인공위성 가뭄지수를 활용한 한반도 가뭄 평가; 2013년 남부지방 가뭄을 대상으로

서찬양,김경준,최우정,심재현,최민하,Sur. Chanyang,Kim. Kyungjun,Choi. Woojung,Shim. Jaehyun,Choi. Minha 한국방재학회 2014 한국방재학회논문집 Vol.14 No.3

본 연구의 목적은 인공위성 자료를 활용한 가뭄지수를 산정하고 이를 통해 2013년 발생한 남부지방의 가뭄을 평가하는데 있다. 다중분광센서인 MODerate resolution Imaging Spectroradiometer(MODIS) 센서의 다양한 산출물을 통해 수문기상인자 기반의 가뭄지수(Evaporative Stress Index, ESI)를 산정하고 이를 유관기관의 가뭄 정보 시스템의 가뭄 모니터링 결과와 비교 분석하였다. 또한 국내에서 널리 이용되고 있는 PDSI(Palmer Drought Severity Index), SPI(Standardized Precipitation Index)와 ESI의 시계열 분석을 통해 ESI의 국내 적용성을 판단하고자 하였다. 각 가뭄지수들의 시공간 비교를 통해 ESI의 국내 적용성이 높음을 확인할 수 있다. The objective of this study is to derive and evaluate the drought index by using satellite data. The satellite-based drought index was spatially assessed at Southern part of Korean peninsula in 2013. We estimated hydrometeorological parameter-based drought index (Evaporative Stress Index, ESI) by using various products of multispectral sensor, MODerate resoultion Imaging Spectroradiometer (MODIS). The ESI analyzed other spatial distribution of drought indices provided by drought information system from related organizations. Regional capability of ESI through time series analysis compared with PDSI(Palmer Drought Severity Index) and SPI(Standardized Precipitation Index) was assessed. Based on the results in this study, it can be concluded that the derived ESI showed better regional capability than the other drought indices.

직사각형 장애물을 피하는 선분 최단경로

서찬양,안태훈,안희갑 한국정보과학회 2023 정보과학회논문지 Vol.50 No.3

본 논문에서는 평면 상에 주어진 n개의 좌표축에 평행한 직사각형 장애물들과 두 개의 좌표축에 평행한 선분에 대해, 장애물을 피하는 두 선분 사이의 L1최단경로를 계산하는 문제를 다룬다. 두 선분 사이의 경로는 각 선분에서 점을 한 개씩 택할 때, 선택된 두 점 사이의 최단경로로 정의된다. 점의 선택 기준에 따라 두 선분 사이의 경로는 다양하게 정의될 수 있다. 우리는 그 중 최단경로의 길이가 최소가 되는 최소 최단경로와, 길이가 최대가 되는 최대 최단경로를 구하는 알고리즘을 제시한다. 본 논문에서는 최소 최단경로를 O(nlogn) 시간에 계산하는 알고리즘과 최대 최단경로를 O(n2) 시간에 계산하는 알고리즘을 제시한다.

지표-대기 상호작용에 따른 증발산의 공간 거동 분석

서찬양 한국농공학회 2019 韓國農工學會誌 : 전원과 자원 Vol.61 No.3

인공위성 데이터 기반의 두 공간 증발산 산정 모형 비교 분석

서찬양,최민하 한국습지학회 2011 한국습지학회지 Vol.13 No.3

증발산은 토양 표면에서 일어나는 증발 과정과 식물의 광합성으로 인해 발생하는 증산 작용을 포함한 수문 기상인자로 수문 순환과정에서 중요한 역할을 차지한다. 현재 국내외에서는 증발산을 산정하고 공간적인 거동을 파악하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있지만 특정 지역에서의 토지 피복의 차이나 식생으로 인해 거동을 이해하는데 많은 제약이 따른다. 본 연구에서는 고해상도의 영상을 제공하는 Landsat 위성이 기반이 되는 원격탐사 기반 에너지 수지 모형인 Mapping EvapoTRanspiration with Internalized Calibration (METRIC) 모형과 MODerate resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) 위성 기반의 Penman-Monteith 알고리즘으로 산정된 증발산의 공간 분포를 비교하였다. 토지 피복별로 분류한 후 두 공간 분포를 비교하여 침엽수림과 활엽수림에서 가장 높은 상관관계를 갖는 것을 확인하였고 두 모형에 대한 적용성이 높음을 알 수 있다. 본 연구를 바탕으로 원격탐사 기반 고해상도 증발산 지도를 제작하여 시공간적 변동성과 계절 변화에 따른 거동을 파악할 수 있을 것이다.

