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SVM 교차검증을 활용한 토지피복 ROI 선정
Region of Interest (ROI) Selection of Land Cover Using SVM Cross Validation 원문보기

지적과 국토정보 = Journal of cadastre & land informatix, v.50 no.1, 2020년, pp.75 - 85  

정종철 (남서울대학교 공간정보공학과) ,  윤형진 (남서울대학교 공간정보공학과)

초록
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본 연구는 토지피복 분류에 사용 가능한 ROI 생성 과정에서 기계학습 기반 교차검증을 활용하였다. 연구지역은 세종시를 포함한 2019년 10월 28일 단시기 KOMPSAT-3A 영상을 활용하였다. 연구 과정에서 4개의 밴드(Red, Green, Blue, Near Infra-red)를 독립변수로 교차검증 과정에서 학습시켰다. 또한 SVM의 4가지 기법(Linear, Polynomial, RBF, Sigmoid)을 활용하여 추출된 ROI를 기반으로 토지피복 분류를 실시하였다. 교차검증 과정에서 훈련된 3,500개의 데이터 중 1,813개의 데이터가 추출되었으며 건물, 도로, 그리고 초지에서 약 60%의 데이터가 제거되었다. 추출된 ROI를 기반으로 다른 SVM기법에 비해 SVM Linear 기법이 91.77%로 가장 높은 분류 정확도를 나타냈다. 분류 클래스 중 초지의 경우 산림과의 오분류가 가장 많이 발생하며 79.43%의 생산자 정확도로 가장 낮은 분류 정확도를 보여주었다. 연구 결과에 따라 교차검증에서 추출된 ROI는 산림, 수역, 그리고 농업지역에 대해서는 90%이상의 분류정확도를 보여주며 효과적인 분류결과를 도출할 수 있었으나, 80%의 분류정확도를 보여주는 건물, 도로, 나대지, 그리고 초지 지역을 분류하는 방법에 대해서는 추가적인 연구가 진행되어야 할 필요성이 존재한다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This study examines machine learning cross-validation to utilized create ROI for classification of land cover. The study area located in Sejong and one KOMPSAT-3A image was used in this analysis: procedure on October 28, 2019. We used four bands(Red, Green, Blue, Near infra-red) for learning cross v...

주제어

표/그림 (14)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 교차검증의 이러한 특성을 활용할 경우 ROI를 생성하는 과정에서 기존의 토지피복지도와 같은 공간DB를 활용할 때 토지피복지도와 위성영상 사이의 부정확한 화솟값을 제거하고 이를 기반으로 감독분류가 가능하다고 판단된다. 따라서 본 연구는 교차검증의 다양한 기법 중 K-fold 교차검증기법과 SVM 커널식을 활용하여 교차검증을 진행하고, 이를 기반으로 ROI를 효율적으로 추출하는 방안을 연구하였다. 또한, 추출된 ROI를 통해 SVM 감독분류를 진행하였으며 ROI에 따른 분류 정확도를 도출하여 교차검증이 위성 감독분류에 활용될 수 있는 방안을 제시하는데 본 연구의 목적이 있다.
  • 따라서 본 연구는 교차검증의 다양한 기법 중 K-fold 교차검증기법과 SVM 커널식을 활용하여 교차검증을 진행하고, 이를 기반으로 ROI를 효율적으로 추출하는 방안을 연구하였다. 또한, 추출된 ROI를 통해 SVM 감독분류를 진행하였으며 ROI에 따른 분류 정확도를 도출하여 교차검증이 위성 감독분류에 활용될 수 있는 방안을 제시하는데 본 연구의 목적이 있다.
  • 이에 따라 영상처리 기술인 피복지도 분류에 최신의 인공지능기술을 적용하는 과정에서 자동화 처리의 기술 개발이 필요하고 이에 대한 수요가 증가하고 있다. 인공지능과 영상처리의 자동화 기술개발을 적용하기 위해 본 연구에서는 관심지역(ROI)을 자동 추출하는 알고리즘을 개발하고자 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
위성영상을 분류하는 분석 기법 중 기계학습의 장점은 무엇인가? 위성영상을 분류하는 분석 기법 중 기계학습은 빅데이터와 같은 방대한 양의 위성정보를 처리하는 상황에서 유의미한 정보를 추출할 수 있으며(Tennenholtz et al. 2018), 실시간 분석을 통한 예측 등과 같은 작업 수행이 가능하다. 위성영상을 활용한 공간정보 분석 분야에서 기계학습은 활용성과 효율성이 입증되어 가고 있다(Yang and Cervone 2019; Zhang et al.
SVM 분류란 무엇인가? SVM은 1995년 Vapnik에 의해 제안되었으며 Logistic Regression, Neural Network, Bayes classifer와 같이 초평면을 활용한 지도학습이다. SVM 분류는 차원공간에서 클래스를 가장 잘 분류하는 초평면을 생성하여 클래스를 분류하는 알고리즘이다. 이때 초평면은 클래스 사이의 거리를 최대화할 수 있어야 하며, 이를 통해 매개변수를 조정하여 요소를 구분 짓는 선을 찾고, 패턴을 인식하는 방법이다.
ROI는 기본적으로 현장 검증이나 정확한 위치정보 값을 기준으로 자료를 선정하는 과정에서 시간과 비용이 많이 필요하게 된다는 단점으로 인해 무엇이 필요한가? ROI(Region of Interest)는 기본적으로 현장 검증이나 정확한 위치정보 값을 기준으로 자료를 선정하는 과정에서 시간과 비용이 많이 필요하게 된다. 이에 따라 영상처리 기술인 피복지도 분류에 최신의 인공지능기술을 적용하는 과정에서 자동화 처리의 기술 개발이 필요하고 이에 대한 수요가 증가하고 있다. 인공지능과 영상처리의 자동화 기술개발을 적용하기 위해 본 연구에서는 관심지역(ROI)을 자동 추출하는 알고리즘을 개발하고자 하였다.
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참고문헌 (13)

