[표지]
요약문
SUMMARY
목차
제1장 서론 13
1.1. 연구배경 및 목적 13
1.2. 연구내용 및 방법 15
제2장 위성영상 활용 저수지 모니터링 기술현황 19
2.1. 국내·외 위성 종류 및 기술개발 현황 21
2.1.1. 국내 위성 종류 및 기술개발 현황 21
2.1.2. 국외 위성 종류 및 운용 현황 28
2.1.3. 위성활용 저수지 모니터링 연구 현황 30
2.2. 위성활용 한계점 및 활용방안 34
제3장 위성영상기반 수표면적 산출 시험저수지 선정 및 자료수집 39
3.1. 전국 저수지 저수율 관측 현황 조사 39
3.1.1. 저수지 현황조사 개요 39
3.1.2. 저수지 저수율 관측 현황 41
3.2. 저수지 물리적 특성을 고려한 유형분류 44
3.2.1. 관리 규정에 따른 분류 44
3.2.2. 공간분포에 따른 분류 45
3.2.3. 저수량에 따른 분류 45
3.3. 연구대상 저수지 선정 47
제4장 위성레이더 자료 활용 저수지 수표면적 산출 모델 개발 55
4.1. 위성영상 활용 수체영역 산출 기법 55
4.1.1. 영상 분류 기법 55
4.1.2. 영상 분할 기법 60
4.2. SAR 위성활용 중·소규모 저수지 수표면적 산출 기술개발 64
4.2.1. SAR 위성 개요 65
4.2.2. Sentinel-1 위성영상 전처리 67
4.2.3. SAR위성영상 수표면 적 산출 기술개발 70
4.3. 수표면적 산출 기법별 정확도 분석 및 적용성 평가 74
4.3.1. 정확도 분석을 위한 검증자료 구축 74
4.3.2. 수표면 적 산출 결과의 정량적 정확도 분석 83
4.3.3. 수표면 적 산출 결과의 정성적 정확도 분석 101
4.3.4. 규모 별 분석을 통한 적용성 평가 110
제5장 저수지 수표면적 변화 분석 기술개발 115
5.1. 저수지 수표면적 시계열 정보 산출 및 기초통계량 분석 115
5.1.1. 중·소규모 저수지 시계열 정보 산출 119
5.1.2. 중·소규모 저수지 시계열 정보 기초통계량 분석 123
5.2. 저수지 수표면적과 지상관측값 상관성(민감도) 분석 127
5.2.1. 알고리 즘별 상관성 분석 128
5.2.2. 시기별 수표면 적 산출 민감도 분석 132
제6장 결론 157
참고문헌 159
부록 167
부록 1. 위성영상기반 수표면적 산출 결과 혼동행렬 169
부록 2. SAR 위성영상 활용 시계열 수표면적 산출 결과 175
서지자료 220
REPORT DOCUMENTATION PAGE 221
판권기 222
표 2.1. 우주개발진흥 계획내 위성활용 서비스관련 중점 추진내용 22
표 2.2. 제2차 위성정보 활용 종합계획 중점 추진내용 23
표 2.3. 차세대 중형위성 개발사업 관련 중점 추진내용 25
표 2.4. 다목적실용위성 중점 추진내용 27
표 2.5. 정지궤도복합위성 중점 추진내용 28
표 2.6. 수체영역 모니터링 관련 선행연구 목록 33
표 3.1. 수리시설별 수리답 면적 구성비 40
표 3.2. 연도별 저수지 개소수 40
표 3.3. 전국 저수지 관리 주체 현황 41
표 3.4. 준공년도별 저수지 개소수 41
표 3.5. 관리기관별 전국 저수지 수위계 설치 현황 43
표 3.6. 전국저수지 총저수량 규모별 개소수 44
표 3.7. 전국 지자체별 저수지 유효저수량 및 규모별 개소수 46
표 3.8. 전국 지자체별 저수지 평균 유효저수량 47
표 3.9. 농업가뭄 예경보 발표 횟수 49
표 3.10. 정확도 검증을 위해 선정된 저수지 목록 50
표 4.1. 해외 SAR 위성 종류 66
표 4.2. 연구대상 저수지 관측 수표면적 및 기법별 추출 수표면적 72
표 4.3. 정확도 분석을 위한 저수지 정보 및 현장영상 취득 일자(6월) 74
표 4.4. 정확도 분석을 위한 저수지 정보 및 현장영상 취득 일자(10월) 75
