기계학습을 통한 주간 반투명 구름탐지 연구: GK-2A/AMI를 이용하여

변유경,진동현,성노훈,우종호,전우진,한경수,Byeon, Yugyeong,Jin, Donghyun,Seong, Noh-hun,Woo, Jongho,Jeon, Uujin,Han, Kyung-Soo 대한원격탐사학회 2022 大韓遠隔探査學會誌 Vol.38 No.6

Clouds are composed of tiny water droplets, ice crystals, or mixtures suspended in the atmosphere and cover about two-thirds of the Earth's surface. Cloud detection in satellite images is a very difficult task to separate clouds and non-cloud areas because of similar reflectance characteristics to some other ground objects or the ground surface. In contrast to thick clouds, which have distinct characteristics, thin transparent clouds have weak contrast between clouds and background in satellite images and appear mixed with the ground surface. In order to overcome the limitations of transparent clouds in cloud detection, this study conducted cloud detection focusing on transparent clouds using machine learning techniques (Random Forest [RF], Convolutional Neural Networks [CNN]). As reference data, Cloud Mask and Cirrus Mask were used in MOD35 data provided by MOderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS), and the pixel ratio of training data was configured to be about 1:1:1 for clouds, transparent clouds, and clear sky for model training considering transparent cloud pixels. As a result of the qualitative comparison of the study, bothRF and CNN successfully detected various types of clouds, including transparent clouds, and in the case of RF+CNN, which mixed the results of the RF model and the CNN model, the cloud detection was well performed, and was confirmed that the limitations of the model were improved. As a quantitative result of the study, the overall accuracy (OA) value of RF was 92%, CNN showed 94.11%, and RF+CNN showed 94.29% accuracy.

Sentinel-2A 위성자료를 활용한 선박 및 후류 탐지 개선

전우진 ( Uujin Jeon ),서민지 ( Minji Seo ),성노훈 ( Noh-hun Seong ),최성원 ( Sungwon Choi ),심수영 ( Suyoung Sim ),변유경 ( Yugyeong Byeon ),한경수 ( Kyung-soo Han ) 대한원격탐사학회 2021 大韓遠隔探査學會誌 Vol.37 No.3

최근 증가된 해상 교통량의 영향으로 지속적으로 발생하는 선박사고에 대한 신속한 탐지 및 대처가 필요하다. 이를 위해, 광역 범위로 실시간 모니터링이 가능한 위성영상을 기반으로 선박탐지 연구가 활발히 수행되고 있다. 그러나, 분광특성을 활용하여 선박탐지를 수행한 선행연구에서는 후류(Wake) 제거를 수행하지 않아 후류가 선박으로 오탐지될 가능성이 존재한다. 이에 본 연구에서는 Ship Detection Index (SDI)를 이용하여 Sentinel-2A/Multispectral Instrument (MSI) 위성영상에서 선박탐지를 수행하고 선박과 후류의 분광특성 차이를 기반으로 하는Wake Detection Index (WDI)를 활용하여 후류를 제거하였다. 본 연구의 선박탐지 알고리즘의 정확도 검증을 위해 Probability of detection (POD), False alarm rate (FAR) 지수를 활용하였으며, 검증 결과 SDI만 적용한 결과에 비해 POD는 유사하게 나타나고 FAR는 6.4% 개선되었다. It is necessary to quickly detect and respond to ship accidents that occur continuously due to the influence of the recently increased maritime traffic. For this purpose, ship detection research is being actively conducted based on satellite images that can be monitored in real time over a wide area. However, there is a possibility that the wake may be falsely detected as a ship because the wake removal is not performed in previous studies that performed ship detection using spectral characteristics. Therefore, in this study, ship detection was performed using SDI (Ship Detection Index) based on the Sentinel-2A satellite image, and the wake was removed by utilizing the difference in the spectral characteristics of the ship and the wake. Probability of detection (POD) and false alarm rate (FAR) indices were used to verify the accuracy of the ship detection algorithm in this study. As a result of the verification, POD was similar and FAR was improved by 6.4% compared to the result of applying only SDI.

