• 제목/요약/키워드: Radar Detection Accuracy

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Sentinel-1 SAR 영상과 AI 기법을 이용한 국내 중소규모 농업저수지의 수표면적 산출 (An Artificial Intelligence Approach to Waterbody Detection of the Agricultural Reservoirs in South Korea Using Sentinel-1 SAR Images)

  • 최소연;윤유정;강종구;박강현;김근아;이슬찬;최민하;정하규;이양원
    • 대한원격탐사학회지
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    • 제38권5_3호
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    • pp.925-938
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    • 2022
  • 농업용 저수지는 전국적으로 중요한 수자원으로 기후변화에 따른 가뭄과 같은 이상기후의 영향에 취약한 특성을 가지며 적절한 운영을 위해 강화된 관리가 필요하다. 지속적인 모니터링을 통한 수위 추적(water level tracking)이 필요하지만 현실적인 문제로 현장 실측 및 관측이 어려운 실정이다. 본 연구는 저수지 수표면적을 측정하기 위해 광역 모니터링이 가능한 위성레이더 자료를 이용하여 4가지 AI 모델 간의 수체 탐지 성능에 대해 객관적인 비교를 제시한다. 위성 레이더자료는 Sentinel-1 SAR 이미지를 사용하였으며, 광학영상과 달리 기상환경에 영향을 적게 받기 때문에 장기 모니터링에 적합하다. 드론 이미지, Sentinel-1 SAR 그리고 DSM 데이터를 사용하여 Support Vector Machine (SVM), Random Forest (RF), Artificial Neural Network (ANN), Automated Machine Learning (AutoML)의 4가지 AI 모델을 구축했다. 연구대상 저수지는 총 22개소로 유효저수량이 30만톤 미만의 중소형 저수지이다. 총 45개 이미지가 모델 훈련과 검증에 사용되었으며, 연구 결과 AutoML 모델이 Accuracy=0.92, mIoU=0.81로 다른 3가지 모델에 비해 수체 픽셀 분류에서 0.01-0.03 더 나은 것을 보여주었다. 해당 결과는 SAR 영상으로부터 AutoML을 이용한 중소형 저수지 대상의 수체 분류 기법이 기존의 머신러닝 기법만큼의 성능을 보이는 것을 보여주었고, 학습을 통한 수표면적 분류 기술의 저수지 모니터링에 대한 적용 가능성을 보여주었다.

Swin Transformer와 Sentinel-1 영상을 이용한 우리나라 저수지의 수체 탐지 (Waterbody Detection for the Reservoirs in South Korea Using Swin Transformer and Sentinel-1 Images)

  • 최소연;윤유정;강종구;김서연;정예민;임윤교;서영민;김완엽;최민하;이양원
    • 대한원격탐사학회지
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    • 제39권5_3호
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    • pp.949-965
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    • 2023
  • 본 연구에서는 Sentinel-1 synthetic aperture radar 영상을 활용하여 딥러닝 모델인 Swin Transformer로 국내 농업용 저수지의 수표면적을 모니터링 하는 방법을 제시한다. Google Earth Engine 플랫폼을 이용하여 70만톤 급, 90만톤급, 150만톤급 저수지 7개소에 대한 2017년부터 2021년 데이터셋을 구축하였다. 저수지 4개소에 대한 영상 1,283장에 대해서 셔플링(suffling) 및 5-폴드(fold) 교차검증 기법을 적용하여 모델을 학습하였다. 시험평가 결과 모델의 윈도우 크기를 12로 설정한 Swin Transformer Large 모델은 각 폴드에서 평균적으로 99.54%의 정확도와 95.15%의 mean intersection over union (mIoU)을 기록하여 우수한 의미론적 분할 성능을 보여주었다. 최고 성능을 보여준 모델을 나머지 3개소 저수지 데이터셋에 적용하여 성능을 검증한 결과, 모든 저수지에서 정확도 99% 및 mIoU 94% 이상을 달성함을 확인했다. 이러한 결과는 Swint Transformer 모델이 국내의 농업용 저수지의 수표면적 모니터링에 효과적으로 활용될 수 있음을 보여준다.

