[국내논문]KOMPSAT-3A 입체영상을 이용한 남극 DEM 제작과 DEM 매칭에 의한 두 시기의 DEM 비교 Antarctic DEMs Generation Using KOMPSAT-3A Stereo Images and Comparison by DEM Matching원문보기
남극지역은 극빙 감소가 빠르게 진행되고 있기 때문에 주기적인 모니터링이 이루어져야 한다. 그러나 극지대의 광범위하고 극한 환경 때문에 접근이 어려워 항공기 또는 현지관측방식이 곤란한 경우가 많다. 이 문제를 해결하기 위해 기존에는 위성에 의한 레이다 또는 레이저 자료 획득에 의한 연구가 많이 진행되었다. 그러나 이들로부터 획득한 자료는 눈이나 얼음 층으로 이루어진 극지대 표면의 변화를 정확하게 측정하기 힘들고, 고해상도 DEM 구축 또한 힘들다는 단점이 있다. 따라서 본 연구는 고해상도 KOMPSAT-3A 스테레오 위성영상으로부터 두 시기의 DEM을 제작하고 두 시기의 DEM 변화파악을 위해 LZD 방법으로 DEM 매칭을 시도하였다. 그 결과, 정밀도 1m 이내에서 높이차 비교 가능성을 제시할 수 있었다.
남극지역은 극빙 감소가 빠르게 진행되고 있기 때문에 주기적인 모니터링이 이루어져야 한다. 그러나 극지대의 광범위하고 극한 환경 때문에 접근이 어려워 항공기 또는 현지관측방식이 곤란한 경우가 많다. 이 문제를 해결하기 위해 기존에는 위성에 의한 레이다 또는 레이저 자료 획득에 의한 연구가 많이 진행되었다. 그러나 이들로부터 획득한 자료는 눈이나 얼음 층으로 이루어진 극지대 표면의 변화를 정확하게 측정하기 힘들고, 고해상도 DEM 구축 또한 힘들다는 단점이 있다. 따라서 본 연구는 고해상도 KOMPSAT-3A 스테레오 위성영상으로부터 두 시기의 DEM을 제작하고 두 시기의 DEM 변화파악을 위해 LZD 방법으로 DEM 매칭을 시도하였다. 그 결과, 정밀도 1m 이내에서 높이차 비교 가능성을 제시할 수 있었다.
Antarctica, where ice sheet has been declined rapidly, should be monitored periodically. However, there are difficult to access for local survey or aircraft observation due to the vast and extreme environments of the polar regions. In order to overcome this problem, there have been a lot of studies ...
Antarctica, where ice sheet has been declined rapidly, should be monitored periodically. However, there are difficult to access for local survey or aircraft observation due to the vast and extreme environments of the polar regions. In order to overcome this problem, there have been a lot of studies by acquiring radar or laser data by satellite. It is also difficult to accurately measure the changes of the surface where is composed of snow or ice layer, and it is also difficult to product a high-resolution DEM. This study therefore aims to product DEMs of two periods using high-resolution KOMPSAT-3A stereo images, and DEM matching is implemented by the LZD(Least-squares Z-Differences) method to detect DEM changes in both periods. As a result, the proposed method could be suggested as comparing height differences of the two DEMs within 1m precision.
Antarctica, where ice sheet has been declined rapidly, should be monitored periodically. However, there are difficult to access for local survey or aircraft observation due to the vast and extreme environments of the polar regions. In order to overcome this problem, there have been a lot of studies by acquiring radar or laser data by satellite. It is also difficult to accurately measure the changes of the surface where is composed of snow or ice layer, and it is also difficult to product a high-resolution DEM. This study therefore aims to product DEMs of two periods using high-resolution KOMPSAT-3A stereo images, and DEM matching is implemented by the LZD(Least-squares Z-Differences) method to detect DEM changes in both periods. As a result, the proposed method could be suggested as comparing height differences of the two DEMs within 1m precision.
, 2013). 따라서 본 연구에서는 스케일의 영향을 포함한 위치이동만 고려해도 두 DEM 매칭이 잘 이루어지는지 여부를 판단하고자 하였다. Fig.
제안 방법
첫 번째로 남극 DEM을 제작하고 DEM 변화를 파악하기 위해 동일지역에 대한 다른 시기의 스테레오 영상을 확보하였다. 두 번째로 남극지역은 기준점 확보가 힘들기 때문에 시기별 스테레오 영상으로부터 ERDAS LPS(Leica photogrammetry suite) S/W(이하 LPS)를 이용하여 RPC를 상대표정 한 후 DEM을 제작하였다.
