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[국내논문] kNN 알고리즘과 계절별 Landsat TM 위성영상을 이용한 단양군 지역의 지상부 바이오매스 탄소저장량 추정
Estimation of Aboveground Biomass Carbon Stock in Danyang Area using kNN Algorithm and Landsat TM Seasonal Satellite Images 원문보기

한국지형공간정보학회지 = Journal of the korean society for geospatial information science, v.18 no.4, 2010년, pp.119 - 129  

정재훈 (연세대학교 토목환경공학과) ,  허준 (연세대학교 토목환경공학과) ,  유수홍 (연세대학교 토목환경공학과) ,  김경민 (국립산림과학원) ,  이정빈 (국립산림과학원)

초록
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원격탐사 자료와 현장 자료를 이용한 산림 바이오매스 탄소량 추정은 전 세계적으로 각광을 받고 있으며, 국내의 경우 2010년 국립산림과학원에서 개발한 수종별 탄소배출계수를 통해 보다 정확한 탄소량 추정이 가능하게 되었다. 본 연구에서는 2006년부터 2009년까지 구축된 제5차 국가산림자원조사(National Forest Inventory, NFI) 자료를 기반으로 k-Nearest Neighbor(kNN) 알고리즘을 이용하여 충청북도 단양군의 지상부 바이오매스 탄소량을 추정하였다. 원격탐사 자료로는 계절 변화가 뚜렷한 한반도의 기후가 산림 지역의 분광 특성 및 이에 따른 탄소량 추정에 미치는 영향을 조사하기 위해 2004년부터 2005년까지 계절별로 취득된 Landsat TM 위성영상을 이용하였다. 분석결과 단양군 지역의 지상부 바이오매스 총 탄소량은 최대 3542768.49tonC에서 최소 3329037.51tonC 사이로 추정되었으나, 계절에 따른 특정 경향은 발견되지 않았다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The joint use of remotely sensed data and field measurements has been widely used to estimate aboveground carbon stock in many countries. Recently, Korea Forest Research Institute has developed new carbon emission factors for kind of tree, thus more accurate estimate is possible. In this study, the ...