GB-SAR 간섭기법을 이용한 반사체의 인위적 변위탐지 및 대기습도보정 (Detection of Artificial Displacement of a Reflector by using GB-SAR Interferometry and Atmospheric Humidity Correction)

  • 이재희;이훈열;조성준;성낙훈;김정호
    • 대한원격탐사학회지
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    • 제26권2호
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    • pp.123-131
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    • 2010
  • 이 논문에서는 지상용 SAR (GB-SAR) 시스템의 간섭기법을 이용하여 특정 산란체의 인위적 변위를 탐지하고 대기습도보정을 통하여 정확도를 향상시켰다. GB-SAR 자료는 중심주파수 5.3 GHz, 거리 해상도 25 cm, 방위해상도 $0.324^{\circ}$로 모든 편파(HH, VV, VH, HV)에 대해 얻어졌다. 삼각삼면반사체(triangular trihedral corner reflector)를 시스템 전방 160 m 지점에 위치시킨 후 인위적으로 0 - 40 mm의 변위를 주어 측정하였다. 그 결과, 모든 편파에서 실제 변위와 GB-SAR 시스템을 통한 측정 변위의 RMS 오차는 1.22 mm로 나타났으며, 실제변위 40 mm 일 때의 최대 측정오차는 HH편파에서 2.72 mm로 나타났다. 대기 중 습도에 대한 보정을 실시하였고 그 결과, RMS 오차는 0.52 mm로 줄어들었다. 이를 통해 GB-SAR 시스템은 밀리미터 이하의 정밀도가 요구되는 자연산란체나 인공구조물의 변위측정 및 안정성 평가 분야에 적용이 가능할 것으로 판단된다.

와전류 탐촉자를 이용한 총구 탄속 측정에 관한 연구 (Study on the Projectile Velocity Measurement Using Eddy Current Probe)

  • 신준구;손대락
    • 한국자기학회지
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    • 제25권3호
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    • pp.83-86
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    • 2015
  • 무기체계가 첨단, 고도화되면서 탄약을 정밀 제어하여 목표를 타격하기 위하여 공중폭발탄(ABM)이 개발되어 전장에서 운용되고 있다. 이러한 공중폭발탄의 시한정밀도를 향상시키기 위하여 총구를 이탈하는 탄의 속도를 측정하여 표적까지의 정확한 비행시간을 계산한 후 탄에 입력하여야 한다. 본 연구에서는 K4 기관총의 소염기 부분에 탄을 감지할 수 있는 장치를 도입하였다. 탄약의 주요 금속 부품은 신관 부분의 알루미늄과 파편 효과를 발휘하는 탄체의 철 부분, 총열의 강선부를 통과할 때 직진운동을 회전운동으로 전환시키는 회전탄대의 구리로 구성되어 있는데 알루미늄 부분을 탐지하기 위하여 와전류 탐촉자의 원리를 도입하였다. 탄이 총구를 벗어나는 수십 us 동안 탄속을 측정하기 위하여 U 자형의 MnZn Ferrite 코어에 코일을 권선하여 200 kHz의 교류 전류를 인가하여 탄의 총구 이탈 속도를 측정하였으며, 도플러 레이더와 병행 계측한 결과 ${\pm}1%$ 이내에서 잘 일치하였다.

COMS 위성의 가시 및 적외 영상 채널로부터 복원된 대류운의 강우강도 향상과 검증 (Improvement and Validation of Convective Rainfall Rate Retrieved from Visible and Infrared Image Bands of the COMS Satellite)

