• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.22 no.1
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• pp.257-266
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• 2021

Urban areas can often suffer flood damage because of the more frequent catastrophic rainfall events from climate change. Flood mitigation measures consist of (1) structural and (2) non-structural measures. In this study, the proposed method focused on operating an urban drainage system among non-structural measures. The combined inland-river operation technique estimates the inflow of pump stations based on the water level obtained from a preselected monitoring point, and the pump station expels the stored rainwater to the riverside based on those estimates. In this study, the proposed method was applied to the Mokgam drainage watershed, where catastrophic rainfall events occurred (i.e., 2010- and 2011-years), and severe flood damage was recorded in Seoul. Using the proposed method, the efficiency of flood reduction from the two rainfall events was reduced by 34.9 % and 54.4 %, respectively, compared to the current operation method. Thus, the proposed method can minimize the flood damage in the Mokgam drainage watershed by reserving the additional storage space of a reservoir. In addition, flooding from catastrophic rainfall can be prevented, and citizens' lives and property in urban areas can be protected.

• Journal of the Korean Institute of Gas
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• v.27 no.2
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• pp.7-15
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• 2023

The electric submersible pump (ESP) has been operating in production wells around the world because of its high applicability and operational efficiency among artificial lift techniques. When operating an ESP in a reservoir, variables such as temperature, pressure, gas/oil ratio, and flow rate are factors that affect ESP performance. In particular, free gas in the production fluid is a major factor that reduces the life and operational efficiency of ESP. This study presents the flow loop system which can implement the performance and damage tests of ESP considering field operating conditions to quantitatively analyze the variables that affect ESP performance. The developed apparatus in an integrated system that can diagnose the failure and causes of ESP, and detect leak of tubing by linking ESP and tubing as one system. In this study, the flow conditions for stable operation of ESP were identified through single phase and two phase flow experiments related to evaluation for the performance of ESP. The results provide the basic data to develop the failure prediction and diagnosis program of ESP, and are expected to be used for real-time monitoring for optimal operating conditions and failure diagnosis for ESP operation.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.31-31
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• 2011

해마다 반복되는 수해를 대비하여 배수펌프장을 설치하고, 취수보를 철거하는 방법으로 수해예방시스템을 고도화 시키고 있지만, 증가하는 홍수량에 대한 대비책으로는 역부족이다. 따라서, 홍수 피해에 대한 선제적 대응방안으로 강변저류지를 설치하여 상습 침수구역에 대한 대비가 진행되고 있다. 강변저류지 설치를 통해 유역의 홍수량을 분담하고 인접지역의 침수피해를 예방하는 역할을 기대할 수 있다. 국내에서도 영월군의 상습침수구역에 대한 대비책 중 하나로 국토해양부 및 강원도가 함께 영월강변저류지 조성공사를 추진하고 있다. 영월군은 지난 2002년과 2003년에 태풍 '루사'와 '매미'로 인해 심각한 피해를 입었으며, 2006년 집중호우시에도 현재 저류지 예정지역인 방절리 일대와 영월읍 시가지, 북쌍리 등이 대규모로 침수피해를 입은 바 있다. 해당 저류지의 총 넓이는 68만 8천 $m^2$로 물 290만 $m^3$을 가두어 둘 수 있는 규모이다. 하지만, 영월 강변저류지의 저류용량이 290만 $m^3$에 불과해 홍수예방 효과가 미흡하다는 지적이 잇따르고 있다. 따라서, 적절한 수문운영을 통해 홍수저감량과 저류효과를 증대시키는 홍수예방 방안을 제안하고자 한다. 본 연구에서는 유전알고리즘의 적용을 통하여 강변저류지에 설치된 수문의 운영 방법을 개선함으로써 홍수저감량을 최대화하고자 하였다. 수리 수문학적 모형인 HEC-RAS, HEC-I 모형을 연계 운용하여 평창강 유역을 대상으로 수문분석, 홍수유출량 분석, 하류 하천의 홍수영향 분석 결과를 도출하였다. 강변저류지 설치로 인하여 저류지 직하류부를 기준으로 약 $131\;m^3/s$의 첨두홍수량 저감 효과가 발생하는 것으로 검토되었지만, 본 연구에서 제안된 최적화 기법이 적용된 수문운영 방법을 병행하여 운영한다면 추가적으로 $24\;m^3/s$를 저감하는 효과를 얻을 수 있다. 효율적으로 저류지를 운영하여 홍수피해를 사전에 방지하고 나아가 다른 저류지 유역에도 본 연구를 적용하여 홍수피해를 줄이고 합리적으로 용수를 이용하는데 기여할 수 있을 것으로 사료된다.

