GPR(Ground Penetrating Radar) was used for imaging the interior of the historical masonry such as stone pagoda in order to provide the basic information of safely inspection. The scope of the imaging was restricted to the foundation part of stone pagoda that transferred the load of the pagoda to the ground. Kirchhoff migration and traveltime tomography was used for imaging the outer stone and the inside of stone pagoda, respectively. From the migrated images, we could measure the thickness and the shape of the boundaries of the outer stone in the foundation part. From the reconstructed tomograms for the physical model, we could get the GPR propagation velocity distribution and exactly find the position of the air in the model and calculate the average velocity with respect to the different filling materials. The properties and the shape of the interior materials of stone pagoda can be basic informations for the safety inspection.
In this paper, we report the design, fabrication and characterization of the 3-Dimensional optical receiver for a Laser Detection And Ranging (LADAR) system. The optical receiver is composed of three parts; $16{\pm}16$ Geiger Mode InGaAs Avalanche Photodiode (APD) array device operated at 1560 nm wavelength, Read Out Integrated Circuit (ROIC) measuring the Time-Of-Flight (TOF) of the return signal reflected from target objects, a package and cooler maintaining the proper operational condition of the detector and control electronics. We can confirm that the LADAR system can detect the signal from a target up to 1.2 km away, and it showed low Dark Count Rate (DCR) of less than 140 kHz, and higher than 28%-Photon Detection Efficiency (PDE). This is considered to be the best performance of the $16{\pm}16$ FPA APD optical receiver for a LADAR system.
Under the research project supported by Japanese Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology (MEXT), we have conducted the development of GPR systems for landmine detection. Until 2005, we have finished development of two prototype GPR systems, namely ALIS (Advanced Landmine Imaging System) and SAR-GPR (Synthetic Aperture Radar-Ground Penetrating Radar). ALIS is a novel landmine detection sensor system combined with a metal detector and GPR. This is a hand-held equipment, which has a sensor position tracking system, and can visualize the sensor output in real time. In order to achieve the sensor tracking system, ALIS needs only one CCD camera attached on the sensor handle. The CCD image is superimposed with the GPR and metal detector signal, and the detection and identification of buried targets is quite easy and reliable. Field evaluation test of ALIS was conducted in December 2004 in Afghanistan, and we demonstrated that it can detect buried antipersonnel landmines, and can also discriminate metal fragments from landmines. SAR-GPR (Synthetic Aperture Radar-Ground Penetrating Radar) is a machine mounted sensor system composed of B GPR and a metal detector. The GPR employs an array antenna for advanced signal processing for better subsurface imaging. SAR-GPR combined with synthetic aperture radar algorithm, can suppress clutter and can image buried objects in strongly inhomogeneous material. SAR-GPR is a stepped frequency radar system, whose RF component is a newly developed compact vector network analyzers. The size of the system is 30cm x 30cm x 30 cm, composed from six Vivaldi antennas and three vector network analyzers. The weight of the system is 17 kg, and it can be mounted on a robotic arm on a small unmanned vehicle. The field test of this system was carried out in March 2005 in Japan.
The sigma naught (${\sigma}^0$) equation is essential to calculate geo-physical properties from Synthetic Aperture Radar (SAR) images for the applications such as ground target identification,surface classification, sea wind speed calculation, and soil moisture estimation. In this paper, we are suggesting new Kompsat-5 (K5) Radar Cross Section (RCS) and ${\sigma}^0$ equations reflecting the final SAR processor update and absolute radiometric calibration in order to increase the application of K5 SAR images. Firstly, we analyzed the accuracy of the K5 RCS equation by using trihedral corner reflectors installed in the Kompsat calibration site in Mongolia. The average difference between the calculated values using RCS equation and the measured values with K5 SAR processor was about $0.2dBm^2$ for Spotlight and Stripmap imaging modes. In addition, the verification of the K5 ${\sigma}^0$ equation was carried out using the TerraSAR-X (TSX) and Sentinel-1A (S-1A) SAR images over Amazon rainforest, where the backscattering characteristics are not significantly affected by the seasonal change. The calculated ${\sigma}^0$ difference between K5 and TSX/S-1A was less than 0.6 dB. Considering the K5 absolute radiometric accuracy requirement, which is 2.0 dB ($1{\sigma}$), the average difference of $0.2dBm^2$ for RCS equation and the maximum difference of 0.6 dB for ${\sigma}^0$ equation show that the accuracies of the suggested equations are relatively high. In the future, the validity of the suggested RCS and ${\sigma}^0$ equations is expected to be verified through the application such as sea wind speed calculation, where quantitative analysis is possible.
