KR102242977B1

KR102242977B1 - 사전 기상정보 연동 산사태 조기경보 방법 및 산사태 조기경보 시스템

Info

Publication number: KR102242977B1
Application number: KR1020190111453A
Authority: KR
Inventors: 송영석; 하세가와 마코토; 김민석; 김경수; 오현주; 이춘오; 정승원
Original assignee: 한국지질자원연구원; 하이드로 테크놀로지 인스티튜트 씨오., 엘티디.
Priority date: 2019-09-09
Filing date: 2019-09-09
Publication date: 2021-04-21
Also published as: KR20210030031A

Abstract

본 발명은 산사태의 조기경보를 위하여 사전 기상정보와 연동한 산사태 조기경보 방법 및 산사태 조기경보 시스템에 관한 것으로, 대상지역의 사전 기상정보를 분석하여 사전 강우정보를 예측하고, 대상지역의 지표흐름 해석, 지표침투 해석 및 흡입응력을 고려한 무한사면안정 해석을 수행하여 산사태의 발생가능성을 평가하며, 산사태 발생가능성을 기반으로 소구역별 최소 사면안전율과의 안전율 규준을 고려하여 산사태 조기경보의 발령여부를 결정한다. 특히, 본 발명에서는 대상지역을 복수의 소유역으로 구분하고, 상기 소유역에 포함된 메쉬별 토질특성에 대해 몬테카를로 시뮬레이션을 수행하여 사면안전율을 계산함으로서 토질특성의 공간적 분포에 대한 불확실성을 해소하였으며, 소유역 단위에서 최소 사면안전율의 확률밀도함수 분포로부터 주의보 및 경보 사면안전율 규준을 산정하고 주의보 및 경보 규준보다 작은 사면안전율을 갖는 메쉬의 비율(초과비율)을 계산하고, 이를 경보 및 주의보 초과비율 규준과 비교하여 산사태 조기경보를 발령할 수 있다.
위와 같은 본 발명을 통하여 과학적이고 체계적인 산사태 조기경보시스템의 구축 및 운영이 가능하며, 설정된 시간 간격으로 산사태 위험도를 평가하고 이를 기반으로 미리 산사태 조기경보를 발령할 수 있으므로 실질적인 산사태 예측을 통해 국민의 안전에 기여할 수 있다.

Description

사전 기상정보 연동 산사태 조기경보 방법 및 산사태 조기경보 시스템{EARLY WARNING METHOD AND SYSTEM FOR LANDSLIDE INTEGRATED WITH WEATHER FORECASTING INFORMATION}

본 발명은 사전 기상정보 연동 산사태 조기경보 방법 및 산사태 조기경보 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 사전에 기상정보를 이용하여 강우를 예측하고 산사태 발생가능성을 평가하며, 이를 기반으로 조기경보를 발령하는 산사태 조기경보 방법 및 산사태 조기경보 시스템에 관한 것이다.

우리나라는 전체 국토 면적의 약 70%가 산지로 이루어져 있으며, 대부분의 산사태는 우기에 집중적으로 발생되므로 우리나라 산사태의 발생요인 중 가장 큰 요인은 강우임을 예측할 수 있다. 즉, 연평균 강우량의 대부분이 6월에서 9월 사이에 편중되어 있어 이 기간에 집중호우로 인한 산사태의 발생이 빈번하게 발생되고 있으며, 이로 인한 피해도 매년 급증하고 있는 실정이다.

산사태는 강우조건, 지형조건, 지질 및 토질특성에 영향을 받는 것으로 알려져 있으며, 자연사면에서 발생되는 산사태의 발생가능성을 평가하기 위해서는 일반적으로 강우강도, 강우지속시간, 토층 내 강우 침투속도, 포화깊이 등의 인자를 고려하고 있다. 종래 기술로 대한민국 등록특허 제10-1078297호에서는 강우 포화깊이비에 따른 무한사면 안정해석시스템이 개시되어 있다.

우리나라의 자연사면에서는 주로 집중호우로 인하여 얕은 깊이에서 활동(Sliding)이 발생되는 천층파괴(Shallow landslide)의 산사태가 발생되며, 이러한 특성을 갖는 산사태를 예측 및 관찰함으로서 국민의 재산과 생명을 보호하기 위한 기술개발이 반드시 필요하다. 따라서 우리나라의 자연사면을 대상으로 사전 기상정보를 토대로 강우를 예측하고 산사태 발생가능성을 평가하여, 과학적이고 신뢰성 있는 실시간 산사태의 조기경보 시스템의 구축이 요구된다.

