• 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.

• Archives of design research
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• v.13
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• pp.1-12
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• 1996

환경을 고려하는 제품개발에 대한 시대적 요구는 자연스럽게 그린 디자인 개념을 형성하게 되었고, 이러한 그린 디자인에 대한 관심이 디자인의 가치기준을 근본적으로 변화시켜 나갔다. 또한 소비촉진을 부추겨 환경파괴에 일익을 담당했던 디자인은 환경문제를 고려한 새로운 디자인철학을 바탕으로 환경을 위한 실천노력이 요구되는 시점이다. 이에 본 논문에서는 환경문제를 고려한 실천노력의 하나로 플라스틱을 주요 소재로 사용하는 제품 디자인의 제품설계단계에서 폐기물을 사전에 줄이고, 발생된 폐기물 중 재생 및 재활용이 가능한 재료를 최대한 회수하여 효율적으로 자원화 할 수 있도록 구체적인 재활용 설계방법을 모색해 보았다. 연구의 진행은 재활용 설계 시 고려해야 할 요소를 재료에 관한 문제, 구조에 관한 문제, 2차 가공에 관한 문제로 나누어 진행하였다. 재료의 문제는 플라스틱 재료의 재활용 범위를 검토해보고 재활용을 가능하게 하는 재료의 선택 및 활용방법을 제시해 보았으며, 재활용 재료의 분류를 돕는 재료표시방법에 대하여 살펴보았다. 이어서 구조의 문제를 생산 및 재활용 시 조립과 분해를 용이하게 하기 위한 임시고정구조와 영구 조임 구조의 디테일 설계방법을 정리하였고, 제품완성단계에서 필요한 2차 가공방법이 재활용에 미치는 영향을 검토해 보았다. 이상과 같이 세 가지 연구방향을 토대로 재할용 설계를 위한 종합적 가이드라인을 추출하여 제시하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.209-209
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• 2015

상수도 관망은 대표적인 사회기반시설로 수원으로부터 수용가에 이르기까지 안정적으로 유량을 공급하는 것을 목표로 한다. 상수도 관망의 최적설계는 요구되는 절점의 수압, 관로의 유속 등 수리학적 제약조건을 만족시키는 범위 안에서 비용을 최소화하는 설계안을 얻어내는 것을 목표로 시작하였다. 하지만 비용만을 고려한 과거의 상수도 관망 최적설계는 미래의 불확실한 조건에 매우 취약하고, 사용자의 다양한 요구를 충족시키지 못한다. 이 때문에 현대의 상수도 관망의 설계시 다양한 설계인자의 고려와 함께 효율적인 최적설계기법 적용의 필요성이 대두되고 있다. 따라서 본 연구에서는 상수도 관망 최적설계에 다양한 설계인자를 동시에 고려하기 위해 다목적 최적 설계기법인 Multi-objective Harmony Search 알고리즘을 적용하였다. 또한 다목적 최적설계의 효율성 증대를 위하여 매개변수 자동보정 기법 중 하나인 Parameter-Setting-Free (PSF) 기법(Geem and Sim, 2010)을 사용하였다. PSF 기법은 최적화 알고리즘의 매개변수 설정의 번거로움을 없애고, 반복수행을 통한 해 탐색이 진행됨에 따라 가장 효율적으로 작용하는 매개변수를 자동으로 설정하여 탐색효율을 강화하도록 고안된 기법이다. 본 연구에서는 제안된 기법을 실제 상수도관망의 최적설계에 적용하였고 그 결과를 분석하였다. 그 결과 제안된 기법을 통해 관망의 비용을 포함한 다양한 설계인자를 동시에 만족시키는 최적설계안을 효과적으로 도출 할 수 있었으며, 매개변수 자동보정 기법의 적용을 통해 해 탐색의 효율성과 편의성을 향상시킬 수 있었다.

• Proceedings of the Korea Electromagnetic Engineering Society Conference
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• 2002.11a
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• pp.186-190
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• 2002

본 논문에서는 WCDMA/TDD시스템에서 실외 환경에 셀 간 간섭 모델과 빌딩내의 층 간 간섭 모델을 비교하여 성능을 분석하였다. 실내 빌딩 환경에서 층 간 간섭 분석 모델을 고려 시, 건축 자재에 의한 전파 투과손실로 인해 인접 셀로부터 오는 간섭의 영향이 작아짐으로 실외환경을 고려한 셀 간 간섭 모델에 비해 성능이 좋음을 알 수 있었다. 따라서 WCDMA/TDD시스템은 광범위한 교외지역이나 피코 셀로 설계된 도심지역보다 층 간 간섭 모델을 기반으로 둔 빌딩내 사무실 환경을 고려한 시스템 설계에 더 적합할 것이라 사료된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.490-490
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• 2021

