[논문]다중시기 SAR 영상을 이용한 시계열 변위 관측기법 비교 분석

김상완

doi:10.7780/kjrs.2010.26.2.143

다중시기 SAR 영상을 이용한 시계열 변위 관측기법 비교 분석
A Comparison of InSAR Techniques for Deformation Monitoring using Multi-temporal SAR 원문보기

대한원격탐사학회지 = Korean journal of remote sensing, v.26 no.2, 2010년, pp.143 - 151

김상완 (세종대학교 지구정보공학과)

초록
AI-Helper

다중시기에 획득된 SAR 영상을 이용하여 지표에서 발생하는 변위의 시계열 관측을 위한 기법에 대한 비교 분석을 수행하였다. 고정산란체를 이용한 PSInSAR 기법은 구속화된 위상을 이용하기 때문에 알고리즘의 많은 부분이 비선형 방정식을 포함하고 있어, 알고리즘 적용에 많은 주의를 필요로 한다. 특히 알고리즘 첫 단계인 고정산란체 후보의 적합한 선택 여부에 따라 알고리즘의 실행이 크게 영향을 받음을 확인하였다. 한편 짧은 기선거리를 갖는 간섭쌍을 사용하는 SBAS 기법은 입력 자료인 불구속화된 간섭도의 정확도에 따라 결과의 신뢰성이 크게 영향을 받는다. 따라서 시계열 분석에 사용되는 차분간섭도 위상의 unwrapping이 적절하게 수행될 수 있을 경우 SBAS 방법을 사용한 시계열 분석이 적절하며, unwrapping 오차가 발생할 가능성이 높은 좁은 지역에서 발생하는 국지적인 변위 관측에는 고정산란체를 이용하는 PSInSAR 기법이 적절하다. 미국 라스베가스 지역에서 1992년부터 2000년 동안 획득된 51개의 ERS-1/2 SAR 영상을 PSInSAR 기법 및 SBAS 기법에 적용하여 지표변위도를 구하였으며, 이들 간의 비교 분석을 통해 두 방법의 결과는 매우 유사하나, 다소 국지적인 지표변위는 PSInSAR 기법의 관측이 유리한 것으로 판단되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

We carried out studies on InSAR techniques for time-series deformation monitoring using multi-temporal SAR. The PSInSAR method using permanent scatterer is much more complicate than the SBAS because it includes many non-linear equation due to the input of wrapped phase. It is conformed the PS algorithm is very sensitive to even PSC selection. On the other hand, the SBAS method using interferogram of small baseline subset is simple but sensitive to the accuracy of unwrapped phase. The SBAS is better method for expecting not significant unwrapping error while PSInSAR is more proper method for expecting local deformation within very limited area. We used 51 ERS-1/2 SAR data during 1992-2000 over Las Vegas, USA for the comparison between PSInSAR and SBAS. Both PSInSAR and SBAS show similar ground deformation value although local deformation seems to be detected in the PSInSAR method only.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

초기 PSC의 선택 목적은 보다 신뢰성 있는 화소를 먼저 선택하여 변위성분과 DEM 오차성분을 구하고, 이로부터 대기성분에 의한 위상지연을 구하여 연구지역 전지역에 걸쳐 시계열 대기성분을 구해 제거하고자 하는 것이다. 따라서, 연구지역 전체에 걸쳐 고루 PSC가 분포하는 것이 필요하다.

가설 설정

3) 최소 진폭분산지수가 일정값 이상이면 긴밀도 영상을 이용한다.
4) 일정값 이상의 높은 긴밀도를 갖는 간섭쌍의 수가 높은 점들은 먼저 선택한다.

제안 방법

연구에 사용된 영상의 목록은 Table 1과 같다. PSInSAR 기법 적용을 위해 1997년 2월 28일 자료를주영상으로 사용하였으며, SRTM 1-arc DEM을 사용하여 총 50개의 차분 간섭도를 제작하였다.
제작된 간섭도 중 긴밀도가 높은 간섭도만을 선택하여 초기 선형 지표변위와 사용된 DEM의 오차를 관측한다. 관측된 선형 지표변위와 DEM 오차를 불구속화된 위상으로부터 제거한 후 잔여위상을 다시 unwrapping함으로써 긴밀도가 높지 않은 간섭쌍에 의한 오류를 줄였다.
기존 PSC 선정 방법과 개발된 알고리즘과의 비교를 위해, 먼저 진폭분산지수 값만을 이용하여 PSC를 구하였다. 영상 내에서 진폭분산지수가 0.
특히 국내 최초의 SAR 위성인 다목적 실용위성 5호의 개발에 따라 이러한 기술에 대한 개발 요구가 증대하고 있다. 본 연구에서는 다중 시기에 획득된 SAR를 활용한 시계열 분석 알고리즘의 장단점에 대한 소개와 더불어 개발된 PSInSAR 및 SBAS 알고리즘을 이용하여 지표변위를 분석한 결과를 비교하였다.
하지만 이러한 진폭분산지수(Da)는 화소의 SNR이 높은 경우에는 효과적이지만 화소의 SNR이 낮은 경우에는 효과적이지 않다. 본 연구에서는 진폭분산지수 뿐만 아니라 간섭쌍으로부터 계산되는 긴밀도 영상으로부터 계산된 평균 긴밀도 영상과 일정 값 이상의 높은 긴밀도를 가지고 있는 간섭쌍의 수를 활용하여 추가적으로 PSC를 선택하는 방법을 개발 적용하였다. 개발된 PSC 선출 알고리즘에 사용되는 자료는 다음과 같다.
기존의 진폭분산지수 만을 사용하여 PSC 선택 방법하는 방법은, 일정 지역에 PSC가 전혀 존재하지 않는 지역이 발생할 수 있고 이러한 지역에서는 정확한 대기성분 추정이 불가능하게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 일정한 크기의 격자를 구성하고 각 격자내에서 최소한 한점 이상의 PSC를 선택하는 방법을 사용하였다.
4와 같다. 제작된 간섭도 중 긴밀도가 높은 간섭도만을 선택하여 초기 선형 지표변위와 사용된 DEM의 오차를 관측한다. 관측된 선형 지표변위와 DEM 오차를 불구속화된 위상으로부터 제거한 후 잔여위상을 다시 unwrapping함으로써 긴밀도가 높지 않은 간섭쌍에 의한 오류를 줄였다.

