• 한국산학기술학회논문지
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• 제21권5호
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• pp.294-302
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• 2020

대표적인 메타 휴리스틱 알고리즘 중 하나인 유전알고리즘은 생명체의 자연 진화 과정을 컴퓨터 시뮬레이션하며 이 과정에서 선택, 교차, 그리고 돌연변이가 수행된다. 이 과정에서 유전알고리즘은 정의길이가 짧고, 차수가 낮은 반면, 높은 적응도를 갖는 스키마타의 병렬배열에 의해 최적해에 근접해 간다. 본 연구에서는 유전알고리즘의 핵심 작동원리 중 하나인 빌딩블록가설과 상수관망 시스템이 가지고 있는 공학적, 수리학적 특성을 동시에 고려한 최적해 효율성 제고의 가능성을 살펴보고자 하였다. 즉, 공학적 문제 해결에 있어 유전알고리즘 수행을 위한 유전자의 배치순서에 따른 최적화 결과의 효율성을 평가하였다. 공학적 문제로 상수관로 최적설계 문제를 선택하여 적용하였으며, 유전자 배치순서는 기존배치, 네트워크 위상 기반 배치, 그리고 유량크기 기반 배치로 구분하여 공학적 특이성을 반영하였다. 적용결과 유량 크기 기반 배치를 적용한 최적화 결과가 기존배치에 비하여 평균적으로 약 2-3% 우수한 것으로 나타났다. 이것은, 실제 공학 최적화 문제의 적용성과 효율성을 증대시키기 위해서는 명확한 사전지식(수리학적 특성 등)을 활용하여 가능한 이와 같은 우수한해의 특성이 소멸되지 않도록 하는 장치가 반드시 필요하다는 것을 의미한다. 제안된 방법론은, 향후 대규모 상수관망 최적설계에 있어 효율성 제고를 위한 방안으로 활용이 가능할 것으로 판단된다.

• 물과 미래
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• 제28권2호
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• pp.169-180
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• 1995

관망상배관(Looped networks)시스템에서 관수로시스템의 전체비용은 폐회로유량(Loop flows)에 따라 영향을 받는다. 따라서 관망상배관의 최적설계를 위한 수학적모형을 추계학적 최적화방법에 적용하기 위하여 폐회로유량의 섭동(Perturbations)으로 전체비용이 변하게 하였다. 관망상 배관문제의 분석가능영역은 수많은 국지해(Local optimum)를 갖는 비볼록(Nonconvex)이므로 분석가능영역의 효율적인 심사를 위하여 수정추계학적 심사방법을 제안하였으며 이 방법은 국부심사단계(Global search phase)와 국지심사단계(Local search phase)로 구성되어 있다. 국부탐사에서는 점차적으로 국지해를 증진시키며 국지탐사에서는 국부탐사단계에서 교착상태에 있는 국지해로 부터 벗어나게 하거나 최종국지해를 증진시킨다. 제안한 방법의 효율성을 검정하기 위하여 참고문헌에 있는 기존관수로시스템의 병열관로(Parallel pipe line) 확장문제를 표본으로 채택하여 제안한 방법을 적용한 결과 먼저 발표된 연구자들의 비용보다 적은 비용으로 설계할 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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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.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제8권3호
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• pp.61-73
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• 2003

계면활성제를 이용한 오염 토양의 세척 공법 적용시 오염물질의 분배를 결정할 수 있는 모델을 개발하였다. 이 모델을 활용하여 세척효과를 극대화할 수 있는 계면활성제의 선정 방법, 물 첨가량 효과, 최적 세척 방법을 예시하였다. 오염물질은 naphthalene, phenanthrene, pyrene, 계면활성제는 Triton X-100, Tergitol NP-10, Igepal CA-720, Brij 30을 대상으로 하였다. 동일한 총량의 계면활성제를 사용할 때 물의 첨가량이 증가하더라도 세척효과의 큰 증가 효과가 없었다. 동일한 총량의 물 및 계면활성제를 사용할 경우 1회 세척보다 연속 세척이 더 효과적이었으며, 연속 세척에서 물과 계면활성제를 동일하게 분배하는 것이 최적이었다. 물과 계면활성제 사용량 및 연속세척 회수에 따라 최적 계면활성제의 종류가 달라질 수 있었다. 본 모델 활용기법은 오염토양 세척 공법 적용시 복잡한 실험을 수행하기 이전에 계면활성제의 탐색과 최적 공정 설계에 활용될 수 있을 것이다.

