KR101448223B1 - A System and method for flood detection using satellite observation, and Record media recorded program for realizing the same method - Google Patents

A System and method for flood detection using satellite observation, and Record media recorded program for realizing the same method Download PDF

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KR101448223B1 KR1020130029825A KR20130029825A KR101448223B1 KR 101448223 B1 KR101448223 B1 KR 101448223B1 KR 1020130029825 A KR1020130029825 A KR 1020130029825A KR 20130029825 A KR20130029825 A KR 20130029825A KR 101448223 B1 KR101448223 B1 KR 101448223B1
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Abstract

본 발명은 인공위성의 관측으로부터 홍수로 인한 범람에 대한 정보를 구현하는 방법 및 시스템에 관한 것으로, 관측대상 지역의 분광채널별지표반사도를센싱하는 인공위성에 탑재된 관측센서부와 상기 관측센서부에서 센싱된 분광채널별 지표반사도의 값을 기반으로 신규칼라합성을 통해 홍수영역을 결정하는 홍수탐지결정부, 상기 홍수탐지결정부에서 결정된 홍수영역에 대하여 관측대상지역의 편광별반사도와 굴절지수를 이용하여 검증하는 홍수영역 탐지 검증부를 포함하는 인공위성기반 홍수탐지시스템으로 구성된다.The present invention relates to a method and system for implementing information on flooding caused by floods from observations of satellites, comprising an observation sensor unit mounted on an artificial satellite for sensing the surface reflectance of each spectral channel in an observation target area, A flood detection decision unit for determining a flood area through new color synthesis based on the value of the surface reflectance for each spectral channel, Based flood detection system including a flood detection and verification unit that verifies the flood area.

Description

인공위성기반 홍수탐지시스템 및 홍수탐지방법, 홍수탐지방법을 수행하는 프로그램이 수록된 기록매체{A System and method for flood detection using satellite observation, and Record media recorded program for realizing the same method}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a flood detection system, a flood detection system, a flood detection method, and a program for realizing a flood detection method,

본 발명은 인공위성의 관측으로부터 홍수로 인한 범람에 대한 정보를 구현하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a method and system for implementing information on flooding due to floods from observations of satellites.

최근 자연재해의 발생 빈도가 증가하고 있고, 또한 그 강도도 증가하고 있다. 이로 인한 홍수와 같은 재해는 매년 반복적으로 전 세계적으로 막대한 막대한 인적, 경제적 손실을 가져다 주고 있으며, 이에 대한 정확하고 신속한 탐지는 발생 전 사전방재, 발생 후 손실로 인한 복구 등을 위한 매우 중요한 정보를 제공할 수 있다. 넓은 범위의 큰 강 주변 거의 준 실시간으로 지상에서 감시 및 관측하기는 어렵기에, 인공위성관측이 매우 유용한 수단이라고 할 수 있다. Recently, the incidence of natural disasters is increasing, and the intensity of the disasters is also increasing. The resulting flood-like disasters repeatedly cause massive tremendous human and economic losses throughout the world. Accurate and rapid detection of such disasters provides crucial information for pre-disaster prevention and recovery after loss. can do. Satellite observation is a very useful tool because it is hard to observe and observe on the ground in real time near the wide range of large rivers.

따라서, 인공위성을 이용한 홍수 탐지 및 감시 연구가 다양한 국가에서 많이 진행되어 오고 있다. 그 배경에는 물(water)와 토양(soil)의 물질적인 특성 차이로 인한 반사도 대비가 발생한다는 점에 있다. 따라서, 대부분의 국가들은 주로 MODIS, LandSat, AVHRR 같은 인공위성에 탑재된 센서들의 가시광선(Visible)과 근적외선(Near Infrared) 분광정보들을 홍수 탐지를 위해 많이 활용해 오고 있다.Therefore, flood detection and surveillance research using satellites has been conducted in many countries. In the background, there is a contrast in reflectivity due to the difference in physical properties of water and soil. Therefore, most countries have been using the Visible and Near Infrared spectroscopy information of sensors mounted on satellites such as MODIS, LandSat and AVHRR for flood detection.

그러나 기존의 인공위성 기반 홍수탐지 기법의 대부분은 주로 인간의 눈으로 관측하는 것과 유사한 방식인 빨강(Red)-녹색(Green)-파랑(Blue)색에 해당하는 분광채널들의 조합인 천연 칼라(True Color) 영상에 의존해 왔다. 그러나 이러한 방식은 구름 등 반사도 높은 사물을 탐지에는 유리하나, 홍수지역이 영상에 뚜렷이 나타나지 않아 분석이 어려우므로 정확한 정보를 얻는데 어느 정도 한계를 드러내고 있다.
However, most of the satellite-based flood detection techniques are based on True Color, which is a combination of spectral channels corresponding to the red-green-blue color similar to that observed by human eyes. ) Images. However, this method is advantageous for detecting highly reflective objects such as clouds, but it is difficult to analyze because the flood area is not clearly visible on the image.

한국특허공개공보 제10-2010-0131902호Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2010-0131902 한국등록특허공보 제10-1087754호Korean Patent Registration No. 10-1087754

본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 많은 사전정보가 필요한 선행모델에 기초한 방법, 천연 영상에 의존하는 방법 등 기존의 방법에서 벗어나서, 효율적으로 홍수 및 홍수로 인한 범람에 대한 정보를 산출할 수 있는 인공위성기반 새로운 홍수 탐지법을 제시하는 데 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide an image processing apparatus and method, A new satellite - based flood detection method that can generate information on flooding is proposed.

상술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명에서는 인공위성 자료를 바탕으로 새로운 칼라합성영상 방법과 전자기파의 편광적 성질을 조합함으로써, 홍수 및 범람정보를 산출하는 방법과 시스템을 제공하려고 한다.As a means for solving the above-mentioned problems, the present invention provides a method and system for calculating flood and flood information by combining a new color composite image method and polarizing properties of an electromagnetic wave based on satellite data.

