• 제목/요약/키워드: RMSE (Root Mean Square Error)

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GEMS 영상과 기계학습을 이용한 산불 연기 탐지 (Detection of Wildfire Smoke Plumes Using GEMS Images and Machine Learning)

  • 정예민;김서연;김승연;유정아;이동원;이양원
    • 대한원격탐사학회지
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    • 제38권5_3호
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    • pp.967-977
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    • 2022
  • 산불의 발생과 강도는 기후 변화로 인하여 증가하고 있다. 산불 연기에 의한 배출가스 대기질과 온실 효과에 영향을 미치는 주요 원인 중 하나로 인식되고 있다. 산불 연기의 효과적인 탐지를 위해서는 위성 산출물과 기계학습의 활용이 필수적이다. 현재까지 산불 연기 탐지에 대한 연구는 구름 식별의 어려움 및 모호한 경계 기준 등으로 인한 어려움이 존재하였다. 본 연구는 우리나라 환경위성 센서인 Geostationary Environment Monitoring Spectrometer (GEMS)의 Level 1, Level 2 자료와 기계학습을 이용한 산불 연기 탐지를 목적으로 한다. 2022년 3월 강원도 산불을 사례로 선정하여 산불 연기 레이블 영상을 생성하고, 랜덤 포레스트 모델에 GEMS Level 1 및 Level 2 자료를 투입하여 연기 픽셀 분류 모델링을 수행하였다. 훈련된 모델에서 입력변수의 중요도는 Aerosol Optical Depth (AOD), 380 nm 및 340 nm의 복사휘도 차, Ultra-Violet Aerosol Index (UVAI), Visible Aerosol Index (VisAI), Single Scattering Albedo (SSA), 포름알데히드, 이산화질소, 380 nm 복사휘도, 340 nm 복사휘도의 순서로 나타났다. 또한 2,704개 픽셀에 대한 산불 연기 확률(0≤p≤1) 추정에서 Mean Bias Error (MBE)는 -0.002, Mean Absolute Error (MAE)는 0.026, Root Mean Square Error (RMSE)는 0.087, Correlation Coefficient (CC)는 0.981의 정확도를 보였다.

MODIS 손실 자료 복원을 위한 통계적 방법 개발: 평균 편차 방법, 회귀 분석 방법과 지역 변동 방법 (The development of statistical methods for retrieving MODIS missing data: Mean bias, regressions analysis and local variation method)

  • 김민욱;이종혁;박연구;송정현
    • 한국위성정보통신학회논문지
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    • 제11권4호
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    • pp.94-101
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    • 2016
  • 원격 관측 자료인 위성 자료는 한계점이 있으며, 특히 광학 관측기를 활용하면 구름이나 기타 요인에 의해 손실 자료가 발생한다. 본 연구에서는 MODerate resolution Imaging Spectrometer(MODIS)의 관측 자료 중, 지표면 온도 자료를 대상으로 손실 자료를 복원하기 위한 방법인 평균 편차 방법, 회귀 분석 방법, 지역 변동 방법의 세 가지 복원 방법을 개발하였다. 검증을 위해 2014년과 2015년의 위성 자료에서 관측 비율을 근거로 사례를 선택하였다. 검증 자료에서 확인된 지역 변동 방법의 평균 제곱근 편차(RMSE)는 일부 사례에서 약 2 K 이상으로 다른 복원 방법에 비해 낮은 정확도를 보였으며, 회귀 분석 방법의 RMSE는 평균 약 1.13 K으로 대부분의 사례에서 가장 좋은 결과를 보였다. 평균 편차 방법 사용 시, RMSE는 회귀 분석 방법 시와 유사하게 약 1.32 K으로 나타났다.

GOCI-II 기반 저염분수 산출과 태풍 힌남노에 의한 시간별 염분 변화 (GOCI-II Based Low Sea Surface Salinity and Hourly Variation by Typhoon Hinnamnor)

