KR101040246B1 - 지아이에스 기반을 이용한 하천과 연안해역의 통합수질 시뮬레이션 시스템 및 통합 수질 시뮬레이션 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 GIS기반을 이용한 하천과 연안해역의 통합수질 시뮬레이션 시스템 및 통합 수질 시뮬레이션 방법에 관한 것으로, 하천과 연안해역의 수질관리에 필요한 다양한 주제도와 오염원 및 수질 자료를 수집하여 각각 도형 데이터베이스와 속성 데이터베이스를 구축하고, 하천과 연안해역에 대해 각각 최적화된 수질모델링 프로그램을 GIS기반의 수질관리 시스템 내에서 연동하게 함으로써 수질모델 프로그램을 통한 수질 시뮬레이션 실행을 가능하게 하고 하천과 연안해역의 수질모의 결과를 지도기반으로 조회할 수 있게 하며 특히 하천 수질모델링 프로그램의 실행을 통해 얻은 하천의 수질모의 결과는 다시 GIS기반으로 연안해역 수질모델링 프로그램에 적용함으로써 연안해역의 수질 시뮬레이션에 활용할 수 있게 설계하여 수리 및 수문학적 특성이 다른 두 대상 지역에 대한 수질모의를 단일 시스템 내에서 가능하게 하여 신속한 수질관리와 최적의사결정을 지원하는 GIS기반을 이용한 하천과 연안해역의 통합수질 시뮬레이션 시스템 및 통합 수질 시뮬레이션 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명을 적용하면, 하천에 대한 수질 시뮬레이션과 연안해역에 대한 수질 시뮬레이션을 단일 시스템 내에서 수행하여 통합수질관리를 통해 실질적인 수질관리방안을 마련할 수 있으며, 신속한 의사결정을 지원하고, 하천 수질이 연안해역 수질에 미치는 영향을 중첩된 동일 공간상에서 쉽게 파악이 가능하여 수자원 및 해양 관련 학술 분야 연구에 활용이 가능하다는 장점이 있다.
GIS, 통합 수질 시뮬레이션, 하천 및 연안해역.

Description

지아이에스 기반을 이용한 하천과 연안해역의 통합수질 시뮬레이션 시스템 및 통합 수질 시뮬레이션 방법{modeling methodology of GIS based integrated water quality modeling system for river and coastal area}
본 발명은 GIS기반을 이용한 하천과 연안해역의 통합수질 시뮬레이션 시스템 및 통합 수질 시뮬레이션 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게 하천과 연안해역의 수질관리에 필요한 다양한 주제도와 오염원 및 수질 자료를 수집하여 각각 도형 데이터베이스와 속성 데이터베이스를 구축하고, 하천과 연안해역에 대해 각각 최적화된 수질모델링 프로그램을 GIS기반의 수질관리 시스템 내에서 연동하게 함으로써 수질모델 프로그램을 통한 수질 시뮬레이션 실행을 가능하게 하고 하천과 연안해역의 수질모의 결과를 지도기반으로 조회할 수 있게 하는 GIS기반을 이용한 하천과 연안해역의 통합수질 시뮬레이션 시스템 및 통합 수질 시뮬레이션 방법에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 현재 수질관리는 하천과 연안해역을 구분하여 이루어지고 있고, 특히 하천과 연안해역의 수질관리 및 의사 결정을 위한 근거 자료를 마련하기 위해 수질모의를 수행할 때, 하천 수질과 연안해역 수질 간의 상관관계가 거의 고려되지 않은 채 단독적으로 수질모의가 이루어지 있으며, 또한 대상지역별로 이원화 되어있는 관리주체들은 각각의 수질모의 결과를 개별 관리하고 서로에 대하여 연계하지 못하고 있어 비효율적인 환경 관리가 이루어지고 있는 실정이다.
그 결과 내륙 지역의 하천 수질 변화가 하천 하구 이하 연안해역 지역 수질에 어떠한 영향을 미치는지를 정량적으로 확인할 방법이 없고, 실제 하천에 대한 수질관리를 통해 수질 개선이 이루어지더라도 하천의 하구 이하 연안해역에 대해서는 얼마만큼의 수질 개선이나 수질 변화가 있었는지 즉각적으로 확인할 수가 없었다.
따라서, 내륙 하천 수질 개선사업에 따른 연안해역의 수질 개선 정도에 대한 정량적인 예측 근거가 없고 하천 수질 개선사업 추진의 타당성을 설명하기도 어려웠다.
그리고, 내륙 하천 수질 변화에 대한 연안해역 수질의 영향 정도를 확인하고자 하더라도 확인 과정만을 위해 추가적인 연구가 불가피하다는 문제와 또한 그에 대한 정량적인 방법론도 현재로서는 정착되어 있지 않다는 문제가 있어 지속적인 예산과 시간의 투입이 뒤따라야만 했던 실정이다.