이를 위한 본 발명에 따른 시스템은 인공위성에서 관측되는 관측대상에 대한 지표반사도(Unpolarized Reflectance)를 입력자료로 기초하여, 먼저 새로운 칼라합성영상 조합을 제시하고, 검증방법으로, 관측대상에 대한 지표반사도를 수직 및 수평 편광 채널별 반사도로 분해한 후에, 물질의 굴절지수를 산출함으로써, 건조한 토양인지, 강인지, 범람된 영역인지를 결정하는 부분으로 구성된다.The system according to the present invention first presents a new color composite image combination based on the input data of the unipolarized reflectance of the observed object observed by the satellite and uses the surface reflectance of the observed object as the verification method It is composed of parts that determine whether the soil is dry, strong, or flooded by calculating the index of refraction of the material after it has been decomposed into reflectance by vertical and horizontal polarization channels.

구체적으로는, 관측대상 지역의 분광채널별지표반사도를센싱하는 인공위성에 탑재된 관측센서부와 상기 관측센서부에서 센싱된 분광채널별 지표반사도를 기반으로 신규칼라를 합성하여 홍수영역을 결정하는 홍수탐지결정부, 상기 홍수탐지결정부에서 결정된 홍수영역에 대하여 관측대상지역의 편광별반사도와 굴절지수를 이용하여 검증하는 홍수영역 탐지 검증부를 포함하는 위성기반 홍수탐지시스템을 제공할 수 있도록 한다.
More specifically, the present invention relates to a method of detecting a flood area by combining a new color based on an observation sensor unit mounted on an artificial satellite that senses the surface reflectance of each spectral channel in an observation target area and a surface reflectance of each spectral channel sensed by the observation sensor unit, Based flood detection system including a detection determination unit and a flood area detection verification unit that verifies the flood area determined by the flood detection determination unit using the polarization different sign and the refraction index of the observation target area.

본 발명에 따르면, 인공위성 관측을 바탕으로 홍수에 대한 정보를 준실시간적으로, 매우 정확하게 제공할 수 있다. 따라서, 홍수와 같은 재난재해 발생시 유용하게 사용될 수 있으며, 사전방재, 발생 후 손실로 인한 복구 등을 위한 매우 중요한 산업적, 경제적 정보를 제공할 수 있다. According to the present invention, it is possible to provide information on floods on a semi-real time basis with very accurate accuracy based on satellite observations. Therefore, it can be used effectively in the event of a disaster such as flood, and it can provide very important industrial and economic information for pre-disaster prevention and recovery after loss.

예를 들어, 범람 전후 영역을 탐지 및 감시함으로써, 국가정책결정자에게 피해보상을 정할 수 있는 중요 지침을 제공할 수 있게 된다. 따라서, 국가방재에 유용하게 기여할 것으로 예상된다.For example, by detecting and monitoring the areas before and after flooding, it is possible to provide policy makers with important guidelines for determining damages. Therefore, it is expected to contribute to national disaster effectively.

도 1은 본 발명에 따른 홍수 탐지시스템을 도시한 개략적인 구성 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 시스템을 이용하여 홍수 및 범람 정보를 탐지하는 방법을 도시한 블록도이다.
도 3은 인공위성 MODIS 센서를 이용한 홍수 탐지의 예이다.
도 4는 가시광선과 빛의 칼라합성을 보여주는 개념도이다.
도 5는 MODIS True color의 예로써, 한반도 상공을 지나가는 황사를 관측한 이미지를 도시한 것이다.
도 6은 다양한 물질 별로 반사도가 MODIS 채널(파장대)별로 반응하는 정도를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명에 의한 홍수 영역에 대한 검증 결과를 도시한 것이다.
도 8은 본 발명에 따른 홍수 탐지 시스템을 소프트웨어적으로 구현한 일례를 도시한 것이다.
1 is a schematic block diagram showing a flood detection system according to the present invention.
2 is a block diagram illustrating a method for detecting flood and flood information using a system in accordance with the present invention.
Figure 3 is an example of flood detection using a satellite MODIS sensor.
4 is a conceptual diagram showing color synthesis of visible light and light.
FIG. 5 is an example of MODIS True color, which shows an image of yellow dust passing over the Korean peninsula.
FIG. 6 is a graph showing the degree of reflectivity of various materials depending on the MODIS channel (wavelength band).
FIG. 7 shows the verification result of the flood zone according to the present invention.
FIG. 8 shows an example of a software implementation of the flood detection system according to the present invention.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구성 및 작용을 구체적으로 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성요소는 동일한 참조부여를 부여하고, 이에 대한 중복설명은 생략하기로 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
Hereinafter, the configuration and operation according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the following description with reference to the accompanying drawings, the same reference numerals denote the same elements regardless of the reference numerals, and redundant description thereof will be omitted. The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

본 발명은 인공위성에서 관측되는 가시에서 적외선까지 분광채널별 지표반사도를 바탕으로, 물과 토양에 강하게 대비되도록 반응하는 채널들을 선택한 후에, 분광채널별 지표 반사도를 빛의 삼원소(적색(R), 녹색(G), 파랑색(B)) 색상표에 대응시켜, 칼라합성 영상을 만들고, 주변 토양과 대비되는 홍수지역을 일정한 경계값을 주어서 홍수로 인한 영역의 면적을 산출한다. 또한, 물질의 특성인 굴절지수 값을 반사도 분해를 통하여 추정하여, 관측 분광영역에서의 물과 토양의 굴절지수 값이 해당되는지 검증하는 인공위성기반 홍수 및 범람지역을 탐지하는 기술에 관한 것이다.
The present invention is based on the observation of the surface reflectance of each spectral channel from visible to infrared rays, and selects the channels that strongly respond to water and soil, Green (G), and blue (B) color tables), and the area of the area due to the flood is calculated by giving a constant boundary value to the flood area in comparison with the surrounding soil. The present invention also relates to a technique for detecting a flood and flood area based on a satellite, which verifies whether the refractive index value, which is a characteristic of a material, is reflected by the reflectance decomposition and which corresponds to the refractive index value of water and soil in the observation spectral region.

