DMSP/OLS와 SNPP/VIIRS DNB 야간영상을 이용한 광역시도와 시군구 인구추정 비교

김민호 국토지리학회 2019 국토지리학회지 Vol.53 No.3

This research investigated the characteristics of artificial lights intensities inherent in NPP/VIIRS DNB data, and it compared the performance of population estimation using linear regression models based on the sum of nighttime lights, i.e., NTLsum, derived from DMSP/OLS and SNPP/VIIRS DNB, respectively. June and July images were found to have no lights in highly-developed areas and to contain negative radiance values. SNPP/VIIRS DNB was superior to predict population at both province and county levels using NTLsum-based linear regression models. However, they failed to statistical significance tests associated with either model itself or regression coefficients. Therefore, future research would require develop a robust regression model through simulations with predictor variables of high-power explanation and various types of regression model. 본 연구는 SNPP/VIIRS DNB 자료에 내재한 야간 인공조명 강도의 특성을 고찰하였고, 이 영상과 DMSP/OLS 자료의 빛세기 합을 설명변수로 구성한 선형회귀모형을 적용하여 인구를 추정하였다. 6월과 7월 SNPP/VIIRS DNB 영상에서는 집약적 도시개발이 이루어진 지역의 인공조명이 부재하였고, 몇몇 시기 자료에서는 음의 값을 갖는 화소가 존재하였다. DMSP/OLS 자료보다 SNPP/VIIRS DNB 영상을 이용한 회귀모형을 통해 상대적으로 오차가 작은 인구추정이 가능하였으나, 모형 자체 및 회귀계수는 통계적으로 유의하지 않았다. 따라서 향후 연구에서는 높은 설명력을 갖는 독립변수의 선정과 다양한 유형의 모형을 이용한 실험을 통해 정교하고 안정적인 인구추정 회귀모형개발 필요성이 제기된다.

토지피복도와 야간 인공위성 영상을 활용한 남한 광역시도 인구 추정

김민호 국토지리학회 2020 국토지리학회지 Vol.54 No.3

Both Defense Meteorological Satellite Program (DMSP) Operational Linescan System (OLS) and Suomi National Polar-orbiting Partnership (SNPP) Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS) Day/Night Band (DNB) imagery can provide the information of nighttime lights (NTL) intensity emitted from the Earth’s surface at night. The NTL intensity has been frequently utilized in estimating population at city, region or county level. This research performed correlation analysis between the sum of NTL (i.e., NTLsum), derived from individual images and Land Use Land Cover (LULC) built-up area, and population statistics. In addition, the population estimates of each metropolitan city and province in South Korea was derived from prediction models with NTLsum and statistics. Strong positive correlation was found between the two variables. The prediction model of SNPP VIIRS DNB was generally superior to that of DMSP OLS in population estimation. However, SNPP VIIRS DNB model was hard to meet the linearity assumption of a regression model. Therefore, future research is anticipated to adopt more robust model in estimating population. DMSP OLS와 SNPP VIIRS DNB 영상은 야간 지표에서 방사된 인공조명 강도에 관한 정보를 제공한다. 야간 빛세기는 도시, 지역 및 국가의 인구예측에 자주 활용됐다. 본 연구는 두 영상자료로부터 토지피복도 시가지의 인공조명 세기 총합(NTLsum)과 인구통계 간 상관관계와 이들로 구성된 예측모형을 구축하여 남한의 광역시도별 인구추정을 수행했다. 상관분석 결과에 의하면 DMSP OLS와 SNPP VIIRS DNB에서 도출된 NTLsum은 인구와 강한 정적 상관관계에 있었다. SNPP VIIRS DNB에 기초한 모형의 인구예측은 DMSP OLS에 기반한 모형보다 대체로 우수했다. 그러나 SNPP VIIRS DNB 모형은 선형성의 기본 가정을 충족하기 어려웠다. 따라서 향후 연구는 정교화된 모형을 구축하고 이를 활용한 인구를 추정할필요성이 제기된다.

야간인공위성 영상자료 블루밍 현상의 공간패턴에 관한 연구: DMSP/OLS와 SNPP/VIIRS DNB 영상자료를 대상으로

유다현,김민호 국토지리학회 2019 국토지리학회지 Vol.53 No.2

A daytime remotely-sensed imagery has played a fundamental role of providing information to understand and comprehend natural phenomena on the Earth’s surface. Moreover, in recent years, remotely-sensed images have been widely utilized in social-science academic domains. Particularly, DMSP/OLS imagery, obtaining the intensities of artificial illuminations at night, is considered to be spatial proxy data to predict socio-economic variables such as urbanization and population. Meanwhile, blooming effect was reported to exist in the data sets, which indicates the existence of certain-level intensities for some areas where artificial lighting sources were absent. This study analyzed the spatial patterns of nighttime lights (NTL) acquired from DMSP/OLS, focusing on bloom effect. In addition, the same analytical procedures were applied to SNPP/VIIRS DNB NTL imagery. Based on this research, the effect was more apparent in DMSP/OLS rather than SNPP/VIIRS DNB. Therefore, the elimination of this effect should be precedent to the estiamtion of socio-economic variables when using DMSP/OLS NTL images. 주간에 지표를 촬영한 원격탐사 영상자료는 자연현상의 이해 및 해석을 위한 중요한 정보를 제공하였다. 최근 들어원격탐사로 수집된 영상자료는 사회과학 분야에서도 널리 활용되고 있다. 특히 야간에 지표로부터 방출된 인공조명 세기를 기록한 DMSP/OLS 영상자료는 시가지 및 인구 등과 같은 사회·경제적 변수를 추정하는 공간적 대안 자료의 성격을 갖는다. 그러나 이 자료에는 조명시설이 부재한 지역의 화소에 일정 수준의 빛세기가 기록되는 블루밍 현상이 내재한다. 본 연구는 DMSP/OLS 영상자료를 이용하여 해안에 소재한 도시를 대상으로 인공조명 수준의 변화 패턴을 분석하였다. 그리고동일한 분석 과정을 SNPP/VIIRS DNB 영상자료에 적용하였다. 연구 결과에 따르면 블루밍 현상은 SNPP/VIIRS 보다DMSP/OLS 영상에서 더 확연하게 나타났다. 따라서 DMSP/OLS 영상을 이용한 사회경제적 변수 추정에 관한 연구에서블루밍 현상을 최소화할 수 있는 과정이 선행되어야 한다.

