Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2021.06a
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pp.246-246
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2021
본 연구는 강우 발생시 유량을 추정하는 것에 목적이 있다. 이를 위해 본 연구는 선행연구의 모형 개발방법론에서 벗어나 딥러닝 알고리즘 중 하나인 합성곱 신경망 (convolution neural network)과 수문학적 이미지 (hydrological image)를 이용하여 강우 발생시 유량을 추정하였다. 합성곱 신경망은 일반적으로 분류 문제 (classification)을 해결하기 위한 목적으로 개발되었기 때문에 불특정 연속변수인 유량을 모의하기에는 적합하지 않다. 이를 위해 본 연구에서는 합성곱 신경망의 완전 연결층 (Fully connected layer)를 개선하여 연속변수를 모의할 수 있도록 개선하였다. 대부분 합성곱 신경망은 RGB (red, green, blue) 사진 (photograph)을 이용하여 해당 사진이 나타내는 것을 예측하는 목적으로 사용하지만, 본 연구의 경우 일반 RGB 사진을 이용하여 유출량을 예측하는 것은 경험적 모형의 전제(독립변수와 종속변수의 관계)를 무너뜨리는 결과를 초래할 수 있다. 이를 위해 본 연구에서는 임의의 유역에 대해 2차원 공간에서 무차원의 수문학적 속성을 갖는 grid의 집합으로 정의되는 수문학적 이미지는 입력자료로 활용했다. 합성곱 신경망의 구조는 Convolution Layer와 Pulling Layer가 5회 반복하는 구조로 설정하고, 이후 Flatten Layer, 2개의 Dense Layer, 1개의 Batch Normalization Layer를 배열하고, 다시 1개의 Dense Layer가 이어지는 구조로 설계하였다. 마지막 Dense Layer의 활성화 함수는 분류모형에 이용되는 softmax 또는 sigmoid 함수를 대신하여 회귀모형에서 자주 사용되는 Linear 함수로 설정하였다. 이와 함께 각 층의 활성화 함수는 정규화 선형함수 (ReLu)를 이용하였으며, 모형의 학습 평가 및 검정을 판단하기 위해 MSE 및 MAE를 사용했다. 또한, 모형평가는 NSE와 RMSE를 이용하였다. 그 결과, 모형의 학습 평가에 대한 MSE는 11.629.8 m3/s에서 118.6 m3/s로, MAE는 25.4 m3/s에서 4.7 m3/s로 감소하였으며, 모형의 검정에 대한 MSE는 1,997.9 m3/s에서 527.9 m3/s로, MAE는 21.5 m3/s에서 9.4 m3/s로 감소한 것으로 나타났다. 또한, 모형평가를 위한 NSE는 0.7, RMSE는 27.0 m3/s로 나타나, 본 연구의 모형은 양호(moderate)한 것으로 판단하였다. 이에, 본 연구를 통해 제시된 방법론에 기반을 두어 CNN 모형 구조의 확장과 수문학적 이미지의 개선 또는 새로운 이미지 개발 등을 추진할 경우 모형의 예측 성능이 향상될 수 있는 여지가 있으며, 원격탐사 분야나, 위성 영상을 이용한 전 지구적 또는 광역 단위의 실시간 유량 모의 분야 등으로의 응용이 가능할 것으로 기대된다.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.29
no.1D
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pp.135-143
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2009
Integrating the Global Positioning System (GPS) and Inertial Navigation System (INS) sensor technologies using the precise GPS Carrier phase measurements is a methodology that has been widely applied in those application fields requiring accurate and reliable positioning and attitude determination; ranging from 'kinematic geodesy', to mobile mapping and imaging, to precise navigation. However, such integrated system may not fulfil the demanding performance requirements when the baseline length between reference and mobil user GPS receiver is grater than a few tens of kilometers. This is because their positioning/attitude determination is still very dependent on the errors of the GPS observations, so-called "baseline dependent errors". This limitation can be remedied by the integration of GPS and INS sensors, using multiple reference stations. Hence, in order to derive the GPS distance dependent errors, this research proposes measurement processing algorithms for multiple reference stations, such as a reference station ambiguity resolution procedure using linear combination techniques, a error estimation based on Kalman filter and a error interpolation. In addition, all the algorithms are evaluated by processing real observations and results are summarized in this paper.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.2B
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pp.177-185
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2008
Accurate monitoring of snow cover is a key component for studying climate and global as well as for daily weather forecasting and snowmelt runoff modelling. The few observed data related to snowmelt was the major cause of difficulty in extracting snowmelt factors such as snow cover area, snow depth and depletion curve. Remote sensing technology is very effective to observe a wide area. Although many researchers have used remote sensing for snow observation, there were a few discussions on the characteristics of spatial and temporal variation. Snow cover maps were derived from NOAA AVHRR images for the winter seasons from 1997 to 2006. Distributed snow depth was mapped by overlapping between snow cover maps and interpolated snowfall maps from 69 meteorological observation stations. Model parameters (Snow Cover Area: SCA, snow depth, Snow cover Depletion Curve: SDC) were built for 7 major watersheds in South Korea. The decrease pattern of SCA for time (day) was expressed as exponentially decay function, and the determination coefficient was ranged from 0.46 to 0.88. The SCA decreased 70% to 100% from the maximum SCA when 10 days passed.