더불어, GIS기반의 수질모의 시스템의 개발도 미흡한 실정인데, 수질관리를 위해서는 다양하고 방대한 자료를 동시에 파악해야함은 물론 효율적이고 실질적인 최적의사결정을 위해서는 공간기반의 오염원 및 오염물에 대한 관리가 필요하나 이를 지원하는 GIS기반의 수질모의 및 의사결정지원 시스템의 개발 역시 진행 상황이 그 요구를 충족시키고 있지 못하고 있고 구체적인 개발 방법도 제시되어 있지 못한 상황이다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 하천과 연안해역의 수질관리에 필요한 다양한 주제도와 오염원 및 수질 자료를 수집하여 각각 도형 데이터베이스와 속성 데이터베이스를 구축하고, 하천과 연안해역에 대해 각각 최적화된 수질모델링 프로그램을 GIS기반의 수질관리 시스템 내에서 연동하게 함으로써 수질모델 프로그램을 통한 수질 시뮬레이션 실행을 가능하게 하고 하천과 연안해역의 수질모의 결과를 지도기반으로 조회할 수 있게 하며 특히 하천 수질모델링 프로그램의 실행을 통해 얻은 하천의 수질모의 결과는 다시 GIS기반으로 연안해역 수질모델링 프로그램에 적용함으로써 연안해역의 수질 시뮬레이션에 활용할 수 있게 설계하여 수리 및 수문학적 특성이 다른 두 대상 지역에 대한 수질모의를 단일 시스템 내에서 가능하게 하여 신속한 수질관리와 최적의사결정을 지원하는 GIS기반을 이용한 하천과 연안해역의 통합수질 시뮬레이션 시스템 및 통합 수질 시뮬레이션 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 수질모의 및 관리 지원을 위한 GIS기반의 하천과 연안해역의 통합수질모의 를 실행하기 위한 시스템 구동을 행하는 시스템 메인 모듈과;
수질모의 및 관리와 관련하여 미리 저장된 다수의 기본도와 주제도를 포함한 수치지도 형태의 정보를 저장한 도형 데이터베이스와, 오염원 및 오염물질에 대한 문자 형태의 정보를 도형 데이터베이스와 연계하여 저장한 속성 데이터베이스로 구성된 공간 데이터베이스부와; 시스템 메인 모듈에 응답하여, 하천의 수질모의를 위한 정보를 입력받아 하천에 대한 수질모의를 수행하고 그 결과를 파일의 형태로 저장하는 기능을 수행하는 하천 수질모델 모듈부와; 시스템 메인 모듈에 응답하여, 연안해역의 수질모의를 위한 정보를 입력받아 연안해역에 대한 수질모의를 수행하고 그 결과를 파일의 형태로 저장하는 기능을 수행하는 연안해역 수질모델 모듈부와; 하천 수질모델 모듈과 연안해역 수질모델 모듈을 연계함으로써 동시에 특성이 다른 하천과 연안해역에 대한 수질모의 결과값을 기준점을 통해 통합 출력하여 각 지역간 수질 영향도를 해석하는 모의결과 변환모듈부와; 유저가 키 입력 및 시스템 메인 모듈과 데이터 통신을 통해 시스템의 운용을 가능하게 하는 GUI와; 시스템을 통해 조회 및 분석한 결과를 화면상에서 표현하여 유저가 확인할 수 있도록 하는 DISPLAY부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 GIS기반을 이용한 하천과 연안해역의 통합수질 시뮬레이션 시스템이 제공된다.
바람직하게, 상기 시스템 메인 모듈은 GUI를 통해 하천 수질모델 모듈과 연계하여 하천 수질모의 프로그램의 실행을 가능하게 하는 하천 수질모의 프로그램실행 프로시저와; 하천 수질모델 모듈을 통해 기 저장된 수질모의 결과 파일의 조회를 가능하게 하는 하천 수질모의 결과조회 프로시저와; 연안해역 수질모델 모듈과 연계하여 하천 수질모의 프로그램의 실행을 가능하게 하는 연안해역 수질모의 프로그램실행 프로시저와; 연안해역 수질모델 모듈을 통해 기 저장된 수질모의 결과 파 일의 조회를 가능하게 하는 연안해역 수질모의 결과조회 프로시저를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 GIS기반을 이용한 하천과 연안해역의 통합수질 시뮬레이션 시스템이 제공된다.
바람직하게, 모의결과 변환모듈은 하천과 연안해역에 대한 수질모의격자에 대해 각 격자의 중심점을 추출하고 중첩하여 연안해역의 초기치 입력에 이용하는 관심지점들과 하천 수질모의격자의 중심지점들과 일치하거나 최근린 지점을 찾아 선정하는 공간기반 모의결과 추출부와; 하천 수질모의격자 중심지점들 중에서 선정한 지점들에 대한 하천 수질모의 결과를 하천 수질모델 모듈의 결과 저장 파일로부터 읽어 들여 해석하고 변환함으로써 연안해역 수질모의 격자에 적용할 수 있는 형태의 정보를 제공하는 추출모의결과연계 해석부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 GIS기반을 이용한 하천과 연안해역의 통합수질 시뮬레이션 시스템이 제공된다.
한편, 본 발명은 시스템 메인 모듈 내의 하천 수질모의 프로그램실행 프로시저와 하천 수질모의 결과조회 프로시저를 통해 하천 수질모델 모듈과 통신함으로써 하천에 대한 수질모의를 수행하는 제 1과정과; 연안해역 수질모의 프로그램실행 프로시저와 하천 수질모의 결과조회 프로시저를 통해 연안해역 수질모델 모듈과 통신함으로써 연안해역에 대한 수질모의를 수행하는 제 2과정과; 수질 모의결과는 GUI부와 DISPLAY부를 통해 수치, 그래프 및 GIS 도형의 형태로 확인할 수 있도록 하는 제 3과정으로 이루어진 GIS기반을 이용한 하천과 연안해역의 통합수질 시뮬레이션 방법이 제공된다.