산사태의 조기경보 시스템에 관한 종래 기술로, 대한민국 등록특허 제10-1000553호에는 지역적 강우특성을 고려한 실시간 강우정보 수집 및 분석을 통한 급경사지 재해예보방법이 개시되어 있다. 위 등록특허에서는 현장에 설치된 버켓식 강우량계로부터 강우정보를 제공받은 메인통제서버에서 강우특성 분석프로그램을 통해 급경사지 붕괴위험을 예측하고, 기관으로 재해예보 및 경보를 전송하는 내용이 기재되어 있다.

대한민국 등록특허 제10-1580062호에는 실시간 산사태 예경보 방법 및 시스템이 개시되어 있으며, 다수의 인자를 통해 위험지역을 산정하고, 위험지역의 최소사면안전율과 기준값을 비교한 후 해당 위험지역의 지하수 변위를 예측하여 예측사면안전율을 산출한다. 상기 예측사면안전율과 기준값을 비교하여 예경보를 판정한다.

대한민국 등록특허 제10-1788104호에서는 극한 강우를 고려한 실시간 산사태 예보 및 경보 시스템 및 방법이 개시되어 있으며, 기상관측장비와 기상청 서버로부터 제공된 설정된 규준들을 기반으로 지반의 포화 깊이비와 흡입응력 변화를 실시간으로 산출하고, 사용자 단말로 해당 지역의 예경보 레벨을 전송하는 내용이 기재되어 있다.

그러나 위 등록특허들의 경우 현장에서 강우나 토질 특성을 측정하기 위한 계측장비를 다수 설치하여야 하고, 각각의 계측장비를 지속적으로 관리하여야 하며, 계측장비로부터 측정된 인자들의 산사태 발령기준이 명확하지 못하다. 또한 일부 지역에 설치된 계측장비로부터 얻은 측정값을 전체 지역으로 확대하기에 신뢰성 측면에서 무리가 있다.

한편 기존의 산사태 조기경보 기술들은 현 시점에서의 강우정보를 제공받거나 측정된 자료를 기반으로 사면안정성을 평가하고 있으므로 실질적인 사전 예측이 불가능하다.

(문헌 0001) KR 10-1078297B (문헌 0002) KR 10-1580062B (문헌 0003) KR 10-1788104B

위와 같은 점을 감안하여 발명된 본 발명의 목적은 체계적이고 신뢰성 있는 사전 기상정보 연동 산사태 조기경보 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 하나의 목적은 유지관리가 용이한 산사태 조기경보 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.

상기 목적 달성을 위한 본 발명에 따른 사전 기상정보 연동 산사태 조기경보 방법은 네트워크에 접속 가능한 적어도 하나의 컴퓨팅 디바이스에 의해 수행되는 산사태 조기경보 방법에 있어서, 사전 기상정보를 분석하여 대상지역의 강우를 예측하는 제1단계, 상기 예측된 강우를 토대로 대상지역의 지표흐름 해석, 지표침투 해석 및 흡입응력을 고려한 무한사면안정 해석을 수행하여 상기 대상지역의 산사태에 대한 발생가능성을 평가하는 제2단계 및 상기 평가된 산사태에 대한 발생가능성을 기반으로 산사태 조기경보를 발령하는 제3단계를 포함한다.

또한, 제2단계는, 상기 대상지역을 복수의 소유역으로 구분하는 소유역 구분단계, 상기 소유역을 복수의 메쉬로 구분하고, 상기 복수의 메쉬별 토질특성에 대한 몬테카를로 시뮬레이션을 적용하여 상기 메쉬의 사면안전율을 계산하는 사면안전율 계산단계 및 상기 소유역에 포함된 메쉬 가운데 최소 사면안전율보다 작은 사면안전율을 갖는 메쉬의 비율을 계산하는 초과비율 산출단계를 포함할 수 있다.

