분광학을 이용한 토양특성 모니터링

최은영 ( Eun Young Choe ),홍석영 ( S. Young Hong ),김경웅 ( Kyong Wong Kim ),김이현 ( Yi Hyun Kim ),장용선 ( Yong Seon Zhang ) 한국토양비료학회 2010 한국토양비료학회 학술발표회 Vol.2010 No.-

분광학을 이용한 토양 유기물 추정 및 분포도 작성

최은영(Eun-Young Choe),홍석영(Suk-Young Hong),김이현(Yi-Hyun Kim),장용선(Yong-Seon Zhang) 한국토양비료학회 2010 한국토양비료학회지 Vol.43 No.6

본 연구에서는 토양의 가시?근적외선 스펙트럼의 피크중첩에 의한 분석오차를 감소시킴으로써 토양유기물 추정의 정확도 향상을 위해 이산 웨이블릿 변환 (DWT)신호처리기법의 적용을 검토하고 공간정보모델링을 통해 토양유기물의 분포도를 작성하고자 하였다. 토양유기물 함량에 따른 스펙트럼의 정량적 변화의 강조를 위해 Continuum 제거, 도함수 변환과 함께 Haar, Daubechies DWT 변환된 스펙트럼을 PLSR 모델에 대입하여 산출한 토양유기물 추정식들은 거의 비슷한 결과를 도출하였고 R²> 0.6, RPD > 1.5 의 ‘대략적인’ 추정 결과를 보였다. 잡음을 줄이고 신호값을 향상시키기 위해 이산 웨이블렛 변환을 적용한 결과에서 오히려 약간 낮은 성능을 나타내었는데 성긴 근사값 (Coarser approximation) 스펙트럼으로 변환되어 추정식의 유의성이 낮아졌을 가능성이 있다. 따라서 토양의 분광스펙트럼에 더 적합한 이산 웨이블렛 필터와 수준 등의 DWT 조건을 찾고 적용함으로써 추정식의 유의성을 향상시킬 수 있을 것으로본다. 또한, 유기물에 의한 에너지의 흡수, 반사를 일으키는 주요 파장대의 상관성을 분석하여 선택적으로 해당 영역의 스펙트럼이나 파라미터 값을 산출하여 추정모델에 적용하는 시도도 필요할 것으로 사료된다. 이러한 토양유기물의 추정값과 실측값을 이용해 구역 크리깅을 수행하여 분포지도를 작성하였다. 토양 샘플의 유기물 분석값은 평균값을 중심으로 정규분포를 나타내었는데 크리깅 지도에서도 전반적으로 유사한 패턴의 값이 분포하였다. 추정값을 이용한 크리깅 결과도 실측값을 이용한 분포지도와 유사한 공간적 패턴을 나타내었다. 지도의 우하단부와 중앙 부분에서 실측값 분포보다 추정값 분포지도에서 약간 더 높은 경향을 보였는데 이는 토양 유기물의 추정치와 실측치 간의 오차에 의한 것으로 판단된다. 분광 스펙트럼을 이용한 추정 모델은 정확도 제고가 필요한 단계이나 신속성, 용이성 면에 있어서 토양 특성에 대해 광역 단위에서 다량의 시료 분석에 유용할 것으로 보이고, 또한 지역, 세계 규모의 디지털 토양 매핑, 토양 분류 및 원격탐사 자료와의 연계 분석에 활용될 수 있을 것으로 기대된다. We assessed the feasibility of discrete wavelet transform (DWT) applied for the spectral processing to enhance the estimation performance quality of soil organic matters using visible-near infrared spectra and mapped their distribution via block Kriging model. Continuum-removal and 1<SUP>st</SUP> derivative transform as well as Haar and Daubechies DWT were used to enhance spectral variation in terms of soil organic matter contents and those spectra were put into the PLSR (Partial Least Squares Regression) model. Estimation results using raw reflectance and transformed spectra showed similar quality with R<SUP>2</SUP>>0.6 and RPD>1.5. These values mean the approximation prediction on soil organic matter contents. The poor performance of estimation using DWT spectra might be caused by coarser approximation of DWT which not enough to express spectral variation based on soil organic matter contents. The distribution maps of soil organic matter were drawn via a spatial information model, Kriging. Organic contents of soil samples made Gaussian distribution centered at around 20 g kg<SUP>-1</SUP> and the values in the map were distributed with similar patterns. The estimated organic matter contents had similar distribution to the measured values even though some parts of estimated value map showed slightly higher. If the estimation quality is improved more, estimation model and mapping using spectroscopy may be applied in global soil mapping, soil classification, and remote sensing data analysis as a rapid and cost-effective method.