• Journal of the Korean Institute of Gas
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• v.18 no.4
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• pp.13-20
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• 2014

In natural gas distribution system, gas pressure is regulated correspond to requirement using throttle valve which is releasing huge pressure energy as useless form. The waste pressure can be recovered by using turbo machinery devices such as a turbo expander. In this process, excessive temperature drop occurs due to Joule-Thompson effect during the expansion process. Installing natural gas boiler before or after the turbo expander prevents temperature drop. Fuel cell or gas engine hybrid system further improve the efficiency, but 1~2% of total transporting natural gas is used for operating the hybrid system. In this study, a heat pump system is proposed as a preheating device which can be operated without using transporting natural gas. Thermodynamic analysis on evaporating and condensing temperatures and refrigerants is conducted. Results show that R717 is proper refrigerant for the hybrid system with high COP and low turbine work within the defined operating conditions. In domestic usage in Korea, the heat pump system has more economic feasibility owing to natural gas being imported with a high price of LNG form.

• Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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• v.30 no.4
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• pp.167-174
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• 2018

The geothermal heat pump systems were installed for heating and cooling of public buildings in Jincheon Eco-friendly Energy town. The heat pump system was operated at night to save on operational costs, and the cold heat was stored in thermal energy storage (TES). In this study, the performance of geothermal heat pump systems with the TES during the summer season was analyzed, and the operational costs with and without the TES were compared. The electric chiller model was used to simulate a heat pump applied without the TES system. Electric rates of each system were measured to calculate operational costs. When the TES is used in the air conditioning system, the electric load (30.4 MWh) calculated in the daytime can move to off-peak load time, and the operational cost is reduced by 36~54%.

• Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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• 2016.05a
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• pp.741-742
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• 2016

IoT(Internet of Things) 기술이 급속도로 발전함에 따라 다양한 분야에 적용되고 있으며, 새로운 부가가치를 창출하고 있다. 최근에는 IoT 기술을 접목하여 도시 내부에 자동화된 농작물 재배시설을 설비하여 재배된 농작물을 직접 현지에 바로 공급할 수 있는 운영시스템을 구축하고 있다. 본 연구는 도심지 내부의 건물 옥상이나 농작물을 재배할 수 있는 임의의 공간에 온실을 설치하여 작물을 재배할 수 있는 환경을 원격으로 관리하는데 있다. 온실 내부의 환경 데이터를 계측하기 위한 온도, 습도, 조도, 토양상태, CO2 센스를 설치하여 온실 내부의 환경을 라즈베리파이2(raspberry Pi2)를 활용하여 계측하였다. 원격으로의 데이터 전송은 Wi-Fi를 이용하여 데이터를 전송하였으며, 중앙에서 관리된 관리정보를 통하여 온실 하우스의 내부 환경을 제어할 수 도록 모터(motor), 환풍기 팬, 조명용 Led, 워터 펌프 등을 제어하도록 하였다. 본 논문의 연구결과를 통하여 비닐하우스의 내부 상태를 계측하고, 다양한 구동장치를 제어할 수 있도록 IoT 기술을 편리하게 적용할 수 있는 라즈베리파이와 원격관리용 스마트 앱(app.)을 이용하여 비닐하우스 내부 관경을 편리하게 관리할 수 있음을 확인하였다.

• The Journal of the Korea institute of electronic communication sciences
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• v.19 no.1
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• pp.209-216
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• 2024

Land shrimp farms can control the growth environment more stably than coastal ones, making them advantageous for high-quality, large-scale production. In order to maintain an optimal shrimp growth environment, various factors such as water circulation, maintaining appropriate water temperature, oxygen supply, and feed supply must be managed. In particular, failure to properly manage water quality can lead to the death of shrimp, making it difficult to have people stationed at the farm 24 hours a day to continuously manage them. In this paper, to solve this problem, we design an integrated monitoring system for land farms that can be operated with minimal manpower. The proposed design plan uses IoT technology to collect real-time images of land farms, pump status, water quality data, and energy usage and transmit them to the server. Through web interfaces and smartphone apps, administrators can check the status of the farm stored on the server anytime, anywhere in real time and take necessary measures. Therefore, it is possible to significantly reduce field work hours without the need for managers to reside in the farm.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.381-381
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• 2019