상수도 관망은 대표적인 사회기반시설로 수원으로부터 수용가에게 수질적으로 안전한 물을 안정하게 공급하는 것을 목표로 한다. 초기의 상수도 관망의 최적 설계는 비용만을 고려함으로써 미래의 불확실한 상황에 대한 대처가 매우 취약하고, 사용자의 다양한 요구를 충족시키지 못하였다. 또한, 유량과 안정적인 수질 공급을 고려하는 설계는 몇몇 비선형적 요소를 포함하고 있으며, 특히 사용자의 수요 패턴에 따른 잔류 염소 농도가 설계 기준에 부합하지 못하는 문제가 되는 경우 사용자의 심미적, 심리적 불편을 초래할 수 있다. 이는, 수질의 안전성과 직결되는 문제이다. 따라서 본 연구에서는 상수도 관망의 설계에 대하여 수질과 수리학적 특성을 고려한 상수도 관망 다목적 최적 설계를 수행하였다. 상수도 관망은 수질적인 측면을 고려하기 위해 수원에서 수용가까지 용수를 공급하는 과정에서 병원성 미생물을 소독하기 위하여 염소를 주입한다. 또한, 유리 잔류 염소의 평상시 기준을 (1.0-4.0mg/L) 유지하도록 규정하였다 (수도법 시행규칙 제22조의2). 하지만 사용자의 사용패턴, 체류 시간에 따라 잔류염소량이 달라진다. 따라서, 본 연구에서는 상수도 관망의 설계 비용과 염소 주입량을 동시에 설계 인자로서 고려하기 위해 Multi-objective Harmony Search를 적용하고, 그 결과를 분석하였다. 이러한 상수도 관망의 수질 인자와 설계 비용을 고려한 최적 설계안은 경제적 측면 뿐만 아니라 사용자의 수질 측면의 안전성을 충족하는 방안을 제시할 수 있다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.521-521
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• 2016

상수도 관망은 수원에서 수요절점까지 물을 안정적으로 공급하는 것을 목표로 한다. 상수도 관망의 최적설계는 수리학적 제한조건 (절점의 수압, 관로의 유속)을 만족하는 범위에서 비용을 최소화하는 설계안을 얻는 것으로 Savic and Walters (1997)는 유전 알고리즘 (Genetic Algorithms, Holland 1975)을 적용한 상수도 관망 설계 프로그램인 GANET를 제안하였고, Maier et al. (1996)은 개미군집알고리즘 (Ant Colony Optimization Algorithm, Dorigo et al. 1996)을 상수도 관망 최적설계에 적용한 후 그 결과가 유전 알고리즘에 비해 우수함을 증명하는 등 상수도 관망 최적설계에 관한 연구가 활발히 진행되어 오고 있다. 유전알고리즘은 선택, 교차, 돌연변이의 반복계산 과정을 통하여 최적해를 찾는 최적화 기법이다. 이 과정에서 결정변수는 유전자 (Gene)의 집합으로 표현되며, 염색체 (Chromosome) 내에서 근접한 유전 인자들은 일종의 Building Block을 형성하게 된다. Building Block은 좋은 해를 갖는 유전 인자를 높은 확률로 보관하여 지역해에 빠질 가능성을 줄이는 반면, 유전형 (Genotype)이 표현형 (Phenotype)을 충분히 모방하여 표현하지 못한 경우 오히려 최적해의 탐색을 방해할 수 있다는 한계점을 갖는다. 유전 알고리즘을 상수도 관망 최적설계에 적용하였을 때에도 이 한계점은 여실히 드러난다. 관로의 관경을 결정변수로 설정한 후 유전형으로 표현하였을 때, 관망도 상에서 근접하지 않은 두 관로가 염색체 내에서 연속으로 나열된다면 두 관로 간의 연관성이 실제보다 크게 고려되기 때문이다. 한편, 하모니써치 (Harmony Search, Geem et al. 2001) 알고리즘은 즉흥 연주 (Improvisation)를 통해 최상의 화음을 만들어내는 현상으로부터 착안하여 만들어진 최적화기법으로 연산 기법은 무작위선택, 기억회상, 피치조정 등으로 구성되어 있으며, 결정변수에 해당하는 연주자가 독립적으로 행동하며 해를 탐색한다는 점에서 유전알고리즘과 큰 차이를 갖는다. 본 연구에서는 유전알고리즘의 Building Block에 의해 발생하는 오류를 개선하고자, 상수도 관망 최적설계 연구에 많이 사용되는 Hanoi 관망 (Fujiwara and Khang 1990) 관로의 정렬 순서를 여러 가지 기준으로 설정하여 관망데이터를 구축한 후 하모니써치와 유전 알고리즘을 적용하여 최적화를 수행하였고 그 결과를 비교하였다. 그 결과 유전 알고리즘과 달리 하모니써치 알고리즘의 경우, 관로의 나열 순서와 상관없이 우수한 최적해 탐색 결과를 보이는 것을 확인할 수 있었다.

