• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.48-48
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• 2020

최근 이상기후변화로 인해 수환경 변화가 일어나고 있다. 그로 인해 국내에서 조류의 과대성장이 빈번히 발생되고 있으다. 이로 인해 유해남조류 등 조류가 생산하는 독성물질, 이취미 물질은 수질을 악화시키고 있으며, 생태계에 큰영향을 미친다. 조류는 하천에서 넓은 분포로 발생하게 되는데 이러한 조류 모니터링에는 많은 인력과 시간이 소요된다. 국내에선 인력과 시간을 줄이기 위해 최근 원격탐사 기법을 이용한 조류 모니터링에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. 본 연구에서는 녹조류, 남조류 5종을 이용해 실험을 진행하였다. 사용된 초분광 센서는 CORNING사의 microHSI^TM 410 SHARK를 이용하였으며 파장 400-1000 nm에서 NIR(visNIR)파장을 분석할 수 있으며, 초분광 센서를 정사로 영상을 촬영하기 위해 짐벌을 이용하여 영상을 수집하였다. 영상을 촬영 전 방사보정을 하기 위해 시료와 동일 선상에 99% 반사율을 갖는 백색반사판을 같이 촬영하여 방사보정을 진행하였다. 본 연구에서는 시기와 상관없이 조류에 대한 연구를 하기위해 조류배양액을 이용하였으며, 남조의 경우 470 nm에서 분광 특성을 나타내었으며, 녹조의 경우 477-510 nm에서 분광 특성을 나타났다. 초분광영상을 통해 기초라이브러리를 구축하고 구축된 라이브러리를 통해 조류의 분광특성을 분석하고 제시하여 하천에 적용하고자 한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.131-131
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• 2019

최근 기후변화와 여름철 고온 등으로 인한 녹조현상, 각종 사고로 인한 화학물질 및 유류 유출 등 수질오염과 관련된 사회적 관심이 높아지고 있다. 특히, 화학사고로 인한 유해화학물질 유출은 접촉시 인체에 악영향을 끼치며, 대기 수질 토양을 오염시키고 주변 농작물의 변색이나 괴사를 유발하는 등 발생 시 적절한 조치와 대응이 필요하다. 환경부에서는 유해화학물질 유출사고로 인한 국민건강 및 환경상의 위해를 예방하기 위해 화학물질관리법과 화학물질 등록 및 평가에 관한 법률을 제정하여 유해화학물질을 관리하고 사고에 대응하고 있다. 그러나, 화학사고 발생 시 현장인력에 의존해 공장 인근의 먼지, 악취 등을 감시하거나 화학물질의 유출이 우려되는 곳에 제한적으로 검출센서를 설치해 사고를 감시하고 있으나 미설치 지역에 대한 능동적 탐지가 어렵고, 공간적 분포 탐지가 불가능하여 초동 대응에 한계가 있다. 한편 최근 초분광 영상을 활용하여 물질 고유의 특성을 분석함으로써 토지피복, 식생, 수질 등의 식별에 활용되고 있어 화학물질 감지 가능성도 보여주고 있다. 하지만, 초분광 센서를 활용한 하천의 화학물질 감지를 위한 연구는 아직 미비한 실정이다. 이에 본 연구에서는 우선 유해화학물질의 일종인 황산, 염화티오닐, 톨루엔을 대상으로 지점 분광복사계로 촬영하여 각각의 화학물질이 갖는 분광특성을 수집하여 초분광 영상으로 상호 구분이 가능한 지 확인하고자 하였다. 이상치 검출 및 신뢰도 높은 자료를 구축하기 위해 다회 반복촬영하였으며 반사도의 표준화를 위해 백색판을 동시에 측정하고 이를 정규화하여 분광 라이브러리를 구축한 결과, 대상 화학물질 별 식별이 가능하다는 결과를 도출하였다. 이러한 가능성에 기반하여 추가적인 유해화학물질 분광 라이브러리 데이터베이스를 구축하면, 사고물질의 식별 및 농도를 즉각적으로 확인하고 실시간 모니터링에 적용하여 신속하게 화학사고 발생여부 감지 및 대응에 활용될 것으로 기대한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.49-49
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• 2019