동남아시아의 급격한 도시인구 증가는 도시화로 파생되는 제반문제를 유발하고 있으며 특히 집중호우와 홍수배제 시설의 부족 및 유관시설의 정보관리체계 부재는 홍수 피해규모를 가중시키고 있다. 인도네시아의 경우 물 재해 관리기관 간의 정보공유체계 부재로, 홍수로 인한 문제해결에 대하여 효과적인 대응이 어려운 실정이다. 주요 물 관리 기관인 유역관리청(BBWS)의 경우 조기홍수경보시스템을 보유하고 있으나 단순 수문현황 모니터링에 국한되어 운영되고 있다. 이에 본 연구에서는 홍수피해를 최소화 할 수 있는 동남아시아 맞춤형 물 재해 관리 클라우드 플랫폼을 개발하여 비구조적 홍수 문제해결의 매개체로 활용하고자 한다. 기본적인 유역 수문현황 모니터링과 함께 댐, 보, 배수문 및 펌프장 등 홍수방어시설물의 운영현황 정보, 홍수상황분석, 홍수위험지도 등 종합적인 물 재해 정보를 제공하고 사전에 홍수위험 지역을 분석하여 유관기관과 공유할 수 있는 물 재해 관리 의사결정지원시스템을 개발하고자 한다. 기본적인 정보관리 체계화를 위하여 인도네시아의 다양한 물 재해 관련기관에서 보유하고 있는 자료들의 통합 클라우드 DB관리 시스템을 구축하였다. 연구대상지역은 인도네시아 수도인 자카르타의 Pesanggrahan유역과 인근 Batam섬 Baloi유역을 선정하였으며 대상 유역의 수문, 기상자료 및 GIS 정보수집은 공동연구기관인 인도네시아 공공사업부 수자원청(MPWH)과 주요 물 관리기관인 유역관리청(BBWS)의 협조를 통하여 진행하였다. 수집된 자료들은 관계형 데이터베이스 관리시스템인 MySQL을 사용하여 통합 물 재해 정보 데이터베이스를 구축하였으며 완성된 데이터베이스의 정보제공 및 공유시스템은 웹기반 인터페이스를 통해 관리되도록 설계하였다. 홍수유출 해석을 위한 분석 엔진은 K-water의 홍수분석 시스템인 FAS를 이용하였다. FAS의 홍수분석모형인 COSFIM과 수리모형인 Fldwav를 연계하는 데이터 분석 플랫폼을 완성하였으며 인도네시아 현지 조건에 부합하는 홍수분석 시스템으로 Customizing과정을 수행하였다. 또한 FAS의 PC기반 시뮬레이션 형식을 DB 연계형 웹서비스 방식으로 연동되도록 개량하였으며 추후 SaaS형 물 재해 분석시스템으로 전환할 수 있는 개발환경을 확보하였다. 개발된 물 재해 분석 플랫폼(WRMP)을 활용하여 인도네시아 공동연구기관과의 협의를 통해 물 재해 관리 시나리오를 수립하고 그 대안을 제시하였으며, 적용 시나리오별 홍수피해 저감 효과를 분석하였다. 또한 향후 방재시설물까지 연계하여 운영효과를 분석할 수 있도록 구조화하였다. 개발된 물 재해 관리 시스템은 개선된 정보처리 및 분석시스템을 활용하여 종합적인 물 재해정보를 제공하고, 사전에 홍수위험 지역을 분석하여 유관기관과 공유할 수 있는 물 재해 관리 의사결정 지원시스템으로써 유용하게 활용될 수 있을 것이다.

• 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.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.1519-1523
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• 2009

비상대처계획수립을 위한 홍수방어체계 구축은 방재적 측면에서 가능최대강수량 유입시 댐 붕괴 조건에 대한 하류지역의 침수범람지도와 대피경로 작성에 관한 내용이 주된 관심사였다. 그러나, 현재 국내에서 계획되고 있는 자연형하천 조성사업, 물순환시스템 조성공사 등에서는 기존의 비상대처계획수립과는 차별화된 홍수시 이용자 대피계획 및 각종 수리구조물의 운영에 대한 비상경보 발령체계 수립을 요구하고 있다. 본 연구는 청라지구 중앙호수와 공촌천, 심곡천 연결부의 하천 배수문 운영, 내부수로 수위조절을 위한 배수펌프 계획과 연계한 상황별 홍수조절 방안을 수립하고 강우, 수위 관측에 의한 비상시 경보발령 기준을 제시하였다. 하천배수문 운영에 따른 중앙호수 저류시설 활용효과 분석을 위하여 100년, 200년빈도 홍수 유입시 조위조건별 내수위 변화를 계산하였다. 수치모의는, 공촌천-중앙호수-심곡천을 연계운영을 위하여 HEC-RAS의 Full Network를 이용하였으며 심곡천, 공촌천과 중앙호수를 연결하는 하천배수문은 계획홍수위 El. 3.75m 이상인 경우 개별적으로 개방하도록 하였다. 모형 수행결과, 계획빈도 홍수시 하천배수문 개방을 통한 중앙호수 저류지 활용방안은 200년빈도, 약최고고조위 내습시에도 청라지구 전체의 치수안정성을 확보할 수 있다. 그러나, 200년빈도 고극조위 이상의 기상조건인 경우에는 심곡천 홍수위가 계획제방고 El. 4.55m를 넘어 비상대처계획 수립이 필요하다. 분석결과를 바탕으로 도시홍수방어체계 구축을 위하여 3단계의 치수안정성 확보 계획을 수립하였으며 하천배수문 개방 차단계획을 고려하여 계획빈도이하 홍수, 계획빈도이상 홍수, 비상상황시로 구분하여 상황별 홍수조절방안을 제시하였다. 또한, 500년빈도 홍수시 폭풍해일을 고려한 하천 수위 분석을 통하여 비상경보 발령체계를 정량적으로 분석하였다. 비상경보발령은 공촌천 수위 El. 3.85 m, 심곡천 수위 El. 3.73 m, 강우강도 39.7mm/hr 이상시이다. 본 연구는 홍수시 모니터링시스템에 의한 비상경보 발령체계 수립을 위한 수위 및 강우조건을 정량적으로 제시하여 차후 개발되는 신도시 물순환시스템의 상황별 홍수조절 방안 및 모니터링 시스템에 의한 경보발령 기준 수립시 활용가능 할 것으로 기대된다.