Remote Sensing-based Agricultural Drought Monitoring using Hydrometeorological Variables

서찬양,박서연,김태웅,이준헌 대한토목학회 2019 KSCE JOURNAL OF CIVIL ENGINEERING Vol.23 No.12

A new drought index, the agricultural dry condition index (ADCI), was developed to combine various hydrometeorological variables associated with agricultural droughts. It was calculated by applying weights to the soil moisture, vegetation activity, and land surface temperature data, which are used to monitor agricultural droughts. The vegetation health index (VHI) and microwave integrated drought index (MIDI) are also used to monitor agricultural droughts; these were calculated using satellite image data collected between 2001 and 2015 in South Korea and their spatiotemporal variations were analyzed. In order to compare the ADCI with actual agricultural drought conditions, land in South Korea was divided into two classes (rice paddies and croplands) and the ADCI values were compared to the corresponding crop yields (rice from rice paddies, potatoes and soybeans from croplands). There was no significant correlation between the ADCI and crop yield for the rice paddies because the water supply is controlled by irrigation. However, in the croplands there was a high degree of correlation with correlation coefficients of 0.83 and 0.80 for potatoes and soybeans, respectively. In order to confirm agreement with the actual affected areas, a receiver operating characteristic analysis was conducted for 2001 and 2015 when there was severe drought. This analysis found that the ADCI peaked at 0.68 in 2001 (June) 0.64 in 2015 (June). The ADCI was found to be highly applicable to the assessment of agricultural drought conditions. The VHI responded positively to land surface temperature while the MIDI responded to rainfall. However, the ADCI showed the best results because it is a weighted index of the input data, such as the land surface temperature, soil moisture, and vegetation activity, and their combination. The results confirmed that soil moisture, vegetation activity, and land surface temperature are the most important variables associated with droughts and that the ADCI can be effectively used to monitor agricultural droughts.

농업가뭄 모니터링을 위한 VIIRS 센서 지표산출물 적용성 분석

서찬양,남원호 한국수자원학회 2023 한국수자원학회논문집 Vol.56 No.11

다중분광센서인 Moderate resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS)는 지표 및 대기 산출물을 통해 다양한 분야에서 활발한 연구가 진행되어 왔다. MODIS는 발사된지 20년이 지났고, 비슷한 특성의 이를 대체할 만한 자료의 필요성이 지속적으로 제기되어 왔다. 본 연구에서는 2011년에 발사된 Suomi National Polar-orbiting Partnership (Suomi NPP) 위성의 Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS) sensor에서 제공하는 지표 산출물 중 지표면 온도(Land Surface Temperature, LST)와 식생 지수인 정규식생지수(Normalized Differences Vegetation Index, NDVI)를 소개하고, 기존의 MODIS에서 제공되는 자료와의 비교 및 검증을 통해 연구 지역인 남한에서의 지역적인 적용성을 파악하고자 한다. 지표면 온도와 식생 활력은 농업적인 가뭄을 발생시키는 주요한 인자로써, 남한의 극심한 가뭄기간인 2014년과 2015년을 대상으로 가뭄의 시공간적인 변동성을 분석하여, VIIRS 산출물의 활용 가능성을 파악하였다. The Moderate resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) is a multispectral sensor that has been actively researched in various fields using diverse land and atmospheric products. MODIS was first launched over 20 years ago, and the demand for novel sensors that can produce data comparable to that obtained using MODIS has continuously increased. In this study, land products obtained using the Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS) of the Suomi National Polar-orbiting Partnership (Suomi NPP) satellite launched in 2011 were introduced, including land surface temperature and vegetation indices such as the normalized difference vegetation index and enhanced vegetation index. These land products were compared with existing data obtained using MODIS to verify their local applicability in South Korea. Based on spatiotemporal monitoring of an extreme drought period in South Korea and the application of VIIRS land products, our results indicate that VIIRS can effectively replace MODIS multispectral sensors for agricultural drought monitoring.

