KR101970098B1 - 정지궤도 인공위성의 자외선 및 가시광선 영역의 관측 자료를 이용한 지표면 반사도 및 방향성 반사도 함수 결정 방법 및 시스템 - Google Patents

정지궤도 인공위성의 자외선 및 가시광선 영역의 관측 자료를 이용한 지표면 반사도 및 방향성 반사도 함수 결정 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

정지궤도 인공위성의 자외선 및 가시광선 영역의 관측 자료를 이용한 지표면 반사도 산출 및 방향성 반사도 함수 결정 방법과 시스템이 개시된다. 이러한 방법과 시스템에 따르면, 정지궤도 인공위성에 탑재된 분광센서가 관측대상 지역에 대하여 자외선과 가시광선 영역대의 복사 관측을 수행하여 획득한 파장별 복사량을 파장별 반사도 값으로 변환한다. 이어서, 상기 파장별 반사도 값으로부터 대기 투과도 값을 보정하여 지표면 반사도 값을 산출하고, 상기 지표면 반사도 값과 태양-위성간의 기하정보로부터 방향성 반사도 함수 정보를 결정한다.

Description

정지궤도 인공위성의 자외선 및 가시광선 영역의 관측 자료를 이용한 지표면 반사도 및 방향성 반사도 함수 결정 방법 및 시스템{Method and system for surface reflectance and directional reflection function determination using ultraviolet and visible channel data from geostationary satellite}
본 발명은 인공위성에 탑재된 분광센서에서 획득한 자외선 및 가시광선 영역의 복사 관측 자료를 이용하여 지표면 반사도를 산출하고 방향성 반사 함수를 결정하는 방법과 시스템에 관한 것이다.
지표면 반사도 정보는 인공위성을 이용한 대기 조성 물질이나 기상 요소의 탐지 및 지표 조성 변화 탐지에 있어 필요한 자료이다. 특히, 인공위성에 탑재된 자외선 영역의 분광센서는 주로 대기 중 광 흡수성 물질을 산출하는 데 사용되기 때문에 지표 반사에 의한 복사량이 중요하게 작용한다. 현장 관측을 통하여 지표면 반사도 측정이 가능하지만, 도시 규모 이상의 넓은 지역을 연속적으로 관측하는 것은 인공위성 관측이 유일한 수단이다. 현재까지, 인공위성으로 자외선 영역에서의 지표면 반사도를 관측하기 위해서는 OMI(ozone monitoring instrument)와 같은 분광센서가 필요하다.
지표면의 물리적 형상과 화학적 조성은 지표면 반사도에 매우 중요한 영향을 준다. 오랜 기간 동안 많은 연구자들이 TOMS(total ozone mapping spectrometer)나 OMI 같은 수동형 분광센서를 이용하여 지표면 반사도 정보를 산출하여 대기 특성 정보 산출을 위한 입력 자료로 활용하였다. 대부분의 방법론은 일정 기간 동안의 최대 반사도 기법에 근거한 방법론을 이용하였다. 그러나 이러한 방식은 지표 변화가 일정하지 않은 지역의 지표면 반사도 정보를 얻는 데 한계가 있으며, 산출물의 정확도가 낮아지는 문제가 발생한다.