The 2-pass DInSAR (Differential Interferometric SAR) processing steps for DEM generation consist of the co-registration of SAR image pair, interferogram generation, phase unwrapping, calculation of DEM errors, and geocoding, etc. It requires complicated steps, and the accuracy of data processing at each step affects the performance of the finally generated DEM. In this study, we developed an improved method for enhancing the performance of the DEM generation method based on the 2-pass DInSAR technique of TanDEM-X bistatic SAR images was developed. The developed DEM generation method is a method that can significantly reduce both the DEM error in the unwrapped phase image and that may occur during geocoding step. The performance analysis of the developed algorithm was performed by comparing the vertical accuracy (Root Mean Square Error, RMSE) between the existing method and the newly proposed method using the ground control point (GCP) generated from GPS survey. The vertical accuracy of the DInSAR-based DEM generated without correction for the unwrapped phase error and geocoding error is 39.617 m. However, the vertical accuracy of the DEM generated through the proposed method is 2.346 m. It was confirmed that the DEM accuracy was improved through the proposed correction method. Through the proposed 2-pass DInSAR-based DEM generation method, the SRTM DEM error observed by DInSAR was compensated for the SRTM 30 m DEM (vertical accuracy 5.567 m) used as a reference. Through this, it was possible to finally create a DEM with improved spatial resolution of about 5 times and vertical accuracy of about 2.4 times. In addition, the spatial resolution of the DEM generated through the proposed method was matched with the SRTM 30 m DEM and the TanDEM-X 90m DEM, and the vertical accuracy was compared. As a result, it was confirmed that the vertical accuracy was improved by about 1.7 and 1.6 times, respectively, and more accurate DEM generation was possible with the proposed method. If the method derived in this study is used to continuously update the DEM for regions with frequent morphological changes, it will be possible to update the DEM effectively in a short time at low cost.
The purpose of this study is to improve the calibration matrixes of 2-D and 3-D convective rainfall rates (CRR) using the brightness temperature of the infrared $10.8{\mu}m$ channel (IR), the difference of brightness temperatures between infrared $10.8{\mu}m$ and vapor $6.7{\mu}m$ channels (IR-WV), and the normalized reflectance of the visible channel (VIS) from the COMS satellite and rainfall rate from the weather radar for the period of 75 rainy days from April 22, 2011 to October 22, 2011 in Korea. Especially, the rainfall rate data of the weather radar are used to validate the new 2-D and 3-DCRR calibration matrixes suitable for the Korean peninsula for the period of 24 rainy days in 2011. The 2D and 3D calibration matrixes provide the basic and maximum CRR values ($mm\;h^{-1}$) by multiplying the rain probability matrix, which is calculated by using the number of rainy and no-rainy pixels with associated 2-D (IR, IR-WV) and 3-D (IR, IR-WV, VIS) matrixes, by the mean and maximum rainfall rate matrixes, respectively, which is calculated by dividing the accumulated rainfall rate by the number of rainy pixels and by the product of the maximum rain rate for the calibration period by the number of rain occurrences. Finally, new 2-D and 3-D CRR calibration matrixes are obtained experimentally from the regression analysis of both basic and maximum rainfall rate matrixes. As a result, an area of rainfall rate more than 10 mm/h is magnified in the new ones as well as CRR is shown in lower class ranges in matrixes between IR brightness temperature and IR-WV brightness temperature difference than the existing ones. Accuracy and categorical statistics are computed for the data of CRR events occurred during the given period. The mean error (ME), mean absolute error (MAE), and root mean squire error (RMSE) in new 2-D and 3-D CRR calibrations led to smaller than in the existing ones, where false alarm ratio had decreased, probability of detection had increased a bit, and critical success index scores had improved. To take into account the strong rainfall rate in the weather events such as thunderstorms and typhoon, a moisture correction factor is corrected. This factor is defined as the product of the total precipitable waterby the relative humidity (PW RH), a mean value between surface and 500 hPa level, obtained from a numerical model or the COMS retrieval data. In this study, when the IR cloud top brightness temperature is lower than 210 K and the relative humidity is greater than 40%, the moisture correction factor is empirically scaled from 1.0 to 2.0 basing on PW RH values. Consequently, in applying to this factor in new 2D and 2D CRR calibrations, the ME, MAE, and RMSE are smaller than the new ones.
