitation of rice yield model was due to lower quality of climate and statistics data, possible cloud contamination of time-series NDVI data, and crop mask for rice paddy, and coarse spatial resolution of MODIS satellite data. Selection of representative areas for paddy rice consisting of homogeneous pixels and utilization of satellite-based weather information can improve the input parameters for rice yield model in DPRK in the future.

토양 데이터베이스를 이용한 토양 유기탄소와 점토 함량 추정과 층위별 매핑 (초록)

홍석영 ( Suk Young Hong ),부디만미나스니 ( Budiman Minasny ),알렉스맥브래트니 ( Alex B. Mcbratney ),김이현 ( Yi Hyun Kim ),한경화 ( Kyung Hwa Han ),현병근 ( Byung Keun Hyun ),장용선 ( Yong Seon Zhang ),송관철 ( Kwan Chul Song ) 한국토양비료학회 2012 한국토양비료학회 학술발표회 Vol.2012 No.-

GIS와 원격탐사를 활용한 토양학 연구

홍석영(Suk-Young Hong),김이현(Yi-Hyun Kim),최은영(Eun-Young Choe),장용선(Yong-Seon Zhang),손연규(Yeon-Kyu Sonn),박찬원(Chan-Won Park),정강호(Kang-Ho Jung),현병근(Byung-Keun Hyun),하상건(Sang-Keun Ha),송관철(Kwan-Cheol Song) 한국토양비료학회 2010 한국토양비료학회지 Vol.43 No.5

Geographic information system (GIS) is being increasingly used for decision making, planning and agricultural environment management because of its analytical capacity. GIS and remote sensing have been combined with environmental models for many agricultural applications on monitoring of soils, agricultural water quality, microbial activity, vegetation and aquatic insect distribution. This paper introduce principles, vegetation indices, spatial data structure, spatial analysis of GIS and remote sensing in agricultural applications including terrain analysis, soil erosion, and runoff potential. National Academy of Agricultural Science (NAAS), Rural Development Administration (RDA) has a spatial database of agricultural soils, surface and underground water, weeds, aquatic insect, and climate data, and established a web-GIS system providing spatial and temporal variability of agricultural environment information since 2007. GIS-based interactive mapping system would encourage researchers and students to widely utilize spatial information on their studies with regard to agricultural and environmental problem solving combined with other national GIS database. GIS and remote sensing will play an important role to support and make decisions from a national level of conservation and protection to a farm level of management practice in the near future.

기온과 토양요인을 고려한 난지형 마늘 재배적지 분석

김용완(Yong-Wan Kim),장민원(Min-Won Jang),홍석영(Suk-Young Hong),김이현(Yi-Hyun Kim) 한국토양비료학회 2012 한국토양비료학회지 Vol.45 No.2

본 연구는 난지형 마늘의 생육시기별 기온을 고려하고 토양조건을 반영하여 난지형 마늘의 재배적지를 분석하였다. 그 결과 난지형 마늘의 재배적지는 영·호남지방을 중심으로 분포되었다. 그 중 최적지와 적지로 분류된 면적이 많은 지역은 나주시 14,058 ha, 정읍시 13,845 ha, 고창군 12,278 ha, 진주시 11,055 ha, 창녕군 9,713 ha 등으로 나타났으며, 난지형 마늘 주생산지의 경우 무안군이 5,216 ha, 해남군 5,092 ha, 고흥군 3,212 ha, 신안군 2,253 ha, 남해군 958 ha로 각각 분석되었다. 그리고 토지이용조건을 추가로 고려하여 분석한 결과와 주생산지의 실제 난지형 마늘재배 면적을 비교한 결과 고흥군과 신안군이 실제 재배면적과 비슷하게 분석되었으며 해남군과 무안군은 실제재배면적보다 크게 나타났고 남해군의 경우는 분석결과가 작게 나타났다. 작물 재배는 여러 가지 생육조건과 사회적 영향 등을 고려하여 이루어지므로 난지형 마늘의 실제 주생산지와 본 연구에서 나타난 난지형 마늘 재배적지는 다소 차이가 있다. 하지만 향후 우리나라에서 난지형 마늘 재배 시 본 연구에서 도출된 재배적지 분석결과를 이용하게 되면 난지형 마늘의 효율적인 재배가 가능 할 것으로 사료되며 보다 효율적인 재배적지 분석을 위해서는 차후 토양과 기온조건 외에도 농업수리 등 다른 변수들도 고려되어야 할 것으로 사료된다. This study was carried out to evaluate the land suitability for southern-type garlic cultivation associated with both temperature and soil constraints. The suitability analysis was conducted with hourly temperature data from 2001 to 2010 at all fifty seven meteorological stations and the soil-based suitability map of garlic provided by Rural Development Administration. Firstly the temperature data were processed by the growth stages (germinating, bulbing, and winter vegetation season), and then were adopted to limit the irrelevant lands. Next, as a result of overlaying each soil and temperature suitability map, the total 274,339 ha of area was mapped as highly suitable or suitable for southern-type garlic cultivation and the top four of the largest classified si-guns were identified as Naju, Jeongeup, Gochang, and Jinju. On the other hand, the statistical records of KOSIS (KOrea Statistical Information Service) showed lower amount of cultivation area than the analyzed results in the major production sites, Goheung, Sinan, Haenam, and Muan. However, it should not be regarded as exceptional because farmer’ preference might not correspond to potential land usability.

