시계열 해수면온도 산출을 위한 이어도 종합해양과학기지 열적외선 관측 시스템 구축

강기묵,김덕진,황지환,최창현,남성현,김성중,조양기,변도성,이주영,KANG, KI-MOOK,KIM, DUK-JIN,HWANG, JI-HWAN,CHOI, CHANGHYUN,NAM, SUNGHYUN,KIM, SEONGJUNG,CHO, YANG-KI,BYUN, DO-SEONG,LEE, JOOYOUNG 한국해양학회 2017 바다 Vol.22 No.3

Continuous monitoring of spatial and temporal changes in key marine environmental parameters such as SST (sea surface temperature) near IORS (Ieodo Ocean Research Station) is demanded to investigate the ocean ecosystem, climate change, and sea-air interaction processes. In this study, we aimed to develop the system for continuously measuring SST using a TIR (thermal infrared) sensor mounted at the IORS. New SST algorithm is developed to provide SST of better quality that includes automatic atmospheric correction and emissivity calculation for different oceanic conditions. Then, the TIR-based SST products were validated against in-situ water temperature measurements during May 17-26, 2015 and July 15-18, 2015 at the IORS, yielding the accuracy of 0.72-0.85 R-square, and $0.37-0.90^{\circ}C$ RMSE. This TIR-based SST observing system can be installed easily at similar Ocean Research Stations such as Sinan Gageocho and Ongjin Socheongcho, which provide a vision to be utilized as calibration site for SST remotely sensed from satellites to be launched in future. 이어도 종합해양과학기지(IORS, Ieodo Ocean Research Station) 주변 해역은 시 공간적으로 해양 환경 변화가 심하여, 해양-대기교환 과정을 비롯하여 해양 생태계와 기후 변화 연구에 필수적인 해수면온도(SST, Sea surface temperature) 자료의 지속적인 측정이 요구되는 해역이다. 본 연구에서는 이어도 종합해양과학기지에 열적외선 센서를 이용하여 해수면온도 연속 관측이 가능한 시스템을 구축하였다. 자동 대기 보정 및 해양 조건에 따른 방사율 계산이 가능한 해수면온도 추출 알고리즘을 개발하였고, 현장측정 해수면온도 자료와의 비교 및 검증을 통해 정확도를 평가하였다. 2015년 5월 17일부터 26일, 그리고 2016년 7월 15일부터 18일까지 기지에 체류하는 동안 열적외선 관측 시스템으로 측정된 해수면온도와 기지 부착 CT (Conductivity-Temperature) 및 튜브 부착 수온 센서들을 이용하여 현장에서 측정된 해수면온도 시계열을 비교하여 상호상관계수0.72-0.85, 평균제곱근 편차 $0.37-0.90^{\circ}C$의 정확도를 얻었다. 이 시스템은 이어도 종합해양과학기지뿐만 아니라 신안 가거초 및 옹진 소청초 등의 다른 종합해양과학기지에도 쉽게 구축이 가능한 시스템으로써 향후 발사될 인공위성의 해수면온도 산출알고리즘 개발의 테스트사이트나 검보정사이트로 활용될 수 있을 것으로 기대할 수 있다.

연구 논문 : 지상용 열적외선 센서의 항공기 탑재를 통한 연안 해수표층온도 추출

강기묵 ( Ki Mook Kang ),김덕진 ( Duk Jin Kim ),김승희 ( Seung Hee Kim ),조양기 ( Yang Ki Cho ),이상호 ( Sang Ho Lee ) 대한원격탐사학회 2014 大韓遠隔探査學會誌 Vol.30 No.6

The Sea Surface Temperature (SST) is one of the most important oceanic environmental factors in determining the change of marine environments and ecological activities. Satellite thermal infrared images can be effective for understanding the global trend of sea surface temperature due to large scale. However, their low spatial resolution caused some limitations in some areas where complicated and refined coastal shapes due to many islands are present as in the Korean Peninsula. The coastal ocean is also very important because human activities interact with the environmental change of coastal area and most aqua farming is distributed in the coastal ocean. Thus, low-cost airborne thermal infrared remote sensing with high resolution capability is considered for verifying its possibility to extract SST and to monitor the changes of coastal environment. In this study, an airborne thermal infrared system was implemented using a low-cost and ground-based thermal infrared camera (FLIR), and more than 8 airborne acquisitions were carried out in the western coast of the Korean Peninsula during the periods between May 23, 2012 and December 7, 2013. The acquired thermal infrared images were radiometrically calibrated using an atmospheric radiative transfer model with a support from a temperature-humidity sensor, and geometrically calibrated using GPS and IMU sensors. In particular, the airborne sea surface temperature acquired in June 25, 2013 was compared and verified with satellite SST as well as ship-borne thermal infrared and in-situ SST data. As a result, the airborne thermal infrared sensor extracted SST with an accuracy of 1ºC.