다중분광광학센서를 활용한 농업가뭄의 토양수분-식생-이산화탄소 플럭스 관계 분석

서찬양,남원호 한국수자원학회 2023 한국수자원학회논문집 Vol.56 No.11

농업적 가뭄이 발생하면 토양의 수분이 감소하여 식생의 광합성 및 성장을 저해한다. 광합성을 통해 대기 중의 이산화탄소가 흡수되며 산소 생산량이 증가하는데, 이러한 광합성에 부정적인 영향이 생긴다면 대기 중의 이산화탄소 농도가 증가한다. 본 연구에서는 다중분광광학센서인 MODerate resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) 산출물을 이용하여 토양수분, 식생 활력 및 대기 중의 이산화탄소 농도 간의 관계를 분석하였다. 토양수분의 경우, 기존의 마이크로웨이브 센서는 낮은 공간 해상도로 제공되는 특징으로 인해 소규모 연구 지역 분석에 한계가 있어서 상대적으로 고해상도인 광학센서를 이용한 토양수분 산정 방법을 적용하였다. 또한, MODIS 총일차생산량(Gross Primary Productivity, GPP) 산출물을 이용하여 식생의 호흡과의 관계식을 이용하여 이산화탄소 플럭스를 계산하였다. 원격탐사 기반의 토양수분, 식생지수와 이산화탄소 플럭스를 국내의 극한 가뭄 발생시기인 2014년과 2015년도에 대하여 지점 관측 자료인 플럭스타워 값과 비교 분석하였다. 분석한 결과 토양수분과 식생지수 사이에는 한 달의 지체시간, 식생지수와 이산화탄소 플럭스 사이에는 2주 지체시간이 발생했을 때, 상관성이 높게 나타났다. Agricultural drought is triggered by a depletion of moisture content in the soil, which hinders photosynthesis and thus increases carbon dioxide (CO2) concentrations in the atmosphere. The aim of this study is to analyze the relationship between soil moisture (SM) and vegetation activity toward quantifying CO2 concentration in the atmosphere. To this end, the MODerate resolution imaging spectroradiometer (MODIS), an optical multispectral sensor, was used to evaluate two regions in South Korea for validation. Vegetation activity was analyzed through MOD13A1 vegetation indices products, and MODIS gross primary productivity (GPP) product was used to calculate the CO2 flux based on its relationship with respiration. In the case of SM, it was calculated through the method of applying apparent thermal inertia (ATI) in combination with land surface temperature and albedo. To validate the SM and CO2 flux, flux tower data was used which are the observed measurement values for the extreme drought period of 2014 and 2015 in South Korea. These two variables were analyzed for temporal variation on flux tower data as daily time scale, and the relationship with vegetation index (VI) was synthesized and analyzed on a monthly scale. The highest correlation between SM and VI (correlation coefficient (r) = 0.82) was observed at a time lag of one month, and that between VI and CO2 (r = 0.81) at half month. This regional study suggests a potential capability of MODIS-based SM, VI, and CO2 flux, which can be applied to an assessment of the global view of the agricultural drought by using available satellite remote sensing products.

기계학습 알고리즘 기반의 가스정압기 이상상태 진단에 대한 연구

서찬양(Chan-Yang Seo),서영주(Young-Joo Suh),김동주(Dong-Ju Kim) 한국컴퓨터정보학회 2020 韓國컴퓨터情報學會論文誌 Vol.25 No.4

