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Kafe 바로가기주관연구기관 | K-water |
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연구책임자 | 방상호 |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 | 한국어 |
발행년월 | 2021-12 |
과제시작연도 | 2021 |
주관부처 | 환경부 Ministry of Environment |
등록번호 | TRKO202300003771 |
과제고유번호 | 1485017872 |
사업명 | 수요대응형물공급서비스연구(R&D) |
DB 구축일자 | 2023-07-19 |
키워드 | 위성.빔포밍.탑재체.영상레이더.수자원정보.Satellite.Beamforming.Payload.Synthetic Aperture Radar.Water Resources Information. |
□ 연구개발 목표 및 내용
◼ 최종 목표
⦁ 수자원 위성 영상 활용을 위한 수문인자 산출 전략 수립 및 시범 적용
⦁ C-밴드 영상레이더 지상모델의 수자원/수재해 활용 목적의 영상화 알고리즘 기반 기술 정립
⦁ 자료처리 알고리즘 구현을 위한 알고리즘 표준화·모듈화 및 테스트베드 구축
◼ 전체 내용
- 우리나라 차세대 중소형급 위성의 영상레이더(C-밴드, 5.4 GHz) 자료 활용을 위해 다양한 방법론을 검토하여 SAR 영상 기반 산출 가능한 수문인자를 분류 및 제시하고 시범 적용
- 수재
□ 연구개발 목표 및 내용
◼ 최종 목표
⦁ 수자원 위성 영상 활용을 위한 수문인자 산출 전략 수립 및 시범 적용
⦁ C-밴드 영상레이더 지상모델의 수자원/수재해 활용 목적의 영상화 알고리즘 기반 기술 정립
⦁ 자료처리 알고리즘 구현을 위한 알고리즘 표준화·모듈화 및 테스트베드 구축
◼ 전체 내용
- 우리나라 차세대 중소형급 위성의 영상레이더(C-밴드, 5.4 GHz) 자료 활용을 위해 다양한 방법론을 검토하여 SAR 영상 기반 산출 가능한 수문인자를 분류 및 제시하고 시범 적용
- 수재해 감시 및 수자원 모니터링을 위한 탑재체 사양 및 개발 전략 도출
- C-밴드 영상레이더 지상모델 검·보정 소프트웨어 및 활용 알고리즘 개발
- 반사판 기반 영상 레이더 개발 규격 도출
- 반사판 기반 C-밴드 영상레이더 지상모델 개발
- 영상레이더 처리 알고리즘 표준화를 위한 알고리즘 가이드라인 도출
- 알고리즘 선행관계 분석을 통한 산출물 Level 별 Processing 특성 도출
- 산출물 Level 별 Processing에 필요한 Data header format 개발
- 후방산란계수 도출을 위한 전처리(L1A) S/W 개발 방안 수립
□ 연구개발성과
◼ 연세대학교
○ 수자원/수재해 활용 목적의 C-밴드 영상레이더 영상화 최적 알고리즘 및 기반 기술 확보
- 향후 국내에서 개발되는 수자원/수재해 위성 C-밴드 영상레이더의 효과적 활용을 위해서는 탑재체 개발과 함께 특화된 영상화 알고리즘 개발은 핵심기술 중 하나로서 이 연구를 통하여 국내 특성에 최적화된 영상화 알고리즘의 기반 기술을 성공적으로 확보할 수 있게 되었음.
- 구현된 C-밴드 영상레이더의 영상화 알고리즘은 시뮬레이션 신호를 이용한 시험적용 및 검증을 수행하였으며, 또한 주관기관과의 협의를 통하여 신뢰도와 실용성 검증을 위해 국내 위성에 의해 획득된 실제 위성 영상레이더 원시신호의 영상화를 통하여 성능 검증을 수행하였으며 그 결과 향후 국내에서 개발되는 수자원 위성 C-밴드 영상레이더 영상화에 최적화된 알고리즘을 제시하였음.
- 구현된 알고리즘은 현재 수신국에서 사용하고 있는 상용화 프로그램의 요구사항을 공간해상도, PSLR 등의 모든 기준을 만족하는 것으로 나타났음.
○ 수자원위성 C-밴드 시스템 파라미터 도출:
- C-밴드 영상레이더의 시뮬레이션 및 영상화 결과 분석에 기초하여 수자원/수재해 위성 활용의 극대화를 위한 수자원 위성의 설계 시 실제 요구되는 C-밴드 영상레이더의 시스템 파라미터를 도출하였음.
