MODIS NDVI와 AVHRR NDVI의 연계방법 개발

Title
MODIS NDVI와 AVHRR NDVI의 연계방법 개발
Authors
은정
Keywords
modisndvi와avhrrndvi의연계방법개발
Issue Date
2012
Publisher
인하대학교
Abstract
원격탐사 자료를 이용하여 오랜기간 동안 식물의 특성을 모니터링 하는 연구가 많이 진행되고 있다. 식물은 끊임없이 변하고 있는 생태계의 중요한 구성요소로써 식생모니터링을 하기 위하여 많은 식생지수(Vegetation Index)를 이용하여 연구를 하고 있으며, 현재 정규식생지수(Normalized Difference Vegetation Index : NDVI)가 가장 널리 사용되고 있다. 전 지구적인 NDVI를 제작하기 위하여 MODIS는 Red와 NIR 밴드를 사용하고 있으며, AVHRR은 1100m의 공간해상도를 가진 Red와 NIR 밴드를 사용하고 있다. MODIS 영상의 경우 2000년부터 자료획득이 시작되어 장기간 분석에 활용하기 역부족이다. 반면에 AVHRR NDVI는 1970년대 후반부터 현재에 이르기 까지 약 30년간의 NDVI 영상을 제공하기 때문에 장기간의 시계열 자료를 이용하기에 더 효과적이다. MODIS 자료가 NOAA AVHRR 자료보다 밴드폭(Spectral width)이 좁고, 공간해상도가 높기 때문에 작은 식생의 변화를 관측하기에 용이하다. 하지만 두 자료는 공간해상도에서도 차이가 있고, 밴드를 구성하는 분광 파장폭 또한 차이가 있기 때문에 이 두 영상은 같은 기준선상에서 직접적으로 비교할 수는 없다. 본 연구에서는 MODIS NDVI에 맞는 새로운 NDVI를 제작하여 두 영상을 연계하여 사용할 수 있는 방법을 제시하고자 한다. 연구에 사용하는 자료는 구름의 영향을 최소화 하기 위해 일정주기의 합성으로 이루어진 합성영상으로 MODIS NDVI는 16일, AVHRR NDVI는 10일 기간의 합성으로 제작된 정규식생지수(NDVI)영상으로 2001년∼2005년 기간의 영상을 이용하였다. MODIS NDVI와 연계할 수 있는 AVHRR NDVI를 제작하기 위하여 먼저, 두 영상의 차이를 비교하기 위하여 대표 피복을 설정하여 두 자료의 차이를 비교하였다. MODIS NDVI보다 AVHRR NDVI가 낮은 값을 가지고 있는 것을 확인하였으며, 구름 및 센서이상으로 인한 노이즈가 많이 포함되어있다는 것을 확인할 수 있었다. 본 연구에서 사용하는 합성영상은 구름의 영향을 최소로 만든 영상이지만 합성영상 내에서도 노이즈가 존재할 수 있다. 따라서 제거되지 않은 노이즈 화소를 찾아 이를 제거한 후 MODIS NDVI와 AVHRR NDVI의 연계를 실시하였다. 즉, 노이즈 화소를 제거는 MODIS NDVI QA 자료와 영상간의 차이에 따른 임계치(Thresholds)를 기준으로 하였으며, MODIS NDVI와 AVHRR NDVI 영상을 회귀분석을 이용하여 두영상의 연계식을 개발하였다. 회귀분석을 통하여 2차 회귀식 보다 3차 회귀식으로 모의 실험 결과가 더 좋은 것을 확인 하였으며, QA 자료를 이용한 노이즈 제거 방법보다는 임계치를 이용한 방법이 좋은 결과를 도출할 수 있었다. 임계치를 이용하여 노이즈 제거를 실시한 후, 3차 회귀식으로부터 AVHRR NDVI를 MODIS NDVI로 변환할 수 있었다. 모의 실험을 통하여 얻어진 NDVI 영상과 MODIS NDVI 영상의 연계 적합성을 위하여 상관계수와 RMSE(Root Mean Square Error)를 확인하였다. 기존 AVHRR NDVI 영상과 MODIS NDVI의 경우 0.5 정도의 상관계수를 얻을 수 있었으나 본 논문에서 제시한 방법을 통해 모의실험의 NDVI 의 경우 0.9 이상의 상관계수를 얻어 원 자료에 비해 상대적으로 연계된 NDVI를 제작할 수 있는 방법이라 할 수 있다. 향후 장기간 시계열 자료로 식생의 변화 탐지를 위한 NDVI 영상 구축을 위해 보다 면밀한 검증과 영상 구축에 관한 연구가 요구된다.
