• 한국수자원학회논문집
• /
• 제57권3호
• /
• pp.209-223
• /
• 2024

4차 산업혁명 시대에 접어들어 데이터 기반의 의사결정이 보편화되고 있다. 하지만 데이터 품질이 확보되지 않은 채 수행되는 데이터 분석은 왜곡된 결과를 낳을 가능성이 존재한다. 수자원 관리의 기초가 되는 수위 데이터도 마찬가지로 결측, 스파이크, 잡음 등 다양한 품질 문제를 가진다. 본 연구에서는 잡음으로 인해 발생하는 데이터 품질 문제를 해결하고자 하였다. 잡음은 데이터의 트렌드 분석을 어렵게 하고 비정상적인 이상치를 생성할 가능성이 있다. 본 연구는 이러한 문제를 해결하기 위해 Wavelet Transform을 이용한 잡음 제거 접근 방안을 제안한다. Wavelet Transform은 신호처리에 주로 사용되는 방법으로 잡음 제거에 효과적인 것으로 알려져 있으며 수집된 데이터의 정답 데이터(True value) 수집을 요구하지 않으므로 시간과 비용을 줄일 수 있다는 점에서 적용이 용이한 편이다. 본 연구는 Wavelet Transform의 성능 평가를 위해 대표적인 머신러닝 기반 잡음 제거 방법인 Denoising Autoencoder와 성능 비교를 수행하였다. 그 결과 Wavelet Transform 중 Coiflets 함수는, Denoising Autoencoder에 비해 Mean Absolute Error, Mean Absolute Percentage Error, Mean Squared Error 등 모든 측면에서 우수한 성능을 보이는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 환경에 맞는 적절한 웨이블릿 함수의 선택을 통한 잡음 문제를 효과적으로 해결할 수 있음을 시사한다. 본 연구는 수위 데이터의 품질을 향상시켜 수자원 관리 결정의 신뢰성에 기여하는 강력한 도구로서 Wavelet Transform의 잠재력을 확인한 의의가 있다.

• 한국농업기계학회:학술대회논문집
• /
• 한국농업기계학회 2017년도 춘계공동학술대회
• /
• pp.148-148
• /
• 2017

방역 차량의 약액탱크, 차량의 연료, 워셔액 등의 탱크 내부에는 잔존량을 측정하기 위해 기둥과 floating box로 이루어진 부력식 수위레벨센서가 사용되고 있으나 액체레벨에 따라 float이 상하로 움직이는 측정원리상 차량 주행 중 정확성이 매우 떨어진다(Park et al. 2016). 방역차량이 주행 중 분사할 때, 슬로싱 현상과 방역소독기의 노즐과 펌프에서 발생하는 진동으로 인해 기존의 부력식 센서를 이용한 약제 살포량 측정방법은 정확성이 매우 떨어지는 경향이 있다. 본 연구의 목적은 방역차량이 주행하면서 분사할 때, 수위레벨 센서를 이용한 약제살포량 측정의 정확성을 개선하는 것으로 디지털 칼만필터, Low pass filter와 댐퍼를 제작하여 이용했다. 본 연구에서는 압력식 레벨센서를 이용해 약액탱크의 높이당 단면적과 수위를 측정하여 약제살포량을 계산했다. Python 2.7을 이용해 디지털 칼만필터와 Low pass filter(LPF)를 구현하였으며 3D프린터를 이용해 댐퍼를 제작했다. 실내에서 슬로싱 현상을 인공적으로 만들어 필터와 댐퍼의 수위 측정 정확성 개선효과를 확인 후 실제 방역차량에 부착하여 비포장도로에서 주행하면서 분사할 때 필터와 댐퍼의 효과를 확인하였다. 댐퍼의 공극률(p)을 바꿔가며 수위 측정 정확성 개선효과를 확인하였다. 실내, 현장 실험 결과, 칼만필터가 LPF보다 개선효과가 더 크지만 데이터 50개 처리에 1.71초의 시간지연이 발생했다. 댐퍼는 수위센서를 고정시키고 유체의 운동을 방해하여 이상치와 큰 오차제거에 효과적이었다. 칼만필터와 댐퍼를 동시에 이용할 경우, 수위 측정정확성 $R^2$는 0.9985, 0.9981로 ${\pm}4.3cm$의 범위내에서 수위를 측정할 수 있었다. 필터의 시간지연과 수위 측정정확성을 고려하여 데이터 기록간격을 3초로 설정하면 ${\pm}3cm$이내에서 약탱크 내 수위를 측정할 수 있었다. 공극률(p)가 0.294, 0.291, 0.17에서 측정정확성 $R^2$는 각각 0.9897, 0.9858, 0.9872 로 p가 0.294에서 개선효과가 가장 좋았으나 개선효과의 차이는 크지 않았다.