  • 김소현;김대원;조영헌
    • 대한원격탐사학회지
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    • 제39권6_2호
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    • pp.1605-1613
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    • 2023
  • 해양 내의 다양한 물리적 변화는 수온과 염분의 지속적인 변동에 의해 결정된다. 수온과 더불어 넓은 영역의 염분 변화를 파악하기 위해서는 인공위성 자료에 의존할 수밖에 없다. 그럼에도 불구하고 염분을 관측하는 위성인 Soil Moisture Active Passive (SMAP)는 낮은 시·공간 해상도로 인해 연안 근처에서 빠르게 변화하는 해양환경을 관측하기에는 어렵다는 한계가 존재한다. 이러한 한계를 극복하기 위해 본 연구에서는 천리안 해양 관측 위성의 정지궤도 해색 센서인 Geostationary Ocean Color Imager-II (GOCI-II) 원격반사도 자료를 입력자료로 하여 고해상도 표층 염분을 산출하는 Multi-layer Perceptron Neural Network (MPNN) 기반의 알고리즘을 개발하였다. SMAP과 비교한 결과 coefficient of determination (R2)는 0.94, root mean square error (RMSE)는 0.58 psu 그리고 relative root mean square error (RRMSE)는 1.87%였으며, 공간적인 분포 또한 매우 유사한 결과를 나타냈다. R2의 공간 분포는 0.8 이상을 보여주었으며 RMSE는 전반적으로 1 psu 이하의 낮은 값을 보여주었다. 이어도 과학기지에서의 실측 염분값과도 비교하였지만 상대적으로 조금 낮은 결과를 보여주었다. 이에 대한 원인을 분석하였으며, 산출된 GOCI-II 기반 고해상도 염분 자료를 활용하여 2022년 11호 태풍 힌남노에 의한 하루 동안의 동중국해 표층 염분 변화를 표준편차로 계산하였다. 그 결과 SMAP에서 관측할 수 없는 시공간의 염분 변화를 고해상도의 GOCI-II 기반 염분 산출물을 통해 확인할 수 있었다. 따라서 본 연구를 통해 시간 단위로 변화하는 해양환경 모니터링에 큰 기여를 할 것으로 기대된다.

정사모자이크 제작을 위한 Agisoft Metashape의 병렬처리 성능 평가 (Assessment of Parallel Computing Performance of Agisoft Metashape for Orthomosaic Generation)

  • 한수희;홍창기
    • 한국측량학회지
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    • 제37권6호
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    • pp.427-434
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    • 2019
  • 본 연구에서는 SfM (Structure from Motion) 기술을 기반으로 항공삼각측량을 수행하고 3차원 포인트 클라우드를 생성하며 정사모자이크를 제작할 수 있는 Agisoft Metashape의 병렬처리 성능을 평가하였다. SfM의 속성상 상호표정에 해당하는 Align photos와 3차원 포인트 클라우드를 생성하는 Build dense cloud가 대부분의 시간을 차지하는데, Metashape에서는 이러한 과정에서 CPU (Central Processing Unit)의 다중코어와 함께 GPU (Graphics Processing Unit)를 이용하여 병렬처리를 수행할 수 있다. 세 가지 병렬처리 방법(CPU only, GPU only, CPU + GPU)과 두 가지 운영체제(Windows, Linux)를 조합하여 총 여섯 가지 조건으로 대용량 무인기 영상으로부터 정사모자이크를 제작하였다. 아울러 사용자의 개입 없이 자동화된 방법으로 영상에서 지상기준점을 인식하여 항공삼각측량의 RMSE (Root Mean Square Error)를 측정함으로써 각 조건에 따른 결과의 일관성을 평가하였다. 4220만 화소의 무인기 영상 521장으로부터 정사모자이크를 제작한 결과, 본 연구에서 사용한 시스템에서는 CPU와 GPU의 조합이 가장 나은 성능을 나타내었고 모든 조건에서 Linux가 Windows보다 나은 성능을 나타내었다. 그러나 항공삼각측량의 RMSE를 측정한 결과, 각 설정에 따른 RMSE 값에서 오차 범위 안에서 미세한 차이가 나타났다. 따라서 Metashape는 운영체제 및 병렬처리 여부에 관계없이 동일한 결과가 도출되도록 개선할 여지가 있는 것으로 판단된다.

