Satellite imagery contains various elements such as clouds, cloud shadows, and terrain shadows. Accurately identifying and eliminating these factors that complicate satellite image analysis is essential for maintaining the reliability of remote sensing imagery. For this reason, satellites such as Landsat-8, Sentinel-2, and Compact Advanced Satellite 500-1 (CAS500-1) provide Usable Data Masks(UDMs)with images as part of their Analysis Ready Data (ARD) product. Precise detection of clouds and their shadows is crucial for the accurate construction of these UDMs. Existing cloud and their shadow detection methods are categorized into threshold-based methods and Artificial Intelligence (AI)-based methods. Recently, AI-based methods, particularly deep learning networks, have been preferred due to their advantage in handling large datasets. This study aims to analyze the applicability of constructing UDMs for high-resolution satellite images through deep learning-based cloud and their shadow detection using open-source datasets. To validate the performance of the deep learning network, we compared the detection results generated by the network with pre-existing UDMs from Landsat-8, Sentinel-2, and CAS500-1 satellite images. The results demonstrated that high accuracy in the detection outcomes produced by the deep learning network. Additionally, we applied the network to detect cloud and their shadow in KOMPSAT-3/3A images, which do not provide UDMs. The experiment confirmed that the deep learning network effectively detected cloud and their shadow in high-resolution satellite images. Through this, we could demonstrate the applicability that UDM data for high-resolution satellite imagery can be constructed using the deep learning network.
Compact Advanced Satellite 500-4 (CAS500-4), which is scheduled to be launched in 2025, is a mid-resolution satellite with a 5 m resolution developed for wide-area agriculture and forest observation. To utilize satellite images, it is important to establish a precision sensor model and establish accurate geometric information. Previous research reported that a precision sensor model could be automatically established through the process of matching ground control point (GCP) chips and satellite images. Therefore, to improve the geometric accuracy of satellite images, it is necessary to improve the GCP chip matching performance. This paper proposes an improved GCP chip matching scheme for improved precision sensor modeling of mid-resolution satellite images. When using high-resolution GCP chips for matching against mid-resolution satellite images, there are two major issues: handling the resolution difference between GCP chips and satellite images and finding the optimal quantity of GCP chips. To solve these issues, this study compared and analyzed chip matching performances according to various satellite image upsampling factors and various number of chips. RapidEye images with a resolution of 5m were used as mid-resolution satellite images. GCP chips were prepared from aerial orthographic images with a resolution of 0.25 m and satellite orthogonal images with a resolution of 0.5 m. Accuracy analysis was performed using manually extracted reference points. Experiment results show that upsampling factor of two and three significantly improved sensor model accuracy. They also show that the accuracy was maintained with reduced number of GCP chips of around 100. The results of the study confirmed the possibility of applying high-resolution GCP chips for automated precision sensor modeling of mid-resolution satellite images with improved accuracy. It is expected that the results of this study can be used to establish a precise sensor model for CAS500-4.
As part of the next-generation Compact Advanced Satellite 500 (CAS500) project, CAS500-4 is scheduled to be launched in 2025 focusing on the remote sensing of agriculture and forestry. To obtain quantitative information on vegetation from satellite images, it is necessary to acquire surface reflectance through atmospheric correction. Thus, it is essential to develop an atmospheric correction method suitable for CAS500-4. Since the absorption and scattering characteristics in the atmosphere vary depending on the wavelength, it is needed to analyze the sensitivity of atmospheric correction parameters such as aerosol optical depth (AOD) and water vapor (WV) considering the wavelengths of CAS500-4. In addition, as CAS500-4 has only five channels (blue, green, red, red edge, and near-infrared), making it difficult to directly calculate key parameters for atmospheric correction, external parameter data should be used. Therefore, thisstudy performed a sensitivity analysis of the key parameters (AOD, WV, and O3) using the simulated images based on Sentinel-2 satellite data, which has similar wavelength specifications to CAS500-4, and examined the possibility of using the products of GEO-KOMPSAT-2A (GK2A) as atmospheric parameters. The sensitivity analysisshowed that AOD wasthe most important parameter with greater sensitivity in visible channels than in the near-infrared region. In particular, since AOD change of 20% causes about a 100% error rate in the blue channel surface reflectance in forests, a highly reliable AOD is needed to obtain accurate surface reflectance. The atmospherically corrected surface reflectance based on the GK2A AOD and WV was compared with the Sentinel-2 L2A reflectance data through the separability index of the known land cover pixels. The result showed that two corrected surface reflectance had similar Seperability index (SI) values, the atmospheric corrected surface reflectance based on the GK2A AOD showed higher SI than the Sentinel-2 L2A reflectance data in short-wavelength channels. Thus, it is judged that the parameters provided by GK2A can be fully utilized for atmospheric correction of the CAS500-4. The research findings will provide a basis for atmospheric correction of the CAS500-4 in the future.
