[논문]천리안 해양위성 2호 산출물 및 품질관리 계획

이순주; 이경상; 한태현; 문정언; 배수정; 최종국

doi:10.7780/kjrs.2021.37.5.2.3

천리안 해양위성 2호 산출물 및 품질관리 계획
Introduction on the Products and the Quality Management Plans for GOCI-II 원문보기

대한원격탐사학회지 = Korean journal of remote sensing, v.37 no.5 pt.2, 2021년, pp.1245 - 1257

이순주 (한국해양과학기술원 해양위성센터) , 이경상 (한국해양과학기술원 해양위성센터) , 한태현 (한국해양과학기술원 해양위성센터) , 문정언 (한국해양과학기술원 해양위성센터) , 배수정 (한국해양과학기술원 해양위성센터) , 최종국 (한국해양과학기술원 해양위성센터)

초록
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세계 최초의 정지궤도 해색관측 위성인 GOCI의 임무를 승계한 천리안위성 2B호의 해양탑재체인 GOCI-II가 2020년 2월 발사되어 같은 해 10월부터 정규 운영되고 있다. 한국해양과학기술원은 실시간 수신한 GOCI-II 원시자료를 Level 1B와 26종 Level 2 산출물로 처리하며, 이 자료들은 국립해양조사원을 통해 서비스된다. 이 논문에서는 정규 운영 1년차의 위성자료 운영 현황을 소개하고, 향후 개선 방향을 제시하고자 하였다. GOCI-II의 기본 해색 산출물인 엽록소 농도, 총 부유물질 농도, 용존유기물 농도 산출물은 OC4, YOC 알고리즘으로 처리 중이며, 그 수식 및 프로세스에 대해 상세 기술하였다. GOCI-II에서 새롭게 추가된 전구 관측은 궤도상 시험운영기간 동안 태양천정각과 sun glint만 고려하여 관측 스케줄이 수립되었으나, 양질의 Level 2 산출물 생산을 위해 조건을 세분화하고 위성 천정각을 추가 고려하여 개선하였다. 그 결과 'Best Ocean'을 만족하는 슬롯의 개수가 15에서 78개로 대폭 증가하고, 'Bad Ocean'에 해당하는 슬롯이 55개에서 13개로 크게 감소하였다. GOCI-II의 산출물의 품질관리를 위해서 유럽우주국에서 정의하는 요구사항을 기반으로 GOCI-II 검보정 요구사항을 제시하였다. 그리고 GOCI 검보정 사이트를 기반으로 하되, 향상된 위성 스펙을 고려하여 지역 관측 검보정을 위한 추가 고정점 검보정 사이트 후보지를 제시하였다. 전구관측 자료의 품질관리는 국내외 해양인프라를 구축하고 있는 한국해양과학기술원의 연구선과 해외 기지를 활용하되, 국외 해역의 현장관측 자료 획득을 위해서는 GOCI-II 국제 검보정 네트워크 구축이 필요할 것으로 판단된다. 이러한 결과는 위성자료 사용자들의 산출물 처리에 대한 이해를 높이고, 향후 위성자료 품질관리 업무 수행 상세계획 수립에 도움이 될 것으로 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

GOCI-II, succeeding the mission of GOCI, was launched in February 2020 and has been in regular operation since October 2020. Korea Institute of Ocean Science and Technology (KIOST) processes and produces in real time Level-1B and 26 Level-2 outputs, which then are provided by Korea Hydrographic and Oceanographic Agency (KHOA). We introduced current status of regular GOCI-II operation and showed future improvement. Basic GOCI-II products including chlorophyll-a, total suspended materials, and colored dissolved organic matter concentration, are induced by OC4 and YOC algorithms, which were described in detail. For the full disk (FD), imaging schedule was established considering solar zenith angle and sun glint during the in-orbital test, but improved by further considering satellite zenith angle. The number of slots satisfying the condition 'Best Ocean' significantly increased from 15 to 78. GOCI-II calibration requirements were presented based on that by European Space Agency (ESA) and candidate fixed locations for calibrating local observation area were. The quality management of FD uses research ships and overseas bases of KIOST, but it is necessary to establish an international calibration/validation network. These results are expected to enhance the understanding of users for output processing and help establish detailed plans for future quality management tasks.

