• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.217-217
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• 2023

상수도관망은 사용자에게 고품질의 물을 안정적으로 공급하는 것을 목적으로 하며, 이를 평가하기 위한 지표 중 하나로 압력을 활용한다. 최근 스마트 센서의 설치가 확장됨에 따라 기계학습기법을 이용한 실시간 데이터 기반의 분석이 활발하다. 따라서 어디에서 데이터를 수집하느냐에 대한 센서 위치 결정이 중요하다. 본 연구는 eXtreme Gradient Boosting(XGBoost) 모델을 활용하여 대규모 상수도관망 내 센서 위치를 최적화하는 방법론을 제안한다. XGBoost 모델은 여러 의사결정 나무(decision tree)를 활용하는 앙상블(ensemble) 모델이며, 오차에 따른 가중치를 부여하여 성능을 향상시키는 부스팅(boosting) 방식을 이용한다. 이는 분산 및 병렬 처리가 가능해 메모리리소스를 최적으로 사용하고, 학습 속도가 빠르며 결측치에 대한 전처리 과정을 모델 내에 포함하고 있다는 장점이 있다. 모델 구현을 위한 독립 변수 결정을 위해 압력 데이터의 변동성 및 평균압력 값을 고려하여 상수도관망을 대표하는 중요 절점(critical node)를 선정한다. 중요 절점의 압력 값을 예측하는 XGBoost 모델을 구축하고 모델의 성능과 요인 중요도(feature importance) 값을 고려하여 센서의 최적 위치를 선정한다. 이러한 방법론을 기반으로 상수도관망의 특성에 따른 경향성을 파악하기 위해 다양한 형태(예를 들어, 망형, 가지형)와 구성 절점의 수를 변화시키며 결과를 분석한다. 본 연구에서 구축한 XGBoost 모델은 추가적인 전처리 과정을 최소화하며 대규모 관망에 간편하게 사용할 수 있어 추후 다양한 입출력 데이터의 조합을 통해 센서 위치 외에도 상수도관망에서의 성능 최적화에 활용할 수 있을 것으로 기대한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.267-270
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• 2009

최근 우리나라는 기후온난화 등으로 인해 봄철과 겨울철에 심각한 가뭄이 자주 발생하고 있으며 그 정도는 점차 심해지고 있다. 2001년과 2002년 사이에 발생한 가뭄으로 약 100여개 시군에서 제한급수가 시행되기도 하였으며 2008년 말부터 발생하고 있는 남부지방의 가뭄은 식수를 걱정해야 할 정도로 심각한 실정이다. 이러한 기후변화는 수돗물의 안정적인 공급을 위한 수자원확보를 어렵게 하고 있다. 특히 하천수를 취수원으로 하고 있는 지방상수도의 경우 수돗물의 안정적인 공급과 수질측면에서 가뭄에 매우 취약한 조건을 가지고 있다. 따라서 이러한 가뭄에 대처하고 안정적인 물 공급을 제공할 수 있는 광역상수도의 역할이 중요해 지고 있다. 광역상수도는 여름철 홍수기에 가두어 놓은 댐의 물을 사용함으로써 안정적으로 물을 제공할 수 있다. 광역상수도는 가뭄시 안정적인 수돗물을 공급할 수 있을 뿐만 아니라 지역간의 요금편차를 제거하여 수도요금의 지역간 형평성을 고려할 수 있다. 또한 광역상수도를 사용하는 지방자치단체의 경우, 지방상수원 보호구역의 해제로 인해 지역개발을 활성화 시킬 수 있으며 국가차원에서도 물관리의 효율성을 증대시킬 수 있다. 본 연구는 이러한 광역상수도의 사회적 편익을 조건부 가치측정법(CVM)을 이용하여 추정하였다. 조건부가치측정법은 비사장 재화에 대한 가치를 추정할 수 있는 통계적 방법이다. 추정결과 안정적인 물공급을 위한 광역상수도의 가치는 음의 효용을 허용하지 않았을 경우, 가구당 5,796원의 지불의사금액으로 추정되었다. 이러한 결과는 광역상수도의 투자계획시 정책자료로 사용될 수 있으며 물정책 당국자에게 물관리측면에서 유용한 자료로 사용될 수 있다.

• Journal of Digital Convergence
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• v.12 no.12
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• pp.571-580
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• 2014

Korea's water supply efficiency is low, due to weak industrial structure, such as small scale, regional disparities in the management and services, unreasonable problem in a use and management of interregional water resources. This study investigated changes in the productivity of Jeollabuk-do local water supply service by using analysis of efficiency by data envelopment analysis and Malmquist Index Analysis. As a result, 6 office is showed that the value of scale efficiency is 1 and productivity index per gun in mainly seemed below average. Therefore these offices should strive to increase their productivity. This study is differentiated from earlier studies in the aspect of measuring change of productivity by not only DEA but also Malmquist productivity analysis. Therefore it will contribute to increase productivity of water supply in Jeollabuk-do.

