Accurate assessment of chlorophyll-a (Chl-a) concentrations in inland waters using remote sensing is challenging due to the optical complexity of case 2 waters. and the inherent optical properties (IOPs) of natural waters are the most significant factors affecting light propagation within water columns, and thus play indispensable roles on estimation of Chl-a concentrations. Despite its importance, no IOPs retrieval model was specifically developed for inland water bodies, although significant efforts were made on oceanic inversion models. So we have applied and validated a recently developed Red-NIR three-band model and an IOPs Inversion Model for estimating Chl-a concentration and deriving inland water IOPs in Lake Uiam. Three band and IOPs based Chl-a estimation model accuracy was assessed with samples collected in different seasons. The results indicate that this models can be used to accurately retrieve Chl-a concentration and absorption coefficients. For all datasets the determination coefficients of the 3-band models versus Chl-a concentration ranged 0.65 and 0.88 and IOPs based model versus Chl-a concentration varied from 0.73 to 0.83 respectively. and Comparison between 3-band and IOPs based models showed significant performance with decrease of root mean square error from 18% to 33.6%. The results of this study provides the potential of effective methods for remote monitoring and water quality management in turbid inland water bodies using hyper-spectral remote sensing.
Min Jee-Eun;Ryu Joo-Hyung;Shanmugam P.;Ahn Yu-Hwan;Lee Kyu-Sung
대한원격탐사학회:학술대회논문집
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대한원격탐사학회 2005년도 Proceedings of ISRS 2005
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pp.671-674
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2005
Atmospheric correction over the ocean part is more important than that over the land because the signal from the ocean is very small about one tenth of that reflected from land. In this study, the Spectral Shape Matching Method (SSMM) developed by Ahn and Shanmugam (2004) is evaluated using Landsat imagery acquired over the highly turbid Saemangeum Coastal Area. The result of SSMM is compared with COST model developed by Chavez (1991 and 1997). In principle, SSMM is simple and easy to implement on any satellite imagery, relying on both field and image properties. To assess the potential use of these methods, several field campaigns were conducted in the Saemangeum coastal area corresponding with Landsat-7 satellite's overpass on 29 May 2005. In-situ data collected from the coastal waters of Saemangeum using optical instruments (ASD field spectroradiometer) consists of ChI, Ap, SS, aooM, F(d). In order to perform SSMM, we use the in-situ water-leaving radiance spectra from clear oceanic waters to estimate the the path radiance from total signal recorded at the top of the atmosphere (TOA), due to the reason that the shape of clear water-leaving radiance spectra is nearly stable than turbid water-leaving radiance spectra. The retrieved water-leaving radiance after subtraction of path signal from TOA signal in this way is compared with that estimated by COST model. The result shows that SSMM enabled retrieval of water-leaving radiance spectra that are consistent with in-situ data obtained from Saemangeum coastal waters. The COST model yielded significantly high errors in these areas.
대한원격탐사학회 2001년도 춘계 학술대회 논문집 통권 4호 Proceedings of the 2001 KSRS Spring Meeting
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pp.111-115
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2001
부유물이 해수의 광특성을 좌우하는 탁한 해수의 해색 분석 알고리즘을 개발하기 위하여 해수의 CASE-II water 원격반사도 모델이 개발되었다. 개발된 원격반사도 모델은 현장관측 자료와 비교 검정되었으며, 모델의 결과를 활용하여 지금까지의 단순 2 band ratio의 클로로필 알고리즘보다 발전된, 즉 부유물 농도의 함수로 새로운 개념의 알고리즘 개발이 시도하였다. 새 해색 클로로필 알고리즘을 SeaWiFS 위성 자료에 적용한 결과 만족스러운 결과를 얻을 수 있었다.