Woo-Seok Kim;Sung-Pil Hwang;Wan-Kyu Yoo;Norikazu Shimizu;Chang-Yong Kim
The Journal of Engineering Geology
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v.34
no.1
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pp.39-49
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2024
The construction of underground infrastructure is garnering growing increasing research attention owing to population concentration and infrastructure overcrowding in urban areas. An important associated task is establishing a monitoring system to evaluate stability during infrastructure construction and operation, which relies on developing techniques for ground investigation that can evaluate ground stability, verify design validity, predict risk, facilitate safe operation management, and reduce construction costs. The method proposed here uses satellite imaging in a cost-effective and accurate ground investigation technique that can be applied over a wide area during the construction and operation of infrastructure. In this study, analysis was performed using Synthetic Aperture Radar (SAR) data with the time-series radar interferometric technique to observe surface displacement during the construction of urban underground roads. As a result, it was confirmed that continuous surface displacement was occurring at some locations. In the future, comparing and analyzing on-site measurement data with the points of interest would aid in confirming whether displacement occurs due to tunnel excavation and assist in estimating the extent of excavation impact zones.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.30
no.1
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pp.1-12
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2024
In this study, we analyzed the water temperature variability in the sea area of the Korean Peninsula in August, before and after the typhoon inflow through Typhoon Soulik, the 19th in 2018 that turned right around the Korean Peninsula and passed through the East Sea, and Typhoon Bavi, the eighth in 2020 that advanced north and passed through the Yellow Sea. The data used in this study included the water temperature data recorded in the real-time information system for aquaculture environment provided by the National Institute of Fisheries Science, wind data near the water as recorded by the automatic weather system, and water temperature data provided by the NOAA/AVHRR satellite. According to the analysis, when typhoons with different movement paths passed through the Korean Peninsula, the water temperature in the East Sea repeatedly upwelled (northern winds) and downwelled (southern winds) depending on the wind speed and direction. In particular, when Typhoon Soulik passed through the East sea, the water temperature dropped sharply by around 10 ℃. When Typhoon Bavi passed through the center of the Yellow Sea, the water temperature rose in certain observed areas of the Yellow Sea and even in certain areas of the South Sea. Warmer water flowed into cold water regions owing to the movement of Typhoon Bavi, causing water temperature to rise. The water temperature appeared to have recovered to normal. By understanding the water temperature variability in the sea area of the Korean Peninsula caused by typhoons, this research is expected to minimize the negative effects of abnormal climate on aquaculture organisms and contribute to the formulation of damage response strategies for fisheries disasters in sea areas.
To accurately and efficiently monitor soil moisture (SM) across South Korea, this study developed a SM estimation model that integrates the cloud computing platform Google Earth Engine (GEE) and Automated Machine Learning (AutoML). Various spatial information was utilized based on Terra MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) and the global precipitation observation satellite GPM (Global Precipitation Measurement) to test optimal input data combinations. The results indicated that GPM-based accumulated dry-days, 5-day antecedent average precipitation, NDVI (Normalized Difference Vegetation Index), the sum of LST (Land Surface Temperature) acquired during nighttime and daytime, soil properties (sand and clay content, bulk density), terrain data (elevation and slope), and seasonal classification had high feature importance. After setting the objective function (Determination of coefficient, R2 ; Root Mean Square Error, RMSE; Mean Absolute Percent Error, MAPE) using AutoML for the combination of the aforementioned data, a comparative evaluation of machine learning techniques was conducted. The results revealed that tree-based models exhibited high performance, with Random Forest demonstrating the best performance (R2 : 0.72, RMSE: 2.70 vol%, MAPE: 0.14).
Journal of the Korean Association of Geographic Information Studies
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v.9
no.1
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pp.158-167
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2006
The object of this study is to detect of land-cover change in western DMZ and vicinity. This was performed as a basic study to construct a decision support system for the conservation or a sustainable development of the DMZ and Vicinity near future. DMZ is an is 4km wide and 250km long and it's one of the most highly fortified boundaries in the world and also a unique thin green line. Environmentalists want to declare the DMZ as a natural reserve and a biodiversity zone, but nowadays through the strengthening of the inter-Korean economic cooperation, some developers are trying to construct a new-town or an industrial complex inside of the DMZ. This study investigates the current environmental conditions, especially deforestation of the western DMZ adopting remote sensing and GIS techniques. The Land-covers were identified through the linear spectvral mixture analysis(LSMA) which was used to handle the spectral mixture problem of low spatial resolution imagery of Landsat TM and ETM+ imagery. To analyze quantitative and spatial change of vegetation-cover in western DMZ, GIS overlay method was used. In LSMA, to develop high-quality fraction images, three endmembers of green vegetation(GV), soil, water were driven from pure features in the imagery. Through 15 years, from 1987 to 2002, forest of western DMZ and vicinity was devastated and changed to urban, farmland or barren land. Northern part of western DMZ and vicinity was more deforested than that of southern part. ($52.37km^2$ of North Korean forest and $39.04km^2$ of South Korean were change to other land-covers.) In case of North Korean part, forest changed to barren land and farmland and in South Korean part, forest changed to farmland and urban area. Especially, In North Korean part of DMZ and vicinity, $56.15km^2$ of farmland changed to barren land through 15 years, which showed the failure of the 'Darakbat' (terrace filed) project which is one of food increase projects in North Korea.