바람직하게, 상기 제 3과정의 다음으로, 모의결과 변환모듈로 하여금 수질모의 연계를 위하여 하천 수질모의 격자와 연안해역 수질모의 격자를 중첩하고 관심지점을 추출 선정하는 과정과; 선정된 대상지점에 대한 하천 수질모의 결과 정보를 하천 수질모델 모듈에서 취득한 결과 저장 파일로부터 읽어 들여 연안해역 수질모의 격자에 적용할 수 있는 형태의 정보로 저장할 수 있게 하는 과정이 더 포함된 것을 특징으로 하는 GIS기반을 이용한 하천과 연안해역의 통합수질 시뮬레이션 방법이 제공된다.
본 발명에 따른 GIS기반을 이용한 하천과 연안해역의 통합수질 시뮬레이션 시스템 및 통합 수질 시뮬레이션 방법은 하천에 대한 수질 시뮬레이션과 연안해역에 대한 수질 시뮬레이션을 단일 시스템 내에서 수행하여 통합수질관리를 통해 실질적인 수질관리방안을 마련할 수 있으며, 신속한 의사결정을 지원하고, 하천 수질이 연안해역 수질에 미치는 영향을 중첩된 동일 공간상에서 쉽게 파악이 가능하여 수자원 및 해양 관련 학술 분야 연구에 활용이 가능하다는 장점이 있다.
이하, 본 발명에 대해 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 GIS기반을 이용한 하천과 연안해역의 통합수질 시뮬레이션 시스템의 구성을 도시한 블록구성도, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 GIS기반을 이용한 하천과 연안해역의 통합수질 시뮬레이션 시스템 내에서 하천 수질모의 과정을 도시한 블록구성도, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 GIS기반을 이용한 하천과 연안해역의 통합수질 시뮬레이션 시스템 내에서 연안해역 수질모의 과정을 도시한 블록구성도, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 GIS기반을 이용한 하천과 연안해역의 통합수질 시뮬레이션 시스템 내에서 하천 수질모의 결과를 연계하여 연안해역 수질모의 과정에 적용하는 과정을 도시한 블록구성도이다.
이를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 GIS기반을 이용한 하천과 연안해역의 통합수질 시뮬레이션 시스템은 하천과 연안해역의 수질관리에 필요한 다양한 주제도와 오염원 및 수질 자료를 수집하여 각각 도형 데이터베이스와 속성 데이터베이스를 구축하고, 하천과 연안해역에 대해 각각 최적화된 수질모델링 프로그램을 GIS기반의 수질관리 시스템 내에서 연동하게 함으로써 수질모델 프로그램을 통한 수질 시뮬레이션 실행을 가능하게 하고 하천과 연안해역의 수질모의 결과를 지도기반으로 조회할 수 있게 하며 특히 하천 수질모델링 프로그램의 실행을 통해 얻은 하천의 수질모의 결과는 다시 GIS기반으로 연안해역 수질모델링 프로그램에 적용함으로써 연안해역의 수질 시뮬레이션에 활용할 수 있게 설계하여 수리 및 수문학적 특성이 다른 두 대상 지역에 대한 수질모의를 단일 시스템 내에서 가능하게 하여 신속한 수질관리와 최적의사결정을 지원하기 위한 시스템이다.
이를 위해, 본 발명의 일실시예에 따른 GIS기반을 이용한 하천과 연안해역의 통합수질 시뮬레이션 시스템은 시스템 메인 모듈(20)을 주축으로 하여 그래피컬 유저 인터페이스(이하, "GUI"라 함)(60)가 전기적으로 연결되고, 본 발명에 따른 공간 데이터베이스(10)가 구비되는 바, 도형 데이터베이스와 속성 데이터베이스로 구성된 공간 데이터베이스(10)가 시스템 메인 모듈(20)과 전기적으로 연결되어 있다.
또한, 상기 시스템 메인 모듈(20)은 하천 수질모델 모듈(30)과 연안해역 수질모델 모듈(50)에 대해 각각 연동되어 하천 수질과 연안해역 수질에 대한 시뮬레이션 처리를 수행하며, 모의결과 변환모듈(40)은 하천 수질모델 모듈(30)과 연안해역 수질모델 모듈(50)이 연계되어 시뮬레이션 결과를 처리하도록 구성되어져 있다.
즉, 상기 모의결과 변환모듈(40)은 하천 수질모델 모듈과 연안해역 수질모델 모듈을 연계함으로써 동시에 특성이 다른 하천과 연안해역에 대한 수질모의 결과값을 기준점을 통해 통합 출력하여 각 지역간 수질 영향도를 해석한다.
상기한 구성의 본 발명의 일실시예에 따른 GIS기반을 이용한 하천과 연안해역의 통합수질 시뮬레이션 시스템을 이용한 통합 수질 시뮬레이션 과정을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
이때, 본 발명의 일실시예에 따른 GIS기반을 이용한 하천과 연안해역의 통합수질 시뮬레이션 시스템은 도형 데이터베이스와 속성 데이터베이스로 이루어진 공간 데이터베이스(10)가 구축되어져 있다.
상기 도형 데이터베이스에는 수질관리 및 모의에 필요한 수치지도 형태의 다양한 주제도로 구성되는데 GUI에서 기본 조회를 지원하기위해 기본도로써 지형도, 하천도, 행정구역도, 건물, 도로, 지류, 등고선 등의 수치지도가 저장되어져 있고, 오염원관리와 의사결정을 지원하기 위한 주제도로써 표준유역도, 농업단지도, 상수원보호구역도, 배출시설 제한구역도, 폐수배출 허용기준도, 산업단지도, 환경기초시설물도, 수질모의 결과조회를 위한 격자구성도 등의 수치지도가 저장되어져 있다.