Recently silt curtains have been increasingly used at a dredging or reclaiming site in a sea for the purpose of preventing the neighbouring waters from becoming turbid. However, the hydrodynamic forces acting on such a flexible structure have not been investigated well and the design criteria have not been established. The floating silt cur-tain treated in this study consists of floats, tension cables and curtain canvases. (omitted)
대한원격탐사학회 1999년도 Proceedings of International Symposium on Remote Sensing
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pp.381-385
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1999
As an example of many possible applications of OSMI data, we present a method to detect red tides. In Korean waters, red tides usually occur in the South Sea where the turbidity is usually high due to strong tidal mixing in the shallow sea. The conventional case 1 chlorophyll algorithm cannot be applied since it cannot distinguish chlorophyll from SS (suspended sediments). In October 1998, a red tide outbreak occurred off the coast of Kunsan. We analyzed the SeaWiFS data of the outbreak. The standard SeaWiFS chlorophyll algorithm OC2 was poor in identifying the red tides. However, comparison of spectra of normalized water-leaving radiance indicates that red tide pixels can be distinguished from sediment-laden pixels. Channel 443 and 555 were effective in showing the spectral characteristics. We suggest K490 algorithm as an example in summarizing the information of the spectra and thereby in distinguishing the red tide pixels. Further development is desirable.
The objectives of this study were to investigate the effects of raw water pH and basicity of coagulants on turbidity removal with several raw waters having different level of turbidity, alkalinity and pH. Raw waters were sampled from M, S and B water treatment plants(WTP) located at Miryang, Nakdong, Han river, respectively. Six coagulants which have different levels of basicity and aluminum contents were used for this evaluation. High basicity of the coagulant helped to properly control coagulation processes for treating turbid and low alkali raw water. It was difficult for operators to determine optimum coagulant dose for high basicity coagulants, since residual turbidity tended to decrease continuously as coagulant dose increased. Turbidity removal efficiencies with high basicity coagulants(E and F) were higher than the other coagulants at ambient pH for the M WTP. Turbidity removal efficiencies, however, at adjusted pH 7.0 showed similar among six coagulants. Residual turbidity kept low at excess dosages with high basicity coagulants. Optimum coagulant dosages at adjusted pH 7.0 showed higher than those at ambient pH in M WTP. On the contrary in B WTP, optimum coagulant dosage at ambient pH were higher than that at adjusted pH 7.0.
The ocean signal that reaches the detector of an imaging system after multiple interactions with the atmospheric molecules and aerosols was retrieved from the total signal recorded at the top of the atmosphere (TOA). A simple method referred to as 'Path Extraction' applied to the Landsat-TM ocean imagery of turbid coastal water was compared with the conventional dark-pixel subtraction technique. The shape of the path-extracted water-leaving radiance spectrum resembled the radiance spectrum measured in-situ. The path-extraction was also extended to the SeaWiFS ocean color imagery and compared with the standard SeaWiFS atmospheric correction algorithm, which relays on the assumption of zero water leaving radiance at the two NIR wavebands (765 and 865nm). The path-extracted water-leaving radiance was good agreement with the measured radiance spectrum. In contrast, the standard SeaWiFS atmospheric correction algorithm led to essential underestimation of the water-leaving radiance in the blue-green part of the spectrum. The reason is that the assumption of zero water-leaving radiance at 755 and 865nm fails due to backscattering by suspended mineral particles. Therefore, the near infrared channels 765 and 865nm used fur deriving the aerosol information are no longer valid for turbid coastal waters. The path-extraction is identified as a simple and efficient method of extracting the path radiance largely introduced due to light interaction through the complex atmosphere carried several aerosol and gaseous components and at the air-sea interface.interface.
