KR101943758B1 - Method and Apparatus for Evaluating Risk Impacts in Pedestrian Environment due to Hazardous Substance Dispersion in Urban Area - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 도시내 위험물질 확산에 따른 보행자환경에서의 위험영향 평가 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 건물과 같은 주요 인공 구조물 등이 고려된 도시지역에서 보행자 환경에서의 위험물질 확산 특성을 분석하고 확산정보를 산출하여 위험영향 평가를 수행하기 위한 도시내 위험물질 확산에 따른 보행자환경에서의 위험영향 평가 방법 및 장치를 제공하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a method and an apparatus for evaluating a risk effect in a pedestrian environment due to the spread of a dangerous substance in the city, and more particularly, to a method and an apparatus for evaluating a dangerous substance diffusion characteristic in a pedestrian environment in an urban area, The present invention relates to a method and an apparatus for evaluating a risk effect in a pedestrian environment due to the spread of a hazardous substance in a city for analyzing and calculating spread information to perform a risk impact assessment.
경제적 환경의 변화와 함께 삶의 질 향상을 추구하게 되면서 대기질에 대한 관심이 높아지고 있다. 그러나 산업 발전과 더불어 국내 여러 지역에 조성되는 대규모 화학 공단으로부터 유해물질 누출 사고가 잇따라 발생하여 유해화학물질 사고 및 안전에 대한 사회적 관심도 증가되었다. As the economic environment changes and the quality of life is improved, interest in air quality is increasing. However, along with the industrial development, there has been a series of accidents involving harmful substances from large-scale chemical industrial complexes in various regions of the country, thereby increasing the social interest in harmful chemical accidents and safety.
특히, 대도시 내 고층건물 밀집지역은 많은 인구가 집중적으로 활동하여 자연재해나 인위적 재난에 취약한 구조를 나타내기 때문에, 도시 지역에서 유해화학물질 사고 발생 시 대형사고로 이어질 가능성이 매우 높으며, 가스누출, 화재, 폭발 등으로 발생하는 재산과 인명 피해는 큰 잠재 위험을 지니고 있지만, 예측되지 못한 사고 발생 시 실시간 관측이 어렵다. In particular, the high density of buildings in large cities is highly vulnerable to natural disasters and humanitarian disasters due to the intensive activity of many people. Therefore, it is very likely to lead to major accidents in case of hazardous chemical substances in urban areas, Property and personal injury caused by fire, explosion, etc. have great potential risks, but it is difficult to observe in real time when an unexpected accident occurs.
이러한 배경으로 도시계획에 있어서 기상 요소 및 대기질의 평가에 관한 많은 연구가 수행되어 왔지만, 인간의 활동에 직접적인 영향을 미치는 영역인 보행자 높이에서의 평가는 미비한 실정이다. In this context, much research has been done on the evaluation of meteorological factors and air quality in urban planning, but the evaluation of pedestrian height, which directly affects human activities, is insufficient.
실제 도시 지역을 대상으로 수행된 선행 연구를 살펴보면, Ko et al.(2015)은 LES를 이용한 전산해석을 수행하여 실제 불산 누출 사고에 대해 수치모델링을 수행하여 유해화학물질의 확산 위험성을 평가하였으며, Pontiggia et al.(2011)은 전산유체역학 모델을 이용하여 LPG 가스 누출에 의한 확산에 대하여 도시의 인공적 요소의 영향을 모의한 바 있다. 또한, Lee et al.(2009), De melo et al.(2012)와 Tartakovsky et al.(2013)는 중규모 기상 모델 MM5 및 AERMOD와 CALPUFF를 사용하여 복잡한 지형에서의 입자상 물질에 대한 확산을 모의하고 확산 반경을 산출하였으며, 풍동 실험 및 관측값과 비교를 통해 검증하는 연구를 수행하였다. Ko et al. (2015) conducted a computerized analysis using LES, and numerically modeled actual leaks of dioxin by evaluating the risk of the spread of toxic chemicals. Pontiggia et al. (2011) simulated the effects of urban artifacts on diffusion by LPG gas leaks using computational fluid dynamics models. In addition, Lee et al. (2009), Demelo et al. (2012) and Tartakovsky et al. (2013) used the mesoscale weather model MM5 and AERMOD and CALPUFF to simulate the diffusion of particulate matter in complex terrain The diffusional radii were calculated, and the results were compared with the wind tunnel test and observed values.
그러나 도시 이상의 규모를 대상으로 하는 모델은 건물과 같은 주요 인공구조물 등이 단순화되어 처리되는 것이 일반적이기 때문에 고해상도의 결과를 얻기 힘들며 보행자 환경에서의 위험물질 위험성을 상세히 평가하기 부적절한 문제가 있다.However, it is difficult to obtain the high resolution results because the model of the scale over the city is generally simplified and the main artificial structures such as the buildings are processed, and there is an inadequate evaluation of the risk of the hazardous materials in the pedestrian environment.
또한, 건물과 같은 인공적 요소의 형태와 배치 유형은 다양하고 복잡한 흐름 패턴을 유발시키기 때문에 상세 규모의 대기 흐름 변화와 오염물질 확산에 중요한 영향을 미치기 때문에, 도시화에 따른 인공 구조물들에 의해 지표면에서 가속화된 마찰은 국지적으로 풍속을 변화시켜 도시의 환기 능력에 영향을 주는 문제가 있다.In addition, the types and arrangement types of artificial elements such as buildings cause various and complex flow patterns, and therefore, they affect the detailed scale of atmospheric flow changes and pollutant diffusion. Therefore, There is a problem that friction applied locally changes the wind speed and affects the ventilation ability of the city.
이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 종래 특허 기술로는 대한민국 등록특허공보 10-1641506호(2016.07.15.)에서와 같이 유독화학물질 확산 시각화 시스템 및 방법, 이를 포함하는 컴퓨터에서 수행 가능하도록 하는 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 관한 것이 개시되어 있다. As a conventional patent technology of the present invention for solving such a problem, a toxic chemical diffusion visualization system and method, a program which can be executed by a computer including the same, as disclosed in Korean Patent Publication No. 10-1641506 (July 15, 2016) The present invention relates to a computer-readable recording medium having recorded thereon a computer readable recording medium.
그러나 상기 종래 기술은 3차원 도시모델과 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics, CFD)모델을 이용하고 3차원 도시모델 공간에서 대응하는 좌표를 계산해 내어, 해당 지점으로부터 배출되는 유독화학물질이 바람장 데이터를 기반으로 매 시간별 진행되는 좌표를 시뮬레이터를 통해 계산하고 시뮬레이션한 결과를 유독화학물질의 확산 흐름으로 시각화하는 방법 및 시스템에 관한 것이나, 통계적 기상조건과 실제 도시 구조가 적용된 상세 바람장 및 확산장을 모의하여 보행자 높이의 환경에서의 확산거리 및 지속시간 특성을 고려하지는 않고 있음을 알 수 있다.However, according to the above-described prior art, the coordinates are calculated in the three-dimensional urban model space using the three-dimensional urban model and the computational fluid dynamics (CFD) model, and the toxic chemical emitted from the corresponding point is used as the wind field data A method and system for calculating the coordinates of each hour based on a simulator and visualizing the simulation results as a diffusion flow of toxic chemicals, and a method for simulating detailed wind fields and diffusion fields using statistical weather conditions and actual urban structures It can be seen that the diffusion distance and the duration characteristics in the environment of the pedestrian height are not considered.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 도시지역 위험물질 확산 특성을 분석하기 위해 상세규모의 흐름과 확산을 해석할 수 있는 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics, CFD) 모델을 사용하고 중규모 모델과 연계하여 관측자료를 이용한 검증을 수행함으로서, 인구밀집 지역인 대도시 서울의 강남지역과 같은 대상지역에서도 상세 바람장 및 확산장을 모의할 수 있도록 하는 목적이 있다.In order to solve the above problems, the present invention uses a computational fluid dynamics (CFD) model to analyze the flow of a detailed scale and diffusion, , It is aimed to make it possible to simulate detailed wind fields and diffusion fields in the same area as the Gangnam area in Seoul, a metropolitan area with a population density.
