다편파 산란계를 이용한 벼 생육에 따른 후방산란계수 변화 분석 박지성, 이은선 지도교수 이훈열 강원대학교 지구물리학과.

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1 다편파 산란계를 이용한 벼 생육에 따른 후방산란계수 변화 분석 박지성, 이은선 지도교수 이훈열 강원대학교 지구물리학과

2 발표 순 서 1. 연구 배경 2. 연구 목적 3. 기초이론 및 연구 방법 - 벼의 생육 - 후 방산란계수 - 산 란계 4. 결과 및 해석 5. 결론

3 연구 배경 직접적인 접촉 없이도 관측대상의 특성을 파악할 수 있는 원격탐사 기술이 농업분야에서 주목 받고 있음 재배면적, 생육정도, 최적 수확시기 등 농작물 생육상태, 벼의 작황 및 수확량 예측 등에 활용 마이크로파 L-band(1.27 GHz) 와 C-band(5.3 GHz), X- band(9.65 GHz) 의 다편파 산란계 시스템을 이용 벼의 생육에 따른 후방산란계수를 관측하고, 초장 (Plant Height) 및 엽면적지수 (Leaf Area Index, LAI) 와의 상관계 수를 살펴봄 연구 목적

4 세계 인구의 약 절반 이상이 주식으로 삼는 주요 농작물 적절한 물과 햇볕이 충분히 제공되는 환경에서 잘 자라며 물이 많은 열대 지방에서는 1 년에 두 번씩 추수 파종 후 발아 - 생장 - 출수 - 성 숙의 단계를 거쳐 일생을 마 침 잎과 줄기 및 뿌리의 영양기 관이 형성되고 커지는 영양 생장기와 벼 알이 생겨나고 익는 생식생장기로 구분 기초이론 및 연구방법 - 벼의 생육

5 초장 초장 (Plant height) : 벼의 길이 - 생육시기에 따라 시험포장에서 생육이 고른 3 포기를 채취하여 생육측정자를 이용하여 초장 측정 엽면적지 수 엽면적지수 (LAI) : 단위지표면적에서 자라고 있는 모든 잎들의 면 적 ( 양쪽이 아닌 한쪽 면 ) 의 합을 지표면적으로 나눈 비율 - LI-3100 Area meter(LI-COR Inc., USA) 를 이용하여 측정

6 농업과학기술원 답작 포장 - 북위 37°15′28.0″ - 동경 126°59′21.5″ 연구지 역

7 벼의 생육 변화 모습 (a) 5 월 25 일 ( 모내기 직후 ) (f) 10 월 11 일 ( 수확기 ) (b) 6 월 19 일 ( 유효분얼기 )(c) 7 월 27 일 ( 유수형성기 ) (d) 8 월 16 일 ( 출수기 )(e) 9 월 17 일 ( 황숙기 )

8 시간에 따른 초장 및 LAI 의 변화 모 습

9 마이크로파가 지표면에서 산란되어 안테나로 되돌아오는 신호 후방산란 : 수신 안테나에 도달하는 단위면적당 파워의 크기 지표면의 기하, 거칠기, 수분 함유량 등 지표면과 관련된 변수들과 안 테나의 파장, 입사각, 편광 등 시스템과 관련된 변수들에 의하여 결정 마이크로파의 경우 짧은 파장에서는 표면 산란이 많이 발생하고, 파 장이 길어질수록 식물체의 줄기나 가지들로의 투과량이 커서 체적산 란이 많이 발생 후방산란계 수 - 후방산란계수 - 단위면적 - 수신마이크로파 파워 - 송신마이크로파 파워 - 수신안테나의 이득 - 송신안테나의 이득 - 대상체의 후방산란 유효 면 적 (Radar Cross Section, RCS)

10 Dual-Polarization Square Horn 안테나 사용 입사각 : 20˚ ~ 60˚ (5˚ 간격 ) 높이 : 4.16m 네트워크 분석기 - HP/AgiIent 8720D - 주파수 범위 : 20MHz ~ 20GHz 산란계 - 안테나, 고정 스탠드, 네트워크 분석기, 노트북 컴퓨터 등으로 구성 Band 중심주 파수 (GHz) 대역 (MHz) 파장 (m) 거리해 상도 (m) L1.271200.231.25 C5.36000.0560.25 X9.6510000.0310.15

