분할격자체계를 이용한 천수흐름수치모형의 개발

김형준,이승오,조용식 한국방재학회 2008 한국방재학회논문집 Vol.08 No.04

Numerical implementation with a Cartesian cut-cell method is conducted in this study. A Cartesian cut-cell method is an easy and efficient mesh generation methodology for complex geometries. In this method, a background Cartesian grid is employed for most of computational domain and a cut-cell grid is applied for the peculiar grids where the flow characteristics are changed such as solid boundary to enhance the accuracy, applicability and efficiency. Accurate representation of complex geometries can be obtained by using the cut-cell method. The cut-cell grids are constructed with irregular meshes which have various shape and size. Therefore, the finite volume method is applied to numerical discretization on a irregular domain. The HLLC approximate Riemann solver, a Godunov-type finite volume method, is employed to discretize the advection terms in the governing equations. The weighted average flux method applied on the Cartesian cut cell grid for stabilization of the numerical results. To validate the numerical model using the Cartesian cut-cell grids, the model is applied to the rectangular tank problem of which the exact solutions exist. As a comparison of numerical results with the analytical solutions, the numerical scheme well represents flow characteristics such as free surface elevation and velocities in x-and y-directions in a rectangular tank with the Cartesian and cut-cell grids. 본 연구는 Cartesian 격자망을 기본으로 하여 복잡한 지형을 위한 격자를 간편하고 효율적으로 생성할 수 있는 기법인 분할격자체계를 제안하고자 한다. 분할격자기법은 전반적인 흐름영역의 격자는 균일한 크기의 Cartesian 격자로 표현하지만 수치모형의 정확성, 적용성 및 효율성을 증대시키기 위하여 흐름의 특성이 변하는 격자를 분할하여 처리하는 기법이다. 분할격자체계에 의한 격자망은 다양한 크기 및 형상을 지니게 되므로, 유한체적기법을 적용하여 복잡한 흐름영역을 위한 수치모형을 구성한다. HLLC Riemann 근사해법을 이용하여 지배방정식을 이산화하였으며, 수치해의 안정성을 기하기 위하여 TVD-WAF기법을 적용하였다. 분할격자체계를 이용한 수치모형을 검증하기 위하여 해석해가 존재하는 사각형수조의 자유진동흐름을 모의하였다. 해석해와 수치모의 결과를 비교하여 본 연구에서 제안된 기법이 균일격자 및 분할격자체계에서 자유수면변위 및 x-축 및 y-축 방향의 유속을 정확히 모의함을 확인하였다.

분할격자체계를 이용한 천수흐름 수치모형의 개발

김형준,이승오,조용식,Kim, Hyung-Jun,Lee, Seung-Oh,Cho, Yong-Sik 한국방재학회 2008 한국방재학회논문집 Vol.8 No.4

