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Meta-Gaussian 방법을 이용한 강우-유출 모형에서의 불확실성 산정 (Evaluation of the Uncertainties in Rainfall-Runoff Model Using Meta-Gaussian Approach)

  • 김병식;김보경;권현한
    • 한국습지학회지
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    • 제11권1호
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    • pp.49-64
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    • 2009
  • 홍수나 가뭄 등 극한 사상을 예측하여 재해에 대비하거나 또는 수자원을 효율적으로 관리, 배분하기 위하여 강우-유출 모형이 이용되고 있다. 그러나 많은 수문학자들은 강우-유출 모형이 가질 수밖에 없는 불확실성에 대하여 언급하였다. 실제 유역에 내린 강우는 증발과 증산, 차단, 침투 등 여러 과정을 거쳐 유출로 이어지는데, 모형에서는 이러한 복잡한 물리적 과정을 단순화하여 표현하였으므로 불확실성이 반드시 존재할 수밖에 없는 것이다. 따라서 모형으로부터의 모의 결과를 신뢰할 수 있는지를 정량적으로 판단하는 과정이 이루어져야 한다. 본 논문에서는 현재까지 강우-유출 모형의 불확실성을 평가한 선행 연구 중 Montanari와 Brath(2004)가 제시한 Meta-Gaussian 기법을 이용하여 강우-유출 모형 모의 결과에 대한 불확실성을 검토하였다. 이 기법은 모형 오차의 확률 분포형으로부터 신뢰구간의 상한계와 하한계를 추정하는 방법으로 수문모형의 전역적 불확실성(Global Uncertainty)을 정량화할 수 있다. 본 논문에서는 동일한 강우사상에 대한 물리적 기반의 분포형 모형인 $Vflo^{TM}$ 모형과 개념적 준 분포형 모형인 HEC-HMS 모형으로부터 모의된 유출량을 Meta-Gaussian 기법을 적용하여 불확실성을 분석하였다.

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불확실성을 갖는 비선형 시스템의 강인한 지능형 디지털 재설계 (Robust Intelligent Digital Redesign of Nonlinear System with Parametric Uncertainties)

  • 성화창;주영훈;박진배
    • 한국지능시스템학회논문지
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    • 제16권2호
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    • pp.138-143
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    • 2006
  • 본 논문은 불확실성을 포함한 비선형 시스템에 대한 제어를 위해 강인 지능형 디지털 재설계의 전 역적 접근 방안에 대해 제안하고자 한다. 이산화를 통한 제어기 설계에 있어서 불확실성이 포함된 실시간 비선형 시스템에 대해 보다 효율적이고 안정적인 접근을 위해 T-S 퍼지 모델이 사용되었다. 그리고 전역적 접근을 위한 방안으로서 문제를 볼록 최적화 관점으로 변환 후, 오차가 가질 수 있는 놈의 영역을 최소화 하여 상태 접합을 이루고자 하였다. 또한 쌍선형과 역 쌍선형 기법을 사용함으로써 불확실성이 포함된 비선형 시스템을 보다. 더 정확하게 분석하였다. 샘플링 기간이 충분히 작다면, 불확실 비선형 시스템의 실시간 시스템으로의 전환이 충분한 이유를 가지게 된다. 전 역적 접근을 통한 디지털로 제어된 시스템은 선형 행렬 부등식 형태로 바꾸어 시스템의 안정성을 보장하고자 하였다. 마지막으로 T-S 퍼지 모델로 분석된 혼돈 Lorenz system에 적용함으로써 제안된 방법의 안정성과 효율성을 확인한다.

GPS 음영 지역 극복을 위한 INS/초음파 속도계 결합 항법 시스템 설계 (An Integrated Navigation System Combining INS and Ultrasonic-Speedometer to Overcome GPS-denied Area)

  • 최부성;유원재;김라우;이유담;이형근
    • 한국항행학회논문지
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    • 제23권3호
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    • pp.228-236
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    • 2019
  • 최근 도심지, 터널, 지하도 등과 같이 위성항법시스템 (GPS; global positioning system) 신호 수신이 어려운 환경에서 안정적으로 정확한 위치 해를 획득하기 위한 다중센서 결합 기법들이 활발하게 연구되고 있다. GPS 음영 지역에서의 위치 정확도를 개선하기 위하여 본 논문에서는 초음파의 전파 특성을 활용하여 동체의 전방 속도를 추정할 수 있는 저가의 초음파 속도계(ultrasonic-speedometer)를 설계하였고, 이를 활용하여 관성항법시스템 (INS; inertial navigation system)과 효율적으로 결합하는 INS/초음파 속도계 결합 항법 시스템을 제안하였다. 제안된 시스템의 성능을 분석하기 위해 차량 탑재 실험을 수행하였다. 실험결과에 의하면 저가의 MEMS IMU (micro electro mechanical systems inertial measurement unit)를 활용하고 GPS 신호가 10초 이상 가용하지 않는 경우에도 제안된 INS/ 초음파 속도계 결합 항법 시스템은 위치 정보 정확도의 열화를 효과적으로 제한할 수 있음을 확인하였다.

