• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.416-416
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• 2020

우리나라의 계절 특성상 여름철 집중호우가 쏟아지는 현상이 빈번하게 발생하는데 이러한 돌발홍수가 예고 없이 일어나 상습적으로 침수 피해를 입는 지역이 증가하고 있다. 본 연구에서 2009년 ~ 2019년 동안 서울시 침수 피해 사건 중심의 인터넷 기사를 기반으로 실제 침수 사례를 조사해본 결과, 침수가 가장 많이 발생한 순으로 반포동(26건), 대치동(25건), 잠실동(21건)으로 집계되었다. 침수피해가 가장 많은 반포동을 연구지역으로 선정하고 그 중 잠수교의 수위를 예측하는 연구를 진행하였다. 기존 연구에서는 수치모형에 비해 신속한 결과를 도출할 수 있는 자료 기반 모형 중 LSTM 기법을 많이 사용하였다. 그러나 이는 선행 시간이 길어질수록 첨두수위에서 과소추정된 것으로 분석된 취약점이 존재하였다(정성호 외, 2018). 본 연구에서는 이러한 단점을 보완하기 위해 GANs(Generative Adversarial Networks)를 이용하였다. GANs는 생성자와 감별자가 나뉘어 생성자가 실제 자료인 첨두수위에서의 잠수교의 수위를 학습하고 실제와 근접한 가상데이터를 결과로 생성하여 감별자는 그 생성된 미래의 잠수교의 수위가 실제인지 가상인지 판별하도록 학습시키는 신경망 구조이다. 사용한 수문자료는 한강홍수통제소, 기상청, 국립해양조사원에서 제공하는 최근 15년간의 (2005년~2019년) 수위, 방류량, 강수량, 조위 자료를 수집하였고 t-test와 상관성분석을 통해 사용한 인자 간의 유의미성 판단과 상관성을 분석했다. 또한, 민감도 분석 결과 시퀀스길이(5), 반복횟수(1000), 은닉층(10), 학습률(0.005)로 최적값을 선정하였다. 또한 학습구간(2005년~2014년)과 검증구간(2015~2019년)으로 나누어 상대적으로 높은 수위가 관측되는 홍수기의 3, 6, 9시간 후의 수위를 예측하고 오차 지표를 이용해 평가하였다. LSTM 기법으로 예측된 수위와 GANs로 예측된 수위를 비교한 결과 GANs으로 예측된 첨두수위에서의 정확도가 5% 정도로 향상되었다. 향후에는 다양한 영향인자와 다른 기법과의 결합을 고려한다면 보다 정확하게 수위를 예측하여 하천 주변 사회기반시설의 침수 피해를 감소시킬 것으로 판단된다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제28권5호
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• pp.265-276
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• 2016

2011년 3월 11일에 발생한 2011년 동일본(도호쿠) 지진해일은 한반도에 도달하여 많은 조위관측소에 기록되었다. 북동쪽 조위관측소 관측 자료에서 기존의 수치모의로 예측한 지진해일 도달시각보다 매우 이른 시간에 지진해일이 관측되는 지진해일 선행파가 관측되었다. Murotani et al.(2015)는 지형효과가 일본 및 러시아에서 관측된 지진해일 선행파와 관련 있음을 밝혔다. 본 연구에서는 지형효과를 고려한 지진해일 수치모의를 통해 우리나라에서 관측된 지진해일 선행파를 재현하였다. 이를 통하여 2011년 동일본 대지진과 같이 완만한 경사의 단층에서 발생한 지진에 의한 지진해일의 경우 지형효과를 고려하는 것이 지진해일 예측에 중요함을 알 수 있었다. 그러나 수치모의에 지형효과를 고려하기 위해서는 추가적인 연산 시간이 소요되므로 지진해일 통보 시스템에 적용하기 위해서는 충분한 검토가 필요하다.

• 한국정보과학회논문지:시스템및이론
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• 제31권8호
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• pp.445-452
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• 2004

디스크의 구역분할기술(zoning technology)은 디스크의 저장용량과 평균 전송 대역폭을 증가시킴으로써, 디스크 서브시스템의 성능을 향상시켰다. 멀티미디어 시스템에서 구역분할 디스크의 성능을 충분히 이용하기 위하여 이중 버퍼링을 하는 SCAN 스케줄링을 사용한다. 하지만, 이 방식은 새로운 스트림의 요청 시에 지터(jitter)를 발생시키는 문제점이 있다. 본 논문에서는 이 문제를 해결하기 위한 선행버퍼링(pre-buffering) 기법을 제안한다. 선행 버퍼링은 디스크 서브시스템의 수학적 모델을 통하여 스트림의 개수에 따른 주기시간과 각 주기시간에 필요한 데이타 양, 그리고 새로운 스트림 요청 시에 발생하는 데이타의 부족분을 예측하고, 예상되는 데이타의 부족분을 각 스트림의 서비스 전에 미리 버퍼링함으로써, 지터를 방지한다. 선행 버퍼링 기법은 멀티미디어 서버에 적용되어 사용자에게 지터 없는 고품질의 서비스를 제공하는 데 기여할 수 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.450-450
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• 2021

