Sejeong Bae ;Bokyung Son ;Taejun Sung ;Yeonsu Lee ;Jungho Im ;Yoojin Kang
Korean Journal of Remote Sensing
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v.39
no.5_3
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pp.1009-1029
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2023
Urban trees play a vital role in urban ecosystems,significantly reducing impervious surfaces and impacting carbon cycling within the city. Although previous research has demonstrated the efficacy of employing artificial intelligence in conjunction with airborne light detection and ranging (LiDAR) data to generate urban tree information, the availability and cost constraints associated with LiDAR data pose limitations. Consequently, this study employed freely accessible, high-resolution multispectral satellite imagery (i.e., Sentinel-2 data) to estimate fractional tree canopy cover (FTC) within the urban confines of Suwon, South Korea, employing machine learning techniques. This study leveraged a median composite image derived from a time series of Sentinel-2 images. In order to account for the diverse land cover found in urban areas, the model incorporated three types of input variables: average (mean) and standard deviation (std) values within a 30-meter grid from 10 m resolution of optical indices from Sentinel-2, and fractional coverage for distinct land cover classes within 30 m grids from the existing level 3 land cover map. Four schemes with different combinations of input variables were compared. Notably, when all three factors (i.e., mean, std, and fractional cover) were used to consider the variation of landcover in urban areas(Scheme 4, S4), the machine learning model exhibited improved performance compared to using only the mean of optical indices (Scheme 1). Of the various models proposed, the random forest (RF) model with S4 demonstrated the most remarkable performance, achieving R2 of 0.8196, and mean absolute error (MAE) of 0.0749, and a root mean squared error (RMSE) of 0.1022. The std variable exhibited the highest impact on model outputs within the heterogeneous land covers based on the variable importance analysis. This trained RF model with S4 was then applied to the entire Suwon region, consistently delivering robust results with an R2 of 0.8702, MAE of 0.0873, and RMSE of 0.1335. The FTC estimation method developed in this study is expected to offer advantages for application in various regions, providing fundamental data for a better understanding of carbon dynamics in urban ecosystems in the future.
A 3D modeling of urban area can be composed the terrain modeling that can express specific and shape of the terrain and the object modeling such as buildings, trees and facilities which are found in urban areas. Especially in a 3D modeling of building, it is very important to make a unit model by simplifying 3D structure and to take a texture mapping, which can help visualize surface information. In this study, the texture mapping technique, based on library for 3D urban modeling, was used for building modeling. This technique applies the texture map in the form of library which is constructed as building types, and then take mapping to the 3D building frame. For effectively apply, this technique, we classified buildings automatically using LiDAR data and made 3D frame using LiDAR and digital map. To express the realistic building texture, we made the texture library using real building photograph.
Urban population growth and consequent rapid urbanization involve some thermal environmental problems in the cities. Monitoring of thermal environments in urban areas such as hot spot analysis is required for effective actions to resolve these problems. This study selected 14 dongs and surrounding administrative districts of Sejong city as study areas and analyzed the characteristics of changes in surface temperature due to the urban expansion in the summer from 2013 to 2018. In the study, the surface temperature distributions in the study areas were plotted using surface temperature values from Landsat 8 and NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) and NDBI (Normalized Difference Built-up Index) based on KOMPSAT 2/3 data, and the patterns of surface temperature changes with urban expansion were discussed using the estimated NDVI and NDBI. In particular, the distinct urbanization in the study areas were selected for case studies, and the cause of the changes in the hot spots in the regions was analyzed using high-resolution KOMPSAT images. This study results present that hot spots appeared in urbanized regions within the study areas, and it was plotted that the lower the NDVI values and the higher the NDBI values indicate the temperature values are high. The land surface temperature and satellite-based products were used to divide the study areas into continuously urbanized regions and rapidly urbanized regions and to identify the different characteristics depending on land covers. In the regions with distinct surface temperature changes by urbanization, the analysis using high-resolution KOMPSAT images as presented in this study could provide effective information for urban planning and policy utilization in the future.
Urbanization due to population growth and regional development can cause various environmental problems, such as the urban heat island phenomenon. A planned city is considered an appropriate study site to analyze changes in urban climate caused by rapid urbanization in a short-term period. In this study, changes in land cover and surface heat island phenomenon were analyzed according to the development plan in Sejong City from 2013 to 2020 using Landsat-8 Operational Land Imager/Thermal Infrared Sensor (OLI/TIRS) satellite imagery. The surface temperature was calculated in consideration of the thermal infrared band value provided by the satellite image and the emissivity, and based on this the surface heat island effect intensity and Urban Thermal Field Variance Index (UTFVI) change analysis were performed. The level-2 land cover map provided by the Ministry of Environment was used to confirm the change in land cover as the development progressed and the difference in the surface heat island intensity by each land cover. As a result of the analysis, it was confirmed that the urbanized area increased by 15% and the vegetation decreased by more than 28%. Expansion and intensification of the heat island phenomenon due to urban development were observed, and it was confirmed that the ecological level of the area where the heat island phenomenon occurred was very low. Therefore, It can suggest the need for a policy to improve the residential environment according to the quantitative change of the thermal environment due to rapid urbanization.