이때, 필요한 다양한 수치지도는 국가지리정보체계구축사업(이하 “NGIS사업”이라 함)에서 기 구축한 수치지도를 근간으로 하고 이외의 필요한 특정 주제도는 환경부나 국토해양부에서 자체 구축한 수치지도를 활용하며, 만약 필요한 수치지도가 부재할 시에는 디지타이징이나 스캐닝 작업 등을 통하여 수치지도를 직접 제작하여 입력하도록 한다.
특히, 수질모의 및 결과조회를 위한 수질모의 격자구성도는 수질모의 계획단계에서 구상한 수질모의지점으로 이루어진 설계도를 최초 캐드 형식으로 제작 저장하고 이후 shape 파일 형태의 수치지도로 변환한 다음 도형 데이터베이스에 저장하도록 한다.
상기 속성 데이터베이스에는 오염원 현황, 수질 현황, 수질모의를 위한 수리 및 수문자료 등이 텍스트 정보 형태로 정리되어 저장되어야 하는데 수질관리를 위한 기초 오염원 현황 자료로써 인구 현황, 가축 현황, 토지이용 현황, 폐수배출업소 현황, 환경기초시설 현황 등의 문자정보가 데이터베이스 테이블의 형태로 저장되어야하고, 속성데이터베이스는 수질 모니터링을 위한 수질 현황 자료로써 환경부나 국토해양부에서 지정한 수질측정망에서 취득한 수질 현황 자료가 데이터베이스 테이블의 형태로 저장되어야 하며, 하천 및 연안해역에 대한 수질모의를 위한 수리 및 수문자료로써 기 계산된 하천이나 연안해역에 대한 수리계수 및 관심 수질항목에 대한 초기 입력수치 등의 문자정보도 함께 연동되어 저장된다.
기본적으로 수질관리를 위한 속성 자료는 환경부에서 실시하는 환경기초조사사업에서 수득한 자료를 속성 데이터베이스 테이블에 맞춰 연도별 주제별로 재구성 후 입력하거나 저장 형식을 통해 변환하여 사용한다. <표 1>, <표 2>는 상기 공간 데이터베이스(10)를 구성하는 도형 데이터베이스와 속성 데이터베이스의 구성 내역을 정리한 것이다.
따라서, 상기 시스템 메인 모듈(20)은 공간 데이터베이스에 원활히 접근하여 기 입력한 공간 데이터베이스 내의 도형 자료와 속성 자료의 검색 및 조회를 가능하게 해야 한다.
<표 1> 공간 데이터베이스 내 도형 데이터베이스 구성 내역
구 분 주 제 축 척 형태 자료출처
기본도 지형도 1:25K 선 국토지리정보원
주요하천도(주요,세부) 1:25K 면 국토지리정보원
행정구역도 1:5K 면 국토지리정보원
건물 1:25K 면 국토지리정보원
도로 1:25K 선 국토지리정보원
지류 1:25K 선 국토지리정보원
등고선 1:25K 선 국토지리정보원
주제도 공통유역도 1:25K 면 국토해양부
표준유역도 1:25K 면 국토해양부
농업단지 - 면 환경부
상수원보호구역 - 면 환경부
배출시설 제한구역 - 면 환경부
폐수배출 허용기준 - 면 환경부
산업단지 - 면 환경부
정수장 - 점 환경부
양수장 - 점 환경부
분뇨처리시설 - 점 환경부
매립장 - 점 환경부
매립장침출수처리시설 - 점 환경부
하수종말처리시설 - 점 환경부
농공단지폐수처리시설 - 점 환경부
<표 2> 공간 데이터베이스 내 속성 데이터베이스 구성 내역
대분류 항목 중분류 항목 소분류 항목
오염원 현황
(리동 및 유역단위)		 인구현황 인구합계, 하수처리지역 분류식인구, 하수처리지역 합류식인구, 하수처리지역 무처리인구, 하수미처리지역 수세식인구, 시가 하수미처리지역 수거식인구, 하수미처리지역 무처리인구(시가,비시가), 가정인구, 영업인구
가축현황 한우, 젖소, 돼지, 개, 말, 양, 사슴, 가금 등 사육두수
(허가대상, 신고대상, 신고미만)
토지이용현황 논, 밭, 임야, 대지, 목장, 도로, 골프장, 기타 등 지목별 면적
폐수배출업소현황 업소명, 소재지, 업종코드, 주요생산품, 가동여부, 물공급량, 물사용량, 폐수발생량(발생량, 방류량, 증발량, 재이용량, 위탁처리량, 해양투기량), 배출수(BOD, COD, SS, TN, TP)
환경기초시설현황 각 처리장별 시설명, 소재지, 시설용량, 처리인구, 측정원, 방류량, 반입량(분뇨, 정화시설오니), 유입수수질(BOD, COD, SS, TN, TP), 방류수수질(BOD, COD, SS, TN, TP)
수질 현황
(관측 지점)		 수질현황 측정소이름, 측정원, 유량, 수온, 대장균수, 투명도, pH, BOD, COD, SS, TN, TP, DO 등
상기 시스템 메인모듈(20)은 공간 데이터베이스에 저장되어있는 자료의 추출 및 화면 출력을 구동하며, 동시에 하천 및 연안해역에 대한 수질모의가 가능하도록 설계된다. 하천에 대한 수질모의와 연안해역에 대한 수질모의는 각각 하천 수질모델 모듈(30)과 연안해역 수질모델 모듈(50)에서 이루어진다.