도 1은 본 발명에 따른 홍수 탐지시스템을 도시한 것이며, 도 2는 본 발명에 따른 시스템을 이용하여 홍수 정보를 탐지하는 방법을 도시한 블록도이다.FIG. 1 illustrates a flood detection system in accordance with the present invention, and FIG. 2 is a block diagram illustrating a method for detecting flood information using a system according to the present invention.

도시된 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 위성기반 홍수 탐지 시스템은, 관측대상 지역의 분광채널별지표반사도를센싱하는 인공위성에 탑재된 관측센서부(100)와 상기 관측센서부(100)에서 센싱된 분광채널별 지표반사도의 값을 기반으로 신규칼라합성을 통해 홍수영역을 결정하는 홍수탐지결정부(200), 상기 홍수탐지결정부에서 결정된 홍수영역에 대하여 관측대상지역의 편광별반사도와 굴절지수를 이용하여 검증하는 홍수탐지 검증부(300)를 포함하여 구성될 수 있다.1 and 2, a satellite-based flood detection system according to the present invention includes an observation sensor unit 100 mounted on a satellite for sensing the surface reflectance of each spectral channel in an observation target area, 100), a flood detection determination unit (200) for determining a flood area based on the value of the surface reflectance of each spectral channel sensed by the flood detection unit (100) And a flood detection verifying unit 300 for verifying using the apostrophe and the refraction index.

상기 관측센서부(100)는 인공위성의 관측센서를 포함하는 관측모듈을 포함하는 개념으로, 여기에서는 AQUA라는 미국의 저궤도 위성 자료를 예로써 이용한다. 이는 지구를 관측하는데 매우 보편적으로 이용되는 위성이다. MODIS 센서(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer)는 공간해상도 250m ~1 km 이하로 매우 조밀하다. 아울러, 상기 관측센서들은 대부분 가시 또는 근적외 센서를 이용하며, 저궤도 및 정지궤도 등 다양한 위성에 탑재되어 있다. 저궤도 위성인 Aqua 위성의 센서 MODIS 관측 자료는 세계적으로 널리 사용된다. 관측 채널로는 0.47㎛, 0.56㎛, 0.65㎛, 0.86㎛, 1.24㎛, 1.64㎛, 2.13㎛ 등 36개의 분광채널이 있지만, 모든 채널이 홍수 탐지에는 적합한 것은 아니다. 본 발명의 실제 적용을 한 예로써, 2011년 3월 7일에 호주의 서부에 있는 Fitzroy 강에서 발생한 범람의 사례를 선택하였다. 본 발명의 결과를 적용하였을 때, 총 2,231 km2의 영역이 범람되었음을 알 수 있다 (도3의 (d) 참조)The observation sensor unit 100 includes an observation module including an observation sensor of a satellite. Here, the low-orbit satellite data of the United States called AQUA is used as an example. This is a very common satellite for observing the earth. MODIS Sensor (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) is very dense with a spatial resolution of 250m ~ 1km. In addition, most of the observation sensors use visible or near infrared sensors and are mounted on various satellites such as low orbit and stationary orbit. The sensor MODIS observation data of Aqua satellite which is low earth orbit satellite is widely used worldwide. There are 36 spectral channels such as 0.47 ㎛, 0.56 ㎛, 0.65 ㎛, 0.86 ㎛, 1.24 ㎛, 1.64 ㎛ and 2.13 ㎛ for the observation channels, but not all channels are suitable for flood detection. As an example of a practical application of the present invention, we have selected the case of flooding occurring on the Fitzroy River in western Australia on March 7, When the results of the present invention were applied, it can be seen that a total area of 2,231 km 2 was overflowed (see FIG. 3 (d)).

상기 홍수영역 탐지 결정부(200)는, 상기 관측센서부에서센싱된분광채널별 지표반사도의 값을 조합하여 신규 평균반사도를 형성하고, 신규칼라합성을 통해 홍수영역을 결정하는 기능을 한다. The flood area detection determination unit 200 forms a new average reflectivity by combining the values of the surface reflectance values of the spectral channels sensed by the observation sensor unit, and determines a flood area through new color synthesis.

구체적으로, 본 발명에 따른 상기 홍수탐지결정부(200)는 상기 관측센서부에서 전송되는 3개의 관측채널별 지표반사도를 기준으로 적(Red), 녹(Green), 청(Blue)으로 색상을 표출하는 신규칼라합성부(210), 분광채널별 반사도 경계값을 기준으로 홍수영역을 결정하는 홍수영역결정부(220)를 포함하여 구성될 수 있다.Specifically, the flood detection determination unit 200 according to an exemplary embodiment of the present invention determines the color by using red, green, and blue based on the surface reflectance of each of the three observation channels transmitted from the observation sensor unit. And a flood area determining unit 220 for determining a flood area based on a reflectivity boundary value for each spectral channel.

특히, 본 발명에 따른 상기 홍수탐지결정부(200)의 신규칼라합성부(320)는 인공위성에 장착된 관측센서부의 각 센서의 각 채널(파장대별)에서 관측되는 반사도 (Reflectance)를 빛의 3원색인 적(Red), 녹(Green), 청(blue)에 대응시켜서, 3색을 합성하는 칼라합성법을 활용한다. Particularly, the new color synthesizing unit 320 of the flood detection determining unit 200 according to the present invention converts the reflectance observed in each channel (wavelength band) of each sensor of the observation sensor unit mounted on the satellite into the light 3 The color synthesis method for synthesizing the three colors is used in correspondence with the primary colors such as red, green and blue.

