본 논문은 X-band 레이더 기반 파고추정 방법의 비교연구에 대한 내용으로, 신호 대 잡음비 및 음영비를 이용하였다. 신호대 잡음비의 경우 기존 파고 추정을 위한 방법으로 널리 사용되고 있으며, 음영비의 경우 새로이 제시되는 방법이다. 본 연구에 사용된 레이더 영상의 경우 울산 주전해안에서 계측된 자료이며, 기상청 등표에서 계측된 해양기상정보와 비교하였다. 자료는 약 34일동안 계측된 자료를 비교하였으며, 동해안 태풍 진출 기간 자료를 확보하여 다양한 파고분포에 대한 결과를 검증하였다. 분석 결과 음영비를 이용한 파고추정의 경우, 부이와의 보정이 필요 없는 장점과 실시간 파고 계측의 가능성을 확인하였으며, 일부 풍속, 타 물체 탐지 등 레이더 영상의 외적 요소에 의한 오차 발생의 요인을 파악하였다.
본 논문은 X-band 레이더 기반 파고추정 방법의 비교연구에 대한 내용으로, 신호 대 잡음비 및 음영비를 이용하였다. 신호대 잡음비의 경우 기존 파고 추정을 위한 방법으로 널리 사용되고 있으며, 음영비의 경우 새로이 제시되는 방법이다. 본 연구에 사용된 레이더 영상의 경우 울산 주전해안에서 계측된 자료이며, 기상청 등표에서 계측된 해양기상정보와 비교하였다. 자료는 약 34일동안 계측된 자료를 비교하였으며, 동해안 태풍 진출 기간 자료를 확보하여 다양한 파고분포에 대한 결과를 검증하였다. 분석 결과 음영비를 이용한 파고추정의 경우, 부이와의 보정이 필요 없는 장점과 실시간 파고 계측의 가능성을 확인하였으며, 일부 풍속, 타 물체 탐지 등 레이더 영상의 외적 요소에 의한 오차 발생의 요인을 파악하였다.
This paper presents a comparative study of wave height estimation method that was used for signal to noise ratio and shadowing ratio based on X-band marine radar. If the signal to noise ratio, and is widely used as a method for estimating an wave height, a new method is presented for shadowing ratio...
This paper presents a comparative study of wave height estimation method that was used for signal to noise ratio and shadowing ratio based on X-band marine radar. If the signal to noise ratio, and is widely used as a method for estimating an wave height, a new method is presented for shadowing ratio. In the case of radar images used in this study it is measuring the data from the coast of Ulsan Jujeon, compared with marine meteorological information from the Meteorological Agency measured a light beacon. We compared the measured data for about 34 days, the typhoon was measured, incluidng a period in the East Sea, and verify the results for various distribution of wave height. For estimate wave height using a shadowing ratio analysis, it does not require calibration and real-time advantages of this part, coming confirmed the possibility of the measurement, the cause detection error for radar image was caused due to determine.
This paper presents a comparative study of wave height estimation method that was used for signal to noise ratio and shadowing ratio based on X-band marine radar. If the signal to noise ratio, and is widely used as a method for estimating an wave height, a new method is presented for shadowing ratio. In the case of radar images used in this study it is measuring the data from the coast of Ulsan Jujeon, compared with marine meteorological information from the Meteorological Agency measured a light beacon. We compared the measured data for about 34 days, the typhoon was measured, incluidng a period in the East Sea, and verify the results for various distribution of wave height. For estimate wave height using a shadowing ratio analysis, it does not require calibration and real-time advantages of this part, coming confirmed the possibility of the measurement, the cause detection error for radar image was caused due to determine.
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제안 방법
첫 번째 서론에 이어, 레이더 영상 획득 및 3차원 FFT를 통해 파주기 성분 추출방법을 설명한다. 또한 음영비의 추출 방법을 소개하고, Smith model을 이용한 파고 추정방법을 제안하며, 울산 주전해안에서 계측된 자료의 해석 및 비교검증을 서술한다. 끝으로 결과 및 결론으로 이어진다.
본 논문에서는 레이더 영상 기반, 파고계측의 새로운 방법을 제시하였으며, 해당 음영비를 이용한 파고 추정법과 기존 방법들과의 비교해석 결과를 도출하였다. 파고 추정 시 대표적으로 사용되는 신호 대 잡음비 방법과 실제 기상청 등표에서 계측된 파고와 상호 비교한 결과 유사한 경향성을 확인할 수 있었으며, 파고추정의 가능성을 검증했다고 판단된다.
대상 데이터
본 연구에서는 14bit 의 신호 해상도를 가진 RSC보드와 MS社의 Windows 7(64bit) OS가 설치된 PC 및 Consillium社의 25kw급 X-밴드 레이더를 사용하였다.
특히 분석결과는 약 34일동안 계측된 자료를 활용하였으며, 2015년 15호 태풍 고니의 동해안 진출시기의 자료가 포함되어 있어 파고 범위의 다양성을 확보할 수 있었다. 이에 따라 다양한 파고에 대한 유효범위를 증명하였다.