또한, 본 발명은 도시내 인구밀집 지역의 보행자 환경에서의 확산거리 및 지속시간 특성을 고려하여 확산거리 및 지속시간 특성에 따른 위험영향 평가를 실시할 수 있도록 도시내 위험물질 확산에 따른 보행자환경에서의 위험영향 평가 방법 및 장치를 제공하고자 하는 목적이 있다.In addition, the present invention provides a pedestrian environment in which the dangerous substances are diffused in the urban area, in order to carry out the risk assessment based on the diffusion distance and the duration characteristics in consideration of the diffusion distance and the duration characteristics in the pedestrian environment in the urban population- The present invention relates to a risk assessment method and an apparatus for evaluating a risk.
본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위하여, 위험물질 확산에 따른 위험영향 평가 방법에 있어서, 대상지역에 대한 지표 경계 자료 및 지형 자료를 포함하는 하나 이상의 GIS 자료를 입력받아 3차원 상세 지형을 구축하는 제1단계, 상기 대상지역의 특정 관측지점에서의 일정 기간 동안의 기상 특성이 반영된 자동기상관측망 자료의 통계 분석을 통한 시나리오를 설계하는 제2단계, 상기 시나리오에 따른 상기 대상지역의 바람장 및 확산장을 산출하는 제3단계, 상기 제3단계에서 산출된 지수가 유효한 범위 내에서 나타나는지 신뢰도 확보를 위한 검증을 수행하는 제4단계, 기상조건에 따른 보행자환경에서의 위험물질 확산정보를 산출하는 제5단계 및 상기 위험물질 확산정보를 시각화하여 상기 3차원 상세 지형에 디스플레이하는 제6단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 도시내 위험물질 확산에 따른 보행자환경에서의 위험영향 평가 방법을 개시한다.In order to accomplish the above object, the present invention provides a method for evaluating a risk impact of a hazardous material, comprising: inputting at least one GIS data including land surface boundary data and terrain data for a target area, A second step of designing a scenario through statistical analysis of automatic weather station data reflecting a weather characteristic at a specific observation point in the target area, A fourth step of performing verification for ensuring reliability whether or not the index calculated in the third step appears within a valid range, a step of calculating a dangerous substance diffusion information in a pedestrian environment according to a weather condition, A fifth step of visualizing the hazardous substance diffusion information and displaying the visualized hazardous substance diffusion information on the three-dimensional detailed topography, Discloses a risk assessment of the pedestrian environment, the method according to the risk of spreading material, characterized in that the city that.
또한 본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위하여, 위험물질 확산에 따른 위험영향 평가 장치에 있어서, 대상지역에 대하여 지리 공간적으로 참조 가능한 하나 이상의 GIS 입력 정보를 획득하는 GIS 자료 획득부, 상기 대상지역을 x, y, z 방향으로 각각 수평 해상도는 1 내지 15m의 간격으로, 연직 해상도는 1 내지 5m의 간격으로 3차원 상세 지형을 구축하는 3차원 지형 구축부, 상기 대상지역의 중앙에 위치하는 특정 관측지점에서의 일정 기간 동안의 기상 특성을 반영하는 자동기상관측망 자료의 풍향 및 풍속을 이용하여 Box-plot method 통계 분석을 통한 시나리오를 설계하는 시나리오 설계부, 상기 시나리오 별로 전산유체역학모델(CFD_NIMR_SNU)을 이용하여 기상조건에 따라 위험기준에 해당하는 물질에 대하여 일정 해상도를 갖는 바람장 및 확산장을 산출하는 기상장 및 확산장 생성부, 상기 기상장 및 확산장 생성부에서 생성된 지수가 유효한 범위 내에서 나타나는지 신뢰도 확보를 위한 검증을 수행하는 신뢰도 검증부, 상기 3차원 상세 지형 전체 영역에서 지표로부터 2.5m 내지 3m 이내의 보행자 고도에서의 위험물질 확산정보를 산출하는 위험물질 확산 정보 산출부 및 상기 위험물질 확산정보를 시간에 따른 확산거리 및 지속시간을 포함하여 고도별, 농도별로 위험 정보를 시각화하여 디스플레이하는 시각화 처리부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a risk assessment apparatus for estimating a risk of a dangerous substance, comprising: a GIS data acquisition unit for acquiring at least one GIS input information that is geospatially referenceable to a target area; a three-dimensional topographical construction unit for constructing a three-dimensional detailed topography at intervals of 1 to 15 m in horizontal resolution and an interval of 1 to 5 m in vertical resolution in x, y and z directions, (CFD_NIMR_SNU) for each of the above-mentioned scenarios. The scenario designers design a scenario based on the box-plot method statistical analysis by using the wind direction and the wind speed of the automatic meteorological data that reflects the meteorological characteristics for a certain period at the point A device that calculates wind fields and diffusion fields with a certain resolution for materials that meet the hazard criteria according to weather conditions A reliability verification unit for verifying whether or not the exponent generated in the base station and the spreading field generating unit is within a valid range, A dangerous substance diffusion information calculation unit for calculating dangerous substance diffusion information at a pedestrian's altitude within 3 m and a danger distance diffusion unit for visualizing and displaying risk information for each concentration, And a visualization processing unit.
본 발명은 도시내 위험물질 확산에 따른 보행자환경에서의 위험영향 평가 방법 및 장치를 제공하는 것으로서, 도시를 이루는 입체적인 인공적 요소가 미치는 영향을 고려하여 실제적으로 학교 및 인구밀도가 높은 지역을 중심으로 확산 정보를 제공하는 효과가 있다.The present invention provides a method and an apparatus for evaluating a risk effect in a pedestrian environment due to the diffusion of a dangerous substance in the city, and in consideration of the influence of the three-dimensional artificial elements shown in the figure, There is an effect of providing information.
