드론 기반 초분광 영상을 이용한 배추 단수 추정의 최적밴드 선정

나상일 ( Sang-il Na ),박찬원 ( Chan-won Park ),소규호 ( Kyu-ho So ),안호용 ( Ho-yong Ahn ),이경도 ( Kyung-do Lee ) 대한원격탐사학회 2019 大韓遠隔探査學會誌 Vol.35 No.3

The use of drone-based hyperspectral image offers considerable advantages in high resolution remote sensing applications. The primary objective of this study was to select the optimal bands based on hyperspectral image for the estimation yield of the chinese cabbage. The hyperspectral narrow bands were acquired over 403.36 to 995.19 nm using a 3.97 nm wide, 150 bands, drone-based hyperspectral imaging sensor. Fresh weight data were obtained from 2,031 sample for each field survey. Normalized difference vegetation indices were computed using red, red-edge and near-infrared bands and their relationship with quantitative each fresh weights were established and compared. As a result, predominant proportion of fresh weights are best estimated using data from three narrow bands, in order of importance, centered around 697.29 nm (red band), 717.15 nm (red-edge band) and 808.51 nm (near-infrared band). The study determined three spectral bands that provide optimal chinese cabbage productivity in the visible and near-infrared portion of the spectrum.

원격탐사 기법을 이용한 동계작물 재배면적 추정

나상일 ( Sangil Na ),박찬원 ( Chanwon Park ),이경도 ( Kyoungdo Lee ),형성득 ( Seongdeuk Hyeong ) 한국농공학회 2016 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2016 No.-

최근 농림수산식품부는 전 세계적인 이상기후로 인한 주요 곡물생산국의 생산량 감소와 곡물시장 불안에 적극 대응하고 겨울철 국내 유휴농지를 활용하여 밀, 보리 및 조사료 재배 확대로 경지이용률을 제고하겠다는 다목적 측면에서 동계작물 재배 확대를 추진하고 있다. 이를 위해서는 현재 동계작물의 재배면적을 정확하게 산정하는 것과 함께 재배지의 공간분포를 파악하는 것이 매우 중요하다. 재배면적 및 공간분포 현황 정보는 작황의 기본 자료이고 수량 및 생산량을 산정하기 위한 필수 정보이기 때문이다. 또한, 식량의 수급 조절, 가격 예측, 농가 소득 보전을 위한 정책 수립의 판단자료로 중요하게 사용될 수 있다. 이와 같이 광범위한 지역의 재배면적 및 공간분포를 신속하고 객관적으로 판단하기 위하여 원격탐사 정보의 활용이 점차 확대되고 있다. 본 연구에서는 무인항공기(UAV)와 Landsat-8 위성영상을 사용하여 시군단위의 동계작물 재배면적 추정을 목적으로 하였다. 이를 위하여 군산시의 동계작물 시험포장을 대상으로 휴대용 분광복사기를 이용하여 동계작물의 분광반사 특성을 파악하고 생육기간동안 주기적으로 촬영한 UAV 영상에 적용하여 재배면적 추출을 위한 위성영상 최적 시기와 식생지수 임계값 등을 도출하였다. 이를 바탕으로 Landsat-8 위성영상에 적용하여 군산시 동계작물 재배지의 공간분포를 추정하고 재배면적을 추정하였다. 그 결과, 현장에서 확인한 동계작물 재배지 분포 현황과 유사한 분포를 나타내었으며, 군산시 농업기술센터에서 파악한 동계작물 재배면적과 비교하여 1% 내외의 오차를 나타내었다. 추후 동계작물 분류기법 개발을 통해 작물별 재배면적을 산출하고 공간분포 현황을 파악하면 동계작물 재배 확대 추진을 위한 영농자료로서 활용이 가능할 것으로 사료된다.

드론을 이용한 농업분야 작황모니터링 활용사례 및 발전방향

나상일(Sang-il Na),박찬원(Chan-won Park),소규호(Kyu-ho So),안호용(Ho-yong Ahn),이경도(Kyung-do Lee) 대한기계학회 2018 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2018 No.5

드론 초분광 영상을 이용한 광화학반사지수 모니터링

나상일 ( Sangil Na ),박찬원 ( Chanwon Park ),소규호 ( Kyuho So ),안호용 ( Hoyong Ahn ),이경도 ( Kyungdo Lee ) 한국농공학회 2019 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2019 No.-