Agricultural water occupies 48% of water demand, and management of agricultural reservoirs is essential for water resources management within agricultural basins. For more efficient use of agricultural water, monitoring the distribution of water resources in agricultural reservoirs and agricultural basins is required. Therefore, in this study, three threshold determination methods (i.e., fixed threshold, Otsu threshold, Kittler-Illingworth (KI) threshold) were compared to detect terrestrial water bodies using Sentinel-1 images for 3 years from 2018 to 2020. The purpose of this study was to evaluate methods for determining threshold values to more accurately estimate the reservoir area. In addition, by analyzing the relationship between the water surface and water storage at the Edong, Gosam, and Giheung reservoirs, water storage based on the SAR image was estimated and validated with observations. The thresholding method for detecting a waterbody was found to be the most accurate in the case of the KI threshold, and the water storage estimated by the KI threshold indicated a very high agreement (r = 0.9235, KGE' = 0.8691). Although the seasonal error characteristics were not observed, the problem of underestimation at high water levels may occur; the relationship between the water surface and the water storage could change rapidly. Therefore, it is necessary to understand the relationship between the water surface area and water storage through ground observation data for a more accurate estimation of water storage. If the use of SAR data through water resources satellites becomes possible in the future, based on the results of this study, it is judged that it will be beneficial for monitoring water storage and managing drought.
The high-resolution X-band SAR systems such as COSMO-SkyMED and TerraSAR-X have been launched recently. In addition KOMPSAT-5 will be launched in the early of 2012. In this study we developed the new method for persistent scatterer candidate (PSC) selection and network construction, which is more suitable for PSInSAR analysis using multi-temporal X-band SAR data. PSC selection consists in two main steps: first, selection of initial PSCs based on amplitude dispersion index, mean amplitude, mean coherence. second, selection of final PSCs based on temporal coherence directly estimated from network analysis of initial PSCs. To increase the stability of network the Multi- TIN and complex network for non-urban area were addressed as well. The proposed algorithm was applied to twenty-one TerraSAR-X SAR of New Orleans. As a result many PSs were successfully extracted even in non-urban area. This research can be used as the practical application of KOMPSAT-5 for surface displacement monitoring using X-band PSInSAR.
Caesary, Desy;Cho, AHyun;Yu, Huieun;Joung, Inseok;Song, Seo Young;Cho, Sung Oh;Kim, Bitnarae;Nam, Myung Jin
Geophysics and Geophysical Exploration
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v.23
no.3
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pp.117-130
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2020
Noises can distort acquired geophysical data, leading to their misinterpretation. Potential noises sources include anthropogenic activity, natural phenomena, and instrument noises. Conventional denoising methods such as wavelet transform and filtering techniques, are based on subjective human investigation, which is computationally inefficient and time-consuming. Recently, many researchers attempted to implement neural networks to efficiently remove noise from geophysical data. This study aims to review and analyze different types of neural networks, such as artificial neural networks, convolutional neural networks, autoencoders, residual networks, and wavelet neural networks, which are implemented to remove different types of noises including seismic, transient electromagnetic, ground-penetrating radar, and magnetotelluric surveys. The review analyzes and summarizes the key challenges in the removal of noise from geophysical data using neural network, while proposes and explains solutions to the challenges. The analysis support that the advancement in neural networks can be powerful denoising tools for geophysical data.