주제어

표/그림 (12)

그림 Fig. 1. Observation area of GOCI-II for (a) LA and (b) FD monitoring mode. Each white box in the figure means the observation area of 1 slot.
표 Table 1. GOCI-II specifications compared with GOCI
표 Table 2. Algorithms for Chlorophyll concentration for GOCI-II
표 Table 3. TSM concentration algorithms for GOCI-II
표 Table 4. TSM's algorithm operation according to 5 conditions
표 Table 5. The start time of the FD observation. The number in parentheses means the total number of observable times per day
표 Table 6. Criteria for setting FD observation conditions
그림 Fig. 2. Expected quality of FD slots when observed according to (a) existing and (b) modified FD observation schedule (white means missing data).
그림 Fig. 3. Chlorophyll-a concentration (a) before (April 13, 2021) and (b) after FD schedule modification (July 30, 2021).
그림 Fig. 4. Plan of Cal/Val sites for LA.
표 Table 7. Modified requirements of Cal/Val site establishment for GOCI-II product
그림 Fig. 5. Plan of Cal/Val sites for FD.

AI 본문요약
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문제 정의

위성은 궤도상 시험 이후 본격적인 정규 운영을 통해 많은 기능이 수정/보완되는 것이 일반적이며, GOCI-II 또한 마찬가지다. 그래서 본 논문에서는 정규 운영 사용되고 있는 주요 해색 알고리즘들의 상세 수식과 프로세스를 기술하여 위성자료 사용자들의 이해를 돕고자 하였다. 그리고 기존 FD 관측 스케줄 수립 방법의 한계점을 분석하고, 양질의 해양관측 슬롯이 증가할 수 있는 새로운 FD 관측 스케줄 수립 방안을 도출하였으며 국내외 다양한 해역의 고정관측소들을 기반으로 한 위성자료 검보정 계획을 마련하였다.
이 논문에서는 앞으로 10년간 운용될 GOCI-II의 자료가 다양한 분야에서 활용될 수 있도록 현재 서비스 중인 GOCI-II의 주요 해색 알고리즘을 소개하고, 양질의 관측 자료 획득을 위한 FD 영상의 관측 스케줄 수립 방안 및 산출물 품질관리를 위한 검보정 계획에 대해 논하고자 한다.

제안 방법

이와 같이 지난 10여 년 동안 GOCI 위성자료의 품질 관리를 위해서 활용된 검보정 시스템을 기반으로 한반 도 주변 해역에서 GOCI-II 산출물 검보정 계획의 주요요지는 다음과 같다. (1) 매년 동해, 서해, 남해, 동중국해를 포함한 한반도 주변 해역을 각 해역별 최소 1회씩 현 장조사를 수행한다. (2) GOCI-II 공간해상도 품질향상 에 따른 서해 및 남해 연안해역에서의 현장조사를 강화한다.
본 장에서는 GOCI-II의 FD 관측영상품질 향상 및 해양지역의 고품질 관측 자료 확보를 위해 태양/위성 천정각 및 sun glint에 대한 관측 조건을 세밀하게 설정하고, 이를 이용한 FD 관측 스케줄의 재수립 및 그 결과에 대해 소개하고자 한다.

