기후변화 시나리오를 고려한 위성영상 기반 미래 탄소흡수량 분포 추정

나상일 ( Sang-il Na ),안호용 ( Ho-yong Ahn ),류재현 ( Jae-hyun Ryu ),소규호 ( Kyu-ho So ),이경도 ( Kyung-do Lee ) 대한원격탐사학회 2021 大韓遠隔探査學會誌 Vol.37 No.5

탄소흡수량 산정 및 토지이용 변화에 대한 이해는 기후변화 연구에서 매우 중요하다. 기존의 연구에서는 토지이용 변화에 따른 탄소흡수량 산정에 원격탐사 기술이 사용되고 있으나 대부분 과거의 탄소흡수량 변화에 초점을 맞추고 있다. 따라서 미래 탄소흡수량 변화 예측 연구는 부족한 실정이다. 본 연구에서 CLUE-S 모형을 사용하여 토지이용 변화를 모의하고 기후변화 시나리오를 고려하여 미래 탄소흡수량의 변화를 예측하였다. 그 결과, RCP 4.5 및 8.5 시나리오에서 탄소흡수량은 각각 7.92, 13.02% 감소되는 것으로 예측되었다. 따라서 본 연구에서 제안한 방법은 다른 기후변화 시나리오를 고려한 미래 탄소흡수량 변화에도 적용이 가능할 것으로 기대된다. Quantification of carbon absorption and understanding the human induced land use changes forms one of the major study with respect to global climatic changes. An attempt study has been made to quantify the carbon absorption by land use changes through remote sensing technology. However, it focused on past carbon absorption changes. So prediction of future carbon absorption changes is insufficient. This study simulated land use change using the Conversion of Land Use and its Effects at Small regional extent (CLUE-S) model and predicted future changes in carbon absorption considering climate change scenarios 4.5 and 8.5 of the Representative Concentration Pathways (RCP). Results of this study, in the RCP 4.5 scenarios there predicted to be loss of 7.92% of carbon absorption, but in the RCP 8.5 scenarios was 13.02%. Therefore, the approach used in this study is expected to enable exploration of future carbon absorption change considering other climate change scenarios.

논벼 NPP 지수를 이용한 우리나라 벼 수량 추정 -MODIS 영상과 CASA 모형의 적용-

나상일 ( Sang Il Na ),홍석영 ( Suk Young Hong ),김이현 ( Yi Hyun Kim ),이경도 ( Kyoung Do Lee ),장소영 ( So Young Jang ) 대한원격탐사학회 2013 大韓遠隔探査學會誌 Vol.29 No.5

CASA 모델은 작물의 순 일차생산량(NPP)을 추정하는 가장 빠르고 정확한 모델 중 하나이다. 본 연구의 목적은 (1) 2002년 ~ 2012년 동안 한국의 논지역을 대상으로 작물 NPP의 시공간적 변화 패턴을 분석하고, (2) 연간 NPP와 쌀 생산성 간의 관계를 파악하여, (3) MODIS Product와 태양 복사량을 CASA 모형에 적용하여 2012년 한국의 쌀 수량을 추정하는 것이다. 또한, (4) 통계청이 발표한 최종 수량과 비교를 통해적용을 검토하였다. 이를 위해, 월별 또는 누적 NPP와 수량과의 상관분석을 실시하였다. 그 결과, 총 누적 NPP와 9월의 NPP가 쌀 수량과 높은 상관성을 나타내었으며, 이를 이용하여 추정한 2012년 예측 수량은 누적 NPP 적용시 526.93 kg/10a, 9월의 NPP 적용시 520.32 kg/10a로 추정되었다. 통계청의 최종 수량과의 RMSE는 각각 9.46 kg/10a, 12.93 kg/10a를 나타내었으나, 전반적으로 두 모형 모두 1:1선에 근접한 결과를 보이고 있어 NPP를 이용한 벼 수량 추정 모형이 논벼 수량의 변화특성을 잘 반영하고 있는 것으로 판단된다. Carnegie-Ames-Stanford Approach (CASA) model is one of the most quick, convenient and accurate models to estimate the NPP (Net Primary Productivity) of vegetation. The purposes of this study are (1) to examine the spatial and temporal patterns of vegetation NPP of the paddy field area in Korea from 2002 to 2012, and (2) to investigate how the rice productivity responded to inter-annual NPP variability, and (3) to estimate rice yield in Korea using CASA model applied to MOderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) products and solar radiation. MODIS products; MYD09 for NIR and SWIR bands, MYD11 for LST, MYD15 for FPAR, respectively from a NASA web site were used. Finally, (4) its applicability is to be reviewed. For those purposes, correlation coefficients (linear regression for monthly NPP and accumulated NPP with rice yield) were examined to evaluate the spatial and temporal patterns of the relations. As a result, the total accumulated NPP and Sep. NPP tend to have high correlation with rice yield. The rice yield in 2012 was estimated to be 526.93㎏/10a by accumulated NPP and 520.32 ㎏/10a by Sep. NPP. RMSE were 9.46㎏/10a and 12.93㎏/10a, respectively, compared with the yield forecast of the National Statistical Office. This leads to the conclusion that NPP changes in the paddy field were well reflected rice yield in this study.

