• Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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• v.19 no.1
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• pp.19-27
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• 2007

Analytical investigation on the performance of a two stage twin rotary compressor for $CO_2$ heat pump water heater system has been carried out. A computer simulation program was made based on analytical models for gas compression in control volumes, leakages among neighboring volumes, and dynamics of moving elements of the compressor. Calculated cooling capacity, compressor input, and COP were well compared to those of experiments over the compressor speeds tested. For the operating condition of suction pressure of 3 MPa, and discharge pressure of 9 MPa, and compressor inlet temperature of $35^{\circ}C$, the compressor efficiency was calculated to be 80.2%: volumetric, adiabatic, and mechanical efficiencies were 88.3%, 93.2%, and 92.7%, respectively. For the present compressor model, volumetric and adiabatic efficiencies of the second stage cylinder were lower by about $6{\sim}7%$ than those of the first stage mainly due to the smaller discharge port at the second stage. Parametric study on the discharge port size showed that the compressor performance could be improved by 3.5% just by increasing the discharge port diameter by 20%.

• Journal of Korea Multimedia Society
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• v.23 no.11
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• pp.1372-1382
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• 2020

This paper proposes a core technology for a micro river monitoring terminal device suitable for flood monitoring in small rivers and valleys. Our proposed device is basically equipped with a 77GHz radar, gyro and accelerometer sensors. To measure the flow velocity and water level, we proposed a signal processing technique that extracts pure water energy components from the observed Doppler velocity and reflection intensity from the radar. And to determine the stability of the river structure equipped with our device, we constantly monitor the displacement of the measured values of the gyro and accelerometer sensors. Experimental result verified that our method detects pure water energy in various river environments and distinguishes between flow velocity and water level well. And we verified that vibration and position change of structures can be determined through a gyro sensor. In future research, we will work to build a secure digital twin river network by lowering the cost of supplying RF-WAV devices. Also we expect our device to contribute to securing a preventive golden time in rivers.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.224-224
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• 2022

물부족, 수질오염, 조류발생 등 효율적 물관리를 위해서는 물정보 통합이 필요하지만 부처별/목적별로 개별 생산·관리되어 물관리 현안에 효과적으로 대응하기 어려운 실정이다. 물관리 현안 대응 의사결정을 위해서는 현재 상황에 대한 정확한 인식과 장래(1,3개월) 수자원 상황을 고려한 예측·분석체계 구축 필요하며, 이를 위해서는 수원별 가용수량, 지역별 물사용량 및 회귀수량 등 지자체, 유역, 하천을 연계한 실제 물이용 정보 기반의 물배분 현황 분석체계 구축이 필요하다. 본 연구에서는 물수급 관련 수요·공급 시설의 위치를 연결하는 물수급 분석 알고리즘 개발을 통해 지형공간정보의 위상(topology) 관계를 설정하여 물수급 분석의 계산순서를 선정하고, 시계열 DB를 입력하여 전국 약 40만개 이상의 일단위 물수급 분석 정보생산체계를 구축하였다. 본 연구에서 개발된 물수급 분석 모형은 향후 물관련 이슈 지역의 용수공급능력 평가 및 디지털트윈 등 다양한 수자원 정책평가에 활용될 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.224-224
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• 2023

국내·외로 Soil and Water Assessment Tool (SWAT) 모델은 유역 단위에서 유출 및 수질을 예측하는데 활용되고 있다. 하지만 SWAT 모델의 결과물은 데이터 테이블 형식으로만 이루어져 있기 때문에 모델 사용자가 유역 내 하천별 수문 모의 결과물을 직관적으로 확인하기 어렵다는 단점이 있다. 최근 다양한 분야에서 3D 가상환경을 구축하는데 디지털 트윈 기술의 활용성이 증가하고 있다. 디지털 트윈 기술은 현실의 공간을 가상환경으로 구축해 실시간 현실의 상황을 파악하여, 의사결정 지원을 제공한다는 장점이 있다. 이에 본 연구에서는 디지털 트윈 기술과 SWAT 모델을 연계하여, 모델의 결과값을 가상환경 3D 지도인 CESIUM에 실시간으로 표출할 수 있는 디지털 트윈 기반 SWAT 모델 수문 모의 시스템을 개발하였다. 이 시스템은 3D 지형에 SWAT 모델을 통해 모의 된 하천의 수위 및 SS에 대한 표출이 가능할 뿐만 아니라 기후나 유역환경에 따른 유역 내 수문 변화를 시·공간적으로 파악할 수 있는 장점이 있다. 향후 본 연구에서 개발된 디지털 트윈 기반 SWAT 모델 수문 모의 시스템은 홍수 및 가뭄과 같은 재해에 대응할 수 있는 유역 및 하천관리 대책을 효율적으로 수립하는데 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• Journal of ILASS-Korea
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• v.11 no.4
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• pp.251-265
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• 2006