Journal of Korea Spatial Information System Society
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v.6
no.1
s.11
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pp.101-117
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2004
Standards are essential to facilitate the efficient use of GIS data. International Standards such as ISO TC211's 19100 series and various technical specifications from OpenGIS Consortium are some of the examples of efforts to maintain the interoperability among GIS applications. Marine GIS is no exception to this rule and in this context. developing standards for marine GIS is also in urgent needs. Using the same meaning and definition for the features commonly found in marine GIS applications is one of the ways to increase the interoperability among systems. One of the key requirements for maintaining the standard meanings for features is to build a common feature catalogue. This paper examines the concept of feature catalogue and describe the ways in which the feature catalogue can be organized. To identify the common features found in various marine GIS applications, a comprehensive search has been made to collect and analyze the features used in various applications. To maintain the interoperability with the National GIS (NGIS) system, the features used in various NGIS applications have been analyzed as well. The result of these analyses are used to create a comprehensive list of common features for marine GIS. This paper then explains the common feature catalogue for marine GIS and the provides the appropriate classification and coding systems for the common features. In addition, a registration tool for registering the common features into the standard registry has been developed in this study. This Web-based tool can be used to input features into the feature catalogue by various applications and also to maintain a standard-compliant feature catalogue by standard agencies.
In this study, characteristics of various stability indexes (SI) and environmental parameters (EP) for the lightning are analysed by using 5 upper air observatories (Osan, Gwangju, Jeju, Pohang, and Baengnyeongdo) for the years 2002-2006 over South Korea. The analysed SI and EP are the lifted index, K-index, Showalter stability index, total precipitable water, mixing ratio, wind shear and temperature of lifting condensation level. The lightning data occurred on the range of -2 hr~+1 hr and within 100 km based on the launch time of rawinsonde and observing location are selected. In general, summer averaged temperature and mixing ratio of lower troposphere for the lightning cases are higher about 1 K and $1{\sim}2gkg^{-1}$ than no lightning cases, respectively. The Box-Whisker plot shows that the range of various SI and EP values for lightning and no lightning cases are well separated but overlapping of SI and EP values between lightning and no lightning are not a little. The optimized threshold values for the detection of lightning are determined objectively based on the highest Heidke skill socre (HSS), which is the most favorable validation parameter for the rare event, such as lightning, by using the simulation of SI and EP threshold values. Although the HSS is not high (0.15~0.30) and the number and values of selected SI and EP are dependent on geographic location, the new threshold values can be used as a supplementary tool for the detection or forecast of lightning over South Korea.
Near surface air temperature data which are one of the essential factors in hydrology, meteorology and climatology, have drawn a substantial amount of attention from various academic domains and societies. Meteorological observations, however, have high spatio-temporal constraints with the limits in the number and distribution over the earth surface. To overcome such limits, many studies have sought to estimate the near surface air temperature from satellite image data at a regional or continental scale with simple regression methods. Alternatively, we applied various Kriging methods such as ordinary Kriging, universal Kriging, Cokriging, Regression Kriging in search of an optimal estimation method based on near surface air temperature data observed from automatic weather stations (AWS) in South Korea throughout 2010 (365 days) and MODIS land surface temperature (LST) data (MOD11A1, 365 images). Due to high spatial heterogeneity, auxiliary data have been also analyzed such as land cover, DEM (digital elevation model) to consider factors that can affect near surface air temperature. Prior to the main estimation, we calculated root mean square error (RMSE) of temperature differences from the 365-days LST and AWS data by season and landcover. The results show that the coefficient of variation (CV) of RMSE by season is 0.86, but the equivalent value of CV by landcover is 0.00746. Seasonal differences between LST and AWS data were greater than that those by landcover. Seasonal RMSE was the lowest in winter (3.72). The results from a linear regression analysis for examining the relationship among AWS, LST, and auxiliary data show that the coefficient of determination was the highest in winter (0.818) but the lowest in summer (0.078), thereby indicating a significant level of seasonal variation. Based on these results, we utilized a variety of Kriging techniques to estimate the surface temperature. The results of cross-validation in each Kriging model show that the measure of model accuracy was 1.71, 1.71, 1.848, and 1.630 for universal Kriging, ordinary Kriging, cokriging, and regression Kriging, respectively. The estimates from regression Kriging thus proved to be the most accurate among the Kriging methods compared.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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