청주 북부지역의 토지이용 매핑과 변화탐지

나상일 ( Na Sang-il ),박종화 ( Park Jong-hwa ),신형섭 ( Shin Hyoung-sup ) 한국농공학회 2008 한국농공학회논문집 Vol.50 No.3

Land-use in northern Cheongju region is changing rapidly because of the increased interactions of human activities with the environment as population increases. Land-use change detection is considered essential for monitoring the growth of an urban complex. The analysis was undertaken mainly on the basis of the multi-temporal Landsat images (1991, 1992 and 2000) and DEM data in a post-classification analysis with GIS to map land-use distribution and to analyse factors influencing the land-use changes for Cheongju city. The area of each land-use category was also calculated for monitoring land-use changes. Land-use statistics revealed that substantial land-use changes have taken place and that the built-up areas have expanded by about 17.57㎢ (11.47%) over the study period (1991 - 2000). This study illustrated an increasing trend of urban and barren lands areas with a decreasing trend of agricultural and forest areas. Land-use changes from one category to others have been clearly represented by the NDVI composite images, which were found suitable for delineating the development of urban areas and land use changes in northern Cheongju region. Rapid economic developments together with the increasing population were noted to be the major factors influencing rapid land use changes. Urban expansion has replaced urban and barren lands.

Landsat ETM+영상의 지표면온도와 NDVI 공간을 이용한 광역 증발산량의 도면화

나상일 ( Na Sang-il ),박종화 ( Park Jong-hwa ) 한국농공학회 2008 한국농공학회논문집 Vol.50 No.3

Evapotranspiration mapping using both meteorological ground-based measurements and satellite-derived information has been widely studied during the last few decades and various methods have been developed for this purpose. It is significant and necessary to estimate regional evapotranspiration (ET) distribution in the hydrology and water resource research. The study focused on analyzing the surface ET of Chungbuk region using Landsat 7 ETM imagery. For this process, we estimated the regional daily evapotranspiration on May 8, 2000. The estimation of surface evapotranspiration is based on the relationship between Temperature Vegetation Dryness Index (TVDI) and Morton's actual ET. TVDI is the relational expression between Normalized Difference of Vegetation Index (NDVI) and Land Surface Temperature (LST). The distribution of NDVI corresponds well with that of land-use/land cover in Chungbuk. The LST of several part of city in Chungbuk region is higher in comparison with the averaged LST. And TVDI corresponds too well with that of land cover/land use in Chungbuk region. The low evapotranspiration availability is distinguished over the large city like Cheongju-si, Chungju-si and the difference of evapotranspiration availability on forest and paddy is high.

