논벼 작황 분석을 위한 MCD12Q1 기반 시계열 마스크 맵 작성

나상일 ( Sang-il Na ),안호용 ( Ho-yong Ahn ),이경도 ( Kyung-do Lee ),박찬원 ( Chan-won Park ),홍석영 ( Suk-young Hong ),소규호 ( Kyu-ho So ) 한국농공학회 2020 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2020 No.-

정확한 작황 분석을 위해서는 논벼 재배지 이외의 토지피복 지역을 배제하여 논벼 고유의 식생지수만을 추출하는 것이 중요하며, 논벼 고유의 식생지수 추출을 위한 방법으로 마스크 맵(Mask Map)을 활용한다. 마스크 맵은 작황 분석의 공간적 범위로서 기타 토지피복을 제외한 실제 경작이 이루어지는 영역을 의미하며, 주로 지적도, 스마트 팜 맵(Smart Farm Map; SFM) 등을 대상으로 원하는 지목을 추출하거나 위성영상 기반의 토지피복도를 사용한다. 그러나 해당 자료들은 갱신주기가 3∼10년으로 시계열 자료 수집이 불가능하고 위성영상 기반의 토지피복도 제작에 많은 노력이 필요한 관계로 대부분 최근 자료 기반의 고정형 마스크 맵(Fixed Mask map)을 사용하고 있으며, 이는 매년 변화하는 농경지의 현황을 반영하지 못하고 있다는 점에서 정밀한 작황 분석 및 단수 추정에 문제점으로 지적되어 왔다. 따라서 본 연구에서는 MCD12Q1 기반의 1년 단위 시계열 마스크 맵(Temporal Mask map)을 작성하고 이에 대한 적용성을 검토하고자 한다. 그 결과, 시계열 마스크 맵에 의한 논벼 재배면적이 실제 논벼 재배면적의 변동 특성을 잘 반영하고 있는 것으로 나타났으며, 마스크 맵에 따른 논벼 NDVI의 연차별 변화도 시계열 마스크 맵에 의한 NDVI가 고정형 마스크 맵에 의한 NDVI 보다 적게 나타나 매년 논벼 재배현황의 변화를 잘 반영하고 있는 것으로 판단된다.

채소 작황평가를 위한 무인비행체 영상 검보정 방안

나상일 ( Sang Il Na ),홍석영 ( Suk Young Hong ),이경도 ( Kyoung Do Lee ),백신철 ( Shin Chul Baek ) 한국농공학회 2015 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2015 No.-

본 연구는 최근 급속한 기술발전이 이루어지고 있는 무인항공기 (UAV)를 채소 작황평가에 적용하기 위한 실증연구로 현장에 설치한 타프 (Tarp)를 이용하여 시계열 영상에 대한 검보정을 수행하였다. UAV로부터 취득된 영상을 채소 등의 생육 모니터링 및 작황평가에 활용하기 위해서는 UAV에 장착된 카메라의 정확한 제원과 현장 분광반사율 등의 보조자료가 필요하다. UAV에 장착된 카메라는 대기 중의 구름, 스모그, 에어로졸 및 지표상의 물리적인 상태 등으로 인하여 객체에 대한 정보전달과 기록과정에서 불가피하게 오차가 포함될 수 있기 때문이다. 또한, 작물의 생육주기에 따른 작황의 변이를 파악하고 평가하기 위해서는 시계열 영상의 활용이 필수적이다. 그러나 UAV 영상을 취득하는 시기에 따라 기상 및 대기 상태가 서로 다르기 때문에 검보정 과정을 거치지 않은 시계열 영상의 상대적인 비교는 작황평가에 잘못된 결과를 나타내는 주원인이 된다. 따라서 UAV로 취득한 영상은 반드시 보정여부를 확인하고 분석에 적용하는 것이 필수적이다. 이를 위해서 본 연구에서는 영상 내 대리보정을 수행하기 위하여 각각 5%, 23%, 88%의 균일한 반사율을 가지는 Tarp를 현장에 설치하고 UAV 영상을 취득하였다. Tarp의 분광반사율은 지상분광복사계 (Fieldspec Pro)를 이용하여 UAV 촬영과 동일한 날짜에 취득하였으며, 100%의 에너지를 반사할 수 있는 표준반사판 (reflectance standard)을 기준으로 동일한 시간동안 측정된 상대적인 에너지를 측정하여 분광반사율을 계산하였다. 이와 같이 얻어진 Tarp의 분광반사율과 UAV를 통하여 촬영된 Tarp의 화소값 간의 상대적인 관계식을 통하여 대리복사보정을 실시하였으며, 가장 대표적인 대리보정 기법인 경험적 선형 보정 기법을 각 영상에 적용하였다. 그 결과, 3개 Tarp의 반사율을 이용한 대리보정 후 영상내 스펙트럼과 분광복사계를 이용한 스펙트럼의 형태와 경향성이 유사한 결과를 나타내었으며, 파장에 따른 상관계수 (R²)는 Green > Red > NIR 순으로 나타나 짧은 파장일수록 검보정의 효과가 크게 나타나는 것을 확인하였다.

