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논문 기본 정보

자료유형
학위논문
저자정보

조성억 (부경대학교, 부경대학교 대학원)

지도교수
이양원
발행연도
2022
저작권
부경대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수14

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

초록· 키워드

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A study was conducted to estimate high-resolution sea wind in coastal waters using SAR satellite images and deep neural network(DNN) models. The 368 Sentinel-1 SAR images were collected that cover the coastal waters of Busan, Ulsan, and Gyeongnam in Korea from 2015 to 2020. The VV and VH polarization bands and incident angle data were obtained from the SAR images. Predicted wind data by KMA LDAPS model, observed wind data from sea buoys and water depth in the study area were matched-up with the SAR images to establish a training dataset for DNN.
A total of four DNN models were constructed, those were the combinations of spatial resolutions(10m verse 100m) and wind directions(eastward wind verse northward wind). All of them went through training processes including parameter optimization. The final results of the DNN models showed correlation coefficient (CC) of 0.901 and MAE 1.467 for eastward wind, CC 0.826 and MAE 1.586 for northward wind at the spatial resolution of 10 m, CC 0.909 and MAE 1.378 for eastward wind, CC 0.827 and MAE 1.559 for northward wind at the spatial resolution of 100m.
Also the same training dataset was applied to calculate sea wind by geophysical model function(GMF), for the purpose of comparing DNN method to a conventional GMF method, CMOD5.N, which are most used for wind speed retrieval with SAR image. The wind speed by CMOD5.N showed CC 0.729 and MAE 2.277. As a result, in this study, the DNN models not only show better accuracy than the popular GMF method in estimating sea wind, but also have the advantage of being able to calculate wind direction compared to the CMOD method, which can only calculate wind speed.
The sea wind map of study area was implemented using QGIS with the high resolution wind data estimated by DNN models. This high resolution sea wind map could be utilized to check the business profitability of offshore wind farms. Also there found a tendency that sea wind becomes stronger as it goes out to open sea with fewer islands from coastal area with many islands close to the inland.
The difference in accuracy between the eastward wind DNN model and the northward wind DNN model was considered due to the low correlation between north wind and wave in southern sea area, especially in winter season when north wind dominates. For better accuracy, it is recommended to classify coastal regions and seasons along common marine meteorological characteristics, and to construct a deep neural network model for each classified case.

목차

1. 서론 1
1.1. 연구 배경 1
1.2. SAR의 원리 6
1.3. Sentinel-1 SAR 12
1.4. SAR 해상풍 연구의 해외 동향 18
1.5. SAR 해상풍 연구의 국내 동향 20
1.6. 연구 목적 22
2. 재료 및 방법 24
2.1. 연구 영역 24
2.2. Sentinel-1 SAR 위성영상 수집 및 처리 25
2.3. 해양부이 관측 데이터 수집 및 처리 28
2.4. 수심 데이터 수집 및 처리 30
2.5. 지표면 고도 데이터 수집 및 처리 30
2.6. 지역예보모델(LDAPS) 결과 수집 및 처리 32
2.7. 심층신경망 학습용 데이터셋 구축 34
2.8. DNN 모델 수립 및 해상풍 산출 36
2.9. GMF 방식으로 해상풍 산출 37
2.10. 고해상도 해상풍 지도 표출 38
2.11. DNN 모델의 적용기간 확장성 시험 39
3. 결과 41
3.1. 10m 해상도의 SAR 영상용 DNN 모델 41
3.2. 10m 고해상도의 해상풍 지도의 표출 45
3.3. 10m 해상도 DNN 모델의 정점별 분석 48
3.4. 10m 해상도 DNN 모델의 계절별 분석 58
3.5. 100m 해상도의 SAR 영상용 DNN 모델 64
3.6. 10m 해상도와 100m 해상도의 DNN 모델간 비교 68
3.7. 고해상도 해상풍 지도 70
3.8. DNN 모델의 적용기간 확장성 75
3.9. GMF로 산출한 해상풍 83
4. 고찰 85
4.1. GMF와 DNN의 비교 85
4.2. 풍속 분포와 풍력발전 단지 87
4.3. 동서풍속 모델 대비 남북풍속 모델의 정확도 차이 90
5. 결론 94
참고문헌 96

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