딥러닝 기반 국내 지반의 지지층 깊이 예측

장영은,정재호,한진태,유용균 한국지반공학회 2022 한국지반공학회논문집 Vol.38 No.3

The N-value from the Standard Penetration Test (SPT), which is one of the representative in-situ test, is an important index that provides basic geological information and the depth of the bearing layer for the design of geotechnical structures. In the aspect of time and cost-effectiveness, there is a need to carry out a representative sampling test. However, the various variability and uncertainty are existing in the soil layer, so it is difficult to grasp the characteristics of the entire field from the limited test results. Thus the spatial interpolation techniques such as Kriging and IDW (inverse distance weighted) have been used for predicting unknown point from existing data. Recently, in order to increase the accuracy of interpolation results, studies that combine the geotechnics and deep learning method have been conducted. In this study, based on the SPT results of about 22,000 holes of ground survey, a comparative study was conducted to predict the depth of the bearing layer using deep learning methods and IDW. The average error among the prediction results of the bearing layer of each analysis model was 3.01 m for IDW, 3.22 m and 2.46 m for fully connected network and PointNet, respectively. The standard deviation was 3.99 for IDW, 3.95 and 3.54 for fully connected network and PointNet. As a result, the point net deep learing algorithm showed improved results compared to IDW and other deep learning method.

Estimating Air Temperature over Mountainous Terrain by Combining Hypertemporal Satellite LST Data and Multivariate Geostatistical Methods

Sunyurp Park(번역자) 대한지리학회 2009 대한지리학회지 Vol.44 No.2

지형 굴곡이 심한 하와이 화산섬의 경우, 측후소 분포가 매우 제한적이어서 공식적인 기온 분포도가 작성되지 못하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 이러한 기온 지도화의 문제점을 해결하는 방법으로 위성기반의 지표온도 자료로부터 기온추정치를 추출하여 내삽법에 필요한 입력자료로 사용하였다. 추출된 온도값을 표본값으로하여 거리 역비례 가중치법 (IDW)과 공동크리깅 (cokriging)을 적용하여 기온추정치를 지도화하였다. 기온과 고도값을 함께 이용한 cokriging이 IDW에 비해 크게 향상된 추정 오차값을 나타내었다. Cokriging은 주 변수와 고도와 같은 추가 변수 간의 상관관계가 유의하게 나타날 때 효과적으로 사용되는 내삽법이지만, 내삽 정확도는 계절적인 기상조건에 민감하게 영향받는 것으로 조사되었다. 강수량이 크게 증가하는 우기에는 건기에 비해 공간적인 기온변화가 크며, 이에 따라 기온 추정 오차값도 우기에 높게 나타났다. The accurate official map of air temperature does not exist for the Hawaiian Islands due to the limited number of weather stations on the rugged volcanic landscape. To alleviate the major problem of temperature mapping, satellite-measured land surface temperature (LST) data were used as an additional source of sample points. The Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) system provides hypertemperal LST data, and LST pixel values that were frequently observed (≥14 days during a 32-day composite period) had a strong, consistent correlation with air temperature. Systematic grid points with a spacing of 5㎞, 10㎞, and 20㎞ were generated, and LST-derived air temperature estimates were extracted for each of the grid points and used as input to inverse distance weighted (IDW) and cokriging methods. Combining temperature data and digital elevation model (DEM), cokriging significantly improved interpolation accuracy compared to IDW. Although a cokriging method is useful when a primary variable is cross-correlated with elevation, interpolation accuracy was sensitively influenced by the seasonal variations of weather conditions. Since the spatial variations of local air temperature are more variable in the wet season than in the dry season, prediction errors were larger during the wet season than the dry season.

조건부 합성기법과 레이더 강우자료를 이용한 분포형 강우유출모형 KIMSTORM2의 홍수모의 적용성 평가

정충길(Jung Chung gil),김성준(Kim Seong joon),이용관(Lee Yong gwan),이동률(Lee Dong ryul),김세훈(Kim Se hoon) 한국방재학회 2017 한국방재학회논문집 Vol.17 No.6