• 한국물환경학회지
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• 제22권6호
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• pp.1068-1074
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• 2006

For receiving water quality protection a control systems of urban drainage for CSOs reduction is needed. Examples in combined sewer systems include downstream storage facilities that detain runoff during periods of high flow and allow the detained water to be conveyed by an interceptor sewer to a centralized treatment plant during periods of low flow. The design of such facilities as storm-water detention storage is highly dependant on the temporal variability of storage capacity available as well as the infiltration capacity of soil and recovery of depression storage. For the continuous long-term analysis of urban drainage system this study used analytical probabilistic model based on derived probability distribution theory. As an alternative to the modeling of urban drainage system for planning or screening level analysis of runoff control alternatives, this model has evolved that offers much ease and flexibility in terms of computation while considering long-term meteorology. This study presented rainfall and runoff characteristics of the subject area using analytical probabilistic model. Runoff characteristics manifested the unique characteristics of the subject area with the infiltration capacity of soil and recovery of depression storage and was examined appropriately by sensitivity analysis. This study presented the average annual CSOs, number of CSOs and event mean CSOs for the decision of storage volume.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.181-181
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• 2022

상수도 관망은 비정상상황에서도 안전한 물을 안정적으로 공급하는 것을 목표로 한다. 따라서 상수도 관망의 최적 설계는 수리학적 제약조건 (i.e., 절점의 압력, 관의 유속)을 만족하는 설계안을 제시한다. 하지만 점차 커지는 도시 규모에 따라 수질적으로 안전한 물을 공급하지 못하는 문제가 발생하고 있다. 또한, 상수도시스템의 형식 (i.e., 수지상식, 혼합식, 순환식)에 따라 용수의 체류 시간, 절점의 압력 등이 상이하다. 따라서, 본 연구에서는 도시 규모 및 형식과 잔류염소 농도를 고려한 상수도시스템 최적 설계를 진행하였다. 절점의 개수에 따라 도시의 규모를 분류하였으며, BI(BI; Branch Index) 지수를 통해 상수도시스템의 형식을 분류하였다. 또한, 수리학적 제약조건(i.e., 절점의 압력)과 수질적 제약조건 (i.e., 잔류염소 농도)을 설정하여 수리-수질을 동시에 만족하는 최적 설계안을 도출하였다. 비상시에도 물을 안정하게 공급하기 위하여 시스템의 탄력성과 설계비용을 목적함수로 설정하여 다목적 최적 설계를 진행하였다. 이러한 연구는 압력만을 고려한 기존 설계단계에서 수질적 측면을 동시에 고려하여 수질 측면의 안전성을 향상할 수 있다. 또한, 시스템의 탄력성을 고려하여 비정상상황에서도 물을 공급하여 사용성을 향상하는 설계안을 도출하여 수리학적 안정성을 만족하며, 경제적 측면도 향상할 수 있다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권9호
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• pp.304-315
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• 2018

화음탐색법은 근래에 개발된 메타휴리스틱 알고리즘 중 하나로, 다양한 분야의 최적화 문제에 적용되어 많은 연구자들에게 널리 알려진 바 있다. 하지만 최적화 문제의 복잡성이 날로 증가하여 기존 화음탐색법으로는 최적해를 효율적으로 탐색할 수 없는 경우가 증가하고 있다. 이를 개선하기 위해 기존 매개변수 설정의 변경 및 다른 메타휴리스틱 알고리즘의 특성과의 융합 등을 통해 화음탐색법의 성능을 향상시킨 연구가 다수 존재한다. 본 연구에서는 기존 화음탐색법의 매개변수설정 방법과 해탐색 성능을 개선한 모방 화음탐색법 (Copycat Harmony Search, CcHS)을 제시하였다. 모방 화음탐색법의 성능을 검증하기 위하여 대표적인 수학적 최적화 문제에 적용하여 기존에 개발되었던 향상된 형태의 화음탐색법 알고리즘들과 결과를 비교하였다. 모방 화음탐색법은 모든 수학적 최적화 문제에서 다른 알고리즘보다 전역해에 가까운 해를 찾음으로써 최적해 탐색의 효율성을 입증하였다. 또한, 알고리즘의 공학문제의 적용성을 분석하기 위하여 기존에 널리 적용되었던 상수도관망 최적설계 문제에 CcHS를 적용하였다. 그 결과 본 연구에서는 기존 화음탐색법이 제안한 최소 설계비용보다 약 21.91% 더 저렴한 비용을 제시하였다.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국정보통신학회 2022년도 추계학술대회
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• pp.357-359
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• 2022

지속적으로 악화되고 있는 공기, 토양 및 수질 등 주요 환경오염과 코로나 팬더믹에 의한 생활 패턴의 급진적인 변화로 인해 온라인 유통에 의한 친환경 식재료의 시장이 급성장하고 있다. 그리고 사회 구조 변화에 따른 인구 고령화 및 농업 관련 인구 감소하고 있는 가운데 아쿠아포닉스는 노후 경제 활동 자립, 환경 보호, 건강하고 안전한 먹거리 확보 등 문제들을 해결할 수 있는 시스템으로 부각되고 있다. 본 논문에서는 기존 아쿠아포닉스 시스템에 여러 ICT 기술을 융합하여 최적 생육환경도출 및 정량생산예측을 위한 지능형 아쿠아포닉스 생산관리 모듈 중 지능형 식물 성장 측정 시스템을 설계하고자 한다. 특히 고성능의 처리 자원을 갖지 않는 생산 현장에 적합한 시스템 설계에 주안점을 두고, 생산 환경과 학습 데이터 및 판단 시스템을 위한 모듈 구성 방안을 제안하고자 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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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.