국내 작황 모니터링을 위한 무인항공기 적용방안

나상일 ( Sang-il Na ),박찬원 ( Chan-won Park ),소규호 ( Kyu-ho So ),안호용 ( Ho-yong Ahn ),이경도 ( Kyung-do Lee ) 대한원격탐사학회 2018 大韓遠隔探査學會誌 Vol.34 No.5

작황 모니터링은 농민들에게 최적의 작물 생산을 위한 농작업 관리 전략을 수립하는데 유용한 정보를 제공할 수 있다. 그러나 시료 채취에 의한 분석 등에 한정된 기존의 현장 모니터링 방법은 많은 시간과 노동력이 필요하다. 무인항공기는 고해상도 이미지를 신속하고 정기적으로 취득할 수 있는 장점이 있기 때문에 재배면적, 생육인자, 생육이상 및 생산량 추정 등과 같은 작황 모니터링 분야에 효과적으로 활용될 수 있다. 또한, 위성과 비교하여 비행 고도가 낮아 흐린 날씨에서도 높은 화질의 영상을 수집할 수 있다. 본 연구는 작황 모니터링 분야에서의 무인항공기 활용 가능성을 검토하고 무인항공기 기반의 작황 정보 생산을 위한 적용방안을 제시하고자 하였다. Crop monitoring can provide useful information for farmers to establish farm management strategies suitable for optimum production of vegetables. But, traditional monitoring has used field measurements involving destructive sampling and laboratory analysis, which is costly and time consuming. Unmanned Aerial vehicle (UAV) could be effectively applied in a field of crop monitoring for estimation of cultivated area, growth parameters, growth disorder and yield, because it can acquire high-resolution images quickly and repeatedly. And lower flight altitude compared with satellite, UAV can obtain high quality images even in cloudy weather. This study examined the possibility of utilizing UAV in the field of crop monitoring and was to suggest the application method for production of crop status information from UAV.

RS/GIS를 이용한 토지이용변화에 의한 녹지의 이산화탄소 (CO₂) 흡착량 분포 추정

나상일,박종화,박진기,Na, Sang-Il,Park, Jong-Hwa,Park, Jin-Ki 한국농공학회 2010 한국농공학회논문집 Vol.52 No.3

Quantification of carbon absorption and understanding the human induced land use changes (LUC) forms one of the major study with respect to global climatic changes. An attempt study has been made to quantify the carbon absorption by LUC through remote sensing technology. The Landsat imagery four time periods was classified with the hybrid classification method in order to quantify carbon absorption by LUC. Thereafter, for estimating the amount of carbon absorption, the stand biomass of forest was estimated with the total weight, which was the sum of individual tree weight. Individual tree volumes could be estimated with the crown width extracted from digital forest cover type map. In particular, the carbon conversion index and the ratio of the $CO_2$ molecular weight to the C atomic weight, reported in the IPCC guideline, was used to convert the stand biomass into the amount of carbon absorption. Total carbon absorption has been modeled by taking areal estimates of LUC of four time periods and carbon factors for land use type and standing biomass. Results of this study, through LUC suggests that over a period of construction, 7.10 % of forest and 9.43 % of barren were converted into urban. In the conversion process, there has been a loss of 6.66 t/ha/y (7.94 %) of carbon absorption from the study area.