본 연구에서는 기존의 Radar 자료와, IDW 기법에 의해 보정된 Radar 자료(IDW) 및 조건부 합성(Conditional Merging, CM) 기법을 적용한 Radar 자료(Cm Radar)를 각각 활용하여 격자기반 분포형 강우-유출 모형(KIneMatic wave STOrm Runoff Model2, KIMSTORM2)을 이용해 남강댐 유역(2,293 ㎢)을 대상으로 유출해석을 수행하였다. 모형의 유출 해석은 2014년 8월에 발생한 태풍 나크리(NACRI)와 집중호우(Heavy Rain)를 대상으로 하였으며, 강우자료의 보정은 유역 내 21개 지점의 지상강우자료와 Radar 자료를 이용하여 CM 기법을 적용하였다. 각각의 세 가지 공간강우자료에 유출 검보정은 남강댐 유역 내 3개의 수위관측 지점(SC, CC, NR)을 대상으로 실시하였으며 목적함수로는 결정계수(Coefficient of determination, R²), Nash의 모형효율계수(NSE) 및 유출용적지수(Volume Conservation Index, VCI)를 산정하였다. 그 결과, 평균 R², NSE 및 VCI는 Radar의 경우 0.86, 0.82, 0.99, IDW의 경우 0.92, 0.90, 1.01, CM Radar 0.91, 0.89, 1.01로 산정되었다. 최종 검보정 결과는 공간강우자료가 정량적으로 큰 편차를 갖고 있더라도 유출모형 매개변수의 조정으로 유출총량 및 첨두유출의 향상이 가능하다는 것을 보여준다. 그러나, 강우 및 유출패턴을 고려할 경우, CM Radar은 지상관측 강우의 총량은 유지하면서 결측 강우 지점을 보완하고, Radar 강우의 공간분포를 반영하는 결과를 나타냈다. 최종적으로, CM 기법을 적용하여 기존 Radar 자료와의 비교검토 결과 공간강우와 분포형 모형에 의한 공간유출 및 첨두유출의 합리적인 재현 가능성을 나타낼 수 있었다. This study performed a distributed storm runoff modeling of a watershed (2,293 ㎢) with radar rainfall data (Radar), interpolated rainfall data (Inverse Distance Weighting, IDW), and regenerated radar data (CM Radar) by conditional merging (CM) with ground station data at each time step. For the regeneration of radar data, the CM technique was applied for runoff modeling. The distributed model KIMSTORM2 (grid-based KIneMatic wave STOrm Runoff Model2) was adopted for prediction of hydrologic components. For the data preparation, the Biseulsan dual polarization radar data and ground rainfall data at 21 stations by KMA (Korea meteorological Administration) in 2 (1 typhoon and 1 heavy rain in 2014) events were used. The CM Radar rainfall results showed that volume and spatial pattern of the Radar data were complemented. For the KIMSTORM2 modeling, the peak discharge and total runoff volume were the main target through the modeling. The modeling results of R² (coefficient of determination), NSE (Nash model efficiency), and VCI (volume conservation index) were 0.90, 0.87, 0.88 for Radar data, 0.94, 0.93, 0.94 for IDW data and 0.92, 0.91, 0.95 for CM Radar data respectively. Although the results of rainfall volume and peak rainfall by original Radar data were underestimated relative to observed rainfall data, the KIMSTORM2 could estimate the runoff discharges for both cases by separately calibrating model parameters of Manning’s roughness coefficient and initial soil moisture contents. The CM was applied to rainfall correction process, and it showed the possibility of reasonable reproduction for the spatial pattern and volume.

남한 지역 고해상도 기후지도 작성을 위한 공간화 기법 연구

조아영 ( Ayeong Jo ),류지은 ( Jieun Ryu ),정혜인 ( Hyein Chung ),최유영 ( Yuyoung Choi ),전성우 ( Seongwoo Jeon ) 한국환경영향평가학회 2018 환경영향평가 Vol.27 No.5

본 연구의 목적은 다양한 지리통계학적 공간화 기법을 적용한 격자기후자료와 기상청에서 제공하는 국지예보모델(Local Data Assimilation and Prediction System, LDAPS) 격자기후자료를 비교 분석하여 남한 지역의 고해상도 격자기후지도 작성 방안을 모색하는 것이다. 2017년의 595개 기후관측자료 중, 80%의 지점자료를 이용하여 순간 온도와 1시간 누적강수량에 대한 격자기후자료를 생성하였고 나머지 117개의 지점자료를 검증에 이용하였다. ArcGIS10.3.1과 Python3.6.4을 이용하여 관측자료 및 DEM을 IDW, 공동크리깅, 크리깅에 적용한 후, 공간보간 결과를 3개 군집으로 나누어 검증하였으며 LDAPS 격자기후자료를 바탕으로 유역 별 패턴 비교를 수행하였다. 결과적으로 순간 온도의 공간화에는 고도를 부변수로 추가한 공동크리깅이, 1시간 누적강수량 공간화에는 IDW가 가장 적합하였다. The purpose of this study is to build a new dataset of spatially interpolated climate data of South Korea by performing various geo-statistical interpolation techniques for comparison with the LDAPS grid data of KMA. Among 595 observation data in 2017, 80 % of the total points and remaining 117 points were used for spatial mapping and quantification, respectively. IDW, cokriging, and kriging were performed via the ArcGIS10.3.1 software and Python3.6.4, and each result was then divided into three clusters and four watersheds for statistical verification. As a result, cokriging produced the most suitable grid climate data for instantaneous temperature. For 1-hr accumulated precipitation, IDW was most suitable for expressing local rainfall effects.