◼ 솔탑
○ 수자원 위성 영상 활용을 위한 수문인자 산출 전략 수립 및 시범 적용
- 우리나라 차세대 중소형급 위성의 영상레이더(C-밴드, 5.4 GHz) 자료 활용을 위해 다양한 방법론을 검토하여 SAR 영상 기반 산출 가능한 수문인자를 분류 및 제시하고 시범 적용
○ C-밴드 영상레이더 지상모델의 수자원/수재해 활용 목적의 영상화 알고리즘 기반 기술 정립
- 수재해 감시 및 수자원 모니터링을 위한 탑재체 사양 및 개발 전략 도출
- C-밴드 영상레이더 지상모델 검·보정 소프트웨어 및 활용 알고리즘 개발
- 반사판 기반 영상 레이더 개발 규격 도출
- 반사판 기반 C-밴드 영상레이더 지상모델 개발
○ 자료처리 알고리즘 구현을 위한 알고리즘 표준화·모듈화 및 테스트베드 구축
- 영상레이더 처리 알고리즘 표준화를 위한 알고리즘 가이드라인 도출
- 알고리즘 선행관계 분석을 통한 산출물 Level 별 Processing 특성 도출
- 산출물 Level 별 Processing에 필요한 Data header format 개발
- 후방산란계수 도출을 위한 전처리(L1A) S/W 개발 방안 수립
◼ 건국대학교
○ 수자원 위성 영상 활용 기본계획 수립 및 전략 제시
- 수문인자 산출 관련 국내외 연구 문헌 검토
- 수문인자 산출 전략 수립: SAR 위성 활용 산출 가능한 수문인자는 토양수분(가뭄지수), 식생지수(NDVI, LAI) 및 적설면적(SCA)
- 토양수분 산출 전략 수립: TU-Wien Change Detection Algorithm(물리기반), Linear Regression Model(통계기반), Artificial Neural Network(인공지능)
- 가뭄지수 산출 전략 수립: 토양수분 기반 농업적 가뭄지수 Soil Water Deficit Index(SWDI)
○ SAR 기반 토양수분/가뭄지수 산정 기법 시범 개발
- TU-Wien Change Detection Algorithm(물리기반): 장기간의 자료를 이용할수록 상관성이 증가하나 실측 토양수분과의 상관성이 다소 낮음(R 0.39), 편이보정 기법 CDF matching 적용 시 상관성 상승(R 0.53)
- Linear Regression Model(통계기반): SAR, 지형, 토양, 수문인자 관련 자료를 기반으로 모의 시 검증단계의 R은 0.72, SSF 활용 동결 기간 제외 시 R 0.76으로 상관성 상승
- Artificial Neural Network(인공지능): SAR, 지형, 토양, 수문인자 관련 자료를 기반으로 모의 시 검증단계의 R은 0.80, SSF 활용 동결 기간 제외 시 R 0.83으로 상관성 상승
- Soil Water Deficit Index(SWDI): 강우 유무에 따른 토양수분의 증감과 부족분에 따라 적절히 산정되며, SWDI는 단기간의 가뭄양상을 감시하는데 적합, 또한 SWDI 계산 시 사용되는 영구위조점을 초기위조점으로 대체 시 가뭄 분류의 민감도 향상
□ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
◼ 수자원/수재해 활용 목적의 C-밴드 영상레이더 영상화 최적 알고리즘 기반 기술 확보
- 국내에서 개발되는 수자원/수재해 위성의 C-밴드 영상레이더로부터 획득되는 원시신호의 영상화를 위한 최적화 방안을 도출하였으며, 이는 향후 국내에서의 탑재체 개발과 함께 수 신국에서 개발해야하는 실용적 알고리즘 개발의 기본 방향으로 활용될 것으로 기대됨.
◼ 수재해 감시 및 수자원 모니터링을 위한 탑재체 자체 개발 및 고성능 빔포밍 기술개발을 통한 핵심기술 확보
- 수자원·수재해 전용 위성 시스템 완성 및 발사
- 홍수, 가뭄 정보 제공 서비스 구현 등 스마트 재해관리 체계 구축
- 해외 물관리 사업의 기술수출 모델 확보
◼ 고성능 빔포밍 기술기반 C-밴드 영상 레이더 알고리즘은 범부처 공동 활용이 가능하며, 위성자료 기반의 수재해 감시 및 수자원 모니터링 기술은 유역별 홍수/가뭄 예방 및 관리에 활용
◼ C-밴드 영상 레이더는 비, 눈, 구름 등에 관계없이 전천후로 지상관측이 가능하여 수자원을 관측하는데 용이하며, C-밴드 영상 레이더를 이용하면 강우 발생시 지표특성에 따른 홍수 침수지역의 실시간 관측이 가능하고, 대기와 지표면 수문순환의 매개적인 토양수분을 관측함으로써 이를 기반으로 가뭄 모니터링 정보제공이 가능
◼ 고해상도 위성자료를 통해 광범위한 토양수분을 상세하게 예측함으로써 수자원 변동성을 효과적으로 예측할 수 있고 관련 정보 제공 가능
◼ 위성자료를 기반으로 토양수분 변동성을 실시간으로 파악할 수 있으며, 가뭄 등 토양수분 관련된 모든 현상에 대해 효과적으로 파악할 수 있는 기초자료로 활용 가능
◼ 광범위한 토양수분 자료는 다양한 가뭄(기상학, 수문학, 농업적 가뭄)을 측정하기 위한 기초자료로써 재해 예방에 효과적으로 대비할 수 있으며, 이를 통해 재해로부터 발생할 수 있는 피해 규모를 감소시킬 수 있음
◼ 본 연구에서 개발한 기술을 바탕으로 광범위 위성영상 자료를 활용해 국내뿐만 아니라 북한 등 미계측 유역에 대한 공간수문기상인자를 효과적으로 파악할 수 있음
◼ 차세대 위성자료를 활용한 상세하고 정확도 높은 토양수분 자료는 관련 연구의 기초자료로 제공 가능하며, 이를 통해 파생할 수 있는 다양한 학술적인 발전에 기여할 수 있음
(출처 : 요약문 2p)
과제명(ProjectTitle) : | - |
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연구책임자(Manager) : | - |
과제기간(DetailSeriesProject) : | - |
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