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Sentinel-1 SAR 영상을 이용한 주성분분석 및 K-means Clustering 기반 산불 탐지 (Detection of Forest Fire Damage from Sentinel-1 SAR Data through the Synergistic Use of Principal Component Analysis and K-means Clustering)

  • 이재세;김우혁;임정호;권춘근;김성용
    • 대한원격탐사학회지
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    • 제37권5_3호
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    • pp.1373-1387
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    • 2021
  • 산불은 지표 에너지 균형, 사회 및 환경에 중대한 위협을 미치며, 사회경제적 손실을 일으킨다. 한편, 현재까지 널리 사용되고 있는 다중분광 위성 영상 기반 산불 피해 탐지 알고리즘은 구름으로 인한 반사도 오염으로 인해 시의적절한 산불 정보를 얻기 어려운 문제가 있다. 따라서 본 연구에서는 구름에 영향을 받지 않는 유럽우주국의 Sentinel-1 SAR (Synthetic Aperture Radar) 자료로부터 2019년 4월 초에 발생한 남한 강원도의 강릉·동해, 고성·속초 및 인접한 북한의 두 산불 발생 지역을 대상으로 주성분분석(Principal Component Analysis; PCA)을 포함하는 일련의 전 처리 및 K-means clustering을 이용하여 산불 피해 면적을 탐지하였다. 추정된 산불 면적은 국립산림과학원에서 남한의 두 산불에 대해 제공한 산불 피해 면적 및 강도 참조자료 및 산불 피해 탐지에 널리 사용되는 dNBR (differenced Normalized Burn Ratio)을 사용하여 검증하였다. 국립산림과학원의 참조자료 기반 검증에서 강릉·동해와 고성·속초 산불에 대해 평균 약 86%의 정확도를 보였다. dNBR을 사용한 검증에서는 남한 및 북한의 지역 모두에 대해 평균 약 84%의 정확도를 보였다. 이때, 산불 강도가 강할수록 산불 면적 탐지 성능이 높고 반대로 산불 강도가 약할수록 산불 면적 탐지 성능이 낮은 것을 확인할 수 있었다. 본 연구를 통해 검증된 SAR 영상을 이용한 PCA 및 K-means clustering 기반 탐지 알고리즘이 추후 구름의 영향이 크고 작은 산불이 빈번하게 발생하는 한반도에 대하여 신속한 산불 피해 면적 탐지에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

머신러닝 기반 MMS Point Cloud 의미론적 분할 (Machine Learning Based MMS Point Cloud Semantic Segmentation)

  • 배재구;서동주;김진수
    • 대한원격탐사학회지
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    • 제38권5_3호
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    • pp.939-951
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    • 2022
  • 자율주행차에 있어 가장 중요한 요소는 차량 주변 환경과 정확한 위치를 인식하는 것이며, 이를 위해 다양한 센서와 항법 시스템 등이 활용된다. 하지만 센서와 항법 시스템의 한계와 오차로 인해 차량 주변 환경과 위치 인식에 어려움이 있다. 이러한 한계를 극복하고 안전하고 편리한 자율주행을 위해서 고정밀의 인프라 정보를 제공하는 정밀도로지도(high definition map, HD map)의 필요성은 증대되고 있다. 정밀도로지도는 모바일 매핑 시스템(mobile mapping system, MMS)을 통해 획득된 3차원 point cloud 데이터를 이용하여 작성된다. 하지만 정밀도로지도 작성에 많은 양의 점을 필요로 하고 작성 항목이 많아 수작업이 요구되어 많은 비용과 시간이 소요된다. 본 연구는 정밀도로지도의 필수 요소인 차선을 포함한 도로, 연석, 보도, 중앙분리대, 기타 6개의 클래스로 MMS point cloud 데이터를 유의미한정보로 분할하여 정밀도로지도의 효율적인 작성에 목적을 둔다. 분할에는 머신러닝 모델인 random forest (RF), support vector machine (SVM), k-nearest neighbor (KNN) 그리고 gradient boosting machine (GBM)을 사용하였고 MMS point cloud 데이터의 기하학적, 색상, 강도 특성과 차선 분할을 위해 추가한 도로 설계적 특성을 고려하여 11개의 변수를 선정하였다. 부산광역시 미남역 일대 5차선도로 130 m 구간의 MMS point cloud 데이터를 사용하였으며, 분할 결과 각 모델의 평균 F1 score는 RF 95.43%, SVM 92.1%, GBM 91.05%, KNN 82.63%로 나타났다. 가장 좋은 분할 성능을 보인 모델은 RF이며 클래스 별 F1 score는 도로, 보도, 연석, 중앙분리대, 차선에서 F1 score가 각각 99.3%, 95.5%, 94.5%, 93.5%, 90.1% 로 나타났다. RF 모델의 변수 중요도 결과는 본 연구에서 추가한 도로 설계적 특성의 변수 XY dist., Z dist. 모두 mean decrease accuracy (MDA), mean decrease gini (MDG)가 높게 나타났다. 이는 도로 설계적 특성을 고려한 변수가 차선을 포함한 여러 클래스 분할에 중요하게 작용하였음을 뜻한다. 본 연구를 통해 MMS point cloud를 머신러닝 기반으로 차선을 포함한 여러 클래스로 분할 가능성을 확인하고 정밀도로지도 작성 시 수작업으로 인한 비용과 시간 소모를 줄이는데 도움이 될 것으로 기대한다.