환경생태적 평가 등급과 대기오염물질 농도와의 상관관계 분석

김근한,강선아,한지현 한국지도학회 2020 한국지도학회지 Vol.20 No.1

The purpose of this study was to analyze the correlation between the environmental and ecological assessment rating of the land and the urban atmospheric pollutant concentrations measured by the urban atmospheric monitoring network provided by Air Korea of the Ministry of Environment. It also intends to examine whether the environmentally and ecologically excellent areas affect the reduction of air pollutant concentrations. This study performs the Pearson correlation analysis between the average atmospheric pollutant concentrations in each of 260 municipalities in Korea obtained by applying IDW, which is one of the interpolation techniques, using the urban atmospheric measurement network data from 2013 to 2018, and the area ratio of each environmental and ecological assess rating in the municipality from 2013 to 2018. The results of the correlation analysis showed that SO2, CO, NO2, PM10, and PM2.5 concentrations had a higher negative correlation when the ratio of Grade 1 areas, which were considered as the environmentally and ecologically excellent areas, was higher. The negative correlation decreased as the environmental and ecological assessment rating was lowered, and the regions with a higher ratio of Grade 5 areas showed a high positive correlation. The atmospheric pollutant concentrations were lower as the ratio of Grade 1 areas was higher, and the atmospheric pollutant concentrations were higher as the ratio of Grade 5 areas was higher. The results confirmed that, even in the same green regions, the atmospheric pollutant concentrations decreased as the ratio of environmentally and ecologically excellent areas increased. Therefore, it is necessary to secure sufficient environmentally and ecologically excellent areas to reduce the atmospheric pollutant concentrations that affect the people’s health, and the urban plans should address the management of environmentally and ecologically excellent areas. Future studies include the additional correlation analysis with various factors such as the patch area and patch distribution in the environmentally and ecologically excellent areas. The analysis result should be reflected in the national policies. 국토의 환경생태적 평가 등급과 환경부에서 제공하는 도시대기 측정망의 대기오염물질들 농도와의 상관관계를 분석하여 환경생태적으로 우수한 지역이 대기오염물질의 농도 저감에 영향을 미치는지를 살펴보고자 했다. 이를 위해 본 연구에서는 우리나라 전체 260개 시군구를 대상으로 2013년부터 2018년까지 측정된 환경부 도시대기 측정망 자료와 보간법 중 하나인 IDW를 적용하여 2013년부터 2018년까지의 각 시군구별 대기오염물질 평균 농도와 환경생태적 평가 등급의 면적 비율과의 피어슨 상관분석을 수행했다. SO2, CO, NO2, PM10, PM2.5의 농도 값은 환경생태적으로 우수한 지역인 1등급의 비율이 높은 지역일수록 상대적으로 음의 상관성이 뚜렷하게 나타났다. 반대로, 환경생태적 평가등급이 낮은 5등급의 비율이 증가할수록 오히려 대기오염물질과 높은 양의 상관성을 보였다. 즉, 환경생태적으로 우수한 지역의 비율이 높을수록 대기오염물질의 농도가 낮으며, 그 반대의 경우에는 대기오염물질의 농도가 높았다. 이는 녹지 중에서도 환경생태적으로 우수한 녹지의 면적이 차지하는 비율이 높을수록 대기오염물질의 농도 감소에 긍정적 영향을 미칠 수 있음을 보여준다. 따라서 국민의 건강에 직접적 영향을 미치는 대기오염물질의 농도를 감소시키기 위해서는 환경생태적 우수지역의 면적을 충분히 확보할 필요가 있을 것이라 판단되며, 향후 도시계획 단계에서 환경생태 우수지역과 연계된 계획의 수립이 필요하다고 판단된다. 후속 연구에서는 이러한 오염물질들의 특성 및 환경생태적 우수지역의 패치 면적, 패치 분포 등 다양한 사항들을 고려하여 추가적인 상관분석을 수행하고, 분석 결과를 국가 정책에 반영해야 할 것으로 생각된다.