To prevent the ozonosphere from being destroyed by Halon, it is an urgent task to find out Halon replacement. As one of the replacements water mist have showed broad applications by its advantages: little pollution to environment (not destroying the ozone layer or bring green house effect), extinguishing fire quickly, consuming a small quantity of water and having little damage to the protected objects. The methods of generating water mist strongly influence fire suppression effectiveness, which determine the cone angle, drop size distribution, flux uniformity, and momentum of the generating spray. The traditional water mist nozzle included pressure jet nozzles, impingement nozzles and twin-fluid nozzles. All of them have more or less disadvantages for fire suppression. Therefore, many research institutes and corporations are taking up with innovations in mist generation. This article provided some recent studies in State Key Laboratory of Fire Science (SKLFS) of University of Science and Technology of China. SKLFS have investigated new methods of generating water mist (i.e. effervescent atomization and ultrasonic atomization). and self developed a series of nozzles and developed advanced DPIVS (Digital Particle Image Velocimetry and Sizing) technique. Characteristics of water mist (the distribution of droplet sizes, flux density, spray dynamics and cone angle) produced by these nozzles were measured under different conditions (work pressure, nozzle geometry, etc.) using LDV/APV and DPTVS systems. A series of experiments were performed to study the fire suppression effectiveness in different fire scenario (different kindsof the fuel, fire size and ventilation conditions). The fire extinguishing mechanisms of water mist was also discussed.

• Smart Media Journal
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• v.11 no.9
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• pp.56-63
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• 2022

Recently, the frequency and range of algae occurrence in major rivers and lakes are increasing due to the increase in water temperature due to climate change, the inflow of excessive nutrients, and changes in the river environment. Abnormal algae include green algae and red algae. Green algae is a phenomenon in which blue-green algae such as chlorophyll (Chl-a) in the water grow excessively and the color of the water changes to dark green. In this study, a 3D virtual world of digital twin was built to monitor and control water quality information measured in ecological rivers and lakes in the living environment in real time from a remote location, and a sensor measuring device for water quality information based on the Internet of Things (IOT) sensor. We propose to build a smart water environment service platform that can provide algae warning and water quality forecasting by predicting the causes and spread patterns of water pollution such as algae based on AI machine learning-based collected data analysis.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.115-115
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• 2022

2020년 역대 최장의 기간을 기록한 장마는 8월초 기록적인 폭우와 홍수로 이어지면서 전국 곳곳에 많은 인명과 재산피해 등 커다란 상처를 남겼다. 최근의 재해 발생 및 특성을 살펴보면 수자원 시설물의 운영·관리 기준의 한계를 벗어난 극단적 기후 현상의 규모와 발생빈도가 급격하게 증가하는 추세가 나타나고 있다. 이처럼 기후위기의 영향으로 집중호우, 극한가뭄 등의 발생빈도와 그 강도가 급증하는 상황에서 실제상황을 보다 신속, 정확하게 모니터링하고 예측하여 물관련 재해를 예방하고 대처하는 것은 무엇보다 시급한 과제라 할 수 있다. 또한 세계 각국은 코로나19로 인한 패러다임의 변화에 대응하고 경제위기 극복을 위해 산업 전반에 걸쳐 디지털 전환을 가속화 하고 있다. 정부도 코로나19로 촉발된 위기 극복을 위해 한국판 뉴딜의 대표과제로 디지털 트윈 사업을 추진하고 있다. K-water는 정부의 디지털 전환 정책에 발맞추어 기후위기에 따른 물관리의 복잡성, 불확실성에 대응하고 효율성과 신뢰도를 제고하기 위해 섬진강유역을 대상으로 디지털 트윈 물관리 플랫폼 구축을 추진하였다. 본 플랫폼은 유역내 기상·수문 관측자료를 실시간으로 모니터링하고 홍수, 가뭄, 수질, 댐안전 등 다양한 이슈를 사전에 시뮬레이션하여 결과를 3차원 지형에 표출하고 이에 대한 피드백을 통해 최적의 의사결정을 지원하는 체계로 구성되어 있다. K-water는 물관리 디지털 전환을 위하여 섬진강유역 구축을 기반으로 5대강 유역을 대상으로 플랫폼 구축을 확대할 예정이며, 댐하류·지류 합류부 등 재해 취약지역까지 아우르는 종합적인 물관리 의사결정의 One-System 플랫폼 구축을 확대할 예정이다. 이를 통해 유역 전체의 수문상황을 실시간으로 파악 및 신속하게 대응하고, 정확성이 향상된 의사결정으로 보다 효율적이고 안전한 물관리 기반을 마련하고자 한다. 또한 본 플랫폼에 기반한 디지털 물관리 기술 선도로 새로운 물산업 생태계를 조성하고, 민간기업과의 핵심기술 공동개발 등 기술협력을 통해 디지털 물산업 기술 경쟁력 확보에도 기여하고자 한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.310-310
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• 2023

