도시하천관리 연계 플랫폼 개발(I)

이성학,심규철,구본현,Lee, Sunghack,Shim, Kyucheoul,Koo, Bonhyun 한국수자원학회 2019 한국수자원학회논문집 Vol.52 No.12

본 연구에서는 도시하천관리에 있어 이용되는 데이터를 수집, 정제 및 제공하는 기능을 수행하는 도시하천 통합데이터 플랫폼 개발을 수행하였다. 도시하천 통합데이터 플랫폼은 Open API서비스를 활용하여 다양한 기관에서 제공되는 데이터를 수집하는 기능을 가지고 있으며, 수집된 데이터는 전처리 과정을 통하여 정제되어 데이터베이스에 적재된다. 수집된 데이터는 시각화 시스템을 활용하여 검토 및 분석이 가능하며, 단위 Open API 형태로 제공되므로 도시하천모형에서 이를 조합하여 개별적인 입력자료로 활용할 수 있도록 하였다. 또한 실시간 데이터에 대한 제공시스템을 개발하여 도시하천모형에 실시간 데이터를 적용할 수 있도록 하였다. 이를 통하여 사용자는 데이터의 수집과 전처리, 입력자료 구축에 필요한 시간과 노력을 절감하여 도시하천관리 모형과 시스템의 개발에 있어 효율성과 확장성이 증대될 것으로 판단된다. In this study, we developed an integrated urban river data platform that collects, cleans, and provides data for urban river management. The urban river integrated data platform has the function of collecting data provided by various institutions using the Open API service. The collected data is purified through pre-processing and loaded into a database. The collected data can be reviewed and analyzed using a visualization system and provided through the Open API, so that it can be used as individual input data by combining them in the urban river model. In addition, the development system for real-time data was developed to apply real-time data to urban river models. Through this, users will be able to reduce the time and effort required for data collection, pre-processing and input data construction, thereby increasing efficiency and scalability in the development of urban river models and systems.

시계열 RapidEye영상과 객체기반 변화탐지 기법을 이용한 논벼 재배지역 추출

이성학 ( Sunghack Lee ),최진용 ( Jinyong Choi ),오윤경 ( Yunkyung Oh ),이상현 ( Sanghyun Lee ),박나영 ( Nayoung Park ) 한국농공학회 2012 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2012 No.-

최근 발사된 대부분의 인공위성은 고해상도위성(High Resolution Satellite)이며, 이전의 중/저해상도 위성영상과는 다른 영상 분석 방법이 필요하다. 중/저해상도 위성영상 분석을 위해서는 픽셀기반의 분류 방법이 주로 사용된 반면, 고해상도 위성영상에서 픽셀기반(Pixel-based) 분류방법을 적용할 경우 정확도를 떨어지는 경우가 많으며, 이는 위성영상의 해상도 증가로 분석 대상물보다 픽셀 크기가 작아짐에 따라 발생한다. 즉, 분석대상물 내에 다른 분광특성을 가지는 픽셀이 혼재하여 분석이 힘들어진다. 하지만 고해상도 위성은 중/저해상도 위성에 비해 더욱 많은 공간정보를 담고 있다. 따라서 고해상도 위성영상의 효과적인 분석을 위하여 객체기반(Object-based) 분석방법이 많이 적용되고 있다. 객체기반 분석 방법은 고해상도 영상에서 균일한(Homogeneous) 분광정보를 가지는 작은 객체(Object)로 분할(Segmentation)한 뒤 다시 보다 큰 객체로 분류(Classification)하며, 분할된 객체는 픽셀이 아닌 폴리곤( Polygon)형태로 표현된다. 고해상도 위성영상을 균일한 객체로 분할할 때 분할 크기에 다른 형태의 정보를 표현한다. 예를 들어 논벼 재배지역에서 하나의 필지 단위로 객체를 분할할 수도 있으나 용수구역단위에 가깝도록 분할 할 수 도 있다. 따라서 객체 분할 크기에 따라 각기 다른 위상정보를 가진 객체를 생성할 수 있으며, 이들의 관계를 이용하면 분류의 정확도 뿐 만 아니라 시계열 위성영상의 분할 시에 동일 영역에서 발생하는 객체분할의 불일치 문제를 해결하는데 유용하다. 객체기반 변화 탐지는 시계열 위성영상에 대하여 시간변화에 따른 지표의 변화를 탐지하는 방법으로 픽셀단위 변화탐지와 함께 분할된 객체의 형상과 위상정보를 함께 이용한다. 본 연구에서 목적은 북한 황해도 재령군 지역을 대상으로 시계열(4월, 6월, 8월) RapidEye(5m 해상도) 위성영상을 이용하여 논벼 재배 지역을 추출하는데 있어 객체기반의 변화탐지 기법을 적용하고자 한다. 다양한 객체 크기별 객체분할에는 Trimble사의 eCognition^® 소프트웨어를 이용하며, 객체분석과 논벼 재배지역 추출을 위해서 계층적 분류방법을 사용한다. 객체기반의 변화탐지 기법의 성능을 평가하기 위하여 전통적인 픽셀기반의 분류방법을 같은 지역에 대해 적용한 후 결과를 비교하고자 한다.