U.K. 지구시스템모델 UM의 리눅스 클러스터 설치와 성능 평가 (An Installation and Model Assessment of the UM, U.K. Earth System Model, in a Linux Cluster)

  • 윤대옥;송형규;박성수
    • 한국지구과학회지
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    • 제43권6호
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    • pp.691-711
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    • 2022
  • 지구 대기에 영향을 주는 거의 모든 인간활동과 자연현상을 수치적으로 담아내는 지구시스템모델은 기후 위기의 시대에 활용될 가장 진보한 과학적 도구이다. 특히 우리나라 기상청이 도입한 지구시스템모델인 Unified Model (UM)은 지구 대기 연구의 과학적 도구로써 매우 활용성이 높다. 하지만 UM은 수치 적분과 자료 저장에 방대한 자원이 필요하여 개별 연구자들은 최근까지도 기상청 슈퍼컴퓨터에만 UM을 가동하는 상황이다. 외부와 차단된 기상청 슈퍼컴퓨터만을 이용하여 모델 연구를 수행하는 것은 UM을 이용한 모형 개선과 수치 실험의 원활한 수행에 있어 효율성이 떨어진다. 본 연구는 이러한 한계점을 극복할 수 있도록 개별 연구자가 보유한 고성능 병렬 컴퓨터(리눅스 클러스터) 에서 최신 버전 UM을 원활하게 설치하여 활용할 수 있도록 UM 시스템 환경 구축 과정과 UM 모델 설치 과정을 구체적으로 제시하였다. 또한 UM이 성공적으로 설치된 리눅스 클러스터 상에서 N96L85과 N48L70의 두 가지 모형 해상도에 대하여 UM 가동 성능을 평가하였다. 256코어를 사용하였을 때, 수평으로 1.875° ×1.25° (위도×경도)와 수직으로 약 85 km까지 85층 해상도를 가진 N96L85 해상도에 대한 UM의 AMIP과 CMIP 타입 한 달 적분 실험은 각각 169분과 205분이 소요되었다. 저해상도인 3.75° ×2.5° 와 70층 N48L70 해상도에 대해 AMIP 한달 적분은 252코어를 사용하여 33분이 소요되는 적분 성능을 보였다. 또한 적분을 위해 사용된 코어의 개수에 비례하여 적분 성능이 향상되었다. 성능 평가 외에 29년 간의 장기 적분을 수행하여 과거 지상 2-m 온도와 강수 강도를 ERA5 재분석자료와 비교하였고, 해상도에 따른 차이도 정성적으로 살펴보았다. 재분석자료와 비교할 때, 공간 분포가 유사하였고, 해상도와 대기-해양 접합에 따라 모의 결과에서 차이가 나타났다. 본 연구를 통해 슈퍼컴퓨터가 아닌 개별 연구자의 고성능 리눅스 클러스터 상에서도 UM이 성공적으로 구동됨을 확인하였다.