또한, 본 발명은 도시 지역에서 유해화학물질 사고 시 피해를 최소화하기 위한 대응 방안으로써, 기상조건이 고려된 시나리오 기반의 대피계획 수립이 가능하다In addition, the present invention is capable of establishing a scenario-based evacuation plan in consideration of weather conditions as a countermeasure for minimizing damage in case of harmful chemical substances in an urban area
또한, 본 발명을 통하여 실제 위험 물질을 취급하는 도시 내 산업단지의 위험물질 확산 모의실험과 위험성평가 수행이 가능하며, 특히 산업단지와 인접한 주거지역의 도시 환경계획을 위한 환경영향평가에서 실제 지형과 도시구조가 반영된 보행자 환경의 위험성 평가를 가능하게 할 수 있는 효과가 있다.In addition, it is possible to simulate the hazardous material diffusion and risk assessment of the industrial complexes in the city where actual hazardous materials are treated through the present invention. In particular, in the environmental impact assessment for the urban environment planning in the residential area adjacent to the industrial complex, It is possible to evaluate the risk of the pedestrian environment that reflects the urban structure.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 도시내 위험물질 확산에 따른 보행자환경에서의 위험영향 평가 방법을 나타내는 흐름도이고,
도 2는 도 1의 방법에 채용할 수 있는 3차원으로 나타낸 대상지역의 지형 경계입력자료의 예시도,
도 3은 도 2의 대상지역의 TM(Transverse Mercator) 좌표를 이용하여 도메인 중심을 중심으로 고도별 풍속(U, V, W), 난류운동에너지(TKE) 성분을 WRF 결과 자료로부터 추출하는 과정을 보여주는 예시도,
도 4는 도 1의 방법에 채용할 수 있는 풍속(a)과 바람 방향에 대한 시계열 데이터의 예시도,
도 5는 도 1의 방법에 채용할 수 있는 풍속 시나리오에 따라 위험물질 최대 확산거리 및 최대 확산시간을 나타낸 그래프,
도 6은 도 1의 방법에 채용할 수 있는 풍향 시나리오에 따른 위험물질의 최대 확산거리 및 평균 확산거리를 나타낸 그래프,
도 7은 도 1의 방법에 채용할 수 있는 보행자 고도(2.5m)에서의 수평 확산장을 나타내는 예시도,
도 8은 도 1의 방법에 채용할 수 있는 대상지역 내 소정 지점의 관측 높이와 보행자 고도에서의 수평 바람장을 x-y 단면으로 나타낸 도면,
도 9는 도 1의 방법에 채용할 수 있는 연직 유선 분포와 확산 분포에 대한 예시도,
도 10은 도 1의 방법에 채용할 수 있는 대상지역 내 최대 확산 거리가 가장 짧은 유입류가 남풍인 경우에 가장 약한 풍속과 가장 강한 풍속 시나리오에 대한 특정 지점 부근의 x-z와 y-z 단면에서의 연직 유선 분포와 확산 분포를 나타낸 도면,
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 도시내 위험물질 확산에 따른 보행자환경에서의 위험영향 평가 장치를 나타내는 구성도이다.1 is a flowchart illustrating a risk impact evaluation method in a pedestrian environment according to an embodiment of the present invention,
FIG. 2 is an exemplary view of terrain boundary input data in a three-dimensional target area that can be employed in the method of FIG. 1;
FIG. 3 shows a process of extracting wind velocity (U, V, W) and turbulent kinetic energy (TKE) components at the center of the domain from the WRF result data using the TM (Transverse Mercator) Also,
Fig. 4 is an illustration of time series data of the wind direction (a) and wind direction that can be employed in the method of Fig. 1,
FIG. 5 is a graph showing the maximum diffusion distance and the maximum diffusion time of a hazardous material according to a wind speed scenario that can be adopted in the method of FIG. 1;
FIG. 6 is a graph showing a maximum diffusion distance and an average diffusion distance of a hazardous material according to a wind direction scenario that can be employed in the method of FIG. 1;
Fig. 7 is an exemplary view showing a horizontal diffusion field at a pedestrian's altitude (2.5 m), which can be employed in the method of Fig. 1;
FIG. 8 is a view showing an observation height at a predetermined point in a target area and a horizontal wind field at a pedestrian's altitude, which can be employed in the method of FIG. 1,
Figure 9 is an illustration of a vertical wired distribution and a spread distribution that can be employed in the method of Figure 1,
FIG. 10 is a graph showing the relationship between the wind velocity and the strongest wind speed scenario in the xz and yz cross sections near the specific point, The distribution and the diffusion distribution,
FIG. 11 is a configuration diagram illustrating a device for evaluating a risk effect in a pedestrian environment according to another embodiment of the present invention; FIG.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms and the inventor may appropriately define the concept of the term in order to best describe its invention It should be construed as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.
따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and are not intended to represent all of the technical ideas of the present invention. Therefore, various equivalents It should be understood that water and variations may be present.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 실시예에 따른 위험물질 확산에 따른 보행자환경에서의 위험영향 평가 방법(이하, 간략히 위험영향 평가 방법이라 한다)은, 도 1에 도시한 바와 같이, 3차원 상세 지형을 구축하는 제1단계(S100), 시나리오를 설계하는 제2단계(S200), 바람장 및 확산장을 산출하는 제3단계(S300), 신뢰도 확보를 위한 검증을 수행하는 제4단계(S400), 위험물질 확산정보를 산출하는 제5단계(S500) 및 위험물질 확산정보를 시각화하는 제6단계(S600)를 통하여 이루어진다.As shown in FIG. 1, the risk assessment method (hereinafter, simply referred to as a risk assessment method) in a pedestrian environment in accordance with the present embodiment differs from the first embodiment in that a three- A second step S200 of designing a scenario, a third step S300 of calculating a wind field and a diffusion field, a fourth step S400 of performing verification for ensuring reliability, (S500) of visualizing the hazardous material diffusion information and a sixth step (S600) of visualizing the hazardous material diffusion information.
상기 제1단계(S100)는 대상지역에 대하여 지리 공간적으로 참조 가능한 지표 경계 자료 및 지형 자료를 포함하는 하나 이상의 GIS(geographic information system) 입력 정보로 3차원 상세 지형을 구축하는 단계이다.The first step S100 is a step of constructing a three-dimensional detailed terrain with one or more GIS (Geographic Information System) input information including geographically and spatially referenceable ground boundary data and terrain data.
대상지역은 고층건물 및 인공 구조물이 밀집하고 유동 인구가 집중적으로 활동하여 자연재해나 인위적 재난에 취약한 구조를 갖는 대도시 지역인 것을 특징으로 한다,The target area is characterized by being a metropolitan area that is structurally vulnerable to natural or man-made disasters due to the concentration of high-rise buildings and artificial structures,
그러므로 대상지역에 대하여 지리 공간적으로 참조 가능한 하나 이상의 GIS 입력 정보를 통하여, 상기 대상지역을 서로 직교하는 x, y, z 방향으로 각각 수평 해상도는 1 내지 15m, 연직 해상도 1 내지 5m로 설정할 수 있으며, x, y, z 방향으로 각각 300, 300, 160개의 격자를 고려할 수 있다.Therefore, the horizontal resolution can be set to 1 to 15 m and the vertical resolution can be set to 1 to 5 m in the x, y, and z directions orthogonal to each other through one or more GIS input information that can be geospatially referenced to the target area, 300, 300, and 160 grids in the x, y, and z directions, respectively.
본 실시예에서는 대상지역을 x, y, z 방향으로 각각 10m, 10m, 5m의 3차원 상세 지형을 구축하였다.In this embodiment, a three-dimensional detailed terrain of 10 m, 10 m, and 5 m in the x, y, and z directions, respectively, is constructed.
GIS 입력 정보란 전자지도를 이용한 지표 경계 자료, 항공라이다를 이용한 지형 자료를 포함하는 지리 정보 체계(Geographic Information System, GIS)를 의미한다. GIS 자료는 상기 대상지역에 대한 shape file(.SHP) 형태이고, 3차원 상세 지형은 ASCII(American Standard Code for Information Interchange) 형태의 파일 포맷을 가질 수 있다.GIS input information refers to a geographic information system (GIS) that includes terrain data using electronic maps, and terrain data using air lathes. The GIS data may be in the form of a shape file (.SHP) for the target area, and the 3D detailed terrain may have a file format in the form of ASCII (American Standard Code for Information Interchange).
지표 경계 자료는 국토교통부의 국가공간정보포털(http://www.nsic.go.kr) 등에서 제공하는 도로명주소 전자지도를 이용하여 건물자료를 구축할 수 있다.The surface boundary data can be constructed by using the road name address electronic map provided by the national spatial information portal (http://www.nsic.go.kr) of the Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs.
도 2는 3차원으로 나타낸 대상지역의 지형 경계입력자료로서, 본 실시예에서는 서울 강남역을 중심으로 가로와 세로 각 3㎞의 지형 경계 자료를 나타낸다.FIG. 2 is a topographical boundary input data in a three-dimensional target area. In this embodiment, the terrain boundary data is 3 km in length and 3 km in length in the Gangnam area of Seoul.
상기 제2단계(S200)는 대상지역의 중앙에 위치하는 특정 관측지점에서의 일정 기간 동안의 기상 특성을 반영하는 자동기상관측망 자료의 풍향 및 풍속을 이용하여 Box-plot method 통계 분석을 통한 시나리오를 설계하는 단계이다.In the second step S200, a scenario through the Box-plot method statistical analysis is performed using the wind direction and the wind speed of the automatic weather station data reflecting the weather characteristic for a predetermined period at a specific observation point located at the center of the target area It is a design stage.