• Proceedings of the International Union of Geodesy And Geophysics Korea Journal of Geophysical Research Conference
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• 2003.05a
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• pp.17-17
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• 2003

한반도에 있어서의 지진의 영향을 분석하기 위해서는 강지진동 연구가 필수적이다. 강지진동 자료가 부족한 한반도의 특성상 모사를 통해 연구하고 있다. 강지진동 분석을 하기 위해서는 되도록 노이즈가 포함되어 있지 않은 지진파자료를 선택하여 그 지진자료의 스펙트럼 분석을 통해 감쇠상수 k, Q 등을 구한다. 이러한 감쇠상수 값을 통해 한반도의 진동 특성을 이해할 수 있다. 그러나 감쇠상수를 구하는 과정에서 감쇠상수 분석에 사용된 지진자료에 노이즈가 더해졌을 경우, 어떤 형태로 스펙트럼 영역에 영향을 미치고, 감쇠상수에는 어떤 영향을 미치는 지를 연구하여 노이즈효과를 제거할 수 있는 최적화된 분석에 관한 연구가 선행되어야 한다고 본다. 따라서 이번 연구에서는 강지진동 모사프로그램을 가지고 노이즈효과를 적용하면서 감쇠상수에 노이즈가 어떤 영향을 미치는 지에 대한 수치 해석적 연구를 실시하였다. 합성지진파에 이 합성지진파와 전혀 다른 주파수 형태를 보이는 노이즈를 강도를 달리하면서 합성해 본 결과, 노이즈효과를 고려할 수 있는 몇 가지 요소가 있음을 알 수 있었다. 감쇠상수 k값을 강지진동 모사프로그램으로부터 값을 달리하며 합성해 본 결과 노이즈효과를 보이는 것을 알 수 있었으며, 감쇠상수 k를 선형회귀를 통해 $k_{s}$ 와 $k_{q}$를 구할 때의 적용 주파수 범위를 변화시켰을 때도 일정한 양상의 노이즈 효과를 보였다. 또 지진자료와 노이즈를 중첩시킨 지진파 시계열 자료의 정부분만을 감쇠상수 k를 구하는 선형회귀에 이용했을 경우에도 노이즈 효과를 보였다. 또한 계산되어 나온 감쇠상수 값으로부터 특정지역의 지반운동의 특성을 이해할 수 있는 스펙트럼 가속도, 최대 가속도, 및 최대속도 값에 따른 감쇠식을 구하였다. 이것을 한반도와 같은 판 내부 환경인 ENA 값과 비교하였으며 기존의 연구와도 비교하였다.심으로부터 지오이드까지의 거리, 지오이드로부터 지표까지의 거리를 정의해주었으며, 각 격자점의 수직구조를 정의하기 위해 깊이에 따른 각 매질의 밀도, P파의 속도, S파의 속도, P파에 대한 Q값, S파에 대한 Q값을 정의 해주었다. S파의 속도를 구하기 위해서 지구 내부 물질을 포아송 매질이라는 가정 하에, 관계식을 $Vp{\;}={\;}SQRT(3){\;}{\times}{\;}Vs$ 이용하였다. 획득한 모델치들을 이용해 동해와 동해 인근 지역에 대한 초기모델을 구축하였다. 약 1 × 10/sup 6/ e/sup -//sec·n㎡ 의 전자선량에 해당되며 이를 기준으로 각각의 illumination angle에 대한 임계전자선량을 평가할 수 있었다. 실질적으로 Cibbsite와 같은 무기수화물의 직접가열실험 시 전자빔 조사에 의해 야기되는 상전이 영향을 배제하고 실험을 수행하려면 illumination angle 0.2mrad (Dose rate : 8000 e/sup -//sec·n㎡)이하로 관찰하고 기록되어야 함을 본 자료로부터 알 수 있었다.운동횟수에 의한 영향으로써 운동시간을 1일 6시간으로 설정하여, 운동횟수를 결정하기 위하여 오전, 오후에 각 3시간씩 운동시키는 방법과 오전부터 6시간동안 운동시키는 두 방법을 이용하여 품질을 비교하였다. 각 조건에 따라 운동시킨 참돔의 수분함량을 나타낸 것으로, 2회(오전 3시간, 오후 3시간)에 나누어서 운동시키기 위한 육의 수분함량은 73.37±2.02%를 나타냈으며, 1회(6시간 운동)운동시키기 위한 육은 71.74±1.66%을 나타내었다. 각각의 운동조건에서 양식된 참돔은 사육초기에는 큰 변화가 없었으나, 사육 5일 이후에는 수분함량이 증가하여 15일에는 76.40±0.14, 75.62±0.98%의 수분함량을 2회와 1회 운동시킨 참돔의 육에서 각각 나타났다. 운동횟수에 따른 지