기후변화 보고서에 따르면 집중 호우의 강도 및 빈도 증가가 향후 몇 년동안 지속될 것이라 제시하였다. 이러한 집중호우가 빈번히 발생하게 된다면 강우 침식성이 증가하여 표토 침식에 더 취약하게 발생된다. Universal Soil Loss Equation (USLE) 입력 매개 변수 중 하나인 강우침식능인자는 토양 유실을 예측할때 강우 강도의 미치는 영향을 제시하는 인자이다. 선행 연구에서 USLE 방법을 사용하여 강우침식능인자를 산정하였지만, 60분 단위 강우자료를 이용하였기 때문에 정확한 30분 최대 강우강도 산정을 고려하지 못하는 한계점이 있다. 본 연구의 목적은 강우침식능인자를 이전의 진행된 방법보다 더 빠르고 정확하게 예측하는 머신러닝 모델을 개발하며, 총 월별 강우량, 최대 일 강우량 및 최대 시간별 강우량 데이터만 있어도 산정이 가능하도록 하였다. 이를 위해 본 연구에서는 강우침식능인자의 산정 값의 정확도를 높이기 위해 1분 간격 강우 데이터를 사용하며, 최근 강우 패턴을 반영하기 위해서 2013-2019년 자료로 이용했다. 우선, 월별 특성을 파악하기 위해 USLE 계산 방법을 사용하여 월별 강우침식능인자를 산정하였고, 국내 50개 지점을 대상으로 계산된 월별 강우침식능인자를 실측 값으로 정하여, 머신러닝 모델을 통하여 강우침식능인자 예측하도록 학습시켜 분석하였다. 이 연구에 사용된 머신러닝 모델들은 Decision Tree, Random Forest, K-Nearest Neighbors, Gradient Boosting, eXtreme Gradient Boost 및 Deep Neural Network을 이용하였다. 또한, 교차 검증을 통해서 모델 중 Deep Neural Network이 강우침식능인자 예측 정확도가 가장 높게 산정하였다. Deep Neural Network은 Nash-Sutcliffe Efficiency (NSE) 와 Coefficient of determination (R²)의 결과값이 0.87로서 모델의 예측성을 입증하였으며, 검증 모델을 테스트 하기 위해 국내 6개 지점을 무작위로 선별하여 강우침식능인자를 분석하였다. 본 연구 결과에서 나온 Deep Neural Network을 이용하면, 훨씬 적은 노력과 시간으로 원하는 지점에서 월별 강우침식능인자를 예측할 수 있으며, 한국 강우 패턴을 효율적으로 분석 할 수 있을 것이라 판단된다. 이를 통해 향후 토양 침식 위험을 지표화하는 것뿐만 아니라 토양 보전 계획을 수립할 수 있으며, 위험 지역을 우선적으로 선별하고 제시하는데 유용하게 사용 될 것이라 사료된다.

• 한국정보과학회:학술대회논문집
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• 한국정보과학회 2003년도 봄 학술발표논문집 Vol.30 No.1 (A)
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• pp.109-111
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• 2003

클러스터 시스템의 성능 향상을 위해서는 컴퓨팅 자원을 효과적으로 사용하여야 한다. 과거에는 전체 시스템 자원을 효과적으로 사용하기 위해 각 노드들의 부하를 균등하게 하는 방향으로 연구가 진행되어 왔으나, 부하 분산 시스템이 작업의 자원 요구 형태를 고려하여 작업을 배치하는 경우 성능을 더욱 향상시킬 수 있다. 현재까지는 이런 자원 요구 형태에 대한 선행지식을 과거 작업 실행 기록에 기반하여 유추해내는 방법을 많이 사용하였으나 이 방법은 잘못된 예측을 가져와 실행시간을 증가시킬 수 있다. 본 논문에서는 이를 해결하기 위해 유효 작업수라 불리는 새로운 노드의 부하 측정 척도를 제시한다. 유효 작업수를 이용한 부하 분산 시스템은 작업의 자원 요구 사항을 알지 못하더라도 부하 분산 과정에서 작업이 잘못 배치되어 실행시간이 증가하는 경우를 방지한다. 성능분석 결과는 과거 자료에 의한 예측을 사용하는 기존 방법에 비해 전체 실행시간의 감소로 성능이 향상되었음을 보여준다.