• 한국정보교육학회:학술대회논문집
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• 2005.08a
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• pp.341-348
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• 2005

본 연구는 상호작용에 대한 제 이론을 고찰하고 상호작용 증진을 위한 여러 가지 요소를 고려하여 웹 기반 학습 환경 설계 전략을 제시하는데 그 목적이 있다. 지식 정보화 사회에 들어오면서 여러 가지 통신 환경이 급속하게 발달하였다. 학교 현장에서 이러한 여러 가지 인터넷 환경을 고려한 수업이 설계되고 실시되고 있다. 학교 현장에서 실시되고 있는 이러한 적용에서 상호작용에 대한 고찰이 미흡하고 상호작용을 고려한 여러 가지 시스템이 구현된 것이 드문 것 같다. 이에 본 연구에서는 웹 기반 학습 환경에서 가능한 다양한 상호 작용에 대한 개념 및 상호작용의 내용에 따른 유형을 알아보고 상호작용을 증진시키기 위한 설계 전략을 고찰해 보았다.

• Proceedings of the Korean Institute of Landscape Architecture Conference
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• 2023.04a
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• pp.77-78
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• 2023

• Proceedings of the Korean Information Science Society Conference
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• 2008.06d
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• pp.383-386
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• 2008

기존 개발되어 왔던 센서 네트워크 시뮬레이터는 외부 환경적인 영향요소를 고려하지 않고 네트워크 중심적으로 설계 및 구현되어 왔다. 하지만 센서 네트워크의 사용 목적이 다양해지면서 센서 네트워크를 실내뿐만 아니라 실외 환경에도 적용하려 하고 있다. 실내보다 실외 환경에 센서 네트워크를 구축할 경우 가장 먼저 고려해야 할 사항은 초소형, 저전력의 특징을 가지고 있는 센서들을 배치하는 것이기 때문에 센서가 배치되는 지리적 요소를 고려해야 한다. 따라서 기존 센서 네트워크 시뮬레이터는 지리적 요소가 배제되어 있기 때문에 외부 환경에 적용하여 센서 네트워크를 시뮬레이션하게 되면 상당히 많은 차이점을 보일 수 밖에 없다. 따라서 본 연구에서는 외부 환경에 센서 네트워크를 구축 시 고려되는 핵심 영향요소 중 지리적 요소를 고려하여, 시뮬레이터에 접목시킬 수 있도록 세분화 및 분석하였다. 이를 통해 외부 환경에 센서 네트워크 구축 시 효율적으로 센서를 배치할 수 있도록 앞에서 분석한 지형 정보를 고려하여 센서 탐지 영역 감소율 분석을 위한 시뮬레이터 모듈을 설계한다.

• Proceedings of the Korean Information Science Society Conference
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• 2008.06b
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• pp.547-552
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• 2008

여러 분야를 고려해야 하는 항공기나 자동차와 같은 대형기기의 설계에서 순차적 설계는 효과에 비하여 시간과 비용이 비효율적이며, 이러한 비효율성을 해결하기 위해 다분야 최적설계(MDO) 기법이 필요 하게 되었다. 비행체 설계는 시간이 지날수록 그 중요성이 커지고 있고, 설계 시 설계 전 분야를 통합하며 분석 할 수 있는 통합 환경이 요구되고 있다. MDO 기법을 이용한 비행체 설계는 이기종 분산 컴퓨팅 능력을 제공해야하고 각 분야의 데이터 공유를 통한 효율적 관리 및, 설계 최적화 도출을 제공하며 이기종의 환경을 고려해야 하므로, 분산 컴퓨팅 기술을 요구한다. 그리드 환경은 그리드 미들웨어를 중심으로 많은 분산 컴퓨팅 자원을 효율적으로 활용하고 다양한 분야의 문제들을 풀기 위한 고성능 환경을 제공하는 기술이다. 본 논문에서는 각 설계자원을 통합하기 위해 Globus toolkit ver.4(GT4)를 그리드 미들웨어로 사용하였고, 이들을 쉽고 효율적으로 이용하기 위한 PSE포탈을 제시한다.