  1. Moon CS, Shim JY, Kim SB, Lee SY. 2010. A Study on the Calculation Methods on the Ratio of Green Coverage Using Satellite Images and Land Cover Maps. Journal of Korean Society of Rural Planning. 16(4):53-60. 

  2. Sunwoo WY, Kim DE, Kim SK, Choi MH. 2017. West seacoast wetland monitoring using KOMPSAT series imageries in high spatial resolution. Journal of Korea Water Resource. 50(6):429-440. 

  3. Yeom JH, Kim YI. 2014. Automatic Extraction of the Land Readjustment Paddy for High-level Land Cover Classification. Journal of the Korean Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry and Cartography. 32(5):443-450. 

  4. Jo KH, Jeong JC 2019 Reliability Evaluation of KOMPSAT-3A Training Data Automatically Selected Using Iterative Trimming Algorithm. Journal of the Korea Spatial Planning Review. 103:115-129. 

  5. Hong YW, Park WY, Song HS, Jung CH, Eo YD, Kim SJ. 2010. Image Classification for Military Application using Public Landcover Map. Journal of Korea Institute of Military Science and Technology. 13(1):147-155. 

  6. Abdi AM. 2020. Land cover and land use classification performance of machine learning algorithm in a boreal landscape using Sentinel-2 data. GISciencce & Remote Sensing. 57(1):1-20. 

  7. Ahmed FYH, Ali YH, Shamsuddin SM. 2018.. Using K-Fold Validation Proposed Models for Spikeprop Learning Enhancements. International Journal of Engineering & Technology. 7: 145-151. 

  8. Ramezan CA, Warner TA, Maxwell AE. 2019. Evaluation of Sampling and Cross-Validation Tuning Strategies for Regional-Scale Machine Learning Classifiacation. Remote Sensing. 11(185):rs11020185. 

  9. Sharma RC, Hara K, Hirayama H. 2017. A Machine Learning and Cross-Validation Approach for the Discrimination of Vegetation Physiognomic Types Using Satellite Based Multispectral and Multitemporal Data. Hindawi Scientifica. 2017:9806479. 

  10. Tennenholtz G, Zahavy T, Mannor S. 2018. Train on Validation:Squeezing the Data Lemon. sata.ML. arXiv:1802.05846v1. 

  11. Yang L, Cervone G. 2019. Analysis of Remote Sensing Imagery for disaster assessment using deep learning: a case study of flooding event. Soft Computing. 23(24):13393-13408. 

  12. Zhang J, Okin GS, Zhou B. 2019. Assimilating optical satellite remote sensing images and field data to predict surface indicators in the Western U.S.: Assessing error in satellite predictions based on large geographical datasets with the use of machine learning. Remote Sensing of Environment. 233:111382. 

  13. Zhang K, Liu N, Chen Y, Gao S. 2019. Comparison of different machine learning method for GPP estimation using remote sensing data. Materials Science and Engineering. 490(2019):062010. 

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