천리안위성 1·2A호 지표면 알베도 상호 오차 분석 및 비교검증

우종호 ( Jongho Woo ),최성원 ( Sungwon Choi ),진동현 ( Donghyun Jin ),성노훈 ( Noh-hun Seong ),정대성 ( Daeseong Jung ),심수영 ( Suyoung Sim ),변유경 ( Yugyeong Byeon ),전우진 ( Uujin Jeon ),손은하 ( Eunha Sohn ),한경수 ( Kyung-so 대한원격탐사학회 2021 大韓遠隔探査學會誌 Vol.37 No.6

장기간에 걸친 전 지구적인 위성관측 지표면 알베도 자료는 전 지구 기후 및 환경의 변화 감시에 활발히 이용되고 있으며 그 활용도와 중요성이 크다. 우리나라의 경우 정지궤도위성 천리안위성 1호(Communication, Ocean and Meteorological Satellite, COMS) MI(Meteorological Imager) 센서와 천리안위성 2A호(GEO-KOMPSAT-2A, GK-2A) AMI (Advanced Meteorological Imager) 센서의 세대교체를 통해 지속적인 지표면 알베도 산출물의 확보가 가능하다. 그러나 COMS/MI 및 GK-2A/AMI의 지표면 알베도 산출물은 센서 및 알고리즘의 차이로 인해 산출물 간의 차이가 존재한다. 따라서 COMS/MI와 GK-2A/AMI 지표면 알베도 산출 기간을 확장하고 지속적인 기후변화 감시 연계성 확보를 위해 두 위성 산출물 간의 오차 분석이 선행되어야 한다. 본 연구에서는 COMS/MI 및 GK-2A/AMI 지표면 알베도 자료의 중복기간을 대상으로 지상관측자료 AERONET (Aerosol Robotic Network)와 타 위성자료 GLASS (Global Land Surface Satellite)와 함께 비교 분석하였다. 오차 분석 결과 AERONET과의 검증에서 COMS/MI의 평균 제곱근 오차(Root Mean Square Error, RMSE)가 0.043로 GK-2A/AMI의 RMSE인 0.015보다 높게 나타났다. 또한GLASS와 비교하였을 때 COMS/MI의 RMSE는 0.029로GK-2A/AMI의 0.038보다 낮게 나타났다. 이러한 오차특성을 이해하고 COMS/MI 및 GK-2A/AMI의 지표면 알베도 자료를 사용할 때 장기간 기후변화 감시에 적극적으로 활용할 수 있을 것이다. Global satellite observation surface albedo data over a long period of time are actively used to monitor changes in the global climate and environment, and their utilization and importance are great. Through the generational shift of geostationary satellites COMS (Communication, Ocean and Meteorological Satellite)/MI (Meteorological Imager sensor) and GK-2A (GEO-KOMPSAT-2A)/AMI (Advanced Meteorological Imager sensor), it is possible to continuously secure surface albedo outputs. However, the surface albedo outputs of COMS/MI and GK-2A/AMI differ between outputs due to differences in retrieval algorithms. Therefore, in order to expand the retrieval period of the surface albedo of COMS/MI and GK-2A/AMI to secure continuous climate change monitoring linkage, the analysis of the two satellite outputs and errors should be preceded. In this study, error characteristics were analyzed by performing comparative analysis with ground observation data AERONET (Aerosol Robotic Network) and other satellite data GLASS (Global Land Surface Satellite) for the overlapping period of COMS/MI and GK-2A/AMI surface albedo data. As a result of error analysis, it was confirmed that the RMSE of COMS/MI was 0.043, higher than the RMSE of GK-2A/AMI, 0.015. In addition, compared to other satellite (GLASS) data, the RMSE of COMS/MI was 0.029, slightly lower than that of GK-2A/AMI 0.038. When understanding these error characteristics and using COMS/MI and GK-2A/AMI’s surface albedo data, it will be possible to actively utilize them for long-term climate change monitoring.

