• Title/Summary/Keyword: reflectance model

검색결과 331건 처리시간 0.031초

가시·근적외 분광 스펙트럼을 이용한 토양 이화학성 추정 (Quantification of Soil Properties using Visible-NearInfrared Reflectance Spectroscopy)

  • 최은영;홍석영;김이현;송관철;장용선
    • 한국토양비료학회지
    • /
    • 제42권6호
    • /
    • pp.522-528
    • /
    • 2009
  • 농경지에서 채취한 30개의 토양 Profile에 대해 깊이별로 채취한 시료를 이용하여 pH, CEC, Ca, Mg, Org.C항목에 대해 분광 스펙트럼과 화학분석에 의한 토양 특성값의 통계적 정량화를 수행하였다. 추정모델의 신뢰도를 높이기 위해 원시 반사 스펙트럼 외에도 Log, 도함수, Continuum 제거 등의 변환을 거친 스펙트럼을 입력변수로 이용하였고 그 중에서CR스펙트럼은 각 토양 특성 항목과 일괄 추정, 유형별 추정식의 모든 경우에서 통계적 유의성을 가진 추정 결과를 보였다. 특정 토양 특성 항목에서는 다른 변환 스펙트럼이 더 유의한 결과를 나타내었지만, 동시 다항목 분석을 하는 경우 CR 스펙트럼을 이용하는 것이 분석의 신속성과 용이성을 제공할 것으로 사료된다. 추정모델 성능 향상을 위해 토양의 여러 특성에 의한 스펙트럼의 변화 중에서 큰 요인 중 하나인 토색과 관련된 Fe에 의한 500-1200 nm 영역에서의 흡수 스펙트럼 특징에 의해 유형을 나누어 추정모델을 도출하였다. 유형별 추정모델 적용 결과가 일괄 추정값보다 월등히 높은 결과를 나타내지는 않았지만, 대체적으로 유형별 추정모델이 약간 높은 유의성을 나타내었고, 특히 Ca와 CEC의 경우 상당히 향상된 결과를 보였다. 이러한 스펙트럼의 처리와 스펙트럼의 유형 분류 등을 고려한 정량 추정 모델을 통해 가시 근적 외 영역의 스펙트럼을 이용하여 토양의 특성을 동시에 다항목에 대한 분석을 신속하게 수행할 수 있을 것으로 판단된다. 이러한 추정 모델은 토양 특성에 대해 광역 단위에서 다량의 시료 분석에 유용하므로 지역, 세계 규모의 디지털 토양 매핑, 토양 분류 및 원격탐사 자료와의 연계 분석에 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

U-Net 기반 딥러닝 모델을 이용한 다중시기 계절학적 토지피복 분류 정확도 분석 - 서울지역을 중심으로 - (Accuracy analysis of Multi-series Phenological Landcover Classification Using U-Net-based Deep Learning Model - Focusing on the Seoul, Republic of Korea -)

  • 김준;송용호;이우균
    • 대한원격탐사학회지
    • /
    • 제37권3호
    • /
    • pp.409-418
    • /
    • 2021
  • 토지피복도는 국토정책, 환경정책을 위한 의사결정 근거 자료로 활용되는 매우 중요한 자료이다. 토지피복도는 원격탐사 자료를 활용하여 제작되는데, 이때 사용되는 데이터의 취득 시기에 따라 동일한 지역을 대상으로 하더라도 분류 결과가 달라질 수 있다. 본 연구에서는 단시기 데이터의 분류 정확도를 개선하기 위해 다중시기 위성영상을 활용하였으며 계절에 따른 지표면의 분광 반사 특성 차이를 딥러닝 알고리즘의 하나인 U-Net 모델에 학습시켜 분류하였다. 또한 단시기 분류 결과와 정확도 비교를 통해 분류 정확도의 향상 정도를 비교하였다. 구역 내에 30%의 녹지와 한강을 포함하여 다양한 토지피복으로 이루어진 서울특별시를 연구대상지로 설정하고 2020년 분기별 Sentinel-2 위성영상을 산출하였다. 대한민국 환경부에서 작성한 세분류 토지피복도를 활용하여 U-Net 모델을 학습시켰다. 학습한 U-Net 모델을 통해 단시기, 2시기, 3시기, 4시기로 모델을 학습하여 분류한 결과, 단시기를 제외하고 토지피복도 분류 정확도 확보기준인 75%를 상회하는 81%, 82% 79%의 정확도를 나타냈다. 이를 통해 다중 시계열 학습을 통해 토지피복의 분류 정확도 향상이 가능하다는 것을 확인하였다.