• Proceedings of the Korean Association of Geographic Inforamtion Studies Conference
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• 1995.12a
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• pp.9-21
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• 1995

A planning support system enhances our ability to use water capacity expansion as an urban growth management strategy. This paper reports the development of capacity expansion modeling of water supply as part of the continuing development of such a planning support system (PEGASUS: Planning Environment for Generation and Analysis of Spatial Urban Systems) to incorporate water supply, This system is designed from the understanding that land use and development drive the demand for infrastructure and infrastructure can have a significant influence on the ways in which land is developed and used. Capacity expansion Problems of water supply can be solved in two ways: 1) optimal control theory, and 2) mixed integer nonlinear programming (MINLP). Each method has its strengths and weaknesses. In this study the MINLP approach is used because of its strength of determining expansion sizing and timing simultaneously. A dynamic network optimization model and a water-distribution network analysis model can address the dynamic interdependence between water planning and land use planning. While the water-distribution network analysis model evaluates the performance of generated networks over time, the dynamic optimization model chooses alternatives to meet expanding water needs. In addition, the user and capacity expansion modeling-to-generate-alternatives (MGA) can generate alternatives. A cost benefit analysis module using a normalization technique helps in choosing the most economical among those alternatives. GIS provide a tool for estimating the volume of demanded water and showing results of the capacity expansion model.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.42 no.7
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• pp.537-546
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• 2009

Determination of optimal pressure monitoring location is essential to manage water distribution system efficiently and safely. In this study, entropy theory is applied to overcome defects of previous researches about determining the optimal sensor location. The previous studies required the calibration using historical data, therefore, it was difficult to apply the proposed method in the place where the enough data were not available. Also, most researches have focused on the locations to minimize cost and maximize accuracy of the model, which is not appropriate for the purpose of maintenance of the water distribution system. The proposed method in this study quantify the entropy which is defined as the amount of information calculated from the pressure change due to the variation of discharge. When abnormal condition is occurred in a node, the effect on the entire network is presented by the entropy, and the emitter is used to reproduce actual pressure change pattern in EPANET. The optimal location to install pressure sensors in water distribution system is the nodes having the maximum information from other nodes. The looped and branched networks are evaluated using the proposed model. As a result, entropy theory provides general guideline to select the locations to install pressure sensors and the results can be used to help decision makers.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.80-80
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• 2023

인구증가와 경제발전은 도시화를 촉진시키며 도시에서 물과 에너지 사용량을 급격히 증가시켰다. 도시 물순환 시스템에서 용수를 공급하기 위해 에너지가 사용되고 에너지 발전을 위해 물이 필요하듯이, 물과 에너지는 긴밀한 연결 관계를 가지고 있다. 도시에서 이러한 자원을 효율적으로 관리하기 위해서는 물과 에너지 사이에 존재하는 복잡한 관계를 고려하여 분석할 필요가 있으나 기존의 도시 물관리는 부문별로 독립된 접근방식에 의존하기 때문에 이를 설명하기는 어려웠다. 이러한 한계점을 극복하기 위해 부문 간 존재하는 복잡한 관계를 반영하고, 상호연관성 및 영향 효과에 대해 분석 가능한 통합적 접근방식인 넥서스 접근법이 점차적으로 활용되고 있다. 본 연구에서는 넥서스 관점에서 국내 광역지자체별 상수시스템의 물-에너지 관계를 분석하고, 이를 바탕으로 도시 물관리 전략 및 실행계획을 제시하는 것을 목적으로 하였다. 넥서스 관점에서 상수시스템의 물-에너지 이용을 분석하기 위해 2011년부터 2020년까지 10년간의 자료를 활용하여 광역자자체별 넥서스 프로파일링을 수행하였다. 분석 범위 설정, 자료 처리, 기본 경향 분석, 영향 요인 도출, 스냅샷 및 궤적 분석, 원인 도출의 절차로 진행되는 프로파일링을 통해 상수시스템에서 물 사용량과 에너지 사용량의 현황과 거동을 파악할 수 있었다. 인구변화, Lpcd(litres per capita per day) 변화, 원수 수입량 변동과 같은 외부 영향(부산, 대구, 인천, 울산, 세종), 시스템 개선 등을 통한 도시여건 개선(광주), 입력자료의 오류 또는 부정확성(대전, 울산, 제주)과 같은 도시별 물-에너지 사용량 변화에 대한 주요 원인을 도출할 수 있었다. 그리고 이를 바탕으로 각 광역지자체별 향후 추세 및 개선방안을 제시하였다. 본 연구에서는 넥서스 관점에서 국내 통계자료를 활용하여 광역지자체별 상수시스템의 물-에너지 관계를 분석하여 국내 도시 상수시스템 내 물과 에너지 사용에 대한 과학적 근거를 제공하였다. 이를 통해 향후 각각의 도시 여건에 맞는 실제 정책 수립에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.229-229
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• 2023