Envisat ASAR 원시자료를 이용한 표층 해류 속도 추출

강기묵 ( Ki Mook Kang ),김덕진 ( Duk Jin Kim ) 대한원격탐사학회 2013 大韓遠隔探査學會誌 Vol.29 No.1

인공위성 Synthetic Aperture Radar(SAR)는 물리해양학적 현상을 정량적으로 관측하는데 가장 유용한 도구 중의 하나이다. SAR의 도플러 편이(Doppler shift) 현상은 센서와 해양표면 유체와의 상대적인 움직임 차이로 인해 발생될 수 있다. 따라서, 단 채널 SAR 원시자료에 기록된 도플러 정보는 해양의 유체 이동속도를 추정하는데 유용하다. 유체의 이동속도는 측정된 도플러 중심주파수(estimated Doppler centroid)와 예측된 도플러 중심주파수(predicted Doppler centroid) 사이의 차이를 측정함으로써 계산될 수 있다. 예측된 도플러 중심주파수는 표적이 움직이지 않는다고 가정했을 때의 중심주파수로서 위성의 궤도, 시선 각, 자세 등과 같은 기하모델을 통해 계산될 수 있고, 측정된 도플러 중심주파수는 실제 SAR 촬영시 표적의 움직임에 해당하는 도플러 중심주파수로서 원시자료에 기록된 정보를 이용하고 평균상관계수법 (Average Cross Correlation Coefficient; ACCC)을 적용하여 추출될 수 있다. 이렇게 추출된 도플러 속도에서 브래그 공명을 일으키는 표면 장력파의 위상속도를 제거하여 좀더 정밀한 표층 해류의 속도를 추출하였다. 이러한 기법들을 동해를 촬영한 Envisat ASAR 원시자료에 적용하였으며, 추출된 해류속도를 HF-radar에서 관측한 해류속도와 비교하였다. Space-borne Synthetic Aperture Radar (SAR) has been one of the most effective tools for monitoring quantitative oceanographic physical parameters. The Doppler information recorded in single-channel SAR raw data can be useful in estimating moving velocity of water mass in ocean. The Doppler shift is caused by the relative motion between SAR sensor and the water mass of ocean surface. Thus, the moving velocity can be extracted by measuring the Doppler anomaly between extracted Doppler centroid and predicted Doppler centroid. The predicted Doppler centroid, defined as the Doppler centroid assuming that the target is not moving, is calculated based on the geometric parameters of a satellite, such as the satellite`s orbit, look angle, and attitude with regard to the rotating Earth. While the estimated Doppler shift, corresponding to the actual Doppler centroid in the situation of real SAR data acquisition, can be extracted directly from raw SAR signal data, which usually calculated by applying the Average Cross Correlation Coefficient(ACCC). The moving velocity was further refined to obtain ocean surface current by subtracting the phase velocity of Bragg-resonant capillary waves. These methods were applied to Envisat ASAR raw data acquired in the East Sea, and the extracted ocean surface currents were compared with the current measured by HF-radar.