동아시아 지역의 위성 구름탐지 산출물 상호 비교를 통한 품질 평가

변유경 ( Yugyeong Byeon ),최성원 ( Sungwon Choi ),진동현 ( Donghyun Jin ),성노훈 ( Noh-hun Seong ),정대성 ( Daeseong Jung ),심수영 ( Suyoung Sim ),우종호 ( Jongho Woo ),전우진 ( Uujin Jeon ),한경수 ( Kyung-soo Han ) 대한원격탐사학회 2021 大韓遠隔探査學會誌 Vol.37 No.6

구름탐지란 위성영상내의 픽셀 혹은 화소에서의 구름 유무를 결정하는 것을 의미하며 해당 위성영상의 활용성과 정확도에 영향을 미치는 중요한 요소로 작용한다. 본 연구에서는 구름탐지 자료를 제공해주는 여러 선진기관들의 위성 중에서, GK-2A(GeoKompsat-2A)/AMI(Advanced Meteorological Imager)와 Terra(Earth Observation System-Terra)/MODIS(Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer), Suomi-NPP(The Suomi National Polar-orbiting Partnership)/VIIRS(Visible Infrared Imaging Radiometer Suite)의 구름탐지 자료의 차이에 대해서 정량적 및 정성적으로 비교 분석을 수행하고자 한다. 정량적으로 비교한 결과 1월의 Proportion Correct (PC)지수 값이 GK-2A & MODIS가 74.16%, GK-2A & VIIRS가 75.39%를 나타냈으며 4월의 GK-2A & MODIS는 87.35%, GK-2A & VIIRS는 87.71%로 4월이 1월보다 위성별로 큰 차이 없이 구름을 탐지한 것으로 나타났다. 정성적 비교 결과는 RGB영상과 비교하였을 때, 앞선 정량적 결과들의 경향과 동일하게 1월보다 4월에 해당하는 결과들이 구름을 잘 탐지한 것을 확인할 수 있었으나 얇은 구름이나 적설이 존재하는 경우에는 위성별로 구름탐지 결과에 다소 차이가 존재하였다. Cloud detection means determining the presence or absence of clouds in a pixel in a satellite image, and acts as an important factor affecting the utility and accuracy of the satellite image. In this study, among the satellites of various advanced organizations that provide cloud detection data, we intend to perform quantitative and qualitative comparative analysis on the difference between the cloud detection data of GK-2A/AMI, Terra/MODIS, and Suomi-NPP/VIIRS. As a result of quantitative comparison, the Proportion Correct (PC) index values in January were 74.16% for GK-2A & MODIS, 75.39% for GK-2A & VIIRS, and 87.35% for GK-2A & MODIS in April, and GK- 2A & VIIRS showed that 87.71% of clouds were detected in April compared to January without much difference by satellite. As for the qualitative comparison results, when compared with RGB images, it was confirmed that the results corresponding to April rather than January detected clouds better than the previous quantitative results. However, if thin clouds or snow cover exist, each satellite were some differences in the cloud detection results.

Himawari-8/AHI 기반 True color 영상 생산을 위한 시각화 향상 기법 비교 연구

한현경 ( Hyeon-gyeong Han ),이경상 ( Kyeong-sang Lee ),최성원 ( Sungwon Choi ),서민지 ( Minji Seo ),진동현 ( Donghyun Jin ),성노훈 ( Noh-hun Seong ),정대성 ( Daeseong Jung ),김홍희 ( Honghee Kim ),한경수 ( Kyung-soo Han ) 대한원격탐사학회 2019 大韓遠隔探査學會誌 Vol.35 No.3