즉, 본 발명에서는 빛의 3원색에 해당하는 파장대를 이용하여 인간의 눈으로 관측하는 것과 똑같은 천연색(True Color)를 이용하는 것을 대체하는 방법을 제안한다. 구체적으로, 본 발명에서는 빛의 3원색에 해당하는 파장대 대신에, 근적외 같은 다른 파장대 관측 3개 요소를 빛의 3원색에 대응시키는 새로운 칼라합성법을 제시하고, 제시한 신규 칼라합성 영상법에 신규 경계값을 적용한 방법을 사용한다.That is, in the present invention, a method of replacing using the same natural color (True Color) as that observed with human eyes using a wavelength band corresponding to three primary colors of light is proposed. More specifically, in the present invention, a new color synthesis method is proposed in which, instead of the wavelength band corresponding to the three primary colors of light, three elements of observations of other wavelength band such as near infrared are corresponded to the three primary colors of light. The boundary value is applied.

이를 위해, 상기 신규칼라합성부(210)는, 하기의 {식 1}에 의해 3개의 지표반사도를 각각 적(Red), 녹(Green), 청(Blue) 색상으로 변환하는 기능을 한다. 그 이후 빛의 3원색을 합성한다. 도 4는 이러한 가시광선과 빛의 칼라합성을 보여주는 예이다.For this purpose, the new color synthesizing unit 210 converts the three surface reflectances into Red, Green, and Blue colors according to the following expression (1). After that, three primary colors of light are synthesized. FIG. 4 shows an example of color synthesis of the visible light and the light.

다음 {표 1}은 인공위성에 탑재되어 있는 MODIS 센서의관측가능한 채널(파장대)을 정리한 표이다.The following {Table 1} is a table summarizing the observable channels (wavelength band) of MODIS sensors mounted on satellites.

{표 1}{Table 1}

Figure 112013024110950-pat00001
Figure 112013024110950-pat00001

따라서, MODIS 채널 3, 4, 1을 조합하면, 인간이 보는 것과 같은 천연색(True Color)를 합성할 수 있게 된다. 도 5는 MODIS True color의 예로써, 한반도 상공을 지나가는 황사를 관측한 사례 (2008년 3월 22일)이다.Therefore, by combining MODIS channels 3, 4, and 1, it is possible to synthesize the same natural color (True Color) as that seen by humans. FIG. 5 is an example of MODIS True color, which is observed on March 22, 2008, when yellow dust passing over the Korean peninsula is observed.

본 발명에 따른 신규 RGB 합성기술을 자세히 설명하면, 이는 가시 및 근적외 채널 중에 3개의 채널의 반사도 값을 빨강색(R), 녹색(G), 파란색(B) 색으로 변환하거나, 채널간 조합(채널간 차이 또는 평균 등)을 각각 빨강색(Red), 녹색(Green), 파란색(Blue)으로 색상을 표출하도록 구현된다. 이러한 기능은 수학적으로는 RGB 색상은 빨강색(R), 녹색(G), 파란색(B)의 조합으로 십진법 또는 16진법의 표시법을 이용하여 정의한다. The new RGB synthesis technique according to the present invention will be described in detail. This is accomplished by converting the reflectance values of three channels in the visible and near infrared channels into red (R), green (G) and blue (B) (Such as a difference between channels or an average) are expressed in red, green, and blue, respectively. This function is mathematically defined by a decimal notation or a hexadecimal notation in RGB color combination of red (R), green (G), and blue (B).

이러한 RGB 색상은 위성 영상 해석 및 디지털 영상 처리에 적용할 수 있다. 채널별 영상을 만들기 위해서, 관측된 반사도 값(0~1)을 8비트(0~255)의 색상 값으로 변환하게 된다. 3개 채널의 8비트 영상은 최대 범위의 색상을 16,777,216 값을 가지게 된다. 따라서, 변환된 RGB를 3차원 공간의 각각의 축으로 삼으면, 검정(0,0,0), 빨강(255,0,0), 녹색(0,255,0), 파랑(0,0,255), 노랑(255,255,0), 자홍(255,0,255), 청록(0,255,255), 그리고 흰색(255,255,255) 등으로 각각 색상이 표출된다. 이에 관련된 RGB 변환식은 다음과 같다.These RGB colors can be applied to satellite image analysis and digital image processing. To create a channel-specific image, the observed reflectance value (0 to 1) is converted to a color value of 8 bits (0 to 255). The 8-bit image of the three channels has a maximum range of 16,777,216 colors. Therefore, if the transformed RGB is taken as each axis of the three-dimensional space, then the color of black (0,0,0), red (255,0,0), green (0,255,0), blue (0,0,255) (255,255,0), magenta (255,0,255), cyan (0,255,255), and white (255,255,255). The RGB conversion equation is as follows.

{식 1}{1}

Figure 112013024110950-pat00002
Figure 112013024110950-pat00002

(여기서, C는 전체 RGB 색상 중에 선택된 색상 값을 나타낸다. {}는 3차원 색상공간의 위치를 나타낸다. n은 각 채널마다 나타낼 수 있는 색상 값으로 총 8비트 값이다. 마지막으로 아래첨자 i는 색상 지수(Index)를 의미한다.)
(Where C represents the color value selected from among the RGB colors), {represents the position of the 3D color space, n represents the color value that can be represented for each channel, and is a total of 8 bits. It means color index.)

이를테면, 빛의 파장 0.47㎛은 가시광선의 파란색 광에 해당된다. 파장 0.65㎛은 가시광선의 붉은색 빛에 해당되고, 식생은 붉은 빛을 흡수하기에, 식생과 토양을 구분하는데 유용하다. 파장 0.56㎛는 가시광선의 녹색에 해당된다. For example, the wavelength of light 0.47 탆 corresponds to the blue light of visible light. The wavelength of 0.65 ㎛ corresponds to the red light of visible light, and vegetation absorbs red light, which is useful for distinguishing between vegetation and soil. The wavelength of 0.56 mu m corresponds to the green of the visible ray.