난지형 마늘의 농업수리학적 재배적지 분류

김용완,홍석영,김이현,장민원,Kim, Yong Wan,Hong, Suk Young,Kim, Yi Hyun,Jang, Min Won 한국농공학회 2012 한국농공학회논문집 Vol.54 No.6

This study carried out farmland suitability analysis for southern-type garlic cultivation considering soil and temperature as well as water deficit conditions. The spatial extent was limited within the area derived by Kim et al. (2012) using just soil and temperature constraints. Daily soil moisture was simulated using a one-layer soil water balance model at a $100{\times}100m$ grid unit, and then annual water deficit was calculated from 2000 to 2010. The farmland suitability was classified as four steps: best suitable, suitable, possible, and low productive. As a result, total area of best suitable or suitable farmland was about 375,900 ha, and Gimje-si and Haenam-gun were appeared as the largest favorable area for southern-type garlic cultivation. The best suitable or suitable area at Haenam-gun, Goheung-gun, Shinan-gun, Namhae-gun, and Muan-gun, major production regions of southern-type garlic, were extracted as 20,187 ha, 13,018 ha, 4,715 ha, 1,319 ha, and 349 ha, respectively. On the other hand, the result showed that the adoption of sprinkler irrigation systems might be critical in cultivating the southern-type garlic at some regions having poor water balance.

마늘 재배적지분석을 위한 기온자료 공간보간기법 비교

김용완,홍석영,장민원,Kim, Yong-Wan,Hong, Suk-Young,Jang, Min-Won 한국농공학회 2011 한국농공학회논문집 Vol.53 No.5

The objective of this study is to decide a spatial interpolation method on temperature data for the suitability analysis of garlic cultivation. In Korea, garlic is the second most cultivated condiment vegetable after red pepper. Nowadays warm-temperate garlic faces potential shift of its arable area according to warmer temperature in the Korean Peninsula, and the change can be drawn with the precise temperature map derived from interpolation on point-measured data. To find the preferable interpolation method in cases of germination and vegetative period of the garlic, different approaches were tested as follows: Inverse Distance Weighted (IDW), Spline, Ordinary Kriging (OK), and Universal Kriging (UK). As a result, IDW and UK show the lowest root mean square errors as for the germination and vegetative seasons, respectively. However, statistically significant difference was not revealed among the applied methods regarding the germinating period. Eventually this will contribute to mapping the suitable lands for the cultivation of warm-temperate garlic reasonably.

농업관측을 위한 다중분광 무인기 반사율 변동성 분석

안호용 ( Ho-yong Ahn ),나상일 ( Sang-il Na ),박찬원 ( Chan-won Park ),홍석영 ( Suk-young Hong ),소규호 ( Kyu-ho So ),이경도 ( Kyung-do Lee ) 대한원격탐사학회 2020 大韓遠隔探査學會誌 Vol.36 No.6