표준기상데이터 작성 시 누락된 풍속 데이터의 보간 방법 제안

박소우,김주욱,송두삼 한국태양에너지학회 2017 한국태양에너지학회 논문집 Vol.37 No.6

The meteorological data of 1 hour interval are required to write a typical weather data for building energy simulation. However, many meterological data are missing and the interpolation method to recover the missing data is required. Especially, lots of meterological data are replicated by linear interpolation method because the changes are not significant. While, the wind velocity fluctuates with the time or locations, so linear interpolation method is not appropriate in interpolation of the wind velocity data. In this study, three interpolation methods, using surrounding wind velocity data, Inverse Distance Weighting (IDW), Revised Inverse Distance Weighting (IDW-r), were analyzed considering the characteristics of wind velocity. The Revised Inverse Distance Weighting method, proposed in this study, showed the highest reliability in restoration of the wind velocity data among the analyzed methods.

대기오염을 고려한 도시의 환경적 수용력 산정 연구

이광호,정연우,Lee, Kwang-Ho,Jeong, Yeun-Woo 한국토지주택공사 토지주택연구원 2011 LHI journal of land, housing, and urban affairs Vol.2 No.4

도시의 무분별한 개발로 인해 수도권의 주요도시는 환경문제를 겪고 있다. 이 중 대기오염은 도시민들이 신체적 경제적 피해를 받고 살아가게 되는 원인으로 작용하고 있다. 이에 인간활동으로 인해 배출되는 대기오염물질을 도시환경이 어느 정도 수용가능한지 예측하고, 이를 통해 적정 도시개발 수준을 검토할 필요성이 제기되고 있다. 본 연구는 대기오염물질 배출량에 따라 대기오염의 양상이 다르게 나타날 것이란 전제 하에, 경기도 과천시를 대상으로 대기환경기준 하에서 허용가능한 대기오염물질 배출량을 산정하고, 이를 기반으로 적정 인구규모를 도출하였다. 분석 결과는 다음과 같다. 첫째, IDW 보간법을 통해 일산화탄소(CO), 이산화질소($NO_2$), 아황산가스($SO_2$) 농도를 추정한 결과 과천시 전체적으로는 대기환경기준을 초과하지 않는 것으로 나타났다. 둘째, 대기오염물질 배출량과 농도와의 상관분석 결과 일산화탄소(CO)와 이산화질소($NO_2$) 농도는 이동오염원과 총오염원, 아황산가스($SO_2$) 농도는 이동오염원과 상관관계가 높은 것으로 나타났다. 셋째, 회귀분석을 통해 대기환경기준 하에서 대기오염물질 배출량을 산정하고 이를 기반으로 지탱가능한 인구수를 산정한 결과, 일산화탄소(CO)의 경우 지탱가능인구수가 실제 인구수보다 높게 나타났고, 이산화질소($NO_2$)와 아황산가스($SO_2$)의 경우는 주거지와 상업시설이 밀집된 도심부와 경계부에서 지탱가능한 인구수를 초과하는 것으로 나타났다. 본 연구를 통해 시도된 환경용량 측정은 대기환경기준 하에서 어느 정도의 인간활동이 적절한 수준인지를 제시해 주었다는데 의의가 있다. 이를 통해 도시환경이 지니는 용량의 범위 내에서 개발행위를 관리함으로써 지속가능한 도시개발이 가능할 것이다. Indiscreet developments cause environmental problems in major cities of Seoul Metropolitan Area. Among the environmental problems, the air pollution leads the citizens' physical and economic damages. Therefore, it needs to predict how much air pollutant which is emitted from human activities can be carried by urban environment, then to examine the reasonable level of urban development This study assumed that the air pollution is represented differently by the amount of emission. With the assumption, the acceptable air pollutant emission which keeps the air quality under the environmental standard is estimated, then the proper population is calculated in the case of Gwacheon, Gyeonggi. The result is as follow: First, air pollution concentrations of CO, $NO_2$, $SO_2$ which are estimated by using IDW interpolation of GIS don't excess the air environmental standard. Second, the result of correlation analysis between air pollutant emission and air pollution concentration shows that CO and $NO_2$ has high correlationship with total source of pollution and linear source of pollution, and $SO_2$ with linear source of pollution. Third, the results of regression analysis show that the acceptable population is bigger that the real population in the case of CO, and with the estimation of $NO_2$ and $SO_2$, the current population in the urban center and boundaries where the residential and commerce land uses are concentrated is bigger than the acceptable population. The consequence of this study is that the estimation of carrying capacity can suggest the acceptable human activities which keep the air quality under the environmental standard. This can leads the sustainable urban development by control the human activities under the carrying capacity of urban environment.