  • 문윤섭;이강열
    • 한국지구과학회지
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    • 제37권7호
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    • pp.420-433
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    • 2016
  • 본 연구의 목적은 2011년 4월 22일부터 10월 22일까지 우리나라에서 강수가 있는 총 75일 동안 COMS 위성의 적외 채널 $10.8{\mu}m$ 휘도 온도(IR), 적외 채널 $10.8{\mu}m$와 수증기 채널 $6.7{\mu}m$의 휘도 온도차(IR-WV), 정규화 된 가시반사도(VIS)와 기상 레이더의 강우강도를 이용하여 2-D와 3-D 대류운의 강우강도 (CRR) 조견표를 향상시키는 것이다. 특별히 한국형 2-D와 3-D CRR 조견표를 검증하기 위해 2011년 강수가 있는 24일 동안의 기상 레이더 강우강도 자료가 사용된다. 2-D와 3-D CRR 조견표는 각 채널의 등급 범주별 강우 총수와 비강우 총수의 행렬을 이용하여 구한 강우 확률에 평균 누적강우강도와 최대 강우강도를 각각 곱함으로써 2-D (IR, IR-WV)와 3-D (IR, IR-WV, VIS) 조견표의 기본과 최대 행렬을 얻을 수 있다. 최종적으로 새로운 2-D와 3-D의 CRR 조견표는 경험적으로 기본과 최대 강우강도 행렬의 회귀 분석으로 얻어진다. 그 결과 새로운 CRR 조견표는 기존보다 낮은 IR 휘도 온도, 낮은 IR-WV 휘도 온도차일 때에도 비교적 많은 강우 현상을 나타내며, $10mm\;h^{-1}$ 이상의 강우강도 영역이 확대되어 나타난다. 정확도와 범주별 통계가 주어진 기간 동안 발생했던 CRR 자료에 대해 계산된다. 새로운 2-D와 3-D CRR 조견표의 평균 오차, 평균절대 오차, 제곱근평균 오차가 기존 조견표보다 작게 나타나며, 예측 거짓경고비율은 감소하고, 탐지확률은 증가하며, 임계성공지수는 개선된다. 태풍과 뇌우와 같은 기상 이변에서의 강한 호우를 고려하기 위해서 습윤 보정 계수를 교정한다. 이 인자는 수치모델이나 COMS에서 복원한 지면에서 500 hPa까지 평균한 총가강수량과 상대습도의 곱 (PW RH)으로 정의된다. 이 연구에서는 PW RH에 근거하여 IR 운정 휘도 온도가 210 K 이하일 때, 상대습도가 40% 이상일 때 1에서 2사이를 경험적으로 정한다. 새로운 2-D와 3-D CRR 조견표를 적용한 결과 평균 오차, 평균 절대 오차, 제곱근 평균 오차가 줄어든다.

농업용 저수지 모니터링을 위한 다해상도 SAR 영상의 활용 (Multi-resolution SAR Image-based Agricultural Reservoir Monitoring)

  • 이슬찬;정재환;오승철;정하규;최민하
    • 대한원격탐사학회지
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    • 제38권5_1호
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    • pp.497-510
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    • 2022
  • 농업용 저수지는 수자원이 계절적으로 편중된 한반도에서 갈수기 용수 공급을 위한 필수적인 구조물이다. 효율적인 물 관리를 위해서는 중소규모 저수지에 대한 체계적이고 효과적인 모니터링이 필요하며, 합성개구 레이더(Synthetic Aperture Radar, SAR) 영상은 전천후 관측이 가능하다는 특징과 함께 연속적인 저수지 모니터링을 위한 도구가 된다. 본 연구에서는 10 m급 해상도를 갖는 Sentinel-1 SAR 영상과 1 m급 해상도의 Capella X-SAR 영상을 활용하여 울산광역시 차리, 갈전, 뒷골 저수지의 수체를 탐지하였으며, 이를 통해 국내 중소규모 저수지 모니터링에의 활용성을 평가하고자 하였다. Z fuzzy function 기반 임계값 산정을 통한 영상분할기법과 객체 탐지 기반 분할기법인 Chan-vese (CV) 기법을 통해 수체 영역을 산정하였으며, UAV 영상과의 비교를 통해 성능을 정량적으로 평가하였다. 임계값 기반 탐지 정확도는 Sentinel-1의 경우 약 0.87, 0.89, 0.77 (차리, 갈전, 뒷골), Capella의 경우 약 0.78, 0.72, 0.81로 나타났으며, CV 기법 적용 시 모든 저수지에서 정확도가 향상되는 것을 확인하였다(Sentinel-1: 0.94, 0.89, 0.84, Capella: 0.92, 0.89, 0.93). Capella는 모든 저수지/분할기법에 대해 수체와 비수체의 경계를 비교적 뚜렷하게 모의하였으나, 고해상도로 인한 speckle noise가 충분히 평활화되지 않아 오탐지 및 미탐지가 다소 발생하였다. 오탐지의 제거를 위해 광학 센서 기반 보조자료를 활용하여 마스킹한 결과, 정확도가 최대 13% 향상되는 것을 확인할 수 있었다. 본 연구 결과를 바탕으로 SAR 위성 기반 더욱 정확한 저수지 탐지가 이루어진다면 소규모 저수지를 포함, 종합적인 가용수량에 대한 연속적인 모니터링이 가능할 것이며, 효과적인 수자원 관리에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