본 연구에서는 Moderate Imaging Spectroradiometer(MODIS), Sea-viewing Wide Field-fo-view Sensor(SeaWiFS), Medium Resolution Imaging Spectrometer(MERIS) 등의 광역관측 위성영상을 이용한 해수나 연안수의 클로로필 농도 분석을 통해 가능성이 확인되었던 밴드 비를 이용한 비교적 간단한 추정 모델을 수체의 크기와 폭이 현저히 작고 탁도가 있는 하천에 대해 클로로필-a 농도값을 추정하고자 고해상도 위성영상에 Two-band 및 Three-band reflectance 모델을 적용하여 가능성을 파악하였다. 특히 RapidEye 영상을 이용하여 일반적으로 탁도가 있는 수체에 대해 Red와 NIR 영역을 활용하는 이들 모델에 Red-edge(RE) 밴드를 적용하였다. Red와 NIR을 이용한 Two-band Reflectance 모델은 계산식의 결정계수 $R^2$ 값이 0.38로 유의성 없는 결과를 나타내었다. 그러나 RapidEye의 Red-edge (RE) 파장 대를 이용한 Red-RE Two-band 모델과 Red-RE-NIR Three-band 모델을 이용한 계산식에 대해서는, 2차함수에 의한 Three-band 모델의 결과는 Red-RE Two-band 모델의 결과와 통계적인 값이 거의 유사하였고 Two-band와 3차함수에 의한 Three-band 모델 추정식은 각각 0.66, 0.73 의 $R^2$값을 나타내어 Red-edge 밴드의 적용 가능성을 보였고, 실측치와의 Root Mean Square Error (RMSE)는 24.8, 22.4 mg $m^{-3}$, Relative Percent Difference(RPD)는 각각 1.30, 1.29로 1.5 이하의 대략적인 추정(Approximate Prediction) 수준을 나타내었다. 고해상도 위성영상에 Red-RE-NIR Three-band 모델을 적용한 계산식을 이용해 대략적인 추정이지만 가장 유의한 수준의 클로로필-a 농도를 추정할 수 있었다. 영상에서 추정된 클로로필-a 분포를 비교하였을 때 3차함수에 의한 Three-band 모델 추정식이 Two-band 모델에 비해 낮은 값의 분포를 보였다. 향후 하천의 스펙트럼을 실측하여 파장별 부유물질, 유기물과의 상관성 및 클로로필 농도와의 간섭 정도를 시뮬레이션하여 보정식을 산출 적용한다면 탁도가 다소 높은 하천에서의 클로로필-a 농도 계산식의 정확도를 더욱 높일 수 있을 것으로 기대된다.
The objective of this study was to investigate the basic relationships between spectral reflectance and varying concentrations of sediment in surface waters. An experimental method for determining suspended sediment concentration (SSC) in the water by use of a spectroradiometer above the water surface, in visible and near-infrared (NIR) wavelengths, is applied. The main advantage of the method is the direct comparison of spectral reflectance and the SSC, but it requires an accurate knowledge of the water body and sediment. Therefore numerous spectroradiometric measurements are carried out in situ measurements, for SSC, ranging from zero to 100 percentage and two types of sediment applied in the water tank. The results indicate that the suspended sediment causes increasing spectral reflectance response in waters. We observed that spectral reflectance increases with SSC, first at the lower wavelengths (430-480 nm), then in the middle wavelengths (570-700 nm), and finally, in the NIR domain (800-820 nm); a characteristic maximum reflectance appears at 400-670 nm. Relationships between the wavelength, integral value, and the SSC were evaluated on the basis of the regression analysis. The regression curve for the relation between the wavelength, integral value, and the SSC were determined ($R^2$>0.98). Finally, the specular wavelength can be estimated to recognize the sediment and to improve SC estimation accuracy in the water.
Paringit, EC.;Nadaoka, K.;Rubio, MCD;Tamura, H.;Blanco, Ariel C.
대한원격탐사학회:학술대회논문집
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대한원격탐사학회 2003년도 Proceedings of ACRS 2003 ISRS
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pp.667-669
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2003
A bio-optical model was developed specific for turbid and shallow waters. Special studies were carried out to estimate absorption and scattering properties as well as backscattering probability of suspended matter. The inversion of bio-optical model allows for direct retrieval of turbidity and chlorophyll- a from the visible-near infrared (VNIR) range sensor. Time-series satellite imagery from ASTER AM-1 sensor, were used to monitor the Laguna de Bay water quality condition. Spatial distribution of temperature for the lake was extracted from the thermal infrared (TIR) sensor. Corresponding field surveys were conducted to parameterize the bio -optical model. In-situ measurements include suspended particle and chlorophyll-a concentrations profiles from nephelometric devices and processing of water samples. Hyperspectral measurements were used to validate results of the bio -optical model and satellite- based estimation. This study provides a theoretical basis and a practical illustration of applying space- based measurements on an operational basis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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