자동기상관측망 자료는 도 2의 서울 강남역을 중심으로 하는 3㎞ X 3㎞의 지형 경계 자료에서 도메인 중앙에 가장 가까이 위치한 소정의 제1 지점(SK Techx 10035)인 제1 관측지점에서 2015년 1월 2일부터 2015년 12월 31일까지 1년간 풍향·풍속 자료를 이용하여 박스 플롯 방법(Box-plot method)의 통계분석을 실시하는 것으로 본 실시예를 구현하였다.The automatic weather station data is obtained from the first observation point (SK Techx 10035) located nearest to the center of the domain in the terrain boundary data of 3
이와 같이, 본 실시예에서 시나리오를 설계하는 것은 자동기상관측망 자료에 따른 통계 분석의 1사분위수와 3사분위수 및 최대값에 가까운 정수를 산정하고, 방위 및 풍향을 고려하여 일정 풍향/풍속 각각에 대하여 설계하는 것을 의미할 수 있다.As described above, in the present embodiment, the design of the scenario is based on the assumption that the first quartile and the third quartile of the statistical analysis according to the automatic weather station data, It may mean designing for the product.
예를 들어 시나리오는 통계 분석 자료의 1사분위수(1.1m·s-1)와 3사분위수(2.8m·s-1) 및 최대값(5.3m·s-1)에 가까운 정수를 산정하고, 1m·s-1부터 5m·s-1까지 2m·s-1간격으로 풍속을 설정하고 16방위의 풍향을 고려하여 총 48개의 시나리오를 생산될 수 있다.For example, the scenario estimates an integer close to the first quartile (1.1 m · s -1 ), the third quartile (2.8 m · s -1 ) and the maximum value (5.3 m · s -1 ) from 1m · s -1 5m · s -1 · s -1 up to 2m set wind speed as a distance and can be produced a total of 48 scenarios considering the direction in the bearing 16.
상기 제3단계(S300)는 제2단계(S200)에서 설계된 시나리오별 전산유체역학모델(예컨대, CFD_NIMR_SNU)을 이용하여 기상조건에 따라 위험기준에 해당하는 물질에 대하여 일정 해상도를 갖는 바람장 및 확산장을 산출하는 단계이다.In the third step S300, a CFD model (CFD_NIMR_SNU), which is designed in the second step S200, is used to calculate a wind field and a diffusion And calculating a chapter.
이 단계에서는 대상지역에 포함된 AWS 관측기기로부터의 관측자료를 이용하여 풍향 및 풍속 조건을 분석하고 그에 따른 시나리오를 생산하여 기상조건에 따라 위험기준에 해당하는 물질의 확산거리 및 지속시간 등과 같은 정보를 산출할 수 있다.At this stage, wind direction and wind speed conditions are analyzed using observation data from AWS observation equipment included in the target area, and scenarios corresponding to these are analyzed, and information such as diffusion distance and duration Can be calculated.
즉, 상기 제3단계(S300)는 대상지역에 대한 48개 시나리오의 CFD_NIMR_SNU 모델을 이용하여 고해상도 풍향 풍속의 바람장 및 보행자 고도에서 모의되는 확산장을 산출할 수 있다.That is, in the third step (S300), the CFD_NIMR_SNU model of 48 scenarios for the target area can be used to calculate the simulated diffusing field at the wind field and the pedestrian's altitude of the wind direction of high-resolution wind direction.
전산유체역학(computational fluid dynamic, CFD) 모델은 물 및 공기와 같은 유체의 흐름의 동적인 성질 및 이동을 전산기법을 통해 재현 및 예측하는 기술로서 대기의 거동, 해류의 이동, 용암의 분출, 열의 이동 등 다양한 분야에서 관심 물질의 동적인 특성을 연구하는데 활용되고 있는 모델링 기반 기술이다.The computational fluid dynamic (CFD) model is a technique to reproduce and predict the dynamic nature and movement of fluid flow such as water and air through computational techniques. It is used to simulate atmospheric behavior, ocean currents, It is a modeling based technology that is used to study the dynamic characteristics of substances of interest in a variety of fields such as transport.
본 실시예에서는 한국 기상연구소와 서울대학교가 공동으로 개발한 전산유체역학 모델(CFD_NIMR_SNU)을 사용하였으나, 이에 한정되지는 않는다. 본 실시예에 사용한 CFD_NIMR_SNU 모델은 3차원, 비정수, 비회전, 비압축 대기 흐름계를 고려한 것으로 Reynolds-averaged Navier-Stokes(RANS) 방정식에 기초한 지배방정식 계를 가정하고, 지배방정식 계의 수치해는 유한체적법(Finite Volume Method)과 SIMPLE (Semi-Implicit Method for Pressure Linked Equation) 알고리즘을 이용하여 엇갈림 격자계(staggered grid system)에서 수치적으로 풀이된다. In this embodiment, a computational fluid dynamics model (CFD_NIMR_SNU) developed jointly by the Korea Meteorological Research Institute and Seoul National University is used, but the present invention is not limited thereto. The CFD_NIMR_SNU model used in this example is based on the Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) equation, assuming a three-dimensional, non-integer, non-rotating, and uncompressed atmospheric flow system. The numerical solution of the governing equations It is solved numerically in a staggered grid system using Finite Volume Method and SIMPLE (Semi-Implicit Method for Pressure Linked Equation) algorithm.
또한, 바람에 대한 유입 경계 조건은 대기 중립 상태를 가정하여 로그함수를 사용하였으며, 난류운동에너지와 소멸률에 대한 CFD_NIMR_SNU 모델의 유입 경계 조건은 다음 수학식 1 내지 수학식 5와 같다.In addition, the inflow boundary condition for the wind uses the logarithmic function assuming the neutrality state, and the inflow boundary condition of the CFD_NIMR_SNU model for the turbulent kinetic energy and the extinction rate is as shown in the following equations (1) to (5).
위의 수학식 1 내지 수학식 5에서, u*, z0, к, δ, θ는 각각 마찰 속도, 거칠기 길이(= 0.05m), 칼만(von Karman) 상수(= 0.4), 경계층 길이(= 1000m), 풍향을 나타낸다. Cμ는 난류 운동 에너지와 소멸률에 대한 경험적 상수(= 0.0845)이다.(= 0.05m), a von Karman constant (= 0.4), a boundary layer length (= 1000m), and the like are expressed by the following equations (1) ) And the wind direction. Cμ is the empirical constant (= 0.0845) for turbulent kinetic energy and extinction.
상기 제4단계(S400)는 제3단계(S300)에서 산출된 지수가 유효한 범위 내에서 나타나는지 신뢰도 확보를 위한 검증을 수행하는 단계이다.The fourth step S400 is a step of verifying whether the index calculated in the third step S300 is within a valid range or not in order to secure reliability.
제4단계(S400)에서 검증을 위한 CFD_NIMR_SNU 모델의 기초 입력 자료로 WRF(Weather Research and Forecasting) Version 3.8 모델 결과를 이용하고, CFD_NIMR_SNU 모델의 격자체계에 맞게 선형내삽과 Power law 외삽법을 실시할 수 있다.In the fourth step (S400), we use the results of Weather Research and Forecasting (WRF) Version 3.8 model as the basic input data of the CFD_NIMR_SNU model for verification and perform linear interpolation and Power law extrapolation according to the lattice system of the CFD_NIMR_SNU model have.
시나리오의 신뢰도 확보를 위한 CFD 모델 평가를 자세히 설명하면 다음과 같다.The CFD model evaluation for ensuring the reliability of the scenario is described in detail as follows.
본 실시예에서는 대상지역의 기상 특성을 반영한 CFD 모델의 경계 조건을 얻기 위해 NCAR (National Center for Atmospheric Research)에서 개발되어 연구 및 현업용 모델로 사용되고 있는 중규모 기상 모델 WRF(Weather Research and Forecasting) Version 3.8을 사용하나 이에 한정되지는 않는다.In this example, a weather model, WRF (Weather Research and Forecasting) Version 3.8, developed by National Center for Atmospheric Research (NCAR) and used as a research and production model, is used to obtain the boundary conditions of the CFD model reflecting the weather characteristics of the target area. But is not limited thereto.