도 2를 참조하면, 하천 수질모의 과정(80)은 시스템 메인 모듈(20) 내의 하천 수질모의 프로그램실행 프로시저(21)에서 시작된다. 하천 수질모의 프로그램실행 프로시저는 GUI에서 제공하는 간단한 메뉴창로 구동되는데, 도 5는 하천 수질모의 프로그램 구동을 위한 시스템 내 실행 메뉴창의 일실시예를 나타낸다.
도 5에 도시된 바와 같은 하천 수질모의를 위한 실행 메뉴창에는 기본적으로 모델을 실행하기 위한 버튼으로, ‘모델 실행’과 모델 결과를 정리하여 조회할 수 있는 ‘결과 조회’가 존재한다. ‘모델 실행’을 통해 하천 수질모의 프로그램실행 프로시저를 구동하면 하천 수질모델 모듈(30) 내에 존재하는 기 개발되어 상용되고 있는 수질모델 프로그램 중에서 대상지역 하천에 대해 최적화된 수질모델 프로그램을 실행함으로써 수질모의가 가능하도록 한다.
본 발명의 일실시예에서는 팔당댐 방류 후부터 김포 일대까지 구간의 한강 하구 지역을 대상으로 하여 WASP 7.2 프로그램(30a)을 적용하여 수질 모의가 가능하도록 한다. WASP 7.2 프로그램 내에서는 Input 구성(31), WASP(32) 구동, Output 저장(33)의 과정을 거친다. 우선, Input 구성에서는 WASP 프로그램의 실행에 필요한 수리 및 수문 정보를 입력하여 Binary 형태의 모델 실행을 위한 초기 입력 파일을 생성 저장한다. 이후 초기 입력 파일을 이용하여 실제 WASP 수질모의를 실행하는데, 실행이 완료되면 시계열 수질 예측 결과를 취득할 수 있다.
수질모의 결과는 Output 저장 과정에서 CSV나 ACSII 형태의 파일로 저장이 가능한데, 이 때 결과 파일 저장 경로는 시스템에서의 조회가 가능하도록 지정된 폴더에 자동 저장됨으로써 메인 시스템 모듈에서 쉽게 접근이 가능하도록 한다. 수질모의 결과 저장이 완료되면 하천 수질모의를 위한 실행 메뉴창에 존재하는 ‘결과 조회’를 통해 메인시스템 모듈 내의 하천 수질모의 결과조회 프로시저(22)를 구동하여 결과 저장 파일을 읽어 들여 수치, 그래프, GIS 도형의 형태로 GUI를 통해 표현하도록 한다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 GIS기반을 이용한 하천과 연안해역의 통합수질 시뮬레이션 시스템 내에서 하천 수질모의 결과를 조회하기 위한 결과파일 폴더선택 메뉴창을 도시한 도면이다.
도 6의 메뉴창에는 조회 대상 파일이 저장되어있는 폴더를 선택하도록 구성되어있고 폴더 선택 시 대상 폴더 내에 저장되어 있는 결과 파일을 확인할 수 있다. 이후 선택을 완료하면 기본적으로 시계열로써 수치 및 그래프 형태의 수질모의 결과를 시스템의 결과조회창을 통해 확인할 수 있고, GIS 도형의 형태로도 변환하여 메인화면을 통해 도형 데이터베이스 내의 다양한 주제도와 함께 조회가 가능하다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 GIS기반을 이용한 하천과 연안해역의 통합수질 시뮬레이션 시스템 내에서 하천 수질모의 결과를 수치로 확인할 수 있는 결과조회창을 도시한 도면, 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 GIS기반을 이용한 하천과 연안해역의 통합수질 시뮬레이션 시스템 내에서 하천 수질모의 결과를 그래프로 확인할 수 있는 결과조회창을 도시한 도면, 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 GIS기반을 이용한 하천과 연안해역의 통합수질 시뮬레이션 시스템 내에서 하천 수질모의 결과를 지도 기반으로 확인할 수 있는 결과조회창을 도시한 도면이다.
도 3 및 도 7, 8, 9를 참조하면, 연안해역 수질모의 과정(90)은 시스템 메인 모듈(20) 내의 연안해역 수질모의 프로그램실행 프로시저(23)에서 시작된다. 연안해역 수질모의 프로그램실행 프로시저는 GUI에서 제공하는 간단한 메뉴창로 구동되는데, 도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 GIS기반을 이용한 하천과 연안해역의 통합수질 시뮬레이션 시스템 내에서 연안해역 수질모의를 수행하기 위한 연안해역 수질모델 프로그램 연동 실행 메뉴창을 도시한 도면이다.
도 10에 도시된 바와 같이 연안해역 수질모의를 위한 실행 메뉴창에는 기본적으로 모델을 실행하기 위한 ‘모델 실행’과 모델 결과를 정리하여 조회할 수 있는 ‘결과 조회’가 존재한다. ‘모델 실행’을 통해 연안해역 수질모의 프로그램실행 프로시저를 구동하면 연안해역 수질모델 모듈(50) 내에 존재하는 기 개발되어 상용되고 있는 수질모델 프로그램 중에서 대상지역 연안해역에 대하여 최적화된 수질모델 프로그램을 실행함으로써 수질모의가 가능하도록 한다.
본 발명의 일실시예에서는 한강하구부터 경기만 일대의 지역을 대상으로 하여 EFDC 프로그램(50a)을 적용하여 수질 모의가 가능하도록 한다. EFDC 프로그램 내에서는 Input 구성(51), EFDC(52) 구동, Output 저장(53)의 과정을 거친다. 우선, Input 구성에서는 EFDC 프로그램의 실행에 필요한 수리 및 수문 정보를 입력하여 ASCII 형태의 모델 실행을 위한 초기 입력 파일을 생성 저장한다. 이후 초기 입력 파일을 이용하여 실제 EFDC 모의를 실행하는데, 실행이 완료되면 시계열 수질 예측 결과를 취득할 수 있다.