본 연구는 Cartesian 격자망을 기본으로 하여 복잡한 지형을 위한 격자를 간편하고 효율적으로 생성할 수 있는 기법인 분할격자체계를 제안하고자 한다. 분할격자기법은 전반적인 흐름영역의 격자는 균일한 크기의 Cartesian 격자로 표현하지만 수치모형의 정확성, 적용성 및 효율성을 증대시키기 위하여 흐름의 특성이 변하는 격자를 분할하여 처리하는 기법이다. 분할격자체계에 의한 격자망은 다양한 크기 및 형상을 지니게 되므로, 유한체적기법을 적용하여 복잡한 흐름영역을 위한 수치모형을 구성한다. HLLC Riemann 근사해법을 이용하여 지배방정식을 이산화하였으며, 수치해의 안정성을 기하기 위하여 TVD-WAF기법을 적용하였다. 분할격자체계를 이용한 수치모형을 검증하기 위하여 해석해가 존재하는 사각형수조의 자유진동흐름을 모의하였다. 해석해와 수치모의 결과를 비교하여 본 연구에서 제안된 기법이 균일격자 및 분할격자체계에서 자유수면변위 및 x-축 및 y-축 방향의 유속을 정확히 모의함을 확인하였다. Numerical implementation with a Cartesian cut-cell method is conducted in this study. A Cartesian cut-cell method is an easy and efficient mesh generation methodology for complex geometries. In this method, a background Cartesian grid is employed for most of computational domain and a cut-cell grid is applied for the peculiar grids where the flow characteristics are changed such as solid boundary to enhance the accuracy, applicability and efficiency. Accurate representation of complex geometries can be obtained by using the cut-cell method. The cut-cell grids are constructed with irregular meshes which have various shape and size. Therefore, the finite volume method is applied to numerical discretization on a irregular domain. The HLLC approximate Riemann solver, a Godunov-type finite volume method, is employed to discretize the advection terms in the governing equations. The weighted average flux method applied on the Cartesian cut cell grid for stabilization of the numerical results. To validate the numerical model using the Cartesian cut-cell grids, the model is applied to the rectangular tank problem of which the exact solutions exist. As a comparison of numerical results with the analytical solutions, the numerical scheme well represents flow characteristics such as free surface elevation and velocities in x-and y-directions in a rectangular tank with the Cartesian and cut-cell grids.

분할격자기법을 이용한 실험수조 댐붕괴파의 수치모의

김형준(Kim Hyung-Jun),김정민(Kim Jung-Min),조용식(Cho Yong-Sik) 대한토목학회 2009 대한토목학회논문집 B Vol.29 No.2B

본 연구는 효율적이며 정확한 격자생성기법인 분할격자기법을 이용하여 댐붕괴 흐름을 수치모의한다. 분할격자기법은 부분적으로 비구조격자를 사용하지만, 대부분의 흐름영역을 균일한 크기의 Cartesian 격자로 이산화한다. HLLC Riemann 근사해법과 TVD-WAF기법의 유한체적기법을 적용하여 흐름률을 계산하고 분할격자의 영역을 위한 수치모형을 구성한다, 수치모형을 검증하기 위하여 이상적인 하도에서의 정상류, 불균일하도에 의해 형성되는 정상류 및 사각형수조의 자유진동흐름을 모의하여 해석해와 비교하였다. 마지막으로, 실험수로에서 발생한 댐붕괴파의 흐름을 모의하여 관측값과 비교하여 정확하고 안정된 결과를 확인하였다. In this study, dam-break flo~s are simulated numerically by using an efficient and accurate Cartesian cut-cell mesh system. In the system, most of the computational domain is discretized by the Cartesian mesh, while peculiar grids are done by a cut-cell mesh system. The governing equations are then solved by the finite volume method. An HLLC approximate Riemann solver and TVD-WAF method are employed to calculation of advection flux of the shallow-water equations. To validate the numerical model, the model is applied to some problems such as a steady flow convergence on an ideal bed, a steady flow over an irregular bathymetry, and a rectangular tank problem. The present model is finally applied to a simulation of dam-break flow on an experimental channel. The predicted water surface elevations are compared with available laboratory measurements. A very reasonable agreement is observed.

적응적 격자와 분할격자 기법을 이용한 도시홍수 모의

안현욱 ( Hyunuk An ),노재경 ( Jaekyoung Noh ) 한국농공학회 2015 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2015 No.-