• 한국농림기상학회지
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• 제25권2호
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• pp.80-98
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• 2023

본 연구에서는 계절내-계절(Subseasonal to seasonal, S2S) 기후예측의 주별 예측 성능을 개선하기 위해서 딥러닝 기반의 후보정(post processing) 기술을 개발하였다. 그 첫 단계로, 일 최고, 최저기온과 일 강수를 목표 변수로, 자료의 특성과 분포에 적합한 자료 변환 및 특성 공학 기법을 규명하고자 하였다. 먼저, 6개 개별 기후모델의 S2S 예측 자료를 딥러닝 모델에 입력하기 위한 훈련자료로 변환하고, 이로부터 다중모델앙상블(Multi-Model Ensemble, MME) 기반 훈련자료를 구축하였다. 참값(label)으로는 ECMWF의 ERA5 재분석 자료를 사용하였다. 자료 변환 알고리즘은 최고 및 최저 차이를 계산하여 입력자료의 범위를 변형시키는 MinMax 및 MaxAbs 변환, 표준편차를 이용하는 Standard 변환 및 분위수를 지정하여 변형하는 Robust와 Quantile 변환으로 구성된 전처리 파이프라인을 구축하였으며, 변환된 훈련자료와 예측 변수와의 상관관계를 계산하여 순위에 따라 훈련자료의 특성을 선택하는 특성 선택 기법을 추가하였다. 본 연구는 U-Net 모델에 TimeDistributed wrapper를 모든 합성곱 층(convolutional layer)에 적용하여 활용하였다. 5개 알고리즘으로부터 변환된 6개 개별 기후모델 및 MME S2S 훈련자료(일 최고 및 최저기온, 강수)에 훈련 모델을 적용한 결과와 훈련 모델을 적용하지 않은 결과를 ERA5와의 공간상관계수(spatial Pattern Correlation Coefficient)를 계산하고 그 개선율인 기술 점수(skill score)를 평가한 결과, 일 강수의 PCC 기술 점수는 Standard 및 Robust 변환으로 처리된 것에서 전체 예측선행(1~4주)에 대해 모두 높았고, 일 최고 및 최저기온에서는 예측 선행시간 3~4주에서만 높게 나타났다. 또한, 일 강수에서 특성 선택에 따른 훈련자료의 차원 감소가 예측 성능 변화에 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. 일 최고 및 최저기온의 경우에는 특성 선택에 의한 훈련자료의 특성 정보 감소가 오히려 예측 성능을 저하시킬 수 있는 것으로 확인되었으며, 원시자료에서 예측성이 높은 1~2주 기온 예측 개선을 위한 적합한 전처리 변환 알고리즘이나 특성 선택을 찾을 수 없었다. 후속 연구에서는 원시 예측 성능이 강수에 비해 높으나 딥러닝 훈련 모델에 의한 후보정 효과가 미미한 예측 선행 1~2주 기온 예측의 저조 원인에 대해 탐색하고, 다양한 딥러닝 훈련 모델로의 적용 및 초매개변수 조정 등 학습 과정의 최적화를 통해 S2S 기후 예측 성능을 개선하고자 한다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제57권5호
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• pp.333-346
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• 2024

수량과 수질 및 수생태를 동시에 고려한 수자원 관리를 위해서는 신뢰도 높은 중기 유량 예측 기술이 필수적이다. 이를 위해서는 기상자료의 특성에 대한 이해와 더불어, 시공간 해상도가 낮은 기상예측 정보를 고해상도 분포형 수문모형에서 효과적으로 활용하는 기술이 중요하다. 본 연구에서는 분포형 수문모형 WRF-Hydro와 선행시간 288시간까지의 기상정보를 제공하는 Global Data Assimilation and Prediction System (GDAPS)를 활용해 고해상도 중기 유량 예측을 수행하고 적용성을 검토하였다. 이를 위해 대상 유역인 낙동강 지류 금호강 유역에 대해 100 m 공간해상도의 WRF-Hydro모형을 구축하고 기상지상관측자료 Automatic Weather Stations (AWS)& Automated Synoptic Observing Systems (ASOS), 기상수치예보모형 GDAPS, 기상재분석자료 Global Land Data Assimilation System (GLDAS)를 입력자료로 적용한 유량 예측 모의 결과를 비교하였다. 2020~2022년 기간 3개의 강우사상에 대해 유역 평균 누적 강우량을 분석 결과, AWS&ASOS대비 GDAPS는 36%~234%, GLDAS 재분석자료는 80%~153% 범위의 과소 및 과대 산정되었음을 확인하였다. AWS&ASOS입력자료로 한 유량 예측 결과는 KGE, NSE지표가 유역 말단 강창교 지점 기준 0.6이상이었으나, GDAPS 기반 유량 모의는 강우 사상에 따라 KGE 값이 0.871~-0.131로 큰 변동성이 확인되었다. 한편, 첨두 유량 오차는 GDAPS가 GLDAS보다 크거나 비슷했지만, 첨두 홍수 발생시간의 오차는 AWS&ASOS, GDAPS, GLDAS가 각각 평균 3.7시간, 8.4시간, 70.1시간으로, 첨두 발생시간 측면에서는 GDAPS의 오차가 GLDAS보다 적었다. GDAPS를 입력자료로 한 WRF-Hydro 고해상도 중기 유량 예측은 첨두 유량의 불확실성은 크지만, 첨두 유량 발생시점에 대한 정확도는 상대적으로 높아 수자원 시설 운영에 효과적으로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제33권4호
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• pp.505-515
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• 2000