또한, 제2단계는 상기 사면안전율 계산단계의 수행 전 현장조사를 통해 얻어진, 상기 대상지역에서 채취한 토질시료의 특성과 상기 대상지역의 토층심도를 획득하는 토질시료 특성 및 토층심도 획득단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 제3단계는, 상기 초과비율 산출단계에서 최소 사면안전율의 확률밀도함수 분포로부터 주의보 또는 경보에 대응하는 사면안전율 규준을 산정하고 상기 사면안전율 규준보다 작은 사면안전율을 갖는 메쉬의 비율을 기반으로 대상지역에서 산사태 위험지역을 산정할 수 있다.

또한, 제1단계는, 사전 기상정보를 분석하여 예측된 강우자료와 기상청 홈페이지에서 제공하는 강우예보자료를 기반으로 설정된 시간 간격으로 상기 강우를 예측할 수 있다.

또한, 제2단계는 상기 예측된 강우를 토대로 설정된 시간 간격으로 상기 대상지역의 1일 전 산사태에 대한 발생가능성을 평가할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 사전 기상정보 연동 산사태 조기경보 시스템은 사전 기상정보 분석을 통하여 대상지역의 사전 강우정보를 분석하는 사전 강우정보 분석모듈, 분석된 사전 강우정보를 토대로 대상지역의 지표흐름 해석 및 지표침투 해석 및 흡입응력을 고려한 무한사면안정 해석을 수행하여 대상지역의 산사태에 대한 발생가능성을 평가하는 산사태 위험도 평가모듈 및 평가된 산사태 발생가능성을 기반으로 산사태 조기경보를 발령하는 산사태 조기경보 발령모듈을 포함한다.

또한, 강우정보 분석모듈은, 사전 기상레이더자료를 수치예보 방법으로 분석하고 기상청의 강우예보자료를 웹크롤링 기법으로 수집하여, 1일전 설정된 시간 간격으로 사전 강우정보를 분석하고, 상기 산사태 위험도 평가모듈은, 설정된 시간 간격으로 1일 전 대상지역의 산사태 발생가능성을 평가할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면 사전 예측된 강우정보를 기반으로 산사태 발생가능성을 평가하므로 과학적이고 실질적인 방법과 시스템을 구축할 수 있다.

또한, 몬테카를로 시뮬레이션을 수행하여 산사태 위험도 평가에 대한 불확실성을 해소하고 현장조사 및 모니터링 스테이션의 수를 감소시킬 수 있으므로 유지관리 비용을 감소시킬 수 있다.

마지막으로, 설정된 시간 간격으로 산사태 위험도를 평가하고 이를 기반으로 산사태 조기경보를 발령할 수 있으므로 체계적인 시스템 구축이 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 사전 기상정보 연동 산사태 조기경보 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2단계를 나타낸 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2단계를 나타낸 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 사전 기상정보 연동 산사태 조기경보 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 사전 기상정보 연동 산사태 조기경보 시스템을 나타낸 개념도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 특정지역에 대한 산사태 조기경보발령 예시도이다.

본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 명세서에서 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소로 데이터, 정보 또는 신호를 '전송', '제공' 또는 ‘획득’한다 함은 어느 한 구성요소가 다른 구성요소로 직접 데이터 또는 신호를 전송하는 것은 물론, 적어도 하나의 또 다른 구성요소를 통하여 데이터 또는 신호를 다른 구성요소로 전송하는 것 또는 이러한 전송을 통해 데이터, 정보, 신호를 얻는 모든 과정을 포함한다.

본 명세서에서 '서버'란 본 발명의 실시예에 따른 사전 기상정보 연동 산사태 조기경보 방법에 의한 조기경보를 제공하는 조기경보 시스템으로서 하나 또는 둘 이상의 전산정보처리가 가능한 물리적 개체(컴퓨팅 디바이스)의 일례이다. 본 명세서에 기술될 산사태 조기경보 방법이 구현될 수 있는 서버가 복수의 물리적 개체로 나뉘어 구현될 때, 각각의 물리적 개체의 관리 주체는 서로 상이할 수 있다. 서버는 네트워크 접속 가능하고 네트워크를 통해 연동되어 데이터, 정보, 신호를 제공하거나 획득할 수 있다.