기상레이더는 강우의 공간분포를 관측하고 강우장 이동특성을 예측하여 집중호우, 태풍 등에 대비할 수 있는 시간을 확보하기 위하여 운용되고 있다. 기상레이더는 전파를 송신하고 대기 중의물체(수상체, 건물 등)에 부딪혀 되돌아오는 신호를 수신하여 강우의 양, 분포, 이동방향 등을 산정할 수 있으며 세부적으로 입체관측(volume scan)을 반복하여 고도각 별로 거리와 방위각에 따라 다양한 합성영상을 산출할 수 있는 특성이 있다. 본 연구는 구름의 수평적 분포를 파악하는데 용이하여 기존에 널리 사용된 CAPPI 합성영상과 최근 현업에서 복잡한 지형으로 인한 오차를 해소하고자 광범위하게 사용되고 있는 다중 고도각 기반 레이더 강수량(hybrid surface rainfall, HSR) 합성영상을 취득하여 수문해석을 위한 유역단위 면적강수량의 추정오차를 검토하였다. HSR 합성영상은 우리나라와 같이 산악지형이 많이 존재하는 경우 지형의 영향을 받지 않아 지면에 가장 가까운 고도각의 관측자료를 사용하므로 지상관측소 강수량과 비교한 결과에서 기존의 CAPPI 합성영상 레이더 강수량과 통계적 효율 기준을 산정하여 레이더 강수의 품질이 개선되는 것을 확인하였다. 최근 환경부에서 추진하고 있는 인공지능(AI) 홍수예보 및 가상모형(Digital Twin)을 활용하여 홍수정보를 생산 및 전달하는 과정에서 유역의 지형적 특성을 현실적으로 고려한 레이더 강수량을 사용함으로 기후변화에 따라 국지적으로 발생하는 집중호우 대응 및 과학적 홍수관리를 실현할 수 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.10-10
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• 2023

