X-band 자동관측시스템을 이용한 벼 생육인자 추정

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1 X-band 자동관측시스템을 이용한 벼 생육인자 추정
김이현1*, 홍석영1, 최은영 1, 이훈열2 1 농촌진흥청 국립농업과학원 토양비료관리과 2 강원대학교 지구물리학과

2 발표내용 연구배경 및 연구동향 1 연구목적 2 연구방법 3 연구결과 4 결론 및 향후 계획 5

3 연구배경 및 연구동향 연구배경 여름철 날씨의 영향으로 농경지에 광학영상을 활용하기가 힘듦
레이더 자료를 이용하여 작물생육 및 수량, 재해관측 등 다양한 활용방안 모색 밴드에 따라 작물군락의 침투 정도 다름 <밴드별 작물 침투 정도> <작물군락에서의 밴드별 후방산란과정>

4 연구배경 및 연구동향 연구동향 레이더 자료를 이용한 후방산란계수와 작물생육과의 관계분석 연구 Le Toan, 1997
Inoue, 2003 The backscattering coefficient verus plant biomass: comparison theoretical model-experimental data

5 연구배경 및 연구동향 연구동향 벼 생육시기에 따른 후방산란계수변화 관측(2007년, 농과원)
Network Analyzer Dual Polarimetric Horn Antenna L-band C-band X-band 측정과정에서 날씨 영향을 많이 받고 Calibration 재현성 문제 등이 발생

6 연구목적 기반 자동관측 시스템 구축 벼 생육시기에 따른 후방산란계수와 벼 생육인자와의 관계분석
기후 등의 영향을 받지 않고 레이더 산란측정을 할 수 있는 X-band antenna 기반 자동관측 시스템 구축 벼 생육시기에 따른 후방산란계수와 벼 생육인자와의 관계분석 후방산란계수를 이용한 작물생육인자 추정

7 연구방법 연구지역 국립농업과학원 시험포장 재배품종 : 추청벼 면적 : 660m2

8 연구방법 X-band 자동 산란계 관측 시스템 강우, 바람, 습도 등 기후요인의 영향을 많이 받음 자동관측시스템 구축
측정시 마다 calibration 정확도 문제 발생 자동관측시스템 구축

9 연구방법 구성항목별 특성 Specification X-Band Center frequency 9.65GHz Bandwidth
Number of frequency points 1601 Wavelength 0.031m Slant range resolution 0.15m Antenna type Dual polarimetric horn Antenna gain 22.4dB Polarization HH, VV, HV, VH Incident angle 45° Measurement interval 1 per 10minutes

10 연구방법 후방산란계수 측정 : 벼 이앙기 전(5월 중순) ~ 벼 수확기(10월 중순)
작물생육조사 : 초장, 경수, 엽면적지수, 생체중, 건물중 등(1회/주) 모심기 직후(5월 중순) 유수형성기 (7월 중하순) 출수기 (8월 중순) 수확기 (10월 중순)

11 연구방법 후방산란계수 산출 (apply to radar equation) 후방산란계수 산정식

12 연구결과 벼 생육시기에 따른 편파별 X-band 후방산란계수 변화 Incident angle: 45 2008 2007

13 연구결과 X-band 후방산란계수와 벼 생육인자와의 상관관계 (n=20) (n=20) < 2008 > VV HH
HV Incident angle Plant height LAI Tfw (g/m2) Tdw 45 0.59* 0.64** 0.57* 0.55* 0.81** 0.73** 0.71** 0.42* 0.60* 0.50* < 2007 > (n=20) VV HH HV Incident angle Plant height LAI Tfw (g/m2) Tdw 45 0.33ns 0.45* 0.42* 0.40* 0.74** 0.84** 0.81** 0.82** 0.76** 0.79** ns : Non significance *: level of significance p<0.05 ** : level of significance p<0.01

14 X-band 후방산란계수와 이삭건물중과의 상관관계
연구결과 X-band 후방산란계수와 이삭건물중과의 상관관계 < 2008 > (n=14) Incident angle VV HH VH HV 45 0.89** 0.21ns 0.43* 0.44* < 2007 > (n=8) Incident angle VV HH VH HV 25 -0.33ns 0.35ns 0.55* 0.56* 30 0.51* 0.31ns -0.44* -0.45* 35 0.70* * -0.30ns -0.40* 40 0.78** -0.36ns -0.46* 45 0.85** 0.39ns 0.44* 0.45*

15 연구결과 X-band 후방산란계수를 이용한 이삭 건물중과의 관계

16 이삭건물중 실측값과 추정값 비교(1:1 line)
연구결과 이삭건물중 실측값과 추정값 비교(1:1 line) R2=0.85*** RMSE=

17 결론 모든 편파별 후방산란계수는 dual-peak 현상
기후 등의 영향을 받지 않고 레이더 산란측정을 할 수 있는 X-band antenna 기반 자동관측 시스템 구축 벼 생육초기에는 VV편파가 HH, HV/VH편파보다 후방산란계수가 높음 모든 편파별 후방산란계수는 dual-peak 현상 편파별 후방산란계수와 벼 생육인자와의 관계 분석결과 초장, 엽면적지수, 생체중과의 상관관계가 낮음 VV편파 후방산란계수와 이삭건물중과의 상관관계가 높게 나타남 VV편파 후방산란계수를 이용한 이삭건물중 추정(R2=0.85) X-band 후방산란계수를 이용한 벼 생육인자 예측 가능성 확인

18 Dual Polarimetric Horn Antenna
향후 계획 레이더 산란계를 이용한 작물생육 모형 개발 Dual Polarimetric Horn Antenna L-band C-band X-band 다편파 산란계 자동관측시스템구축(L, C, X, 밴드) 시험지역 : 농과원 답작포장(면적: 660m2, 재배품종: 추청벼) 작물생육조사 : Biomass, LAI, 수량 등 기상자료 수집 : 풍향, 풍속, 습도, 강수량, 일사량 등 습도, 풍속,강수량 등 기후요인을 고려한 후방산란계수 변화 관측 밴드, 편파별 후방산란계수를 이용한 작물생육 경험 모델식 작성 작물생육모형 정확성 검증

19 Q & A