본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 인공위성에 탑재된 분광센서에서 획득한 자외선 및 가시광선 영역의 복사 관측 자료로부터, 관측 복사량과 대기 조성 물질의 물리적 관계를 토대로 대기정보를 보정하여 지표면 반사도를 산출하고, 산출된 지표면 반사도와 위성이 관측하는 시간대의 태양-위성간 기하정보를 토대로 방향성 반사도 함수를 결정하는 방법 및 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명에 따른 지표면 반사도 산출 및 방향성 반사도 함수 결정 시스템의 지표면 반사도 산출 및 방향성 반사도 함수 결정 방법은, 정지궤도 인공위성에 탑재된 분광센서가 관측대상 지역에 대하여 자외선과 가시광선 영역대의 복사 관측을 수행하여 획득한 파장별 복사량을, 파장별 반사도 값으로 변환하는 단계; 상기 파장별 반사도 값으로부터 대기 투과도 값을 보정하여 지표면 반사도 값을 산출하는 단계; 및 상기 지표면 반사도 값과 태양-위성간의 기하정보로부터 방향성 반사도 함수 정보를 결정하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 지표면 반사도 산출 및 방향성 반사도 함수 결정 방법은, 상기 지표면 반사도 값과 상기 방향성 반사도 함수 정보의 유효성을 검사하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 지표면 반사도 산출 및 방향성 반사도 함수 결정 방법에 있어서, 상기 지표면 반사도 값을 산출하는 단계는, 정지궤도의 특성상 매시간별로 획득되는 파장별 반사도 값으로부터 대기에 의한 영향을 제거하기 위한 대기 투과도 보정 과정과 최소 반사도를 이용하여 지표면 반사도를 결정하는 과정을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 지표면 반사도 산출 및 방향성 반사도 함수 결정 방법에 있어서, 상기 지표면 반사도 값을 산출하는 단계는, 현재의 위성 관측일을 기점으로 미리 설정된 특정 기간(n) 이전까지의 동일 시간마다 관측된 자료에 대한 목록을 입력자료 목록으로 생성하는 단계; 각 일별 반사도 자료로부터 해당 시간과 위치에 대한 대기 투과도 값을 보정한 반사도 값을 산출하는 단계; 및 상기 미리 설정된 특정 기간(n) 동안 동일한 지점과 동일한 관측시간에서 획득된 총 n개의 상기 보정된 반사도 값들 중 가장 적은 반사도 값을 지표면 반사도 값으로 산정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 지표면 반사도 산출 및 방향성 반사도 함수 결정 방법에 있어서, 상기 방향성 반사도 함수 정보를 결정하는 단계는, 상기 정지궤도 인공위성의 분광센서가 관측하는 각 시간별 태양-위성간의 기하정보로서 태양 천정각, 위성 시야각, 상대 방위각을 사용하여 상기 지표면 반사도 값으로부터 상기 방향성 반사도 함수 정보를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 지표면 반사도 산출 및 방향성 반사도 함수 결정 방법에 있어서, 상기 방향성 반사도 함수 정보를 결정하는 단계는, 동일 지역에서 각 시간대별로 산출된 상기 지표면 반사도 값과 상기 태양-위성간의 기하정보를 입력자료 목록으로 설정하는 단계; 지표의 체적 반사 성분 및 그림자에 따른 기하학적 성분이 지표의 방향성을 반영하는 다중선형 모델의 상수항을 결정하는 단계; 각 시간대별로 결정된 하나 이상의 체적함수와 하나 이상의 기하함수의 조합으로서 둘 이상의 상기 다중선형 모델에 대한 상수 값을 결정하는 단계; 및 다중 회귀 분석 결과로서 산출되는 회귀계수 값을 비교하여 상기 둘 이상의 다중선형 모델 중 가장 회귀계수 값이 큰 모델을 선택하여 상기 방향성 반사도 함수로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 지표면 반사도 산출 및 방향성 반사도 함수 결정 시스템은, 정지궤도 인공위성에 탑재된 분광센서가 관측대상 지역에 대하여 자외선과 가시광선 영역대의 복사 관측을 수행하여 획득한 파장별 복사량을, 파장별 반사도 값으로 변환하는 반사도 변환부; 상기 파장별 반사도 값으로부터 대기 투과도 값을 보정하여 지표면 반사도 값을 산출하는 지표면 반사도 산출부; 상기 지표면 반사도 값과 태양-위성간의 기하정보로부터 방향성 반사도 함수 정보를 결정하는 방향성 반사도 함수 결정부; 및 검증 자료와의 시공간적 비교를 통하여 상기 지표면 반사도 값과 상기 방향성 반사도 함수 정보의 유효성을 검사하는 유효성 검사부를 포함한다.