따라서, 각 파장에서 관측된 반사도를 칼라합성 조합 R(0.65㎛)-(0.47㎛)-B(0.56㎛)에 대응시키면, 인간의 눈에 보이는 칼라와 동일하게 보이게 된다 (도 3의 (a) 참조). 이러한 천연칼라는 매우 다양한 분야에 유용하지만, 홍수탐지에는 장점이 약하다. Therefore, when the reflectance observed at each wavelength is made to correspond to the color composition combination R (0.65 占 퐉) - (0.47 占 퐉) -B (0.56 占 퐉), it appears to be the same as the color seen by human eyes Reference). While these natural colors are useful in a wide variety of applications, they are not as powerful as flood detection.

도 6에 도시된 것은, 점토(Clay), 모래(Sand), 풀(Grass), 눈(Snow), 물(Water)등의 반사도가 MODIS 채널(파장대)별로 반응하는 정도를 나타낸 것으로, 미국 NASA에서 제공하는 분광자료를 활용하여 그려졌다.FIG. 6 shows the degree of reflectivity of Clay, Sand, Grass, Snow, Water, etc. according to the MODIS channel (wavelength band) Which was developed by using the spectral data provided by.

따라서, 본 발명에 다른 신규 칼라합성은 MODIS 채널들 중 3개를 선택할 수 있기에, 매우 다양한 조합이 가능하다. 다양한 조합의 실험을 통해서, 본 발명에서는 물(water)에 대해 강한 흡수성을 보이는 파장 0.86㎛서 관측된 반사도로 0.47㎛를 대체하는 방법을 제시한다. 이유는 신규 칼라합성법 R(0.56㎛)-G(0.86㎛)-B(0.66㎛)을 적용하면, 홍수영역에 강한 대비가 생기기 때문이다(도 3의 (b) 참조).
Therefore, since the new color synthesis according to the present invention can select three of the MODIS channels, a very wide variety of combinations are possible. Through various combinations of experiments, the present invention suggests a method of replacing 0.47 占 퐉 with a reflectance observed at a wavelength of 0.86 占 퐉, which exhibits a strong absorbency against water. This is because, when the new color synthesis method R (0.56 탆) -G (0.86 탆) -B (0.66 탆) is applied, a strong contrast is generated in the flood area (see FIG.

인공위성의 관측센서부의 3개의 분광채널에서 관측된 평균 반사도는 도 3의 (c)에 참조로 표시하였다.
The average reflectivity observed in the three spectral channels of the observational sensor part of the satellite is shown in Fig. 3 (c).

홍수 영역을 결정하기 위해 분광채널별 반사도 경계값을 다음과 같이 정의하였다. 즉, 상술한 본 발명에 따른 상기 홍수영역결정부(230)는, 홍수영역을 결정하기 위해 분광채널별 반사도의 경계값(R)을 하기의 {식 2}로 정의하여 사용한다.In order to determine the flood area, the reflectance boundary value per spectral channel is defined as follows. That is, in order to determine the flood area, the flood area determining unit 230 according to the present invention uses the boundary value R of the reflectance per spectral channel as {equation 2}.

{식 2}{Equation 2}

0.094 ≤R(0.56㎛)≤ 0.14, (R(0.56㎛)은 0.56㎛ 파장에서의 반사도)0.094? R (0.56 占 퐉)? 0.14, (R (0.56 占 퐉) reflectance at 0.56 占 퐉 wavelength)

0.004 ≤R(0.86㎛)≤ 0.12, (R(0.86㎛은0.86㎛ 파장에서의 반사도)0.004? R (0.86 占 퐉)? 0.12, (R (0.86 占 퐉 reflectance at 0.86 占 퐉 wavelength)

0.1 ≤R(0.66㎛)≤ 0.66, (R(0.66㎛)은 0.66㎛ 파장에서의 반사도)0.1? R (0.66 占 퐉)? 0.66, (R (0.66 占 퐉) reflectance at 0.66 占 퐉 wavelength)

또한, 본 발명에서의 상기 홍수탐지검증부(130)는 상기 관측센서부(100)에서 전송되는 반사도를 이용해 수직편광 및 수평편광된반사도와 굴절지수 산출하고, 물리적으로 타당한 범위에 있는지를 검증하는 기능을 수행한다. In addition, the flood detection verification unit 130 of the present invention may calculate vertical and horizontal polarized reflectivity and index of refraction using the reflectivity transmitted from the observation sensor unit 100, and verify whether the reflected light is in a physically valid range Function.

이를 위해, 본 발명에 따른 상기 홍수영역 탐지 검증부는, 상기 관측센서부에서 센싱된 분광채널별 지표반사도를 수직편광반사도 및 수평편광반사도로 분해하여 산출하는 수직 및 수평 편광산출부(310)과 상기 수직편광반사도 및 수평편광반사도를 이용해 하기의 {식 5}에 의해 관측대상 지역인 홍수영역의 굴절지수를 산출하는 굴절지수연산부(320), 상기 홍수영역의 굴절지수 값을 기준으로 상기 홍수영역 탐지 결정부가 제시한 홍수영역을 검증비교하는 검증비교부(330)를 포함하여 구성될 수 있다.For this, the flood area detection and verification unit according to the present invention includes a vertical and horizontal polarization calculation unit 310 for decomposing and calculating the vertical and horizontal polarization reflectances of the spectral channels sensed by the observation sensor unit, A refraction index calculating unit 320 for calculating an index of refraction of a flood area, which is an observation target area, using the vertical polarization reflectivity and the horizontal polarization reflectivity according to the following equation 5, And a verification comparator 330 for verifying and comparing the flood area provided by the decision unit.