• 정보처리학회논문지C
• /
• 제9C권6호
• /
• pp.953-960
• /
• 2002

실시간 응용 프로그램은 미디어 데이터간에 만족되어야 할 동기화 제약조건(synchronization constraints)을 가지고 있다. 멀티미디어 데이터의 가변적 전송 시연 시간을 흡수하여 피드백 제어와 재생정책에 의한 동기화 기법을 수행한다. 버퍼의 수위가 정상레벨을 유지하는가에 대한 문제는 재생률과 QoS 서비스에 중요한 영향을 주게 된다. 본 논문에서는 버퍼의 수위를 안정상태고 유지하기 위해 피트백을 위한 필터링함수를 적용하고, 재생시간을 적응적으로 적용하여 미디어의 재생 시 끊어짐이 없는 유연한 재생을 한다. 또한 버퍼의 주 미디어인 오디오 프레임의 버퍼가 상위임계레벨에 수위가 존재 할 경우는 적응적으로 재생시간을 줄이고, 하위임계레벨에 버퍼의 수위가 있을 경우는 점차적으로 재생시간을 늘리는 시스템이다.

• 한국정보통신학회논문지
• /
• 제21권10호
• /
• pp.1964-1972
• /
• 2017

K-water에서는 2008년부터 부자식 및 초음파, 레이다식의 수위계에 대한 ISO 17025 국제공인 교정기관을 운영하고 있다. 현재까지 수위계의 교정은 고정표준실에서 실내 교정만이 가능하였으며, 이는 현장 등의 실외에서 교정하는 시스템의 부재가 원인이었다. 따라서 현장에서도 교정이 가능하도록 2015년에 이동형 교정시스템을 개발하였으며, 2016년에 각종 심사 및 위원회를 거쳐 한국인정기구(KOLAS)로부터 인정을 받았다. 본 논문에서는 한국인정기구로부터 인정받은 수위계 이동형 교정시스템 중 부자식 수위계를 현장에서 교정할 수 있는 교정시스템에 대하여 표준기 및 측정과 관련한 제반 사항에 대하여 검토하였다. 또한 설계의 기반이 되는 수학 모델을 도출하였으며, 이동형 교정시스템 구축을 통하여 수문관측 데이터에 대한 과학적인 시스템 운영으로 측정 데이터의 신뢰성을 확보하고자 하였다.

• 한국수자원학회논문집
• /
• 제57권7호
• /
• pp.471-479
• /
• 2024

기후변화로 인한 집중호우의 발생으로 홍수 피해가 심각해지고 있다. 하천의 수위 변동성을 예측하고 신속한 홍수 예·경보를 위해 물리적 기반의 수문 모형이 활용됐다. 최근에는 수문 데이터 간의 비선형적인 관계를 기반으로 머신러닝, 딥러닝 알고리즘을 활용한 수문 모의가 주목받고 있다. 본 연구에서는 Long Short-Term Memory (LSTM) 알고리즘을 활용하여 섬진강 수계의 하천 수위를 예측하고자 한다. 또한 Climate Prediction Center morphing method (CMORPH) 기반의 격자형 강우 자료를 알고리즘의 입력자료로 적용하여 지상 데이터의 한계를 보완하고자 한다. CMORPH 데이터와 LSTM 알고리즘을 결합한 모형의 수위 예측 결과는 평균 CC가 0.98, RMSE는 0.07 m, 그리고 NSE는 0.97로 나타났다. 향후 딥러닝과 원격자료를 활용하여 수위 예측을 수행한다면 지상 관측 데이터의 단점을 보완하고, 신뢰도 높은 예측 결과를 얻을 수 있을 것으로 기대되는 바이다.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
• /
• 한국정보통신학회 2022년도 춘계학술대회
• /
• pp.491-493
• /
• 2022

세계 각지에서 집중호우, 태풍 등으로 인한 홍수 피해가 많이 발생하고 있으며, 이러한 피해를 줄이기 위해 홍수를 미리 예측하는 것은 수해 피해 관리 차원에서 필수적인 요소이다. 본 논문에서는 홍수예측을 위한 핵심 파라미터인 수위, 강수량, 그리고 습도 데이터를 입력 데이터로 활용한 수위 예측 모델을 제안한다. 많은 연구 분야에서 이미 시계열 데이터 예측 성능이 검증된 LSTM 및 GRU 모델을 기반으로 기상청에서 제공하는 종관기상관측 자료와, 방재기상관측 자료를 활용하여 입력 데이터셋을 다르게 구축하고, 성능 비교 실험을 진행하였다. 결과적으로 종관기상관측 자료를 사용했을 때 가장 좋은 결과를 얻었다. 본 논문을 통해 입력 데이터에 따른 성능 비교 실험을 진행하였고, 향후 연구로 홍수 위험도 판별 모델과 연계하여 사전에 대피 결정이 가능한 시스템 개발의 초기 연구로서 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2002년도 기초과제 연구보고서
• /
• pp.309-324
• /
• 2002