강화학습은 에이전트(agent)가 주어진 환경(environment)과의 상호작용을 통해서 상태(state)를 변화시켜가며 최대의 보상(reward)을 얻을 수 있도록 최적의 행동(action)을 학습하는 기계학습법을 의미한다. 최근 알파고와 같은 게임뿐만 아니라 자율주행 자동차, 로봇 제어 등 다양한 분야에서 널리 사용되고 있다. 상수도관망 분야의 경우에도 펌프 운영, 밸브 운영, 센서 최적 위치 선정 등 여러 문제에 적용되었으나, 설계에 강화학습을 적용한 연구는 없었다. 설계의 경우, 관망의 크기가 커짐에 따라 알고리즘의 탐색 공간의 크기가 증가하여 기존의 최적화 알고리즘을 이용하는 것에는 한계가 존재한다. 따라서 본 연구는 강화학습을 이용하여 상수도관망의 구성요소와 환경요인 간의 복잡한 상호작용을 고려하는 설계 방법론을 제안한다. 모델의 에이전트를 딥 강화학습(Deep Reinforcement Learning)으로 구성하여, 상태 및 행동 공간이 커 발생하는 고차원성 문제를 해결하였다. 또한, 해당 모델의 상태 및 보상으로 절점에서의 압력 및 수요량과 설계비용을 고려하여 적절한 수량과 수압의 용수 공급이 가능한 경제적인 관망을 설계하도록 하였다. 모델의 행동은 실제로 공학자가 설계하듯이 절점마다 하나씩 차례대로 다른 절점과의 연결 여부를 결정하는 것으로, 이를 통해 관망의 레이아웃(layout)과 관경을 결정한다. 본 연구에서 제안한 방법론을 규모가 큰 그리드 네트워크에 적용하여 모델을 검증하였으며, 고려해야 할 변수의 개수가 많음에도 불구하고 목적에 부합하는 관망을 설계할 수 있었다. 모델 학습과정 동안 에피소드의 평균 길이와 보상의 크기 등의 변화를 비교하여, 제안한 모델의 학습 능력을 평가 및 보완하였다. 향후 강화학습 모델을 통해 신뢰성(reliability) 또는 탄력성(resilience)과 같은 시스템의 성능까지 고려한 설계가 가능할 것으로 기대한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2006.05a
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• pp.275-280
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• 2006

7대 특.광역시의 시민 1,000명을 대상으로 생활용수의 수요패턴과 서비스 개선에 대한 지불의사를 추정하였다. 생활수준의 향상으로 정수기나 먹는 샘물을 이용하는 가구가 증가하고 있다. 수도요금에 대해서는 일반적으로 큰 부담을 갖고 있지 않으며 요금 상승시 강한 절수 의지를 보였다. 수돗물이 정수기나 먹는 샘물처럼 안전하다면 소비자는 현재보다 약 16%$(153/m^3)$의 수도요금을 추가적으로 지불할 의사가 있는 것으로 추정되었다. 최근 상수도 수요패턴의 변화는 정부가 더 이상 일방적으로 정책을 수립하는 것이 아니라 수요자의 소비 행태 등의 철저한 분석결과를 정책에 반영함으로써 보다 효율적인 상수도 정책이 수립될 수 있을 것이다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.55 no.spc1
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• pp.1211-1222
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• 2022

Abnormal condition inevitably occurs during operation of water distribution system (WDS) and requires the isolation of certain areas using isolation valves. In general, the determination of the optimal location of isolation valves considered minimization of hydraulic failures as isolation of certain areas causes a change in hydraulic states (e.g., flow direction, velocity, pressure, etc.). Water quality failure can also be induced by changes in hydraulics, which have not been considered for isolation valve system design. Therefore, this study proposes a new isolation valve system design methodology to prevent unexpected water quality failure events. The new methodology considers flow direction change ratio (FDCR), which accounts for flow direction changes after isolation of the area, as a constraint while reliability is used as the objective function. The optimal design model has been applied to a synthetic grid network and the results are compared with the traditional design approach. Results show that considering FDCR can eliminate flow direction changes while average pressure and coefficient of variation of pressure, velocity, and hydraulic geodesic index (HGI) outperform compared to the traditional design approach. The proposed methodology is expected to be a useful approach to minimizing unexpected consequences by traditional design approaches.