상수관로의 경제적 교체시기를 산정하기 위한 통계적 방법론 (A Statistical Methodology to Estimate the Economical Replacement Time of Water Pipes)

  • 박수완
    • 한국수자원학회논문집
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    • 제42권6호
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    • pp.457-464
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    • 2009
  • 본 논문에서는 상수관로의 파손자료를 이용하여 관로의 위험률을 산정하기 위해 사용되는 비례위험모형의 관로의 순차적 파손시간 예측정확도를 분석하고 이를 이용하여 관로의 경제적 교체 시간구간을 산정할 수 있는 방법론을 제시하였다. 비례위험모형에 기초한 생존함수를 이용하여 연구대상 관로들의 순차적 파손시간을 예측하고 이들을 기록된 파손시간과의 차이를 분석하였다. 이를 통하여 비례위험모형의 파손시간 예측 오차를 최소화하는 생존확률은 0.70인 것으로 결정되었으며, 세 번째 파손으로부터 일곱 번째 파손에 대한 모형만이 관로의 파손시간을 예측하는데 적합한 것으로 분석되었다. 생존확률 0.70과 순차적 파손사건에 대한 생존함수의 하한 및 상한을 이용하여 예제로 사용된 관로에 대해 예측된 파손시간의 95% 신뢰구간의 하한 및 상한을 추정하였다. 예측된 파손시간의 95% 신뢰 구간의 하한과 상한을 이용하여 관로 파손 경향모형인 General Pipe Break Prediction Models(GPBM)을 구축하고 이들을 관로의 한계파괴율과 결합하여 시간에 대한 해를 구하므로써 경제적 교체 시간구간을 산정하였다.

교량 상태에 따른 생애주기비용 영향 분석 (A Study on Life Cycle Cost According to Bridge Condition)

  • 박준용;이기세
    • 한국산학기술학회논문지
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    • 제22권2호
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    • pp.802-809
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    • 2021
  • 노후화로 인해 급증하는 유지관리 비용에 대응하기 위하여 자산관리적 관점에서 교량의 유지관리 비용 예측은 필수적이다. 교량의 유지관리 비용 예측은 교량 상태에 기반하여 생애주기비용을 지표로 수행되며, 일반적으로 교량 상태는 열화환경, 하중조건, 재료특성 등에 따라 상당히 넓은 분포특성을 가진다. 본 논문에서는 교량 상태에 영향을 주는 변수로 사용수명, 열화속도, 점검오차를 활용하는 상태예측모델을 활용하여 교량 상태가 생애주기비용 산정에 미치는 영향을 평가하였다. 검토된 변수 중에서 점검오차가 특히 생애주기비용 산정에 상당한 영향을 미치는 것을 확인하였다. 그리고 실제 고속도로 교량의 건전도지수 분포를 기반으로 상하한을 모사하는 상태예측모델을 구축하여 개별 교량에서 발생가능한 생애주기비용의 상하한 값을 추정하였다. 상태예측모델과 연계하여 생애주기동안 발생하는 비용을 예측하기 위해 교량 건전도지수에 따른 보수보강비용 산정식을 활용하였다. 분석을 통해 교량의 상태에 따라 생애주기비용의 차이가 상당히 크게 발생함을 확인하였다. 이에 따라 기존의 평균을 모사하는 단일모델로는 효율적 관리가 어려울 수 있으므로, 향후 다양한 종류의 상태예측모델을 구축하여 교량에 따라 적합한 모델을 적용하는 등 개별 교량의 유지관리 비용 예측신뢰도를 높이기 위한 연구가 필요하다.

에너지방정식에 기초한 사장 케이블 기본진동수 추출 (Fundamental Frequency Extraction of Stay Cable based on Energy Equation)

  • 김현겸;황재웅;이명재
    • 대한토목학회논문집
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    • 제28권1A호
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    • pp.125-133
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    • 2008
  • 사장교의 장대화로 주탑 및 보강형과 더불어 사장 케이블의 동적 안정화에 많은 노력이 요구된다. 사장 케이블에서 동적 불안정은 주로 대칭 1모드와 역대칭 1모드에서 발생되며 대칭 1모드는 역대칭 1모드와 다르게 새그의 영향이 명확하게 나타나므로 기본진동수는 팽팽한 스트링으로부터 얻은 것과 상이한 결과를 제공하게 된다. 이러한 현상에 관해 Irvine, Triantafyllou, 안상섭 등은 해석적 기법을 통해 동적거동 분석을 수행하였다. 이들의 연구는 광범위한 영역의 Irvine Parameter에 대해 중요한 결과를 제시하였으나 특성점(Cross-Over Point 혹은 복합모드 형성점) 이후 영역에 대해서는 상이한 결과를 제시하였고 진동수방정식의 높은 비선형성으로 인해 해가 매우 민감한 난점이 있다. 본 연구는 사장 케이블 동적안정 문제에 주요한 모드들 중 새그의 영향이 가장 높은 대칭 1모드의 기본진동수에 초점을 맞추었으며 일반화된 역학적에너지에 경계조건을 만족시키는 진동형상을 적용하고 Rayleigh-Ritz 방법으로 해석적인 해를 제시하였다. 선행연구들과 다르게 본 연구는 선형적인 해를 제공하며 이에 따른 오차는 특성점 이내에서 3% 미만의 오차를 보였다. 또한, 사장 케이블이나 이에 준한 케이블은 특성점을 넘지 않으므로 공학적으로 충분한 가치를 갖는다고 볼 수 있다. 더불어 대칭 1모드에서 발생되는 갤로핑과 Parametric 공진대역을 분석하여 연구의 활용성을 확인하였다.