재분석 자료로는 1°×1°의 해상도를 가지는 NCEP(National Centers for Environmental Prediction) Final Analysis(FNL) 6시간 간격 재분석자료를 이용하였다. 모의 기간은 강수가 없고 풍향이 비교적 일정한 기상장을 고려하였으며, 검증에 사용될 관측 기기인 KMA AWS 401의 관측 자료가 연속적으로 존재하는 기간에 해당하는 2015년 3월 10일 0000 UTC부터 3월 12일 2300 UTC까지를 선정하여 이용하였다.For reanalysis data, NCEP (National Centers for Environmental Prediction) Final Analysis (FNL) reanalysis data with a resolution of 1 ° × 1 ° was used. The simulated period was considered to be a fairly steady stream with no precipitation and the wind direction was relatively constant. From March 10, 2013 to March 12, 2015, which corresponds to the period of continuous observation of KMA AWS 401, Up to 2300 UTC.
또한, 대상지역의 TM(Transverse Mercator) 좌표를 이용하여 도메인 중앙을 중심으로 고도별 풍속(U, V, W), 난류운동에너지(TKE) 성분을 WRF 결과 자료로부터 추출하였다(도 3 참조). 추출한 성분은 CFD_NIMR_SNU 모델의 수평·연직 격자계만큼 조밀한 정보를 가지지 않기 때문에 선형 내삽과 Power law 외삽법을 실시하여 검증을 위한 CFD_NIMR_SNU 모델의 기초 입력 자료로 사용하였다.In addition, wind velocity (U, V, W) and turbulent kinetic energy (TKE) components were extracted from the WRF data using the TM (Transverse Mercator) coordinates of the target area. Since the extracted components do not have as dense information as the horizontal and vertical grid of the CFD_NIMR_SNU model, they are used as the basic input data of CFD_NIMR_SNU model for verification by linear interpolation and Power law extrapolation.
전산유체역학(CFD) 모델을 이용하여 바람장을 평가할 수 있다. 즉, 대상지역 내 위치한 소정의 제2 지점(KMA AWS 401)인 제2 관측지점에서 풍향 및 풍속 평가를 실시하였다. WRF와 CFD_NIMR_SNU 모델을 이용하여 모의된 결과에서 스핀 업 시간을 제외하고 시간에 따른 풍향·풍속 결과와 관측값을 KMA AWS 401 지점의 관측 높이(42.53 m)에서 나타내면 도 4와 같다.Computational fluid dynamics (CFD) models can be used to evaluate wind fields. That is, wind direction and wind speed were evaluated at a second observation point which is a predetermined second point (KMA AWS 401) located in the target area. Fig. 4 shows the wind direction and wind speed over time and observed values at the KMA AWS 401 observation height (42.53 m) excluding the spin up time in the simulated results using the WRF and CFD_NIMR_SNU models.
위와 같은 모의 결과, NMSE(Normalized Mean Square Error)는 0.29, FB(Fractional BIAS)는 0.15, MG(Geometric Mean BIAS)는 1.23, FAC2(Fractional Predictions within a factor of two of observations)는 0.72이며, 모의된 풍속으로부터 산출된 모든 검증지수가 유효한 범위 내에서 나타남을 알 수 있다.As a result of simulation, the NMSE is 0.29, the fractional BIAS is 0.15, the Geometric Mean BIAS is 1.23, and the Fractional Predictions within a factor of two of observations is 0.72. It can be seen that all the verification indices calculated from the wind speed are within the effective range.
아래의 표 1은 중규모 입력장(WRF) 결과와 CFD_NIMR_SNU모델 결과의 검증 지수를 비교하여 나타낸다.Table 1 below shows the comparison between the mid-scale input field (WRF) results and the verification indices of the CFD_NIMR_SNU model results.
상기 제5단계(S500)는 기상조건에 따른 보행자환경에서의 위험물질 확산정보를 산출하는 단계이다.The fifth step S500 is a step of calculating dangerous substance diffusion information in a pedestrian environment according to a weather condition.
보행자환경에서의 위험물질 확산정보와 관련하여, 도 5는 본 실시예에 따른 풍속 시나리오에 따라 위험물질 최대 확산거리(a) 및 최대 확산시간(b)을 보여준다. 그리고, 도 6은 본 실시예에 따른 풍향 시나리오에 따른 위험물질의 최대 확산거리(a) 및 평균 확산거리(b)를 보여준다.FIG. 5 shows the maximum diffusion distance a and the maximum diffusion time b according to the wind speed scenario according to the present embodiment with respect to the diffusion information of the hazardous materials in the pedestrian environment. 6 shows the maximum diffusion distance a and the average diffusion distance b of the hazardous material according to the wind direction scenario according to the present embodiment.
위험물질 확산정보의 산출은 3차원 상세 지형 전체 영역에서 보행자의 고도를 고려하여 최하층 연직 격자의 중앙 지점을 지표로부터 2.5m 내지 3m 이내의 보행자 고도로 설정하여 위험물질 확산 정보를 산출함으로써, 도시내 위험물질 확산에 따른 보행자환경을 분석할 수 있다.The dangerous substance diffusion information can be calculated by calculating the dangerous substance diffusion information by setting the central point of the lowermost vertical grid at an altitude of the pedestrian within 2.5 m to 3 m from the surface in consideration of the altitude of the pedestrian in the entire area of the three- It is possible to analyze the pedestrian environment due to diffusion of materials.
그러므로 본 실시예에서는 보행자 고도에서의 정보는 보행자 고도에서 시나리오에 따른 위험기준 이상의 농도가 나타나는 최대 확산 반경 및 거리 정보, 보행자 고도에서 시나리오에 따른 위험기준 이상의 농도가 잔존하는 시간 정보, 보행자 고도에서 학교나 주거 밀집 지역 등의 주요 위치에서 시간에 따른 확산 농도 정보를 포함하는 것을 특징으로 한다.Therefore, in this embodiment, the information at the pedestrian's altitude includes the maximum diffusion radius and distance information at which the concentration exceeding the risk standard according to the scenario appears at the pedestrian's altitude, the time information at which the concentration exceeds the risk standard according to the scenario at the pedestrian's altitude, And the diffusion density information according to time at a main location such as a densely populated area.
상기 제6단계(S600)는 제5단계(S500)의 상기 위험물질 확산정보를 시간에 따른 확산거리 및 지속시간을 포함하여 고도별, 농도별로 위험 정보를 시각화하여 3차원 상세 지형에 디스플레이하는 단계이다.The sixth step S600 is a step of visualizing the dangerous substance diffusion information of the fifth step S500 by the altitude and the concentration including the diffusion distance and the duration according to time and displaying the information on the three dimensional detailed topography to be.
또한, 본 실시예에서는 도 7에 도시한 바와 같이 보행자 고도(2.5m)에서의 수평 확산장에 대한 다양한 시나리오를 확인할 수 있다. 도 7의 (a)는 1m/s 북서풍 시나리오, (b)는 1m/s 남풍 시나리오, (c)는 5m/s 북서풍 시나리오, (d)는 5m/s 남풍 시나리오에 대한 수평 확산장을 시각화하여 3차원 상세 지형에 디스플레이할 수 있음을 나타낸다.Further, in this embodiment, various scenarios for the horizontal diffusion field at the pedestrian's altitude (2.5 m) can be confirmed as shown in Fig. Fig. 7 (a) shows the horizontal spreading field for the 1 m / s northwest wind scenario, (b) the 1 m / s south wind scenario, Indicating that it can be displayed on a three-dimensional detailed terrain.