또한, 본 발명은 상기 지표면 반사도 산출 및 방향성 반사도 함수 결정 방법을 수행하는 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체를 제공한다.
본 발명의 방법 및 시스템에 따르면, 정지궤도 인공위성에 탑재된 분광센서에서 획득한 자외선 및 가시광선 영역의 복사 관측 자료를 이용하여 지표면 반사도를 산출하고 이로부터 방향성 반사도 함수를 결정할 수 있다. 이러한 지표면 반사도와 방향성 반사도 함수는 위성 관측 자료를 이용한 대기 조성 물질 산출, 기상 요소 산출, 지표 환경 변화 및 기후 관련 연구 등에 다양하게 활용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 지표면 반사도 산출 및 방향성 반사도 함수 결정 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 지표면 반사도 산출 및 방향성 반사도 함수 결정 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 3은 본 발명에 따른 지표면 반사도 산출 방법의 세부 단계를 나타내는 흐름도이다.
도 4는 본 발명에 따른 방향성 반사도 함수 결정 방법의 세부 단계를 나타내는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 산출된 RTK와 RNT에 대한 시간별 변화를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 결정된 LS, LD, RJ에 관한 방향성 반사도 함수의 계산 결과를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른, 컴퓨팅 장치를 나타내는 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본 명세서에서, 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
또한 본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에 본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '직접 연결되어' 있다거나 '직접 접속되어' 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용되는 것으로써, 본 발명을 한정하려는 의도로 사용되는 것이 아니다.
또한 본 명세서에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
또한 본 명세서에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품, 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것일 뿐, 하나 또는 그 이상의 다른 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
또한 본 명세서에서, '및/또는' 이라는 용어는 복수의 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. 본 명세서에서, 'A 또는 B'는, 'A', 'B', 또는 'A와 B 모두'를 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 지표면 반사도 산출 및 방향성 반사도 함수 결정 시스템의 구성을 나타내는 블록도이고, 도 2는 본 발명에 따른 지표면 반사도 산출 및 방향성 반사도 함수 결정 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 지표면 반사도 산출 및 방향성 반사도 함수 결정 시스템은 반사도 변환부(10), 지표면 반사도 산출부(20), 방향성 반사도 함수 결정부(30), 산출 자료 유효성 검사부(40)를 포함하여 구성된다. 이러한 시스템은 모듈 또는 프로그램 모듈의 형태로 구현될 수 있으며, 하드웨어, 소프트웨어, 및/또는 펌웨어로 구성된 유닛을 포함할 수 있다. 상기 시스템은 인공위성에 탑재된 컴퓨팅 장치 또는 인공위성과 통신 가능한 지상의 컴퓨팅 장치에 구비될 수 있다. 상기 시스템이 구현된 모듈 또는 프로그램 모듈은 컴퓨터로 판독 가능한 저장매체(예컨대, 메모리)에 저장되어 프로세서에 의해 실행될 수 있다.
상기 시스템은 도 2에 도시된 지표면 반사도 산출 및 방향성 함수 정보 결정 방법을 수행한다.
이하, 도 1에 도시된 시스템의 구성요소 및 그에 의해 수행되는 도 2의 방법에 대하여 설명한다.
반사도 변환부(10)는 정지궤도 인공위성에 탑재된 분광센서가 관측대상 지역에 대하여 자외선과 가시광선 영역대의 복사 관측을 수행하여 획득한 파장별 복사량을 파장별 반사도 값으로 변환한다(도 2의 S10 단계).
지표면 반사도 산출부(20)는 반사도 변환부(10)가 변환한 파장별 반사도 값으로부터 대기 투과도 값을 보정하여 지표면 반사도 값을 산출한다(도 2의 S20 단계).
유효성 검사부(40)는 지표면 반사도 산출부(20)가 산출한 지표면 반사도 값의 유효성을 검증 자료와의 시공간적 비교를 통하여 검사한다(도 2의 S30 단계).