국내의 경우 관개용수의 대부분은 벼생육을 위한 논의 관개응수로 사용되고있다. 농업용수 이용은 약 150억㎥/year, 이는 하천유지수량을 제외한 전체 물이용량 237억㎥/year의 약 63%에 해당한다. 최근 물절약은 가장 중요한 사회, 경제적인 이슈 중의 하나로 인식되고 있다. 그러나, 국내의 경우 관개효율은 여전히 낮아 약 35%의 관개용수가 손실되는 것으로 추정되고있다. 비록 관개에서의 물절약이 시급한 문제이기는 하지만 용수손실 원인에 따른 손실량에 대한 정량적인 연구가 행해지지 않았었다. 손실 원인에 따른 손실량을 계측하기 위한 시험지구로 경기 평택의 이동지구를 선정하였다. 시험지구의 주수원공으로는 유역면적 9,440ha, 관개면적 2,027ha인 이동저수지이며 상류유역에 미산 및 용덕저수지가 위치하고 관개지구내에 원암 및 은산양수장이 있다. 시험지구의 계측시설은 강우량 계측을 위하여 자기강우계를 설치하였고 저수위, 하천수위 및 응배수로의 수위 측정을 위하여 수위계를 설치하였다. 강우계는 4개소에 설치되었으며 수위계는 26개소에 설치되었다 강우계는 지구내의 저수지 및 양수장 관리사 부근 4개소에 전도형 자기우량계를 설치하였다. 수위계 26개소 중에서 저수지의 저수위 계측지점이 3개소이며 하천수위 계측지점이 2개소 그리고 용배수로의 간선수로 시점부와 간지선 분기점 등의 주요지점에 21개소의 계측지점이 있다. 모든 계측지점의 계측기에는 자체 혹은 별도의 자료저장용 데이터로거가 부착되어 현장 계측자료를 저장하도록 설치 되어있다. 강우계는 전도형강우계(tipping bucket type)이며 수위계는 계측지점의 특징에 따라 여러종류의 수위계측기가 설치되었다 예를들어 초음파수위계(ultrasonic-wave type), 부표식수위계(float type) 그리고 압력식수위계(Pressure type)가 설치되어 있다. 현장 계측기의 전원은 한국전력 전원 혹은 태양전지 및 축전지를 사용하였다. 수위계측지점의 유량을 환산하기 위하여 계측지점의 단면조사와 유속측정을 통해서 수위-유량관계(rating curve)를 규명하였다. 시험지구의 관개효율 및 용수손실 규명 등에 관한 기본자료를 수집하기 위해서는 계측시스템의 운영은 장기간으로 지속 되어야 한다

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
• /
• pp.483-483
• /
• 2023

2020년 8월 섬진강 유역에서 100년 빈도 이상의 대홍수가 발생함에 따라 제방이 붕괴되거나 하천 범람이 발생하는 피해가 발생하였다. 8월 홍수를 대상으로 섬진강 본류 남원(신덕리) 수위국에서 기존의 수위-유량 관계 곡선식(이하 Rating curve)의 최대 적용 가능 수위는 2.53m 이지만, 해당 기간 첨두 수위는 10m 이상을 기록하였다. 이러한 대홍수의 경우 기왕의 관측데이터가 없을 뿐만 아니라 기존의 Rating curve를 외삽하여 활용하는 것에도 한계가 있어 간접적으로 유량을 산정할 수 있는 기법이 필요하다. 본 연구에서는 이와 같이 유량측정이 어려운 지점을 대상으로 주어진 유량에 대하여 수위를 재현할 수 있는 K-water에서 개발된 K-River모형(1차원 하천수리해석모형)과 Monte Carlo 시뮬레이션 기법을 활용하여 간접적으로 유량을 산정할 수 있는 기법을 개발하였다. 개발된 방법론은 고수위 구간에 대한 Rating curve의 불확실성으로 인하여 본류와 지류의 유입량 추정이 어려웠던 섬진강 요천 합류부에 적용하였다. 대상구간은 본류(섬진강) 26km 및 지류(요천) 15km로 구성되어 있으며, 본류와 지류의 상류인 수위국 남원(신덕리) 관측소와 남원(동림교) 관측소에는 각각 기존의 Rating curve가 존재한다. 불확실성이 높은 Rating curve의 고수위 구간에 대한 매개변수를 조정하여 다수의 Rating curve를 생성하고, 이를 기반으로 관측수위를 다수의 상류 시계열 유량자료(경계조건)로 환산하였다. 다음으로 이 유량자료를 기반으로 앙상블 모의를 수행 후 대상구간의 중간지점에 위치한 수위국(고달(고달교) 관측소, 송동(요천대교) 관측소, 곡성(금곡교) 관측소)에서 수위재현성(NSE, RSR등 활용)을 평가하여 최적 샘플 추출을 추출하였다. 추출된 샘플로부터 상류 경계지점의 적정 Rating curve 선정과 각 지점에서의 시계열 수위 및 유량을 역으로 추정하였다. 이를 통해 실제 유량측정결과 없이도 간접적으로 신뢰도 높은 유량 자료를 확보할 수 있음을 확인할 수 있었으며, 향후 수자원의 효율적 관리 및 홍수관리를 위하여 효율적으로 활용이 가능할 것으로 생각된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
• /
• pp.451-451
• /
• 2022