Description
<목 차> 제 1 장 서 론 1 1.1 연구배경 1 1.2 연구동향 2 1.3 연구목적 및 범위 6 제 2 장 연구대상 및 사용자료 7 2.1 연구지역 7 2.2 연구자료 8 2.2.1 MODIS 센서와 AVHRR 센서를 탑재한 위성의 특징 8 2.2.1.1 MODIS 8 2.2.1.2 AVHRR 12 2.2.2 정규식생지수 14 2.2.2.1 MODIS NDVI 16 2.2.2.2 AVHRR NDVI 18 제 3 장 연구방법 20 3.1 연구방법 20 3.2 자료 전처리 22 3.3 MODIS NDVI와 AVHRR NDVI 비교 26 3.4 노이즈 화소 제거 33 3.5 MODIS NDVI와 AVHRR NDVI의 연계식 개발 41 제 4 장 연구결과 및 고찰 44 4.1 연구 결과 44 4.2 검증 및 고찰 50 제 5 장 결 론 52 참 고 문 헌 54 <표 차례> 표 1.1 MODIS 센서의 특징 및 운영 현황 9 표 1.2 MODIS 밴드별 구성 11 표 1.3 NOAA AVHRR 위성 운영 현황 12 표 1.4 AVHRR 센서의 특징 13 표 3.1 대표피복별 상관계수 30 표 3.2 QA 자료를 이용한 각 화소별 구분 기준표 35 표 3.3 임계치별 사용된 자료 수 38 표 3.4 노이즈를 제거한 후 회귀식을 통한 피복별 상관계수 42 표 4.1 영상 전체를 이용하여 노이즈 제거 후 산출된 회귀식 계수 44 표 4.2 각 계절별 대표영상의 합성시기 45 표 4.3 MODIS NDVI와 AVHRR NDVI를 이용하여 모의 생성된 NDVI와의 상관계수 51 표 4.4 MODIS NDVI와 AVHRR NDVI를 이용하여 모의 생성된 NDVI와의 RMSE 51 <그림 차례> 그림 1.1 MODIS밴드와 AVHRR밴드의 파장 폭과 수분수증기흡수밴드 4 그림 2.1 연구지역인 한반도 7 그림 2.2 타일형식으로 제공되는 MODIS 자료 10 그림 2.3 MODIS Global NDVI 영상 15 그림 2.4 MODIS NDVI Process 16 그림 2.5 MODIS NDVI 합성 알고리즘 17 그림 2.6 AVHRR NDVI 합성 알고리즘 19 그림 3.1 연구 진행 흐름도 21 그림 3.2 자료 전처리 과정 22 그림 3.3 MODIS 자료 획득 후, MRT를 이용하여 기하보정 23 그림 3.4 AVHRR NDVI영상에 기본적인 입력정보 24 그림 3.5 동경대에서 제공하는 AVHRR NDVI 영상 24 그림 3.6 전처리가 완료된 NDVI 영상 25 그림 3.7 MODIS NDVI와 AVHRR NDVI 영상의 시계열 패턴 27 그림 3.8 계절별 NDVI 값의 차이를 색상표로 나타낸 영상 28 그림 3.9 영상 비교를 위한 대표피복 설정 29 그림 3.10 피복별 평균값을 이용한 NDVI값 비교 31 그림 3.11 MODIS NDVI와 AVHRR NDVI의 화소값 산점도 32 그림 3.12 MODIS NDVI와 AVHRR NDVI 영상에 존재하는 구름 33 그림 3.13 QA자료로 추출된 대표영상에 존재하는 좋은 품질의 화소 35 그림 3.14 시계열 패턴에서 나타난 NDVI값 차이에 대한 산점도 37 그림 3.15 대표 피복별 임계치 0.2로 노이즈 제거 후 NDVI 패턴 39 그림 3.16 대표 피복별 임계치 0.1로 노이즈 제거 후 NDVI 패턴 40 그림 4.1 모의실험 된 NDVI값의 피복별 비교 47 그림 4.2 MODIS NDVI에 연계시킨 새로운 AVHRR NDVI 영상 49
URI
http://dspace.inha.ac.kr/handle/10505/23554
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College of Engineering(공과대학) > Geoinformatic Engineering (공간정보공학) > Theses(지리정보공학 석박사 학위논문)
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