농업에서의 무인기는 촬영 영역은 작지만, 위성이 가지지 못하는 초고해상도의 영상 수집이 가능하며, 작물의 생물계절에 맞는 영상을 적시에 획득 할 수 있어 들녘단위 농경지의 모니터링에 유용하게 사용될 수 있다. 하지만 무인기의 경우 위성과 달리 다양한 카메라와 촬영 환경에 따른 다중시기 영상을 활용하기 때문에 시계열 영상 활용을 위해서는 정규화 된 영상자료를 활용하는 것이 필수적으로 요구된다. 본 연구는 무인기 다중분광 영상의 농업 모니터링 시계열 활용을 위해 촬영 환경에 따른 무인기 반사율 및 식생지수의 변동성을 분석하였다. 촬영 고도, 촬영 방향, 촬영시간, 운량과 같은 환경요인에 따른 반사율 변동성은 8%에서 11%로 매우 크게 나타났으나, 식생지수의 변동성은 1% ~ 5%로 안정적인 것을 확인 할 수 있었다. 이러한 현상은 무인기 다중분광센서의 특성과 후처리 프로그램의 정규화 등 다양한 원인이 존재하는 것으로 판단된다. 따라서 무인기 영상의 시계열 활용을 위해서는 식생지수와 같은 밴드비율함수를 활용하는 것이 권장되며 촬영 시 가능한 동일한 촬영시간, 촬영 고도, 촬영 방향을 설정하여 시계열 영상의 변동성을 최소화하는 것이 권장된다. UAV in the agricultural application are capable of collecting ultra-high resolution image. It is possible to obtain timeliness images for phenological phases of the crop. However, the UAV uses a variety of sensors and multi-temporal images according to the environment. Therefore, it is essential to use normalized image data for time series image application for crop monitoring. This study analyzed the variability of UAV reflectance and vegetation index according to Aviation Image Making Environment to utilize the UAV multispectral image for agricultural monitoring time series. The variability of the reflectance according to environmental factors such as altitude, direction, time, and cloud was very large, ranging from 8% to 11%, but the vegetation index variability was stable, ranging from 1% to 5%. This phenomenon is believed to have various causes such as the characteristics of the UAV multispectral sensor and the normalization of the post-processing program. In order to utilize the time series of unmanned aerial vehicles, it is recommended to use the same ratio function as the vegetation index, and it is recommended to minimize the variability of time series images by setting the same time, altitude and direction as possible.

KOMPSAT-3와 Landsat-8의 시계열 융합활용을 위한 교차검보정

안호용 ( Ho-yong Ahn ),나상일 ( Sang-il Na ),박찬원 ( Chan-won Park ),홍석영 ( Suk-young Hong ),소규호 ( Kyu-ho So ),이경도 ( Kyung-do Lee ) 대한원격탐사학회 2020 大韓遠隔探査學會誌 Vol.36 No.6

원격탐사를 이용한 작황정보 생산은 작물의 생물계절을 이용하여 작물 분류, 생육 모니터링, 생산량 추정 분석이 선행되어야 한다. 생물계절에 추정을 위한 시계열 영상 자료가 필요하지만 KOMPSAT(Korea Multi-Purpose Satellite)만으로 획득하는 것은 물리적 제한이 있으므로 타 지구관측위성과의 융합 활용이 필요하다. 위성자료의 융합 활용을 위해서는 각 위성이 가지는 고유의 방사학적 센서 특성 차이를 극복해야 한다. 본 연구는 위성자료의 융·복합 활용을 위한 첫 단계로서 KOMPSAT-3와 Landsat-8 위성의 교차검보정을 수행하였다. Libya-4 PICS(Pseudo Invariant Calibration Sites)에서 2년간 수집된 위성자료에 대해 초분광위성을 이용하여 산정된 SBAF(Spectral Band Adjustment Factor)를 적용하여 대기상단 반사도를 비교하였다. 교차검보정 결과 KOMPSAT-3와 Landsat-8 위성은 Blue, Green, Red 밴드에서 약 4%, NIR밴드에서 6%의 반사율 차이를 보였다. 온보드 켈리브레이터가 없는 KOMPSAT-3는 Ladnsat-8에 비해 Radiometric Stability가 낮은 것으로 나타났다. 향후 교차검보정의 정확도를 높이기 위해 BRDF(Bidirectional reflectance distribution function) 보정 및 지형보정을 통하여 정규화 된 반사율 자료를 생산하기 위한 노력이 필요하다. In order to produce crop information using remote sensing, we use classification and growth monitoring based on crop phenology. Therefore, time-series satellite images with a short period are required. However, there are limitations to acquiring time-series satellite data, so it is necessary to use fusion with other earth observation satellites. Before fusion of various satellite image data, it is necessary to overcome the inherent difference in radiometric characteristics of satellites. This study performed Korea Multi-Purpose Satellite-3 (KOMPSAT-3) cross calibration with Landsat-8 as the first step for fusion. Top of Atmosphere (TOA) Reflectance was compared by applying Spectral Band Adjustment Factor (SBAF) to each satellite using hyperspectral sensor band aggregation. As a result of cross calibration, KOMPSAT-3 and Landsat-8 satellites showed a difference in reflectance of less than 4% in Blue, Green, and Red bands, and 6% in NIR bands. KOMPSAT-3, without on-board calibrator, idicate lower radiometric stability compared to ladnsat-8. In the future, efforts are needed to produce normalized reflectance data through BRDF (Bidirectional reflectance distribution function) correction and SBAF application for spectral characteristics of agricultural land.