클라우드 컴퓨팅 플랫폼 기반 위성 빅데이터 활용 수재해 모니터링 연구

강기묵(Kang, Ki-mook),황의호(Hwang, EuiHo) 대한토목학회 2022 대한토목학회 학술대회 Vol.2022 No.10

고정산란체 영상레이더 간섭기법을 이용한 시계열 댐 변위 모니터링 가능성 연구

강기묵(Kang, Ki-mook),황의호(Hwang, EuiHo) 대한토목학회 2020 대한토목학회 학술대회 Vol.2020 No.10

수자원위성 활용을 위한 SAR위성 기반 홍수 모니터링 연구

강기묵(Kang, Ki-mook),황의호(Hwang, Eui Ho) 한국측량학회 2021 한국측량학회 학술대회자료집 Vol.2021 No.11

재난유형별 최적 위성영상 분석을 위한 위성 궤도 시뮬레이션 연구 및 적용 : 태풍 미탁(2019) 사례

임소망,강기묵,황의호,유완식 한국지리정보학회 2022 한국지리정보학회지 Vol.25 No.4

재난·재해에 신속하게 대응하기 위하여 다양한 센서의 위성영상 활용이 가능한 뉴스페이스 시대가 열렸다. 국내·외 운용 중인 위성의 수가 늘어나고 위성 센서의 특성이 다양하므로, 재난유형에 최적화된 위성영상을 찾는 것이 필요하다. 재난 유형은 태풍, 호우, 가뭄, 산불 등으로 나누고각 재난유형별로 위성의 궤도, 능동/수동 센서, 공간 해상도, 파장대, 재방문주기를 고려한 최적의위성 영상을 선정하였다. 각 위성궤도 TLE(Two Line Element) 정보는 SGP4(Simplified General Perturbations version 4) 모델에 적용하여 위성궤도 시뮬레이션 알고리즘을 개발하였다. 개발된알고리즘은 위성 궤도를 10초 간격으로 시뮬레이션하고 각 센서의 입사각을 고려하여 정확한 관측영역을 선정하였다. 위성궤도 시뮬레이션 알고리즘을 2019년 태풍 미탁 사례에 적용하여 실제촬영된 위성 리스트와 비교 및 분석하였다. 분석된 결과를 통해 재난 발생 지역의 촬영된 영상과촬영 예정인 영상의 시간 및 영역을 수 초 이내 분석하여 재난 유형에 따른 최적의 위성영상을 선정하였다. 향후, 재난이 발생했을 때 위성영상을 신속하게 요청하고 확보할 수 있는 체계 구축에기반이 되고자 한다.

구글어스엔진 클라우드 컴퓨팅 플랫폼 기반 위성 빅데이터를 활용한 수재해 모니터링 연구

박종수,강기묵,Park, Jongsoo,Kang, Ki-mook 대한원격탐사학회 2022 大韓遠隔探査學會誌 Vol.38 No.6

Due to unpredictable climate change, the frequency of occurrence of water-related disasters and the scale of damage are also continuously increasing. In terms of disaster management, it is essential to identify the damaged area in a wide area and monitor for mid-term and long-term forecasting. In the field of water disasters, research on remote sensing technology using Synthetic Aperture Radar (SAR) satellite images for wide-area monitoring is being actively conducted. Time-series analysis for monitoring requires a complex preprocessing process that collects a large amount of images and considers the noisy radar characteristics, and for this, a considerable amount of time is required. With the recent development of cloud computing technology, many platforms capable of performing spatiotemporal analysis using satellite big data have been proposed. Google Earth Engine (GEE)is a representative platform that provides about 600 satellite data for free and enables semi real time space time analysis based on the analysis preparation data of satellite images. Therefore, in this study, immediate water disaster damage detection and mid to long term time series observation studies were conducted using GEE. Through the Otsu technique, which is mainly used for change detection, changes in river width and flood area due to river flooding were confirmed, centered on the torrential rains that occurred in 2020. In addition, in terms of disaster management, the change trend of the time series waterbody from 2018 to 2022 was confirmed. The short processing time through javascript based coding, and the strength of spatiotemporal analysis and result expression, are expected to enable use in the field of water disasters. In addition, it is expected that the field of application will be expanded through connection with various satellite bigdata in the future.

광학위성 영상 융합을 통한 Synthetic Aperture Radar 수체탐지 AI 학습데이터 구축 연구

최준혁,강기묵,황의호 (사)지오에이아이데이터학회 2023 GEO DATA Vol.5 No.3

For the spatiotemporal analysis of water resources and disasters, water body detection using satellite imagery is crucial. Recently, AI-based methods have been widely employed in water body detection using satellite imagery. To use these AI techniques, a substantial amount of training data is required. When creating training data for water body detection, optical imagery and synthetic aperture radar (SAR) imagery have their respective strengths and weaknesses. To use the advantages of both, this study proposes a water body detection method through the fusion of optical and SAR imagery. The results of the proposed model show an Intersection over Union of 0.612 and an F1 score of 0.759, which is better compared to using either optical or SAR imagery alone. This research presents a method that can easily generate a large amount of water body data, making it promising for use as AI training data for water body detection.

위성기반 고해상도 지형자료를 이용한 미계측 저수지의 상당강우량 추정

김진겸,강기묵,손찬영,남기범,황의호 (사)지오에이아이데이터학회 2023 GEO DATA Vol.5 No.3

Equivalent rainfall refers to the amount of precipitation required to reach a specific water level from the current water level in a reservoir. It serves as a flood forecasting and warning system that allows for the rapid assessment of the reservoir’s maximum water level at the moment of rainfall forecast. In reservoirs where terrain and survey data can be obtained, deriving equivalent rainfall is not difficult. However, without terrain data, satellite imagery and global topographic data are the only available options. In this study, high-resolution topographic data based on satellites were utilized to estimate the equivalent rainfall in the ungauged reservoir, Hwanggang Dam, located in the upper stream of the Imjin River in North Korea. To calculate the inflow into the reservoir, the Natural Resources Conservation Service-Curve Number method was used to determine the effective rainfall, taking into account the antecedent conditions, as the inflow into the reservoir can be changed for the same amount of rainfall depending on the soil moisture content of the watershed.