과학기술의 급격한 발전에도 불구하고, 이상기후는 최근 들어 더욱 예측하기 어려운 방향으로 진행되고 있으며, 이로 인한 가뭄 및 홍수 등 수재해의 강도 및 빈도는 뚜렷하게 증가하고 있는 추세이다. 도시유역에서 발생하는 홍수는 배수지체로 인한 내수침수가 대부분이며 이러한 현상을 해석하기 위해서는 우수관망현상과 범람현상을 동시에 해석하여야 한다. 국내에서는 우수관망 모형인 SWMM과 범람해석모형인 FLUMEN을 같이 사용하거나, 두 해석 모듈이 모두 포함된 XP-SWMM이 주로 도시홍수 모의에 활용되고 있다. 본 연구에서는 적응적 격자와 분할격자 기법을 사용하여 범람모형을 개선하고자 하였다. 도시지역의 홍수범람양상은 복잡한 지형과 건물들로 인해 매우 복잡하며 이러한 현상은 일반적으로 도시홍수 모의에서는 무시되고 있다. 건물의 영향을 고려한 격자생성 및 지형처리기법들이 소개되었으나 전처리의 및 격자생성의 어려움으로 인해 손쉽게 활용되기 어렵다는 한계가 존재한다. 본 연구에서는 적응적 격자분할 기법과 분할격자기법을 활용해 폴리곤 또는 폴리라인으로 구성된 다수의 건물이 격자상에 반영될 수 있도록 모듈을 개발하였다. 2011년 사당에서 발생한 도시홍수를 대상으로 모의를 수행하였고 사당유역의 18000여 건물을 격자상에 반영하였다. 이러한 상세한 모형화가 도시홍수범람양상에 얼마나 영향을 미치는 지 분석하였다.

적응적 분할격자 기반 2차원 침수해석모형 K-Flood의 개발

안현욱,정안철,김연수,노준우 한국수자원학회 2018 한국수자원학회논문집 Vol.51 No.10

An adaptive cut-cell grid based 2D inundation analysis model, K-Flood, is developed in this study. Cut cell grid method divides a grid into a flow area and a non-flow area depending the characteristics of the flows. With adaptive mesh refinement technique cut cell method can represent complex flow area using relatively small number of cells. In recent years, the urban inundation modeling using high resolution and fine quality data is increasing to achieve more accurate flood analysis or flood forecasting. K-Flood has potential to simulate such complex urban inundation using efficient grid generation technique. A finite volume numerical scheme of second order accuracy for space and time was applied. For verification of K-Flood, 1) shockwave reflex simulation by circular cylinder, 2) urban flood experiment simulation, 3) Malpasset dam collapse simulation are performed and the results are compared with observed data and previous simulation results. 본 연구에서는 적응적 분할격자기반 2차원 침수해석모형 K-Flood를 개발하였다. 분할격자기법은 흐름 특성을 기반으로 격자를 분할하여 흐름영역과 비흐름영역으로 구분하는 격자생성기법이며, 분할격자기법과 격자세분화기법을 동시에 활용하면 매우 적은 수의 격자로 복잡한 형상의 흐름영역을 표현할 수 있어 효율적인 모의가 가능하다. 특히 최근 도시홍수에 대해 매우 정밀한 해상도의 자료와 격자를 이용하여 보다 정확한 침수해석 또는 예보를 하고자 하는 시도가 늘어나고 있으며, K-Flood는 이러한 복잡한 흐름영역의 계산 시 적응적 분할격자를 활용하여 효율적인 격자생성이 가능하다. 공간 및 시간에 대해 2차 정확도의 유한체적 수치해법이 적용되었다. K-Flood의 검증을 위해 2차원 침수해석모형의 검증에 널리 사용되고 있는 1) 원형 실린더에 의한 충격파 반사 모의, 2) 도시홍수실험 모의, 3) Malpasset 댐붕괴 모의를 수행하였다. 모든 모의에서 관측자료 및 과거의 모의결과와 비교하여 성공적으로 K-Flood의 성능을 검증하였다.

Development of 2D inundation model based on adaptive cut cell mesh (K-Flood)

An Hyunuk,Jeong Anchul,Kim Yeonsu,Noh Joonwoo 한국수자원학회 2018 한국수자원학회논문집 Vol.51 No.10

