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논문 기본 정보

자료유형
학위논문
저자정보

이수봉 (충북대학교 )

지도교수
최재완
발행연도
2023
저작권
충북대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수5

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

초록· 키워드

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The snow cover is an important variable because it affects climate, water cycle, and weather. For this reason, GCOS(Global Climate Observing System) determined the snow cover as one of the ECVs(Essential Climate Variables). In addition, GCOS provides requirements for ECVs that scientists are needed to be utilized. The requirements are contained with a spatio-temporal resolution, stability, and uncertainty.
NMSC(National Meteorological Satellite Center) developed an algorithm called SCSI(Snow Cover/Sea Ice) with a 2km spatial resolution to distinguish snow cover and sea ice from other land covers. The SCSI algorithm used the GK-2A(GEO-KOMPSAT-2A) CM(Cloud Mask) product for cloud detection. However, thresholds used in GK-2A CM product are sometimes unstable, causing snow pixels to be classified as clouds.
For this reason, in the SCSI algorithm, the process of determining whether a pixel classified as clouds is snow or not. Therefore, the snow cover detection algorithm that utilizes the characteristics of radiance change by using multi-temporal GK-2A imagery is proposed. Additionally, in order to meet the requirements of GCOS, the pansharpening method was used to generate GK-2A imagery with 500m spatial resolution. Since the fused image should have similar spectral characteristics and spatial details to the original image, the optimal method for the GK-2A image was found through qualitative and quantitative analysis.
In order to ensure stable accuracy of snow cover detection, the performance of the cloud mask algorithm is essential because the spectral characteristic between snow and cloud are similar. Therefore, the adaptive thresholds algorithm for cloud detection was developed considering the advantage of geostationary satellite and the difference in spatial/spectral characteristics between snow and cloud. The misclassified snow pixels were removed with NDVI(Normalized Difference Vegetation Index), near-infrared and thermal infrared bands in the snow cover detection part. After the cloud mask is applied and misclassified snow cover pixel is removed, the NDSI(Normalized Difference Snow Index) images observed during the day are stacked up. The imperceptibly remaining clouds were removed by applying a threshold, and daily snow cover data was finally generated.
For qualitative and quantitative verification, various satellite images and level-2 products, which are GK-2A SCSI, CALIPSO(Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observations), PlanetScope, Landsat-8, IMS(Interactive Multisensor Snow and Ice Mapping System), and VIIRS(Visible Infrared Imaging Radiometer Suite) were used. As a result, in comparison with the Landsat-8-based snow cover product, the proposed algorithm showed an F1 score of 0.93, which was 0.13 higher than GK-2A SCSI and 0.03 higher than the VIIRS snow cover product. In addition, the comparison with CALIPSO-based cloud product showed satisfactory accuracy.

목차

Ⅰ. 서 론 1
1.1 연구의 필요성 및 목적 1
1.2 국내외 연구동향 5
1.2.1 위성영상 융합기법 5
1.2.2 적설 탐지 기법 8
1.3 연구 방법 및 범위 14
Ⅱ. 기본이론 18
2.1 궤도에 따른 위성의 종류 18
2.2 광학센서 기반 위성영상 21
2.3 위성영상 기반 광학지수 25
Ⅲ. 연구자료 27
3.1 천리안위성 2A호 27
3.2 구름 탐지 기법 검증자료 29
3.2.1 VIIRS 구름 탐지 산출물 29
3.2.2 CALIPSO 구름 탐지 산출물 31
3.3 적설 탐지 기법 비교 및 검증 자료 33
3.3.1 Landsat-8 33
3.3.2 PlanetScope 36
3.3.3 천리안위성 2A호 적설/해빙 산출물 37
3.3.4 VIIRS 적설 면적 산출물 39
3.3.5 IMS 적설 면적 산출물 41
3.4 융합기법의 평가 방법 42
3.4.1 정성적 평가 방법 42
3.4.2 정량적 평가 방법 47
3.4.3 융합 영상의 평가지수 49
3.5 적설 탐지 기법의 정량적 평가 방법 53
Ⅳ. 융합 및 적설 탐지 기법 55
4.1 천리안위성 2A호 영상융합 기법 56
4.2 천리안위성 2A호 전처리 방법 63
4.3 적설 탐지 기법 67
4.3.1 각변화를 이용한 구름 탐지 68
4.3.2 질감 차이를 이용한 구름 제거 76
4.3.3 TOA 반사도 차이를 이용한 정체 구름 제거 80
4.3.4 장파복사 밴드를 이용한 구름 제거 85
4.3.5 오분류 적설 화소 제거 88
4.3.6 자료 누적을 통한 일 누적 적설 면적 생성 89
Ⅴ. 실험 결과 및 분석 91
5.1 융합기법 적용 결과 91
5.1.1 일관성 특성 기반 품질평가 결과 92
5.1.2 합성적 특성 기반 품질평가 결과 100
5.2. 적설 탐지 기법의 정확도 평가 108
5.2.1 Landsat-8 적설 면적을 이용한 정확도 평가 108
5.2.2 천리안위성 2A호 적설/해빙 산출물과 정확도 비교 113
5.2.3 VIIRS 적설 면적 산출물과 정확도 비교 117
5.2.4 IMS 적설 면적 산출물과 정확도 비교 122
5.2.5 구름 탐지 산출물을 이용한 구름 탐지 기법의 정량적 평가 129
5.2.6 적설 면적의 시계열 분석 131
5.2.7 보간법이 적용된 적설 지도를 이용한 정확도 비교 133
5.2.8 정량적 검증 결과의 비교분석 138
Ⅵ. 결론 140
참고문헌 142

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