Allometric equations, stem density and biomass expansion factors for Cryptomeria japonica in Mount Halla, Jeju Island, Korea

  • Jung, Sung Cheol;Lumbres, Roscinto Ian C.;Won, Hyun Kyu;Seo, Yeon Ok
    • Journal of Ecology and Environment
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    • 제37권4호
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    • pp.177-184
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    • 2014
  • This study was conducted to develop allometric equations and to determine the stem density and biomass expansion factor (BEF) for the estimation of the aboveground and belowground biomass of Cryptomeria japonica in Jeju Island, Korea. A total of 18 trees were harvested from the 40-year-old C. japonica stands in Hannam experimental forest, Jeju Island. The mean biomass of the C. japonica was $50.4Mg\;ha^{-1}$ in stem wood, $23.1Mg\;ha^{-1}$ in root, $9.6Mg\;ha^{-1}$ in branch, $4.6Mg\;ha^{-1}$ in needle and $4.3Mg\;ha^{-1}$ in stem bark. The diameter at breast height (DBH) was selected as independent variable for the development of allometric equations. To evaluate the performance of these equations, coefficient of determination ($R^2$) and root mean square error (RMSE) were used and results of the evaluation showed that $R^2$ ranged from 71% (root biomass equation) to 96% (aboveground biomass equation) and the RMSE ranged from 0.10 (aboveground biomass equation) to 0.33 (root biomass equation). The mean stem density of C. japonica was $0.37g\;cm^{-3}$ and the mean aboveground BEF was $1.28g\;g^{-1}$. Furthermore, the ratio of the root biomass to aboveground biomass was 0.32.

Prediction of stress intensity factor range for API 5L grade X65 steel by using GPR and MPMR

  • Murthy, A. Ramachandra;Vishnuvardhan, S.;Saravanan, M.;Gandhi, P.
    • Structural Engineering and Mechanics
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    • 제81권5호
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    • pp.565-574
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    • 2022
  • The infrastructures such as offshore, bridges, power plant, oil and gas piping and aircraft operate in a harsh environment during their service life. Structural integrity of engineering components used in these industries is paramount for the reliability and economics of operation. Two regression models based on the concept of Gaussian process regression (GPR) and Minimax probability machine regression (MPMR) were developed to predict stress intensity factor range (𝚫K). Both GPR and MPMR are in the frame work of probability distribution. Models were developed by using the fatigue crack growth data in MATLAB by appropriately modifying the tools. Fatigue crack growth experiments were carried out on Eccentrically-loaded Single Edge notch Tension (ESE(T)) specimens made of API 5L X65 Grade steel in inert and corrosive environments (2.0% and 3.5% NaCl). The experiments were carried out under constant amplitude cyclic loading with a stress ratio of 0.1 and 5.0 Hz frequency (inert environment), 0.5 Hz frequency (corrosive environment). Crack growth rate (da/dN) and stress intensity factor range (𝚫K) values were evaluated at incremental values of loading cycle and crack length. About 70 to 75% of the data has been used for training and the remaining for validation of the models. It is observed that the predicted SIF range is in good agreement with the corresponding experimental observations. Further, the performance of the models was assessed with several statistical parameters, namely, Root Mean Square Error (RMSE), Mean Absolute Error (MAE), Coefficient of Efficiency (E), Root Mean Square Error to Observation's Standard Deviation Ratio (RSR), Normalized Mean Bias Error (NMBE), Performance Index (ρ) and Variance Account Factor (VAF).

Predictive model for the shear strength of concrete beams reinforced with longitudinal FRP bars

  • Alzabeebee, Saif;Dhahir, Moahmmed K.;Keawsawasvong, Suraparb
    • Structural Engineering and Mechanics
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    • 제84권2호
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    • pp.143-154
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    • 2022
  • Corrosion of steel reinforcement is considered as the main cause of concrete structures deterioration, especially those under humid environmental conditions. Hence, fiber reinforced polymer (FRP) bars are being increasingly used as a replacement for conventional steel owing to their non-corrodible characteristics. However, predicting the shear strength of beams reinforced with FRP bars still challenging due to the lack of robust shear theory. Thus, this paper aims to develop an explicit data driven based model to predict the shear strength of FRP reinforced beams using multi-objective evolutionary polynomial regression analysis (MOGA-EPR) as data driven models learn the behavior from the input data without the need to employee a theory that aid the derivation, and thus they have an enhanced accuracy. This study also evaluates the accuracy of predictive models of shear strength of FRP reinforced concrete beams employed by different design codes by calculating and comparing the values of the mean absolute error (MAE), root mean square error (RMSE), mean (𝜇), standard deviation of the mean (𝜎), coefficient of determination (R2), and percentage of prediction within error range of ±20% (a20-index). Experimental database has been developed and employed in the model learning, validation, and accuracy examination. The statistical analysis illustrated the robustness of the developed model with MAE, RMSE, 𝜇, 𝜎, R2, and a20-index of 14.6, 20.8, 1.05, 0.27, 0.85, and 0.61, respectively for training data and 10.4, 14.1, 0.98, 0.25, 0.94, and 0.60, respectively for validation data. Furthermore, the developed model achieved much better predictions than the standard predictive models as it scored lower MAE, RMSE, and 𝜎, and higher R2 and a20-index. The new model can be used in future with confidence in optimized designs as its accuracy is higher than standard predictive models.

