We report stray light modeling and analysis results for the current and proposed next generation ocean color imagers with Sun and the target area around Korean penninsular as viewed from geostationary orbit. The imagers used in this study are GOCI of 140mm in diameter and a proposed next generation GOCI (GOCI-II) of about 300mm in diameter. First, we built complete GOCI and GOCI-II 3D optical system models with the realistic surface characteristics. These optical models were incorporated into the in-house built Intergrated Ray Tracing (IRT) algorithm, connecting the Sun, the measurement target area and the instruments via single ray tracing computation for radiative transfer and scattering. The stray light level was then estimated for possible orbital configurations for science measurement and in-orbit calibration operation. The simulation details, results and their implications are presented.
Sea ice currently covers approximately 7% of the world's ocean area, primarily concentrated in polar and high-altitude regions, subject to seasonal and annual variations. It is very important to analyze the area and type classification of sea ice through time series monitoring because sea ice is formed in various types on a large spatial scale, and oil and gas exploration and other marine activities are rapidly increasing. Currently, research on the type and area of sea ice is being conducted based on high-resolution satellite images and field measurement data, but there is a limit to sea ice monitoring by acquiring field measurement data. High-resolution optical satellite images can visually detect and identify types of sea ice in a wide range and can compensate for gaps in sea ice monitoring using Geostationary Ocean Color Imager-II (GOCI-II), an ocean satellite with short time resolution. This study tried to find out the possibility of utilizing sea ice monitoring by training a rule-based machine learning model based on learning data produced using high-resolution optical satellite images and performing detection on GOCI-II images. Learning materials were extracted from Liaodong Bay in the Bohai Sea from 2021 to 2022, and a Random Forest (RF) model using GOCI-II was constructed to compare qualitative and quantitative with sea ice areas obtained from existing normalized difference snow index (NDSI) based and high-resolution satellite images. Unlike NDSI index-based results, which underestimated the sea ice area, this study detected relatively detailed sea ice areas and confirmed that sea ice can be classified by type, enabling sea ice monitoring. If the accuracy of the detection model is improved through the construction of continuous learning materials and influencing factors on sea ice formation in the future, it is expected that it can be used in the field of sea ice monitoring in high-altitude ocean areas.
Atmospheric aerosols not only have adverse effects on human health but also exert direct and indirect impacts on the climate system. Consequently, it is imperative to comprehend the characteristics and spatiotemporal distribution of aerosols. Numerous research endeavors have been undertaken to monitor aerosols, predominantly through the retrieval of aerosol optical depth (AOD) via satellite-based observations. Nonetheless, this approach primarily relies on a look-up table-based inversion algorithm, characterized by computationally intensive operations and associated uncertainties. In this study, a novel high-resolution AOD direct retrieval algorithm, leveraging machine learning, was developed using top-of-atmosphere reflectance data derived from the Geostationary Ocean Color Imager-II (GOCI-II), in conjunction with their differences from the past 30-day minimum reflectance, and meteorological variables from numerical models. The Light Gradient Boosting Machine (LGBM) technique was harnessed, and the resultant estimates underwent rigorous validation encompassing random, temporal, and spatial N-fold cross-validation (CV) using ground-based observation data from Aerosol Robotic Network (AERONET) AOD. The three CV results consistently demonstrated robust performance, yielding R2=0.70-0.80, RMSE=0.08-0.09, and within the expected error (EE) of 75.2-85.1%. The Shapley Additive exPlanations(SHAP) analysis confirmed the substantial influence of reflectance-related variables on AOD estimation. A comprehensive examination of the spatiotemporal distribution of AOD in Seoul and Ulsan revealed that the developed LGBM model yielded results that are in close concordance with AERONET AOD over time, thereby confirming its suitability for AOD retrieval at high spatiotemporal resolution (i.e., hourly, 250 m). Furthermore, upon comparing data coverage, it was ascertained that the LGBM model enhanced data retrieval frequency by approximately 8.8% in comparison to the GOCI-II L2 AOD products, ameliorating issues associated with excessive masking over very illuminated surfaces that are often encountered in physics-based AOD retrieval processes.