또한, 본 실시예에서는 도 8에 도시한 바와 같이 건물캐노피와 보행자 고도의 확산장을 확인할 수 있다. 본 실시예에서는 유입류의 풍속이 가장 약한 1 ms-1의 경우, 풍상측 방향으로 나타나는 확산에 대해 자세히 분석하기 위해, 유입류의 풍속이 1 ms-1인 경우에 대하여 제1 지점(SK Techx 10035)의 관측 높이(z = 72.5m)와 보행자 고도(z = 2.5m)에서 수평 바람장을 x-y 단면으로 나타내어 건물캐노피와 보행자 고도의 확산장을 확인하였다.In this embodiment, as shown in Fig. 8, the diffusing field of the building canopy and the pedestrian's altitude can be confirmed. In this embodiment, the case of the wind speed of the influent weakest 1 ms -1, in order to further analyze for spread occurrence of the upwind-side direction, the first point relative to when the velocity of inflow of 1 ms -1 (SK Techx (Z = 72.5m) and pedestrian altitude (z = 2.5m), respectively, and the horizontal wind field was plotted as xy cross section to confirm the diffusing field of the building canopy and pedestrian height.
본 실험에서 유입류가 북서풍인 경우, 상층에서는 유입류 방향인 북서풍 계열의 흐름이 지배적으로 나타나며 높은 건물들에 의해 흐름 분리가 발생하고, 건물의 풍하측(남동쪽)에서 무풍에 가깝게 풍속이 굉장히 낮게 나타나는 것을 알 수 있다(도 8a). 그러나 보행자 고도에서는 많은 건물들로 인해 발생한 마찰에 의해 대체적으로 상층보다 풍속이 낮게 분포하며, 상층의 흐름과 반대로 유입류(북서풍)의 역방향인 남동풍 계열 바람이 나타나는 것을 알 수 있다(도 8c).In this experiment, the northwesterly winds dominate the upper stream, and the northwestward winds flow dominantly in the upper stream. Flow separation occurs by high buildings and the wind speed is very low near the windward side (southeast side) (Fig. 8A). However, at the height of pedestrians, the wind speed is generally lower than that of the upper layer due to the friction caused by many buildings, and it can be seen that the wind of the southeast wind is opposite to that of the upper wind.
또한, 실험 대상지역의 교차로로부터 북북서-남남동 방향 도로를 따라 남동풍이 나타나고, 유입류가 남풍인 경우도 마찬가지로 상층에서는 유입류와 같은 남풍 계열의 흐름이 나타나며, 건물의 풍하측(북쪽)에서 매우 낮은 풍속 분포가 나타나는 것을 알 수 있다(도 8b). 그리고, 하층에서는 유입류(남풍)의 역방향인 북풍 계열 바람이 지배적으로 나타나는 것을 확인할 수 있다(도 8d). 이와 같이, 실험 대상지역 부근에서 북북서-남남동 방향의 협곡을 따라 주로 북풍 또는 북서풍 계열의 흐름이 형성되며 상대적으로 낮은 건물이 위치하는 북서 방향에서 풍속이 강하게 나타나는 것을 알 수 있다.In addition, south-east wind appears along the north-north-south-south-east road from the intersection of the area where the experiment is performed, and when the influent is the south wind, And the wind speed distribution appears (FIG. 8B). In the lower layer, it is confirmed that the north wind which is the reverse direction of the inflow (south wind) dominantly appears (FIG. 8D). In this way, it can be seen that the wind flow is formed mainly along the canyons in the north-north-south-south-east direction near the experimental area, and the wind speed is strong in the northwest direction where the relatively low building is located.
또한, 본 실시예에서는 도 9의 (a) 내지 (d)에 도시한 바와 같이 대상지역의 동서 및 남북 방향에서의 연직 단면을 통해 대기 흐름에 따른 위험물질 확산을 확인할 수 있다. 본 실험에서는, 유입류가 북서풍인 경우, 풍속이 가장 약한 1 ms-1와 가장 강한 5 ms-1의 풍속 시나리오에 대하여 x-z와 y-z 단면에서 연직 유선 분포와 확산 분포를 나타내고 있다In this embodiment, as shown in FIGS. 9 (a) to 9 (d), the diffusion of the hazardous substances according to the atmospheric flow can be confirmed through the vertical sections in the east-west and north-south directions of the target area. In this experiment, for the northwest winds, vertical streamlines and spread distributions are shown in the xz and yz sections for the wind velocity scenarios with the weakest wind speed of 1 ms -1 and the strongest 5 ms -1
또한, 본 실시예에서는 도 10의 (a) 내지 (d)에 도시한 바와 같이 대상지역으로의 최대 확산 거리가 가장 짧게 나타나는 유입류가 남풍인 경우에 풍속이 가장 약한 1 ms-1와 가장 강한 5ms-1 풍속 시나리오에 대하여 실험 대상지역 부근 x-z와 y-z 단면에서 연직 유선 분포와 확산 분포를 확인할 수 있다.10 (a) to 10 (d), when the inflow current with the shortest maximum diffusion distance to the target area is the south wind, the wind speed is the weakest 1 ms -1 and the strongest For the 5ms -1 wind speed scenario, the vertical wired distribution and the diffusion distribution can be confirmed at the xz and yz sections near the test area.
전술한 실시예들에 의하면, 본 일실시예에 따른 도시내 위험물질 확산에 따른 보행자환경에서의 위험영향 평가 장치는 도 11에 도시한 바와 같은 구성을 구비할 수 있다. 즉, 위험영향 평가 장치는 GIS 자료 획득부(110), 3차원 지형 구축부(120), 시나리오 설계부(130), 기상장 및 확산장 생성부(140), 신뢰도 검증부(150), 위험물질 확산 정보 산출부(160) 및 시각화 처리부(170)를 포함하여 이루어질 수 있다.According to the above-described embodiments, the apparatus for evaluating a risk effect in a pedestrian environment according to the spread of a hazardous material in a city according to the present embodiment may have a configuration as shown in FIG. That is, the risk assessment apparatus includes a GIS
위험영향 평가 장치는 컴퓨팅 장치로 구현될 수 있다. 또한, 위험영향 평가 장치는 프로세서와 메모리를 구비할 수 있다. 이 경우, 전술한 구성부들(110 내지 170) 중 적어도 하나 이상은 메모리에 저장되고 프로세서에 의해 수행되어 해당 기능을 수행하도록 구현될 수 있다.The risk impact assessment device may be implemented as a computing device. Further, the risk impact evaluation apparatus may include a processor and a memory. In this case, at least one or more of the above-described
GIS 자료 획득부(110)는 대상지역에 대하여 지리 공간적으로 참조 가능한 하나 이상의 GIS 입력 정보를 획득하는 기능을 수행한다. GIS 자료 획득부(110)는 기상정보제공서버 및 국토교통부의 국가공간정보포털에서 제공하는 전자지도 제공 서버와 연동될 수 있다.The GIS
3차원 지형 구축부(120)는 상기 대상지역을 수평 해상도는 1 내지 15m의 간격으로, 연직 해상도는 1 내지 5m의 간격으로 서로 직교하는 x, y, z 방향으로 각각 300, 300, 160개의 3차원 상세 지형 격자를 구축하는 기능을 수행할 수 있다.The three-dimensional
시나리오 설계부(130)는 상기 대상지역의 중앙에 위치하는 특정 관측지점에서의 일정 기간 동안의 기상 특성을 반영하는 자동기상관측망 자료의 풍향 및 풍속을 이용하여 Box-plot method 통계 분석을 통한 시나리오를 설계하는 기능을 수행할 수 있다.The
기상장 및 확산장 생성부(140)는 시나리오 별로 전산유체역학모델(CFD_NIMR_SNU)을 이용하여 기상조건에 따라 위험기준에 해당하는 물질에 대하여 일정 해상도를 갖는 바람장 및 확산장을 산출하는 기능을 수행할 수 있다.The geomagnetic field and diffusing
신뢰도 검증부(150)는 기상장 및 확산장 생성부(140)에서 생성된 지수가 유효한 범위 내에서 나타나는지 신뢰도 확보를 위한 검증을 수행할 수 있다.The
위험물질 확산 정보 산출부(160)는 3차원 상세 지형 전체 영역에서 지표로부터 2.5m 내지 3m 이내의 보행자 고도에서의 위험물질 확산정보를 산출하는 기능을 수행할 수 있다.The dangerous substance diffusion
시각화 처리부(170)는 위험물질 확산정보를 시간에 따른 확산거리 및 지속시간을 포함하여 고도별, 농도별로 위험 정보를 시각화하여 디스플레이하는 기능을 수행할 수 있다.The
상술한 도시내 위험물질 확산에 따른 보행자환경에서의 위험영향 평가 장치의 적어도 하나의 구성부는 소프트웨어적인 구성으로 컴퓨터에서 처리 가능한 프로그램으로 제작 가능하다. 이러한 본 실시예의 위험영향 평가 장치에 포함되는 구성부는 소프트웨어 또는 소프트웨어 모듈을 의미하거나, 또는 FPGA(field programmable gate array), ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 등과 같은 하드웨어 구성요소를 의미할 수 있다. 물론, 상술한 구성부는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되지는 않는다. 구성부에 포함되는 적어도 하나의 구성요소는 적어도 하나의 중앙처리장치나 프로세서에 의해 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 저장되도록 구성될 수 있다.At least one component of the risk assessment device in the pedestrian environment in accordance with the above-described spread of the hazardous substances in the city can be manufactured as a computer-executable program in a software configuration. The components included in the risk assessment apparatus of this embodiment may be software or software modules, or hardware components such as a field programmable gate array (FPGA), an application specific integrated circuit (ASIC), and the like. Of course, the above-described components are not limited to software or hardware. The at least one component included in the component may be configured to be stored in at least one central processing unit or a storage medium addressable by the processor.