근적외선 분광광도계를 이용한 벼 유전자원 아밀로스 및 단백질 함량분석을 위한 모델개발 (Development of Near-Infrared Reflectance Spectroscopy (NIRS) Model for Amylose and Crude Protein Contents Analysis in Rice Germplasm)

  • 오세종;이명철;최유미;이수경;오명원;;채병수;현도윤
    • 한국자원식물학회지
    • /
    • 제30권1호
    • /
    • pp.38-49
    • /
    • 2017
  • 본 연구에서는 벼 유전자원의 이화학적 대량 분석체계 구축을 위하여 비파괴 분석 방법 중의 하나인 근적외선 분광분석(NIRS) 예측모델을 개발하고, 미지 시료 적용 시 분석 정확도와 실재 적용가능성을 평가하기 위해 교차 검정과 외부 검정을 수행하였다. NIRS 예측모델 개발을 위해 농업유전자원센터 보유자원 중 511자원을 사용하였고, 그 중 아밀로스 농도 대표자원 200점을 추가 선정하여 보존자원과 증식자원의 아밀로스 및 단백질 성분 변화를 비교하였다. 습식분석 상호비교, t-Test를 통한 통계처리 결과로 볼 때 저장고 보존자원과 증식자원 간의 중대한 이화학적 성질의 변이 현상은 관측되지 않았으므로 NIRS 예측모델 개발에 보존자원을 사용하는 것은 가능할 것으로 판단되었다. 511 자원의 습식분석 결과 아밀로스 농도는 6.15-32.25%, 단백질 농도는 4.72-14.81%였다. 현미와 현미가루의 두 가지 시료 형태에 대한 NIR 스펙트럼을 얻었고 일련의 통계적 처리를 이용하여 NIRS 예측모델을 얻었다. 현미의 $R^2$, SEC, Slope 값은 아밀로스 농도의 경우 0.906, 1.741, 0.995였고, 단백질 농도의 경우 0.941, 0.276, 1.011 이었다. 현미가루의 $R^2$, SEC, Slope 값은 아밀로스 농도의 경우 0.956, 1.159, 1.001이었고, 단백질 농도의 경우 0.982, 0.164, 1.003이었다. 이와 같은 결과로 NIRS 예측모델 개발에는 가루형태의 시료가 효율적임을 알 수 있었다. 아밀로스 농도의 경우 9.62-16.58%의 자원밀도가 상대적으로 낮은 구간에 대한 보완을 위해 추가 200자원의 습식분석, NIRS 측정 수행하였으며, 보완된 최적 NIRS 예측모델의 $R^2$, SEC, Slope 값은 아밀로스 농도의 경우 0.970, 1.010, 1.000 이었고 단백질 농도의 경우 0.983, 0.158, 0.998이었다. 최적 NIRS 예측모델의 미지시료 적용 시 정확도를 평가하기 위해 아밀로스는 132자원, 조단백질은 124자원을 검정자원으로 사용하여 외부 검정과정을 거친 결과 $R^2$, SEP 값은 아밀로스 농도의 경우 0.962, 2.349였고, 단백질 농도의 경우 0.986, 0.415였다. 이상의 결과를 종합해 볼 때 본 연구에서 개발된 NIRS 예측모델은 습식분석방법을 대체하여 벼 유전자원의 아밀로스 및 단백질 농도의 대량 분석에 효율적으로 적용 가능할 것으로 판단된다.