The Geostationary Ocean Color Imager (GOCI) will be loaded in Communication, Ocean and Meteorological Satellite (COMS). To efficiently apply the GOCI data in the variety of fields, it is essential to develop the standard algorithm for estimating the concentration of ocean environmental components (, , and ). For developing the empirical algorithm, about 300 water samples and in situ measurements were collected from sea water around the Korean peninsula from 1998 to 2006. Two kinds of chlorophyll algorithms are developed by using statistical regression and fluorescence technique considering the bio-optical properties in Case-II waters. The single band algorithm for is derived by relationship between Rrs (555) and in situ concentration. The CDOM is estimated by absorption coefficient and ratio of Rrs(412)/Rrs(555). These standard algorithms will be programmed as a module of GOCI Data Processing System (GDPS) until 2008.
In ocean color remote sensing, atmospheric correction is a vital process for ensuring the accuracy and reliability of ocean color products. Furthermore, in recent years, the remote sensing community has intensified its requirements for understanding errors in satellite data. Accordingly, research is currently addressing errors in remote sensing reflectance (Rrs) resulting from inaccuracies in meteorological variables (total ozone, pressure, wind field, and total precipitable water) used as auxiliary data for atmospheric correction. However, there has been no investigation into the error in Rrs caused by the variability of the water vapor profile, despite it being a recognized error source. In this study, we used the Second Simulation of a Satellite Signal Vector version 2.1 simulation to compute errors in water vapor transmittance arising from variations in the water vapor profile within the GOCI-II observation area. Subsequently, we conducted an analysis of the associated errors in ocean color products. The observed water vapor profile not only exhibited a complex shape but also showed significant variations near the surface, leading to differences of up to 0.007 compared to the US standard 62 water vapor profile used in the GOCI-II atmospheric correction. The resulting variation in water vapor transmittance led to a difference in aerosol reflectance estimation, consequently introducing errors in Rrs across all GOCI-II bands. However, the error of Rrs in the 412-555 nm due to the difference in the water vapor profile band was found to be below 2%, which is lower than the required accuracy. Also, similar errors were shown in other ocean color products such as chlorophyll-a concentration, colored dissolved organic matter, and total suspended matter concentration. The results of this study indicate that the variability in water vapor profiles has minimal impact on the accuracy of atmospheric correction and ocean color products. Therefore, improving the accuracy of the input data related to the water vapor column concentration is even more critical for enhancing the accuracy of ocean color products in terms of water vapor absorption correction.
Validation of satellite data products is critical for subsequent analysis that is based on the data. Particularly, performance of ocean color products in turbid and shallow near-land ocean areas has been questioned for long time for its difficulty that stems from the complex optical environment with varying distribution of water constituents. Furthermore, validation with ship-based or station-based measurements has also exhibited clear limitation in its spatial scale that is not compatible with that of satellite data. This study firstly performed validation of major GOCI-II products such as remote sensing reflectance, chlorophyll-a concentration, suspended particulate matter, and colored dissolved organic matter, using the in-situ measurements collected from ship-based field campaign. Secondly, this study also presents preliminary analysis on the use of drone images for product validation. Multispectral images were acquired from a MicaSense RedEdge camera onboard a UAV to compensate for the significant scale difference between the ship-based measurements and the satellite data. Variation of water radiance in terms of camera altitude was analyzed for future application of drone images for validation. Validation conducted with a limited number of samples showed that GOCI-II remote sensing reflectance at 555 nm is overestimated more than 30%, and chlorophyll-a and colored dissolved organic matter products exhibited little correlation with in-situ measurements. Suspended particulate matter showed moderate correlation with in-situ measurements (R2~0.6), with approximately 20% uncertainty.
