• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.1159-1163
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• 2010

최근의 극심한 기상이변으로 인하여 발생되는 유출량의 예측에 관한 사항은 치수 이수는 물론 방재의 측면에서도 역시 매우 중요한 관심사로 부각되고 있다. 강우-유출 관계는 유역의 수많은 시 공간적 변수들에 의해 영향을 받기 때문에 매우 복잡하여 예측하기 힘든 요소이다. 과거에는 추계학적 예측모형이나 확정론적 예측모형 혹은 경험적 모형 등을 사용하여 유출량을 예측하였으나 최근에는 인공신경망과 퍼지모형 그리고 유전자 알고리즘과 같은 인공지능기반의 모형들이 많이 사용되고 있다. 하지만 유출량을 예측하고자 할 때 학습자료 및 검정자료로써 사용되는 유출량은 수위-유량 관계곡선식으로부터 구하는 경우가 대부분으로 이렇게 유도된 유출량의 경우 오차가 크기 때문에 그 신뢰성에 문제가 있을 것으로 판단된다. 따라서 본 논문에서는 선행우량 및 수위자료로부터 단시간 수위예측에 관해 연구하였다. 신경망은 과거자료의 입 출력 패턴에서 정보를 추출하여 지식으로 보유하고, 이를 근거로 새로운 상황에 대한 해답을 제시하도록 하는 인공지능분야의 학습기법으로 인간이 과거의 경험과 훈련으로 지식을 축적하듯이 시스템의 입 출력에 의하여 연결강도를 최적화함으로서 모형의 구조를 스스로 조직화하기 때문에 모형의 구조에 적합한 최적 매개변수를 추정할 수 있다. 따라서 정확한 예측이 어려운 하천수위를 과거의 자료로 부터 학습된 신경망의 수학적 알고리즘을 통해 유출량의 예측에 적용할 수 있을 것이다. 유전자 알고리즘은 적자생존의 생물학 원리에 바탕을 둔 최적화 기법중의 하나로 자연계의 생명체 중 환경에 잘 적응한 개체가 좀 더 많은 자손을 남길 수 있다는 자연선택 과정과 유전자의 변화를 통해서 좋은 방향으로 발전해 나간다는 자연 진화의 과정인 자연계의 유전자 메커니즘에 바탕을 둔 탐색 알고리즘이다. 즉, 자연계의 유전과 진화 메커니즘을 공학적으로 모델화함으로써 잠재적인 해의 후보들을 모아 군집을 형성한 뒤 서로간의 교배 혹은 변이를 통해서 최적 해를 찾는 계산 모델이다. 따라서 본 연구에서는 인공신경망의 가중치를 유전자 알고리즘에 의해 최적화시킨후 오류역전파알고리즘에 의해 신경망의 학습을 진행하는 모형으로 감천유역의 선산수위표지점의 수위를 1시간~6시간까지 예측하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.263-263
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• 2019

자동유량측정시설은 하천 유량을 실시간으로 측정하기 위한 수문조사시설로써, 기존 수위-유량관계곡선식으로는 유량산정이 어려운 배수 및 조위영향 구간에서 양질의 유량자료를 확보할 수 있다. 하지만 자동유량측정시설의 경우 시설물 고장 등으로 인해 자료의 결측이 발생할 수 있으며, 단기간 발생한 결측자료는 수문자료품질관리를 통해 보완이 가능하지만 장기간 결측이 발생한 경우 보완방법이 없는 실정이다. 본 연구에서는 남한강 유역의 여주시(남한강교)~양평군(양평교) 구간 중 장기간 결측이 발생한 여주보(하류) 지점과 이포보(상류) 지점의 2013년 평수기(3월)와 홍수기(7월) 기간을 선정하여 HEC-RAS 모형을 통해 결측자료의 보완 가능 여부를 검토하였다. HEC-RAS 모의결과 여주보(하류) 지점의 경우 실시간 유량자료와 상대오차는 평저수기(3월), 홍수기(7월) 각각 0.7%와 5.0% 나타났으며, 이포보(상류) 지점은 각각 5.0%와 6.0%로 나타나 장기간 결측 발생시 HEC-RAS 모형을 통해 결측자료 보완이 가능한 것으로 나타났으며, 결측 발생기간에 적용한 결과, 여주보(하류) 지점과 이포보(상류) 지점에서 측정된 검보정 측정성과와 상대오차는 각각 4.0%, 6.0%로 나타나 결측자료 보완이 잘 이루어진 것으로 나타났다. 따라서 남한강 유역의 여주시(남한강교)~양평군(양평교) 구간과 같이 배수영향을 받는 지점에 경우 장기간 결측 발생 시 검증된 지점에 한하여 HEC-RAS 모형과 같은 수치모형을 통해 자료를 보완하는 것이 적절하다고 판단된다. 또한, 이 방법을 통해 현재 보 개방에 따라 유량측정이 어려운 자동유량측정시설의 자료보완 방법으로 일부 적용이 가능할 것으로 판단된다.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.31 no.5B
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• pp.459-466
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• 2011