2차원 Matrix Pencil Method 기반의 바이스태틱 MIMO 레이더 표적 도래각 추정 (DOD/DOA Estimation for Bistatic MIMO Radar Using 2-D Matrix Pencil Method)

  • 이강인;강원준;양훈기;정원주;김종만;정용식
    • 한국전자파학회논문지
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    • 제25권7호
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    • pp.782-790
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    • 2014
  • 본 논문에서는 바이스태틱 MIMO(Multi-Input Multi-Output) 레이더 시스템에서 다중 신호의 DOA(Direction of Arrival)의 추정을 위한 2차원 Matrix Pencil Method(MPM) 기반 알고리즘을 제안하였다. 2차원 MPM은 낮은 SNR 환경에서도 기존 알고리즘에 비해 적은 연산량으로 다수의 DOA 추정이 가능하고, 송신기에서의 표적 각도인 DOD(Direction of Departure)도 동시 추정이 가능하다. 본 알고리즘의 성능을 확인하기 위해 등간격 선형 배열구조의 MIMO 레이더 시스템에서 SNR에 따른 DOA 및 DOD의 RMSE(Root Mean Square Error)를 확인하였고, 2차원 Capon 기법과 비교하였다.

GPS/INS와 LIDAR자료를 이용한 자동 항공영상 정사보정 개발 (Development of Automatic Airborne Image Orthorectification Using GPS/INS and LIDAR Data)

  • 장재동
    • 한국정보통신학회논문지
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    • 제10권4호
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    • pp.693-699
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    • 2006
  • 항공관측으로 얻어지는 디지털 영상은 지리정보로써의 가치를 가지기 위해서는 정밀하게 정사보정되어야 한다. 항공영상의 자동 정사보정을 위해 카메라와 함께 설치된 GPS/INS (Global Positioning System/Inertial Navigation System) 자료와 LIDAR (LIght Detection And Ranging) 지표고도 자료를 이용하였다. 본 연구에서 635개 항공영상이 생산되고 LIDAR 자료는 정사보정에 적용하기 위하여 격자영상 형태로 변환되었다. 영상 전체적으로 일정한 명도를 가지기 위해서, flat field 수정을 영상에 적용하였다. 영상은 내부방위와 GPS/INS를 이용한 외부방위를 계산하여 기하보정되고, LIDAR 지표고도 영상을 이용하여 정사보정되었다. 정사보정의 정도는 임의의 5개 영상과 LIDAR 반사강도 영상에서 50개 지상기준점을 수집하여 검증되었다. 검정된 결과로써 RMSE (Root Mean Square Error)는 화소 해상도의 단지 2배에 해당하는 0.387 m를 도출하였다. 높은 정도를 가진 자동 항공영상 정사보정 방법은 항공영상 산업에 적용 가능할 것이다.

중복도와 지상기준점에 따른 고정익 UAV 기반 정사영상 및 DSM의 품질 평가 (Quality Evaluation of Orthoimage and DSM Based on Fixed-Wing UAV Corresponding to Overlap and GCPs)

  • 유용호;최재완;최석근;정성혁
    • 대한공간정보학회지
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    • 제24권3호
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    • pp.3-9
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    • 2016
  • UAV(unmanned aerial vehicle)은 적은 비용으로 고해상도 정사영상과 DSM(digital surface model)을 빠르게 생성할 수 있다. 그러나, UAV에 의하여 획득된 정사영상과 DSM의 수직 및 수평위치 정확도는 영상처리 기술, 항공사진의 품질, GCPs(ground control points)의 개수와 위치, 촬영경로 상의 중복도에 영향을 받는다. 본 연구에서는, 정사영상과 DSM의 생성에 있어 중복도와 GCP의 개수가 미치는 영향을 분석하고자 하였다. 위치정확도는 9쌍의 자료를 이용한 RMSE(root mean square error)을 기반으로 평가하였다. 실험결과, GCP의 개수와 중복도는 수평위치 및 수직위치 정확도에 영향을 미치는 것을 확인하였다.