고추재배에서 토성별 토양수분, 토양온도, 무기태질소 변화에 따른 CO₂ 배출량 평가

김건엽,송범헌,홍석영,고병구,노기안,심교문,장용선,Kim, Gun-Yeob,Song, Beom-Heon,Hong, Suk-Young,Ko, Byong-Gu,Roh, Kee-An,Shim, Kyo-Moon,Zhang, Yong-Seon 한국토양비료학회 2008 한국토양비료학회지 Vol.41 No.6

Several researchers have proposed models or equations to predict soil $CO_2$ flux from more readily available biotic and abiotic measurement. Tree commonly used abiotic variables were N mineral and soil temperature and soil water content. This study was conducted to determine $CO_2$ emission to mineral N, soil water content and soil temperature with clay loam and sandy loam in pepper cultivation in 2004~2005. $CO_2$ flux in the upland with different levels of soil water potential was measured at least once in two weeks during the cropping period in the pepper cultivation plots. Soil water potential in the clay loam and sandy loam soils was established at -30kPa and -50kPa by measuring the soil gravimetric water content with two replications. $CO_2$ emission rate from the differently managed plots was highly correlation coefficient to between the mineral N ($R=0.830^{**}$, $0.876^{**}$) and soil temperature ($r^2=0.793^{**}$, $0.804^{**}$) in the clay loam and sandy loam, respectively. However, the relationships between $CO_2$ emission and soil water content were non-significant. $CO_2$ emissions at sandy loam soils was lower to 21~37% than at clay loam soils for both soil water conditions without differences in yield. At difference levels of soil water conditions, $CO_2$ emission at -50kPa decreased to 37.5% in comparison with that at -30kPa. From the path analysis as to contribution factors of GHGs, it appeared that contribution rate was in the order of soil temperature (54.9%), mineral N (32.7%), and soil moisture content (12.4%). 시험포장은 수원시에 위치한 국립농업과학원의 기후변화생태과 시험포장에서 고추를 재배하여 식양토와 사양토의 2개 토성을 대상으로 각 관수시점을 -30kPa와 -50kPa에서 온실가스배출에 관여하는 요인인 토양수분, 토양온도, 토양 중 무기태질소를 측정하여, $CO_2$배출 간의 관계와 배출 특성을 구명하고자 하였다. 본 시험의 연구 결과, 토양의 $CO_2$배출량과 무기태질소 그리고 토양온도에서 높은 상관관계가 있었으나, 토양수분과는 상관을 보이지 않았다. 그리고 $CO_2$ 배출량과 토양수분함량과는 상관관계가 없었다. $CO_2$ 배출량과 토양온도 및 무기태질소의 상관계수는 식양토에서 $0.830^{**}$, $0.876^{**}$, 사양토에서 $0.793^{**}$, $0.804^{**}$로 상관은 고도로 유의하였다. 고추 재배기간 143일간 $CO_2$의 작기종합 배출량을 토양 토성에 따라 수분장력별로 처리하여 비교한 결과, 수분장력이 식양토에서 -30kPa에 비해 -50kPa에서 37.5%, 사양토는 50.0% 저감되었으며, 식양토에 비해 사양토에서 21.2~36.9% (-30kPa~-50kPa) 저감되었다. 고추밭에서 온실가스배출에 관여하는 무기태질소, 토양수분함량, 토양온도 등의 요인들 중 온실가스배출에 어느 정도 영향을 주는가를 정량적으로 분석하기위하여, $CO_2$배출에 대한 기여도를 평가하였다. $CO_2$배출에 대한 각 요인들 간의 기여도는 토양온도 (식양토; 46.6, 사양토; 69.7%), 무기태질소 (39.3, 26.2%), 토양수분함량 (14.1, 4.1%) 순으로 나타나, $CO_2$배출에 관여하는 요인 중 가장 영향을 미치는 요인은 토양온도로 나타났다.