본 논문에서는 정압기의 이상 상태 진단을 위한 기계학습 방법을 제안한다. 일반적으로 설비의 이상 상태 탐지를 위한 기계학습 모델 구현에는 관련 센서의 설치와 데이터 수집 과정이 동반되나, 정압기는 설비 특성상 안전문제에 매우 민감하여 추가적인 센서 설치가 매우 까다롭다. 이에 본 논문에서는 센서의 추가 설치 없이 정압기 설비에서 자체 수집되는 유량과 유압 데이터만을 가지고 정압기의 이상 상태를 조기에 판단하는 기계학습 모델을 제안한다. 본 논문에서는 정압기의 비정상데이터가 충분하지 않은 관계로, 모델 학습 시 오버 샘플링(Over-Sampling)을 적용하여 모델이 모든 클래스에 균형적으로 학습하도록 하였다. 또한, 그레이디언트 부스팅(Gradient Boosting), 1차원 합성곱 신경망(1D Convolutional Neural Networks), LSTM(Long Short-Term Memory)등의 기계학습 알고리즘을 적용하여 정압기의 이상 상태를 판단하는 분류모델을 구현하였고, 실험 결과 그레이디언트 부스팅 알고리즘이 정확도 99.975%로 가장 성능이 우수함을 확인하였다. In this paper, we propose a machine learning method for diagnosing the failure of a gas pressure regulator. Originally, when implementing a machine learning model for detecting abnormal operation of a facility, it is common to install sensors to collect data. However, failure of a gas pressure regulator can lead to fatal safety problems, so that installing an additional sensor on a gas pressure regulator is not simple. In this paper, we propose various machine learning approach for diagnosing the abnormal operation of a gas pressure regulator with only the flow rate and gas pressure data collected from a gas pressure regulator itself. Since the fault data of a gas pressure regulator is not enough, the model is trained in all classes by applying the over-sampling method. The classification model was implemented using Gradient boosting, 1D Convolutional Neural Networks, and LSTM algorithm, and gradient boosting model showed the best performance among classification models with 99.975% accuracy.

직사각형 장애물을 피하는 선분 최단경로

서찬양(Chanyang Seo),안태훈(Taehoon Ahn),안희갑(Hee-Kap Ahn) 한국정보과학회 2022 한국정보과학회 학술발표논문집 Vol.2022 No.06

인공위성 데이터 기반의 공간 증발산 산정 및 에디 공분산 기법에 의한 플럭스 타워 자료 검증

서찬양 ( Chan Yang Sur ),한승재 ( Seung Jae Han ),이정훈 ( Jung Hoon Lee ),최민하 ( Min Ha Choi ) 대한원격탐사학회 2012 大韓遠隔探査學會誌 Vol.28 No.4

증발산은 토양 표면에서 일어나는 증발 과정과 식물의 광합성 작용으로 인해 일어나는 증산 작용을 포함하는 수문기상인자로 외부 환경에 민감하게 작용한다. 현재 국내외에서는 이를 정확하게 관측하여 활용하기 위해 증발접시(evaporation pan), 침루계(lysimeter) 등을 이용하여 실측하거나 Eddy covariance technique, Bowen ratio method 등을 이용하여 경험적으로 산정하고 있으나 공간적인 제약이 따른다. 따라서 본 연구에서는 Terra 인공위성에 탑재된 Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) 다중분광 센서를 이용, 원격탐사 기술을 적용함으로써 이러한 지상 관측의 단점을 보완하고자 하였다. 이전 연구들에서 소개가 되었던 원격탐사 기반 증발산 산정 모형을 개선하여 별도의 외부 입력자료 없이 MODIS 위성 이미지 자료만을 이용, 우리나라의 지역적 특성을 반영한 Penman-Monteith 기반 증발산을 산정하였다. 유량조사사업단에서 운영 및 관리하고 있는 설마천/청미천 플럭스 타워의 증발산 관측치와 MODIS 기반 증발산 산정값과의 비교를 통해 각각 0.69, 0.74의 높은 상관계수를 보여 산정 방법의 적용성을 검증하였다. Evapotranspiration (ET) including evaporation from a land surface and transpiration from photosynthesis of vegetation is a sensitive hydrological factor with outer circumstances. Though both direct measurements with an evaporation pan and a lysimeter, and empirical methods using eddy covariance technique and the Bowen ratio have been widely used to observe ET accurately, they have a limitation that the observation can stand for the exact site, not for an area. In this study, remote sensing technique is adopted to compensate the limitation of ground observation using the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) multispectral sensor mounted on Terra satellite. We improved to evapotranspiration model based on remote sensing (Mu et al., 2007) and estimated Penman-Monteith evapotranspiration considering regional characteristics of Korea that was using only MODIS product. We validated evapotranspiration of Sulma (SMK)/Cheongmi (CFK) flux tower observation and calculation. The results showed high correlation coefficient as 0.69 and 0.74.