논벼 NPP 지수를 이용한 우리나라 벼 수량 추정 -MODIS 영상과 CASA 모형의 적용-

나상일 ( Sang Il Na ),홍석영 ( Suk Young Hong ),김이현 ( Yi Hyun Kim ),이경도 ( Kyoung Do Lee ),장소영 ( So Young Jang ) 대한원격탐사학회 2013 大韓遠隔探査學會誌 Vol.29 No.5

CASA 모델은 작물의 순 일차생산량(NPP)을 추정하는 가장 빠르고 정확한 모델 중 하나이다. 본 연구의 목적은 (1) 2002년 ~ 2012년 동안 한국의 논지역을 대상으로 작물 NPP의 시공간적 변화 패턴을 분석하고, (2) 연간 NPP와 쌀 생산성 간의 관계를 파악하여, (3) MODIS Product와 태양 복사량을 CASA 모형에 적용하여 2012년 한국의 쌀 수량을 추정하는 것이다. 또한, (4) 통계청이 발표한 최종 수량과 비교를 통해적용을 검토하였다. 이를 위해, 월별 또는 누적 NPP와 수량과의 상관분석을 실시하였다. 그 결과, 총 누적 NPP와 9월의 NPP가 쌀 수량과 높은 상관성을 나타내었으며, 이를 이용하여 추정한 2012년 예측 수량은 누적 NPP 적용시 526.93 kg/10a, 9월의 NPP 적용시 520.32 kg/10a로 추정되었다. 통계청의 최종 수량과의 RMSE는 각각 9.46 kg/10a, 12.93 kg/10a를 나타내었으나, 전반적으로 두 모형 모두 1:1선에 근접한 결과를 보이고 있어 NPP를 이용한 벼 수량 추정 모형이 논벼 수량의 변화특성을 잘 반영하고 있는 것으로 판단된다. Carnegie-Ames-Stanford Approach (CASA) model is one of the most quick, convenient and accurate models to estimate the NPP (Net Primary Productivity) of vegetation. The purposes of this study are (1) to examine the spatial and temporal patterns of vegetation NPP of the paddy field area in Korea from 2002 to 2012, and (2) to investigate how the rice productivity responded to inter-annual NPP variability, and (3) to estimate rice yield in Korea using CASA model applied to MOderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) products and solar radiation. MODIS products; MYD09 for NIR and SWIR bands, MYD11 for LST, MYD15 for FPAR, respectively from a NASA web site were used. Finally, (4) its applicability is to be reviewed. For those purposes, correlation coefficients (linear regression for monthly NPP and accumulated NPP with rice yield) were examined to evaluate the spatial and temporal patterns of the relations. As a result, the total accumulated NPP and Sep. NPP tend to have high correlation with rice yield. The rice yield in 2012 was estimated to be 526.93㎏/10a by accumulated NPP and 520.32 ㎏/10a by Sep. NPP. RMSE were 9.46㎏/10a and 12.93㎏/10a, respectively, compared with the yield forecast of the National Statistical Office. This leads to the conclusion that NPP changes in the paddy field were well reflected rice yield in this study.

벼 수량 자료의 추세분석을 통한 MODIS NDVI 및 기상자료 기반의 벼 수량 추정 모형 개선

나상일 ( Sang-il Na ),홍석영 ( Suk-young Hong ),안호용 ( Ho-yong Ahn ),박찬원 ( Chan-won Park ),소규호 ( Kyu-ho So ),이경도 ( Kyung-do Lee ) 대한원격탐사학회 2021 大韓遠隔探査學會誌 Vol.37 No.2

장기적인 시계열 수량 평균이 기술적인 발전 요인에 의해 증가하는 추세를 제거하여, 기존 MODIS NDVI 및 기상자료를 이용한 우리나라 벼 수량 추정 모형을 개선하고자 하였다. 이를 위해 2002년부터 2019년까지의 NDVI (MYD13Q1)와 기상자료를 사용하여 다중 선형 회귀 분석을 수행하였다. 벼 수량 추세를 분석하고 이를 제거하여 모형을 보완하였다. 개선된 모형을 이용하여 추정한 벼 수량과 수량 통계 값 간의 상관 분석을 통해 추세 제거에 따른 정확도를 평가하였다. 그 결과, 추세가 제거된 벼 수량 추정 모형에 의해 예측된 수량이 통계 수량의 연간 변동 특성을 잘 반영하고 있는 것으로 나타났다. 추세 제거 전의 모형과 비교하여 통계 수량과의 상관계수와 결정계수도 높게 나타났다. 따라서 추세 제거 방법이 벼 수량 추정 모형을 효과적으로 보정하는 방법임을 확인하였다. By removing the increasing trend that long-term time series average of rice yield due to technological advancement of rice variety and cultivation management, we tried to improve the rice yield estimation model which developed earlier using MODIS NDVI and meteorological data. A multiple linear regression analysis was carried out by using the NDVI derived from MYD13Q1 and weather data from 2002 to 2019. The model was improved by analyzing the increasing trend of rime-series rice yield and removing it. After detrending, the accuracy of the model was evaluated through the correlation analysis between the estimated rice yield and the yield statistics using the improved model. It was found that the rice yield predicted by the improved model from which the trend was removed showed good agreement with the annual change of yield statistics. Compared with the model before the trend removal, the correlation coefficient and the coefficient of determination were also higher. It was indicated that the trend removal method effectively corrects the rice yield estimation model.