해석된 결과는 울산 주전해안에서 2015년 4월 19일부터 2015년 9월 9일까지 계측된 레이더 영상을 이용하였으며, 기존 파고 추정 방법인 신호 대 잡음비와 본 논문에서 제시하는 음영비를 계산하여, 기상청 등표(이덕서)에서 계측된 파고와 비교 검증하였다. 기상청 등표의 경우 레이더 계측 영역 이내에 있어 직접적인 비교가 가능하고, 기상청의 검증된 자료를 사용하기 때문에 오차가 낮은 장점이 있다.
이론/모형
본 논문에서는 Canny 방법을 사용하였으며, 해당 경계선 추출 방법은 낮은 에러율, 경계선위치의 정확성, 단일 경계점에 대한 응답을 표현할 수 있어 레이더 영상과 같은 불규칙적 파랑 패턴의 경계선 검출 가능성을 높일 수 있다. 단, 복잡하고 실행시간이 타 방법에 비해 길다는 단점이 있으나, 해당연구에서는 검출 가능성에 초점을 맞추고 있어 이를 무시한다.
본 논문에서는 가장 개량된 형태인 Smith 모델을 이용하여 파고를 추정한다(Gangeskar, 2014). 첫 번째 서론에 이어, 레이더 영상 획득 및 3차원 FFT를 통해 파주기 성분 추출방법을 설명한다.
성능/효과
본 논문에서는 레이더 영상 기반, 파고계측의 새로운 방법을 제시하였으며, 해당 음영비를 이용한 파고 추정법과 기존 방법들과의 비교해석 결과를 도출하였다. 파고 추정 시 대표적으로 사용되는 신호 대 잡음비 방법과 실제 기상청 등표에서 계측된 파고와 상호 비교한 결과 유사한 경향성을 확인할 수 있었으며, 파고추정의 가능성을 검증했다고 판단된다.
후속연구
하지만 레이더 영상 획득 시, 낮은 풍속, 선박 및 기타 물체에 의한 레이더신호의 이상과 해상도를 저감하는 문제가 발생할 경우 파고 추정의 정확도가 다소 떨어질 수 있다는 단점을 가진다. 향후 다양한 실험적 고찰과 이론적 검증을 통해 이러한 단점이 보완될 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
파랑 요소에 대한 정확한 파악을 위해 사용된 가장 오래된 방법은 무엇인가?
따라서 파랑 요소에 대한 정확한 파악은 중요하며 과거부터 지속적인 연구가 수행되어 왔다. 가장 오래된 대표적인 방법으로는 부이(buoy)를 이용하며, 일정시간동안 계측된 자료의 통계처리를 통해 파랑의 특성을 분석한다. 또한 부이는 망실의 위험성과 설치, 유지, 및 보수비용이 높은 단점이 있으나, 제자리(in-situ) 계측방식의 특징인 정확성의 장점을 가지고 있다.
파랑의 특징은 무엇인가?
파랑은 해양에서의 부유체와 해양구조물의 외력으로 작용하며 구조적 손상과 동역학적 안정성을 좌우하고, 해안에 있어서는 해안선의 침식 및 이상 고파 등 다양한 현상을 유발하는 요소이다. 따라서 파랑 요소에 대한 정확한 파악은 중요하며 과거부터 지속적인 연구가 수행되어 왔다.
부이의 장단점은?
가장 오래된 대표적인 방법으로는 부이(buoy)를 이용하며, 일정시간동안 계측된 자료의 통계처리를 통해 파랑의 특성을 분석한다. 또한 부이는 망실의 위험성과 설치, 유지, 및 보수비용이 높은 단점이 있으나, 제자리(in-situ) 계측방식의 특징인 정확성의 장점을 가지고 있다. 전자기파를 이용하는 원격계측(remote sensing) 방법은 in-situ 방법에 비해 정확성은 다소 떨어질 수 있으나, 광범위한 영역의 실시간 계측과 높은 경제성의 장점이 있어 현재 빈번히 활용되고 있다.
참고문헌 (5)
Atanassov, V., W. Rosenthal and F. Ziemer(1985), "Removal of ambiguity of two-dimensional power spectra obtained by processing ship radar images of ocean waves," J. Geophys. Res., Vol. 90, No. C1, pp. 1061-1067.
Gangeskar, R.(2014), "An Algorithm for Estimation of Wave Height From Shadowing in X-band Radar Sea Surface Images", IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, Vol. 52, No. 6, pp. 3373-3381.
Sadiku, M. N. O. and S. R. Nelatury(2006). "A Comparison of Models for Shadowing Functions for Random Rough Surfaces, SoutheastCon, Proceedings of the IEEE, Memphis, pp. 11-15.
Smith, B. G.(1967), "Geometric shadowing of a random rough surface," IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol AP-15, No. 5, pp. 668-671.
Young, I. R., W. Rosenthal and F. Ziemer(1985), "A three-dimensional analysis of marine radar images for the determination of ocean wave directionality and surface currents," J. Geophys. Res., Vol. 90, No. C1, pp 1049-1059.
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