수질모의 결과는 Output 저장 과정에서 ACSII 형태의 파일로 저장이 가능한데, 이 때 결과 파일 저장 경로는 시스템에서의 조회가 가능하도록 지정된 폴더에 저장함으로써 메인 시스템 모듈에서 쉽게 접근이 가능하도록 한다. 수질모의 결과 저장이 완료되면 연안해역 수질모의를 위한 실행 메뉴창에 존재하는 ‘결과 조회’를 통해 메인시스템 모듈 내의 연안해역 수질모의 결과조회 프로시저(24)를 구동하여 결과 저장 파일을 읽어 들여 수치, 그래프, GIS 도형의 형태로 GUI를 통해 표현하도록 한다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 GIS기반을 이용한 하천과 연안해역의 통합수질 시뮬레이션 시스템 내에서 연안해역 수질모의 결과를 조회하기 위한 결과파일 폴더선택 메뉴창을 도시한 도면인 바, 도 11의 메뉴창을 통해 ‘결과 조회’를 통해 저장 파일을 읽어 들이게 된다.
이를 참조하면, 조회 대상 파일이 저장되어있는 폴더를 선택하도록 구성되어있고 폴더 선택 시 대상 폴더 내에 저장되어 있는 결과 파일을 확인할 수 있다. 이후 선택을 완료하면 기본적으로 시계열로써 수치 및 그래프 형태의 수질모의 결과를 시스템의 결과조회창을 통해 확인할 수 있고, GIS 도형의 형태로도 변환하여 메인화면을 통해 도형 데이터베이스 내의 다양한 주제도와 함께 조회가 가능하다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 GIS기반을 이용한 하천과 연안해역의 통합수질 시뮬레이션 시스템 내에서 연안해역 수질모의 결과를 수치로 확인할 수 있는 결과조회창을 도시한 도면, 도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 GIS기반을 이용한 하천과 연안해역의 통합수질 시뮬레이션 시스템 내에서 연안해역 수질모의 결과를 그래프로 확인할 수 있는 결과조회창을 도시한 도면, 도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 GIS기반을 이용한 하천과 연안해역의 통합수질 시뮬레이션 시스템 내에서 연안해역 수질모의 결과를 지도 기반으로 확인할 수 있는 결과조회창을 도시한 도면이다.
이를 참조하면, 하천과 연안해역의 통합수질관리를 위해서는 각 대상지역에 대하여 구분되어있는 하천과 연안해역에 대한 수질모의를 연계하여 동시에 모의할 수 있는 방법이 필요한데, 최적의 수질예측을 위해서는 대상지역의 다양한 조건을 최적화한 수질모의 방법을 적용함을 원칙으로 해야 하고 하천과 연안해역의 수리 및 수문 특성이 크게 다르기 때문에, 각각에 대하여 수질모의는 별개의 프로그램에서 진행해야하는 문제점이 있어 본 발명에서는 모의결과 변환모듈(40)을 통해 하천의 수질모의 결과를 연안해역 수질모의에 적용함으로써 이런 문제점을 해결하여 통합수질모의를 가능하게 한다.
도 4를 참조하면, 본 발명에서 하천과 연안해역의 통합수질모의 과정(100)은 하천 수질모델 모듈(30)과 연안해역 수질모델 모듈(50)을 연결하는 모의결과 변환모듈(40)을 통해 구현되는데, 보이는 바와 같이 모의결과 변환모듈은 다시 공간기반 모의결과 추출부(41)와 추출모의결과연계 해석부(42)로 이루어진다.
공간기반 모의결과 추출부(41)는 하천 수질모델 모듈(30)과 연안해역 수질모델 모듈(50)에서 사용하는 모의격자를 공간상에서 중첩하여 일치하는 지점하거나 최근린 지점을 추출하는 기능을 수행한다. 이 때 일치 지점이나 최근린 지점의 선정은 각각의 모의 격자 중심점을 추출하고 이를 동일 좌표계 상에서 중첩함으로써 가능한데 다양한 공간분석 기법을 이용하여 추출지점을 선정할 수 있으나 일실시예에서는 연안해역 수질모델의 초기치 입력 지점으로 기 선정한 관심지점에 대하여 하천 수질모델 모의격자의 중심점 중 최근린지점을 추출하여 선정한다. 한편, 공간기반 모의결과 추출 및 선정 방법은 일실시예에 국한되지 않고 적용하는 공간분석 기법에 따라 기술적 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 응용이 가능하다.
추출모의결과연계 해석부(42)는 공간기반 모의결과 추출부(42)에서 추출한 하천 수질모델 모의격자 지점의 수질 결과 값 중에서 연안해역의 수질모의에 필요 한 수질인자 결과만을 채택하여 연안해역 수질모델 모듈에서 사용할 수 있는 형식의 정보로 변환하는 기능을 수행한다.
본 발명의 일실시예에서는 하천 수질모델 모의 결과가 시계열 정이나 일정시간동안 균일하게 오염물질이 유입된다는 것을 가정하여 모의 전체 기간에 대한 평균 수치로써 연안해역에 적용하도록 한다. 한편, 추출모의결과연계 해석 방법은 일실시예에 국한되지 않고 적용하는 수질모델 프로그램의 종류와 특성에 따라 기술적 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 응용이 가능하다.