ADVANTAGES OF USING ARTIFICIAL NEURAL NETWORKS CALIBRATION TECHNIQUES TO NEAR-INFRARED AGRICULTURAL DATA

  • Buchmann, Nils-Bo;Ian A.Cowe
    • 한국근적외분광분석학회:학술대회논문집
    • /
    • 한국근적외분광분석학회 2001년도 NIR-2001
    • /
    • pp.1032-1032
    • /
    • 2001
  • Artificial Neural Network (ANN) calibration techniques have been used commercially for agricultural applications since the mid-nineties. Global models, based on transmission data from 850 to 1050 nm, are used routinely to measure protein and moisture in wheat and barley and also moisture in triticale, rye, and oats. These models are currently used commercially in approx. 15 countries throughout the world. Results concerning earlier European ANN models are being published elsewhere. Some of the findings from that study will be discussed here. ANN models have also been developed for coarsely ground samples of compound feed and feed ingredients, again measured in transmission mode from 850 to 1050 nm. The performance of models for pig- and poultry feed will be discussed briefly. These models were developed from a very large data set (more than 20,000 records), and cover a very broad range of finished products. The prediction curves are linear over the entire range for protein, fat moisture, fibre, and starch (measured only on poultry feed), and accuracy is in line with the performance of smaller models based on Partial Least Squares (PLS). A simple bias adjustment is sufficient for calibration transfer across instruments. Recently, we have investigated the possible use of ANN for a different type of NIR spectrometer, based on reflectance data from 1100 to 2500 nm. In one study, based on data for protein, fat, and moisture measured on unground compound feed samples, dedicated ANN models for specific product classes (cattle feed, pig feed, broiler feed, and layers feed) gave moderately better Standard Errors of Prediction (SEP) compared to modified PLS (MPLS). However, if the four product classes were combined into one general calibration model, the performance of the ANN model deteriorated only slightly compared to the class-specific models, while the SEP values for the MPLS predictions doubled. Brix value in molasses is a measure of sugar content. Even with a huge dataset, PLS models were not sufficiently accurate for commercial use. In contrast an ANN model based on the same data improved the accuracy considerably and straightened out non-linearity in the prediction plot. The work of Mr. David Funk (GIPSA, U. S. Department of Agriculture) who has studied the influence of various types of spectral distortions on ANN- and PLS models, thereby providing comparative information on the robustness of these models towards instrument differences, will be discussed. This study was based on data from different classes of North American wheat measured in transmission from 850 to 1050 nm. The distortions studied included the effect of absorbance offset pathlength variation, presence of stray light bandwidth, and wavelength stretch and offset (either individually or combined). It was shown that a global ANN model was much less sensitive to most perturbations than class-specific GIPSA PLS calibrations. It is concluded that ANN models based on large data sets offer substantial advantages over PLS models with respect to accuracy, range of materials that can be handled by a single calibration, stability, transferability, and sensitivity to perturbations.

  • PDF

통합적 광추적 모델에 의한 해양탑재체 GOCI의 궤도 상 광학 성능 검증 (Integrated Ray Tracing Model for In-Orbit Optical Performance Simulation for GOCI)

  • 함선정;이재민;김성희;윤형식;강금실;명환춘;김석환
    • 한국위성정보통신학회논문지
    • /
    • 제1권2호
    • /
    • pp.1-7
    • /
    • 2006
  • 현재 항공우주연구원은 2008년에 발사 운용 예정인 통신-해양-기상위성의 주요 탑재체들 중의 하나로 한반도 주변 해역의 환경 상태를 정밀 측정하려는 정지궤도 해색센서(GOCI)를 개발하고 있다. 본 논문에서는 해색센서의 궤도상 임무성능 검증을 원할이 수행하기 위해 통합적 광선 추적 기법을 이용한 임무성능 검증 수치모사 모델을 개발 제시한다. 수치모사 모델 내에서 태양은 지구 방향으로 복사에너지를 방사하는 구형 광원으로 입력되었고, 구면인 지구 표면 중 한반도를 중심으로 한 2500km x 2500km 넓이의 곡면 관측 영역은 지표와 해수면으로 구분하여 서로 다른 특성의 람버트 산란 면들로 정의되었다. 수치모사 모델 내에서 해색센서 광학시스템은 태양을 출발하여, 지표 및 해수면의 환경적 특성 변화를 반영하는 반사도의 변화에 따라 산란 후 입사되어오는 광선들의 경로를 추적하여 초점면 광소자에 맺히게 하여준다. 이러한 통합적 광선 추적 기법을 이용하여 개발 중인 해색센서가 궤도상에서 한반도 동남부 연해 상에서 가상적으로 발생된 반사율 감소 0.014에 해당하는 적조현상을 탐지해낼 수 있음을 수치모사 입증하였다. 이 같은 결과는 본 논문에 기술된 통합적 광선 추적 기법을 이용한 과학임무 성능 검증 수치모사 모형은 해색센서 뿐만 아니라, 다른 과학적 측정 목적의 위성 탑재체의 임무성능 검증에도 활용 할 수 있는 기반 기술을 확립하였다는 의의를 제공한다.