구체적으로, 상기 수직 및 수평 편광산출부(310)는 하기의 {식 3} 및 {식 4}에 의해 지표반사도의 수직편광반사도 및 수평편광반사도를 결정할 수 있다.Specifically, the vertical and horizontal polarization calculator 310 can determine the vertical polarization reflectivity and the horizontal polarization reflectivity of the surface reflectance by the following {Expression 3} and {Expression 4}.

{식 3}{Equation 3}

Figure 112013024110950-pat00003
Figure 112013024110950-pat00003

{식 4}{Expression 4}

Figure 112013024110950-pat00004
Figure 112013024110950-pat00004

(단, R(θ)는편광되기 전의 지표반사도를 나타내며, R V 와는 수직편광반사도 R H 는수평편광반사도를 의미한다. 아울러, θ는 위성의 천정각을 의미한다.)(Where R (θ) represents the surface reflectance before polarization, R V represents the vertical polarization reflectivity, R H represents the horizontal polarization reflectivity, and θ represents the zenith angle of the satellite).

물론, 상기 수직 및 수평 편광산출부(310)는 관측센서부에서 센싱된 3개의 분광채널별 지표반사도를 수직 및 수평편광반사도로 분해하는 방식으로 구현할 수 있으나, 관측센서부에서 센싱된 3개의 분광채널별 지표반사도를 조합하여 이들의 평균반사도를 기준으로, 이 평균반사도에 대한 수직 및 수평편광반사도로 분해하는 방식으로 구현할 수도 있다.Of course, the vertical and horizontal polarization calculation unit 310 may be implemented by decomposing the surface reflectance of each of the three spectral channels sensed by the observation sensor unit into vertical and horizontal polarized light reflectances. However, The surface reflectance of each channel may be combined and decomposed into vertical and horizontal polarized reflectance for the average reflectivity on the basis of the average reflectivity.

이후, 상기 굴절지수연산부(320)은 상기 {식 3}과 {식 4}에 의해 제공되는 수직편광반사도 또는 수평편광반사도를 이용하여 홍수 영역의 굴절지수를 연산하되, 하기의 {식 5}에 의해 홍수영역의 굴절지수를 연산하도록 한다.Then, the refractive index calculating unit 320 calculates the refractive index of the flood area using the vertical polarized light reflectance or the horizontal polarized light reflectance provided by the {Expression 3} and {Expression 4} Thereby calculating the refractive index of the flood area.

{식 5}{Eq. 5}

Figure 112013024110950-pat00005
Figure 112013024110950-pat00005

Figure 112013024110950-pat00006
Figure 112013024110950-pat00006

이후, 상기 검증비교부(330)에서는 상기 홍수영역의 굴절지수 값을 기준으로 상기 홍수영역 탐지 결정부가 제시한 홍수영역을 검증비교하게 된다.
Thereafter, the verification comparator 330 verifies and compares the flood area proposed by the flood area detection and determination unit based on the refraction index value of the flood area.

도4에 도시된 이미지는 상술한 본 발명에 따른 시스템을 적용한 결과를 도시한 것이다.The image shown in FIG. 4 shows the result of applying the system according to the present invention described above.

도시된 도 4의 이미지를 참조하면, 가시광선 영역대에서, 토양성분인 dry silica, calcite, soil 등의 복소수인 굴절지수의 실수부가 1.48, 1.60, 1.4 등이고, 물의 굴절지수의 실수부는 1.33 정도임을 상기하면, 산출된 굴절지수 값이 물리적으로 토양과 물의 범위 이내에서 잘 나타남을 알 수 있다. Referring to the image of FIG. 4, the real part of the refractive index, which is a complex number of dry silica, calcite and soil, is 1.48, 1.60, 1.4 and so on in the visible ray region, and the real part of the refractive index of water is 1.33 In the above, it can be seen that the calculated refractive index value physically appears well within the range of soil and water.

이는 상술한 바와 같이 본 발명은, 관측센서부, 홍수탐지결정부, 홍수탐지 검증부로 구성되는 인공위성기반 홍수탐지지방법과 상술한 홍수탐지시스템은 소프트웨어를 통해 구현할 수 있다. 따라서, 상술한 본 발명에 따른 시스템과 방법은 소프트웨어적인 구성이 가능하여 이를 실행하기 위한 프로그램이 수록된 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 형태로 제조가 가능함은 물론이다. As described above, according to the present invention, the satellite-based flood detection locality method including the observation sensor unit, the flood detection decision unit, and the flood detection verification unit and the flood detection system described above can be implemented through software. Therefore, it is needless to say that the system and method according to the present invention can be manufactured in the form of a computer-readable recording medium having a software configuration and a program for executing the system.

도 5는 본 발명에 따른 홍수 탐지 시스템을 소프트웨어적으로 구현한 일례를 도시한 것이다.FIG. 5 shows an example of software implementation of the flood detection system according to the present invention.

특히, 상술한 본 발명에 따른 홍수감지 시스템의 본 실시예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.
Particularly, the term " part " used in this embodiment of the flood detection system according to the present invention means a hardware component such as software or an FPGA or an ASIC, and 'part' performs certain roles. However, 'part' is not meant to be limited to software or hardware. &Quot; to " may be configured to reside on an addressable storage medium and may be configured to play one or more processors. Thus, by way of example, 'parts' may refer to components such as software components, object-oriented software components, class components and task components, and processes, functions, , Subroutines, segments of program code, drivers, firmware, microcode, circuitry, data, databases, data structures, tables, arrays, and variables. The functions provided in the components and components may be further combined with a smaller number of components and components or further components and components. In addition, the components and components may be implemented to play back one or more CPUs in a device or a secure multimedia card.