In this letter, we simulated an atmospheric correction for Sentinel-2 images, of which spectral bands are similar to Compact Advanced Satellite 500-4 (CAS500-4). Using the second simulation of the satellite signal in the solar spectrum - vector (6SV)2.1 radiation transfer model and random forest (RF), a type of machine learning, we developed an RF-based atmospheric correction model to simulate 6SV2.1. As a result, the similarity between the reflectance calculated by 6SV2.1 and the reflectance predicted by the RF model was very high.
Sentinel-2 can be used as proxy data for the Korean Compact Advanced Satellite 500-4 (CAS500-4), also known as Agriculture and Forestry Satellite, in terms of spectral wavelengths and spatial resolution. This letter examined cloud detection for later use in the CAS500-4 based on deep learning technologies. DeepLabV3+, a traditional Convolutional Neural Network (CNN) model, and Shifted Windows (Swin) Transformer, a state-of-the-art (SOTA) Transformer model, were compared using 22,728 images provided by Radiant Earth Foundation (REF). Swin Transformer showed a better performance with a precision of 0.886 and a recall of 0.875, which is a balanced result, unbiased between over- and under-estimation. Deep learning-based cloud detection is expected to be a future operational module for CAS500-4 through optimization for the Korean Peninsula.
Over the past 20 years, Korea's overall import and export cargo volume has increased at an average annual rate of approximately 5.3%. About 99% of the cargo is still being transported by sea. Due to recent increases in maritime cargo volume, congestion in maritime logistics has become challenging due to factors such as the COVID-19 pandemic and conflicts. Continuous monitoring of ports has become crucial. Various ground observation systems and Automatic Identification System (AIS) data have been utilized for monitoring ports and conducting numerous preliminary studies for the efficient operation of container terminals and cargo volume prediction. However, small and developing countries' ports face difficulties in monitoring due to environmental issues and aging infrastructure compared to large ports. Recently, with the increasing utility of artificial satellites, preliminary studies have been conducted using satellite imagery for continuous maritime cargo data collection and establishing ocean monitoring systems in vast and hard-to-reach areas. This study aims to visually detect ships docked at berths in the Busan New Port using high-resolution satellite imagery and quantitatively evaluate berth utilization rates. By utilizing high-resolution satellite imagery from Compact Advanced Satellite 500-1 (CAS500-1), Korea Multi-Purpose satellite-3 (KOMPSAT-3), PlanetScope, and Sentinel-2A, ships docked within the port berths were visually detected. The berth utilization rate was calculated using the total number of ships that could be docked at the berths. The results showed variations in berth utilization rates on June 2, 2022, with values of 0.67, 0.7, and 0.59, indicating fluctuations based on the time of satellite image capture. On June 3, 2022, the value remained at 0.7, signifying a consistent berth utilization rate despite changes in ship types. A higher berth utilization rate indicates active operations at the berth. This information can assist in basic planning for new ship operation schedules, as congested berths can lead to longer waiting times for ships in anchorages, potentially resulting in increased freight rates. The duration of operations at berths can vary from several hours to several days. The results of calculating changes in ships at berths based on differences in satellite image capture times, even with a time difference of 4 minutes and 49 seconds, demonstrated variations in ship presence. With short observation intervals and the utilization of high-resolution satellite imagery, continuous monitoring within ports can be achieved. Additionally, utilizing satellite imagery to monitor changes in ships at berths in minute increments could prove useful for small and developing country ports where harbor management is not well-established, offering valuable insights and solutions.
