최근 재해분야에서 인공신경망(ANN), 기계학습(ML), 딥러닝(DL) 등 AI 기술이 활용성이 점차 증가하고 있으며, 센싱정보와 연계한 시설물 안전관리, 원격탐사와 연계한 재해감시(녹조, 산사태, 산불 등), 수문시계열(수위, 유량 등) 예측, 레이더·위성강수 자료의 보정과 예측, 상하수도 관망누수예측 등 다양한 분야에서 AI 기술이 적용되고 그 활용성이 검증된 바 있다. 본 연구에서는 ML, DL, 물리기반신경망(Pysics-informed Neural Networks, PINNs)을 이용한 다양한 재해분석 사례를 소개하고, 그 활용성과 한계에 대해서 논의하고자 한다. 주요사례로는 (1) SAR영상과 기계학습을 이용한 재해피해지역(울진 산불) 감지, (2) 국가 디지털 정보를 이용한 산사태 위험지역 판별(인제 산사태) (3) 기계학습 및 딥러닝 기법을 이용한 위성강수 자료의 보정·예측 및 유출해석, (4) 수리해석을 위한 수치해석분야에서의 PINNs의 적용성(1차원 Saint-Venant 식 해석) 평가 연구결과를 공유한다. 특히, 자료의 입·출력 자료만으로 학습된 인공신경망 모형 대신 지배방정식(물리방정식)을 만족하도록 강제한 PINNs의 경우, 인공신경망 모형보다 우수한 모의능력을 보여주었으며, 향후 복잡한 수리모델링 등 수치해석분야에서 그 활용가능성이 매우 높을 것으로 판단된다.
식생은 증발산, 강우, 토양 수분 등 다양한 수문기상 요인과 밀접한 관계가 있기 때문에 식생의 상태는 가뭄 발생 시 물 부족에 매우 큰 영향을 받는다. 가뭄에 따른 식생의 변화와 영향을 파악하기 위해서는 식생-기후의 피드백을 이해해야 한다. 식생과 기후변수의 상호관계를 묘사하고 결합 확률을 구성하는 것은 식생-기후의 피드백을 이해하는데 적절하다. Copula 함수는 모든 변수를 연결하는 이점을 가지기 때문에 다양한 확률 변수를 결합하는 강력한 접근방법으로, copula를 통한 확률론적 접근방법은 수문 기상 스트레스에 대한 식생의 반응을 효과적으로 조사할 수 있다. 이에 따라 본 연구에서는 copula 기반의 식생-기후의 상호관계를 통해 가뭄 발생 시 식생이 받을 수 있는 영향을 정량화하고자 한다. 이를 위해 위성 자료를 활용한 식생건강성지수(Vegetation Health Index, VHI)와 위성관측된 강수 및 잠재증발산 자료를 적용하여 높은 공간 해상도에서 한국 전역의 식생 가뭄 가능성을 추정하고자 하였다. 강수 및 잠재증발산 자료를 통해 다양한 가뭄지수를 산정하고, copula 결합 이론을 기반으로 VHI와 가뭄지수 간의 이변량 결합 확률모델이 제안된다. 이에 조건부 확률을 적용하여 다양한 가뭄 시나리오에서 식생의 가뭄 가능성을 추정하고, 가뭄에 취약한 지역을 공간적으로 분석하고자 한다. 이를 통해 가뭄 스트레스에 따른 식생 변화와 생태학적 가뭄의 공간적 특성을 효과적으로 파악할 수 있을 것으로 기대된다.
위성의 개발 및 제작에는 많은 비용과 기간이 소요되며. 일반적으로 사용되는 장비들과는 전혀 다른 우주환경에서 임무를 수행하게 된다. 그리고 위성의 경우에는 발사이후에 발생하는 오류들을 수정하는 것이 거의 불가능하므로 위성의 성공적인 임무완수를 위해서는 철저한 사전검증 작업들이 필요하게 된다. 특히, 위성의 궤도, 자세를 제어하고 실제적인 임무수행을 관할하는 위성탑재소프트웨어에 대한 완벽한 검증이 필요하다. 이러한 소프트웨어의 통합 및 조립시험. 검증시험을 위해 저궤도 위성의 FSW(Flight Software) 개발단계에서 실제 위성시스템과 유사한 인터페이스를 제공하는 개발도구인 STB(Software Test Bed)가 제작되며, 제작된 STB를 통한 FSW의 검증시험 및 분석을 지원하기 위한 구문분석프로그램으로 VTSP(Verification Test Script Parser)를 개발하게 된다. 본 논문에서는 이러한 STB와 VTSP에 대한 전반적인 소개와 함께 개발된 STB와 VTSP를 이용하여 실제 위성탑재소프트웨어를 검증하기 위한 시험환경에 대해 알아보고자 한다.