본 발명에 따르면, 홍수를 인공위성관측을 통해 탐지 및 감시할 수 있고, 그 정보는 준 실시간으로 재난재해 방지 및 사후 대책을 세우는 등 국가 방재 업무 및 복구 등 산업 경제적으로도 활용될 수 있다. According to the present invention, it is possible to detect and monitor flood through satellite observation, and the information can be utilized in industrial economics such as national disaster prevention work and restoration such as disaster disaster prevention and post-treatment measures in quasi-real-time.

전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 기술한 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
In the foregoing detailed description of the present invention, specific examples have been described. However, various modifications are possible within the scope of the present invention. The technical idea of the present invention should not be limited to the embodiments of the present invention but should be determined by the equivalents of the claims and the claims.

100: 관측센서부
200: 홍수탐지결정부
210: 신규 칼라합성부
220: 홍수영역결정부
300: 홍수탐지검증부
310: 수직 및 수평 편광산출부
320: 굴절지수연산부
330: 검증비교부
100: observation sensor unit
200: Flood detection determination unit
210: New color synthesizing unit
220: Flood area determining unit
300: flood detection verification unit
310: Vertical and horizontal polarization calculation unit
320: refractive index calculating section
330:

Claims (8)

관측대상 지역의 분광채널별 지표반사도를 센싱하는 인공위성에 탑재된 관측센서부;
상기 관측센서부에서 센싱된 분광채널별 지표반사도의 값을 기반으로 신규칼라합성을 통해 홍수영역을 결정하는 홍수탐지결정부;
상기 홍수탐지결정부에서 결정된 홍수영역에 대하여 관측대상지역의 편광별반사도와 굴절지수를 이용하여 검증하는 홍수탐지검증부;
를 포함하는 인공위성기반 홍수탐지시스템.
An observation sensor unit mounted on an artificial satellite which senses the surface reflectance of each spectral channel in an observation target area;
A flood detection determining unit for determining a flood area through new color synthesis based on the value of the surface reflectance of each spectral channel sensed by the observation sensor unit;
A flood detection verification unit that verifies the flood area determined by the flood detection determination unit using the polarization different sign and the refraction index of the observation target area;
Based flood detection system.
청구항 1에 있어서,
상기 홍수탐지결정부는,
상기 관측센서부에서 전송되는 3개의 관측채널별 지표반사도를 조합하거나, 전송되는 상기 지표반사도를 기준으로 적(Red), 녹(Green), 청(Blue)으로 색상을 표출하는 신규칼라합성부; 및
분광채널별 반사도 경계값을 기준으로 홍수영역을 결정하는 홍수영역결정부;
를 포함하는 인공위성기반 홍수탐지시스템.
The method according to claim 1,
The flood detection determination unit determines,
A new color synthesizing unit that combines the surface reflectance of each of the three observation channels transmitted from the observation sensor unit or expresses colors in red, green, and blue on the basis of the transmitted surface reflectance; And
A flood region determining unit for determining a flood region based on a reflectivity boundary value per spectral channel;
Based flood detection system.
청구항 2에 있어서,
상기 신규칼라합성부는,
하기의 {식 1}에 의해 상기 3개의 지표반사도를 조합하여 적(Red), 녹(Green), 청(Blue) 색상으로 변환하는 신규칼라합성법을 이용하는 인공위성기반 홍수탐지시스템.
{식 1}
C i ={ri,gi,bi }, 0=i<2n
(여기서, C i 는 전체 RGB 색상 중에 선택된 색상 값을, {}는 3차원 색상공간의 위치를, n은 각 채널마다 나타낼 수 있는 색상 값으로 총 8비트 값, 아래 첨자 i는 색상 지수(Index)를 의미한다)
The method of claim 2,
Wherein the new-
A satellite-based flood detection system that uses a new color synthesis method that converts the above three surface reflectances into red, green, and blue colors by the following {expression 1}.
{1}
C i = { r i , g i , b i }, 0 = i <2 n
(Where C i is the color value selected from the entire RGB colors, {} is the position of the three-dimensional color space, n is the color value that can be displayed for each channel, ) &Lt; / RTI &
청구항 3에 있어서,
상기 홍수영역결정부는,
홍수영역을 결정하기 위해 분광채널별 반사도 경계값(R)을 하기의 {식 2}로 정의하는 것을 적용하는 것을 특징으로 하는 인공위성기반 홍수탐지시스템.
{식 2}
0.094 ≤ R(0.56㎛) ≤ 0.14, (R(0.56㎛)은 0.56㎛ 파장에서의 반사도)
0.004 ≤ R(0.86㎛) ≤ 0.12, (R(0.86㎛은 0.86㎛ 파장에서의 반사도)
0.1 ≤ R(0.66㎛) ≤ 0.66, (R(0.66㎛)은 0.66㎛ 파장에서의 반사도)
The method of claim 3,
Wherein the flood-
Wherein a reflection boundary value (R) for each spectral channel is defined by the following expression (2) to determine a flood area.
{Equation 2}
0.094? R (0.56 占 퐉)? 0.14, (R (0.56 占 퐉) reflectance at 0.56 占 퐉 wavelength)
0.004? R (0.86 mu m)? 0.12, (R (0.86 mu m reflectance at a wavelength of 0.86 mu m)
0.1? R (0.66 占 퐉)? 0.66, (R (0.66 占 퐉) reflectance at a wavelength of 0.66 占 퐉)
청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 홍수탐지검증부는,
상기 관측센서부에서 센싱된 분광채널별 지표반사도를 하기의 {식 3} 및 {식 4}에 의해 수직편광반사도 및 수평편광반사도로 분해하여 산출하는 수직 및 수평 편광산출부;
상기 수직편광반사도 및 수평편광반사도를 이용해 하기 {식 5}에 의해 관측대상 지역인 홍수영역의 굴절지수를 산출하는 굴절지수연산부;
상기 홍수영역의 굴절지수 값을 기준으로 상기 홍수영역 탐지 결정부가 제시한 홍수영역을 검증비교하는검증비교부;
를 포함하는 인공위성기반 홍수탐지시스템.
{식 3}
Figure 112014031344206-pat00007