  • PDF

다목적실용위성 3호의 지표 정규식생지수 산출 및 비교 분석: GeoEye 자료 활용 (The comparative analysis of KOMPSAT-3 based surface normalized difference vegetation index: Application of GeoEye data)

  • 염종민
    • 항공우주기술
    • /
    • 제13권2호
    • /
    • pp.80-86
    • /
    • 2014
  • 본 연구에서는 다목적실용위성 3호 영상을 이용하여 지표면 상의 정규식생지수 비교 분석 하고자 한다. 산출된 다목적실용위성 3호의 정규식생지수 비교 분석을 위해 동일 지점 최소 관측 시간 오차를 가지는 고해상도 GeoEye 영상이 사용되었다. 먼저, 각 밴드별 분광 정도 산출을 위해 대기 보정이 수행되었다. 대기 보정 수행을 위한 기하 정보는 다목적실용위성 3호 보조자료에 포함된 태양천정각, 태양방위각, 위성천정각, 위성방위각, 날짜 정보이다. 그리고 대기 요소에 의한 감쇄, 산란, 흡수 정보를 물리적으로 계산하기 위해 수증기량, 오존량, 에어러솔 정보가 적용되었다. 일반적으로 정확한 대기정보를 얻기 위해서는 현장관측자료가 중요하지만, 본 연구에서는 MODIS atmospheric products를 사용하였고, 대기보정 모델에서 산출된 지면 반사도는 식생지수 산출에 사용되었다.

Landsat TM 영상자료를 이용한 대청호의 영양상태 평가 (Assessment of Trophic State for Daecheong reservoir Using Landsat TM Imagery Data)

  • 한의정;김태근;정동환;천세억;김신조;유순주;황종연;김태승;김명희
    • 환경영향평가
    • /
    • 제7권1호
    • /
    • pp.81-91
    • /
    • 1998
  • The objective of this study was to use remotely sensed data, combined with in situ data, for the assessment of trophic state for Daecheong reservoir. Three Landsat TM(Thematic Mapper) imagery data were processed to portray trophic state conditions. The remotely sensed data and the measured data were obtained on 20 June 1995. Regression models have been developed between the chlorophyll-a concentration and reflectance which was converted to Landsat TM digital data. The regression model was determined based on the correlation coefficient which was higher than 0.7 and was applied to the entire study area to generate a distribution map of chlorophyll-a and trophic state. The equation, providing estimates of chlorophyll-a concentration, represented the year-to-year spatial variation of trophic zones in the reservoir. Satellite remote sensing data derived from Landsat TM had been successfully used for trophic slate mapping in Daecheong reservoir.

  • PDF

프로브형 가시광-근적외선 센서를 이용한 토양의 탄소량 측정 (Soil Profile Measurement of Carbon Contents using a Probe-type VIS-NIR Spectrophotometer)

  • 권기영
    • Journal of Biosystems Engineering
    • /
    • 제34권5호
    • /
    • pp.382-389
    • /
    • 2009
  • An in-situ probe-based spectrophotometer has been developed. This system used two spectrometers to measure soil reflectance spectra from 450 nm to 2200 nm. It collects soil electrical conductivity (EC) and insertion force measurements in addition to the optical data. Six fields in Kansas were mapped with the VIS-NIR (visible-near infrared) probe module and sampled for calibration and validation. Results showed that VIS-NIR correlated well with carbon in all six fields, with RPD (the ratio of standard deviation to root mean square error of prediction) of 1.8 or better, RMSE of 0.14 to 0.22%, and $R^2$ of 0.69 to 0.89. From the investigation of carbon variability within the soil profile and by tillage practice, the 0-5 cm depth in a no-till field contained significantly higher levels of carbon than any other locations. Using the selected calibration model with the soil NIR probe data, a soil profile map of estimated carbon was produced, and it was found that estimated carbon values are highly correlated to the lab values. The array of sensors (VIS-NIR, electrical conductivity, insertion force) used in the probe allowed estimating bulk density, and three of the six fields were satisfactory. The VIS-NIR probe also showed the obtained spectra data were well correlated with nitrogen for all fields with RPD scores of 1.84 or better and coefficient of determination ($R^2$) of 0.7 or higher.