지리정보를 이용한 북한농업생산기반 추출방법 개발

이성학 ( Sunghack Lee ),김관호 ( Kwanho Kim ),김경묵 ( Kyoungmuk Kim ),이상현 ( Sanghyun Lee ),박나영 ( Nayoung Park ),최진용 ( Jinyong Choi ) 한국농공학회 2013 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2013 No.-

인공위성에 의한 지구관측기술의 발달은 접근불가지역에 대한 정보수집 능력을 획기적으로 발전시켰다. 우리나라도 고해상도 광학위성인 KOMPSAT-2&3을 발사하였으며, 최근에는 기상조건에 영향을 받지 않는 합성개구레이더(SAR) 위성인 KOMPSAT-5를 발사하고 운영을 준비 중이다. 대표적인 접근불가지역인 북한의 경우 위성을 이용하기 이전에는 자료를 취득할 수 있는 수단이 상당히 제한적이었으나 고해상도 광학위성 및 SAR의 발사를 통하여 많은 정보 획득이 가능해졌으며, 위성영상을 활용하여 북한 농업부문에 있어가뭄, 증발산량, 농업토지이용 등의 분석에 있어 많은 연구가 진행되었다. 기존의 주해상도 위성영상을 이용한 북한농업관련 연구는 주로 농업수자원, 농업토지이용, 곡물생산량 추정 등에 주로 적용되었다. 그러나 향후 남북관개의 개선으로 인한 남북협력 시 북한의 식량난을 해결이 우선되어야 하며, 이를 위해서는 북한의 농업생산성을 높이기 위한 농업생산기반에 복구 및 구축은 필수적이다. 농업생산기반은 실제 농업생산기반 시설에 해당하는 하드웨어와 이를 운영하는 소프트웨어적인 요소로 나눌 수 있으며, 하드웨어에 해당하는 농업생산기반 시설에 대한 정보가 우선적으로 조사되어야 한다. 지금까지의 북한 농업생산기반에 관한 연구는 주로 문헌자료에 많은 부분을 의존하였으며, 2000년대 초반까지 위성을 활용한 연구가 진행되었으나 대부분이 중해상도의 위성을 이용하여 대단위 지역에 대한 정보를 개략적으로 얻는 것에 한정되어져 왔다. 하지만 최근에는 고해상도 인공위성자료를 활용한 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 고해상도 인공위성자료를 이용하여 이전에 비하여 좀 더 정확하고 세부적인 농업생산기반 자료를 추출 할 수 있게 되었다. 본 연구의 목적은 북한 황해도 신천군 지역을 대상으로 고해상도 광학위성 KOMPSAT-2(6월), Rapideye(9월) 및 수치지형도(1:25,000)자료를 수집 및 분석하여 대상지역의 농업생산기반시설을 조사하는 데 있다. 주요 농업생산기반 대상시설에는 농업토지이용, 저수지, 수리시설물 및 개략적인 관개조직도이다. 본 연구에서 조사된 농업생산기반시설 자료는 위성영상 및 수치지형도가 가지는 분석의 한계성으로 인하여 어느 정도의 오차를 가지고 있으나. 향후 북한 농업생산기반시설 복구 및 구축에 필요한 사전 계획단계의 자료로서는 충분하리라 판단된다.