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 GIS기반을 이용한 하천과 연안해역의 통합수질 시뮬레이션 시스템 내에서 하천과 연안해역의 연계 수질모의를 위해 이용할 한강하구 수질모의 결과의 예시도, 도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 GIS기반을 이용한 하천과 연안해역의 통합수질 시뮬레이션 시스템 내에서 하천과 연안해역의 연계 수질모의를 위한 수질모의 결과 연계 지점의 예시도이다.
이를 참조하면, 상기 모의결과 변환모듈(40)을 이용한 하천과 연안해역의 통합수질모의 과정(100)은 다음에 기술한 바와 같다. 우선 하천 수질모델 모듈을 이용하여 하천 수질모의를 실행하는 과정(80) 중에서 Output 저장부(33)를 통해 하천 수질모의 결과를 파일 형태로 저장하는 과정을 수행한다. 이후 연안해역 수질모델 모듈(50) 중 Input 구성부(51)의 초기치 정보를 입력하기 위한 하천 수질모의 결과의 변환 과정이 필요한데 이 과정에서 모의결과 변환모듈(40)을 이용한다.
우선, 모의결과 변환모듈 내의 공간기반 모의결과 추출부(41)에서는 연안해역 수질모델 모의격자 중 초기치 입력 대상 지점들과 하천 수질모델 모의격자의 중 심지점들을 중첩함으로써 서로 위치가 일치하거나 최근린 지점들을 추출 및 선정하는 작업이 이루어진다. 이후 추출모의결과연계 해석부(42)에서는 하천 수질모델 모의격자의 중심지점들 중에서 앞의 과정에서 추출하여 선정된 지점들에 대한 수질모의 결과를 하천 수질모의 결과 파일에서 읽어 들이고 연안해역 수질모델 모듈의 Input 구성부(51)에서 입력이 가능한 형태로 변환하는 작업이 이루어진다.
저장 파일의 정보 추출 및 변환 작업이 완료되면 연안해역 수질모델 모듈(50) 내의 연안해역 수질모의를 위한 Input 구성부(51)에서 변환 정보를 이용하여 초기치 입력 파일을 생성한다. 이후 연안해역 수질모의를 위한 과정(90) 중에서 나머지 과정을 수행하면 하천 수질모의 결과를 연계한 통합수질모의 전체 과정이 완료된다.
수질모의 결과는 상기한 바와 마찬가지로 수치, 그래프, GIS 도형의 형태로 GUI(60) 및 DISPLAY(70)를 통해 화면에 출력된다. 이를 통해, 수리 및 수문 특성이 다른 하천과 연안해역에 대한 동시적인 수질변화 예측 및 확인이 가능하며 다양한 시나리오를 적용하고 모의 결과를 확인함으로써 통합적인 수질관리를 위한 다양한 의사결정이 가능해진다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 GIS기반을 이용한 하천과 연안해역의 통합수질 시뮬레이션 시스템 및 통합수질 시뮬레이션 방법은 단지 상기한 일실시예에 한정되는 것이 아니라 그 기술적 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변경이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 GIS기반을 이용한 하천과 연안해역의 통합수질 시뮬레이션 시스템의 구성을 도시한 블록구성도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 GIS기반을 이용한 하천과 연안해역의 통합수질 시뮬레이션 시스템 내에서 하천 수질모의 과정을 도시한 블록구성도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 GIS기반을 이용한 하천과 연안해역의 통합수질 시뮬레이션 시스템 내에서 연안해역 수질모의 과정을 도시한 블록구성도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 GIS기반을 이용한 하천과 연안해역의 통합수질 시뮬레이션 시스템 내에서 하천 수질모의 결과를 연계하여 연안해역 수질모의 과정에 적용하는 과정을 도시한 블록구성도,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 GIS기반을 이용한 하천과 연안해역의 통합수질 시뮬레이션 시스템 내에서 하천 수질모의를 수행하기 위한 하천 수질모델 프로그램 연동 실행 메뉴창을 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 GIS기반을 이용한 하천과 연안해역의 통합수질 시뮬레이션 시스템 내에서 하천 수질모의 결과를 조회하기 위한 결과파일 폴더선택 메뉴창을 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 GIS기반을 이용한 하천과 연안해역의 통합수질 시뮬레이션 시스템 내에서 하천 수질모의 결과를 수치로 확인할 수 있는 결과조회창을 도시한 도면,
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 GIS기반을 이용한 하천과 연안해역의 통 합수질 시뮬레이션 시스템 내에서 하천 수질모의 결과를 그래프로 확인할 수 있는 결과조회창을 도시한 도면,
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 GIS기반을 이용한 하천과 연안해역의 통합수질 시뮬레이션 시스템 내에서 하천 수질모의 결과를 지도 기반으로 확인할 수 있는 결과조회창을 도시한 도면,
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 GIS기반을 이용한 하천과 연안해역의 통합수질 시뮬레이션 시스템 내에서 연안해역 수질모의를 수행하기 위한 연안해역 수질모델 프로그램 연동 실행 메뉴창을 도시한 도면,
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 GIS기반을 이용한 하천과 연안해역의 통합수질 시뮬레이션 시스템 내에서 연안해역 수질모의 결과를 조회하기 위한 결과파일 폴더선택 메뉴창을 도시한 도면,