Han-bit Lee;Ju-Eun Kim;Moon-Seon Kim;Dong-Su Kim;Seung-Hwan Min;Tae-Ho Kim
Korean Journal of Remote Sensing
/
v.39
no.6_2
/
pp.1615-1633
/
2023
Sargassum horneri is one of the floating algae in the sea, which breeds in large quantities in the Yellow Sea and East China Sea and then flows into the coast of Republic of Korea, causing various problems such as destroying the environment and damaging fish farms. In order to effectively prevent damage and preserve the coastal environment, the development of Sargassum horneri detection algorithms using satellite-based remote sensing technology has been actively developed. However, incorrect detection information causes an increase in the moving distance of ships collecting Sargassum horneri and confusion in the response of related local governments or institutions,so it is very important to minimize false detections when producing Sargassum horneri spatial information. This study applied technology to automatically remove false detection results using the GOCI-II-based Sargassum horneri detection algorithm of the National Ocean Satellite Center (NOSC) of the Korea Hydrographic and Oceanography Agency (KHOA). Based on the results of analyzing the causes of major false detection results, it includes a process of removing linear and sporadic false detections and green algae that occurs in large quantities along the coast of China in spring and summer by considering them as false detections. The technology to automatically remove false detection was applied to the dates when Sargassum horneri occurred from February 24 to June 25, 2022. Visual assessment results were generated using mid-resolution satellite images, qualitative and quantitative evaluations were performed. Linear false detection results were completely removed, and most of the sporadic and green algae false detection results that affected the distribution were removed. Even after the automatic false detection removal process, it was possible to confirm the distribution area of Sargassum horneri compared to the visual assessment results, and the accuracy and precision calculated using the binary classification model averaged 97.73% and 95.4%, respectively. Recall value was very low at 29.03%, which is presumed to be due to the effect of Sargassum horneri movement due to the observation time discrepancy between GOCI-II and mid-resolution satellite images, differences in spatial resolution, location deviation by orthocorrection, and cloud masking. The results of this study's removal of false detections of Sargassum horneri can determine the spatial distribution status in near real-time, but there are limitations in accurately estimating biomass. Therefore, continuous research on upgrading the Sargassum horneri monitoring system must be conducted to use it as data for establishing future Sargassum horneri response plans.
Kim, Wonkook;Lim, Taehong;Ahn, Jae-hyun;Choi, Jong-kuk
Korean Journal of Remote Sensing
/
v.37
no.5_2
/
pp.1269-1279
/
2021
Geostationary Ocean Color Imager II (GOCI-II), which are now operated successfully since its launch in 2020, acquires local area images with 12 Level 1B slot images that are sequentially acquired in a 3×4 grid pattern. The boundary areas between the adjacent slots are prone to discontinuity in radiance, which becomes even more clear in the following Level 2 data, and this warrants the precise analysis and correction before the distribution. This study evaluates the relative radiometric biases between the adjacent slots images, by exploiting the overlapped areas across the images. Although it is ideal to derive the statistics from humongous images, this preliminary analysis uses just the scenes acquired at a specific time to understand its general behavior in terms of bias and variance in radiance. Level 1B images of February 21st, 2021 (UTC03 = noon in local time) were selected for the analysis based on the cloud cover, and the radiance statistics were calculated only with the ocean pixels. The results showed that the relative bias is 0~1% in all bands but Band 1 (380 nm), while Band 1 exhibited a larger bias (1~2%). Except for the Band 1 in slot pairs aligned North-South, biases in all direction and in all bands turned out to have biases in the opposite direction that the sun elevation would have caused.
Satellite-based fog detection algorithms are being developed to detect fog in real-time over a wide area, with a focus on the Korean Peninsula (KorPen). The GEO-KOMPSAT-2A/Advanced Meteorological Imager (GK2A/AMI, GK2A) satellite offers an excellent temporal resolution (10 min) and a spatial resolution (500 m), while GEO-KOMPSAT-2B/Geostationary Ocean Color Imager-II (GK2B/GOCI-II, GK2B) provides an excellent spatial resolution (250 m) but poor temporal resolution (1 h) with only visible channels. To enhance the fog detection level (10 min, 250 m), we developed a fused GK2AB fog detection algorithm (FDA) of GK2A and GK2B. The GK2AB FDA comprises three main steps. First, the Korea Meteorological Satellite Center's GK2A daytime fog detection algorithm is utilized to detect fog, considering various optical and physical characteristics. In the second step, GK2B data is extrapolated to 10-min intervals by matching GK2A pixels based on the closest time and location when GK2B observes the KorPen. For reflectance, GK2B normalized visible (NVIS) is corrected using GK2A NVIS of the same time, considering the difference in wavelength range and observation geometry. GK2B NVIS is extrapolated at 10-min intervals using the 10-min changes in GK2A NVIS. In the final step, the extrapolated GK2B NVIS, solar zenith angle, and outputs of GK2A FDA are utilized as input data for machine learning (decision tree) to develop the GK2AB FDA, which detects fog at a resolution of 250 m and a 10-min interval based on geographical locations. Six and four cases were used for the training and validation of GK2AB FDA, respectively. Quantitative verification of GK2AB FDA utilized ground observation data on visibility, wind speed, and relative humidity. Compared to GK2A FDA, GK2AB FDA exhibited a fourfold increase in spatial resolution, resulting in more detailed discrimination between fog and non-fog pixels. In general, irrespective of the validation method, the probability of detection (POD) and the Hanssen-Kuiper Skill score (KSS) are high or similar, indicating that it better detects previously undetected fog pixels. However, GK2AB FDA, compared to GK2A FDA, tends to over-detect fog with a higher false alarm ratio and bias.