공간통계기법을 이용한 하논화산의 화구호 복원

최광희(Kwang Hee Choi),윤광성(Kwang Sung Yoon),김종욱(Jong Wook Kim) 대한지리학회 2006 대한지리학회지 Vol.41 No.4

제주도 남쪽에 위치한 하논화산은 분화구에 경작지로 이용되고 있는 습지가 있다. 이 습지퇴적층을 조사한 선행 연구자들은 과거에는 이 퇴적층이 마르호였을 것이라 추정하였다. 습지퇴적층의 심도는 굴절법 탄성파 탐사를 통해 5~14m로 추정되었으며, 이는 선행 연구결과와 대체로 일치한다. 그러나 이러한 자료들은 특정구간에 대한 정보일 뿐으로, 분화구내 퇴적층의 공간적 특성을 파악하기는 어렵다. 본 연구에서는 탄성파 탐사를 통해 확보한 습지퇴적층의 심도를 바탕으로, 공간통계기법을 이용하여 화구호를 가상적으로 복원하였다. 화구호의 복원과정은 다음과 같다. 우선, 선행 연구자료와 본 연구의 탐사자료를 바탕으로 기본 데이터를 구축하고, 이를 IDW와 크리깅을 이용하여 내삽하였다. 이렇게 내삽된 자료를 다시 현재의 지형면과 연산하여 고지형면을 복원하였으며, 여기에 시추자료에 근거한 수면의 고도를 이용하여 화구호의 경계를 추출하였다. 복원된 화구호는 중앙 분석구의 북쪽에 반달 형태로 존재하였으며, 평균 수심은 약 5m, 최대 수심은 약 13m에 이르렀을 것으로 추정되었다. 아울러, 내삽기법에 따라 미세한 차이는 있으나, 화구호의 면적은 184,000~190,000㎡, 부피는 약 869,760㎥로 추정되었다. 분화구 생성직후부터 지속적인 퇴적작용이 있었기 때문에, 복원된 화구호가 특정 시기의 호수를 직접 가리키지는 않지만, 분화구의 내부 형태와 마르호의 퇴적 및 변화과정을 밝히는 데 중요한 단서가 된다. The Hanon volcano located in the southern part of Cheju Island, Korea has a wetland in its crater being used as a farmland. Previous researchers presumed this wetland was a maar lake in the past. Based on the seismic refraction method, the wetland sediment layer was estimated between 5 to 14 m deep, which is mostly in accordance with previous researches. However, this shows only the depths at some sites, not representing the whole spatial distribution. This study is an attempt to reconstruct the volcanic lake in Hanon crater by applying the spatial statistical techniques based on the depth information from the seismic survey and known data. The procedure of reconstruction is as follows: First, the depth information from the seismic survey and known data were collected, and it was interpolated by IDW and Ordinary Kriging method. Next, with the interpolation map and the present DEM, the paleo DEM was constructed. Finally, using the paleo lake level on core data, the boundary of volcanic lake was extracted from the paleo DEM. The reconstructed lake resembles a half-moon in the north of the central scoria cone. It is estimated that the lake was 5 m deep on average and 13 m deep at the deepest point. Although there are slight differences according to the interpolation techniques, it is calculated that the area of the lake was between 184,000 and 190,000 ㎡, and its volume approximately 869,760 ㎥. Because of the continuous deposition processes after the crater formation, the reconstructed volcanic lake would not indicate an actual lake at a specific time. Nevertheless, it offers a significant clue regarding the inner morphology and evolution of the crater.

IDW와 크리깅을 이용한 남한 지역 고해상도 격자형 시정 자료 산출 및 기법 간 수준 비교

강태호,서명석 한국기상학회 2020 한국기상학회 학술대회 논문집 Vol.2020 No.10

일최고기온 빈도분석을 통한 폭염 정량화 연구

박정현(Park, Jung Hyun),주진걸(Joo, Jin Gul) 대한토목학회 2019 대한토목학회 학술대회 Vol.2019 No.10