본 연구에서는 적응적 분할격자기반 2차원 침수해석모형 K-Flood를 개발하였다. 분할격자기법은 흐름 특성을 기반으로 격자를 분할하여 흐름영역과 비흐름영역으로 구분하는 격자생성기법이며, 분할격자기법과 격자세분화기법을 동시에 활용하면 매우 적은 수의 격자로 복잡한 형상의 흐름 영역을 표현할 수 있어 효율적인 모의가 가능하다. 특히 최근 도시홍수에 대해 매우 정밀한 해상도의 자료와 격자를 이용하여 보다 정확한 침수해석 또는 예보를 하고자 하는 시도가 늘어나고 있으며, K-Flood는 이러한 복잡한 흐름영역의 계산 시 적응적 분할격자를 활용하여 효율적인 격자생성이 가능하다. 공간 및 시간에 대해 2차 정확도의 유한체적 수치해법이 적용되었다. K-Flood의 검증을 위해 2차원 침수해석모형의 검증에 널리 사용되고 있는 1) 원형 실린더에 의한 충격파 반사 모의, 2) 도시홍수실험 모의, 3) Malpasset 댐붕괴 모의를 수행하였다. 모든 모의에서 관측자료 및 과거의 모의결과와 비교하여 성공적으로 K-Flood의 성능을 검증하였다. An adaptive cut-cell grid based 2D inundation analysis model, K-Flood, is developed in this study. Cut cell grid method divides a grid into a flow area and a non-flow area depending the characteristics of the flows. With adaptive mesh refinement technique cut cell method can represent complex flow area using relatively small number of cells. In recent years, the urban inundation modeling using high resolution and fine quality data is increasing to achieve more accurate flood analysis or flood forecasting. K-Flood has potential to simulate such complex urban inundation using efficient grid generation technique. A finite volume numerical scheme of second order accuracy for space and time was applied. For verification of K-Flood, 1) shockwave reflex simulation by circular cylinder, 2) urban flood experiment simulation, 3) Malpasset dam collapse simulation are performed and the results are compared with observed data and previous simulation results.

공간정보를 활용한 격자체계 개선방안

김대현,김재명,윤병찬,장은미,최윤수 대한공간정보학회 2015 Spatial Information Research Vol.23 No.6

Currently, each organization has developed its gridded data in the form of respective grid system for its own purpose. Interoperability among the organization had been limited and resulted in inconvenient data access and application across domains. In this study, we investigated potential standards for National grid system and their strength and weakness. We also reviewed existing gridding schemes and had a survey of demand about grid system to those who have used or would plan to use gridded data in academic and business sectors. As the result of survey of demand, we suggested national grid system for national grid data integration management system which has the mutual compatibility and also proposed sharing scheme of the grid type for users who need to grid data. 현재 우리나라는 기관별 업무활용을 위해 각자의 격자체계에 따라 자료가 구축되어 있어 상호 연계가 되지 않고, 자료 활용 및 접근성의 한계 등의 문제점이 발생하고 있다. 본 연구에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해 국가적인 차원에서의 국가격자체계와 격자데이터를 표준안을 검토하고, 장단점을 파악하고자 하였다. 국내외 격자체계 활용현황을 조사하고 격자데이터 활용문제점 개선을 위해 관계기관 및 관련분야 연구자들을 대상으로 수요조사를 실시하였다. 그 결과 격자데이터를 필요로 하는 사용자가 쉽게 접근가능하고, 격자데이터의 공유방안과 상호호환을 위한 데이터 제공형태 및 방법도출 등 국가격자데이터 통합관리체계를 위한 국가격자체계안을 제시하였다.

공간정보를 활용한 격자체계 개선방안

김대현,김재명,윤병찬,장은미,최윤수,Kim, Dae Hyun,Kim, Jae Myeong,Yoon, Byung Chan,Chang, Eun Mi,Choi, Yun Soo 한국공간정보학회 2015 한국공간정보학회지 Vol.23 No.6