저궤도 위성인 다목적실용위성 2호의 컴퓨터 시스템은 3개 프로세서로 구성된 분산처리 구조이며 프로세서와 프로세서, 프로세서와 주변 장치들과의 통신은 MIL-STD-1553B 버스를 통해 이루어진다. 이들 3개 프로세서들 상에서 실행되는 탑재소프트웨어는 위성의 하드웨어 및 주변 입출력 장치들을 제어 및 관리한다. 그리고 위성의 결함을 관리하는 기능과 비상시에는 지상과의 연결 없이 위성을 자동제어 하는 기능들 또한 탑재소프트웨어에 구현되어져있다. 본 논문에서는 저궤도 위성인 다목적실용위성-2호의 임무를 수행하기 위한 탑재소프트웨어의 구성 및 기능, 개발과정과 개발환경을 소개한다.
아리랑 위성은 자세, 전력, 열 제어 및 지상 명령 수신, 측정 데이터 수집 그리고 탑재체 지원을 위해서 3개의 80CI86 프로세서를 사용하고 있다. 단일 프로세서가 아니 여러 프로세서가 존재하게 되면 상호 간의 메시지 전달을 위해 통신 채널이 요구된다. 프로세서간의 상호 통신을 위해서 직접 연결을 사용하기도 하지만 아리랑 위성은 모듈화 개념 및 향후 확장을 위해서 MIL-STD-1553B 표준 버스 방식을 채택하고 있다. 메시지는 지상 명령 전송 및 측정 데이터 수집을 포함하므로 원활한 통신이 이루어지지 않을 경우, 위성 시스템에 심각한 문제를 발생킨다. 일반적으로 위성설계는 안정성과 신뢰성을 추구하므로 통신 설계는 다중 프로세서가 존재하는 위성의 경우 매우 중요한 의미를 지닌다. 본 논문에서는 아리랑 위성 MIL-STD-1553B 데이터 버스의 버퍼링(Buffering) 설계와 메시지의 적절한 배치를 통한 Timed-Scheduling설계 개념을 설명한다.
인공위성은 다양한 센서장치, 구동장치, 전자장치들로 구성되어 있으며, 위성을 제어하는 컴퓨터 장치는 이들 장치들과 다양한 종류의 통신 버스로 연결되어있다. 정의된 프로토콜에 따라 명령을 전송하고 장치들의 상태 정보를 수집하여 위성을 운영한다. 위성에서 많이 사용되는 대부분의 상용 센서나 구동장치들은 표준화된 버스 (ex, 1553B, CAN, UART, etc ...) 인터페이스를 지원한다. 그러나 위성의 임무나 설계에 맞게 특수하게 제작된 장치의 경우는 범용의 버스보다는 용도에 적합한 프로토콜이 설계되고 제작된다. 본 논문에서는 2018년 발사 예정인 정지궤도복합위성 컴퓨터 장치 (GMU) 내의 프로세스 모듈과 시스템의 이상상태를 감지하여 GMU의 운용 모드 및 형상의 변경을 담당하는 MRE 모듈사이의 통신을 담당하는 IMGL 설계를 소개하고 IMGL 운영을 담당하는 소프트웨어 설계 및 구현 내용을 기술한다.
본 연구에서는 2005~2007년 여름철(JJAS; 6~9월) 기간에 한반도 부근의 위성관측(TRMM) 및 지상관측(AWS) 강수량 그리고 대기오염 관측 자료를 이용하여 이들의 공간적 분포와 일주기 특성을 분석하였다. 이 기간에 AWS 평균 강수량은 전국적으로 약 5 mm/day 이었고, 제주도, 중부 내륙, 그리고 영 호남 경계 지역에서 9 mm/day 이상으로 많았다. PM10 (${\mu}g/m^3$) 미세먼지의 농도는 $27{\sim}57\;{\mu}g/m^3$ 이었고, 특히 수도권과 경남의 산업지역에서 $45\;{\mu}g/m^3$ 이상으로 높았다. 위성관측과 지상관측 강수량간의 상관(~0.8)은 매우 유의적이었다. AWS는 지점 관측이고 TRMM 관측은 면적평균임을 고려할 때, 위의 상관값은 상당히 높은 것으로 판단된다. 일주기 분석에서 미세먼지는 수도권 지역에서 오전에, 그리고 영남 지역에서는 오후 늦게 많이 발생하였다. AWS 강수량은 영동 및 경북 지역에서 이른 오전(2~8시)에, 이 지역 외에서는 오후 늦게(16~22시) 주로 발생하였다. 중부 지방의 강수 주기는 전선이 오후 3시부터 다음날 오전 4시까지 서해안에서 동해안으로 동진하는 형태를 잘 반영하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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