[논문]아리랑위성1호EOC영상촬영의 지향정확도분석

전갑호; 김윤수; 서두천

아리랑위성1호EOC영상촬영의 지향정확도분석
Analysis of the Targeting Accuracy of KOMPSAT-1 EOC 원문보기

전갑호 (원격탐사그룹) , 김윤수 (원격탐사그룹) , 서두천 (위성정보처리그룹)

현재 아리랑위성 1호는 임무목표 기간인 3년을 초과하여 7년째 정상적으로 운영되고 있는데, 양호한 위성체의 상태를 고려할 때 앞으로도 수년간의 정상적인 운영이 예상되어진다. 하지만, 촬영 계획된 지점과 영상의 중심이 일치하는가에 대한 의문은 꾸준하게 제기되어 왔으며, 최근 에베레스트산에 대한 스테레오 촬영임무를 수행하는 과정에서 원하는 지역이 중심을 빗겨 촬영되는 현상을 보이기도 했다. 본문에서는 2000년부터 2005년 현재까지 아리랑위성 1호 EOC 센서로 촬영 목표한 지점과 획득된 영상의 중심점간의 거리(error distance)를 시기별/자세별로 살펴보아 그 정도를 계량화하여 효과적인 영상자료수집 방안을 모색하고자 한다.

At present the KOMPSAT-1 is operating for seven years, though mission life time was only three years. We expect the KOMPSAT-1's mission for several years ahead, considering the KOMPSAT-1's current conditions. However, a question that the plan and the result was not equal have being arises. Recently, we attempted to take a picture of the Mount Everest. But we don't take a picture of the Mount Everest in the center of image. This paper make clear the difference between target center from operating commender and image center from received data, for the continual and stable KOMPSAT operation.

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문제 정의

향후 이러한 요인들을 고려하여 분석함으로써 발생되는 지향 오차의 원인을 규명하고자 한다. 그리고 아리랑 2 호 운영에 있어서도 동일한 오차의 발생 여부를 연계하여 살펴보고자 한다.
본문에서는 2000년부터 2005년 현재까지 아리랑위성 1호 EOC 센서로 촬영 목표한 지점과 획득된 영상의 중심점간의 거리(error distance)를시기별/자세별로 살펴보아 그 정도를 계량화 함으로써 효과적인 영상자료수집 방안을 모색하고자 한다,
추출하게 된다. 전체 패스 이미지를 이용하여 작업할 경우 불필요한 지역이 포함되어 작업의 효율성이 떨어질 뿐 아니라, 기하보정시 부정확한 기준 위치정보로 인한 오차의 전파가 예상되기 때문에 분석에 필요한 부분만을 추출해서 살펴보고자 한다.
살펴볼 필요성이 있다. 향후 이러한 요인들을 고려하여 분석함으로써 발생되는 지향 오차의 원인을 규명하고자 한다. 그리고 아리랑 2 호 운영에 있어서도 동일한 오차의 발생 여부를 연계하여 살펴보고자 한다.

제안 방법

비교하였다.(부록참조) 또한 위경도 값으로 계획된 촬영중심점은 계산을 용의하게 하기 위하여 meter 단위의 UTM 좌표계로 변환하여 정리하였다.
촬영 계획을 수립함에 있어 안정성을 높이기 위해서는 지향오차에 대한 고려가 필요한데, 이 때 최근에 발생하고 있는 지향오차 경향을 살펴볼 필요성이 있다. 6개월간 수집된 한반도 영상들 중 지향오차 계산이 가능한 11개 패스 영상에 대해 동일한 조건으로 촬영중심과 영상중심점을 구하고, 그 차이를 그래프로 표시하면 그림 6과 같다. 이상의 자료를 통해 최근에 촬영되고 있는 패스들에 있어서도 +/- 2km 내외의 지향 오차가 발생하고 있음을 확인할 수 있다.
각각 영상들에 대해 동일한 작업 공정을 거처 계획된 촬영중심점(Target Point)와 촬영된 영상의 중심점 (Image Center Point)< 구하여 그 차이를 비교하였다.(부록참조) 또한 위경도 값으로 계획된 촬영중심점은 계산을 용의하게 하기 위하여 meter 단위의 UTM 좌표계로 변환하여 정리하였다.
기준영상은 1픽셀 이하의 RMSE(root mean square error)를 가지게끔 정사보정된 영상을 활용하였으며, 영상처리 목적상 정밀한 정확도가 요구되지는 않기 때문에 분석 영상의 기하 보정은 2픽셀 이하의 RMSE값을 가지게끔 처리하였다. 좌표체계는 UTM WGS84 타원체를 기준으로 처리하였다.
이때 약 12만 라인의 영상이 획득되는데, 기하보정 등 후처리 작업을 원활하게 하기위해 촬영 계획된 위치를 중심으로 약 5, 000라인의 영상만을 추출한다. 셋째, 기준 영상을 이용한 기하보정 수행. 두 번째 과정을 통해 추출된 영상은 기준영상을 이용하여 기하 보정을 수행한다.
이상의 작업은 PCI Geomatica 9.1.6, Arcview 3.2, Arcgis 및 Autocad 프로그램을 통해 수행하였으며, 각각 단계별로 구체적인 내용은 다음과 같다.
(부록참조) 분석에 사용될 자료는 지상 기준점 획득이 용이한 한반도 대도시 인근 지역을 촬영한 영상을 대상으로 하며, 촬영 계획된 지역 주변의 대기상태가 양호하여 지표의 식별이 용이한 영상을 대상으로 한다. 이상의 조건을 만족하는 영상들 중 일년을 상/하반기로 구분하여 촬영 모드의 Tilt 각이 +축으로 큰 영상과 -축으로 큰 영상, 그리고 연직(Nadir)에 가까운 영상을 각각 하나씩 선택 하였다.

