[논문]초소형 SAR 위성을 활용한 수체면적 추출: 대청댐 유역 대상

박종수; 강기묵; 황의호

doi:10.11108/kagis.2021.24.4.041

[국내논문] 초소형 SAR 위성을 활용한 수체면적 추출: 대청댐 유역 대상
Extraction of Water Body Area using Micro Satellite SAR: A Case Study of the Daecheng Dam of South korea 원문보기

한국지리정보학회지 = Journal of the Korean Association of Geographic Information Studies, v.24 no.4, 2021년, pp.41 - 54

박종수 (K-water연구원 수자원위성연구센터) , 강기묵 (K-water연구원 수자원위성연구센터) , 황의호 (K-water연구원 수자원위성연구센터)

초록
AI-Helper

수자원 관리와 수재해 피해 분석 및 예측 등을 위해 원격탐사를 활용한 수체면적을 추정하는 것은 매우 필수적이다. 위성을 활용한 수체탐지는 주로 광학 및 영상레이더(Synthetic Aperture Radar, SAR) 센서를 탑재한 대형(무게 1,000kg 이상) 위성을 중심으로 수행되어왔다. 그러나 긴 재방문주기(repeat cycle)로 인해 재난/재해 시 적시 활용이 불가능한 한계가 존재한다. 최근 초소형위성(무게 100kg 미만) 개발이 활발히 이루어짐에 따라 기존 대형위성 중심의 시간해상도 한계를 극복할 수 있는 계기가 되었다. 현재 활발히 운용중인 초소형 SAR 위성은 핀란드의 ICEYE와 미국의 Capella 위성으로, 지구관측을 목적으로 군집(constellation) 형태로 운용되고 있다. 군집화 운용으로 인해 짧은 재방문주기(현재 0.8회/1일) 및 고해상도(Spot(0.5m))를 가지며, SAR센서 탑재로 기상 및 주야 무관하게 관측이 가능한 장점이 있다. 본 연구에서는 초소형위성의 운영 현황 및 특징에 대해서 기술하였으며, 초소형 SAR 위성 영상에 최적화된 수체면적 추정기술을 한반도 대청댐 유역에 적용해 보았다. 또한 광학 위성인 Sentinel-2 위성으로부터 생성된 수체를 참조값(reference)으로 하여 초소형위성 2기와 대형위성인 Sentinel-1위성과의 면적, 상관성 분석을 수행하였다. Capella 위성의 경우 가장 적은 면적의 차를 보였으며, 세 영상 모두 높은 상관관계를 나타냄을 확인하였다. 본 연구의 결과를 통해 초소형 SAR 위성의 낮은 NESZ(Noise Equivalent Sigma Zero)에도 불구하고 수체면적 추정이 가능함을 확인하였으며, 기존 대형 SAR 위성을 활용한 수자원/수재해 감시 활용의 한계를 극복할 수 있을 것으로 사료된다.

Abstract ▼ AI-Helper

It is very essential to estimate the water body area using remote exploration for water resource management, analysis and prediction of water disaster damage. Hydrophysical detection using satellites has been mainly performed on large satellites equipped with optical and SAR sensors. However, due to the long repeat cycle, there is a limitation that timely utilization is impossible in the event of a disaster/disaster. With the recent active development of Micro satellites, it has served as an opportunity to overcome the limitations of time resolution centered on existing large satellites. The Micro satellites currently in active operation are ICEYE in Finland and Capella satellites in the United States, and are operated in the form of clusters for earth observation purposes. Due to clustering operation, it has a short revisit cycle and high resolution and has the advantage of being able to observe regardless of weather or day and night with the SAR sensor mounted. In this study, the operation status and characteristics of micro satellites were described, and the water area estimation technology optimized for micro SAR satellite images was applied to the Daecheong Dam basin on the Korean Peninsula. In addition, accuracy verification was performed based on the reference value of the water generated from the optical satellite Sentinel-2 satellite as a reference. In the case of the Capella satellite, the smallest difference in area was shown, and it was confirmed that all three images showed high correlation. Through the results of this study, it was confirmed that despite the low NESZ of Micro satellites, it is possible to estimate the water area, and it is believed that the limitations of water resource/water disaster monitoring using existing large SAR satellites can be overcome.

주제어

표/그림 (13)

그림 FIGURE 1. ICEYE(left) and Capella(right) satellite (Source: ICEYE, Capella space)
표 TABLE 1. System parameters of ICEYE sensors (Source: Gunter’s space page)
표 TABLE 2. System parameters of Capella sensors (Source: Gunter's space page)
그림 FIGURE 2. Location of Daecheong Dam
표 TABLE 3. Characteristics of each satellite images in this study
그림 FIGURE 3. Flow chart of data processing
그림 FIGURE 4. Results of preprocessing in each satellite images(ICEYE-X4/Capella 2/Sentinel-1A)
그림 FIGURE 5. Example of the fitted gamma distribution to a backscatter histogram having bimodal distribution
그림 FIGURE 6. Results of waterbody extraction: (a) ICEYE-X4, (b) capella 2, (c) Sentinel-1A
그림 FIGURE 7. Results of filtering: (a) ICEYE-X4, (b) capella 2
그림 FIGURE 8. Results of dem masking: (a) ICEYE-X4, (b) capella 2, (c) Sentinel-1A
그림 FIGURE 9. Sentinel-2 based waterbody
표 TABLE 4. Results of area comparison unit: number of pixel

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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