야간 인공조명 강도와 토지피복을 이용한 남한의 광역시도 인구추정

김민호 한국지도학회 2020 한국지도학회지 Vol.20 No.2

본 연구는 SNPP VIIRS DNB 영상자료와 토지피복도를 활용하여 시가지에서 방출된 야간 인공조명 강도가 인구예측에 미치는 영향을 고찰한다. 이를 위해 시가지 피복 또는 모든 피복유형에 해당하는 화소의 인공조명 강도를 각각 도출한 후 이들을 설명변수로 구성한 단순회귀모형에 기반한 남한 광역시도의 인구추정 결과를 비교했다. 시가화 건조지역만을 고려한 모형의 정적 상관성, 모형의 적합도 및 회귀계수의 통계적 유의성뿐만 아니라 인구예측 결과는 모든 피복유형을 포함한 모형보다 우수했다. 그러나 진단 결과에 따르면 이 모형은 선형성 기본 가정을 충족하기 어려운 것으로 나타났다. 따라서 향후 연구에서는 다항식의 적용 또는 변수의 변환에 기초한 모형 정교화를 통해 인구를 예측할 필요성이 제기된다. This research investigates the impacts of artificial lights intensity, emitted from built-up area, on population estimation utilizing SNPP VIIRS DNB and land use and land cover (LULC) data. To do so, the performance comparison of population prediction for individual metropolitan cities and provinces in South Korea was made with simple regression model (SRM) consisting of two kinds of nighttime lights (NTL) intensity derived from only built-up area and all types of LULC. The SRM of urban land use was found to be superior to that of all LULC types in terms of positive correlation, model fit, statistical significance, and population prediction results. Nonetheless, according to regression diagnotics, this model was hard to satisfy the basic assumption of linearity. Therefore, it was required to refine the current model with either the adoption of polynomial or the transformation of variables to predict population in future research.

코로나바이러스감염증-19 대유행에 따른 광역시도별 야간 인공조명 강도의 시공간 변화

김민호 국토지리학회 2021 국토지리학회지 Vol.55 No.2

The COVID-19 has recently entered into global pandemic era, which impacted on the shrinkage of world economy in accordance with inter-nation movement limit and local-level lockdown. The province-level distinction of nighttime light (NTL) change, associated with COVID-19 pandemic, was reported by previous research for China and India. This study investigated the spatio-temporal patterns of NTL change for provinces of South Korea. To do so, it utilized Day/Night Band (DNB) March images of 2019, 2020 and 2021, which were collected by Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS) sensor onboard Suomi National Polar-orbiting Partnership (SNPP) satellite. The considerable dimming of NTL was observed in Seoul Metropolitan City, Gyeonggi Province, and Incheon Metropolitan City whose cumulative COVID-19 confirmed cases were higher than the others. Province-level NTL changes between pre-pandemic and pandemic periods of this communicable disease were also confirmed by Wilcoxon signed rank test. It would be required to perform time-series statistical analysis, incorporating other the other variables potentially related to NTL change, in future study. 최근 코로나바이러스감염증-19(이하 코로나-19)는 전 세계적 대유행 단계에 접어들었으며, 국가 간 이동제한 및 지역봉쇄에 따라 세계 경제에 부정적 영향을 미치고 있다. 중국과 인도를 대상으로 수행된 선행연구는 야간 인공위성 영상자료를 통해 코로나-19 대유행에 따른 인공조명 세기 변화의 지역별 차이가 발생함을 보고한 바 있다. 본 연구는 2019년, 2020년, 2021년 3월 SNPP VIIRS DNB 영상자료를 활용하여 코로나-19의 전국적 확산과 맞물린 야간 인공조명의 광역시도별 시공간 변화 패턴을 고찰하였다. 코로나-19 누적 확진자가 많이 발생한 서울특별시, 인천광역시와 경기도를 포함한 수도권 지역에서 다른 지역보다 큰 폭의 야간 조도 감소가 나타났다. 통계분석 결과에 따르면 두 시기 간 광역시도별 빛합계지수에 유의미한 차이가 있는 것으로 확인되었다. 향후 연구에서는 야간 조도에 영향을 미칠 수 있는 다른 변인을 포함한 시계열 모형 기반 분석의 수행 필요성이 제기된다.