In this study, the resources investigations of small hydropower generation were carried out for the five proposed sites in northern Gyeong-buk area. They consisted of the discharge measurements, rating-curve, flow duration curves, electricity generation, and economic analysis, respectively. The basic data were suggested to select the optimal small hydropower sites in northern Gyeong-buk area. The sites for Yecheon Gun and Munsu Myeon as a result are the best proposed ones using economic analysis. We considered, however, that the finacial benefit for small hydropower development may be small under 500 kW facility. The optimal proposed site over 500 kW facility was suggested as Yeongyang Gun in this study.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.318-318
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• 2021

2020년 한강 유역의 홍수기(7월 ~ 9월) 3개월 강수량은 1,110.9mm에 달하며 평년대비 131.7%의 상당히 많은 강수량이 관측되었다. 특히 8월은 평년대비 215.2% 강수량을 보이며 큰 홍수사상이 발생하였다.(출처 한강홍수통제소 월간수자원현황및전망) 본 연구에서는 2020년 홍수기 한강 유역 주요 댐의 유입량과 유출량을 분석하였다. 유출입량 산정은 실측자료와 댐 방류량자료를 이용하였다. 산정 결과 달천 괴산댐의 경우 2020년 7월 ~ 2020년 9월, 3개월 동안 유입량(후영교)은 약 5.15억m³이었으며 이 기간의 유출량(댐 방류량)은 약 5.24억m³으로 조사되었다. 같은 기간의 북한강 유역 화천댐 유입량은 산정이 불가능 하였으며 유출량(댐 방류량)은 약 22.24억m³, 춘천댐 유입량(화천댐 방류량 + 용신교 + 오탄교)은 26.86억m³, 유출량(춘천댐 방류량)은 33.60억m³, 의암댐 유입량(춘천댐 방류량 + 소양강댐 방류량)은 55.39억m³, 유출량(의암댐 방류량)은 64.69m³, 청평댐 유입량(의암댐 방류량 + 한덕교 + 목동교)은 78.29억m³, 유출량(청평댐 방류량)은 75.86억m³으로 나타났다. 같은 기간 댐 저류 변화량은 괴산댐 0.002억m³, 춘천댐 0.07억m³, 의암댐 0.15억m³, 청평댐 0.02억m³으로 큰 변화가 없는 것으로 나타났다. 기본적으로 댐 유출량과 유입량의 차는 저류량(저류변화량)과 같아야 한다. 2020년 홍수기(7월~9월) 주요 댐의 유입량, 유출량, 저류량을 검토한 결과 다소 큰 차이를 보였다. 이는 실측 유량의 오차도 일부 있겠지만 댐 저수지 수위 계측의 불확실성, 여수로 방류량의 정확도, 저수지 증발량, 미계측유역의 유출 미고려 등에서 발생하는 오차도 있는 것으로 판단된다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.33 no.5
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• pp.527-536
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• 2000

This study estimates the pollution load in a basin by regional groups analyzing the relationship between the discharge and pollution load. The study area is placed in the Miho stream basin known as the main tributary of the Kum river. Four major Telemetary streamflow stations are chosen. In this research, discharge and water quality in a dry season and a flood season from the observed discharge in the stream are analyzed. The Rating-Curve and the Pollutograph are drawn analyzing discharge and water quality at the major stations. The characteristics of runoff for each stream are analyzed and the change of water quality are analyzed for rainfall period. The relationship between discharge and water quality has been investigated. The relationship between the discharge and pollution load is analyzed and a representative equation is derived. These relationships permit an estimates of the pollution load at the Miho stream basin. basin.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2007.05a
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• pp.1915-1919
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• 2007