현재 우리나라는 기관별 업무활용을 위해 각자의 격자체계에 따라 자료가 구축되어 있어 상호 연계가 되지 않고, 자료 활용 및 접근성의 한계 등의 문제점이 발생하고 있다. 본 연구에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해 국가적인 차원에서의 국가격자체계와 격자데이터를 표준안을 검토하고, 장단점을 파악하고자 하였다. 국내외 격자체계 활용현황을 조사하고 격자데이터 활용문제점 개선을 위해 관계기관 및 관련분야 연구자들을 대상으로 수요조사를 실시하였다. 그 결과 격자데이터를 필요로 하는 사용자가 쉽게 접근가능하고, 격자데이터의 공유방안과 상호호환을 위한 데이터 제공형태 및 방법도출 등 국가격자데이터 통합관리체계를 위한 국가격자체계안을 제시하였다. Currently, each organization has developed its gridded data in the form of respective grid system for its own purpose. Interoperability among the organization had been limited and resulted in inconvenient data access and application across domains. In this study, we investigated potential standards for National grid system and their strength and weakness. We also reviewed existing gridding schemes and had a survey of demand about grid system to those who have used or would plan to use gridded data in academic and business sectors. As the result of survey of demand, we suggested national grid system for national grid data integration management system which has the mutual compatibility and also proposed sharing scheme of the grid type for users who need to grid data.

적응적 메쉬세분화기법과 분할격자기법을 이용한 극한 도시홍수 실험 모의

안현욱,유순영 한국수자원학회 2011 한국수자원학회논문집 Vol.44 No.7

적응적 메쉬세분화기법과 분할격자기법을 적용한 2차원 천수방정식모형을 활용하여 구조물을 고려한 극한 홍수 실험을 모의하였다. 본 연구에 사용된모형은 두 격자생성 기법을함께 사용함으로서 복잡한 경계를보다 적은 격자로 효율적으로 표현하는 것이 가능하며, 동적 적응 메쉬세분화기법을 사용하여 흐름이 빠르게 변하는 영역에서 정확도를 유지하면서도 효율적으로 계산하는 것이 가능하다. HLLC 리만근사해법과 MUSCL 기법을 적용하여 시공간상에서 2차정도를 유지하며 Two-dimensional shallow water model based on the cut cell and the adaptive mesh refinement techniques is presented in this paper. These two mesh generation methods are combined to facilitate modeling of complex geometries. By using dynamically adaptive me

스니핑 공격에 대응하는 격자형 센서 네트워크 라우팅 프로토콜

양창우(ChangWoo Yang),길아라(A Ra Khil) 한국정보과학회 2011 정보과학회논문지 : 정보통신 Vol.38 No.2

단일경로 라우팅을 통하여 유효 정보를 전송하는 센서 네트워크는 악의적으로 정보를 도청하는 스니핑 공격에 의한 유효 정보 유출의 가능성이 높다는 문제가 있다. 본 논문에서는 격자형 센서 네트워크에서 데이터를 전송할 때, 악의적인 스니핑 공격에 대비하여 전송하고자 하는 유효 데이터를 분할하고 각각의 분할된 데이터를 다중 경로를 통하여 전송함으로써 유효 정보 유출의 위험률을 감소시키는 다중경로 보안 라우팅 프로토콜을 제안한다. 분할된 패킷들을 분산된 다중 경로를 통하여 전송하는 방법은 스니핑 공격에 의한 유효 정보 유출의 위험률을 크게 감소시킨다. 제안하는 다중경로 라우팅 프로토콜의 스니핑 공격에 대한 보안성과 에너지 효율성은 NS-2(Network Simulator 2)를 이용하여, 단일경로를 이용하여 전송하는 경우와 비교하여 나타내 보인다. The sensor network transferring the information through single-path routing has the problem that the malicious sniffing attack due to eavesdropping of the valid information. In this paper, we propose the multiple path secure routing protocol for the grid sensor network that reduces the risk of information leakage by transferring packets with the partitioned data of the valid information through the multiple path routing against the malicious sniffing attacks. Sending the partitioned data over the distributed multiple paths significantly reduces the risk of the valid information disclosure by the sniffing attack. The security against the sniffing attack and the energy efficiency of the proposed multiple path secure routing protocol are shown as the results of the simulations compared with the transferring through the single path routing using the NS-2(Network Simulator 2).