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문제 정의

  • 본 연구에서는 이러한 수종별 탄소배출계수를 적용하여 2006∼2009년 사이에 구축된 제5차 NFI 자료를 기반으로 표본점별 탄소량을 추정하였고, kNN 알고리즘을 통해 충청북도 단양군 지역의 전체 탄소저장량을 추정하고자 하였다.
  • 비산림 지역의 제거에는 2007∼2009년 사이에 단양군에서 구축한 1:5000 정밀임상도가 사용되었으며, 위성영상으로는 2004∼2005년 사이에 계절별로 취득된 Landsat TM 영상을 이용하여 계절 변화가 뚜렷한 한반도의 기후 특성이 탄소량 추정에 미치는 영향을 분석하고자 하였다.
  • 이러한 계절적 특성에 따라 산림의 분광 특성 역시 변화하며, 탄소량 추정에 영향을 미칠 수 있을 것으로 판단된다. 따라서 본 연구에서는 단양군을 대상으로 계절별 위성 자료(봄, 여름, 가을, 겨울)를 취득하고 계절 변화에 따른 산림탄소저장량 추정에 있어 총 탄소량과 오차 양상을 분석하고자 하였다.
  • 국가산림자원조사는 전국 산림을 과학적인 방법으로 조사·평가하여 국가산림자원기본통계를 확보하고, 산림자원의 변화 동태를 주기적으로 파악함으로서 지속가능한 산림경영 실천을 위한 산림기본계획 및 산림정책 수립의 기본 자료 제공을 목적으로 시행되었다.
  • 따라서 수평참조점의 범위를 동일한 특성을 갖는 구역으로 구분하여 목표점과 동일한 조건 내에서 선정하는 것이 보다 정확한 추정치를 계산할 수 있다(임종수 외, 2009). 본 연구에서는 이러한 참조점의 범위를 목표점 반경 20km, 30km, 그리고 대상 지역을 전부 포함하는 40km 세 가지로 설정하고, 수평 참조범위에 따른 정확도를 분석하여 단양군 지역에서의 최적 수평참조범위를 찾고자 하였다.
  • 단양군 지역의 계절별 탄소량을 추정하기 전, 최적 수평참조범위와 k 값을 선정하기 위한 선행 연구를 수행하였다. 자료로는 단양군을 대상으로 봄(2004/04/09), 여름(2004/08/31), 가을(2005/11/22), 겨울(2004/01/20)에 취득된 Landsat TM 위성영상을 이용하였으며, 전처리 과정으로 모든 영상에 대해 기하보정, 방사보정 및 경사보정을 수행하였다.
  • 본 연구에서는 충청북도 단양군을 대상으로 제5차 NFI 자료 및 계절별 Landsat TM 위성영상자료를 활용하여 지상부 바이오매스 탄소량을 추정하고, 이를 지도화하는 연구를 수행하였다. 탄소량 추정에는 kNN 알고리즘을 이용하였으며, leave-one-out 교차 검증법을 통해 정확도 분석을 수행하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
TM 센서란 무엇인가? Landsat TM 센서시스템은 Landsat 4호와 5호에 탑재되어 1982 년 6월 16일과 1984년 3월 1일에 각각 발사되었다. TM 센서는 가시광선, 근적외선, 중적외선 및 열적외선 영역에서의 에너지를 기록하는 휘스크부룸 방식의 광학센서 시스템이다. 밴드 1에서 5까지와 밴드 7의 경우 30m☓30m의 공간해상도를 가지며, 열적외선 영역의 자료를 수집하는 밴드 6은 120m×120m의 공간해상도를 가지고 있다(임정호 외, 2005).
산림은 야외 조사를 실시한 면적이 증가할수록 어떤 특징이 나타나는가? 산림은 지형, 토양, 그리고 기후 조건에 따라 임분 구조가 상이하다. 또한 야외 조사를 실시한 면적이 증가 할수록 영상의 분광값들이 매우 다양하게 나타나게 된다. 따라서 수평참조점의 범위를 동일한 특성을 갖는 구역으로 구분하여 목표점과 동일한 조건 내에서 선정하는 것이 보다 정확한 추정치를 계산할 수 있다(임종수 외, 2009).
위성영상을 이용한 방법의 장점은 무엇인가? 이러한 산림 탄소저장량을 주기적으로 모니터링하기 위한 방법으로 최근 위성영상을 활용한 원격탐측이 각광을 받고 있다. 위성영상을 이용한 방법은 기존 현장 측량 방법에 비해 시간과 인력의 소요를 효과적으로 줄일 수 있을 뿐만 아니라 표본점 이외의 탄소분포량도 추정할 수 있다는 장점이 있다. 탄소량 추정에는 Regression model, Direct Radiometric Relationship(DRR), BIOmass from Cluster Labeling Using Structure and Type (BioCLUST), k-Nearest Neighbo(kNN)와 같은 다양한 방법이 사용되고 있으며, 특히 kNN 알고리즘은 최근 탄소량 추정에 있어 전 세계적으로 각광을 받고 있다.
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참고문헌 (21)

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  9. Jensen, R. J., 2005, 원격탐사와 디지털 영상처리, 시그마프레스, pp.59-65. 

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  11. CIVCO,, D. L.,, 1989, Topographic normalization of Landsat thematic mapper digital imagery, Photogrammetric Engineering and Remote Sensing,. Vol.55. pp.1303-1309. 

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  20. Reese, H., Nilsson, M., Pahlen, T. G., Hagner, O., Joyce, S., Tingelof, U., Egberth, M., and Olsson, H., 2003, Countrywide Estimates of Forest Variables Using Satellite Data and Field Data from the National Forest Inventory, Royal Swedish Academy of Sciences, Vol.32, No.8, pp.542-548. 

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