Park, Jin-Hyeog;Yun, Ji-Heun;Chong, Koo-Yol;Sung, Young-Du
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2008.05a
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pp.2179-2183
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2008
지금까지 분포형 모형 개발에 대한 많은 노력이 있음에도 불구하고 여러 제약사항들에 의해 잠재력을 보여주는 정도로 활용되어 왔으나, 최근 급속도로 발전하는 컴퓨터의 계산능력, DEM 등 디지털정보의 구축이 진행되어 오고 있고, GIS 및 인공위성 영상기법의 발달로 공간적인 비균질성을 고려하여 유출과정에서 운동역학적인 이론을 기반으로 물의 흐름을 수리학적으로 추적해 나가는 물리적기반의 분포형 유출모형의 활용도가 높아지고 있다. 본 모형개발에 있어 이론적 배경이 된 모형은 1998년부터 일본 교토대학 방재연구소 코지리 연구실에서 개발 중인 Hydro-BEAM으로 유역 물순환의 건전성을 평가하기 위하여 장기간의 유역 내 유량, 수질을 시계열 및 공간적으로 파악하여 유역의 영향평가를 위해 개발된 물리적 기반의 격자구조를 가진 분포형 장기유출 모형이다. 유출량 계산은 유역내 수평 유출량산정 모듈로서 평면 분포형의 격자형을, 연직 분포형으로는 $A{\sim}B$층의 수평유출량은 하천으로 유입하고, C층은 하천유량에 영향을 미치지 않는 지하수층으로 가정하는 다층모형을 이용해서 A층, 지표 및 하도흐름은 운동파 법(kinematic wave)으로, $B{\sim}C$층의 유출량은 선형저류법으로 계산하는 모형이다. 본 연구에서는 격자흐름방향을 4방향에서 8방향으로 개선하였고, 모형의 각종 수문매개변수들을 GIS와 연계하여 직접 입력할 수 있도록 하였으며, 물리적기반의 침투과정을 모의할 수 있도록 Green & Ampt모듈을 추가하고, 향후 레이더 강우 및 수치예보강우의 홍수유출예측을 염두에 두고 격자강우량을 활용할 수 있도록 하는 등 홍수유출해석을 위한 분포형 강우-유출모형으로 개선 하였고, 이를 남강댐유역에 적용해 봄으로써 모형의 적용성을 검토해 보고자 하였다. 홍수기동안의 지표흐름과 지표하 흐름의 시간적 변화와 공간적 분포를 모의할 수 있었으며, 전처리과정으로서 ArcGIS 혹은 ArcView등의 GIS 프로그램을 이용하여 모형에 필요한 ASCII형태의 입력 매개 변수 자료들을 가공하였다. 또한 후처리과정으로서 모형의 수행결과인 유역내의 유출량 분포 등을 GIS상에서 나타낼 수 있도록 ASCII형태로 출력하도록 구성하였다. 남강댐유역을 대상으로 유역을 500m의 정방형 격자로 분할하고 수계망을 통하여 유역 출구까지 운동파이론에 의해 추적 계산하였으며, 수문곡선 비교결과 재현성 높은 결과를 보여주었다. 모형의 정확성 및 실용성에 대한 보다 정확한 평가를 위해서는 향후 다양한 강우 사상 혹은 다양한 크기의 유역에 대한 유출량의 재현성 및 매개변수 등에 검증이 이루어져야 할 것이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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