첫 번째로 남극 DEM을 제작하고 DEM 변화를 파악하기 위해 동일지역에 대한 다른 시기의 스테레오 영상을 확보하였다. 두 번째로 남극지역은 기준점 확보가 힘들기 때문에 시기별 스테레오 영상으로부터 ERDAS LPS(Leica photogrammetry suite) S/W(이하 LPS)를 이용하여 RPC를 상대표정 한 후 DEM을 제작하였다. 여기서 상대표정은 LPS를 이용하여 제공 RPC로 우선 제공 RPC로 3차원 좌표를 계산하고, LPS의 동일점 자동탐색 기능으로 좌·우 영상의 동일 영상좌표를 찾은 후, 계산된 3차원 좌표와 획득한 영상좌표들을 이용하여 RPC를 재계산 하는 것이다.
대상 데이터
실험지역은 서남극 Ice Sheet 중에서도 가장 넓고 빠르게 빙하가 줄어들고 있는 지역 중 하나인 Thwaites 빙하를 대상으로 하였다(Rignot et al., 2011). 그리고 Fig.
2에서 사각형으로 표시한 부분이 DEM 추출영역이다. 사용 자료는 Table 1에서 보는 바와 같이 대상지역을 2016년 03월 19일과 03월 30일에관측 수집한 KOMPSAT-3A 입체영상이다. 사용된 첫 번째와 두 번째 시기의 수렴각은 각각 60.
이론/모형
마지막으로, 두 시기의 높이를 비교하기 위해 두 DEM을 LZD방법으로 매칭하였다. 정확한 비교를 위해선 상대표정으로 제작한 DEM을 기 확보된 기준 DEM과 매칭시켜 보정해야 하나 앞에서 언급한 Tandem 자료를 제외한 이 지역의 정확한 DEM이 없을 뿐만 아니라 상대적인 높이 비교를 위해선 굳이 기준 DEM이 필요하지 않다고 판단하였다.
성능/효과
그리고 RPC 오차 범위 내에서 두 시기 DEM의 변화 파악을 위해 DEM 매칭을 적용하고 비교하였다. KOMPSAT-3A 위성영상의 RPC 정확도가 보정되지 않은 상태에서 극지 DEM이 제작되었더라도 제안된 DEM 매칭방법을 이용하면 서로 다른 시기에 제작된 DEM 간의 상대적인 편차는 1m 이하로 계산이 가능하였다. 그 결과, 높이의상대적 편차를 122m에서 1m 이하로 크게 줄일 수 있었고 전체적인 DEM 차이도 줄일 수 있었다.
후속연구
그 결과, 높이의상대적 편차를 122m에서 1m 이하로 크게 줄일 수 있었고 전체적인 DEM 차이도 줄일 수 있었다. 따라서 본 연구를 통해KOMPSAT-3A 위성영상을 이용하여 남극 DEM 변화분석을위한 LZD DEM 매칭방법의 적용가능성을 제시할 수 있었으며, 극지의 빙하체척 변화관측 수단으로서 우리나라 위성영상의 활용 가능성을 제시할 수 있었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
ICP란 무엇인가?
DEM을일치시키기 위해 가장 많이 활용되는 방법이 ICP(Iterative Closest Point) 방법이다(Gruen and Akca, 2005). ICP는 두DEM에서 임의 점들 간 최소거리 조건으로 매칭 쌍을 찾은 다음 두 DEM 간 변환(위치이동, 회전)계수를 구하는 것이다. 그러나 이 방법은 일정 패턴의 밋밋한 형태를 가진 지형이거나 일부분만 중복된 DEM에서는 상호간의 공분산 계산이 힘들기 때문에 변환된 DEM은 왜곡이 발생할 수 있으며, 같은 점을 찾기 위한 반복계산 시간이 많이 걸린다는 단점이 있다(Gruen and Akca, 2005; Han, 2007).
남극지역의 주기적인 모니터링이 필요한 이유는 무엇인가?
남극지역은 극빙 감소가 빠르게 진행되고 있기 때문에 주기적인 모니터링이 이루어져야 한다. 그러나 극지대의 광범위하고 극한 환경 때문에 접근이 어려워 항공기 또는 현지관측방식이 곤란한 경우가 많다.
ICP 방법의 단점은 무엇인가?
ICP는 두DEM에서 임의 점들 간 최소거리 조건으로 매칭 쌍을 찾은 다음 두 DEM 간 변환(위치이동, 회전)계수를 구하는 것이다. 그러나 이 방법은 일정 패턴의 밋밋한 형태를 가진 지형이거나 일부분만 중복된 DEM에서는 상호간의 공분산 계산이 힘들기 때문에 변환된 DEM은 왜곡이 발생할 수 있으며, 같은 점을 찾기 위한 반복계산 시간이 많이 걸린다는 단점이 있다(Gruen and Akca, 2005; Han, 2007). 따라서 본 연구는Rosenholm and Torlegård(1988)에 의해 제안된 LZD(LeastsquaresZ-Differences) 방법을 적용하였다.
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