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Sentinel-1 SAR 데이터를 이용한 우리나라 농지의 토양수분 산출 실험
Experimental Retrieval of Soil Moisture for Cropland in South Korea Using Sentinel-1 SAR Data 원문보기

대한원격탐사학회지 = Korean journal of remote sensing, v.33 no.6 pt.1, 2017년, pp.947 - 960  

이수진 (부경대학교 지구환경시스템과학부 공간정보공학전공) ,  홍성욱 (세종대학교 환경에너지공간융합학과) ,  조재일 (전남대학교 응용식물학과) ,  이양원 (부경대학교 지구환경시스템과학부 공간정보공학전공)

초록
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토양수분은 지구복사에너지평형과 물순환에 영향을 미치는 중요한 인자이므로, 수문학 연구에 있어서 토양수분의 함량을 파악하는 것은 매우 중요하다. 현재 수동형 마이크로파 위성의 토양수분 자료는 10~36 km의 저해상도로서 국지규모의 수문분석에 사용하기에는 어려움이 있다. 또한 현장관측 토양수분자료는 지점 자료이므로 공간연속성을 보장하지 못하는 한계가 있다. 이에 본 연구에서는 Sentinel-1의 SAR(Synthetic Aperture Radar) 영상을 이용하여 우리나라 농지에서 10 m 해상도의 토양수분 산출 가능성을 살펴보았다. 2015-2017년 4월부터 10월까지 5개의 토양수분 지상관측지점을 대상으로, Sentinel-1 후방산란을 이용하여 선형회귀와 SVR(support vector regression) 방법으로 토양수분 산출을 수행하였다. 편파에 따라 후방산란계수의 토양수분에 대한 민감도가 다르지만, 산출정확도는 VV 편파와 VH 편파가 유사하였다. 토양수분은 식물계절학(phenology)보다는 수문기상과 지면특성에 보다 더 영향을 받기 때문에 토양수분 산출에 있어 특별한 계절성은 발견되지 않았다. 대체로 입사각이 작을수록 후방산란과 토양수분간의 관계 패턴이 더 뚜렷하게 나타났으며, 또한 지면에 수분이 충분히 고르게 분포하는 경우 표면 간섭이 줄어들어(시간적으로는 강수시, 공간적으로는 논에서) 산출정확도가 상대적으로 높게 나타났다. 전체적으로 RMSE(root mean square error) 6.5% 정도의 오차를 보였으나, 향후 지면 거칠기, 지형, 토성 등 다양한 지면 변수의 영향을 반영한다면 보다 더 정확도 높은 토양수분을 산출할 수 있을 것으로 사료된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Soil moisture plays an important role to affect the Earth's radiative energy balance and water cycle. In general, satellite observations are useful for estimating the soil moisture content. Passive microwave satellites have an advantage of direct sensitivity on surface soil moisture. However, their ...

주제어

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문제 정의

  • 저해상도의 마이크로파 자료와 포인트 기반의 현장관측 자료의 한계를 극복하고, 향후 공간연속성을 가진 고해상도 토양수분 자료를 획득하기 위해서는 Sentinel1의 적극적인 활용이 필요할 것이다. 본 연구는 국내에서 그 첫 시도를 통하여 Sentinel-1의 적용가능성을 확인하였다는 데 의의가 있다. 또한 차세대 중형위성의 일환으로 준비 중인 C밴드 SAR의 기술개발을 위해서도 유사한 제원을 가진 Sentinel-1의 활용이 매우 중요하다고 할 수 있다.
  • 본 연구에서는 Sentinel-1의 C밴드 SAR 영상을 이용하여 우리나라 농지에서 10 m 해상도의 토양수분 산출가능성을 검토하였다. 2015-2016년 4월부터 10월, 2017년 4월부터 5월까지의 기간을 대상으로 5개의 토양수분 관측지점에 대하여, Sentinel-1 후방산란을 이용하여 선형회귀와 SVR의 방법으로 토양수분 산출을 수행하였다.
  • 또 한국 외 사례들에서 후방산란과 토양수분의 통계적인 관계를 이용하여 만들어진 경험적 모델은 특정 지역을 대상으로 하여 수립되었기 때문에 우리나라에 그대로 적용할 수는 없고, 우리나라 토양에 대한 Sentinel-1 SAR의 적용성 실험이 우선적으로 이루어져야 한다. 이에 본 연구에서는 우리나라 농지를 대상으로 Sentinel-1 SAR의 후방산란계수를 이용한 토양수분 산출 가능성을 타진해보고자 한다. 일반적으로 SAR의 C밴드 전파는 울창한 산림에서 캐노피를 투과하지 못하여(Li and Chen, 2005) 산림에서의 토양수분 산출은 매우 어렵기 때문에 농지를 연구지역으로 선정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
토양수분은 어떤 역할을 하는가? 토양수분은 지구복사에너지평형과 물순환에 영향을 미치는 중요한 인자이므로, 수문학 연구에 있어서 토양수분의 함량을 파악하는 것은 매우 중요하다. 현재 수동형 마이크로파 위성의 토양수분 자료는 10~36 km의 저해상도로서 국지규모의 수문분석에 사용하기에는 어려움이 있다.
토양수분자료의 한계는 무엇인가 토양수분은 지구복사에너지평형과 물순환에 영향을 미치는 중요한 인자이므로, 수문학 연구에 있어서 토양수분의 함량을 파악하는 것은 매우 중요하다. 현재 수동형 마이크로파 위성의 토양수분 자료는 10~36 km의 저해상도로서 국지규모의 수문분석에 사용하기에는 어려움이 있다. 또한 현장관측 토양수분자료는 지점 자료이므로 공간연속성을 보장하지 못하는 한계가 있다.
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