국내의 하천생태계의 다양성 확보를 위한 유역 단위 하천환경 개선에 대한 관심은 꾸준히 증가하고 있는 추세이다. 하천환경 조사와 관리차원에서 적극적인 투자와 노력이 필요하며 이를 위해서는 현 상태를 확인하고 판단하는 것이 매우 중요한 부분이다. 초분광 영상은 하천의 하상재료, 수심 및 식생분포와는 관련 없는 고유의 분광정보 특성을 포함하고 있다. 본 연구는 한국건설기술연구원의 안동 하천실험센터의 실험수로에서 하천에서 흔히 볼 수 있는 대표적인 하상재료를 분포시켜 초분광영상과 RGB 영상자료를 취득한 후 각각의 하상재료의 특성에 대해 분석하였다. 실험수로는 폭 0.9 m, 길이 10 m수로에 모래, 큰돌, 흰자갈, 갈대, 식생 5가지 종류를 좌우, 상하대칭으로 분포시켰으며, 수심에 따라 취득된 영상정보의 특성값이 얼마나 변경되는지에 대해 파악하였다. 본 연구를 통해 하천의 다양한 하상재료에 대한 구분과 수리조건에 따른 분광정보의 왜곡, 계절별 식생특성 파악 및 분류에 대한 결과를 확인할 수 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.160-160
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• 2020

조류는 계절별 기상 및 수질 조건에 따라 규조, 녹조, 남조의 발생 및 천이가 이루어지는데 최근 기후 변화로 인해 출연종 별 발생 및 천이의 시기 또한 빨라지고 있다. 이 중 남조류의 경우 초여름에 발생하여 급격한 증식으로 대발생되어 녹조현상을 야기하고 이는 해당 수역의 생태계 파괴, 그 이외에도 사회적, 경제적, 환경적인 측면에서 많은 문제를 유발한다. 하천·호소의 조류의 발생과 거동에 대한 이해와 효과적인 대응책 마련을 위하여 현상에 대한 모니터링이 선행되어야 하지만 기존 조사방식은 점, 선 단위의 간헐적 측정을 통해 진행되고 있어 많은 인력과 시간이 필요로 하고 있는 실태이다. 현재 이에 따른 문제 해결을 위한 하천·호소의 원격탐사 기법을 이용한 조류의 발생 및 거동에 대한 모니터링 연구가 많이 진행되고 있다. 본 연구에서는 초분광 영상을 이용한 원격 탐사 모니터링을 위한 선행연구를 위해 400-1000 nm에서 NIR(visNIR)파장을 분석할 수 있는 초분광 카메라 CORNING사의 micro HSITM 410 shark와 영상 흔들림 보정을 위한 DJI사의 로닌-MX를, 이용하여 현재 녹조류, 남조류 5종의 배양액과 방사보정을 위해 99% 반사율의 반사판과 함께 촬영하여 영상을 수집하였다. 수집된 영상을 통하여 방사보정 및 해당 Base 제거를 통한 조류의 분광 정보 추출 과정을 통해 조류별 분광 정보를 추출, 분석하여 해당 조류의 분광특성을 파악하고 기초 라이브러리를 구축하여 제시함으로 추후 하천·호소에서의 초분광 영상 기반 원격탐사 모니터링에 적용하고자 한다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.55 no.4
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• pp.301-308
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• 2022

Algae is an indispensable primary producer in the ecosystem by supplying energy to consumers in the aquatic ecosystem, and is largely divided into green algae, blue-green algae, and diatoms. In the case of blue-green algae, the water temperature rises, which occurs in the summer and overgrows, which is the main cause of the algae bloom. Recently, the change in the occurrence time and frequency of the algae bloom is increasing due to climate change. Existing algae survey methods are performed by collecting water and measuring through sensors, and time, cost and manpower are limited. In order to overcome the limitations of these existing monitoring methods, research has been conducted to perform remote monitoring using spectroscopic devices such as multispectral and hyperspectral using satellite image, UAV, etc. In this study, we tried to confirm the possibility of species classification of remote monitoring through laboratory-scale experiments through algal culture and river water collection. In order to acquire hyperspectral images, a hyperspectral sensor capable of analyzing at 400-1000 nm was used. In order to extract the spectral characteristics of the collected river water for classification of algae species, filtration was performed using a GF/C filter to prepare a sample and images were collected. Radiation correction and base removal of the collected images were performed, and spectral information for each sample was extracted and analyzed through the process of extracting spectral information of algae to identify and compare and analyze the spectral characteristics of algae, and remote sensing based on hyperspectral images in rivers and lakes. We tried to review the applicability of monitoring.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.89-89
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• 2022