성능/효과

(1) 매년 동해, 서해, 남해, 동중국해를 포함한 한반도 주변 해역을 각 해역별 최소 1회씩 현 장조사를 수행한다. (2) GOCI-II 공간해상도 품질향상 에 따른 서해 및 남해 연안해역에서의 현장조사를 강화한다. (3) 계절별 발생하는 해양현상들(적조, 저염수, 괭 생이모자반 등)에 대한 현장조사를 위한 유관기관 및 관련 업체와의 유기적인 협력을 강화한다.
(4) 각 해역 별 설치/운용 중인 고정점 관측소들의 여건을 고려하여 기능을 강화한다. (5) 기존에 활용하였던 해양 플랫폼 (예: 새만금 및 가거초 해양과학기지)과 향후 설치가 예정된 해양 플랫폼(예: 옹돌초 해양과학기지)을 활용한 현장 관측 자료 수집을 위한 협력을 강화한다.
그래서 본 논문에서는 정규 운영 사용되고 있는 주요 해색 알고리즘들의 상세 수식과 프로세스를 기술하여 위성자료 사용자들의 이해를 돕고자 하였다. 그리고 기존 FD 관측 스케줄 수립 방법의 한계점을 분석하고, 양질의 해양관측 슬롯이 증가할 수 있는 새로운 FD 관측 스케줄 수립 방안을 도출하였으며 국내외 다양한 해역의 고정관측소들을 기반으로 한 위성자료 검보정 계획을 마련하였다.
2는 동일 날짜, 2021년 7월 13일에 대해 기존의 FD 관측 스케줄 및 수정된 FD 관측 스케줄에 따라 관측했을 때의 FD 각 슬롯의 기대 품질을 나타낸다. 본 연구에서 제시한 FD 관측 스케줄에 따라 관측할 경우, 일부 육상 슬롯의 기대 품질은 낮아졌지만 해상 슬롯은 기대 품질이 향상되었다. 특히, 전체 슬롯 중 “Bad ocean” 의 비율이 13개로 기존 55개에 비해 크게 감소하였으며 검보정이 가능한 “Best ocean”의 개수가 기존 15개에서 78개로 대폭 증가하였다.
이러한 개선을 통해 GOCI-II FD 관측 자료의 품질이 개선되었으며 더불어 level 2 산출물의 품질 또한 향상되었다. FD 관측 스케줄 변경 전(2021년 4월 13일)과 후(2021년 7월 30일)의 엽록소 농도 자료를 비교했을 때, 수정 후에 3배 많은 해양 화소에서 엽록소 농도 자료가 산출되고 있었다(Fig.

후속연구

그 외에 검보정용 현장관측 자료 획득 방법은 타 기관에서 기 운용 중인 자료들이다. 국제협력을 통해 호주 Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO)에서 운용중인 Lucinda Jetty Coastal Observatory (LJCO)의 Aeronet-OC 관측자료 활용이 필요할 것으로 판단된다. Aeronet 네트워크는 모든 관측 자료를 웹사이트에서 공개하고 있기 때문에, 누구나 이용 가능하다.
하지만 개발에 사용된 모의자 료는 인위적인 자료이고 위성발사 전에 개발된 GOCIII 산출물 알고리즘들은 생산된 GOCI-II 위성자료에 적용하여 매치업 현장 관측 자료들과의 검증이 수행되지 않았다. 따라서 다양한 현장관측장비들과 이를 지원하는 선박, 부이, 해양과학기지 등의 다양한 해양 플랫폼 들을 활용하여 GOCI-II 관측 영역인 한반도 주변 해역에서 지속적이고 안정적인 검보정 계획을 수립하여 진행되어야 한다. 또한 전구 관측 모드로 수집되는 GOCIII 자료의 검보정을 위한 계획도 점진적으로 수립되어야 한다.
3). 또한 중국 양쯔강, 인도네시아, 호주 북부 연안의 높은 엽록소 농도가 잘 관측되고 있 어 동남아시아 해양국가를 대상으로 한 해양 Official Development Assistance (ODA) 등 국제 협약을 위한 도구로써 활용도가 더욱 향상될 것으로 사료된다.
특히 FD 관측 스케줄은 태양의 위치에 크게 영 향을 받기 때문에 태양의 적위(sun’s declination angle)가 변하는 계절별 FD 관측 자료의 품질에 대한 분석 및 슬롯의 우선순위 변경, flag의 상세화를 통한 FD 관측 스케줄의 업데이트가 필요할 것으로 사료된다.
특히 위성운영기관은 이를 기반으로 현재 운영중인 알고리즘들을 최적의 조건으로 개선하거나, 더 나은 성능을 보이는 타 알고리즘으로 변경하는 경우, 변경 사항을 실시간 위성 자료처리시스템에 반영하는 동시에 업데이트된 알고리즘 기술문서를 사용자들에게 신속하게 제공하여 위성자료 활용도를 높일 수 있도록 해야 할 것이다.
한편, FD 관측 스케줄 수립 시 언급된 그리디 알고리즘은 발생 가능한 모든 경우의 수를 고려하여 최적의 결과를 도출하는 알고리즘이 아니기 때문에 수립된 FD 관측 스케줄에 따른 관측 결과는 지속해서 모니터링되어야 한다. 특히 FD 관측 스케줄은 태양의 위치에 크게 영 향을 받기 때문에 태양의 적위(sun’s declination angle)가 변하는 계절별 FD 관측 자료의 품질에 대한 분석 및 슬롯의 우선순위 변경, flag의 상세화를 통한 FD 관측 스케줄의 업데이트가 필요할 것으로 사료된다.