또한, 상술한 구성부는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함할 수 있다. 상술한 구성부에서 제공되는 복수의 기능은 더 작은 단위의 구성요소들을 포함할 수 있다.It should also be appreciated that the above-described components may be implemented with software components, object-oriented software components, class components, and components such as task components, processes, functions, attributes, procedures, subroutines , Segments of program code, drivers, firmware, microcode, circuitry, data, databases, data structures, tables, arrays, and variables. The plurality of functions provided in the above-described components may include smaller-sized components.
이상과 같이, 본 실시예에 따른 도시내 보행자 환경에서의 위험물질 확산정보 산출 기술은 대상지역의 기상 특성을 반영하기 위해 최근 빈도가 증가하고 있는 위험물질 누출 사고로 인한 영향을 예측하고 피해를 줄이기 위한 대응 방안으로 불산 누출 사고를 가정한 가상의 사고 시나리오를 모의하고, 인공적 요소들로 이루어진 도시 등의 대상지역을 선정하여 풍향·풍속이 고려된 시나리오를 기반으로 위험물질 확산에 대한 보행자 환경 특성을 분석하는데 이용될 수 있다.As described above, the hazardous material diffusion information calculation technique in the urban pedestrian environment according to the present embodiment predicts the influence due to the dangerous substance leakage accident, which is increasing in frequency in recent years, in order to reflect the weather characteristic of the target area, In this paper, we propose a simulated accident scenarios assuming the FOSHAN leakage accident, and select the target area such as city made of artificial elements. Based on the scenarios considering the wind direction and the wind speed, Can be used for analysis.
또한, 전술한 실시예에서는 기상연구소와 서울대학교가 공동으로 개발한 전산유체역학모델(CFD_NIMR_SNU)을 이용하여 모의한 10m 해상도의 기상장(풍향·풍속) 평가 결과, 유입류에 비해 관측값과 유사한 경향으로 모의하는 것을 확인하였으며, 모든 검증 지수가 유효한 범위 내에 나타남을 보였다. 또한, 각 풍향에 따른 풍속 시나리오 결과를 평균하여 보행자 고도에서 풍향에 따라 확산되는 최대 거리를 분석한 결과, 풍향이 북서풍일 때 최대 확산 거리가 가장 멀리 나타나며 남풍일 때 가장 짧게 나타남을 확인하였다. 이러한 결과는, 위험물질이 누출되는 대상지역에 위치한 인공적 요소들에 의해 유입류의 방향이 변화함에 따라 다양하게 형성되는 흐름이 위험물질이 확산되는 패턴에 영향을 미침을 나타낸다.Also, in the above-described embodiment, the evaluation result of wind speed and wind speed of 10m resolution simulated using CFD_NIMR_SNU developed jointly by Meteorological Research Institute and Seoul National University, , And all the verification indices were within the effective range. In addition, the average distance between the wind direction scenario and the wind direction scenario was analyzed, and the maximum distance spread according to the wind direction at the pedestrian altitude was analyzed. As a result, it was confirmed that the maximum spreading distance was the farthest when the wind direction was NW, These results indicate that the diverse flows that flow as the direction of the influent flows through the artificial elements located in the area where the hazardous material leaks affect the pattern of diffusion of the hazardous material.
또한, 유입류의 풍속이 가장 약한 1 ms-1의 경우, 대상지역을 이루는 인공적 요소들에 의해 보행자 고도에서는 유입류의 역방향으로 흐름이 형성되어 풍상측 방향으로 위험물질의 확산이 나타남을 보였다.In addition, when the wind velocity of the inflow is the weakest, 1 ms -1, the artificial elements forming the target area show the flow of the dangerous material in the windward direction due to the flow in the reverse direction of the inflow at the pedestrian altitude.
이와 같이, 본 실시예에 의하면, 보행자 환경에 초점을 맞추어 위험물질 확산에 대해 수평 및 연직 특성을 분석할 수 있다. 즉, 고해상도의 전산유체역학 모델을 이용한 기상장 및 확산장 모의 결과를 통해 도시를 이루는 입체적인 인공적 요소가 도시 난류 흐름 형성에 매우 중요한 영향을 주므로, 향후 실제 위험 물질을 취급하는 도시 내 산업단지에 본 실시예에 따른 기술을 적용하여 위험물질 확산 모의 실험과 위험성 평가를 수행할 수 있으며, 특히 산업단지와 인접한 주거지역의 도시·환경 계획을 위한 환경영향평가에서 실제 지형과 도시 구조가 반영된 보행자 환경의 위험성을 평가하는데 이용될 수 있다.Thus, according to the present embodiment, the horizontal and vertical characteristics can be analyzed with respect to the diffusion of the hazardous material by focusing on the pedestrian environment. In other words, since the three-dimensional artificial elements forming the urban are very important for the formation of the urban turbulent flow through the results of the field and diffusion fields using the high-resolution computational fluid dynamics model, In the environmental impact assessment for the urban and environmental planning of the residential area adjacent to the industrial complex, it is possible to perform the hazardous material diffusion simulation and the risk assessment by applying the technology according to the embodiment, Can be used to assess risk.
한편, 전술한 실시예는 도 1에 도시한 방법이나 도 11에 도시한 장치로 한정되지 않고, 다양한 응용이 가능하다. 예를 들면, 다른 구현예에서, 3차원, 비정수, 비회전, 비압축 대기 흐름계를 고려한 것으로 Reynolds-averaged Navier-Stokes(RANS) 방정식에 기초한 지배방정식 시스템을 가정하고, 지배방정식 계의 수치해는 유한체적법(Finite Volume Method)과 SIMPLE(Semi-Implicit Method for Pressure Linked Equation) 알고리즘을 이용하여 엇갈림 격자계(staggered grid system)에서 수치적으로 풀이되며, 바람에 대한 유입 경계 조건은 대기 중립 상태를 가정하여 로그함수를 사용하며, 난류운동에너지와 소멸률에 대한 CFD 모델의 유입 경계 조건은 수학식 1 내지 5와 같고; 가스 누출 사고 시 위험물질의 순수한 스칼라 특성을 분석하기 위해서 화학 반응을 고려하지 않은 입자상 물질로써 불화수소(Hydrogen Fluoride, HF)를 가정하고, 불화수소는 도메인 중앙을 중심으로 총 9개의 격자에서 각 격자당 수십 ppb/s(예컨대 44 ppb/s)의 방출률로 방출되도록 가정하고, 보행자의 고도를 고려하여 최하층 연직 격자의 중앙 지점을 2.5m로 설정하여 위험물질 확산 정보를 산출하는 일련의 단계들에 의해 이루어지는 방법이나 이를 수행하는 장치로 구현될 수 있다.On the other hand, the above-described embodiment is not limited to the method shown in Fig. 1 or the apparatus shown in Fig. 11, and various applications are possible. For example, in another implementation, a governing equation system based on the Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) equation is considered, taking into account three-dimensional, non-constant, Is numerically solved in a staggered grid system using finite volume method and SIMPLE (Semi-Implicit Method for Pressure Linked Equation) algorithm, and the inflow boundary condition for wind is the neutral state And the inflow boundary conditions of the CFD model for turbulent kinetic energy and extinction rate are as shown in
또한, 다양한 응용 중 하나로는 기상조건에 따른 도시내 위험물질 확산 추정 방법이나 이를 이용하는 컴퓨팅 장치 등으로 구현될 수 있다.In addition, one of various applications can be realized by a method of estimating the diffusion of a hazardous material in a city according to weather conditions or a computing device using the method.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. I will understand. Accordingly, the technical scope of the present invention should be defined by the following claims.