하천 합류부에 지천이 유입되는 경우 복잡한 3차원적 흐름 구조를 발생시키고 이로 인해 유사혼합 및 지형 변화가 활발히 발생하게 된다. 특히, 하천 합류부에서 부유사 거동은 하천의 세굴과퇴적, 하천 지형 변화, 하천 생태계, 하천구조물 안정성 등에 직접적으로 영향을 미치기 때문에 이에 대한 정확한 분석이 하천 관리 및 재해 예방에 필수적인 요소이다. 기존의 하천 합류부 부유사 계측 자료들은 재래식 채취 방식으로 수행되어 시공간적 해상도가 매우 낮아서 실측 자료만으로 합류부에서 부유사 혼합을 분석하기에는 한계가 존재하기에 대하천의 부유사 혼합 거동 해석에 수치모형이 주로 활용되어 왔다. 본 연구에서는 하천 합류부에서 부유사 거동을 공간적으로 정밀하게 분석하기 위해 드론 기반초분광 영상을 활용하여 하천 합류부에 최적화된 부유사 계측 방법론을 제시하였다. 현장에서 계측한 초분광 자료와 부유사 농도간의 관계를 구축하기 위하여 기계학습모형인 랜덤포레스트(Random Forest) 회귀 모형과 합류부에서 분광 특성이 다른 두 하천의 특성을 정확하게 반영하기 위한 가우시안 혼합 모형 (Gaussian Mixture Model) 기반 초분광 군집화 기법을 결합하였다. 본 연구에서 구축한 방법론을 낙동강과 황강의 합류부에 적용한 결과, 초분광 군집을 통해 두하천 흐름의 경계층을 명확히 구별하였으며, 이를 바탕으로 지류와 본류에 대해 각각 분리된 회귀 모형을 구축하여 복잡한 합류부 근역 경계층에서의 부유사 거동을 보다 정확하게 재현하였다. 또한 나아가서 재현된 고해상도의 부유사 공간분포를 바탕으로 경계층에서 강한 두 흐름이 혼합되어 발생한 와류(Wake)가 부유사 혼합에 미치는 영향을 규명하였고, 하천 합류부에서 발생하는 전단층의 수평방향 대규모 와류가 부유사 혼합 양상에 지배적 영향을 미치는 것으로 확인하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.119-119
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• 2021

최근 국내에서는 이상기후변화로 인해 수환경 변화가 일어나고 있으며, 이로인해 하천이나 저수지에 조류의 과대성장이 빈번히 발생되고 있다. 조류의 과대성장으로 인해 조류가 생산하는 독성물질, 이취미 물질은 수질을 악화 및 생태계에 큰영향을 미치는 실정이다. 또한, 조류는 하천, 저수지에 넓은 분포로 발생하게 되며, 현재 조류 조사방법은 다양한 계측장비를 통해 조사를 진행하고 있으나, 조류를 직접 채취하여 검경하거나, 보트 또는 조사선에 센서를 부착하여 측정하기 때문에, 점 또는 선단위의 간혈적 조사가 진행된다. 따라 많은 인력과 시간이 소요된다. 국내에선 인력과 시간을 줄이기 위해 최근 위성영상과 드론을 활용한 조류 원격탐사 모니터링에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. 본 연구에서는 안동댐 인근 예안교에서 드론과 초분광센서를 이용하여 초분광데이터를 수집 및 조류 맵핑을 진행하였다. 사용된 드론은 DJI사의 RGB드론과 M-600Pro를 사용하였으며, 초분광 센서는 CORNING사의 microHSITM 410 SHARK를 이용하였으며, 파장 400-1000 nm에서 NIR(visNIR)파장을 분석할 수 있다. 드론에 짐벌을 장착하여 초분광센서를 수표면과 평행하게 두고 촬영 및 영상을 수집하였다. 방사보정을 하기위해 영상을 촬영 구간에 방사 보정용 반사천을 두고 동시간에 같이 촬영 하여 방사보정을 진행하였다. 본 연구에서는 초분광센서와 드론을 활용하여 조류 맵핑에 대한 연구를 하기위해 시료를 채취하여 검경결과와 비교분석을 하였으며, 초분광영상 분석을 통해 조류 최적밴드비를 산정하고 조류 맵핑을 진행하여 촬영구간에 대한 2차원 조류 맵핑 제시하여 하천에 적용하고자 한다.