하천관리 및 수공구조물의 설계 등을 위한 빈도별 홍수량 산정 시 이용되는 방법에는 Clark 단위도법, Snyder 단위도법, KICT 단위도법 등이 있다. 이 중 대표적인 합성단위도법인 Clark 단위도법은 실무에서 가장 많이 사용되는 방법으로 꼽을 수 있으나, Clark 단위도법 매개변수인 집중시간$(T_c)$과 저류상수(K)를 추정하는 것은 단순하지 않다. Clark 단위도법의 매개변수 추정은 계측 유역인 경우와 미계측 유역인 경우로 나눌 수 있는데 대부분의 경우 미계측 유역의 도달시간 및 저류상수를 추정하는 방법으로 홍수량을 산정하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 감천유역을 대상유역으로 선정하였으며, 김천수위표 지점을 유출지점으로 선정하여 홍수량을 산정하였다. 호우사상은 김천수위국의 수위-유량 곡선식으로 유출량의 검정이 가능한 년도를 고려하여 1998${\sim}$2005년 사이의 호우사상 중 분석이 가능한 것으로 판단되는 부항2와 김천 강우관측소의 시강우 자료를 선정하였다. 선정된 호우사상은 1999년, 2002년, 2004년에 대한 총 6개의 시우량 자료로 WAMIS(국가수자원종합정보시스템)와 한강홍수통제소(www.hrfco.go.kr)의 자료실에서 제공하는 한국수문조사연보 자료를 이용하였다. 선정된 호우사상과 WMS모형을 이용하여 산정된 유역면적 및 강우관측소 별 Thiessen 가중계수를 이용하여 HEC-1모형의 최적화기법으로 Clark 단위도법의 집중시간$(T_c)$과 저류상수(K)를 산정하였으며, 계측유역의 매개변수를 산정하는 방법 중 저류방정식을 이용하는 방법을 이용하여 저류상수를 산정하여 비교하였다. 집중시간의 경우 1999년과 2002년에 비해 2004년의 결과값이 작게 산정되었으며, 저류상수의 경우 2004년의 결과값이 크게 산정되었다. 그러나, 저류방정식을 이용하여 저류상수를 결정하는 방법으로 산정한 저류상수는 비교적 일관성 있게 산정되었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.382-382
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• 2011

최근의 극심한 기상이변으로 인하여 발생되는 유출량의 예측에 관한 사항은 치수 이수는 물론 방재의 측면에서도 역시 매우 중요한 관심사로 부각되고 있다. 강우-유출 관계는 유역의 수많은 시 공간적 변수들에 의해 영향을 받기 때문에 매우 복잡하여 예측하기 힘든 요소이며, 과거에는 추계학적 예측모형이나 확정론적 예측모형 혹은 경험적 모형 등을 사용하여 유출량을 예측하였으나 최근에는 인공신경망과 퍼지모형 그리고 유전자 알고리즘과 같은 인공지능기반의 모형들이 많이 사용되고 있다. 하지만 유출량을 예측하고자 할 때 학습자료 및 검정자료로써 사용되는 유출량은 수위-유량 관계곡선식으로부터 구하는 경우가 대부분으로 이는 이렇게 유도된 유출량의 경우 오차가 크기 때문에 그 신뢰성에 문제가 있을 것으로 판단된다. 따라서 본 논문에서는 수위를 직접 예측함으로써 이러한 오차의 문제점을 극복 하고자 한다. Neuro-Fuzzy 모형은 과거자료의 입 출력 패턴에서 정보를 추출하여 지식으로 보유하고, 이를 근거로 새로운 상황에 대한 해답을 제시하도록 하는 인공지능분야의 학습기법으로 인간이 과거의 경험과 훈련으로 지식을 축적하듯이 시스템의 입 출력에 의하여 소속함수를 최적화함으로서 모형의 구조를 스스로 조직화한다. 따라서 수학적 알고리즘의 적용이 어려운 강우와 유출관계를 하천유역이라는 시스템에서 발생된 신호체계의 입 출력패턴으로 간주하고 인간의 사고과정을 근거로 추론과정을 거쳐 수문계의 예측에 적용할 수 있을 것이다. 유전자 알고리즘은 적자생존의 생물학 원리에 바탕을 둔 최적화 기법중의 하나로 자연계의 생명체 중 환경에 잘 적응한 개체가 좀 더 많은 자손을 남길 수 있다는 자연선택 과정과 유전자의 변화를 통해서 좋은 방향으로 발전해 나간다는 자연 진화의 과정인 자연계의 유전자 메커니즘에 바탕을 둔 탐색 알고리즘이다. 즉, 자연계의 유전과 진화 메커니즘을 공학적으로 모델화함으로써 잠재적인 해의 후보들을 모아 군집을 형성한 뒤 서로간의 교배 혹은 변이를 통해서 최적 해를 찾는 계산 모델이다. 이러한 유전자 알고리즘은 전역 샘플링을 중심으로 한 수법으로 해 공간상에서 유전자의 개수만큼 복수의 탐색점을 설정할 뿐만 아니라 교배와 돌연변이 등으로 좁아지는 탐색점 바깥의 영역으로 탐색을 확장할 수 있기 때문에 지역해에 빠질 위험성이 크게 줄어든다. 따라서 예측과 패턴인식에 강한 뉴로퍼지 모형의 해 탐색방법을 유전자 알고리즘을 사용한다면 보다 정확한 해를 찾는 것이 가능할 것으로 판단된다. 따라서 본 논문에서는 선행우량 및 상류의 수위자료로부터 하류의 단시간 수위예측에 관해 연구하였으며, 이를 위해 유전자 알고리즘을 이용항여 소속함수를 최적화 시키는 형태의 Neuro-Fuzzy모형에 대하여 연구하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2007.05a
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• pp.336-340
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• 2007

