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Landsat-8 OLI 영상과 식생 및 수분지수를 이용한 하천유역 토지피복분류 정확도 개선
Improving Accuracy of Land Cover Classification in River Basins using Landsat-8 OLI Image, Vegetation Index, and Water Index 원문보기

한국지리정보학회지 = Journal of the Korean Association of Geographic Information Studies, v.19 no.2, 2016년, pp.98 - 106  

박주성 (경북대학교 융복합시스템공학부) ,  이원희 (경북대학교 융복합시스템공학부) ,  조명희 (경북대학교 융복합시스템공학부)

초록
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원격탐사는 관찰하고자 하는 지역을 직접 방문하지 않고, 영상만으로도 적은 비용으로 짧은 시간 안에 대상지역을 연구하는데 있어 효율적인 기술이다. 본 연구에서는 가장 최근에 발사된 Landsat-8 OLI(Operational Land Imager) 영상을 이용하여 하천유역의 토지피복분류 정확도를 개선하는 방법을 제안하였다. 제안된 방법 중 첫 번째로 Landsat-8 OLI 영상을 이용하여 정규식생지수인 NDVI(Normalized Difference Vegetation Index)와 정규수분지수 NDWI(Normalized Difference Water Index)를 생성하였다. 두 번째로 원래의 영상에 생성된 NDVI와 NDWI 2개의 밴드를 Layer-Stacking하여 새로운 영상을 만들었다. 마지막으로 기존의 영상과 밴드조합을 적용한 새로운 영상에 각각 MLC(Maximum Likelihood Classification), SVM(Support Vector Machine)의 감독분류를 적용하였다. 하천피복분류를 할 때 정확도를 개선하는데 있어 그 의미가 있으며, 분류결과 MLC 분류방법을 적용하였을 때 약 8% 이상, SVM 분류방법을 적용하였을 때 약 1.6% 정도 개선되었다. 향후 다양한 영상과 밴드조합을 통한 연구가 이루어진다면 보다 나은 의사결정에 도움이 될 것으로 사료된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Remote sensing is an efficient technology for observing and monitoring the land surfaces inaccessible to humans. This research proposes a methodology for improving the accuracy of the land cover classification using the Landsat-8 operational land imager(OLI) image. The proposed methodology consists ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • , 2014)등과 같이 감독 분류 기법들을 이용하여 토지피복분류에 관한 정확도 평가를 위한 연구나 특정 밴드를 이용한 식생지역 추출, 수계지역추출 등과 같이 정확도를 얻기 위한 연구들이 주를 이루고 있으며, 본 연구에서는 이러한 정확도를 향상 하고자 하는 방법을 제안하였다. Landsat 위성영상 중에서 가장 최근 2013년 2월 11일에 발사된 Landsat-8 OLI 영상을 활용하여 하천 피복분류를 할 때 정확도가 어떻게 변화하는지 분석하고자 하였으며 이를 기반으로 NDVI와 NDWI 밴드를 조합했을 때 영상의 활용 가능성을 제시하는데 그 목적이 있다.
  • 이때 사용한 분류기법으로는 MLC와 SVM과 같은 감독분류를 이용하여 정확도를 확인하고 정확도 개선에 관한 연구를 하고자 한다. 기존 연구에서는 다양한 위성영상을 이용한 연구(Kang et al., 2009), 감독분류가 아닌 무감독 분류의 한 종류인 ISODATA 기법을 RapidEye 영상으로부터 하천을 추출하는 연구(Jo, 2012), 고해상도 영상을 활용한 연구(Kim et al., 2014)등과 같이 감독 분류 기법들을 이용하여 토지피복분류에 관한 정확도 평가를 위한 연구나 특정 밴드를 이용한 식생지역 추출, 수계지역추출 등과 같이 정확도를 얻기 위한 연구들이 주를 이루고 있으며, 본 연구에서는 이러한 정확도를 향상 하고자 하는 방법을 제안하였다. Landsat 위성영상 중에서 가장 최근 2013년 2월 11일에 발사된 Landsat-8 OLI 영상을 활용하여 하천 피복분류를 할 때 정확도가 어떻게 변화하는지 분석하고자 하였으며 이를 기반으로 NDVI와 NDWI 밴드를 조합했을 때 영상의 활용 가능성을 제시하는데 그 목적이 있다.
  • 본 연구에서는 다양한 연구 분야에서 활용되고 있는 미국의 Landsat위성으로, 2013년 발사된 Landsat-8 OLI 영상을 이용하여, 경상남도 창녕군 일대(15km×15km)의 토지피복분류를 하기 위해 감독 분류기법을 수행하였다.
  • 기존의 영상과 새로 생성된 영상에 각각 감독분류를 수행하여 분류정확도를 비교(Sakong and Im, 2003), 정확도를 보다 개선하기 위한 방안을 확인하고 검증 할 것이다. 이때 사용한 분류기법으로는 MLC와 SVM과 같은 감독분류를 이용하여 정확도를 확인하고 정확도 개선에 관한 연구를 하고자 한다. 기존 연구에서는 다양한 위성영상을 이용한 연구(Kang et al.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
Layer-Stacking 기법이란 무엇인가? 마지막으로는 Layer-Stacking 기법을 이용하였다. Layer-Stacking 기법이란 사용하고자 하는 밴드를 하나의 새로운 영상으로 조합하는 기능이다. 기존의 영상과 Landsat-8 OLI의 11개 밴드 중 2개의 열 밴드를 제외한 9개의 밴드와 추가로 얻어진 NDVI, NDWI 밴드를 이용하여 새로운 영상을 생성하였으며, 이렇게 얻어진 새로운 영상에 각각 감독분류의 종류인 MLC기법과 SVM을 각각 적용하여 그 결과를 분석하였다.
Landsat-8 OLI 위성의 공간해상도는 어떤 특징이 있는가? Landsat-8 OLI 위성은 Landsat Series 중에서 2013년 2월11일 가장 최근에 발사된 위성으로 OLI와 TIRS(Thermal Infrared Sensor)의 센서가 탑재 되어있다. 가시영역의 공간해상도는 30m로 기존의 해상도와 동일하지만 열적외선밴드의 공간해상도는 100m로 낮아졌다. 열적외선 밴드의 파장영역은 기존의 밴드와 유사하지만 밴드의 수가 1개에서 2개로 늘어났다는 차이가 있으며 보다 정확한 지표 온도의 측정이 가능하다(USGS Landsat).
NDWI는 무엇을 탐지하는데 주로 사용되는가? NDWI는 식생이나 지표면에 포함된 수분 함유량을 나타내는 지수로 널리 이용되고 있으며(Jeong, 2012), NDWI 지수는 하천, 호수, 습지 등 수분을 다량으로 함유하고 있는 지형지물을 위성영상에서 탐지하는데 주로 사용된다. 그림 4는 NDWI 식을 이용하여 Landsat-8 OLI 위성에서 추출한 NDWI 영상이다.
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참고문헌 (10)