• Journal of the Korean earth science society
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• v.42 no.6
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• pp.623-631
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• 2021

The increased transport of marine hazardous and noxious substances (HNS) has resulted in frequent HNS spill accidents domestically and internationally. There are about 6,000 species of HNS internationally, and most of them have toxic properties. When an accidental HNS spill occurs, it can destroys the marine ecosystem and can damage life and property due to explosion and fire. Constructing a spectral library of HNS according to wavelength and developing a detection algorithm would help prepare for accidents. In this study, a ground HNS spill experiment was conducted in France. The toluene spectrum was determined through hyperspectral sensor measurements. HNS present in the hyperspectral images were detected by applying the spectral mixture algorithm. Preprocessing principal component analysis (PCA) removed noise and performed dimensional compression. The endmember spectra of toluene and seawater were extracted through the N-FINDR technique. By calculating the abundance fraction of toluene and seawater based on the spectrum, the detection accuracy of HNS in all pixels was presented as a probability. The probability was compared with radiance images at a wavelength of 418.15 nm to select abundance fractions with maximum detection accuracy. The accuracy exceeded 99% at a ratio of approximately 42%. Response to marine spills of HNS are presently impeded by the restricted access to the site because of high risk of exposure to toxic compounds. The present experimental and detection results could help estimate the area of contamination with HNS based on hyperspectral remote sensing.

• Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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• v.28 no.spc
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• pp.1-10
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• 2022

As the volume of marine hazardous and noxious substances (HNSs) transported in domestic and overseas seas increases, the risk of HNS spill accidents is gradually increasing. HNS leaked into the sea causes destruction of marine ecosystems, pollution of the marine environment, and human casualties. Secondary accidents accompanied by fire and explosion are possible. Therefore, various types of HNSs must be rapidly detected, and a control strategy suitable for the characteristics of each substance must be established. In this study, the ground HNS spill experiment process and application result of detection algorithms were presented based on hyperspectral remote sensing. For this, styrene was spilled in an outdoor pool in Brest, France, and simultaneous observation was performed through a hyperspectral sensor. Pure styrene and seawater spectra were extracted by applying principal component analysis (PCA) and the N-Findr method. In addition, pixels in hyperspectral image were classified with styrene and seawater by applying spectral matching techniques such as spectral distance similarity (SDS), spectral correlation similarity (SCS), spectral similarity value (SSV), and spectral angle mapper (SAM). As a result, the SDS and SSV techniques showed good styrene detection results, and the total extent of styrene was estimated to be approximately 1.03 m². The study is expected to play a major role in marine HNS monitoring.

• Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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• v.21 no.6
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• pp.744-751
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• 2018

In this paper, we propose a fast detection and identification algorithm of chemical gases with a passive FTIR spectrometer. We use a pre-detection algorithm that can reduce the spatial region effectively for gas detection and the candidates of the target. It is possible to remove background spectra effectively from measured spectra with the least-squares method. The CC(Correlation Coefficients) and the SNR(Signal-to-Noise Ratio) methods are used for the detection of target gases. The proposed pre-detection algorithm allows the total process of chemical gas detection to be performed with lower complexity compared with the conventional algorithms. This paper can help developing real-time chemical detection instruments and various applications of FTIR spectrometers.