LANDSAT영상을 이용한 충주시 주변의 토지피복 변화와 온도분포 해석

나상일 ( Na Sang-il ),박종화 ( Park Jong-hwa ) 한국농공학회 2006 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2006 No.-

It is very important to detect land cover and land use change from the past and to use it for future urban plan. This paper investigated the application of Landsat satellite imagery for detecting urban heat island phenomenon in Chungju city. For this process, the Landsat TM band6 on August 28, 1991, the Landsat ETM+ band6 on May 8, 2000 and Digital Elevation Model(DEM) have been used. From this data, the relationship between the land use and the radiant temperature has been comprehended, the cause of the urban heat island phenomenon has been analyzed. Also, surface temperature according to land cover and use was calculated from Landsat thermal infrared data to analyze the relationship between urban expansion and surface temperature. Conclusively, the extraction of the land surface temperature using the satellite thermal infrared data can be used effectively to the analysis for the urban thermal environment.

위성 영상과 DEM에 의한 미호천 유역의 토지피복 변화량 분석

나상일 ( Na Sang-il ),박종화 ( Park Jong-hwa ) 한국농공학회 2006 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2006 No.-

The purpose of this study was analysed land cover variation which was estimated using Landsat 5 TM and Landsat 7 ETM+ images and land cover-digital elevation modeling using 1/25,000 scale DEM. Four images of Aug, 28, 1991 and May, 2, 1992 and May, 8, 2000 were prepared for the Miho river basin in Chungbuk. Land cover of 1990's, 2000's images were classified by ISODATA and maximum likelihood method. As a result, urban & barren area gradually increased and farm & forest area decreased. Land cover-digital elevation models of 1990's, 2000's were composited using standard DEM and pre-processed satellite image. Land cover change of Miho river basin were quickly changed in lower area than higher area.

Landsat ETM+영상의 지표면온도와 NDVI 공간을 이용한 광역 증발산량의 도면화

나상일 ( Na Sang-il ),박종화 ( Park Jong-hwa ) 한국농공학회 2008 한국농공학회논문집 Vol.50 No.3

Evapotranspiration mapping using both meteorological ground-based measurements and satellite-derived information has been widely studied during the last few decades and various methods have been developed for this purpose. It is significant and necessary to estimate regional evapotranspiration (ET) distribution in the hydrology and water resource research. The study focused on analyzing the surface ET of Chungbuk region using Landsat 7 ETM imagery. For this process, we estimated the regional daily evapotranspiration on May 8, 2000. The estimation of surface evapotranspiration is based on the relationship between Temperature Vegetation Dryness Index (TVDI) and Morton's actual ET. TVDI is the relational expression between Normalized Difference of Vegetation Index (NDVI) and Land Surface Temperature (LST). The distribution of NDVI corresponds well with that of land-use/land cover in Chungbuk. The LST of several part of city in Chungbuk region is higher in comparison with the averaged LST. And TVDI corresponds too well with that of land cover/land use in Chungbuk region. The low evapotranspiration availability is distinguished over the large city like Cheongju-si, Chungju-si and the difference of evapotranspiration availability on forest and paddy is high.

동영상 변형에 강인한 프레임 서술자 설계

나상일(Sang-il Na),임예은(Ye-Eun Lim),제성관(Sung Kwan Je),오원근(Weon-Geun Oh),정동석(Dong-Seok Jeong) 대한전자공학회 2010 대한전자공학회 학술대회 Vol.2010 No.6

In general, two types of informations are used for content-based video copy detection: spatial information and temporal information. The spatial information means content-based image fingerprint. This image fingerprint must have following characteristic. First, extraction is simple. Second, pair-wise independence for random selected two images. At last, robust for modifications. This paper suggest image figerprint designing method for contents based video copy detection.