방향성 반사도 함수 결정부(30)는 지표면 반사도 산출부(20)가 산출하고 유효성 검사부(40)의 유효성 검사를 통과한 지표면 반사도 값과 함께 태양-위성간의 기하정보로부터 방향성 반사도 함수 정보를 결정한다(도 2의 S40 단계).
유효성 검사부(40)는 방향성 반사도 함수 결정부(30)가 결정한 방향성 반사도 함수 정보의 유효성을 검증 자료와의 시공간적 비교를 통하여 검사한다(도 2의 S50 단계).
좀 더 구체적으로 설명하면, 반사도 변환부(10)는 인공위성에 탑재된 분광센서에서 관측된 파장별 복사량을 반사도 값으로 변환하는 구성요소이다. 복사검정이 수행된 분광센서가 관측하는 복사량(L(λ))은 다음의 수학식 1을 이용하여 파장별 반사도 값(RTOA(λ))으로 변환할 수 있다.
Figure 112018012254513-pat00001
수학식 1에서, F0(λ)는 파장 λ에서의 태양 복사량, θ0는 태양 천정각이다. F0(λ)는 센서의 고유 특징인 파장별 상대반응함수를 적용한 이론적인 태양 복사량을 통하여 결정할 수 있다. 태양 천정각은 위성이 관측하는 화소별 위치(위도, 경도)와 관측시간의 함수로서 결정된다. 따라서 수학식 1을 이용하여 계산된 파장별 반사도 값은 위성의 센서가 관측하는 지점의 관측 시간, 지표 특성, 대기 조성에 따라 다른 값을 가지게 된다.
지표면 반사도 산출부(20)는 정지궤도의 특성상 매시간별로 획득되는 파장별 반사도 값으로부터 대기에 의한 영향을 제거하기 위한 대기 투과도 보정 과정과 최소 반사도를 이용하여 지표면 반사도를 결정하는 과정을 수행한다.
이에 대한 상세 과정이 도 3에 도시되어 있다.
도 3은 본 발명에 따른 지표면 반사도 산출 방법의 세부 단계를 나타내는 흐름도로서, 일정 기간 동안의 위성 관측자료를 이용하여 지표면 반사도를 산출하는 자료 처리 과정을 보여준다.
도 3을 참조하면, 먼저 입력자료 목록 생성 단계(S21)에서, 지표면 반사도 산출부(20)는 현재의 위성 관측일(D0)을 기점으로 미리 설정된 특정 기간(n) 이전까지의(D-n) 동일 시간마다 관측된 자료에 대한 목록을 입력자료 목록으로 생성한다. 이때, 미리 설정된 특정 기간(n)은 일(day) 단위일 수 있으며, 예를 들어 15일이다. 상기 특정 기간(n)은 위성 센서의 특징, 관측 지점의 특성, 자료 처리에 필요한 요구조건 등에 따라 변경 가능하다.
이어서 대기 투과도 보정 단계(S22)에서, 지표면 반사도 산출부(20)는 각 일별 반사도 자료로부터 해당 시간과 위치에 대한 대기 투과도 값을 보정한 반사도 값을 산출한다. 대기 투과도는 대기 조성 물질(즉, 에어로솔, 대기분자, 미량기체)에 의하여 감쇄되는 복사 에너지의 비율로 정의되며, 다음의 수학식 2와 수학식 3을 이용하여 지상의 목표 지점으로부터 태양 방향에 대한 투과도(T0)와 위성 방향에 대한 투과도(TS)가 각각 산출된다.
Figure 112018012254513-pat00002
Figure 112018012254513-pat00003
수학식 2와 3에서, τaer, τray, τgas는 각각 에어로솔, 대기분자, 미량기체에 의한 광학 두께 값이며, m0과 mS는 각각 태양 방향과 위성 방향의 대기 광 경로이다. 수학식 1을 이용하여 계산된 파장별 반사도 값(RTOA(λ)) 및 수학식 2와 3을 이용하여 산출된 투과도(T0, TS)를 입력 값으로 하여 다음의 수학식 4를 이용하여 대기 투과도가 보정된 반사도(R*)를 계산한다.