초분광 영상은 밀집된 분광측정 자료의 집합으로 분광밴드가 많고, 좁은 파장 폭의, 연속적인 밴드들을 갖는 높은 분광해상도의 영상을 말한다(Shaw and Burke, 2003). 기존의 다중분광 영상의 경우 상대적으로 넓은 분광폭을 지닌 10개 이내의 분광밴드로 이루어진 반면에 초분광 영상은 수십∼수백 개의 광대한 분광밴드의 수집이 가능해짐으로서 작물고유의 반사특성을 보다 정밀하게 기록할 수 있는 장점으로 농업 분야에서 드론 기반의 초분광 영상의 활용성이 대두되고 있다. 작황 모니터링에 원격탐사의 개념이 도입된 이후 사용되고 있는 식생지수는 작물 고유의 분광반사특성을 이용하여 일부 파장 밴드의 산술적인 조합으로 만들어진다. 따라서 기존의 식생지수는 주로 가시광(RGB) 및 근적외(NIR) 밴드의 비, 차, 선형조합 등으로 산출되었다. 그러나 이와 같은 방법은 식생의 생물량을 추정하는데는 유용하게 사용되지만 생리적 상태에 대한 민감도는 상대적으로 떨어지는 것으로 평가되고 있으며, 작물의 스트레스를 근본적으로 파악하기에는 한계가 있다. 이를 극복하기 위하여 최근 작물의 광합성 능력 및 생리적 스트레스를 파악하기 위하여 광화학반사지수(Photochemical Reflectance Index; PRI)가 개발되었다. 그러나 PRI는 531 nm와 570 nm 반사율의 비로 계산되기 때문에 초분광 영상을 이용하여 산출이 가능하다. 본 연구에서는 배추를 대상으로 드론 기반의 초분광 영상을 이용하여 PRI 분포도를 작성하고 밴드 융합 기법을 이용하여 다중분광 기반의 PRI 모니터링 가능성을 평가하였다. 그 결과, 객체단위로 추출한 초분광 영상 기반 PRI와 다중분광 기반의 PRI간의 결정계수(R2)는 0.682로 나타났으며, 지상고정형 센서인 SRS-PRI의 관측 결과와 증감추이가 유사하게 나타나 밴드 융합을 통한 다중분광 밴드 기반의 PRI 모니터링 가능성을 확인하였다.

NDVI와 기상인자를 이용한 충청북도 쌀 생산량 예측 모델

나상일 ( Sangil Na ),이규호 ( Kyuho Lee ),박근애 ( Geunae Park ),이지완 ( Jiwan Lee ),박종화 ( Jonghwa Park ),김성준 ( Seongjoon Kim ) 한국농공학회 2010 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2010 No.-

정규화식생지수(Normalized Difference Vegetation Index, 이후 NDVI)는 식물의 양, 계절적 변화, 식생의 생리적 조건과 관련한 작물의 생육 특성을 반영하는 지표로서 식생의 활력도와 생산량을 추정하는데 중요한 요인이다. 또한, 작물은 온도, 강우량, 일조시간 등의 기상조건에 민감하게 반응하며 이 요소들은 작물의 수확량 및 품질에 큰 영향을 미친다. 본 연구에서는 식생관련 요인으로 위성영상을 이용한 NDVI와 통계자료를 이용한 기상관련 요인으로 최저온도, 강우량, 일조시간을 선정하여 충청북도의 쌀 생산량 예측 모델을 개발하였다. NDVI는 MODIS 위성영상을 이용하여 벼의 생육주기에 해당하는 5월~10월의 순별 NDVI를 추출하였고, 기상관련 요인은 기상연보에 의한 순별 최저온도, 누적강우량, 일조시간을 추출하였다. 생산량의 예측은 어느 한 시점의 식생 및 기상요인에 지배되기보다는 생육정보의 변화추이와 자연재해와 관련된 기상요인의 변화를 고려해야 하기 때문에 각 요인별 가중치를 다르게 함으로서 계산된 예측량이 특정 요인에 지배되지 않도록 하는 것이 중요하다. 따라서 각 요인별 가중치를 다르게 조합함으로서 기본 모델을 작성하고 실생산량과의 회귀분석을 이용하여 보정하였다. 예측 모델에 의한 예측량과 실생산량과의 비교 결과, 7월과 10월의 데이터를 이용한 예측량이 비교적 높은 정확도(R² >0.8)를 나타내었고, 장마기간으로 대기 상태가 상대적으로 불안정한 8월의 예측량이 낮은 정확도(R² =0.61)를 나타내었다.