에지 기반 고속 지평선 검출 알고리즘

나상일(Sang-Il Na),이웅호(Woong-Ho Lee),서동진(Dong-Jin Seo),이웅희(Woong-Hee Lee),정동석(Dong-Seok Jeong) 대한전자공학회 2003 대한전자공학회 학술대회 Vol.2003 No.11

채소 작황평가를 위한 무인비행체 영상 검보정 방안

나상일 ( Sang Il Na ),홍석영 ( Suk Young Hong ),이경도 ( Kyoung Do Lee ),백신철 ( Shin Chul Baek ) 한국농공학회 2015 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2015 No.-

본 연구는 최근 급속한 기술발전이 이루어지고 있는 무인항공기 (UAV)를 채소 작황평가에 적용하기 위한 실증연구로 현장에 설치한 타프 (Tarp)를 이용하여 시계열 영상에 대한 검보정을 수행하였다. UAV로부터 취득된 영상을 채소 등의 생육 모니터링 및 작황평가에 활용하기 위해서는 UAV에 장착된 카메라의 정확한 제원과 현장 분광반사율 등의 보조자료가 필요하다. UAV에 장착된 카메라는 대기 중의 구름, 스모그, 에어로졸 및 지표상의 물리적인 상태 등으로 인하여 객체에 대한 정보전달과 기록과정에서 불가피하게 오차가 포함될 수 있기 때문이다. 또한, 작물의 생육주기에 따른 작황의 변이를 파악하고 평가하기 위해서는 시계열 영상의 활용이 필수적이다. 그러나 UAV 영상을 취득하는 시기에 따라 기상 및 대기 상태가 서로 다르기 때문에 검보정 과정을 거치지 않은 시계열 영상의 상대적인 비교는 작황평가에 잘못된 결과를 나타내는 주원인이 된다. 따라서 UAV로 취득한 영상은 반드시 보정여부를 확인하고 분석에 적용하는 것이 필수적이다. 이를 위해서 본 연구에서는 영상 내 대리보정을 수행하기 위하여 각각 5%, 23%, 88%의 균일한 반사율을 가지는 Tarp를 현장에 설치하고 UAV 영상을 취득하였다. Tarp의 분광반사율은 지상분광복사계 (Fieldspec Pro)를 이용하여 UAV 촬영과 동일한 날짜에 취득하였으며, 100%의 에너지를 반사할 수 있는 표준반사판 (reflectance standard)을 기준으로 동일한 시간동안 측정된 상대적인 에너지를 측정하여 분광반사율을 계산하였다. 이와 같이 얻어진 Tarp의 분광반사율과 UAV를 통하여 촬영된 Tarp의 화소값 간의 상대적인 관계식을 통하여 대리복사보정을 실시하였으며, 가장 대표적인 대리보정 기법인 경험적 선형 보정 기법을 각 영상에 적용하였다. 그 결과, 3개 Tarp의 반사율을 이용한 대리보정 후 영상내 스펙트럼과 분광복사계를 이용한 스펙트럼의 형태와 경향성이 유사한 결과를 나타내었으며, 파장에 따른 상관계수 (R²)는 Green > Red > NIR 순으로 나타나 짧은 파장일수록 검보정의 효과가 크게 나타나는 것을 확인하였다.

동영상 변형에 강인한 프레임 서술자 설계

나상일(Sang-il Na),임예은(Ye-Eun Lim),제성관(Sung Kwan Je),오원근(Weon-Geun Oh),정동석(Dong-Seok Jeong) 대한전자공학회 2010 대한전자공학회 학술대회 Vol.2010 No.6

In general, two types of informations are used for content-based video copy detection: spatial information and temporal information. The spatial information means content-based image fingerprint. This image fingerprint must have following characteristic. First, extraction is simple. Second, pair-wise independence for random selected two images. At last, robust for modifications. This paper suggest image figerprint designing method for contents based video copy detection.

국내 작황 모니터링을 위한 무인항공기 적용방안

나상일 ( Sang-il Na ),박찬원 ( Chan-won Park ),소규호 ( Kyu-ho So ),안호용 ( Ho-yong Ahn ),이경도 ( Kyung-do Lee ) 대한원격탐사학회 2018 大韓遠隔探査學會誌 Vol.34 No.5