Journal of the Korean Association of Geographic Information Studies
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v.23
no.4
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pp.253-265
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2020
As the risk of landslide is recently increasing due to the typhoons and localized heavy rains, effective techniques for the landslide damage detection are required to support the establishment of the recovery planning. This study describes the analysis of landslide-damaged areas using ISODATA(Iterative Self-Organizing Data Analysis Technique Algorithm) with Sentinel-2 image, regarding the case of Gokseong in August 7, 2020. A total of 4.75 ha of landslide-damaged areas was detected from the Sentinel-2 image using spectral characteristics of red, NIR(Near Infrared), and SWIR(Shortwave Infrared) bands. We made sure that the satellite remote sensing is an effective method to detect the landslide-damaged areas and support the establishment of the recovery planning, followed by the field surveys that require a lot of manpower and time. Also, this study can be used as a reference for the landslide management for the CAS500-1/2(Compact Advanced Satellite) scheduled to launch in 2021 and the Korean Medium Satellite for Agriculture and Forestry scheduled to launch in 2024.
With a trend of the utilization of computer vision for satellite images, cloud detection using deep learning also attracts attention recently. In this study, we conducted a U-Net cloud detection modeling using SPARCS (Spatial Procedures for Automated Removal of Cloud and Shadow) Cloud Dataset with the image data augmentation and carried out 10-fold cross-validation for an objective assessment of the model. Asthe result of the blind test for 1800 datasets with 512 by 512 pixels, relatively high performance with the accuracy of 0.821, the precision of 0.847, the recall of 0.821, the F1-score of 0.831, and the IoU (Intersection over Union) of 0.723. Although 14.5% of actual cloud shadows were misclassified as land, and 19.7% of actual clouds were misidentified as land, this can be overcome by increasing the quality and quantity of label datasets. Moreover, a state-of-the-art DeepLab V3+ model and the NAS (Neural Architecture Search) optimization technique can help the cloud detection for CAS500 (Compact Advanced Satellite 500) in South Korea.
Agricultural reservoirs are crucial structures for water resources monitoring especially in Korea where the resources are seasonally unevenly distributed. Optical and Synthetic Aperture Radar (SAR) satellites, being utilized as tools for monitoring the reservoirs, have unique limitations in that optical sensors are sensitive to weather conditions and SAR sensors are sensitive to noises and multiple scattering over dense vegetations. In this study, we tried to improve water body detection accuracy through optical-SAR data fusion, and quantitatively analyze the complementary effects. We first detected water bodies at Edong, Cheontae reservoir using the Compact Advanced Satellite 500(CAS500), Kompsat-3/3A, and Sentinel-2 derived Normalized Difference Water Index (NDWI), and SAR backscattering coefficient from Sentinel-1 by K-means clustering technique. After that, the improvements in accuracies were analyzed by applying K-means clustering to the 2-D grid space consists of NDWI and SAR. Kompsat-3/3A was found to have the best accuracy (0.98 at both reservoirs), followed by Sentinel-2(0.83 at Edong, 0.97 at Cheontae), Sentinel-1(both 0.93), and CAS500(0.69, 0.78). By applying K-means clustering to the 2-D space at Cheontae reservoir, accuracy of CAS500 was improved around 22%(resulting accuracy: 0.95) with improve in precision (85%) and degradation in recall (14%). Precision of Kompsat-3A (Sentinel-2) was improved 3%(5%), and recall was degraded 4%(7%). More precise water resources monitoring is expected to be possible with developments of high-resolution SAR satellites including CAS500-5, developments of image fusion and water body detection techniques.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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