본 연구는 하천에서 호우의 발생에 따라 하천 유출수문곡선을 예측코자 블랙박스모형의 신경망이론을 적용하여 수문학적인 문제를 규명하고자 하였다. 이를 위해 신경망 이론 중 Levenverg-Marquardt 방법에 의한 오차역전파 알고리즘과 Radial Basis Function Network(RBFN)를 이용하여 IHP 대표유역인 보청청유역에 수문곡선을 적용하여 선행유출량 예측과 미학습 유역의 적용성을 검토하였다. 그 결과 복잡하고 비선형적인 수문계의 강우-유출 과정의 학습에 있어 RBFN은 은닉층에서 자율학습, 출력층에서 지도학습의 두 단계로 나누어 학습을 함으로서 BP 알고리즘보다 학습시간이 빠르게 나타났고, 선행유출량의 예측결과 여러 통계적 지표에서 RBFN이 BP 알고리즘보다 좋은 결과를 얻을 수 있었다. 미학습 유역의 적용성 검토에서도 BP알고리즘과 RBFN 모두 첨두치가 비교적 실측자료의 경향과 비슷한 경향으로 나타났다.

• 정보과학회 논문지
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• 제42권3호
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• pp.281-288
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• 2015

화산재해 피해 예측 시스템은 기상과 화산분화 시뮬레이션 결과를 기반으로 화산재해대응을 위한 판단을 도와주는 시스템이다. 이 시스템에서 Fall3D라는 프로그램은 기상정보를 바탕으로 화산분화 이후 화산재의 확산예측결과를 생성하고 기상정보를 생성하기 위해 WRF라는 기상수치예보모델을 사용한다. 두 시뮬레이션의 프로그램을 수정하지 않고, 전체 실행시간을 줄이기 위해서는 WRF의 기상예측모델의 시간별 부분결과가 발생할 때마다 Fall3D를 부분수행 할 수 있도록 하는 파이프라이닝 방식을 생각할 수 있다. 이를 위해서 Fall3D와 같은 후속계산은 선행계산의 부분결과가 생성될 때까지 일시정지하고, 계산에 필요한 정보가 발생하면 재개할 수 있어야한다. 비록 Fall3D가 이런 일시정지와 재개기능을 가지고 있지는 않지만 그 이전 계산을 이어서 진행할 수 있는 재시작기능을 활용하여 파이프라이닝 효과를 낼 수 있다. 본 논문에서는 이러한 실행 형태를 제어할 수 있는 워크플로우를 제안한다.

• 한국음향학회:학술대회논문집
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• 한국음향학회 2001년도 추계학술발표대회 논문집 제20권 2호
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• pp.49-52
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• 2001

부산지역 청소년 음성의 지속시간, 피치주파수 포만트 주파수 특성을 연령별, 성별로 분석하였다. 실제 발음 환경에서의 음성 패턴은 발성화자 개인 및 화자별로 다양하게 변화한다. 이를 모델 화하기 위해서는 다량의 음성 데이터로부터 통계적 방법에 의한 변화 요인별 파라미터 분석이 선행되어야 할 것이다. 실험에 사용된 데이터는 부산지역에 거주하는 청소년(초등학생, 중학생, 고등학생)들이 연령별로 3회 발성한 우화의 일부와 단모음(/아/,/이/,/우/,/에/,/오/)이다 실험 결과로부터 얻어진 지속시간, 주파수 특성 변화 패턴을 연령별, 성별로 구분하여 통계적으로 분석한 뒤 이를 정량화 하였다. 실험 결과로부터 부산 지역 청소년 음성의 지속시간, 주파수 특성은 예측된 바와 같이 기 연구된 성인 음성과 많은 차이를 보였으며 이는 부산 지역 방언의 DB 구축 시 설계자가 고려해야 할 기초자료로 활용 될 수 있을 것이다.