농업용수관리 의사결정 지원시스템 개발

이성학 ( Sunghack Lee ),이상현 ( Sanghyun Lee ),홍은미 ( Eunmi Hong ),홍민기 ( Minki Hong ),김해도 ( Haedo Kim ),최진용 ( Jinyong Choi ) 한국농공학회 2014 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2014 No.-

일반적인 물관리 방식은 크게 공급자주도형, 반수요주도형 그리고 수요주도형 물관리방식으로 크게 구분할 수 있으며, 공급주도형 물관리는 물 공급자가 기상, 수자원 및 작부상황을 고려하여 공급량을 결정하여 공급하는 방식이며, 수요자주도형은 수자원량 및 시설용량의 범위 내에서 수요자 요구수량이 만족되도록 공급하는 방식이다. 반수요주도형 물관리는 수요자의 신청수량을 기초로 공급측이 물의 공급량을 결정하는 방식이다. 우리나라의 농업용수 공급방식은 기본계획 및 지구설계에 있어서는 공급주도형 물관리 방식을 채택하고 있으나 실제 물관리에 있어서는 수요자 중심의 물관리가 이루어지고 있다. 따라서 공급주도형 계획과 수요자 중심의 물관리에 따른 차이로 인하여 실제 물관리에 있어 많은 어려움을 겪고 있다. 효율적인 물관리를 위해서는 공급자의 일방적으로 용수공급량을 결정할 수 없으며, 수용자의 요구량을 충분히 공급하는 것은 용수공급의 안정성을 해칠 수 있다. 따라서 물관리 공급자와 수요자간의 용수공급량에 대한 타협이 필요하며, 이는 현 시점에서 관개효율을 향상과 용수공급 안정성을 달성할 수 있는 최선의 상태라 할 수 있다. 이를 위해서는 각 지역의 수리체계 특성 및 수요자의 수요패턴에 대한 분석이 필요하며, 이를 통하여 공급자와 수요자 모두를 만족시킬 수 있는 용수공급량을 산정하여야 한다. 이때 산정되는 용수공급량은 물관리의 유연성을 위하여 특정한 값이 아닌 상한과 하한이 규정된 일정한 범위로 제시되어야 한다. 따라서 본 연구에서는 우리나라의 물관리 특수성을 고려하여 공급자 및 수요자의 요구를 최대한 만족할 수 있는 일별 용수공급량의 범위를 제안하고자 한다. 이는 물관리 의사결정에 활용될 수 있으며, 용수공급의 효율성과 안정성을 최대한 만족하도록 구성하였다.

재분석 자료를 이용한 격자기반 고해상도 기상자료 생산

이성학 ( Sunghack Lee ),전혜원 ( Hyewon Jeon ),조재필 ( Jaepil Cho ) 한국농공학회 2020 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2020 No.-

