이 논문에서는 반무한 고체영역의 표면에서 측정한 변위응답의 시간이력으로부터 유한요소망 연속기법을 이용해 탄성파 속도의 공간적 분포를 추정하는 역해석 문제를 소개한다. 반무한 영역에서의 역해석을 위해서는 해석 대상이 되는 유한영역의 경계에서 파동의 반사가 일어나지 않도록 하는 것이 중요하다. 이를 위해 유한영역의 경계면에 perfectly-matchedlayers(PMLs)라는 수치적 파동흡수층을 도입하였고, PML을 경계로 하는 유한영역에서 역해석 문제를 정의하였다. 이 문제를 탄성파동방정식을 구속조건으로 하는 최적화 문제로 표현하였으며, 라그랑주 승수법에 기초한 비구속 최적화 기법에 의해 탄성파속도의 최적 분포를 결정하였다. 해의 정확도와 수렴성을 높이기 위해 유한요소망 연속기법을 도입하여 점진적으로 밀도가 증가하는 유한요소망에 대해 연속적으로 역해석을 수행하였다. 1차원 예제들을 통해 유한요소망 연속기법을 이용한 역해석으로부터 탄성파속도의 분포를 정확히 추정할 수 있음을 확인하였으며, 측정 응답에 노이즈가 존재하는 경우에도 제안한 역해석 기법은 목표 탄성파속도 분포에 근사한 결과를 도출하였다.
1995년도 1996년 6월에 실시된 CREAMS 항해 관측 자료를 이용하여 Wasaka bay 연안역의 수온역전 현상을 조사하였다. 수온역전현상은 대부분 20m 이천의 상층부에 위치하였으며, 특히 쓰시마난류와 연안수와의 경계역 부분에 형성되었다. 쓰시마난류는 고온${\cdot}$고염분수의 특징을 가지며, 이러한 고수온은 경계역 부분에서 수온역전 현상을 초래하여 밀도 역전현상을 일으키는 작용을 하는 반면, 고염분은 밀도를 증가시켜 주는 작용을 하여 수온역전에 따른 밀도역전현상을 막아주는 역할을 한다.
동중국해 북부에서 쿠로시오의 경계역으로 확장된 중국대륙 연안수가 주변의 북상 난류역에 의해 포획된 후 고립되는 현상이 1999년 및 2003년 NOAA 위성영상에 포착되었다. 1999년의 경우 cold core eddy는 약 2개월간 존재(5월초~6월 하순)하였고, cold core의 중심 수온은 15~20℃로 주변해역의 17~23℃보다 2~3℃ 낮게 나타났다. 1999년 5월 7일 획득된 SeaWiFS 위성자료로부터 추정된 클로로필 α 분포는 1999년 5월 6일부터 획득된 NOAA 위성수온 영상에 나타난 cold core eddy의 주변 가장자리 해역에서 비교적 높게 나타났다. 2003년 경우 2월 중순에 cold core의 수온은 9~10℃c였으며 직경 150km 정도였다. cold core의 수평규모는 50m 등수심 분포와 유사하게 나타났다. 이어도를 중심으로 동계 및 춘계에 나타나는 cold core eddy의 형성 메카니즘은 중국대륙 연안수와 쿠로시오 난류가 만나는 경계역에서의 힘의 균형과 계절풍 조건, 해저 지형 분포와 밀접한 관계성이 있는 것으로 사료된다.
본 논문에서는, clustered-dot 방법으로 해프톤된 칼라 인쇄물에 대한 새로운 역 해프토닝 방법을 제안한다. 제안한 방법은 채널 영상을 블록 단위로 나눈 후, 모아레 영역올 추출하고 평활화 단계에서 모아레 패턴의 세기에 따라 평활화 정도를 조절함으로써 기존의 방법보다 자연스럽게 평활화된 연속계조영상(continuous tone image)을 얻을수 있다. 이때 경계 정보를 함께 고려함으로써, 역 해프토닝된 영상에서 의미있는 경계가 잘 보존될 수 있도록 하였다. 실험을 통해, 제안한 방법이 경계를 잘 보존하고 모아레 패턴을 효과적으로 제거함으로써 기존의 방법보다 향상된 역 해프토닝 결과를 얻올 수 있음을 확인하였다. 제안한 방법은 디지털 도서관의 구축, 칼라 인쇄물 영상 압축, 멀티미디어 제작 동의 분야에서 효과적으로 활용될 수 있다.
칼라 역 헤프토닝(Color inverse halftoning)은 헤프토닝된 칼라 영상을 시각적으로 보다 자연스러운 연속계조 영상으로 변환해 주는 방법이다. 본 논문에서는, 칼라 채널 영상에서 나타나는 모아레 페턴을 효과적으로 제거하면서 경계를 보존할 수 있는 적응적 평활화(adaptive smoothin) 방법을 제안하였다. 적응적 평활화 방법은 해프톤 영상을 블록으로 나눈 후, 각 블록에서의 모아레 패턴이 존재하는 정도를 나타내는 모아레 가중치 값을 계산하고, 이 값에 다라 평활화 정도를 조절한다. 실험을 통해 제안한 방법이 경계를 효과적으로 보존하면서도 모아레 패턴을 효과적으로 제거할 수 있음을 확인하였다. 제안한 방법은 전자 출판, 칼라 팩스, 해프톤 영상의 압축, 디지털 도서관 구축 등과 간은 멀티미디어 응용 분야에서 유용하게 활용할 수 있다.