서울·경기지역 청동기시대 전기 생계자원(生計資源) 생산방식 (Patterns of Subsistence Production in the Early Bronze Age in the Seoul/Gyeonggi Region)

  • 이민영
    • 헤리티지:역사와 과학
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    • 제56권3호
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    • pp.22-44
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    • 2023
  • 청동기시대 전기 생계경제는 문화유형, 환경적 요인 등에 의해 발현될 수 있는 생산방식의 다양성이 충분히 고려되지 않은 채, 농경 수행의 강도를 설명하는데 초점을 맞추어왔다. 이러한 상황은 신석기-청동기시대 이행을 얼마나 단절적으로 또는 연속적으로 이해할 것인가의 문제를 진지하게 고민하지 않는 데서 비롯된 것으로 보인다. 이러한 인식은 생계자원 생산방식의 점진적인 변화를 탐색할 수 있는 경로를 차단해 왔다. 본고에서는 청동기시대 생계자원의 생산방식이 연속·점진적으로 변화되었다는 것을 전제로 하면서, 청동기시대 전기 생산방식에 영향을 주었을 다양한 요소에 따른 생산자원 생산양상을 복원해보고자 하였다. 청동기시대 전기는 문화유형과 생태적소가 다양하게 확인되는바, 특정 시기의 생계자원 생산방식을 복원하는 작업은 단편적인 한두 가지 분석으로는 달성되기가 어렵다. 따라서 생계자원 생산과 관련된 몇 가지 측면을 분리하여 분석·해석하고 종국에는 모두를 종합하는 것이 적절한 방법적 경로가 될 듯하다. 구체적인 연구 방법으로 생계자원 생산과 밀접한 연관을 지니는 문화·환경적 요소-문화유형, 지리·지형적 요소, 토양생산성, 취락규모-에 따라 기능상 분류된 석제 생산도구 구성에 차이가 있는지를 확인하였다. 분석 결과 서울·경기 지역의 청동기시대 전기 생계자원 생산양상에 있어 문화유형과 지리·지형적 입지에 따른 유의미한 차이는 관찰되지 않는 반면, 취락규모와 토양생산성에 따른 생산도구 구성의 차이에서는 통계적으로도 제법 유의한 결과가 도출되었다. 취락규모와 종합생산토양 비율이 증가할수록 수렵·무구, 목가공구, 수확구가 증가하는 반면 어로구의 비율에 있어서는 그 반대의 양상이 관찰되었다. 취락규모나 작물재배의 생산성에 따른 수렵 혹은 농경에 대한 의존도 사이에 상관관계를 기대하게 하나, 취락규모와 토양생산성 비율 간의 회귀분석 결과에서는 상호 유의미한 관계로 해석되지 않았다. 즉, 이는 여러 요인에 따라 생산양상도 상이하며, 어느 단편적인 요소가 특정 취락의 생계자원의 생산방식을 채택하는데 결정적이지 않았다는 것을 보여주는 결과라고 할 수 있다. 따라서 청동기시대 전기 사회에서의 취락을 구성하는 다양한 문화·환경적 요소에 따라 생계자원 생산양상 검토가 필요하다.

가족계획과 모자보건 통합을 위한 조산원의 투입효과 분석 -서산지역의 개입연구 평가보고- (An Intervention Study on Integration of Family Planning and Maternal/Infant Care Services in Rural Korea)