참고문헌 (22)

Ball Aerospace Division, 1979. Development of the Coastal Zone Color Scanner for Nimbus-7, vol 2: Test and Performance Data, Final Report (NASA contract NAS5-20900 Rep. F78-11), Ball Aerospace Division: Muncie, IN, USA.
Bialek, A., S. Douglas, J. Kuusk, I. Ansko, V. Vabson, R. Vendt, and T. Casal, 2020. Example of Monte Carlo Method Uncertainty Evaluation for Above Water Ocean Colour Radiometry, Remote Sensing, 12: 780

상세보기
Cho, D.H., J.H. Kim, H.L. Choi, and J. Ahn, 2018. Optimization-based scheduling method for agile earth-observing satellite constellation, Journal of Aerospace Information Systems, 15(11): 611-626.

상세보기
Cordeau, J.F. and G. Laporte, 2005. Maximizing the value of an earth observation satellite orbit, Journal of the Operational Research Society, 56(8): 962-968.

상세보기
Doxaran, D., J.-M. Froidefond, and P. Castaing, 2003. Remote-sensing reflectance of turbid sediment-dominated waters, Reduction of sediment type variations and changing illumination conditions effects by use of reflectance ratios, Applied Optics, 42: 2623-2634.

상세보기
Doxaran, D., J.-M. Froidefond, P. Castaing, and M. Babin. 2009. Dynamics of the turbidity maximum zone in a macrotidal estuary (the Gironde, France): Observations from field and MODIS satellite data, Estuarine Coastal and Shelf Science, 81: 321-332.

상세보기
Han, H.J., H. Yang, J.M. Heo, and Y.J. Park, 2019. Systemic Design and Development of Second Geostationary Ocean Color Satellite Ground Segment, KIISE Transactions on Computing Practices (KTCP), 25(10): 477-484 (in Korean with English abstract).

상세보기
Huang, J.P., Q.K. Pan, and L. Gao, 2020. An effective iterated greedy method for the distributed permutation flowshop scheduling problem with sequence-dependent setup times, Swarm and Evolutionary Computation, 59: 100742.