이하에서 기술될 본 발명의 실시예에 따른 조기경보 방법의 각 단계 또는 조기경보 시스템을 구성하는 각 모듈은 적어도 하나 이상의 컴퓨팅 디바이스로 구현되거나 하나의 물리적 개체 내의 논리적 개체로 구현될 수 있다. '서버'에는 각각의 데이터베이스에 대응되는 정보를 저장하는 소프트웨어 및 하드웨어 의 기능적 구조적 결합을 의미하는 DB가 포함될 수 있으며, DB는 적어도 하나의 테이블로 구현될 수도 있고, 데이터베이스에 저장된 정보를 검색, 저장, 및 관리하기 위한 별도의 DBMS(Database Management System)을 더 포함할 수도 있다. 또한, 링크드 리스트(linked-list), 트리(Tree), 관계형 데이터베이스의 형태 등 다양한 방식으로 구현될 수 있으며, 데이터베이스에 대응되는 정보를 저장할 수 있는 모든 데이터 저장매체 및 데이터 구조를 포함할 수 있다.

이하, 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 사전 기상정보 연동 산사태 조기경보 방법을 나타낸 순서도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명인 사전 기상정보 연동 산사태 조기경보 방법은 사전 기상정보를 분석하여 대상지역의 강우를 예측하는 제1단계(S100), 예측된 강우를 토대로 대상지역의 지표흐름 해석, 지표침투 해석 및 흡입응력을 고려한 무한사면안정 해석을 수행하여 대상지역의 산사태 발생가능성을 평가하는 제2단계(S200) 및 산사태 발생가능성을 기반으로 산사태 조기경보를 발령하는 제3단계(S300)를 포함한다.

제1단계(S100)는 사전 기상정보를 분석하여 대상지역의 강우를 예측하는 단계로, 본 단계의 강우예측 정보는 크게 두 가지로 구분할 수 있다. 하나는 대상지역의 사전 기상정보(강우레이더자료)를 분석하여 예측된 강우자료이며, 다른 하나는 기상청 홈페이지에서 제공하는 강우예보자료이다.

먼저 대상지역의 사전 기상정보를 분석하여 예측된 강우자료는 상기 대상지역의 분석된 강우레이더자료로부터 획득할 수 있다. 상기 강우레이더는 다수일 수 있으며, 설치된 위치에서의 강우정보를 획득하기 위한 다양한 구성을 가질 수 있다.

본 발명에서 제1단계(S100)는 상기 획득한 사전 강우레이더자료를 기반으로 수치예보(numerical weather prediction) 방법을 적용하여 강우정보를 가공할 수 있다. 수치예보는 대상지역의 대기를 격자망으로 나누어 그 격자점에서 대기 상태를 나타내는 수치 값을 통해 장래의 대기 상태를 계산하는 방법을 의미하며, 이 경우 미리 설정된 수치예보모델이 적용할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서 상기 격자망을 이루는 격자의 크기는 5km*5km로, 메소 수치예보 모델(MSM)을 적용하여 상기 강우정보를 획득할 수 있으며, 격자의 크기는 2km*2km로, 국지 수치예보 모델(LFM)을 이용할 수 있다.

상기 제1단계(S100)는 1일 전에 설정된 시간 간격으로 상기 강우정보를 획득 또는 가공할 수 있으며, 상기 설정된 시간 간격은 1시간 또는 3시간 간격인 것이 바람직하다.

한편, 기상청 홈페이지에서 제공하는 강우예보자료는 웹크롤링(web crawling)을 이용하여 획득이 가능하도록 하였으며, 상기 강우레이더자료를 이용하여 예측된 강우자료를 보완하기 위하여 활용된다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2단계(S200)를 나타낸 순서도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2단계(S200)를 나타낸 개념도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 제2단계(S200)는 상기 대상지역의 지표흐름 해석, 지표침투 해석 및 무한사면안정 해석을 수행한다. 지표흐름 해석과 지표침투 해석은 대상지역의 강우정보를 주요인자로 가질 수 있으며, 지표흐름 해석, 지표침투 해석 및 무한사면안정 해석은 지형과 토지 이용 상태, 지층 심도, 투수성, 간극율, 상대투수성, 토양수분 특성곡선, 흙의 단위중량, 내부마찰각, 점착력 등에 따라 달라질 수 있다. 상기 지표흐름 해석, 지표침투 해석 및 무한사면안정 해석은 설정된 계산식이나 알고리즘이 적용될 수 있다.

예를 들어, 상기 제2단계(S200)를 통한 대상지역의 안정성 평가는 PostgreSQL이나 PostGIS를 이용할 수 있으며, 상기 무한사면안정 해석은 흡입응력을 고려한 불포화 무한사면 안정해석식(FS)을 이용할 수 있다.

