KR102254817B1 - Method and apparatus for real-time ensemble streamflow forecasting - Google Patents

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Abstract

유량 예보 방법 및 장치가 개시된다. 일 실시예에 따른 유량 예보 방법은 강우-유출 모델의 사전 파라미터 분포 및 사후 파라미터 분포 중 어느 하나를 제1 파라미터 분포로 결정하는 단계, 제1 파라미터 분포에 기초하여 구축된 강우-유출 모델의 대체 모델들(surrogate models) 중 어느 하나를 제1 대체 모델로 결정하는 단계, 제1 파라미터 분포에 기초하여, 제1 대체 모델의 파라미터를 추정하는 단계; 제1 대체 모델의 파라미터에 자료 동화 처리를 수행하는 단계 및 자료 동화 처리가 수행된 파라미터를 제1 대체 모델에 입력하여, 실시간으로 유량(streamflow)을 예보하는 단계를 포함한다.A flow forecast method and apparatus are disclosed. A flow rate forecasting method according to an embodiment includes determining one of a pre-parameter distribution and a post-parameter distribution of a rainfall-runoff model as a first parameter distribution, an alternative model of a rainfall-runoff model constructed based on the first parameter distribution Determining any one of surrogate models as a first replacement model, estimating a parameter of the first replacement model based on the first parameter distribution; And performing data assimilation processing on the parameters of the first replacement model, and inputting the parameter on which the data assimilation processing has been performed into the first replacement model, and predicting a streamflow in real time.

Description

실시간 앙상블 유량 예보 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR REAL-TIME ENSEMBLE STREAMFLOW FORECASTING }Real-time ensemble flow forecast method and device {METHOD AND APPARATUS FOR REAL-TIME ENSEMBLE STREAMFLOW FORECASTING}

아래 실시예들은 유량 예보 방법 및 장치에 관한 것으로, 실시간 앙상블 확률 홍수 예보를 수행하기 위해서, 정확성, 예측성 및 계산 효율성을 동시에 만족시키는 통합 모델링 프레임워크에 관한 것이다.The following embodiments relate to a flow rate forecasting method and apparatus, and to an integrated modeling framework that simultaneously satisfies accuracy, predictability, and computational efficiency in order to perform real-time ensemble probability flood forecasting.

전 세계적으로 도시화와 기후변화로 인하여 홍수피해가 커지고 있다. 따라서 호우와 태풍이 야기하는 홍수피해를 줄이기 위하여 많은 예산과 노력이 필요하다. 홍수피해를 줄이기 위한 방법에는 댐, 제방, 저류조 등의 구조물을 건설하는 구조적 대비책과 홍수예·경보 시스템과 같은 비구조적 대비책이 있다. 많은 건설비용과 시간이 필요한 구조적 대비책과는 달리 비구조적 대비책은 홍수의 예·경보를 통하여 인명 피해 방지에 신속한 효과를 볼 수 있다. 홍수 예·경보 시스템은 피해 예상지역 주민들이 대피할 시간을 확보하는데 목적이 있다. 이로 인하여 피해 예상지역의 인명피해 및 재산피해를 줄일 수 있게 되며, 구조적 대비책을 보완하는 역할을 한다. Flood damage is increasing worldwide due to urbanization and climate change. Therefore, a lot of budget and effort are required to reduce flood damage caused by heavy rains and typhoons. Methods to reduce flood damage include structural countermeasures for constructing structures such as dams, levees, and reservoirs, and non-structural countermeasures such as flood forecasting and warning systems. Unlike structural countermeasures that require a lot of construction cost and time, non-structural countermeasures can have a quick effect in preventing human damage through forecasting and warning of floods. The flood forecasting and warning system aims to secure time for the residents of the predicted areas to evacuate. As a result, it is possible to reduce personal and property damage in the area expected to be damaged, and it plays a role of supplementing structural countermeasures.

전 세계적으로 홍수예측 시스템 분야에서 앙상블 예측 시스템(Ensemble Prediction System, EPS)에 대한 연구가 증가하고 있다. 또한 수문학 분야에서 이를 이용하여 유량예측을 하는 앙상블 유량예측(Ensemble Streamflow Prediction, ESP)에 대한 연구가 활발히 진행되어 왔다. 이러한 앙상블 유량예측은 발생 확률의 범위를 표현하기 위해서 확률예측이 가지는 전체 불확실성을 정확하게 분석할 필요가 있으며, 충분한 선행예보 시간을 갖도록 효율성을 개선할 필요가 있다.In the field of flood prediction systems worldwide, research on the Ensemble Prediction System (EPS) is increasing. In addition, studies on Ensemble Streamflow Prediction (ESP), which use it to predict flow, have been actively conducted in the field of hydrology. For such ensemble flow prediction, it is necessary to accurately analyze the total uncertainty of the probability prediction in order to express the range of the probability of occurrence, and it is necessary to improve the efficiency so as to have sufficient advance forecasting time.