ATR-FTIR 분광학 기법을 이용한 토양 내 질산태 질소의 정량화

최은영 ( Eun Young Choe ),홍석영 ( Suk Young Hong ),김경웅 ( Kyoung Woong Kim ) 한국토양비료학회 2008 한국토양비료학회 학술발표회 Vol.2008 No.-

분광학을 이용한 토양유기물 함량 추정식 향상과 매핑 연구

최은영 ( Eun Young Choe ),홍석영 ( S. Young Hong ),김이현 ( Yi Hyun Kim ),장용선 ( Yong Seon Zhang ) 한국토양비료학회 2010 한국토양비료학회 학술발표회 Vol.2010 No.1

고해상도 위성영상을 이용한 낙동강 유역의 클로로필-a농도 추정

최은영 ( Eun Young Choe ),이재운 ( Jae Woon Lee ),이재관 ( Jae Kwan Lee ) 대한원격탐사학회 2011 大韓遠隔探査學會誌 Vol.27 No.5

본 연구에서는 Moderate Imaging Spectroradiometer(MODIS), Sea-viewing Wide Fieldfo-view Sensor(SeaWiFS), Medium Resolution Imaging Spectrometer(MERIS) 등의 광역관측 위성 영상을 이용한 해수나 연안수의 클로로필 농도 분석을 통해 가능성이 확인되었던 밴드 비를 이용한 비교적 간단한 추정 모델을 수체의 크기와 폭이 현저히 작고 탁도가 있는 하천에 대해 클로로필- a농도값을 추정하고자 고해상도 위성영상에 Two-band 및 Three-band reflectance 모델을 적용하여 가능성을 파악하였다. 특히 RapidEye 영상을 이용하여 일반적으로 탁도가 있는 수체에 대해 Red와 NIR 영역을 활용하는 이들 모델에 Red-edge(RE) 밴드를 적용하였다. Red와 NIR을 이용한 Two-band Reflectance 모델은 계산식의 결정계수 R2 값이 0.38로 유의성 없는 결과를 나타내었다. 그러나 RapidEye의 Red-edge (RE) 파장대를 이용한 Red-RE Two-band 모델과 Red-RE-NIR Three-band 모델을 이용한 계산식에 대해서는, 2차함수에 의한 Three-band 모델의 결과는 Red-RE Two-band 모델의 결과와 통계적인 값이 거의 유사하였고 Two-band와 3차함수에 의한 Three-band 모델 추정식은 각각 0.66, 0.73 의 R2값을 나타내어 Red-edge 밴드의 적용 가능성을 보였고, 실측치와의 Root Mean Square Error (RMSE)는 24.8, 22.4 mg m-3, Relative Percent Difference(RPD)는 각각 1.30, 1.29로 1.5 이하의 대략적인 추정(Approximate Prediction) 수준을 나타내었다. 고해상도 위성영상에 Red-RE-NIR Three-band 모델을 적용한 계산식을 이용해 대략적인 추정이지만 가장 유의한 수준의 클로로필- a농도를 추정할 수 있었다. 영상에서 추정된 클로로필 -a분포를 비교하였을 때 3차함수에 의한 Three-band 모델 추정식이 Two-band 모델에 비해 낮은 값의 분포를 보였다. 향후 하천의 스펙트럼을 실측하여 파장별 부유물질, 유기물과의 상관성 및 클로로필 농도와의 간섭 정도를 시뮬레이션하여 보정식을 산출·적용한다면 탁도가 다소 높은 하천에서의 클로로필 -a농도 계산식의 정확도를 더욱 높일 수 있을 것으로 기대된다. This study assessed the feasibility to apply Two-band and Three-band reflectance models for chlorophyll-a estimation in turbid productive waters whose scale is smaller and narrower than ocean using a high spatial resolution image. Those band ratio models were successfully applied to analyzing chlorophyll-a concentrations of ocean or coastal water using Moderate Imaging Spectroradiometer(MODIS), Sea-viewing Wide Field-fo-view Sensor(SeaWiFS), Medium Resolution Imaging Spectrometer(MERIS), etc. Two-band and Three-band models based on band ratio such as Red and NIR band were generally used for the Chl-a in turbid waters. Two-band modes using Red and NIR bands of RapidEye image showed no significant results with R2 0.38. To enhance a band ratio between absorption and reflection peak, We used red-edge band(710 nm) of RapidEye image for Twoband and Three-band models. Red-RE Two-band and Red-RE-NIR Three-band reflectance model (with cubic equation) for the RapidEye image provided significance performances with R2 0.66 and 0.73, respectively. Their performance showed the ``Approximate Prediction`` with RPD, 1.39 and 1.29 and RMSE, 24.8, 22.4, respectively. Another three-band model with quadratic equation showed similar performances to Red-RE two-band model. The findings in this study demonstrated that Two-band and Three-band reflectance models using a red-edge band can approximately estimate chlorophyll-a concentrations in a turbid river water using high-resolution satellite image. In the distribution map of estimated Chl-a concentrations, three-band model with cubic equation showed lower values than twoband model. In the further works, quantification and correction of spectral interferences caused by suspended sediments and colored dissolved organic matters will improve the accuracy of chlorophyll-a estimation in turbid waters.