  • 방숙;한성현;이정자;안문영;이인숙;김은실;김종호
    • Journal of Preventive Medicine and Public Health
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    • 제20권1호
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    • pp.165-203
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    • 1987
  • This project was a service-cum-research effort with a quasi-experimental study design to examine the health benefits of an integrated Family Planning (FP)/Maternal & Child health (MCH) Service approach that provides crucial factors missing in the present on-going programs. The specific objectives were: 1) To test the effectiveness of trained nurse/midwives (MW) assigned as change agents in the Health Sub-Center (HSC) to bring about the changes in the eight FP/MCH indicators, namely; (i)FP/MCH contacts between field workers and their clients (ii) the use of effective FP methods, (iii) the inter-birth interval and/or open interval, (iv) prenatal care by medically qualified personnel, (v) medically supervised deliveries, (vi) the rate of induced abortion, (vii) maternal and infant morbidity, and (viii) preinatal & infant mortality. 2) To measure the integrative linkage (contacts) between MW & HSC workers and between HSC and clients. 3) To examine the organizational or administrative factors influencing integrative linkage between health workers. Study design; The above objectives called for quasi-experimental design setting up a study and control area with and without a midwife. An active intervention program (FP/MCH minimum 'package' program) was conducted for a 2 year period from June 1982-July 1984 in Seosan County and 'before and after' surveys were conducted to measure the change. Service input; This study was undertaken by the Soonchunhyang University in collaboration with WHO. After a baseline survery in 1981, trained nurses/midwives were introduced into two health sub-centers in a rural setting (Seosan county) for a 2 year period from 1982 to 1984. A major service input was the establishment of midwifery services in the existing health delivery system with emphasis on nurse/midwife's role as the link between health workers (nurse aids) and village health workers, and the referral of risk patients to the private physician (OBGY specialist). An evaluation survey was made in August 1984 to assess the effectiveness of this alternative integrated approach in the study areas in comparison with the control area which had normal government services. Method of evaluation; a. In this study, the primary objective was first to examine to what extent the FP/MCH package program brought about changes in the pre-determined eight indicators (outcome and impact measures) and the following relationship was first analyzed; b. Nevertheless, this project did not automatically accept the assumption that if two or more activities were integrated, the results would automatically be better than a non-integrated or categorical program. There is a need to assess the 'integration process' itself within the package program. The process of integration was measured in terms of interactive linkages, or the quantity & quality of contacts between workers & clients and among workers. Intergrative linkages were hypothesized to be influenced by organizational factors at the HSC clinic level including HSC goals, sltrurture, authority, leadership style, resources, and personal characteristics of HSC staff. The extent or degree of integration, as measured by the intensity of integrative linkages, was in turn presumed to influence programme performance. Thus as indicated diagrammatically below, organizational factors constituted the independent variables, integration as the intervening variable and programme performance with respect to family planning and health services as the dependent variable: Concerning organizational factors, however, due to the limited number of HSCs (2 in the study area and 3 in the control area), they were studied by participatory observation of an anthropologist who was independent of the project. In this observation, we examined whether the assumed integration process actually occurred or not. If not, what were the constraints in producing an effective integration process. Summary of Findings; A) Program effects and impact 1. Effects on FP use: During this 2 year action period, FP acceptance increased from 58% in 1981 to 78% in 1984 in both the study and control areas. This increase in both areas was mainly due to the new family planning campaign driven by the Government for the same study period. Therefore, there was no increment of FP acceptance rate due to additional input of MW to the on-going FP program. But in the study area, quality aspects of FP were somewhat improved, having a better continuation rate of IUDs & pills and more use of effective Contraceptive methods in comparison with the control area. 2. Effects of use of MCH services: Between the study and control areas, however, there was a significant difference in maternal and child health care. For example, the coverage of prenatal care was increased from 53% for 1981 birth cohort to 75% for 1984 birth cohort in the study area. In the control area, the same increased from 41% (1981) to 65% (1984). It is noteworthy that almost two thirds of the recent birth cohort received prenatal care even in the control area, indicating that there is a growing demand of MCH care as the size of family norm becomes smaller 3. There has been a substantive increase in delivery care by medical professions in the study area, with an annual increase rate of 10% due to midwives input in the study areas. The project had about two times greater effect on postnatal care (68% vs. 33%) at delivery care(45.2% vs. 26.1%). 