중국군의 해양작전능력과 한국군의 과제 (PRC Maritime Operational Capability and the Task for the ROK Military)

  • 김민석
    • Strategy21
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    • 통권33호
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    • pp.65-112
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    • 2014
  • Recent trends show that the PRC has stepped aside its "army-centered approach" and placed greater emphasis on its Navy and Air Force for a wider range of operations, thereby reducing its ground force and harnessing its economic power and military technology into naval development. A quantitative growth of the PLA Navy itself is no surprise as this is not a recent phenomenon. Now is the time to pay closer attention to the level of PRC naval force's performance and the extent of its warfighting capacity in the maritime domain. It is also worth asking what China can do with its widening naval power foundation. In short, it is time to delve into several possible scenarios I which the PRC poses a real threat. With this in mind, in Section Two the paper seeks to observe the construction progress of PRC's naval power and its future prospects up to the year 2020, and categorize time frame according to its major force improvement trends. By analyzing qualitative improvements made over time, such as the scale of investment and the number of ships compared to increase in displacement (tonnage), this paper attempts to identify salient features in the construction of naval power. Chapter Three sets out performance evaluation on each type of PRC naval ships as well as capabilities of the Navy, Air Force, the Second Artillery (i.e., strategic missile forces) and satellites that could support maritime warfare. Finall, the concluding chapter estimates the PRC's maritime warfighting capability as anticipated in respective conflict scenarios, and considers its impact on the Korean Peninsula and proposes the directions ROK should steer in response. First of all, since the 1980s the PRC navy has undergone transitions as the focus of its military strategic outlook shifted from ground warfare to maritime warfare, and within 30 years of its effort to construct naval power while greatly reducing the size of its ground forces, the PRC has succeeded in building its naval power next to the U.S.'s in the world in terms of number, with acquisition of an aircraft carrier, Chinese-version of the Aegis, submarines and so on. The PRC also enjoys great potentials to qualitatively develop its forces such as indigenous aircraft carriers, next-generation strategic submarines, next-generation destroyers and so forth, which is possible because the PRC has accumulated its independent production capabilities in the process of its 30-year-long efforts. Secondly, one could argue that ROK still has its chances of coping with the PRC in naval power since, despite its continuous efforts, many estimate that the PRC naval force is roughly ten or more years behind that of superpowers such as the U.S., on areas including radar detection capability, EW capability, C4I and data-link systems, doctrines on force employment as well as tactics, and such gap cannot be easily overcome. The most probable scenarios involving the PRC in sea areas surrounding the Korean Peninsula are: first, upon the outbreak of war in the peninsula, the PRC may pursue military intervention through sea, thereby undermining efforts of the ROK-U.S. combined operations; second, ROK-PRC or PRC-Japan conflicts over maritime jurisdiction or ownership over the Senkaku/Diaoyu islands could inflict damage to ROK territorial sovereignty or economic gains. The PRC would likely attempt to resolve the conflict employing blitzkrieg tactics before U.S. forces arrive on the scene, while at the same time delaying and denying access of the incoming U.S. forces. If this proves unattainable, the PRC could take a course of action adopting "long-term attrition warfare," thus weakening its enemy's sustainability. All in all, thiss paper makes three proposals on how the ROK should respond. First, modern warfare as well as the emergent future warfare demonstrates that the center stage of battle is no longer the domestic territory, but rather further away into the sea and space. In this respect, the ROKN should take advantage of the distinct feature of battle space on the peninsula, which is surrounded by the seas, and obtain capabilities to intercept more than 50 percent of the enemy's ballistic missiles, including those of North Korea. In tandem with this capacity, employment of a large scale of UAV/F Carrier for Kill Chain operations should enhance effectiveness. This is because conditions are more favorable to defend from sea, on matters concerning accuracy rates against enemy targets, minimized threat of friendly damage, and cost effectiveness. Second, to maintain readiness for a North Korean crisis where timely deployment of US forces is not possible, the ROKN ought to obtain capabilities to hold the enemy attack at bay while deterring PRC naval intervention. It is also argued that ROKN should strengthen its power so as to protect national interests in the seas surrounding the peninsula without support from the USN, should ROK-PRC or ROK-Japan conflict arise concerning maritime jurisprudence. Third, the ROK should fortify infrastructures for independent construction of naval power and expand its R&D efforts, and for this purpose, the ROK should make the most of the advantages stemming from the ROK-U.S. alliance inducing active support from the United States. The rationale behind this argument is that while it is strategically effective to rely on alliance or jump on the bandwagon, the ultimate goal is always to acquire an independent response capability as much as possible.