110: GIS 자료 획득부
120: 3차원 지형 구축부
130: 시나리오 설계부
140: 기상장 및 확산장 생성부
150: 신뢰도 검증부
160: 위험물질 확산 정보 산출부
170: 시각화 처리부110: GIS data acquisition unit
120: 3D terrain building part
130: scenario design section
140: a base station and a spreading field generating unit
150: reliability verification unit
160: Dangerous Substance Diffusion Information Calculation Unit
170: visualization processor
Claims (5)
상기 프로세서에 탑재되는 3차원 지형 구축부가, 대상지역에 대한 지표 경계 자료 및 지형 자료를 포함하는 하나 이상의 GIS 자료를 입력받아 3차원 상세 지형을 구축하는 제1단계,
상기 프로세서에 탑재되는 시나리오 설계부가, 상기 대상지역의 특정 관측지점에서의 일정 기간 동안의 기상 특성이 반영된 자동기상관측망 자료의 통계 분석을 통한 시나리오를 설계하는 제2단계-여기서, 상기 시나리오 설계부는 상기 대상지역에서의 풍향 및 풍속 조건을 분석하고 분석 결과에 따라 시나리오를 생성함-,
상기 프로세서에 탑재되는 기상장 및 확산장 생성부가, 상기 시나리오 설계부에서 설계된 시나리오별 전산유체역학모델을 이용하여 시나리오별 기상조건에 따라 위험기준에 해당하는 물질에 대하여 일정 해상도를 갖는 상기 대상지역에서의 바람장 및 확산장을 산출하는 제3단계-여기서, 상기 기상장 및 확산장 생성부는 시나리오별 기상조건에 따른 상기 물질의 확산거리 및 지속시간에 기초하여 풍향 및 풍속의 바람장과 상기 바람장에서 모의되는 보행자 고도에서의 확산장을 산출함-,
상기 프로세서에 탑재되는 신뢰도 검증부가, 상기 제3단계의 모의 결과에서 산출된 지수가 유효한 범위 내에서 나타나는지 신뢰도 확보를 위한 검증을 수행하는 제4단계,
상기 프로세서에 탑재되는 위험물질 확산 정보 산출부가, 상기 검증의 결과가 유효할 때, 상기 시나리오별 기상조건에 따른 보행자환경에서의 위험물질 확산정보를 산출하는 제5단계-여기서, 상기 위험물질 확산정보는 상기 보행자 고도에서 시나리오에 따른 위험기준 이상의 농도가 나타나는 최대 확산 반경 및 거리 정보, 상기 보행자 고도에서 시나리오에 따른 위험기준 이상의 농도가 잔존하는 시간 정보, 및 상기 보행자 고도에서 학교나 주거 밀집 지역을 포함한 주요 위치에서 시간에 따른 확산 농도 정보를 포함함-, 및
상기 프로세서에 탑재되는 시각화 처리부가 상기 위험물질 확산정보를 시각화하여 상기 3차원 상세 지형에 디스플레이하는 제6단계를 포함하며,
상기 제2단계는, 상기 자동기상관측망 자료에 따른 통계 분석의 1사분위수와 3사분위수 및 최대값에 가까운 정수를 산정하고, 방위 및 풍향을 고려하여 일정 풍향 및 풍속 각각에 대하여 설계하는 것을 포함하며,
상기 제5단계는, 상기 3차원 상세 지형 전체 영역에서 보행자의 고도를 고려하여 최하층 연직 격자의 중앙 지점을 상기 보행자 고도로 설정하고 상기 보행자 고도에서의 위험물질 확산 정보를 산출하는, 보행자환경에서의 위험영향 평가 방법.There is provided a method for evaluating a risk effect in a pedestrian environment due to diffusion of a hazardous material in a city, the method being performed by a computing device having a memory for storing a program or a software module and a processor for executing the program,
A first step of constructing a three-dimensional detailed terrain by receiving at least one GIS data including a terrain boundary data and a terrain data for a target area,
A second step of designing a scenario based on a statistical analysis of automatic weather station network data in which a weather characteristic for a predetermined period of time is reflected at a specific observation point in the target area, Analyze the wind direction and wind speed conditions in the target area and create the scenario according to the analysis result -
The base station and the diffusion field generator installed in the processor may be configured to use a computational fluid dynamics model for each scenario designed in the scenario designing unit to calculate, based on the weather condition of each scenario, A third step of calculating a wind field and a diffusion field based on the diffusion distance and the duration of the material in accordance with a weather condition of each scenario, Calculate the diffusion field at simulated pedestrian altitude -
A fourth step of performing verification for ensuring reliability whether the exponent calculated in the simulation result of the third step appears within a valid range,
A fifth step of calculating a hazardous material diffusion information in a pedestrian environment according to a weather condition of each scenario when the result of the verification is valid, A maximum diffusion radius and distance information at which the concentration exceeding the risk standard according to the scenario appears at the pedestrian's altitude, time information at which the concentration exceeds the risk standard according to the scenario at the pedestrian's altitude, Includes diffusion concentration information over time at key locations -, and
And a sixth step of visualizing the hazardous substance diffusion information and displaying the visualized hazardous substance diffusion information on the three-dimensional detailed topography,
The second step includes designing the first and third quartiles of the statistical analysis according to the automatic weather station data and the constants close to the third quartile and the maximum value and designing the constant wind direction and the wind speed in consideration of the bearing and the wind direction, In addition,
The fifth step includes setting a central point of the lowest vertical lattice at the pedestrian altitude in consideration of the altitude of the pedestrian in the whole area of the three-dimensional detailed terrain, and calculating the dangerous substance diffusion information at the pedestrian altitude, Impact assessment method.
상기 제1단계는, 상기 대상지역을 x, y, z 방향으로 각각 수평 해상도 1 내지 15m의 간격으로, 연직 해상도 1 내지 5m의 간격으로 3차원 상세 지형을 구축하는, 보행자환경에서의 위험영향 평가 방법.The method according to claim 1,
The first step is to construct a three-dimensional detailed topography in the x, y, and z directions at intervals of horizontal resolution of 1 to 15 m and vertical resolution of 1 to 5 m, respectively, in the pedestrian environment Way.
상기 시나리오는 통계 분석 자료의 1사분위수(1.1m·s-1)와 3사분위수(2.8m·s-1) 및 최대값(5.3m·s-1)에 가까운 정수를 산정하고, 1m·s-1부터 5m·s-1까지 2m·s-1 간격으로 풍속을 설정하고 16방위의 풍향을 고려한 총 48개의 시나리오를 포함하는, 보행자환경에서의 위험영향 평가 방법.The method according to claim 1,
The above scenarios estimate the integer close to the first quartile (1.1 m · s -1 ), the third quartile (2.8 m · s -1 ) and the maximum value (5.3 m · s -1 ) since s -1 up to 5m · s -1 2m · s -1, set the wind speed interval and risk assessment method in containing a total of 48 scenarios, taking into account the wind direction of 16 directions, pedestrian environment.
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