4. The study area had better reproductive efficiency (wanted pregancies with FP practice & healthy live births survived by one year old) than the control area, especially among women under 30 (14.1% vs. 9.6%). The proportion of women who preferred the 1st trimester for their first prenatal care rose significantly in the study area as compared to the control area (24% vs 13%). B) Effects on Interactive Linkage 1. This project made a contribution in making several useful steps in the direction of service integration, namely; i) The health workers have become familiar with procedures on how to work together with each other (especially with a midwife) in carrying out their work in FP/MCH and, ii) The health workers have gotten a feeling of the usefulness of family health records (statistical integration) in identifying targets in their own work and their usefulness in caring for family health. 2. On the other hand, because of a lack of required organizational factors, complete linkage was not obtained as the project intended. i) In regards to the government health worker's activities in terms of home visiting there was not much difference between the study & control areas though the MW did more home visiting than Government health workers. ii) In assessing the service performance of MW & health workers, the midwives balanced their workload between 40% FP, 40% MCH & 20% other activities (mainly immunization). However, $85{\sim}90%$ of the services provided by the health workers were other than FP/MCH, mainly for immunizations such as the encephalitis campaign. In the control area, a similar pattern was observed. Over 75% of their service was other than FP/MCH. Therefore, the pattern shows the health workers are a long way from becoming multipurpose workers even though the government is pushing in this direction. 3. Villagers were much more likely to visit the health sub-center clinic in the study area than in the control area (58% vs.31%) and for more combined care (45% vs.23%). C) Organization factors (admistrative integrative issues) 1. When MW (new workers with higher qualification) were introduced to HSC, it was noted that there were conflicts between the existing HSC workers (Nurse aids with less qualification than MW) and the MW for the beginning period of the project. The cause of the conflict was studied by an anthropologist and it was pointed out that these functional integration problems stemmed from the structural inadequacies of the health subcenter organization as indicated below; i) There is still no general consensus about the objectives and goals of the project between the project staff and the existing health workers. ii) There is no formal linkage between the responsibility of each member's job in the health sub-center. iii) There is still little chance for midwives to play a catalytic role or to establish communicative networks between workers in order to link various knowledge and skills to provide better FP/MCH services in the health sub-center. 2. Based on the above findings the project recommended to the County Chief (who has power to control the administrative staff and the technical staff in his county) the following ; i) In order to solve the conflicts between the individual roles and functions in performing health care activities, there must be goals agreed upon by both. ii) The health sub·center must function as an autonomous organization to undertake the integration health project. In order to do that, it is necessary to support administrative considerations, and to establish a communication system for supervision and to control of the health sub-centers. iii) The administrative organization, tentatively, must be organized to bind the health worker's midwive's and director's jobs by an organic relationship in order to achieve the integrative system under the leadership of health sub-center director. After submitting this observation report, there has been better understanding from frequent meetings & communication between HW/MW in FP/MCH work as the program developed. Lessons learned from the Seosan Project (on issues of FP/MCH integration in Korea); 1) A majority or about 80% of the couples are now practicing FP. As indicated by the study, there is a growing demand from clients for the health system to provide more MCH services than FP in order to maintain the achieved small size of family through FP practice. It is fortunate to see that the government is now formulating a MCH policy for the year 2,000 and revising MCH laws and regulations to emphasize more MCH care for achieving a small size family through family planning practice. 2) Goal consensus in FP/MCH shouBd be made among the health workers It administrators, especially to emphasize the need of care of 'wanted' child. But there is a long way to go to realize the 'real' integration of FP into MCH in Korea, unless there is a structural integration FP/MCH because a categorical FP is still first priority to reduce the rate of population growth for economic reasons but not yet for health/welfare reasons in practice. 3) There should be more financial allocation: (i) a midwife should be made available to help to promote the MCH program and coordinate services, (in) there should be a health sub·center director who can provide leadership training for managing the integrated program. There is a need for 'organizational support', if the decision of integration is made to obtain benefit from both FP & MCH. In other words, costs should be paid equally to both FP/MCH. The integration slogan itself, without the commitment of paying such costs, is powerless to advocate it. 4) Need of management training for middle level health personnel is more acute as the Government has already constructed 90 MCH centers attached to the County Health Center but without adequate manpower, facilities, and guidelines for integrating the work of both FP and MCH. 5) The local government still considers these MCH centers only as delivery centers to take care only of those visiting maternity cases. The MCH center should be a center for the managment of all pregnancies occurring in the community and the promotion of FP with a systematic and effective linkage of resources available in the county such as i.e. Village Health Worker, Community Health Practitioner, Health Sub-center Physicians & Health workers, Doctors and Midwives in MCH center, OBGY Specialists in clinics & hospitals as practiced by the Seosan project at primary health care level.

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