Figure 112018012254513-pat00004
수학식 4에서 RTOA(λ)는 위성이 관측한 반사도로서 위성이 관측하는 복사량을 수학식 1을 이용하여 계산된다. Raer(λ)는 에어로솔에 의한 반사도이며, 실측된 결과자료 또는 알고있는 에어로솔 농도에 대하여 복사전달모델로 계산된 결과를 사용하여 획득 가능하다, RRay(λ)는 대기분자에 의한 Rayleigh 산란을 포함하는 반사도로서, 에어로솔 입자와 마찬가지로 실측된 결과자료 또는 알고 있는 에어로솔 농도에 대하여 복사전달모델로 계산된 결과를 사용하여 획득 가능하다. s는 지구의 어느 한 지점에서 위쪽의 대기를 바라보았을 때, 대기 전체는 반구로 가정하여 모든 방향에서 지상의 어느 한 지점으로 향하는 총 반사도를 의미한다. 이 값은 태양과 센서의 위치에 따라 변하게 되는 값으로서 복사전달모델에 의하여 계산된다.
수학식 4에 의한 보정된 반사도(R*)는 위성이 관측하는 시간과 지점별 지표면 반사도 정보를 제공하므로, 입력자료 목록에서 미리 설정된 특정 기간(n) 동안 동일한 지점과 동일한 관측시간에서 총 n개의 보정된 반사도(R*) 값을 획득할 수 있다. 최소 반사도 산출 단계(S23)에서, 지표면 반사도 산출부(20)는 총 n개의 보정된 반사도 값들 중 가장 적은 반사도 값을 지표면 반사도 값(Rsfc)으로 산정한다. 즉, 수학식 5에 의하여 지표면 반사도 값을 결정하게 된다.
Figure 112018012254513-pat00005
수학식 5에서, d는 입력자료 목록 생성 단계에서 설정된 날짜를 의미하며, n은 최소 반사도를 찾기 위하여 설정된 특정 기간(예컨대, 15일)을 의미한다.
이렇게 하여 결정된 지표면 반사도 값(Rsfc)은 지표면 반사도 저장 단계(S24)에서 지표면 반사도 산출부(20)에 의하여 저장된다.
이어서, 다시 도 1과 도 2를 참조하면, 유효성 검사부(40)는 지표면 반사도 산출부(20)가 산출한 지표면 반사도 값(Rsfc)에 대하여 각 지점별 관측 자료의 유효성 검사(즉, 관측 자료의 존재 여부 및 센서 관측 범위 내의 자료 여부)를 수행한다(S30 단계).
유효성 검사 결과 이상이 없으면, 결과 자료를 방향성 반사도 함수 결정부(30)로 전달하여 다음 단계인 방향성 반사도 함수 결정 단계(S40)를 수행한다.
도 4는 본 발명에 따른 방향성 반사도 함수 결정 방법의 세부 단계를 나타내는 흐름도로서, 지표면 반사도 자료를 입력자료로 사용하여 방향성 반사도 함수를 결정하는 자료 처리 과정을 보여준다.
우선 입력자료 목록 생성 단계(S41)에서, 방향성 반사도 함수 결정부(30)는 정지궤도 위성 센서가 동일 지역에서 각 시간별로 결정한 지표면 반사도 자료를 입력자료 목록으로 설정한다. 동시에, 각 시간별 태양-센서의 위치를 대표하는 태양 천정각(θ0), 위성 시야각(θs), 상대 방위각(φ)을 사용한다.
이어서 기하 상수 산출 단계(S42)에서, 방향성 반사도 함수 결정부(30)는 수학식 6과 같은 다중선형 모델을 구성하는 상수값을 결정한다. 구체적으로, 지표의 체적 반사 성분(Kvol) 및 그림자에 따른 기하학적 성분(Kgeo)이 지표의 방향성을 반영하는 각 상수항으로 사용된다.