본질적으로 복잡하고 다양한 특성을 가지는 우리나라(도시, 농어촌, 도서산간, 섬 등)의 물 공급 시스템은 생활수준의 향상, 기후변화 및 가뭄위기, 소비환경 중심의 요구와 한정된 수자원을 잘 활용하기 위한 운영 및 관리가 매우 복잡하다. 이로 인한 수자원 고갈과 가뭄위기 등에 관련한 대책 및 방안으로 대체수자원인 지하수 활용방안들이 제시되고 있다. 따라서, 물 관리 시스템과 관련한 디지털 기술은 오늘날 플랫폼과 디지털 트윈의 도입을 통해 네트워크와 가상현실 세계의 연결이 통합되어진 4차 산업혁명 사업이 현실화되고 있다. 물 관리 시스템에 사용된 새로운 디지털 기술 "BDA(Big Data Analytics), CPS(Cyber Physical System), IoT(Internet of Things), CC(Cloud Computing), AI(Artificial Intelligence)" 등의 성장이 증가함에 따라 가뭄대응 위기와 도시 지하수 물 순환 시스템 운영이 증가하는 소비자 중심의 수요를 충족시키기 위해서는 지속가능한 지하수 공급을 효과적으로 관리되어야 한다. 4차 산업혁명과 관련한 기술성장이 증가함으로 인한 물 부문은 시스템의 지속가능성을 향상시키기 위해 전체 디지털화 단계로 이동하고 있다. 이러한 디지털 전환의 핵심은 데이터에 관한 것이며, 이를 활용하여 가치 창출을 위해서 "Digital Groundwater Technology/Twin(DGT)"를 극대화하는 방식으로 제고해야 한다. 현재 당면하고 있는 기후위기에 따른 가뭄, 홍수, 녹조, 탁수, 대체수자원 등의 수자원 재해에 대한 다양한 대응 방안과 수자원 확보 기술이 논의되고 있다. 이에 따른 "물 순환 시스템"의 이해와 함께 문제해결 방안도출을 위하여 이번 "기획 세션"에서는 지하수 수량 및 수질, 정수, 모니터링, 모델링, 운영/관리 등의 수자원 데이터의 플랫폼 동시성 구축으로부터 역동적인 "DGT"을 통한 디지털 트윈화하여, 지표수-토양-지하수 분야의 특화된 연직 프로파일링 관측기술을 다각도로 모색하고자 한다. "Digital Groundwater(DG)"는 지하수의 물 순환, 수량 및 수질 관리, 지표수-지하수 순환 및 모니터링, 지하수 예측 모델링 통합연계를 위해 지하수 플랫폼 동시성, ChatGPT, CPS 및 DT 등의 복합 디지털화 단계로 나가고 있다. 복잡한 지하환경의 이해와 관리 및 보존을 위한 지하수 네트워크에서 수량과 수질 데이터를 수집하기 위한 스마트 지하수 관측기술 개발은 큰 도전이다. 스마트 지하수 관측기술은 BD분석, AI 및 클라우드 컴퓨팅 등의 디지털 기술에 필요한 획득된 데이터 분석에 사용되는 알고리즘의 복잡성과 데이터 품질에 따라 영향을 미칠 수 있기 때문이다. "DG"는 지하수의 정보화 및 네트워크 운영관리 자동화, 지능화 등을 위한 디지털 도구를 활용함으로써 지표수-토양층-지하수 네트워크 통합관리에 대한 비전을 만들 수 있다. 또한, DGT는 지하수 관측센서의 1차원 데이터 융합을 이용한 지하수 플랫폼 동시성과 디지털 트윈을 연계할 수 있다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.315-315
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• 2023

급격한 기후변화에 기인하여 전 세계적으로 거듭되는 돌발홍수로 인한 피해가 급격히 증가하고 있는 실정이다. 우리나라에서도 최근 중소 규모의 하천 뿐 아니라 도시 생활하천, 도심지 저지대에서 갑작스런 홍수와 침수로 인해 많은 인명과 재산 피해를 경험하고 있다. 이런 문제를 인식하여 최근 정부차원에서 다양한 센서와 인공지능에 기반하는 많은 인프라 및 연구 투자가 이루어지고 있지만, 높은 설치 및 운영 비용과 우리나라의 복잡한 하천 환경 특성으로 인해 소하천이나 도심지 저지대에서는 그 효율성을 제대로 발휘하지 못하고 있다. 따라서 본 논문에서는 주변환경의 변화에 강인한 복합 센서단말을 통해, 하천 정보(유량, 유속, 수위 등)을 실시간 측정하고, 해당지역의 특성을 고려한 하천 또는 저지대의 위험도를 스스로 판단할 수 있는 기술을 제안한다. 또한, 본 논문에서는 제안한 저비용 초소형의 단말 장치로 지점의 하천 정보를 실시간 측정하여 IoT망을 통해 3차원 하천 디지털트윈 모델로 전달하여, 유속과 수위를 그대로 재연함으로써, 하천 침수 위험 감시의 효율성을 검증하였다. 3차원 DEM(Digital Elevation Models) 데이터와 실제 하천을 관측한 데이터를 이용한 디지털트윈 검증 결과, 데이터 전송 지연시간을 감안하여 3초 이내에 하천의 수위와 유속이 3차원 모델에 반영되는 것을 확인하였다. 이 결과로부터 열악한 환경에서도 실시간 하천 상황을 원거리에서 모니터링 할 수 있으며, 강우와 유출에 따른 하천 홍수 메카니즘을 새롭게 시뮬레이션할 수 있는 방법론을 제시할 수 있을 것으로 기대한다.