RS/GIS 기반의 쌀 생산량 예측 모델 개발을 위한 논 분포도 작성 및 주요 인자 추출에 관한 연구

나상일 ( Sangil Na ),박진기 ( Jinki Park ),백신철 ( Shinchul Baek ),박종화 ( Jonghwa Park ) 한국농공학회 2011 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2011 No.-

벼농사는 식량공급원 뿐만 아니라 종합적인 국토관리의 역할을 담당하고 있다. 그러나 최근 기상악화에 따른 농작물 생산량 감소와 각국의 식량안보용 재고량 확보, 투기세력의 활동 등으로 인하여 벼 재배면적 및 생산량이 매우 유동적으로 변하고 있으며, 이에 따른 곡물가격 폭등의 영향으로 식료품에서부터 일반소비재 물가까지 줄줄이 인상되는 이른바 에그플레이션 현상이 나타나고 있다. 특히 쌀의 경우, 80%의 곡물자급률을 보였던 1970년 이래로 단위생산량은 증가되었으나 1인당 소비량이 동기간 136㎏에서 74㎏으로 절반 가까이 줄어들어 쌀 재고량은 적정치 72만톤보다 2배 이상 남아돌게 되었다. 이는 곧 쌀의 가격을 하락시켜 영농의욕을 떨어뜨려 식량자급의 선순환에 장애를 야기하고 있다. 이를 해결하기 위하여 최근에는 원격탐사 기술을 활용하여 벼의 생육상황 모니터링, 생산량 예측, 식량공급과 수급조절을 위한 종합적인 생산관리 방안 구축 등 농업 전반적인 분야로 확대되고 있는 추세이다. 이에 따라 본 연구에서는 RS/GIS 기반의 쌀 생산량 예측 모델 개발을 위하여 전국을 대상으로 논의 분포도를 작성하고, 벼의 생육기간에 따른 식생지수, 평균온도, 최고온도, 최저온도, 강우량 및 누적강우량을 대상으로 요인분석을 실시하여 생산량 예측에 영향을 미치는 주요 인자를 추출하였다. 본 연구의 시간적 범위는 MODIS 위성영상 활용 가능 연도인 2002년~2010년으로 선정하였고, 벼의 생육기간을 고려하여 각 연도별 5월~10월의 시계열 자료를 사용하였다. 또한, 식생지수는 MODIS 10-day composite 자료를 보정하여 사용하였으며, 기상 자료, 생산량 자료 및 토지이용도는 연도별 기상연보와 통계청의 연간 생산량 자료, 국립지리원의 토지이용도를 이용하였다. 그 결과, 7,580개의 250m 기준 논 필지 그리드를 추출하였으며, 추출된 논 필지 그리드를 중첩하여 각 필지별 식생지수와 기상인자를 추출하였다. 추출된 각 인자들의 요인분석 결과, 8월 식생지수, 7월 최저온도, 9월 강우량 등이 쌀 생산량에 주요한 인자로 나타났다. 그러나, 생산량과의 회귀분석 결과, 유의하지 못한 수준으로 나타나 각 인자를 이용한 쌀 생산량 예측 모델 개발에는 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.

위성 영상과 DEM에 의한 미호천 유역의 토지피복 변화량 분석

나상일 ( Na Sang-il ),박종화 ( Park Jong-hwa ) 한국농공학회 2006 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2006 No.-

The purpose of this study was analysed land cover variation which was estimated using Landsat 5 TM and Landsat 7 ETM+ images and land cover-digital elevation modeling using 1/25,000 scale DEM. Four images of Aug, 28, 1991 and May, 2, 1992 and May, 8, 2000 were prepared for the Miho river basin in Chungbuk. Land cover of 1990's, 2000's images were classified by ISODATA and maximum likelihood method. As a result, urban & barren area gradually increased and farm & forest area decreased. Land cover-digital elevation models of 1990's, 2000's were composited using standard DEM and pre-processed satellite image. Land cover change of Miho river basin were quickly changed in lower area than higher area.

디지털 카메라를 이용한 정규화식생지수(NDVI) 추출과 정확도 검증

나상일 ( Sangil Na ),박종화 ( Jonghwa Park ) 한국농공학회 2009 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2009 No.-