MEAT SPECIATION USING A HIERARCHICAL APPROACH AND LOGISTIC REGRESSION

  • Arnalds, Thosteinn;Fearn, Tom;Downey, Gerard
    • 한국근적외분광분석학회:학술대회논문집
    • /
    • 한국근적외분광분석학회 2001년도 NIR-2001
    • /
    • pp.1245-1245
    • /
    • 2001
  • Food adulteration is a serious consumer fraud and a matter of concern to food processors and regulatory agencies. A range of analytical methods have been investigated to facilitate the detection of adulterated or mis-labelled foods & food ingredients but most of these require sophisticated equipment, highly-qualified staff and are time-consuming. Regulatory authorities and the food industry require a screening technique which will facilitate fast and relatively inexpensive monitoring of food products with a high level of accuracy. Near infrared spectroscopy has been investigated for its potential in a number of authenticity issues including meat speciation (McElhinney, Downey & Fearn (1999) JNIRS, 7(3), 145-154; Downey, McElhinney & Fearn (2000). Appl. Spectrosc. 54(6), 894-899). This report describes further analysis of these spectral sets using a hierarchical approach and binary decisions solved using logistic regression. The sample set comprised 230 homogenized meat samples i. e. chicken (55), turkey (54), pork (55), beef (32) and lamb (34) purchased locally as whole cuts of meat over a 10-12 week period. NIR reflectance spectra were recorded over the wavelength range 400-2498nm at 2nm intervals on a NIR Systems 6500 scanning monochromator. The problem was defined as a series of binary decisions i. e. is the meat red or white\ulcorner is the red meat beef or lamb\ulcorner, is the white meat pork or poultry\ulcorner etc. Each of these decisions was made using an individual binary logistic model based on scores derived from principal component or partial least squares (PLS1 and PLS2) analysis. The results obtained were equal to or better than previous reports using factorial discriminant analysis, K-nearest neighbours and PLS2 regression. This new approach using a combination of exploratory and logistic analyses also appears to have advantages of transparency and the use of inherent structure in the spectral data. Additionally, it allows for the use of different data transforms and multivariate regression techniques at each decision step.

  • PDF

MEAT SPECIATION USING A HIERARCHICAL APPROACH AND LOGISTIC REGRESSION

  • Arnalds, Thosteinn;Fearn, Tom;Downey, Gerard
    • 한국근적외분광분석학회:학술대회논문집
    • /
    • 한국근적외분광분석학회 2001년도 NIR-2001
    • /
    • pp.1152-1152
    • /
    • 2001
  • Food adulteration is a serious consumer fraud and a matter of concern to food processors and regulatory agencies. A range of analytical methods have been investigated to facilitate the detection of adulterated or mis-labelled foods & food ingredients but most of these require sophisticated equipment, highly-qualified staff and are time-consuming. Regulatory authorities and the food industry require a screening technique which will facilitate fast and relatively inexpensive monitoring of food products with a high level of accuracy. Near infrared spectroscopy has been investigated for its potential in a number of authenticity issues including meat speciation (McElhinney, Downey & Fearn (1999) JNIRS, 7(3), 145 154; Downey, McElhinney & Fearn (2000). Appl. Spectrosc. 54(6), 894-899). This report describes further analysis of these spectral sets using a hierarchical approach and binary decisions solved using logistic regression. The sample set comprised 230 homogenized meat samples i. e. chicken (55), turkey (54), pork (55), beef (32) and lamb (34) purchased locally as whole cuts of meat over a 10-12 week period. NIR reflectance spectra were recorded over the wavelength range 400-2498nm at 2nm intervals on a NIR Systems 6500 scanning monochromator. The problem was defined as a series of binary decisions i. e. is the meat red or white\ulcorner is the red meat beef or lamb\ulcorner, is the white meat pork or poultry\ulcorner etc. Each of these decisions was made using an individual binary logistic model based on scores derived from principal component or partial least squares (PLS1 and PLS2) analysis. The results obtained were equal to or better than previous reports using factorial discriminant analysis, K-nearest neighbours and PLS2 regression. This new approach using a combination of exploratory and logistic analyses also appears to have advantages of transparency and the use of inherent structure in the spectral data. Additionally, it allows for the use of different data transforms and multivariate regression techniques at each decision step.

  • PDF