분광학을 이용한 토양특성 추정

최은영 ( Eun Young Choe ),홍석영 ( S. Young Hong ),김이현 ( Yi Hyun Kim ),송관철 ( Kwan Cheol Song ),장용선 ( Yong Seon Zhang ) 한국토양비료학회 2009 한국토양비료학회 학술발표회 Vol.2009 No.-

An Introduction of Korean Soil Information System

S. Young Hong(홍석영),Yong-Seon Zhang(장용선),Byung-Keun Hyun(현병근),Yeon-Kyu Sonn(손연규),Yi-Hyun Kim(김이현),Sug-Jae Jung(정석재),Chan-Won Park(박찬원),Kwan-Cheol Song(송관철),Byoung-Choon Jang(장병춘),Eun-Young Choe(최은영),Ye 한국토양비료학회 2009 한국토양비료학회지 Vol.42 No.1

토양정보는 식량생산, 지속적인 토지이용 계획, 종다양성 평가에 사용되는 기본적인 자료이다. 본 논문에서는 우리나라 토양조사의 역사, 다양한 축척의 토양도 구축과 토양검정, 토양도와 토양검정 자료의 특성, 농업환경 변동 모니터링을 통한 일반농경지 및 취약농경지 토양, 토양정보의 전산화에 따른 토양데이터베이스와 토양정보시스템 소개, 구축된 토양정보의 활용과 향후 방향에 대해 논하였다. 40여년 동안 수행되었던 국책 토양조사 사업 결과 두 종류의 토양 데이터베이스가 구축되었는데, 다양한 축척의 토양도(1:250,000,1:50,000, 1:25,000,1:5,000)를 GIS DB로 전산화한 수치토양도 DB와 필지단위로 조사된 화학성 위주의 토양분석 성적을 구축한토양비옥도 DB이다. 최근에는 친환경농업육성법 시행령에 따른 경작형태 및 오염원별 농경지 토양의 이화학성및 중금속 함량 조사 자료를 GIS DB로 구축하여 공간적인 분포와 시계열적인 변화를 분석하는 자료로 활용하고 있다. 한국토양정보시스템(http://asis.rda.go.kr)에서 제공하는 토양전자지도는 총 89종으로 토성, 경사, 지형,모재, 배수등급, 자갈함량, 유효토심 등 토양 GIS 주제도 50종, 사과, 배, 마늘, 수박 등 작물 재배적지 39종 이고, 62종의 토양통계 정보를 제공하고 있다. 토양 변동 정보는 농업환경자원 인벤토리에 기반하여 국립농업과학원에서 구축중인 농업환경자원정보시스템을 통하여 일반농경지의 화학성의 공간적인 분포와 시간적인 변화 정보를 제공될 예정이다. 또한, 기존의 자료를 기반으로 최소한의 실측 자료만으로도 토양의 기능과 환경변화를 예측을 할 수 있는 디지털 지도 작성 기술이 절실히 요구되고 있어 정보시스템은 이를 뒷받침할 수 있어야 할 Detailed information on soil characteristics is of great importance for the use and conservation of soil resources that are essential for human welfare and ecosystem sustainability. This paper introduces soil inventory of Korea focusing on national soildatabase establishment, information systems, use, and future direction for natural resources management. Different scales of soil maps surveyed and soil test data collected by RDA (Rural Development Administration) were computerized to construct digital soil maps and database. Soil chemical properties and heavy metal concentrations in agricultural soils including vulnerable agricultural soils were investigated regularly at fixed sampling points. Internet-based information systems for soil and agro-environmental resources were developed based on "National Soil Survey Projects" for managing soil resources and for providing soil information to the public, and "Agroenvironmental Change Monitoring Project" to monitor spatial and temporal changes of agricultural environment will be opened soon. Soils data has a great potential of further application in estimation of soil carbon storage, water capacity, and soil loss. Digital mapping of soil and environment using state-of-the-art and emerging technologies with a pedometrics concept will lead to future direction.