국내 산업 및 기능적 측면에서 중추역할을 수행하고 있는 부산 울산 인천 등 전체 도시의 40%를 이루고 있는 해안도시들이 하천범람과 같은 홍수피해, 해일피해 등에 대한 체계적인 대비가 전무한 실정으로서 본 연구는 모형화 기법을 이용하여 해안도시홍수 경보발령 기준안을 도출하고 이를 실 수문관측 자료를 이용한 검정을 통해 경보발령 기준안의 문제점을 파악하여 그 개선방향을 제시하였다. 대상유역은 대표적 해안도시하천의 특성을 지니고 있는 부산시 온천천유역으로 강우-수위 관측 모니터링 시스템을 구축, 운영을 통해 10분 간격 강우 및 수위 자료를 구축하였으며, 수위 자료는 수위 유량 관계곡선을 이용하여 유량으로 환산하였다. 미계측 상태에서의 수리 수문 모형화를 통해 도출된 경보발령기준안에 대한 평가 및 문제점 도출을 위해 본 연구는 유역내 실시간 수문관측을 통해 얻은 강우 및 유출 특성 자료를 이용하였다. 대상 유역내 경보발령 지점인 세병교 지점의 20분 누가기준 경보발령 기준우량은 한계수위 $H_{c1},\;H_{c2},\;H_{c4}$인 경우 각각 4mm, 5mm, 6mm로서 20개월 동안 이러한 기준을 이용하여 관측된 강우사상 중 경보발령 기준안의 평가가 가능한 26개의 강우사상을 분류할 수 있었다. 그 결과 약 60%의 강우사상(case_1)이 성공한 경보발령 기준우량 임을 관측할 수 있었으며 이러한 발생강우에 대해 $20{\sim}150$분의 대피여유시간을 확보할 수 있었다. 그러나. 경보발령에 실패한 40%의 강우사상은 발생 강우의 총강우량이 대체적으로 적은 경우 및 지속기간 동안 경보발령기준에 준하는 강우를 발생하였으나 수위에 영향이 미비하여 한계수위에 도달하지 못한 경우(case_2), 20분 누가강우는 기준에 도달하지 않았으나 강우 지속시간이 길어 이미 선행강우로 인해 경보발령 이전에 한계수위를 넘어서는 경우(case_3)로서 분석되었다. 이러한 실패한 경보발령의 경우에 대한 원인분석 결과, 기존의 모형화를 통해 고려되지 못하였던 해안도시 홍수의 특성 중 총강우량에 대한 고려, 선행강우 여부 및 강우 지속시간, 지속시간 내 강우집중도 그리고 선정지점 내 조위의 영향과 유역내 합류식 하수관거 시스템의 영향 등 자연유역과는 다른 다소 복잡한 요소를 고려한 해안도시홍수 경보발령 기준에 대한 개선이 필요함을 확인할 수 있었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.408-408
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• 2022