3차원 대규모 지하구조물의 동적응답을 결정하기 위한 일반적인 수치해석이 제안되었다. 지반과 구조물을 해석하기 위하여 Laplace 변환을 적용한 경계요소법을 설명하였고, 지반-구조물계에 작용하는 외부 동적하중과 지진파를 고려할 수 있도록 공식화하였다. 동적교란이 전파되는 경우에 시간영역의 응답을 얻기 위하여는 구해진 변화된 해를 수치적인 Laplce 역변환을 수행하여야 하지만 동적교란이 조화적인 경우에는 응답이 주파수 영역으로부터 직접 얻어지며, 역변환이 필요하지 않다. 이 방법의 특징은 높은 정확도와 효율성이며, 지반-구조물계에 대하여 초기조건 및 점탄성 재료의 거동을 쉽게 고려할 수 있다는 것이다. 그러므로 이 방법은 다양한 지하구조물의 동적거동과 지진에 대한 취약함을 연구하기 위한 적절한 도구로 사용되어 질 수 있다.
본 논문에서는 응고계면을 기준으로 하여 액상역, 고상역 및 로울등을 각각 계산 가능한 영역으로 좌표변환하는 경계공정법을 사용하여 로울두께 방향의 온도분 포와 고상역과 액상역의 속도 분포를 고려한 2차원 응고해석을 하여 모델재료를 이용 한 실험결과와 비교 검토하여 이론해석의 타당성을 검정한다. 그리고 열전도율이 연 강보다 적어 박판제조가 어려운 재료인 스테인리스강을 용탕으로부터 직접 생산하기 위한 압연조건을 정량적으로 제시하며, 압연로울의 냉각특성을 밝힌다.
국외에서는 DNAPL오염부지 정화처리 과정에서 오염된 저투수성 매체를 주요 관리대상으로 고려하며, 저투수성 매체로부터 역확산하는 오염물질과 대수층 오염 지속성에 관한 연구가 활발히 진행되어 왔다. 그러나 국내 지하수 분야에서는 관련 연구가 미비한 실정이기 때문에, 본 논문은 저투수성 매체에서 오염물질의 정확산 및 역확산 현상을 소개하고 대표적인 연구사례를 통해 그 중요성을 제안하고자 한다. 본 논문에서는 저투수성 매체의 경계조건에 따른 6개의 정확산 및 역확산 시나리오와 각각의 시나리오에 사용된 해석해를 제시하였다. FI (forward diffusion into infinite domain)와 BI (back diffusion from infinite domain) 시나리오는 저투수성 매체의 깊이를 무한하게 가정한 경우, 정확산과 역확산 시나리오를 나타내며 과거 대다수의 저투수성 매체와 관련된 연구에서 사용되었다. 최근 연구에서는 저투수성 매체의 깊이를 유한하게 고려하고 있으며, 본 연구에서 사용한 유한 경계에서 정확산 시나리오는 FFN(forward diffusion into finite domain with no flux boundary), 역확산 시나리오는 BFN (back diffusion from finite domain with no flux boundary)이다. 또한 저투수성 매체 하부 경계를 통한 오염물질의 이동이 가능할 때 정확산 시나리오는 FFF (forward diffusion into finite domain with flux boundary), 역확산 시나리오는 BFF (back diffusion from finite domain with flux boundary)에 해당한다. 본 논문에서 제시한 시나리오와 해석해를 사용한 모델링은 저투수성 매체의 깊이 또는 오염 노출 기간 등의 현장 특성에 맞는 오염처리 공법을 선정하는데 기여할 수 있다. 또한 모델링 결과는 대수층의 정화 이후에도 역확산으로 발생하는 오염의 지속기간, 오염 정도 등의 정보를 제공함으로써 보다 효율적인 오염 정화처리에 기여할 것으로 사료된다.
본 논문에서는 물성이 균일하지 않은 반무한 고체영역의 탄성파속도 분포를 재구성하기 위한 시간영역 Gauss-Newton 전체파형 역해석 기법을 소개한다. 반무한 영역을 유한 계산영역으로 치환하기 위하여 유한영역의 경계에 수치적 파동흡수 경계조건인 perfectly-matched-layers(PMLs)를 도입하였다. 이 역해석 문제는 PML을 경계로 하는 영역에서의 탄성파동방정식을 구속조건으로 하는 최적화 문제로 성립되며, 표면에서 측정된 변위응답과 혼합유한요소법에 의해 계산된 응답간의 차이를 최소화함으로써 미지의 탄성파속도 분포를 결정한다. 이 과정에서 Gauss-Newton-Krylov 최적화 알고리즘과 정규화기법을 사용하여 탄성파속도의 분포를 반복적으로 업데이트하였다. 1차원 수치예제들을 통해 Gauss-Newton 역해석으로 부터 재구성된 탄성파속도의 분포가 목표값에 충분히 근사함을 보였으며, Fletcher Reeves 최적화 알고리즘을 사용한 기존의 역해석 결과에 비해 수렴율이 현저히 개선되고 계산 소요시간이 단축됨을 확인할 수 있었다.
이제까지 천해역에서의 파랑변형을 계산하는 여러가지 수치모형이 제안되어 있다. 그 가운데 Berkhoff(1972)가 유도한 완경사방정식을 수치계산이 쉽고, 쇄파감쇠 및 반사의 고려가 용이한 형태로 개량한 환산·경도(1985)의 시간의존 쌍곡선형 완경사방정식은 널리 이용되고 있다. 계산대상영역에 파가 비스듬하게 입사하는 경우, 외해측 경계뿐만 아니라, 파가 입사하는 측의 측방경계도 입사경계가 될 수 있다. (중략)
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[게시일 2004년 10월 1일]
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