An, Gi-Beom;O, Eun-Song;Jo, Seong-Ik;Yu, Ju-Hyeong;Park, Yeong-Je;An, Yu-Hwan
The Bulletin of The Korean Astronomical Society
/
v.37
no.2
/
pp.226.2-226.2
/
2012
해양관측위성 2호(Geostationary Ocean Color Imager-II, GOCI-II)는 2017년에 미션이 종료되는 천리안 해양관측위성(GOCI)의 후속 위성으로, 2018년 발사 예정이다. 해양관측위성 2호는 천리안 해양관측위성과 동일한 정지궤도위성으로 동경 128.2도 적도상공에 위치하여 임무를 수행하게 된다. 총 13개의 분광밴드로 관측이 이루어지며, 370 nm ~ 900 nm(VIS/NIR) 11개, $0.9{\mu}m{\sim}1.3{\mu}m$ (SWIR) 2개의 분광밴드로 구성될 예정이다. 관측모드는 지역 관측(LA, Local Area)과 전구관측(Full Disk)으로 구성되며, 지역관측은 천리안 해양관측위성과 동일한 한반도 중심 $2,500km{\times}2,500km$ 영역에 대하여 천리안 대비 2배 향상된 공간해상도 250m로 관측할 예정이다. 관측 횟수는 기본적으로 기존 천리안 해양관측위성과 동일하게 낮시간 기준 1일 8회 관측이 이뤄지지만, 태양고도가 높은 하절기에는 1일 10회 관측이 수행된다. 전구관측은 $12,800km{\times}12,800km$ 이상의 영역을 관측하며 전지구적 관점의 해양 기후변화 관측 임무를 수행하며, 1일 1회 준실시간 형태로 관측이 진행된다. 본 연구에서는 정지궤도에서의 관측으로 인한 지역관측 영역 내에서 위치별 공간해상도의 차이, 탑재 예정 광검출기의 각 후보별 촬영 슬롯 개수의 변화와 지역관측 영역에서 계절에 따른 태양고도 변화 분석을 통한 1일 관측 횟수에 대해 논하고자 한다.
본 웹사이트에 게시된 이메일 주소가 전자우편 수집 프로그램이나
그 밖의 기술적 장치를 이용하여 무단으로 수집되는 것을 거부하며,
이를 위반시 정보통신망법에 의해 형사 처벌됨을 유념하시기 바랍니다.
[게시일 2004년 10월 1일]
이용약관
제 1 장 총칙
제 1 조 (목적)
이 이용약관은 KoreaScience 홈페이지(이하 “당 사이트”)에서 제공하는 인터넷 서비스(이하 '서비스')의 가입조건 및 이용에 관한 제반 사항과 기타 필요한 사항을 구체적으로 규정함을 목적으로 합니다.
제 2 조 (용어의 정의)
① "이용자"라 함은 당 사이트에 접속하여 이 약관에 따라 당 사이트가 제공하는 서비스를 받는 회원 및 비회원을
말합니다.
② "회원"이라 함은 서비스를 이용하기 위하여 당 사이트에 개인정보를 제공하여 아이디(ID)와 비밀번호를 부여
받은 자를 말합니다.