환경부 홍수통제소의 경우는 전국단위의 강수량(지상, 레이더), 하천수위, 유사량 관측과 국부적으로 증발산량과 토양수분 관측이 이루어지고 있는 상황이며, 기상청 및 다른 공공기관도 각 목적에 맞게 수문기상관측이 이루어지나 유역(또는 지역) 단위의 물순환 과정(강우량, 유출량, 증발산량, 지하수함양량, 토양수분량 등 포함)을 규명하는 조사·연구는 매우 미비한 실정이다. 개별적인 물순환 성분별 수문조사에서 벗어난 전체적인 관점을 고려한 유역단위의 물순환 과정을 규명하는 것은 매우 중요하다. 즉 물순환 성분별 명확한 수문량 산정 결과는 수자원 개발과 물환경 보전에 중요한 정보를 제공할 수 있다. 따라서 물순환 성분별 명확한 분석을 위해서는 중·소규모 유역 단위를 대상으로 지속적이고 신뢰성 있는 자료의 획득과 축적이 중요하므로 중·소규모 유역 단위의 대표성 있는 시험유역의 운영은 매우 의미가 있다고 볼 수 있다. 본 논문에서는 한국건설기술연구원에서 운영하는 차탄천 유역(보막교 수위관측소 기준, 유역면적 88.17km², 유로연장 18.69km, 유로경사 1.62%, 경기도 연천군 소재)의 2021년 수문관측자료를 이용하여 지표수 물순환 성분인 강우량, 하천유출량, 증발산량의 자료를 산정하였다. 기본 관측자료인 강우량은 각 지점강우량의 관측자료의 비교·검토 등 품질관리를 통해 자료를 확정하고 유역평균강우량을 산정하였다. 하천수위는 기준수위표와의 검토를 통해 자료를 확정하였으며, 하천유출량은 기존 유량측정성과와 단면검토를 통해 수위-유량관계곡선식을 개발하고, 확정된 수위자료를 적용하여 산정하였다. 그리고 증발산량은 유역내의 기상관측자료와 유역인근 3개 관측소(동두천, 파주, 철원)의 기상자료를 이용하여 잠재증발산량을 산정하여 추정한 값이다. 각 물순환 성분별로 생성된 2021년의 차탄천 유역(보막교 수위관측소 기준)의 총강우량은 1,149.8mm이며, 하천유출량은 701.2mm(총강우량 대비 61.0%), 실제증발산량(잠재증발산량 추정값)은 381.3mm(33.2%)이며, 그 외는 유역 손실량이다. 이와 같이 산정된 물순환 성분별 자료는 유역의 물순환 과정 규명을 위한 기초자료로 매우 유용하게 활용될 수 있으며, 유역 물관리를 위한 의사결정 과정에 중요한 역할을 할 수 있을 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.133-133
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• 2017

홍수에 의해 유역에서 발생하는 유사량을 정량적으로 평가하고 예측할 수 있는 방안을 마련하는 것은 통합적인 유역 유사 관리 계획에 있어서 중요하다. 하천에서의 부유사량과 소류사량을 포함한 총유사량의 추정은 하천 유사연구의 기본과제이다. 미계측 유역의 효과적인 총유사량 관리를 위해 유실된 토양 중 얼마나 유역의 최종 유출구로 유입되는지 모의하기 위해 유사전달율(Sediment Delivery Ratio: SDR) 회귀식을 개발할 필요성이 있다. 본 연구에서는 유량조사사업단에서 운영 중인 수위측정소를 대상으로 토양침식량과 유량-총유사량 관계곡선식을 통해 총유사량을 산정하였다. 또한 유역의 다양한 유사전달특성과 유사전달율과의 상관관계분석을 통해 최종적으로 유의한 인자를 바탕으로 유사전달율 다중회귀공식을 개발하였다. 본 연구 결과 실측 기반으로 산정된 연도별 유사전달율과 회귀식을 통해 예측된 연도별 유사전달율 상관분석 결과 $R^2$, NSE 모두 0.80 이상을 보여 높은 상관관계를 나타내었으며 예측된 유사전달율을 통해 산정된 총유사량 또한 실측 총유사량과 상관분석 결과 $R^2$, NSE 모두 0.80 이상을 보여 높은 상관관계로 나타나 본 연구에서 개발된 회귀식의 적용 가능성이 있는 것으로 판단된다. 본 연구는 국내 유역 및 하도유사 관리의 방향성 설정차원에서 의미가 있으며 국토관리 및 하천관리를 위한 관련 기술이 한 단계 빨리 나아갈 수 있는 좋은 연구로 사료된다.