본 논문에서는 휴대용 디지털 카메라(OLYMPUS M-700)를 이용하여 현장에서 촬영한 디지털 사진으로부터 정규화식생지수(Normalized Difference Vegetation Index, 이후 NDVI)를 추출하고, 추출된 영상에 대한 정확도를 검증하였다. NDVI 추출 과정은 크게 근적외(Near Infrared band, 이후 NIR) 밴드 추출 단계와 NDVI에의 적용 단계로 구분하여 구성하였다. 먼저 NIR 밴드 추출 기법은 Ohkura 등(1994)이 제안한 RGB 밴드 추출 모델을 기초로 NIR 밴드를 추출하는 역변환식을 유도하여 사용하였다. 추출된 NIR 밴드와 Red 밴드는 영상처리 기법(Image Processing Technology, 이후 IPT)을 이용하여 NDVI를 추출하였으며, IPT를 디지털 카메라 영상에 적용하는 것이 가능한지 확인하였다. 정확도 검증 단계에서는 IPT에 의한 NDVI와 현장에서 측정한 NDVI를 비교하여 유의성을 검토하였다. 데이터의 현장 수집은 휴대용 분광복사계(LI-1800)를 이용하여 동일 대상, 시간의 분광반사 특성 데이터를 벼의 생육단계로 구분하여 시계열 데이터로 취득하였고, 해당 시기에 맞는 위성영상을 보조자료로 사용하였다. 또한, 벼의 생육단계별 NDVI의 통계 및 변화추이를 IPT에 의한 NDVI 결과와 비교하였다. 회귀분석 결과, 디지털 카메라에 의한 NDVI와 현장 NDVI는 y=-0.194x²+0.6557x+0.1783 (R² = 0.75)의 2차 회귀식으로 상관성을 나타냈다. 벼의 생육시기에 따른 특징은 이앙기 및 분얼기의 벼보다는 낙수기 이후의 벼에서 높은 상관관계가 있는 것으로 나타났다.

UAV 기반의 고랭지배추 주산단지 재배현황맵 활용방안

나상일 ( Sangil Na ),박찬원 ( Chanwon Park ),이경도 ( Kyoungdo Lee ),민병걸 ( Byoungkeol Min ),백신철 ( Shinchul Baek ),한중곤 ( Junggon Han ) 한국농공학회 2016 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2016 No.-

배추는 우리나라 국민들이 가장 많이 소비하는 채소 중 하나로서 출하되는 시기에 따라 월동배추(3~4월), 봄배추(5~6월), 여름배추(8월~9월), 가을배추(10월~11월)로 구분된다. 그 중 여름배추는 높은 온도와 습도로 인한 생리장해와 병해충으로 평지에서 재배하기 어려워 대부분 고랭지 지역 노지에서 재배되고 있어 고랭지배추라고도 한다. 고랭지는 해발고도가 높아질수록 기온이 점차 낮아지는 기후특성 때문에 포장재배 가능 기간이 짧다는 단점에도 불구하고 평난지에서 고온으로 재배가 어려운 각종 채소작물의 단경기 고품질 생산에 매우 중요한 역할을 맡고 있다. 그러나 최근 재배면적 감소와 기상이변으로 가격 변동이 커짐에 따라 고랭지배추 가격은 매년 사회적 관심사가 되고 있다. 이에 따라 농촌진흥청 국립농업과학원은 채소의 안정적인 공급을 위해 재배 면적 및 단수 예측이 필요하다고 판단하여 2015년부터 2018년까지 4년간 채소 작황과 관련된 연구에 무인비행체 영상을 적극적으로 활용하고 있다. 본 발표에서는 국립농업과학원의 연구 결과를 바탕으로 고랭지배추 주산단지 중 하나인 강원도 강릉시 안반덕의 재배현황맵 작성 현황 및 활용방안을 소개하고자 한다. 재배현황맵이란 무인항공기(UAV)로 촬영한 영상 분석 결과와 현장 표본조사 자료를 바탕으로 필지별 정식시기, 작물 분포, 생육 상황 등을 지도에 표시한 것으로 이를 통해 수확시기 추정, 재배면적 산정, 생육 이상 평가 등이 가능하다. 특히, UAV를 이용하여 촬영된 영상은 10cm 내외의 고공간해상도로 들녘 단위 재배단지의 필지별 생육상황 파악이 가능하고 기상이변 등에 따른 작황변화를 신속하게 판단할 수 있다. 또한, 주산지별로 정보가 축척되면 생산량 변동을 신속·정확하게 추정하여 채소 가격 안정화에도 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

LANDSAT영상을 이용한 충주시 주변의 토지피복 변화와 온도분포 해석

나상일 ( Na Sang-il ),박종화 ( Park Jong-hwa ) 한국농공학회 2006 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2006 No.-

It is very important to detect land cover and land use change from the past and to use it for future urban plan. This paper investigated the application of Landsat satellite imagery for detecting urban heat island phenomenon in Chungju city. For this process, the Landsat TM band6 on August 28, 1991, the Landsat ETM+ band6 on May 8, 2000 and Digital Elevation Model(DEM) have been used. From this data, the relationship between the land use and the radiant temperature has been comprehended, the cause of the urban heat island phenomenon has been analyzed. Also, surface temperature according to land cover and use was calculated from Landsat thermal infrared data to analyze the relationship between urban expansion and surface temperature. Conclusively, the extraction of the land surface temperature using the satellite thermal infrared data can be used effectively to the analysis for the urban thermal environment.