③ "회원 아이디(ID)"라 함은 회원의 식별 및 서비스 이용을 위하여 자신이 선정한 문자 및 숫자의 조합을
말합니다.
④ "비밀번호(패스워드)"라 함은 회원이 자신의 비밀보호를 위하여 선정한 문자 및 숫자의 조합을 말합니다.
제 3 조 (이용약관의 효력 및 변경)
① 이 약관은 당 사이트에 게시하거나 기타의 방법으로 회원에게 공지함으로써 효력이 발생합니다.
② 당 사이트는 이 약관을 개정할 경우에 적용일자 및 개정사유를 명시하여 현행 약관과 함께 당 사이트의
초기화면에 그 적용일자 7일 이전부터 적용일자 전일까지 공지합니다. 다만, 회원에게 불리하게 약관내용을
변경하는 경우에는 최소한 30일 이상의 사전 유예기간을 두고 공지합니다. 이 경우 당 사이트는 개정 전
내용과 개정 후 내용을 명확하게 비교하여 이용자가 알기 쉽도록 표시합니다.
제 4 조(약관 외 준칙)
① 이 약관은 당 사이트가 제공하는 서비스에 관한 이용안내와 함께 적용됩니다.
② 이 약관에 명시되지 아니한 사항은 관계법령의 규정이 적용됩니다.
제 2 장 이용계약의 체결
제 5 조 (이용계약의 성립 등)
① 이용계약은 이용고객이 당 사이트가 정한 약관에 「동의합니다」를 선택하고, 당 사이트가 정한
온라인신청양식을 작성하여 서비스 이용을 신청한 후, 당 사이트가 이를 승낙함으로써 성립합니다.
② 제1항의 승낙은 당 사이트가 제공하는 과학기술정보검색, 맞춤정보, 서지정보 등 다른 서비스의 이용승낙을
포함합니다.
제 6 조 (회원가입)
서비스를 이용하고자 하는 고객은 당 사이트에서 정한 회원가입양식에 개인정보를 기재하여 가입을 하여야 합니다.
제 7 조 (개인정보의 보호 및 사용)
당 사이트는 관계법령이 정하는 바에 따라 회원 등록정보를 포함한 회원의 개인정보를 보호하기 위해 노력합니다. 회원 개인정보의 보호 및 사용에 대해서는 관련법령 및 당 사이트의 개인정보 보호정책이 적용됩니다.
제 8 조 (이용 신청의 승낙과 제한)
① 당 사이트는 제6조의 규정에 의한 이용신청고객에 대하여 서비스 이용을 승낙합니다.
② 당 사이트는 아래사항에 해당하는 경우에 대해서 승낙하지 아니 합니다.
- 이용계약 신청서의 내용을 허위로 기재한 경우
- 기타 규정한 제반사항을 위반하며 신청하는 경우
제 9 조 (회원 ID 부여 및 변경 등)
① 당 사이트는 이용고객에 대하여 약관에 정하는 바에 따라 자신이 선정한 회원 ID를 부여합니다.
② 회원 ID는 원칙적으로 변경이 불가하며 부득이한 사유로 인하여 변경 하고자 하는 경우에는 해당 ID를
해지하고 재가입해야 합니다.
③ 기타 회원 개인정보 관리 및 변경 등에 관한 사항은 서비스별 안내에 정하는 바에 의합니다.
제 3 장 계약 당사자의 의무
제 10 조 (KISTI의 의무)
① 당 사이트는 이용고객이 희망한 서비스 제공 개시일에 특별한 사정이 없는 한 서비스를 이용할 수 있도록
하여야 합니다.
② 당 사이트는 개인정보 보호를 위해 보안시스템을 구축하며 개인정보 보호정책을 공시하고 준수합니다.
③ 당 사이트는 회원으로부터 제기되는 의견이나 불만이 정당하다고 객관적으로 인정될 경우에는 적절한 절차를
거쳐 즉시 처리하여야 합니다. 다만, 즉시 처리가 곤란한 경우는 회원에게 그 사유와 처리일정을 통보하여야
합니다.
제 11 조 (회원의 의무)
① 이용자는 회원가입 신청 또는 회원정보 변경 시 실명으로 모든 사항을 사실에 근거하여 작성하여야 하며,
허위 또는 타인의 정보를 등록할 경우 일체의 권리를 주장할 수 없습니다.