Figure 112018012254513-pat00006
수학식 6에서 체적 성분과 기하 성분은 지형적인 정보를 이용한 경험식을 사용한다. 본 발명에서는 널리 사용되고 있는 2종의 체적함수(즉, Ross-Thick(RTK), Ross-Thin(RTN))와 3종의 기하함수(즉, Li-Sparse(LS), Li-Dense(LD), Roujean(RJ)) 함수를 사용한다. 2종의 체적함수 및 3종의 기하함수의 각각은 다음의 수학식 7 내지 수학식 11과 같이 정의된다. 그리고 수학식 6에서 Fiso, Fvol, Fgeo는 각각 등방향성 반사 성분, 체적 반사 성분, 그리고 그림자에 따른 기하학적 성분에 대한 회귀 상수 값이며, 후술하는 다중 회귀식 산출 단계(S43)에서 결정된다.
Figure 112018012254513-pat00007
수학식 7에서 ξ는 태양 복사에 대한 입사각과 반사각과의 사이각을 의미하는 산란각을 의미하며 ξ=cos-1(cosθ0cosθs+sinθ0sinθscosφ)의 관계식을 이용하여 계산된다.
Figure 112018012254513-pat00008
Figure 112018012254513-pat00009
수학식 9에서 O는 아래의 산출식으로 구할 수 있고, O의 산출식에서 t와 D는 각각 아래와 같이 계산된다.
Figure 112018012254513-pat00010
Figure 112018012254513-pat00011
Figure 112018012254513-pat00012
Figure 112018012254513-pat00013
Figure 112018012254513-pat00014
다중 회귀식 산출 단계(S43)에서, 방향성 반사도 함수 결정부(30)는 전술한 기하 상수 산출 단계(S42)에서 각 시간대별로 결정된 2종의 체적함수와 3종의 기하함수의 조합으로서 6개의 다중선형 모델에 대한 상수 값 Fiso, Fvol, Fgeo의 계산을 위하여 통계적 다중 회귀 분석을 사용한다. 이 때, 다중 회귀 분석 결과로서 산출되는 회귀계수(R)값을 비교하고, 6개의 다중선형 모델 중에서 가장 회귀계수 값이 큰 모델을 최종적으로 선택하여 방향성 반사도 함수로 결정한다.
이렇게 하여 결정된 방향성 반사도 함수는 방향성 반사도 함수 저장 단계(S44)에서 방향성 반사도 함수 결정부(30)에 의하여 저장된다.
이어서, 도 1과 도 2에서 전술한 바와 같이, 유효성 검사부(40)는 방향성 반사도 함수 결정부(30)가 결정한 방향성 반사도 함수 정보의 유효성을 검증 자료와의 시공간적 비교를 통하여 검사한다(S50 단계).
한편, 도 5는 본 발명의 실시예에 따라 산출된 RTK와 RTN에 대한 시간별 변화를 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따라 결정된 LS, LD, RJ에 관한 방향성 반사도 함수의 계산 결과를 도시한 도면이다. 도 5 및 도 6에 도시된 실시예의 경우, HIMAWARI-8 위성의 AHI(advanced Himawari imager) 센서를 이용하여 계산된 사례 결과에 해당한다.
도 5는 기하 상수 산출 단계에서의 2종의 체적함수의 시간대별 변화를 나타낸다. 체적함수의 경우는 RTK가 RTN보다 큰 값을 나타내고 있으나, 두 체적함수의 계산식인 수학식 7과 8이 모두 동일한 기하 유도식을 사용하고 있으며, 단지 지표의 대상 조밀 여부를 표현하는 상수 값의 차이로 인한 결과이다.