True color 영상은 자연색과 유사한 색상이 표출되며 이는 복잡한 지구의 대기 현상 및 지표의 변화에 빠른 모니터링이 가능하다는 장점이 있다. 현재 다양한 기관에서 true color 영상을 생산 중이며 우리나라에서도 차세대 기상위성으로 세대교체가 이루어져 true color 영상 생산의 필요성이 대두되고 있다. 따라서 본 연구에서는 Himawari-8 위성에 탑재된 Advanced Himawari Imager(AHI) 센서의 Top of Atmosphere(TOA) 자료를 이용해 true color 영상 생산을 위한 시각화 향상을 수행하였다. 시각화 향상을 위해 본 연구는Nonlinear enhancement 과 Histogram equalization 두 가지 기법을 각각 수행하였다. 이를 비교해 본 결과, Histogram equalization는 Nonlinear enhancement 대비 Solar Zenith Angle(SZA) 70° 이상 지역과 해양 영역에서 청색 계열이 강한 영상이 나타났으며, Nonlinear enhancement 기법의 경우 Histogram equalization 기법과 비교했을 때 식생 영역이 붉은 특징이 나타났다. True color images display colors similar to natural colors. This has the advantage that it is possible to monitor rapidly the complex earth atmosphere phenomenon and the change of the surface type. Currently, various organizations are producing true color images. In Korea, it is necessary to produce true color images by replacing generations with next generation weather satellites. Therefore, in this study, visual enhancement for true color image production was performed using Top of Atmosphere (TOA) data of Advanced Himawari Imager (AHI) sensor mounted on Himawari-8 satellite. In order to improve the visualization, we performed two methods of Nonlinear enhancement and Histogram equalization. As a result, Histogram equalization showed a strong bluish image in the region over 70° Solar Zenith Angle (SZA) compared to the Nonlinear enhancement and nonlinear enhancement technique showed a reddish vegetation area.

MODIS 자료를 이용한 한반도에서의 가강수량 장기변화 분석

권채영 ( Chae Young Kwon ),이다래 ( Da Rae Lee ),이경상 ( Kyeong Sang Lee ),서민지 ( Min Ji Seo ),성노훈 ( Noh Hun Seong ),최성원 ( Sung Won Choi ),진동현 ( Dong Hyun Jin ),김홍희 ( Hong Hee Kim ),한경수 ( Kyung Soo Han ) 대한원격탐사학회 2016 大韓遠隔探査學會誌 Vol.32 No.2

수증기는 다양한 규모의 대기 순환을 유도하고 온실효과의 약 60%를 설명하는 중요한 기후 변수이다 (Karl and Trenberth, 2003). 본 연구의 목적은 Terra/Aqua 위성의 Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) 센서를 통해 생산된 총 가강수량 (Total Precipitable Water, TPW) 자료의 장기적인 변화를 분석하고 강수 및 기온 실측자료와의 비교를 통해 TPW의 변화가 한반도를 포함한 동아시아 지역의 기후에 미치는 영향을 정량적으로 파악하고자 하는 것이다. 따라서 본 연구에서는 TPW와 강수및 기온과의 상관을 알아보기 위하여 선형회귀분석을 실시하였고 TPW와 강수 및 기온의 주기 변화 양상을 분석하기 위하여 조화분석을 실시하였다. 선형회귀분석 결과 TPW와 강수 및 기온과의 상관성이 높게 나타났다(TPW-기온의 결정계수 (determination coefficient, R2): 0.94, TPW아노말리-기온 아노말리의 결정계수: 0.8, TPW-강수량의 결정계수: 0.73, TPW아노말리-강수량 아노말리의 결정계수: 0.69). 조화분석 결과 2년에서 5년 사이의 다년주기 성분 중에서 TPW와 강수량 모두 3.5년 주기성분에서 진폭의 기여도가 높게 나타났으며 TPW와 강수량의 3.5년 주기 성분의 위상이 유사한 시기에 나타났다. Water vapor leading various scale of atmospheric circulation and accounting for about 60% of the naturally occurring warming effect is important climate variables. Using the Total Precipitable Water (TPW) from Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) operating on both Terra and Aqua, we study long-term Variation of TPW and define relationship among TPW and climatic parameters such as temperature and precipitation to quantitatively demonstrate the impact on climate change over East Asia focusing on the Korea peninsula. In this study, we used linear regression analysis to detect the correlation of TPW and temperature/precipitation and harmonic analysis to analyze changeable aspects of periodic characteristics. A result of analysis using linear regression analysis between TPW and climate elements, TPW shows a high determination coefficient (R2) with temperature and precipitation (determination coefficient between TPW and temperature: 0.94, determination coefficient between TPW anomaly and temperature anomaly: 0.8, determination coefficient between TPW and precipitation: 0.73, determination coefficient between TPW anomaly and precipitation anomaly: 0.69). A result of harmonic analysis of TPW and precipitation of two-year to five-year cycle, amplitude contribution ratio of 3.5-year cycle are much higher and two phases are similar in 3.5-year cycle.