초소형 SAR 위성을 활용한 수체면적 추출: 대청댐 유역 대상 (Extraction of Water Body Area using Micro Satellite SAR: A Case Study of the Daecheng Dam of South korea)

  • 박종수;강기묵;황의호
    • 한국지리정보학회지
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    • 제24권4호
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    • pp.41-54
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    • 2021
  • 수자원 관리와 수재해 피해 분석 및 예측 등을 위해 원격탐사를 활용한 수체면적을 추정하는 것은 매우 필수적이다. 위성을 활용한 수체탐지는 주로 광학 및 영상레이더(Synthetic Aperture Radar, SAR) 센서를 탑재한 대형(무게 1,000kg 이상) 위성을 중심으로 수행되어왔다. 그러나 긴 재방문주기(repeat cycle)로 인해 재난/재해 시 적시 활용이 불가능한 한계가 존재한다. 최근 초소형위성(무게 100kg 미만) 개발이 활발히 이루어짐에 따라 기존 대형위성 중심의 시간해상도 한계를 극복할 수 있는 계기가 되었다. 현재 활발히 운용중인 초소형 SAR 위성은 핀란드의 ICEYE와 미국의 Capella 위성으로, 지구관측을 목적으로 군집(constellation) 형태로 운용되고 있다. 군집화 운용으로 인해 짧은 재방문주기(현재 0.8회/1일) 및 고해상도(Spot(0.5m))를 가지며, SAR센서 탑재로 기상 및 주야 무관하게 관측이 가능한 장점이 있다. 본 연구에서는 초소형위성의 운영 현황 및 특징에 대해서 기술하였으며, 초소형 SAR 위성 영상에 최적화된 수체면적 추정기술을 한반도 대청댐 유역에 적용해 보았다. 또한 광학 위성인 Sentinel-2 위성으로부터 생성된 수체를 참조값(reference)으로 하여 초소형위성 2기와 대형위성인 Sentinel-1위성과의 면적, 상관성 분석을 수행하였다. Capella 위성의 경우 가장 적은 면적의 차를 보였으며, 세 영상 모두 높은 상관관계를 나타냄을 확인하였다. 본 연구의 결과를 통해 초소형 SAR 위성의 낮은 NESZ(Noise Equivalent Sigma Zero)에도 불구하고 수체면적 추정이 가능함을 확인하였으며, 기존 대형 SAR 위성을 활용한 수자원/수재해 감시 활용의 한계를 극복할 수 있을 것으로 사료된다.