대상 데이터

개발된 알고리즘의 적용 결과를 확인하기 위하여 미국 라스베가스 지역의 ERST/2 SAR 영상을 이용하였다. 사용된 영상은 1992년 4월 - 2000년 9월 동안 획득된 51개의 영상으로 Track 356, Frame 2878에 해당한다.
달한다. 방사보정된 51개의 ERS-1/2 SAR 진폭영상으로부터 평균 진폭영상을 구하였다(Fig. 5(a)).
사용된 영상은 1992년 4월 - 2000년 9월 동안 획득된 51개의 영상으로 Track 356, Frame 2878에 해당한다. 연구에 사용된 영상의 목록은 Table 1과 같다.
영상 내에서 진폭분산지수가 0.25 이하인 화소를 선택한 결과 총 3, 401개의 PSC가 선정되었다. Fig.
6(c)와 같다. 총 6781개의 RSC가 선택되었으며, 이로부터 구성된 네트워크는 단일 네트워크로 총 20242의 연결고리를 가지고 있다(Fig. 6(d)).

데이터처리

7(a)과 같다. 본 연구에서 구한 PSInSAR 결과를 SBAS 결과와 비교해 보기 위하여 동일 SAR 자료를 이용하여 Fig. 4의 SBAS 알고리즘에 적용하여 지표변위 분석을 수행하였다. SBAS 분석은 31개의 간섭쌍을 사용하여 수행하였으며, SBAS 분석에 의해 계산된 LOS 방향의 지표변위도는 Fig.

이론/모형

6(a)에서 보는 바와 같이 선정된 대부분의 화소는 도심 밀집지역에만 분포하고 있어 비 도심지역의 적용에 문제가 있다. 선정된 3401개의 PSC를 이용하여 상대적인 변위속도와 DEM 오차를 구하기 위하여 Delaunay 삼각형을 이용하여 네트워크를 구성하였다. 초기 삼각망을 구성한 후 대기영향 성분 분석 시 위상 알리아싱에 의한 오류를 줄이기 위해 연결 거리가 2km 이상인 선들을 제거하였으며, 이에 따라 완전히 고립된 PSC는 다시 제거되었다.
기선거리에 의한 decorrelation을 줄이기 위해 기선거리가 짧은 간섭쌍들 만을 사용하였으며, 변위량이 아니라 변위 속도의 minimum-norm 기준에 근거한 해를 구한 후 속도를 적분해 변위량을 구하는 방법을 사용하였다. 이때 minimum-norm을 구하기 위해 SVD 방법을 사용하였다. 이 방법은 최대한 많은 자료를 시계열분석에 이용할 수 있으며 공간적으로 많은 관측점에서 변위도를 구할 수 있다는 장점이 있다.

성능/효과

3) 변위 속도: 지상 목표물의 변위 속도는 느리고 선형의 변위에 가까워야 관측 정밀도가 좋다.
7(b)와 같다. 31개의 간섭쌍으로부터 계산된 지표변위도와 PSInSAR 기법로부터 계산된 지표변위도는 거의 일치함을 알 수 있다. 두 방법에 의한 관측결과를 정량적으로 비교하기 위하여 PSInSAR로부터 구한 LOS 변위값과 SBAS로부터 구한 LOS 변위값의 산포도를 작성한 결과는 Fig.
한편 짧은 기선거리를 갖는 간섭쌍을 사용하는 SBAS 기 법은 불구속화된 위상을 이용하므로 알고리즘이 단순하여 항상 시계열 분석에 대한 해를 구할 수는 있지만, 입력 자료인 불구속화된 간섭도의 정확도에 따라 결과의 신뢰성이 크게 영향을 받는다. 따라서 시계열 분석에 사용되는 차분간섭도 위상의 unwrapping0] 적절하게 수행될 수 있을 경우 SBAS와 같은 다중 주영상을 사용하는 시계열 분석이 적절하며, unwrapping 오차가 빌생할 가능성이 높은 좁은 지역에서 발생하는 빠른 속도의 변위 관측에는 PSInSAR 기법이 적절하다.
미국 라스베가스 지역에서 1992년부터 2000년 동안 획득된 51개의 ERST/2 SAR 영상을 PSInSAR 기법및 SBAS 기법에 적용하여 지표변위도를 구하였으며, 이들 간의 비교 분석을 통해 두 방법의 결과는 매우 유사하나 다소 국지적인 지표변위는 PSInSAfJ 기법의 관측이 유리한 것으로 판단되었다.
필요로 한다. 특히 알고리즘 첫 단계인 고정산란체 후보의 적합한 선택 여부에 따라 알고리즘의 실행이 크게 영향을 받음을 확인하였다. 한편 짧은 기선거리를 갖는 간섭쌍을 사용하는 SBAS 기 법은 불구속화된 위상을 이용하므로 알고리즘이 단순하여 항상 시계열 분석에 대한 해를 구할 수는 있지만, 입력 자료인 불구속화된 간섭도의 정확도에 따라 결과의 신뢰성이 크게 영향을 받는다.

참고문헌 (17)

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원문보기 상세보기
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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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