도 6은 기하 상수 산출 단계에서의 3종의 기하함수의 시간대별 변화를 나타낸다. 기하함수의 경우, 태양의 이동에 따른 변화가 LS와 LD에서 유사한 변화를 보이고 있으나, RJ에서는 반대의 경향을 보이고 있음을 알 수 있다.
도 5와 도 6의 결과는 2종의 체적함수와 3종의 기하함수의 조합으로서 6개의 다중선형 모델을 도출할 때의 결과가 매우 다르게 나타날 수 있음을 시사한다. 따라서, 전술한 바와 같이, 6개의 다중선형 모델 중에서 가장 회귀계수 값이 큰 모델을 최종적으로 선택하여 방향성 반사도 함수로 결정하게 된다.
다중회귀 분석을 통하여 생성된 방향성 반사도 모델 함수는, 자료 처리 과정에서는 FORTRAN, C, 또는 인터페이스 정의 언어인 IDL(Interface Definition Language) 등의 프로그래밍 언어를 이용할 수 있고, 그 결과물은 다양한 디지털 형식의 파일(예: 바이너리, 아스키, HDF, NetCDF 등)로 생성하는 것이 바람직하다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른, 컴퓨팅 장치를 나타내는 도면이다. 도 7의 컴퓨팅 장치(TN100)는 본 명세서에서 기술된 장치(예, 지표면 반사도 산출 및 방향성 반사도 함수 결정 시스템에 관련된 장치 등) 일 수 있다.
도 7의 실시예에서, 컴퓨팅 장치(TN100)는 적어도 하나의 프로세서(TN110), 송수신 장치(TN120), 및 메모리(TN130)를 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨팅 장치(TN100)는 저장 장치(TN140), 입력 인터페이스 장치(TN150), 출력 인터페이스 장치(TN160) 등을 더 포함할 수 있다. 컴퓨팅 장치(TN100)에 포함된 구성 요소들은 버스(bus)(TN170)에 의해 연결되어 서로 통신을 수행할 수 있다.
프로세서(TN110)는 메모리(TN130) 및 저장 장치(TN140) 중에서 적어도 하나에 저장된 프로그램 명령(program command)을 실행할 수 있다. 프로세서(TN110)는 중앙 처리 장치(CPU: central processing unit), 그래픽 처리 장치(GPU: graphics processing unit), 또는 본 발명의 실시예에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다. 프로세서(TN110)는 본 발명의 실시예와 관련하여 기술된 절차, 기능, 및 방법 등을 구현하도록 구성될 수 있다. 프로세서(TN110)는 컴퓨팅 장치(TN100)의 각 구성 요소를 제어할 수 있다.
메모리(TN130) 및 저장 장치(TN140) 각각은 프로세서(TN110)의 동작과 관련된 다양한 정보를 저장할 수 있다. 메모리(TN130) 및 저장 장치(TN140) 각각은 휘발성 저장 매체 및 비휘발성 저장 매체 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다. 예를 들어, 메모리(TN130)는 읽기 전용 메모리(ROM: read only memory) 및 랜덤 액세스 메모리(RAM: random access memory) 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다.
송수신 장치(TN120)는 유선 신호 또는 무선 신호를 송신 또는 수신할 수 있다. 송수신 장치(TN120)는 네트워크에 연결되어 통신을 수행할 수 있다.