가강수량의 변화패턴과 기후인자와의 상관성 분석

이다래 ( Darae Lee ),한경수 ( Kyung Soo Han ),권채영 ( Chaeyoung Kwon ),이경상 ( Kyeong Sang Lee ),서민지 ( Minji Seo ),최성원 ( Sungwon Choi ),성노훈 ( Noh Hun Seong ),이창석 ( Chang Suk Lee ) 대한원격탐사학회 2016 大韓遠隔探査學會誌 Vol.32 No.3

수증기는 지구 장파 복사에너지의 주요 흡수인자이다. 따라서 수증기량의 변화를 모니터링하고 변화의 원인을 세밀하게 조사하는 것은 필수적이다. 본 연구에서는 위성관측에 의해 얻어지는 Total Precipitable Water (TPW)자료를 사용하여 가강수량의 변화패턴을 모니터링 하고자 한다. 또한 기후인자들 중 수증기를 통해 생성되어 수증기의 변화패턴을 분석하는데 있어 중요한 역할을 하는 강수량과 다른 기후인 자들에 비해 비교적 주기적으로 나타나는 엘니뇨를 통해 가강수량의 변화패턴과 기후인자와의 상관성분석을 실시하고자 한다. 본 연구에서는 TERRA/AQUA 위성의 Moderate-Resolution Imaging Spectroadiometer (MODIS) 센서를 통해 관측된 TPW의 장기적인 변화와 한반도 중남부지방의 강수량변화를 정량적으로 분석 하고, 이들의 관계를 엘니뇨와 함께 비교하였다. 이를 통해 엘니뇨의 발생이 한반도 중남부지방의 강수량과 TPW의 변화에 영향을 주고 있는 지에 대해 조사하고자 한다. 먼저, 시계열 분석을 통해 TPW와 중남부지방 강수량의 변화를 정량적으로 산출하고 anomaly분석을 통해 이들의 변화를 세밀하게 분석한 결과 서로 반대 의 양상을 띠는 부분이 발견되어 엘니뇨의 anomaly분석결과와 비교하였다. 그 결과 대부분 같은 양상을 띠고 있던 TPW와 강수량이 엘니뇨가 발생한 후 서로 반대의 양상을 띠는 것을 확인하였다. Water vapor is main absorption factor of outgoing longwave radiation. So, it is essential to monitoring the changes in the amount of water vapor and to understanding the causes of such changes. In this study, we monitor temporal variability of Total Precipitable Water (TPW) which observed by satellite. Among climate variables, precipitation play an important part to analyze temporal variability of water vapor because it is produced by water vapor. And El Nino is one of climate variables which appear regularly in comparison with the others. Through them, we analyze relationship between temporal variability of TPW and climate variable. In this study, we analyzed long-term change of TPW from Moderate-Resolution Imaging Spectroadiometer (MODIS) data and change of precipitation in middle area of Korea peninsula quantitatively. After these analysis, we compared relation of TPW and precipitation with El Nino. The aim of study is to research El Nino has an impact on TPW and precipitation change in middle area of Korea peninsula. First of all, we calculated TPW and precipitation from time series analysis quantitatively, and anomaly analysis is performed to analyze their correlation. As a result, TPW and precipitation has correlation mostly but the part had inverse correlation was found. This was compared with El Nino of anomaly results. As a result, TPW and precipitation had inverse correlation after El Nino occurred. It was found that El Nino have a decisive effect on change of TPW and precipitation.