작황 모니터링은 농민들에게 최적의 작물 생산을 위한 농작업 관리 전략을 수립하는데 유용한 정보를 제공할 수 있다. 그러나 시료 채취에 의한 분석 등에 한정된 기존의 현장 모니터링 방법은 많은 시간과 노동력이 필요하다. 무인항공기는 고해상도 이미지를 신속하고 정기적으로 취득할 수 있는 장점이 있기 때문에 재배면적, 생육인자, 생육이상 및 생산량 추정 등과 같은 작황 모니터링 분야에 효과적으로 활용될 수 있다. 또한, 위성과 비교하여 비행 고도가 낮아 흐린 날씨에서도 높은 화질의 영상을 수집할 수 있다. 본 연구는 작황 모니터링 분야에서의 무인항공기 활용 가능성을 검토하고 무인항공기 기반의 작황 정보 생산을 위한 적용방안을 제시하고자 하였다. Crop monitoring can provide useful information for farmers to establish farm management strategies suitable for optimum production of vegetables. But, traditional monitoring has used field measurements involving destructive sampling and laboratory analysis, which is costly and time consuming. Unmanned Aerial vehicle (UAV) could be effectively applied in a field of crop monitoring for estimation of cultivated area, growth parameters, growth disorder and yield, because it can acquire high-resolution images quickly and repeatedly. And lower flight altitude compared with satellite, UAV can obtain high quality images even in cloudy weather. This study examined the possibility of utilizing UAV in the field of crop monitoring and was to suggest the application method for production of crop status information from UAV.

무인기 기반 RGB 영상을 이용한 동계작물 바이오매스 평가 모델 개발

나상일 ( Sang-il Na ),박찬원 ( Chan-won Park ),소규호 ( Kyu-ho So ),안호용 ( Ho-yong Ahn ),이경도 ( Kyung-do Lee ) 대한원격탐사학회 2018 大韓遠隔探査學會誌 Vol.34 No.5

작황 모니터링에서 바이오매스의 정확한 평가를 위해서는 정확하고 신속한 작물 생육 상황 등 현장자료의 확보가 필수적이다. 또한, 바이오매스의 평가는 작황 모니터링 및 수확량 예측에 활용된다. 무인기 영상은 작물의 성장에 따라 빠르게 수집할 수 있기 때문에 정밀농업에서 포장내 공간변이 파악 및 분석에 사용되고 있다. 본 연구는 원격탐사 기술을 이용한 동계작물 바이오매스 평가 방법 개발을 위하여 식생지수(ExG)에 의한 식생 피복률(VF)과 작물 표고 모형(CSM) 기반의 초고(PH)를 이용하여 보리와 밀을 대상으로 바이오매스 평가 모델을 개발하는 것을 목적으로 하였다. 식생 피복률, 초고 및 상호작용 항을 독립변수로 하여 다중 선형 회귀 모델을 구축한 결과, 5가지 품종의 결정계수는 0.84~0.99로 나타났으며, 보리와 밀의 결정계수 및 평균 제곱근 오차는 각각 0.91, 0.90 및 102.09, 110.87 g/㎡으로 나타났다. 따라서 무인기 영상을 활용한 동계작물의 바이오매스 평가 및 작황 모니터링이 가능한 것으로 판단된다. In order to optimize the evaluation of biomass in crop monitoring, accurate and timely data of the crop-field are required. Evaluating above-ground biomass helps to monitor crop vitality and to predict yield. Unmanned Aerial Vehicle (UAV) imagery are being assessed for analyzing within field spatial variability for agricultural precision management, because UAV imagery may be acquired quickly during critical periods of rapid crop growth. This study reports on the development of remote sensing techniques for evaluating the biomass of winter crop. Specific objective was to develop statistical models for estimating the dry weight of barley and wheat using a Excess Green index (E × G) based Vegetation Fraction (VF) and a Crop Surface Model (CSM) based Plant Height (PH) value. As a result, the multiple linear regression equations consisting of three independent variables (VF, PH, and VF × PH) and aboveground dry weight provided good fits with coefficients of determination (R²) ranging from 0.86 to 0.99 with 5 cultivars. In the case of the barley, the coefficient of determination was 0.91 and the root mean squared error of measurement was 102.09 g/㎡. And for the wheat, the coefficient of determination was 0.90 and the root mean squared error of measurement was 110.87 g/㎡. Therefore, it will be possible to evaluate the biomass of winter crop through the UAV image for the crop growth monitoring.

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.