  1. Jeong, J.J. 2012. Comparison of built-up area extraction methods: classification method vs. vegetation index method. Journal of the Korean Cartographic Association 12(3):35-44 (정재준. 2012. 위성영상분류와 식생지수를 이용한 도시지역 추출 비교 연구. 한국지도학회지 12(3):35-44). 

  2. Jo, M.H. 2012. A study on the extraction of a river from the RapidEye image using ISODATA algorithm. Journal of the Korean Association of Geographic Information Studies 15(4):1-14 (조명희. 2012. ISODATA 기법을 이용한 RapidEye 영상으로부터 하천의 추출에 관한 연구. 한국지리정보학회지 15(4):1-14). 

  3. Kang, J.M., J.K. Park, D.Y. Um and Y.H. Lee. 2007. Hydrosphere change detection of the basin using multi-temporal landsat satellite imagery. Journal of the Korean Association of Geographic Information Studies 10(3):31-39 (강준묵, 박준규, 엄대용, 이용호. 2007. 다시기 Landsat 영상을 이용한 유역의 수계 변화 탐지. 한국지리정보학회지 10(3):31-39). 

  4. Kang, J.M., J.S. Lee., J.B. Kim and C. Jang. 2009. A study to compare SVM with maximum likelihood classification using the high resolution satellite imagery. Proceedings of the 35th Convention of Korea Society of Civil Engineers. pp. 1563-1566. (강준묵, 이종신, 김종배, 장천. 2009. 고해상도 위성영상을 이용한 SVM과 최대우도법의 분류 비교 연구. 제 35회 대한토목학회 정기 학술대회 논문집. 1563-1566쪽). 

  5. Kim, Y.J., S.Y. Cha and Y.H. Cho. 2014. A study of landcover classification methods using airborne digital ortho imagery in stream corridor. Journal of International Symposium on Remote Sensing 30(2):207-218 (김영진, 차수영, 조용현. 2014. 고해상도 수치항공정사영상기반 하천토지피복지도 제작을 위한 분류기법 연구. 대한원격탐사학회지 30(2):207-218). 

  6. Lee, S.H. and J.J. Jeong. 2007. Study of urban extraction using NDVI and NDBI. Proceedings of the 2007 GIS Joint Spring Conference of Korea Society of GeoSpatial Information System. pp.156-161. (이수현, 정재준. 2007. NDVI와 NDBI를 이용한 도시지역 추출에 관한 연구. 한국지형공간정보학회 2007 GIS 공동춘계학술대회 논문집. 156-161쪽). 

  7. Lim, H.Y., H.S. Kim, J.S. Choi and K.Y. Yoo. 2005. A study on efficient topography classification of high resolution satelite image. Journal of the Korean Society For Geospatial Information System 13(3):33-40 (임혜영, 김황수, 최준석, 유기윤. 2015. 고해상도 위성영상의 효율적 지형 분류기법 연구. 한국지형공간정보학회지 13(3):33-40). 

  8. Sakong, H.S. and J.H. IM. 2003. An Empirical Study on the Land Cover Classification Method using KIONOS Image. Journal of the Korean Association of Geographic Information Studies 6(3):107-116 (사공호상, 임정호. 2003. IKONOS 영상의 토지피복분류 방법에 관한 실증 연구. 한국지리정보학회지 6(3):107-116). 

  9. United States Geological Survey(USGS) global visualization viewer. http://glovis.usgs.gov/. 

  10. United States Geological Survey(USGS) Landsat. http://landsat.usgs.gov/. 

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