② 당 사이트가 관계법령 및 개인정보 보호정책에 의거하여 그 책임을 지는 경우를 제외하고 회원에게 부여된
ID의 비밀번호 관리소홀, 부정사용에 의하여 발생하는 모든 결과에 대한 책임은 회원에게 있습니다.
③ 회원은 당 사이트 및 제 3자의 지적 재산권을 침해해서는 안 됩니다.
제 4 장 서비스의 이용
제 12 조 (서비스 이용 시간)
① 서비스 이용은 당 사이트의 업무상 또는 기술상 특별한 지장이 없는 한 연중무휴, 1일 24시간 운영을
원칙으로 합니다. 단, 당 사이트는 시스템 정기점검, 증설 및 교체를 위해 당 사이트가 정한 날이나 시간에
서비스를 일시 중단할 수 있으며, 예정되어 있는 작업으로 인한 서비스 일시중단은 당 사이트 홈페이지를
통해 사전에 공지합니다.
② 당 사이트는 서비스를 특정범위로 분할하여 각 범위별로 이용가능시간을 별도로 지정할 수 있습니다. 다만
이 경우 그 내용을 공지합니다.
제 13 조 (홈페이지 저작권)
① NDSL에서 제공하는 모든 저작물의 저작권은 원저작자에게 있으며, KISTI는 복제/배포/전송권을 확보하고
있습니다.
② NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 상업적 및 기타 영리목적으로 복제/배포/전송할 경우 사전에 KISTI의 허락을
받아야 합니다.
③ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 보도, 비평, 교육, 연구 등을 위하여 정당한 범위 안에서 공정한 관행에
합치되게 인용할 수 있습니다.
④ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 무단 복제, 전송, 배포 기타 저작권법에 위반되는 방법으로 이용할 경우
저작권법 제136조에 따라 5년 이하의 징역 또는 5천만 원 이하의 벌금에 처해질 수 있습니다.
제 14 조 (유료서비스)
① 당 사이트 및 협력기관이 정한 유료서비스(원문복사 등)는 별도로 정해진 바에 따르며, 변경사항은 시행 전에
당 사이트 홈페이지를 통하여 회원에게 공지합니다.
② 유료서비스를 이용하려는 회원은 정해진 요금체계에 따라 요금을 납부해야 합니다.
제 5 장 계약 해지 및 이용 제한
제 15 조 (계약 해지)
회원이 이용계약을 해지하고자 하는 때에는 [가입해지] 메뉴를 이용해 직접 해지해야 합니다.
제 16 조 (서비스 이용제한)
① 당 사이트는 회원이 서비스 이용내용에 있어서 본 약관 제 11조 내용을 위반하거나, 다음 각 호에 해당하는
경우 서비스 이용을 제한할 수 있습니다.
- 2년 이상 서비스를 이용한 적이 없는 경우
- 기타 정상적인 서비스 운영에 방해가 될 경우
② 상기 이용제한 규정에 따라 서비스를 이용하는 회원에게 서비스 이용에 대하여 별도 공지 없이 서비스 이용의
일시정지, 이용계약 해지 할 수 있습니다.
제 17 조 (전자우편주소 수집 금지)
회원은 전자우편주소 추출기 등을 이용하여 전자우편주소를 수집 또는 제3자에게 제공할 수 없습니다.
제 6 장 손해배상 및 기타사항
제 18 조 (손해배상)
당 사이트는 무료로 제공되는 서비스와 관련하여 회원에게 어떠한 손해가 발생하더라도 당 사이트가 고의 또는 과실로 인한 손해발생을 제외하고는 이에 대하여 책임을 부담하지 아니합니다.
제 19 조 (관할 법원)
서비스 이용으로 발생한 분쟁에 대해 소송이 제기되는 경우 민사 소송법상의 관할 법원에 제기합니다.
[부 칙]
1. (시행일) 이 약관은 2016년 9월 5일부터 적용되며, 종전 약관은 본 약관으로 대체되며, 개정된 약관의 적용일 이전 가입자도 개정된 약관의 적용을 받습니다.