최근 기후변화로 인하여 발생하는 강우 사상의 변화와 산업화 및 지표면 개발로 인한 인위적인 유역 특성의 변화는 유역 내 지표수 유출 및 지하수 함양에 영향을 미치게 되고, 이는 유역 내 하천 수생태계의 변화를 야기 할 수 있다. 또한 수문순환 요소 간의 상호 영향으로 인하여 유역 내 수문순환 요소의 변화는 타 수문순환 요소의 변화에 영향을 미칠 수 있기 때문에 유역 내 생태수문순환의 변화를 분석하기 위해서는 수문순환 요소 간의 상관관계와 수문순환 요소와 생태요소 간 상관관계의 규명이 매우 중요하다. 이번 연구는 하천 수생태계 건강성 및 지하수위 모니터링 자료 간 상관관계를 분석함으로써 지하수위의 변화가 하천 수생태계 건강성에 미칠 수 있는 영향을 분석하였다. 연구 지역을 선정하기 위하여 국내 전국 시·군 단위 행정구역 별 하천 수생태계 건강성 및 강수, 하천수위, 지하수위 등 수문순환 요소의 모니터링 자료를 수집하고, 유역 내 유출 특성을 대표할 수 있는 지표를 선정하여 국내 전국 행정구역 별 생태수문순환 건전성 악화 예상 지역을 평가하였다. 대표 연구 대상 행정구역을 선정하고, 행정구역 내 대표 하천 별 수생태계 건강성 모니터링 자료와 국가지하수위 관측망 및 농촌지하수관측망 지하수위 모니터링 자료의 상관관계 분석을 통하여 수생태계 건강성과 지하수위 변동 간 상관관계 분석을 실시하였다. 본 연구의 결과는 비교적 연중 흐름이 일정하게 유지되며 하천의 흐름을 유지하는데 기여할 수 있는 지하수위의 수생태계 건강성 관리 및 확보 측면에 대한 중요성을 정량적으로 제시할 수 있다. 추후 연구에서는 데이터 분석 결과를 바탕으로 강우-유출, 지하수 흐름 해석 모형의 결합을 통해 관리 방안 적용에 따른 효과를 제시하고자 한다.

• 한국정보통신학회논문지
• /
• 제25권11호
• /
• pp.1471-1476
• /
• 2021

수해는 홍수나 해일을 유발하여 막대한 인명과 재산의 피해를 초래할 수 있다. 이에 대해 홍수 예측을 통한 빠른 대피 결정으로 피해를 줄일 수 있으며, 해당 분야에서는 시계열 데이터를 활용하여 홍수를 예측하려는 연구들도 많이 진행되고 있다. 본 논문에서는 CNN 기반의 시계열 예측 모델을 제안한다. 하천의 수위와 강수량을 사용하여 CNN 기반의 수위 예측 모델을 구현하였고, 시계열 예측에 많이 사용되는 LSTM, GRU 모델과 비교하여 성능을 확인하였다. 또한 입력 데이터의 크기에 따른 성능 차이를 확인하여 보완해야 할 점을 찾을 수 있었고, LSTM과 GRU보다 더 좋은 성능을 낼 수 있다는 것을 확인하였다. 이를 통해 홍수 예측을 위한 초기 연구로서 활용할 수 있을 것으로 사료된다.