삭제

(

는 사면안전율,

는 토층의 점착력,

는 토층의 내부마찰각,

는 토층의 단위중량,

는 사면의 경사,

는 지표면으로부터 활동면까지의 깊이,

는 토층의 흡입응력)

본 발명의 일 실시예에서 상기 제2단계(S200)는, 현장조사단계(S210)를 포함할 수 있다. 상기 현장조사단계(S210)는 후술하는 사면안전율 계산단계(S230)의 수행 전 대상지역에서 채취한 토질시료의 특성과 상기 대상지역의 토층심도를 측정한다. 현장조사단계(S210)는 대상지역에서 토질시료를 채취하여 투수계수, 간극율, 단위중량, 내부마찰각, 점착력 등의 특성을 측정하고, 상기 대상지역에서 지층 심도, 상대투수성 등을 측정한다. 위 현장조사단계(S210)에서 토질시료의 채취는 후술하는 소유역 각각에서 수행할 수 있다.

상기 제2단계(S200)는, 상기 대상지역을 복수의 소유역으로 구분하는 소유역 구분단계(S220) 및 상기 소유역을 복수의 메쉬로 구분하고, 메쉬별 토질특성에 대한 몬테카를로 시뮬레이션을 적용하여 상기 메쉬의 사면안전율을 계산하는 사면안전율 계산단계(S230)를 더 포함할 수 있다.

소유역(subwater shed)은 지류별 또는 일정한 유하 시간별 유역을 나눈 면적을 의미하며, 본 발명의 소유역 구분단계(S220)에서 소유역은 상기 대상지역의 하천 본류로 유입되거나 상기 본류로부터 나뉘어져 나오는 지류별로 구분될 수 있다. 이 경우 상기 소유역 구분단계(S220)는 대상지역을 촬영한 이미지 혹은 영상자료나 미리 제작된 지적도 등을 이용할 수 있다. 상기 이미지 혹은 영상자료는 인공위성이나 드론 등을 통해 촬영될 수 있다.

사면안전율 계산단계(S230)는 상기 메쉬별 토질특성을 몬테카를로 시뮬레이션(monte carlo simulation)을 적용하여 상기 메쉬의 사면안전율을 계산한다. 여기서 메쉬는 상기 대상지역을 격자 형상으로 나눈 공간적 의미로, 상기 복수의 소유역에는 다수의 메쉬가 포함될 수 있다. 몬테카를로 시뮬레이션은 컴퓨터를 이용한 통계적 계산방법의 일종으로, 상기 대상지역의 자연사면 안정성을 평가하는데 있어서, 토층에 대한 토질특성(예컨대, 점착력 및 내부마찰각 등)의 공간적 분포에 대한 불확실성을 해소하기 위하여 각 메쉬의 사면안전율을 계산한다. 상기 몬테카를로 시뮬레이션을 수행하는데 있어서 상기 강우정보와 소유역의 토질특성이 수치화 또는 데이터화되어 입력될 수 있다.

제2단계(S200)에서는 상기 사면안전율 계산단계(S230)를 통해 계산된 메쉬의 사면안전율을 기반으로 상기 대상지역의 산사태 발생가능성을 평가한다.

본 발명의 일 실시예에서 제2단계(S200)는 소유역 단위에서 소유역에 포함된 메쉬 가운데 최소 사면안전율의 확률밀도함수 분포로부터 주의보 및 경보 사면안전율 규준을 산정하고 주의보 및 경보 규준보다 작은 사면안전율을 갖는 메쉬의 비율(초과비율)을 계산하는 초과비율 산출단계(S240)를 더 포함할 수 있다.

메쉬별 사면안전율은 메쉬에 해당하는 토층의 점착력, 경사각, 내부마찰각, 포화깊이, 단위중량 등을 입력하여 계산될 수 있으며, 최소 사면안전율은 미리 지정된 사면안전율에 대한 규준(예컨대, 1.3) 값을 이용할 수 있다.

초과비율 산출단계(S240)는 소유역별 최소 사면안전율(주의보 1.3 내지 1.5, 경보 1.1 내지 1.2) 보다 작은 사면안전율을 갖는 메쉬의 비율(초과비율)을 이용하여, 주의보 혹은 경보에 해당하는 사면안전율 규준과 비교하여 사면안전율이 상기 규준 이하인 메쉬의 비율을 산출한다.