농업수자원 분석에 기상청 기상관측소 자료를 활용하고 있으나 분석대상 저수지, 급수지역 등에 대한 균질하고 상세한 자료를 제공하기에는 한계가 있다. 최근 들어 농업수자원 분석에 있어 수요자의 요구를 반영한 고해상도 기상자료에 대한 수요와 사용이 증가하고 있다. 농업수자원 분석지역의 상세한 기상정보를 제공하기 위한 통계적 규모축소법은 다양한 방식으로 발전하여왔으며, 국내에서는 Parameter-elevation Regression an Independent Slope Model(PRISM)을 기반으로 기존의 관측망을 자료를 활용하여 고해상도 격자정보를 추정하는데 많이 이용하고 있다. PRISM은 미국 오리건 주립대학교에서 개발된 고해상도 격자형 기후자료 생산도구로 상세기후를 생산하는데 있어 산악의 경사방향, 거리, 고도, 해양도 등을 고려하여 효율적인 보간법을 제시하고 있다. 또한 기후변화를 활용하기 위해서는 과거 자료를 기반으로 공간적 상세화가 수행되어야 하며, 이를 위해서는 30년 이상의 과거자료를 필요로 한다. 우리나라의 경우 과거의 장기간 기상관측자료를 활용할 수 있어 기후변화자료의 공간적 상세화에 별 무리가 없으나 많은 나라에서는 장기간 과거 기상관측자료를 활용하는데 어려움이 있어 수치모델 재분석자료를 활용하여 공간적 상세화를 수행하는 방법이 사용되고 있다. 대표적인 수치모델 재분석 자료는 ECMWF의 ERA5 자료를 들 수 있다. 본 연구에서는 ERA5 수치모델 재분석 자료와 PRISM을 이용하여 우리나라 전역에 대한 격자기반 고해상도 기상자료를 생성하고 이를 종관기상관측자료(ASOS) 및 자동기상관측자료(AWS)와 비교하고 이의 활용성을 평가하고자 한다. 이는 과거의 기상자료가 부족한 국가의 기후변화자료 생산에 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

통합 물환경 관리를 위한 개방형 모델링 플랫폼 고찰

이성학 ( Sunghack Lee ),신창민 ( Changmin Shin ),이용석 ( Yongseok Lee ),조재필 ( Jaepil Cho ) 한국물환경학회(구 한국수질보전학회) 2020 한국물환경학회지 Vol.36 No.6

A modeling system that can consider the overall water environment and be used to integrate hydrology, water quality, and aquatic ecosystem on a watershed scale is essential to support decision-making in integrated water resources management (IWRM). In adapting imported models for evaluating the unique water environment in Korea, a platform perspective is becoming increasingly important. In this study, a modeling platform is defined as an ecosystem that continuously grows and provides sustainable values through voluntary participation- and interactionof all stakeholders- not only experts related to model development, but also model users and decision-makers. We assessed the conceptual values provided by the IWRM modeling platform in terms of openness, transparency, scalability, and sustainability. I We also reviewed the technical aspects of functional and spatial integrations in terms of socio-economic factors and user-centered multi-scale climate-forecast information. Based on those conceptual and technical aspects, we evaluated potential modeling platforms such as Source, FREEWAT, Object Modeling System (OMS), OpenMI, Community Surface-Dynamics Modeling System (CSDMS), and HydroShare. Among them, CSDMS most closely approached the values suggested in model development and offered a basic standard for easy integration of existing models using different program languages. HydroShare showed potential for sharing modeling results with the transparency expected by model user-s. Therefore, we believe that can be used as a reference in development of a modeling platform appropriate for managing the unique integrated water environment in Korea.

인공위성영상을 활용한 북한의 농업생산기반 실태분석

김관호,이성학,최진용,Kim, Kwanho,Lee, Sunghack,Choi, Jinyong 한국관개배수위원회 2014 한국관개배수논문집 Vol.21 No.1

In this study, Agricultural Infrastructures of Shincheon-gun in North Korea are investigated using Kompsat-2 and RapidEye satellite imagery. Target agricultural infrastructures are agricultural landuse, irrigation and drainage canals, dammed pools for irrigation and pumping stations. KOMPSAT-2 satellite imagery are use to investigate agricultural hydraulic structures and agricultural landuse are investigated by RapidEye Imagery. Geometric correction are performed using 28 GCP and QUAC method are used for atmospherical correction in all imagery. ISODATA clustering and naked-eye classification method are used for extracting agricultural hydraulic structures and Object-based analysis is applied to classifying the agricultural landuse. Extraction results of agricultural hydraulic structures and agricultural are presented and we suggest the applicability of satellite imagery to investigate agricultural infrastructures in North Korea.