11 네트워크 분석기를 사용하기 위하여 먼저 calibration kit 을 이용하여 각 band 마다 calibration 을 한 후 측정 각도 별로 8 회씩 측정하고, 벼에서 산란되어 돌아오 는 VV, VH, HV, HH 편파의 크기 (amplitude) 와 위상 (phase) 정보를 동시에 얻음 8 회씩 측정한 것을 평균내고, 그래프를 그려 신호가 나타나는 구간의 data 값 이용 각 밴드 별, 각도 별 후방산란계수 추출 후방산란계수 추출

12 6 월 19 일 C-band 45°

13 물에 의한 전반사로 인 해 모내기 직후에는 매 우 낮은 후방산란계수 값을 보임 파장이 짧은 X-band 는 표면산란의 영향을 많 이 받음 낟알이 익어감에 따라 그래프의 모습도 변화 1) 벼 군락의 생육에 따른 후방산란계수 의 변화 ◈ X-band 결과 및 해석

14 낟알에 의한 후방산란 계수의 증가가 보이지 않음 파장의 길이가 X-band 보다 길기 때문에 체적 산란의 영향을 받는 시 기가 좀 더 지속되어 나타남 ◈ C-band

15 파장이 다른 band 보다 길기 때문에 체적산란 의 영향을 계속해서 받 음 VV 편파의 경우 계속 해서 증가하는 양상이 나타남 ◈ L-band

16 2) 각 band 별 후방산란계수와 초장 및 LAI 와의 상관 도 ◈ X-band HH 편파에서 가장 높은 상관계수를 나타냄 VV 편파의 경우 상관계수가 매우 낮음 incidence angle VVHVHH 초장 LAI 초장 LAI 초장 LAI 20°0.190.360.800.850.580.66 25°0.470.620.720.750.610.70 30°0.450.560.650.75 0.83 35°0.580.690.730.800.850.90 40°0.570.680.770.840.820.90 45°0.420.490.770.840.780.86 50°0.270.330.710.770.740.82 55°-0.28-0.230.800.840.790.87 60°-0.47-0.490.790.800.770.85

17 0.9 가 넘는 높은 상관계수를 보임 25°~ 40° 까지는 HV, 45°~ 60° 까지는 HH 의 상관계수가 높게 나타남 incidence angle VVHVHH 초장 LAI 초장 LAI 초장 LAI 20°-0.41-0.280.910.870.610.63 25°0.730.720.970.940.530.50 30°0.820.800.960.940.870.84 35°0.760.710.95 0.930.87 40°0.710.740.930.960.950.91 45°0.640.760.910.920.940.90 50°0.710.770.89 0.940.91 55°0.630.720.850.870.950.96 60°0.390.460.91 0.940.96 ◈ C-band

18 다른 편파에 비해 HH 편파의 상관계수가 높게 나타남 incidence angle VVHVHH 초장 LAI 초장 LAI 초장 LAI 20°-0.60-0.750.360.28-0.39-0.22 25°-0.15-0.180.560.460.470.53 30°0.250.220.590.48-0.22-0.34 35°-0.87-0.770.710.63-0.070.14 40°0.770.630.760.690.710.74 45°0.900.860.740.680.910.92 50°0.920.820.750.710.950.97 55°0.810.720.780.740.930.95 60°0.820.830.720.690.840.88 ◈ L-band

19 파장이 짧은 X-band 는 벼가 성장함에 따라 체적산란은 줄어들고 표 면산란이 많이 발생하게 됨 ( 낟알의 출현 및 성숙과 민감하게 반응 ) X-band 보다 파장이 긴 C-band 와 L-band 에서는 체적산란의 영향을 받는 시기가 좀더 지속되어 나타남 초장 및 LAI 와의 상관계수는 C-band 의 경우 작은 입사각에서는 HV 편파에서 큰 입사각에서는 HH 편파에서 0.9 가 넘는 높은 값을 보였고, L-band 에서는 큰 입사각의 HH 편파에서 높은 값을 보임 X-band 와 초장 및 LAI 의 상관계수는 다른 band 에 비해 낮은 값을 나 타내었고, 특히 VV 편파에서의 상관계수가 가장 낮게 나타남 낟알의 출현과 관련하여 벼의 발아 - 출수 - 성숙 등의 시기별 변화관찰 을 위해서는 X-band 를, 초장 및 LAI 의 변화 관찰을 위해서는 C-band 또는 L-band 활용 결론

20 감사합니다