상기 사면안전율 규준은 주의보나 경보 등에 따라 달라질 수 있으며, 토질특성이나 지형, 강우정보, 산사태 발생이력에 따라 가변될 수 있다. 예를 들어, 항공사진이나 대상지역의 국립공원관리공단에서 제공한 자료를 통해 획득한 산사태 발생이력과 토질 특성, 강우 특성 등을 기반으로 사면안전율 규준이 결정될 수 있다.

상기 제2단계(S200)는 위와 같은 방식에 의해 1일 전 설정된 시간 간격으로 상기 대상지역의 산사태에 대한 발생가능성을 평가할 수 있으며, 상기 설정된 시간 간격은 1시간 또는 3시간 간격인 것이 바람직하다. 또한, 상기 제2단계(S200)의 산사태 발생가능성 평가는 평가시점으로부터 1일(24시간) 전의 강우정보를 기반으로 평가되는 것이 바람직하다.

다시 도 1을 참조하면, 제3단계(S300)는 상기 제2단계(S200)에서 평가된 대상지역의 산사태에 대한 발생가능성을 기반으로 산사태 조기경보를 발령한다. 제3단계(S300)에서 조기경보의 발령여부 판단은 1일 전 상기 설정된 시간 간격(예컨대, 1시간 또는 3시간)으로 수행될 수 있다.

제3단계(S300)에서는 상기 초과비율 산출단계(S240)에서 산출된 메쉬의 초과비율에 따라 산사태 조기경보의 발령여부를 결정할 수 있다. 예를 들어, 확률밀도함수 분포로부터 규정된 주의보에 대한 최소 사면안전율(1.3 내지 1.5)보다 작은 사면안전율을 갖는 메쉬의 비율(초과비율)이 50% 이상인 경우 주의보의 발령을 결정하고, 확률밀도함수 분포로부터 규정된 경보에 대한 최소 사면안전율(1.1 내지 1.2)보다 작은 사면안전율을 갖는 메쉬의 비율(초과비율)이 30% 이상인 경우 조기경보의 발령을 결정할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서 제3단계(S300)는 초과비율 산출단계(S240)에서 산출된 메쉬의 초과비율을 기반으로 대상지역에서의 산사태 위험구간을 산정할 수 있다.

상기 대상지역에서 산사태 주의보의 발령이 결정된 경우 해당 소유역을 산사태 위험구간으로 선정할 수 있으며, 이 경우 산사태 조기경보의 발령은 상기 대상지역 내소유역 중에서 조기경보 기준을 초과한 소유역에 대해서만 발령한다. 산사태 위험구간의 산정은 상기 주의보 대상 지역에 국한되지 않고 다양한 사면안전율 설정 규준 또는 기준에 의해 결정될 수 있다.

상기 제3단계(S300)는 개발된 사전 기상정보 연동 산사태 조기경보시스템(1)을 이용하여 상기 제1단계(S100)와 제2단계(S200)를 수행하여 얻은 결과를 토대로 산사태 조기경보를 발령할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 사전 기상정보 연동 산사태 조기경보 시스템의 구성모듈을 나타낸 블록도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 사전 기상정보 연동 산사태 조기경보 시스템의 개념도이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 산사태 조기경보 발령(2)을 나타낸 예시도이다.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 사전 기상정보 연동 산사태 조기경보 시스템(1)은 대상지역의 사전 기상정보를 분석하여 대상지역의 사전 강우정보를 분석하는 사전 강우정보 분석모듈(10), 상기 분석된 사전 강우정보를 토대로 상기 대상지역의 지표흐름 해석 및 지표침투 해석을 수행하고, 상기 대상지역에서의 흡입응력을 고려한 무한사면안정 해석을 수행하여 대상지역의 산사태에 대한 발생가능성을 평가하는 산사태 위험도 평가모듈(20) 및 상기 평가된 산사태 발생가능성을 기반으로 산사태 조기경보를 발령하는 산사태 조기경보 발령모듈(30)을 포함한다.