비소오염지하수의 현장처리기술동향: 리뷰

방선백,최은영,김경웅,Bang Sunbaek,Choe Eun Young,Kim Kyoung-Woong 대한자원환경지질학회 2005 자원환경지질 Vol.38 No.5

전 세계적으로 수많은 나라의 지하수에 용존 되어있는 비소는 매우 독성이 강한 오염물질이다. 이로 인해서 지하수에 있는 비소를 제거하기 위한 수많은 처리기술들이 개발되고 있다. 미국 환경청에서는 비소를 처리하기 위한 가장 적합한 기술로써 여러 가지의 기술들을 추천하고 있다. 미국 환경청의 분류를 기준으로 비소처리기술은 침전, 멤브레인, 이온교환 및 흡착의 네 가지 처리기술로 나눌 수 있다. 미국에서 최근 $50{\mu}g/L$에서 $10{\mu}g/L$로의 비소 음용수 기준의 개정은 비소오염지하수에 있는 비소를 제거하기 위한 기술의 선택과 적용에 많은 영향을 주고 있다. 침전기술은 비소처리를 위해서 가장 많이 이용되는 기술로 대규모 수처리 설비로 비소를 처리하는데 적용할 수 있는 있지만, 멤브레인, 이온교환 및 흡착기술은 소규모 수처리 시설에 사용된다 최근에 미국과 유럽에서는 설치비와 유지비가 적고 운전이 간편한 흡착기술을 이용한 소규모 비소처리 시설에 많은 관심을 가지고 있는 추세이다 비소로 오염된 지하수를 처리하기 위한 처리기술들의 원리와 비소제거에 영향을 미치는 인자 및 실제 처리시설들의 비소처리효율을 본 논문에서 소개하고자 한다. Arsenic is a significantly toxic contaminant in groundwater in many countries. Numerous treatment technologies have been developed to remove arsenic from groundwater. The USEPA recommends several technologies as the best available technology (BAT) candidates for the removal of arsenic. Based on the USEPA classification, arsenic treatment technologies can be divided into four technologies such as precipitation, membrane, ion exchange, and adsorption technology. The recent amendment of arsenic drinking water standard from 50 to $10{\mu}g/L$ in the United States have impacted technology selection and application for arsenic removal from arsenic contaminated groundwater. Precipitation technology is most widely used to treat arsenic contaminated groundwater and can be applied to large water treatment facility. In contrast, membrane, ion exchange, and adsorption technologies are used to be applied to small water treatment system. Recently, the arsenic treatment technology in the United States and Europe move towards adsorption technology to be applied to small water treatment system since capital and maintenance costs are relatively low and operation is simple. The principals of treatment technologies, effect factors on arsenic removal, arsenic treatment efficiencies of real treatment systems are reviewed in this paper.

아시아 지역과 우리나라 토양탄소 저장량 추정 연구 사례

홍석영 ( S. Young Hong ),장용선 ( Yong Seon Zhang ),김이현 ( Yi Hyun Kim ),김명숙 ( Myung Sook Kim ),최은영 ( Eun Young Choe ),하상건 ( Sang Keun Ha ) 한국토양비료학회 2010 한국토양비료학회 학술발표회 Vol.2010 No.1

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.