새만금 간척지구의 농업용지 토지이용계획을 고려한 농업용수 수요량 산정

장정렬,이성학,조영권,최진용,Jang, JeongRyeol,Lee, SungHack,Cho, Youngkweon,Choi, JinYong 한국관개배수위원회 2014 한국관개배수논문집 Vol.21 No.1

The purpose of this study is to calculate agricultural water demand as considering landuse plan of the farm land on the Saemangeum tidal land reclamation project. This study based on the farm landuse plan(2012) and considered some items which did not included previous work like prevention water for resalinization for paddy and upland and muli-purpose water for upland. This study showed that the agricultural water demand estimated $145.123Mm^3/yr$, which is needed as much $14.792Mm^3/yr$ as more water than previous work. The difference comes from the change of unit water demand. Water demand is possible to be changed if guidelines are improved and detailed design work is completed through further study. Especially, the more studies for prevention water for resalinization in a tidal reclaimed farmland and water demand for a horticulture are needed.

통합수자원관리 적용을 위한 사례연구-평창강 유역

이미연(Lee Miyeon),강재원(Kang Jaewon),김승(Kim Sung),이성학(Lee Sunghack) 대한토목학회 2008 대한토목학회 학술대회 Vol.2008 No.10

저수지 실시간 수위 빅 데이터 품질관리 기법 연구

방재홍 ( Jae-hong Bang ),이성학 ( Sunghack Lee ),최진용 ( Jin-yong Choi ) 한국농공학회 2015 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2015 No.-

인터넷과 통신망을 통한 거대한 정보들의 흐름이 증가하고 있으며 이에 따라 빅 데이터의 효용성이 증대하고 있다. 빅 데이터란 기존 데이터베이스의 관리도구로 데이터를 다룰 수 있는 역량을 넘어서는 대량의 정형 혹은 비정형 데이터 집합으로부터 새로운 가치를 추출하고 결과를 분석하는 기술을 의미한다. 최근 ICT 기술의 발전으로 빅 데이터 분석기술, 그리고 사물 인터넷 기술이 주목받고 있는 바, 전국 수 만개에 이르는 계측 값의 효율적인 운용이 필요하며 이를 통해 통합 수리시설 및 자연재해 상황이 실시간으로 모니터링 되어져야 할 것이다. 국내 수문자료 중 빅 데이터로 분류할 수 있는 데이터는 강수자료 및 수위자료라고 할 수 있다. 현재 농업수리시설은 전국에 산재되어 있으며 저수지 약 1,600개소, 수로 약 1,200개소에 달하는 수위 센서가 운영되며 10분 단위로 실시간 수위자료가 입력되고 있다. 즉, 1개소, 1일 기준으로 144개의 자료가 존재하며 이를 1년, 2,800개소를 기준으로 하면 약 1억 5천 만 개의 자료가 실시간으로 입력되고 있으며 이는 빅 데이터로 구분되어 질 수 있다. 2013년 산대 저수지 붕괴사고는 저수지 노후화로 인한 복통에서의 누수가 장기화된 결과로 볼 수 있다. 현재 우리나라의 농업용 저수지는 전체 약 17,000개 중 16,000개가 30년 이상 된 노후저수지이며 산대 저수지와 같은 상황이 또다시 발생할 수 있다. 저수지 붕괴 및 누수를 막기 위해서는 저수지 수위 실시간 모니터링의 높은 신뢰성이 요구된다. 따라서 빅 데이터의 정확성은 실시간 모니터링에 필수적인 요소라고 할 수 있으며, 이는 정확한 수위 데이터 품질관리가 함께 수반되어야 가능하다. 하지만 현재 우리나라에는 농업용 저수지의 특성에 기반한 저수지 수위 자료 품질관리 기법에 대한 연구가 전무한 실정이며 저수지 수위 거동 특성에 관한 연구조차 거의 존재하지 않는다. 따라서 본 연구에서는 농업용 저수지의 실시간 수위자료 품질관리 기법에 대하여 연구하였으며, 이는 추후 농업용저수지 수위자료 거동 특성 분석 및 관련 연구에 사용될 수 있는 기반 자료 구축에 도움이 될 것으로 예상된다.