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 GIS기반을 이용한 하천과 연안해역의 통합수질 시뮬레이션 시스템 내에서 연안해역 수질모의 결과를 수치로 확인할 수 있는 결과조회창을 도시한 도면,
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 GIS기반을 이용한 하천과 연안해역의 통합수질 시뮬레이션 시스템 내에서 연안해역 수질모의 결과를 그래프로 확인할 수 있는 결과조회창을 도시한 도면,
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 GIS기반을 이용한 하천과 연안해역의 통합수질 시뮬레이션 시스템 내에서 연안해역 수질모의 결과를 지도 기반으로 확인할 수 있는 결과조회창을 도시한 도면,
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 GIS기반을 이용한 하천과 연안해역의 통합수질 시뮬레이션 시스템 내에서 하천과 연안해역의 연계 수질모의를 위해 이용할 한강하구 수질모의 결과의 예시도,
도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 GIS기반을 이용한 하천과 연안해역의 통합수질 시뮬레이션 시스템 내에서 하천과 연안해역의 연계 수질모의를 위한 수질모의 결과 연계 지점의 예시도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10 : 공간 데이터베이스,
20 : 시스템 메인 모듈,
30 : 하천 수질모델 모듈,
30a : WASP7 프로그램,
31 : WASP7모델 Input 구성,
32 : WASP7모델 실행부,
33 : WASP7모델 Output 저장,
40 : 모의결과 변환모듈,
41 : 공간기반 모의결과 추출,
42 : 추출 모의결과 해석,
50 : 연안해역 수질모델 모듈,
51a : EFDC 프로그램,
51 : EFDC모델 Input 구성,
52 : EFDC모델 실행부,
53 : EFDC모델 Ouput 저장,
60 : GUI,
70 : DISPLAY,
80 : 메인 시스템과 하천 수질모델 연동,
90 : 메인 시스템과 연안해역 수질모델 연동,
100 : 하천 수질모델과 연안해역 수질모델 연동.

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 수질모의 및 관리 지원을 위한 GIS기반의 하천과 연안해역의 통합수질모의 를 실행하기 위한 시스템 구동을 행하는 시스템 메인 모듈과; 수질모의 및 관리와 관련하여 미리 저장된 다수의 기본도와 주제도를 포함한 수치지도 형태의 정보를 저장한 도형 데이터베이스와, 오염원 및 오염물질에 대한 문자 형태의 정보를 도형 데이터베이스와 연계하여 저장한 속성 데이터베이스로 구성된 공간 데이터베이스부와; 시스템 메인 모듈에 응답하여, 하천의 수질모의를 위한 정보를 입력받아 하천에 대한 수질모의를 수행하고 그 결과를 파일의 형태로 저장하는 기능을 수행하는 하천 수질모델 모듈부와; 시스템 메인 모듈에 응답하여, 연안해역의 수질모의를 위한 정보를 입력받아 연안해역에 대한 수질모의를 수행하고 그 결과를 파일의 형태로 저장하는 기능을 수행하는 연안해역 수질모델 모듈부와; 하천 수질모델 모듈과 연안해역 수질모델 모듈을 연계함으로써 동시에 특성이 다른 하천과 연안해역에 대한 수질모의 결과값을 기준점을 통해 통합 출력하여 각 지역간 수질 영향도를 해석하는 모의결과 변환모듈부와; 유저가 키 입력 및 시스템 메인 모듈과 데이터 통신을 통해 시스템의 운용을 가능하게 하는 GUI와; 시스템을 통해 조회 및 분석한 결과를 화면상에서 표현하여 유저가 확인할 수 있도록 하는 DISPLAY부를 포함하여 구성되고,
    상기 모의결과 변환모듈부는 하천과 연안해역에 대한 수질모의격자에 대해 각 격자의 중심점을 추출하고 중첩하여 연안해역의 초기치 입력에 이용하는 관심지점들과 하천 수질모의격자의 중심지점들과 일치하거나 최근린 지점을 찾아 선정하는 공간기반 모의결과 추출부와;
    하천 수질모의격자 중심지점들 중에서 선정한 지점들에 대한 하천 수질모의 결과를 하천 수질모델 모듈부의 결과 저장 파일로부터 읽어 들여 해석하고 변환함으로써 연안해역 수질모의 격자에 적용할 수 있는 형태의 정보를 제공하는 추출모의결과연계 해석부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 GIS기반을 이용한 하천과 연안해역의 통합수질 시뮬레이션 시스템.
  4. 삭제
  5. 시스템 메인 모듈 내의 하천 수질모의 프로그램실행 프로시저와 하천 수질모의 결과조회 프로시저를 통해 하천 수질모델 모듈과 통신함으로써 하천에 대한 수질모의를 수행하는 제 1과정과;
    연안해역 수질모의 프로그램실행 프로시저와 연안 수질모의 결과조회 프로시저를 통해 연안해역 수질모델 모듈과 통신함으로써 연안해역에 대한 수질모의를 수행하는 제 2과정과;
    수질 모의결과는 GUI부와 DISPLAY부를 통해 수치, 그래프 및 GIS 도형의 형태로 확인할 수 있도록 하는 제 3과정과;
    모의결과 변환모듈로 하여금 수질모의 연계를 위하여 하천 수질모의 격자와 연안해역 수질모의 격자를 중첩하고 관심지점을 추출 선정하는 제 4과정과;
    선정된 대상지점에 대한 하천 수질모의 결과 정보를 하천 수질모델 모듈에서 취득한 결과 저장 파일로부터 읽어 들여 연안해역 수질모의 격자에 적용할 수 있는 형태의 정보로 저장할 수 있게 하는 제 5과정을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 GIS기반을 이용한 하천과 연안해역의 통합수질 시뮬레이션 방법.
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