사전 강우정보 분석모듈(10)은 상술한 제1단계(S100)에 대응되며, 사전 강우레이더자료를 기반으로 수치예보(numerical weather prediction) 방법을 적용하여 강우정보를 예측 및 분석할 수 있으며, 상기 분석된 강우정보는 후술하는 경보서버나 다수 사용자에게 제공될 수 있다. 수치예보 방법으로는 메소 수치예보 모델(MSM)이나 상기 국지 수치예보 모델(LFM)이 있다. 또한 이를 보완하기 위하여 기상청의 홈페이지에서 제공하는 강우예보자료를 웹크롤링(web crawling)을 이용하여 강우자료를 수집할 수 있다. 한편 예측강우의 정확도를 검증하기 위하여 대상지역의 실측 강우자료를 활용할 수 있다.

산사태 위험도 평가모듈(20)은 상술한 제2단계(S200)에 대응되며, 대상지역에서 복수의 소유역별 산사태 발생가능성을 평가한다. 상기 소유역 각각에 포함된 다수의 메쉬마다 메쉬별 토질특성을 몬테카를로 시뮬레이션(monte carlo simulation)을 적용하여 사면안전율을 계산하고, 최소 사면안전율과 비교함으로써 산사태 발생가능성을 평가할 수 있다. 구체적으로 상술한 실시예에서 소유역에 포함된 메쉬 중에서 최소 사면안전율 이하의 사면안전율을 갖는 메쉬의 비율을 통해 산사태 발생가능성을 평가할 수 있다.

조기경보 발령모듈(30)은 상술한 제3단계(S300)에 대응되며, 상기 산사태 위험도 평가모듈(20)로부터 평가된 대상지역의 산사태 발생가능성을 기반으로 조기경보를 발령한다. 상기 조기경보 발령모듈(30)은 경보서버(2)와 통신할 수 있으며, 상기 경보서버(2)는 다수의 국민에게 강우정보나 대상지역의 산사태 발생가능성에 대한 정보를 제공할 수 있다. 경보서버(2)는 다수의 국민에게 대상지역의 산사태 조기경보 관련내용을 제공하며, 추가로 상기 산사태 위험지역에 대한 정보를 제공할 수 있다. 또한, 경보서버(2)는 다수 사용자가 접속 가능한 웹서버나 컴퓨터 프로그램일 수 있으며, 상기 대상지역의 소유역, 산사태 발생이력, 경보 발령 내역 등에 대한 데이터가 저장되어 동적서버 시스템과 연동되는 데이터 서버 시스템일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서 상기 사전 강우정보 분석모듈(10)에서는, 대상지역의 사전 기상정보(강우레이더자료)를 분석하여 예측된 강우자료와 기상청 홈페이지에서 제공하는 강우예보자료를 활용하여 사전 강우정보를 예측 및 분석할 수 있다. 또한, 설정된 시간 간격으로 상기 사전 강우정보를 예측 및 분석할 수 있으며, 설정된 시간 간격은 예컨대, 1시간 또는 3시간 간격일 수 있다. 이 경우 상기 산사태 위험도 평가모듈(20)을 통하여, 상기 설정된 시간 간격(예컨대, 1시간 또는 3시간 간격)으로 산사태 발생가능성을 평가한다. 상기 사전 강우정보의 획득은 안정성 평가모듈(20)에서 안정성을 평가하는 시점으로부터 1일 전(24시간 전)의 사전 강우정보를 활용하는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 사전 기상정보 연동 산사태 조기경보 방법 및 산사태 조기경보 시스템(1)은 소유역별 메쉬의 사면안전율을 몬테카를로 시뮬레이션을 통해 산출하여 불확실성을 해소하고 체계적이고 신뢰성 있는 산사태 조기경보를 발령하여 실질적인 산사태 피해저감이 가능하며, 실시간 산사태 발생가능성의 평가 및 1일전 산사태 조기경보 발령이 가능한 장점이 있다.

S100 : 제1단계
S200 : 제2단계
S210 : 현장조사단계
S220 : 소유역 구분단계
S230 : 사면안전율 계산단계
S240 : 초과비율 산출단계
S300 : 제3단계
1 : 산사태 조기경보 시스템
2 : 조기경보 서버
10 : 사전 강우정보 분석모듈
20 : 산사태 위험도 평가모듈
30 : 산사태 조기경보 발령모듈