표 4.5. 검증영상 촬영용 드론 제원 76
표 4.6. 정확도 분석을 위한 저수지 정보 및 현장영상 취득 일자(6월) 78
표 4.7. 정확도 분석을 위한 저수지 정보 및 현장영상 취득 일자(10월) 79
표 4.8. 정확도 분석을 위한 지자체 관리 저수지 정보 및 현장영상 취득 일자 81
표 4.9. 연구대상 저수지 규모별 수표면적 평균값 85
표 4.10. 유효저수량 규모별 수표면적 산출 결과의 상관계수 88
표 4.11. 유효저수량 규모별 수표면적 산출 결과의 RMSE 및 RMSE 비율 89
표 4.12. 수체 분류 화소단위 분석을 위한 혼동행렬 94
표 4.13. 화소단위 분석 검증값별 산출식 95
표 4.14. 기법별 수체분류 결과에 대한 혼동행렬 및 검증값 96
표 4.15. 5만 톤급 이하 저수지 분류결과 혼동행렬 98
표 4.16. 5~20만 톤급 저수지 분류결과 혼동행렬 98
표 4.17. 20~30만 톤급 저수지 분류결과 혼동행렬 98
표 4.18. 30~40만 톤급 저수지 분류결과 혼동행렬 99
표 4.19. 40~50만 톤급 저수지 분류결과 혼동행렬 99
표 4.20. 50만톤급 이상 저수지 분류결과 혼동행렬 99
표 4.21. 저수지 형태별 정확성 측정값 104
표 4.22. Sentinel-1 IW모드 영상 특성 106
표 5.1. 시계열 분석대상 저수지 개요(5개소) 115
표 5.2. 분황 저수지 조견표 116
표 5.3. 무연 저수지 조견표 116
표 5.4. 정동 저수지 조견표 117
표 5.5. 용월 저수지 조견표 117
표 5.6. 벽정 저수지 조견표 118
표 5.7. 저수지별 기간단위로 분석된 위성영상 개수 120
표 5.8. 분황 저수지 시계열 수표면적 산출값(2016년 1월~2021년 9월) 121
표 5.9. 무연 저수지 시계열 수표면적 산출값(2016년 1월~2021년 9월) 121
표 5.10. 정동 저수지 시계열 수표면적 산출값(2016년 1월~2021년 9월) 122
표 5.11. 용월 저수지 시계열 수표면적 산출값(2016년 1월~2021년 9월) 122
표 5.12. 벽정 저수지 시계열 수표면적 산출값(2016년 1월~2021년 9월) 122
표 5.13. 알고리즘별 수표면적 평균값 124
표 5.14. 알고리즘과 조견표의 수표면적 평균값 비교 125
표 5.15. 알고리즘별 수표면적 표준편차 126
표 5.16. 알고리즘과 조견표의 수표면적 표준편차 비교 127
표 5.17. 연구대상 저수지에 대한 알고리즘별 상관계수 129
표 5.18. 연구대상 저수지에 대한 알고리즘별 RMSE 및 RMSE 비율 131
표 5.19. 상관계수 분석 기준 141
표 5.20. 분황 저수지 월별 상관계수 142
표 5.21. 무연 저수지 월별 상관계수 143
표 5.22. 정동 저수지 월별 상관계수 144
표 5.23. 용월 저수지 월별 상관계수 145
표 5.24. 벽정 저수지 월별 상관계수 146
표 5.25. 분황 저수지 기법간 월별 면적대비 오차율 148
표 5.26. 무연 저수지 기법간 월별 면적대비 오차율 149
표 5.27. 정동 저수지 기법간 월별 면적대비 오차율 150
표 5.28. 용월 저수지 기법간 월별 면적대비 오차율 151
표 5.29. 벽정 저수지 기법간 월별 면적대비 오차율 152
부록 표 1.1. 신경망(NN) 수체분류 결과에 대한 혼동행렬 169
부록 표 1.2. 서포트 벡터 머신(SVM) 수체분류 결과에 대한 혼동행렬 170
부록 표 1.3. 랜덤 포레스트(RF) 수체분류 결과에 대한 혼동행렬 171
부록 표 1.4. 오츠(Otsu) 수체분류 결과에 대한 혼동행렬 172
부록 표 1.5. 워터쉐드(WS) 수체분류 결과에 대한 혼동행렬 173
부록 표 1.6. 찬-베세(CV) 수체분류 결과에 대한 혼동행렬 174