상술한 본 발명에 따른 시스템과 방법은 소프트웨어적인 구성의 변형이 가능하여 이를 실행하기 위한 프로그램이 수록된 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 형태로 제조 가능함은 물론이다. 구체적으로, 본 발명의 실시예는 지금까지 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 상술한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 통상의 기술자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (8)

  1. 시스템이 지표면 반사도를 산출하고 방향성 반사도 함수를 결정하는 방법으로서,
    정지궤도 인공위성에 탑재된 분광센서가 관측대상 지역에 대하여 자외선과 가시광선 영역대의 복사 관측을 수행하여 획득한 파장별 복사량을, 파장별 반사도 값으로 변환하는 단계;
    상기 파장별 반사도 값으로부터 대기 투과도 값을 보정하여 지표면 반사도 값을 산출하는 단계; 및
    상기 지표면 반사도 값과 태양-위성간의 기하정보로부터 방향성 반사도 함수 정보를 결정하는 단계
    를 포함하는 지표면 반사도 산출 및 방향성 반사도 함수 결정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 지표면 반사도 값과 상기 방향성 반사도 함수 정보의 유효성을 검사하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지표면 반사도 산출 및 방향성 반사도 함수 결정 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 지표면 반사도 값을 산출하는 단계는,
    정지궤도의 특성상 매시간별로 획득되는 파장별 반사도 값으로부터 대기에 의한 영향을 제거하기 위한 대기 투과도 보정 과정과 최소 반사도를 이용하여 지표면 반사도를 결정하는 과정을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 지표면 반사도 산출 및 방향성 반사도 함수 결정 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 지표면 반사도 값을 산출하는 단계는,
    현재의 위성 관측일을 기점으로 미리 설정된 특정 기간(n) 이전까지의 동일 시간마다 관측된 자료에 대한 목록을 입력자료 목록으로 생성하는 단계;
    각 일별 반사도 자료로부터 해당 시간과 위치에 대한 대기 투과도 값을 보정한 반사도 값을 산출하는 단계; 및
    상기 미리 설정된 특정 기간(n) 동안 동일한 지점과 동일한 관측시간에서 획득된 총 n개의 상기 보정된 반사도 값들 중 가장 적은 반사도 값을 지표면 반사도 값으로 산정하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 지표면 반사도 산출 및 방향성 반사도 함수 결정 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 방향성 반사도 함수 정보를 결정하는 단계는,
    상기 정지궤도 인공위성의 분광센서가 관측하는 각 시간별 태양-위성간의 기하정보로서 태양 천정각, 위성 시야각, 상대 방위각을 사용하여 상기 지표면 반사도 값으로부터 상기 방향성 반사도 함수 정보를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 지표면 반사도 산출 및 방향성 반사도 함수 결정 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 방향성 반사도 함수 정보를 결정하는 단계는,
    동일 지역에서 각 시간대별로 산출된 상기 지표면 반사도 값과 상기 태양-위성간의 기하정보를 입력자료 목록으로 설정하는 단계;
    지표의 체적 반사 성분 및 그림자에 따른 기하학적 성분이 지표의 방향성을 반영하는 다중선형 모델의 상수항을 결정하는 단계;
    각 시간대별로 결정된 하나 이상의 체적함수와 하나 이상의 기하함수의 조합으로서 둘 이상의 상기 다중선형 모델에 대한 상수 값을 결정하는 단계; 및
    다중 회귀 분석 결과로서 산출되는 회귀계수 값을 비교하여 상기 둘 이상의 다중선형 모델 중 가장 회귀계수 값이 큰 모델을 선택하여 상기 방향성 반사도 함수로 결정하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 지표면 반사도 산출 및 방향성 반사도 함수 결정 방법.
  7. 정지궤도 인공위성에 탑재된 분광센서가 관측대상 지역에 대하여 자외선과 가시광선 영역대의 복사 관측을 수행하여 획득한 파장별 복사량을, 파장별 반사도 값으로 변환하는 반사도 변환부;
    상기 파장별 반사도 값으로부터 대기 투과도 값을 보정하여 지표면 반사도 값을 산출하는 지표면 반사도 산출부;
    상기 지표면 반사도 값과 태양-위성간의 기하정보로부터 방향성 반사도 함수 정보를 결정하는 방향성 반사도 함수 결정부; 및
    검증 자료와의 시공간적 비교를 통하여 상기 지표면 반사도 값과 상기 방향성 반사도 함수 정보의 유효성을 검사하는 유효성 검사부
    를 포함하는 지표면 반사도 산출 및 방향성 반사도 함수 결정 시스템.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 기재된 지표면 반사도 산출 및 방향성 반사도 함수 결정 방법을 수행하는 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
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