대상 데이터

활용하였다. (부록참조) 분석에 사용될 자료는 지상 기준점 획득이 용이한 한반도 대도시 인근 지역을 촬영한 영상을 대상으로 하며, 촬영 계획된 지역 주변의 대기상태가 양호하여 지표의 식별이 용이한 영상을 대상으로 한다. 이상의 조건을 만족하는 영상들 중 일년을 상/하반기로 구분하여 촬영 모드의 Tilt 각이 +축으로 큰 영상과 -축으로 큰 영상, 그리고 연직(Nadir)에 가까운 영상을 각각 하나씩 선택 하였다.
아리랑위성 1호 EOC 시기별 지향정확도 경향 파악을 위해 총 36개 패스를 선별하여 분석에 활용하였다. (부록참조) 분석에 사용될 자료는 지상 기준점 획득이 용이한 한반도 대도시 인근 지역을 촬영한 영상을 대상으로 하며, 촬영 계획된 지역 주변의 대기상태가 양호하여 지표의 식별이 용이한 영상을 대상으로 한다.
첫째, 분석대상영상의 선별. 아리랑위성 1호가 정상 운영을 시작한 2000년도부터 2005년 현재까지 획득된 한반도 영상을 대상으로 구름 및 대기의 상태, Tilt각의 특성, 촬영 계획점의 위치 등을 고려하여 선별하였다. 둘째, 촬영대상지역의 추출.

성능/효과

아리랑위성 1호 EOC 촬영에 있어 지향 오차는 운영초기부터 존재하여 왔으며, 대부분 약 2km내의 지향오차를 보이지만, Tilt 각이 크기에 따라 5km까지 오차를 보이는 경우도 있음이 확인되었다. 최근 6개월간에 계획/수집된 영상에서의 지향오차 경향을 살펴보면 오차의 정도가 +/-2km 내에 존재함을 알 수 있었다.
이 표를 통해 아리랑위성 1호의 一 지향 오차를 살펴보면 Tilt 값이 -5° ~ +5° 사이로 연직 (Nadir)에 가깝게 촬영된 경우에는 약 -1km ~ L5km 범위 내에서 지향오차가 발생하는 것으로 나타나고 이으며, +/-15°이상 tilt 값을 증가 시켜 촬영할 경우에는 +/- 5km 정도의 지향오차가 발생할 수 있음이 확인된다.
6개월간 수집된 한반도 영상들 중 지향오차 계산이 가능한 11개 패스 영상에 대해 동일한 조건으로 촬영중심과 영상중심점을 구하고, 그 차이를 그래프로 표시하면 그림 6과 같다. 이상의 자료를 통해 최근에 촬영되고 있는 패스들에 있어서도 +/- 2km 내외의 지향 오차가 발생하고 있음을 확인할 수 있다.
지난 6년의 운영기간동안 아리랑위성 1호 EOC 센서의 지향오차는 이상에서 밝힌바와 같이 불규칙적으로 존재하여 왔음을 확인하였다. 촬영 계획을 수립함에 있어 안정성을 높이기 위해서는 지향오차에 대한 고려가 필요한데, 이 때 최근에 발생하고 있는 지향오차 경향을 살펴볼 필요성이 있다.

후속연구

특히 한반도 전지역에 대한 영상획득과 대도시지역에 대한 시기별 영상획득 임무를 성공적으로 수행하고 있으며, 해외 주요도시에 대한 영상자료도 상당수 확보하였다. 그리고 아리랑위성 1호의 현재 상태를 고려할 때 향후에도 지속적인 임무 수행이 가능할 것으로 판단된다.

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