부록 표 1.1. Sentinel-1 영상 활용 분황 저수지 시계열 수표면적 산출값(2016년 1월~2021년 9월) 175
부록 표 1.2. Sentinel-1 영상 활용 무연 저수지 시계열 수표면적 산출값(2016년 1월~2021년 9월) 184
부록 표 1.3. Sentinel-1 영상 활용 정동 저수지 시계열 수표면적 산출값(2016년 1월~2021년 9월) 193
부록 표 1.4. Sentinel-1 영상 활용 용월 저수지 시계열 수표면적 산출값(2016년 1월~2021년 9월) 202
부록 표 1.5. Sentinel-1 영상 활용 벽정 저수지 시계열 수표면적 산출값(2016년 1월~2021년 9월) 211
그림 1.1. 인공위성을 이용한 남북한 대규모 저수지 수표면적 모니터링 14
그림 1.2. 연구 추진 체계 16
그림 2.1. 위성활용 기술현황 및 선행연구 조사 20
그림 2.2. 우리나라 농업가뭄 관리 현황 및 개선방안 30
그림 3.1. 농촌용수종합정보시스템 구성도 43
그림 3.2. 연구대상 저수지 선정 방법 49
그림 4.1. 감독 분류 절차 56
그림 4.2. 신경망의 구조 모식도 57
그림 4.3. 랜덤 포레스트 학습과정 배깅 모식도 59
그림 4.4. 히스토그램을 이용한 최적의 경계값 추정 61
그림 4.5. 워터쉐드 알고리즘의 침수 방식(좌) 및 강우 방식(우) 62
그림 4.6. 전체 연구흐름도 64
그림 4.7. Sentinel-1 위성영상 전처리 과정 68
그림 4.8. SAR위성영상 수표면적 산출 과정 도식화 71
그림 4.9. 정사영상 제작 및 실측 수표면적 산출 과정 76
그림 4.10. 연구대상 저수지(43개소)의 유효저수량 분포 84
그림 4.11. 알고리즘별 저수지 수표면적 평균 85
그림 4.12. 알고리즘별 수표면적 참값-평균값 평균 차이 86
그림 4.13. 유효저수량 규모별 수표면적 산출 결과의 상관계수 88
그림 4.14. 유효저수량 규모별 수표면적 산출 결과의 RMSE 비율 90
그림 4.15. 유효저수량 규모별 평균 상관계수 및 RMSE 비율 90
그림 4.16. 기법별 수표면적 산출 결과 및 실측면적 산포도 92
그림 4.17. 화소단위 분석을 위한 흐름도 및 예시 93
그림 4.18. 기법별 수체분류 결과 검증값에 대한 방사형 그래프 96
그림 4.19. 규모별 수체분류 결과 검증값에 대한 방사형 그래프 100
그림 4.20. 저수지 경계 활용 형태학적 해석 흐름도 102
그림 4.21. 연구대상 저수지 형태분포 103
그림 4.22. 지형에 의한 위성 레이더의 기하왜곡 105
그림 4.23. 어린지 저수지 정사영상 및 신경망(NN) 수표면적 산출 결과 106
그림 4.24. 어린지 저수지 지역 DEM 106
그림 4.25. 벽정 저수지 인근 논 관개 상태(2021.6.15.) 107
그림 4.26. 분황 저수지 주변 토지피복 변화 및 오츠(Otsu) 수체 분류 결과 108
그림 4.27. 벽정 저수지 수표면 식생 상태(2021.10.14.) 109
그림 4.28. 벽정 저수지 수표면 식생 변화 109
그림 5.1. 저수지별 기간별(년 단위) 관측 위성영상 개수 119
그림 5.2. 연구대상 저수지에 대한 알고리즘별 상관계수 129
그림 5.3. 연구대상 저수지에 대한 알고리즘별 RMSE 비율 131
그림 5.4. 분황 저수지 알고리즘별 시계열 산포도 134
그림 5.5. 무연 저수지 알고리즘별 시계열 산포도 135
그림 5.6. 정동 저수지 알고리즘별 시계열 산포도 137
그림 5.7. 용월 저수지 알고리즘별 시계열 산포도 138
그림 5.8. 벽정 저수지 알고리즘별 시계열 산포도 140
그림 5.9. 저수지별 기법 간 월별 상관계수 147
그림 5.10. 저수지별 기법 간 월별 면적대비 오차율 153