상세보기
KIOST (Korea Institute of Ocean Science and Technology), 2020. Planning of GOCI-II Application Research, KIOST, KR, BSPE9978A-12176-7 (in Korean with English summary).
KIOST, 2021a. Development of the integrated data processing system for GOCI-II, Ministry of Oceans and Fisheries, KR, BSPM61170-12604-1 (in Korean with English summary).
KIOST (Korea Institute of Ocean Science and Technology), 2021b. Algorithm Theoretical Baseline Document for GOCI-II: Chlorophyll-a Concentration, http://www.khoa.go.kr/nosc/inc/js/pdfjs/web/viewer.html?fileChlorophyll-aConcentration2.pdf, Accessed on Oct. 18, 2021.
KIOST (Korea Institute of Ocean Science and Technology), 2021c. Algorithm Theoretical Baseline Document for GOCI-II: Total Suspended Material, http://www.khoa.go.kr/nosc/inc/js/pdfjs/web/viewer.html?fileTotal Suspended Material1.pdf, Accessed on Oct. 18, 2021.
KIOST (Korea Institute of Ocean Science and Technology), 2021d. Algorithm Theoretical Baseline Document for GOCI-II: Absorption of Colored Dissolved Organic Matter, http://www.khoa.go.kr/nosc/inc/js/pdfjs/web/viewer.html?fileabsorption of Colored Dissolved Organic Matter.pdf, Accessed on Oct. 18, 2021.
KOPRI (Korea Polar Research Institute), 2021. IBRV ARAON Cruise Plan, https://www.kopri.re.kr/eng/ html/infra/030302.html, Accessed on Oct. 18, 2021.
Lemaitre, M., G. Verfaillie, F. Jouhaud, J.M. Lachiver, and N. Bataille, 2002. Selecting and scheduling observations of agile satellites, Aerospace Science and Technology, 6(5): 367-381.

상세보기
Liu, R., Q. Ling, Q. Zhang, Y. Zhou, C. Le, Y. Chen, Q. Liu, W. Chen, J. Tang, and D. Liu, 2020. Detection of Chlorophyll-a and CDOM Absorption Coefficient with a Dual-Wavelength Oceanic Lidar: Wavelength Optimization Method, Remote Sensing, 12(18): 3021,

상세보기
Mitchell, B.G., M. Kahru, J. Wieland, and M. Stramska, 2002. Determination of spectral absorption coefficients of particles, dissolved material and phytoplankton for discrete water samples, Ocean optics protocols for satellite ocean color sensor validation, 3(2): 231.
Moon, J., Y. Park, J. Ryu, J. Choi, J. Ahn, J. Min, Y. Son, S. Lee, H. Han, and Y. Ahn, 2012. Initial validation of GOCI water products against in situ data collected around Korean Peninsula for 2010-2011, Ocean Science Journal, 47(3): 261-277.

원문보기 상세보기
Park, M.-S., H. Jung, S. Lee, J. Ahn, S. Bae, and J.-K. Choi, 2021. The GOCI-II early mission ocean color products in comparison with the GOCI toward the continuity of Chollian multi-satellite ocean color data, Korean Journal of Remote Sensing, 37(5-2): 1281-1293 (in Korean with English abstract).

원문보기 상세보기
Siswanto, E., J. Tang, H. Yamaguchi, Y. Ahn, J. Ishizaka, S. Yoo, S. Kim, Y. Kiyomoto, K. Yamada, C. Chiang, and H. Kawamura, 2011. Empirical ocean-color algorithms to retrieve chlorophyll-a, total suspended matter, and colored dissolved organic matter absorption coefficient in the Yellow and East China Seas, Journal of Oceanography, 67: 627-650.

상세보기
Vendt, R., V. Vabson, J. Kuusk, K. Alikas, I. Ansko, M. Ligi, A. Noorma, A. Bialek, A. C. Banks, N. Fox, C. Lerebourg, K. Ruddick, G. Tilstone, T. Casal, and C. Donlon., 2020. Fiducial Reference Measurements for Satellite Ocean Colour (FRM4 SOC) Final Report (ESRIN/Contract No. 400011 7454/16/1-SBo), Remote Sensing, 12(8): 1322.

상세보기
Yacobi, Yosef Z., 2012. From Tswett to identified flying objects: A concise history of chlorophyll a use for quantification of phytoplankton, Israel Journal of Plant Sciences, 60(1-2): 243-251.

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저자의 다른 논문 :

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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