Claims

네트워크에 접속 가능한 적어도 하나의 컴퓨팅 디바이스에 의해 수행되는 산사태 조기경보 방법에 있어서,
사전 기상정보를 분석하여 대상지역의 강우를 예측하는 제1단계;
상기 예측된 강우를 토대로 대상지역의 지표흐름 해석, 지표침투 해석 및 흡입응력을 고려한 무한사면안정 해석을 수행하여 상기 대상지역의 산사태에 대한 발생가능성을 평가하는 제2단계; 및
상기 평가된 산사태에 대한 발생가능성을 기반으로 산사태 조기경보를 발령하는 제3단계;를 포함하고,
상기 제2단계는,
상기 대상지역을 복수의 소유역으로 구분하는 소유역 구분단계;
상기 소유역 각각에서 현장조사를 통해, 상기 대상지역에서 채취한 토질시료의 특성과 상기 대상지역의 토층심도를 획득하는 토질시료 특성 및 토층심도 획득단계;
상기 소유역을 복수의 메쉬로 구분하고, 상기 복수의 메쉬별 토질특성에 대한 몬테카를로 시뮬레이션을 적용하여 상기 메쉬의 사면안전율을 계산하는 사면안전율 계산단계; 및
상기 소유역에 포함된 메쉬 가운데 최소 사면안전율보다 작은 사면안전율을 갖는 메쉬의 비율을 계산하는 초과비율 산출단계;를 포함하며,
상기 제1단계는, 사전 기상정보를 분석하여 예측된 강우자료와 기상청 홈페이지에서 제공하는 강우예보자료를 기반으로 설정된 시간(1시간 또는 3시간) 간격으로 상기 강우를 예측하고,
상기 제2단계는 상기 예측된 강우를 토대로 설정된 시간(1시간 또는 3시간) 간격으로 상기 대상지역의 1일 전 산사태에 대한 발생가능성을 평가하며,
상기 제3단계는 개별 소유역에 포함된 메쉬 가운데 최소 사면안전율보다 작은 사면안전율을 갖는 메쉬의 비율이 소정 비율 이상일 때 산사태 조기경보를 발령하는 것을 특징으로 하는 사전 기상정보 연동 산사태 조기경보 방법.
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 제3단계는,
상기 초과비율 산출단계에서 최소 사면안전율의 확률밀도함수 분포로부터 주의보 또는 경보에 대응하는 사면안전율 규준을 산정하고 상기 사면안전율 규준보다 작은 사면안전율을 갖는 메쉬의 비율을 기반으로 상기 대상지역에서 산사태 위험지역을 산정하는 것을 특징으로 하는 사전 기상정보 연동 산사태 조기경보 방법.
삭제
삭제
사전 기상정보 분석을 통하여 대상지역의 사전 강우정보를 분석하는 사전 강우정보 분석모듈;
상기 분석된 사전 강우정보를 토대로 대상지역의 지표흐름 해석 및 지표침투 해석 및 흡입응력을 고려한 무한사면안정 해석을 수행하여 상기 대상지역의 산사태에 대한 발생가능성을 평가하는 산사태 위험도 평가모듈; 및
상기 평가된 산사태 발생가능성을 기반으로 산사태 조기경보를 발령하는 산사태 조기경보 발령모듈;을 포함하고,
상기 사전 강우정보 분석모듈은, 사전 기상레이더자료를 수치예보 방법으로 분석하고 기상청의 강우예보자료를 웹크롤링 기법으로 수집하여, 1일 전 설정된 시간(1시간 또는 3시간) 간격으로 상기 사전 강우정보를 분석하고,
상기 산사태 위험도 평가모듈은, 상기 대상지역을 복수의 소유역으로 구분하고, 상기 소유역 각각에서 현장조사를 통해, 상기 대상지역에서 채취한 토질시료의 특성과 상기 대상지역의 토층심도를 획득하며, 상기 소유역을 복수의 메쉬로 구분하고, 상기 복수의 메쉬별 토질특성에 대한 몬테카를로 시뮬레이션을 적용하여 상기 메쉬의 사면안전율을 계산하고, 상기 소유역에 포함된 메쉬 가운데 최소 사면안전율보다 작은 사면안전율을 갖는 메쉬의 비율을 계산하며, 설정된 시간(1시간 또는 3시간) 간격으로 1일 전 상기 대상지역의 산사태 발생가능성을 평가하고,
산사태 조기경보 발령모듈은, 개별 소유역에 포함된 메쉬 가운데 최소 사면안전율보다 작은 사면안전율을 갖는 메쉬의 비율이 소정 비율 이상일 때 산사태 조기경보를 발령하는 것을 특징으로 하는 사전 기상정보 연동 산사태 조기경보 시스템.
삭제