전자선 치료 시 Bolus를 적용한 경우 표면선량의 Treatment Planning System(TPS) 계산 값과 실제 측정값의 비교 (Comparison of Treatment Planning System(TPS) and actual Measurement on the surface under the electron beam therapy with bolus)

  • 김병수;박주영;박병석;송용민;박병수;송기원
    • 대한방사선치료학회지
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    • 제26권2호
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    • pp.163-170
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    • 2014
  • 목 적 : 표재성 종양 치료를 위하여 선택한 전자선은 bolus와 동시에 사용할 경우 표면선량에 급격한 변화를 보이게 되며 이는 치료결과의 중요한 변수로 작용할 수 있다. 이에 본 논문에서는 전자선 치료에서 bolus가 적용될 경우 표면선량을 좌우할 수 있는 4 가지 변수에 따른 치료계획시스템(Treatment Planning System, TPS)의 표면선량 계산 값과 실제 측정값을 비교 분석하였다. 대상 및 방법 : 치료계획시스템(Pinnacle 9.2, philips, USA)과 실제 측정값을 비교하기 위하여 실제 치료 시 주로 발생되는 4가지 변수(A: bolus 두께 - 3, 5, 10 mm, B: 조사야 크기 - $6{\time}6$, $10{\time}10$, $15{\time}15cm2$, C: 에너지 - 6, 9, 12 MeV, D: 겐트리 각도 - 0, $15^{\circ}$)를 설정하였다. 16 cm 두께의 solid water phantom을 이용하여 bolus(Action Products, USA) 없이 전산화단층촬영(lightspeed ultra 16, General Electric, USA)을 시행하였고 치료 계획은 TPS 상에서 각각 3, 5, 10 mm bolus를 생성하여 A, B, C, D를 조합한 총 54개의 beam으로 계획하였다. 이때 SSD 100 cm, 300 MU를 조사하였고 TPS와 실제 측정값을 비교 분석하기 위해 EBT3 film(International Specialty Products, NJ, USA)을 이용해 iso-center에 위치시켜 2회 반복 측정하였다. 측정된 film은 디지털 평판 스캐너(Expression 10000XL, EPSON, USA)와 선량 농도 분석시스템(Complete Version 6.1, RIT, USA)을 사용하여 각각의 평균값과 표준편차 값으로 분석하였다. 결 과 : bolus 두께에 따른 값은 3, 5, 10 mm에서 실제 측정된 값이 TPS의 계산 값보다 각각 101.41%, 99.58%, 101.28%, 표준편차는 각각 0.0219, 0.0115, 0.0190 으로 나타났다. 조사야 크기에 따른 실제 측정값은 $6{\time}6$, $10{\time}10$, $15{\time}15cm2$ 각각 계산 값에 비해 99.63%, 101.40%, 101.24%, 표준편차는 0.0138, 0.0176, 0.0220 으로 나타났다. 에너지에 따른 값은 상대적으로 6, 9, 12 MeV 각각 99.72%, 100.60%, 101.96%, 표준편차는 0.0200, 0.0160, 0.0164로 나타났다. 빔 각도에 따른 실제 측정값은 계산된 값에 비하여 0, $15^{\circ}$에서 각각 100.45%, 101.07%, 표준편차는 0.0199, 0.0190 으로써 $15^{\circ}$에서 $0^{\circ}$보다 0.62% 높게 측정되었다. 결 론 : 본 논문에서 사용한 변수에 따른 계산 값과 측정값을 분석한 결과 5 mm bolus, $6{\time}6cm2$ 조사야, 저 에너지 전자선, $0^{\circ}$ 겐트리 각도에서 TPS로 계산한 값이 측정값에 더 가까웠지만 다른 변수를 적용한 비교에서도 최대 2% 오차범위 내에 포함되는 결과를 보였다. 전자선과 bolus를 동시에 사용하는 경우 본 논문에서 선택된 변수의 범위를 벗어난다면 각각의 변수에 따라 실제 측정값이 TPS와 달라질 수 있기 때문에 정확한 표면선량에 대한 QA를 반드시 실시해야 한다.