{식 4}
Figure 112014031344206-pat00008

(단, R(θ)는편광되기 전의 지표반사도를 나타내며, RV 와는 수직편광반사도 RH 는 수평편광반사도를 의미한다. 아울러, θ는 위성의 천정각을 의미한다.)
{식 5}
Figure 112014031344206-pat00009

Figure 112014031344206-pat00010

5. The method according to any one of claims 1 to 4,
The flood detection &
A vertical and horizontal polarization calculation unit for decomposing the surface reflectance of each spectral channel sensed by the observation sensor unit into vertical polarization reflectance and horizontal polarization reflectance by the following {Expression 3} and {Expression 4};
A refractive index calculating unit for calculating a refractive index of the flood area as an observation target area by using the vertical polarization reflectivity and the horizontal polarization reflectivity;
A verification comparator for verifying and comparing the flood area proposed by the flood area detection decision unit on the basis of the refraction index value of the flood area;
Based flood detection system.
{Equation 3}
Figure 112014031344206-pat00007

{Expression 4}
Figure 112014031344206-pat00008

(Where R (θ) represents the surface reflectance before polarization, R V is the vertical polarization reflectivity, R H is the horizontal polarization reflectivity, and θ is the zenith angle of the satellite).
{Eq. 5}
Figure 112014031344206-pat00009

Figure 112014031344206-pat00010

청구항 5에 있어서,
상기 수직 및 수평 편광산출부는,
상기 관측센서부에서 센싱된 3개 분광채널별 지표반사도를 조합하여 평균반사도를 산출하고, 상기 평균반사도를 기준으로 상기의 {식 3} 및 {식 4}에 의해 수직편광반사도 및 수평편광반사도로 분해하는 것을 특징으로 하는 인공위성기반 홍수탐지시스템.
The method of claim 5,
Wherein the vertical and horizontal polarization calculators comprise:
The average reflectivity is calculated by combining the surface reflectivities of the three spectral channels sensed by the observation sensor unit, and the average reflectivities are calculated based on the average reflectivities by the {3} and {4} Based flood detection system.
인공위성의 관측센서를 통해 센싱되는 관측대상지역의 지표 반사도를 측정하는 단계;
상기 관측센서에서 전송되는 분광채널별 지표 반사도를 조합하여 아래의 {식 1}에 따른 신규칼라합성법을 통해 적(Red), 녹(Green), 청(Blue)으로 색상으로 변환하는 단계;
상기 색상으로 표출된 대상지역을 아래의 {식 2}에 따른 분광채널별 반사도의 경계값(R)과 대비하여 홍수영역을 결정하는 단계;
상기 관측센서에서 센싱된 분광채널별 지표반사도를 수직편광반사도 및 수평편광반사도로 분해하고, 수직편광반사도 및 수평편광반사도를 이용해 아래의 {식 5}에 의해 관측대상 지역인 홍수영역의 굴절지수를 산출하여 상기 홍수영역을 검증하는 단계;
를 포함하는 인공위성기반 홍수탐지방법.
{식 1}
C i ={ri,gi,bi }, 0=i<2n
(여기서, C i 는 전체 RGB 색상 중에 선택된 색상 값을, {}는 3차원 색상공간의 위치를, n은 각 채널마다 나타낼 수 있는 색상 값으로 총 8비트 값, 아래 첨자 i는 색상 지수(Index)를 의미한다)

{식 2}
0.094 ≤ R(0.56㎛) ≤ 0.14, (R(0.56㎛)은 0.56㎛ 파장에서의 반사도)
0.004 ≤ R(0.86㎛) ≤ 0.12, (R(0.86㎛은 0.86㎛ 파장에서의 반사도)
0.1 ≤ R(0.66㎛) ≤ 0.66, (R(0.66㎛)은 0.66㎛ 파장에서의 반사도)

{식 5}
Figure 112014031344206-pat00019

Figure 112014031344206-pat00020

Measuring the surface reflectance of an observation target area sensed by an observation sensor of the satellite;
Combining the surface reflectance of each spectral channel transmitted from the observation sensor and converting the red, green, and blue colors into new colors through a new color synthesis method according to the following formula 1;
Determining a flood area by comparing the target area expressed by the color with a boundary value (R) of the reflectance of each spectral channel according to the following equation (2);
The index reflectance of each spectral channel sensed by the observation sensor is decomposed into the vertical polarization reflectance and the horizontal polarization reflectivity, and the refractive index of the flood area, which is the observation target area, is calculated by the following equation 5 using the vertical polarization reflectivity and the horizontal polarization reflectivity Verifying the flood zone;
Based flood detection method.
{1}
C i = { r i , g i , b i }, 0 = i <2 n
(Where C i is the color value selected from the entire RGB colors, {} is the position of the three-dimensional color space, n is the color value that can be displayed for each channel, ) &Lt; / RTI &

{Equation 2}
0.094? R (0.56 占 퐉)? 0.14, (R (0.56 占 퐉) reflectance at 0.56 占 퐉 wavelength)
0.004? R (0.86 mu m)? 0.12, (R (0.86 mu m reflectance at a wavelength of 0.86 mu m)
0.1? R (0.66 占 퐉)? 0.66, (R (0.66 占 퐉) reflectance at a wavelength of 0.66 占 퐉)

{Eq. 5}
Figure 112014031344206-pat00019

Figure 112014031344206-pat00020

청구항 7의 인공위성기반 홍수탐지방법을 수행하는 프로그램이 수록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.A computer-readable recording medium containing the program for performing the satellite-based flood detection method of claim 7.
KR1020130029825A 2013-03-20 2013-03-20 A System and method for flood detection using satellite observation, and Record media recorded program for realizing the same method KR101448223B1 (en)

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