In this study, we investigate the atmospheric environment changes in the aspect of optical remote sensing using surface observation data from 1971 to 2000 of Korea Meteorological Administration. Visibility, spatially averaged over Korean peninsula, is systematically reduced from about 28km to 18km during the last 30 years. It means that atmospheric conditions for the optical remote sensing over Korean peninsula are growing worse and worse due to the degradation of air quality. The 30-year average of cloud amount shows a strong seasonal variation, maximum(75%) in summer and minimum (35%) in autumn. Precipitation also shows a very similar variation pattern with cloud. The temperature and sea level pressure show a opposite seasonal change pattern, maximum(minimum in SLP) in summer and minimum(maximum in SLP) in winter, respectively. Relative humidiy(RH) is one of the variables mostly affected by urbanization or urban heat island. As a results, annual mean RH is decreased from 73% to 68% during last 30 years. When we take into account the favorable and unfavorable factors all together, summer and autumn are the worst and the best season for optical remote sensing in Korea.
Offshore structures are generally exposed to harsh environments such as strong tidal currents and wind loadings. Monitoring the structural soundness and integrity of offshore structures is crucial to prevent catastrophic collapses and to prolong their lifetime; however, it is intrinsically challenging because of the difficulties in accessing the critical structural members that are located under water for installing and repairing sensors and data acquisition systems. Virtual sensing technologies have the potential to alleviate such difficulties by estimating the unmeasured structural responses at the desired locations using other measured responses. Despite the usefulness of virtual sensing, its performance and applicability to the structural health monitoring of offshore structures have not been fully studied to date. This study investigates the use of virtual sensing of offshore structures. A Kalman filter based virtual sensing algorithm is developed to estimate responses at the location of interest. Further, this algorithm performs a multi-sensor data fusion to improve the estimation accuracy under non-stationary tidal loading. Numerical analysis and laboratory experiments are conducted to verify the performance of the virtual sensing strategy using a bottom-fixed offshore structural model. Numerical and experimental results show that the unmeasured responses can be reasonably recovered from the measured responses.
Journal of the Korean Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry and Cartography
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v.31
no.2
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pp.143-150
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2013
Recently, environmental issues such as climate warming, ozone layer depletion, reduction of tropical forests and desertification are emerging as global environmental problems beyond national problems. And international attention and effort have been carried out in many ways to solve these problems. In this study, the growth of green was calculated quantitatively using the technique of remote sensing and temperature change was figured out through temperature extraction in the city. The land-cover changes and thermal changes for research areas were analyzed using Landsat TM images on May 2002 and May 2009. Surface temperature distribution was calculated using spectral degree of brightness of Band 6 that was Landsat TM thermal infrared sensor to extract the ground surface temperature in the city. As a result of research, the area of urban green belt was increased by $2.87km^2$ and the ground surface temperature decreased by $0.6^{\circ}C{\sim}0.8^{\circ}C$ before and after tree planting projects. Henceforth, if the additional study about temperature of downtown is performed based on remote sensing and measurement data, it will contribute to solve the problems about the urban environment.
The automatic analysis of high-resolution satellite image is important in cartography, surveillance, exploiting resources etc. However, the automatic analysis of high resolution satellite image in the urban area has lots of difficulty including a shadow, the difference of illumination with time, the complexity of image so that the present techniques are seemed to be impossible to resolve. This paper proposes a new way of change detection of building objects in urban area, in which the objects in digital vector map are designated and superimposed on the the high-resolution satellite image. The proposed way makes the buildings on the vector map parameterize, and searches them in the preprocessed high-resolution satellite image by using generalized Hough transform. The designated building objects are overlaid on the satellite image and the result can help to search the changes in building objects rapidly.
Kim, Sung-Hoon;Yun, Kong-Hyun;Sohn, Hong-Gyoo;Heo, Joon
Korean Journal of Remote Sensing
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v.23
no.6
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pp.529-536
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2007
As the Imperious surface is an important index for the estimation of urbanization and environmental change, the increase of impervious surfaces causes meteorological and hydrological changes like urban climate change, urban flood discharge increasing, urban flood frequency increasing, and urban flood modelling during the rainy season. In this study, the estimation of impervious surfaces is performed by using Landsat-7 ETM+ image in An-sung area. The construction of sampling data and checking data is used by IKONOS image. It transform to a tasselled cap and NDVI through the reflexibility rate of Landsat ETM+ image and analyze various variables that influence on impervious surface. Finally, the impervious surfaces map is accomplished by regression tree algorithm.
Journal of the Korean Institute of Landscape Architecture
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v.26
no.3
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pp.237-248
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1998
Landcover has been largely influenced by human activities, especially in recent days. The analysis of the change of land use by urbanized development is useful for determining development plan hereafter. This study aimed to the quantitative analysis about the urban sprawl within 12 years from 1985 to 1996, at Chonan, and for extracting the characteristics of change. For this purpose, this study performed land cover classifications using Landsat TM data . A hybrid classification method was used to classify satellite images into seven types of land cover. Road network digitied from 1:25,000 topographic map was rasterized and overlaid on the landcover map. A result of this study showed that area of forest and paddy decreased due to urban sprawl. Especially from 1993 to 1996, the change of land use progressed rapidly because of merging a city and a country in Chonan. The size of patch in forest had been smaller and irregular form. It is a general progress that size of patch in forest had been smaller and irregular form. It is a general progress that the forest have changed the paddy and bare land paddy and bare land have changed low-density urban or high-density urban. This explained how urbanized Chonan was and applied the suggeston of plan in landuse with the result of this study.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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