실시예들은 대체 모델링(surrogate modeling), 파라미터 추론(parameter inference) 및 자료동화(data assimilation) 세 가지 모델링 기법의 장점을 통합하고자 한다.The embodiments attempt to integrate the advantages of three modeling techniques: surrogate modeling, parameter inference, and data assimilation.

실시예들은 대체모형의 구축 방식, 모델 입력으로 사용되는 파라미터 산정방법, 및 자료동화 파라미터들의 업데이트 여부에 따라 18개의 시나리오들을 고안하고 그 시나리오들의 장단점를 분석하여 최적의 조합을 찾고, 통합 프레임 워크의 적용 가능성과 효과를 조사하고자 한다.In the embodiments, 18 scenarios are devised according to the construction method of the alternative model, the parameter calculation method used as the model input, and whether the data assimilation parameters are updated, and the optimal combination is found by analyzing the advantages and disadvantages of the scenarios, and the application of the integrated framework. I would like to investigate the possibility and effect.

실시예들은 강우-유출 모델(rainfall-runoff model)의 불확실성 평가 기법에 기초하여 파라미터 및 상태변수들에 대해 정확한 앙상블을 생성하고자 한다.The embodiments attempt to generate an accurate ensemble for parameters and state variables based on a technique for evaluating the uncertainty of a rainfall-runoff model.

실시예들은 불확실성을 정량화하고 자료동화를 수행하는 비용을 상쇄하기 위해 고효율 대체 모델을 구축하고자 한다.The examples seek to establish a high-efficiency alternative model to quantify the uncertainty and offset the cost of performing data assimilation.

일 실시예에 따른 유량 예보 방법은 강우-유출 모델의 사전 파라미터 분포 및 사후 파라미터 분포 중 어느 하나를 제1 파라미터 분포로 결정하는 단계; 상기 제1 파라미터 분포에 기초하여 구축된 상기 강우-유출 모델의 대체 모델들(surrogate models) 중 어느 하나를 제1 대체 모델로 결정하는 단계; 상기 제1 파라미터 분포에 기초하여, 상기 제1 대체 모델의 파라미터를 추론하는 단계; 상기 제1 대체 모델의 파라미터에 자료 동화 처리를 수행하는 단계; 및 상기 자료 동화 처리가 수행된 파라미터를 상기 제1 대체 모델에 입력하여, 실시간으로 유량(streamflow)을 예보하는 단계를 포함한다.A flow rate forecasting method according to an embodiment includes determining one of a pre-parameter distribution and a post-parameter distribution of a rainfall-runoff model as a first parameter distribution; Determining any one of surrogate models of the rainfall-runoff model constructed based on the first parameter distribution as a first replacement model; Inferring a parameter of the first replacement model based on the first parameter distribution; Performing data assimilation processing on the parameters of the first replacement model; And inputting the parameter on which the data assimilation process has been performed into the first replacement model, and predicting a streamflow in real time.

상기 자료 동화 처리를 수행하는 단계는 앙상블 칼만 필터(EnKF; ensemble Kalman filter) 및 듀얼 앙상블 칼만 필터(Dual EnKF) 중 적어도 하나에 기초하여 상기 자료 동화 처리를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.The performing of the data assimilation processing may include performing the data assimilation processing based on at least one of an ensemble Kalman filter (EnKF) and a dual ensemble Kalman filter (Dual EnKF).

상기 제1 대체 모델의 파라미터를 추정하는 단계는 상기 제1 파라미터 분포에 기초하여, 상기 제1 대체 모델의 파라미터를 초기화하는 단계; 및 상기 제1 파라미터 분포에 기초하여, 상기 제1 대체 모델의 상태변수를 초기화하는 단계를 포함할 수 있다.Estimating the parameters of the first replacement model may include: initializing the parameters of the first replacement model based on the first parameter distribution; And initializing a state variable of the first replacement model based on the first parameter distribution.

상기 제1 파라미터로 결정하는 단계는 과거 관측 데이터 및 가정에 기초하여 상기 사전 파라미터를 결정하는 단계; GLUE(Generalized Likelihood Uncertainty Estimation) 기법에 기초하여, 상기 사후 파라미터 분포를 결정하는 단계; 및 상기 사전 파라미터 분포 및 상기 사후 파라미터 분포 중 어느 하나를 상기 제1 파라미터 분포로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.The determining of the first parameter may include determining the pre-parameter based on past observation data and assumptions; Determining the posterior parameter distribution based on a Generalized Likelihood Uncertainty Estimation (GLUE) technique; And determining one of the pre-parameter distribution and the post-parameter distribution as the first parameter distribution.

상기 사후 파라미터를 결정하는 단계는 상기 강우-유출 모델의 성능에 대응하는 조건을 설정하는 단계; 및 상기 강우-유출 모델의 출력 데이터 중에서, 상기 조건을 만족하는 반응 데이터 집합을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.The determining of the posterior parameter may include setting a condition corresponding to the performance of the rainfall-runoff model; And determining a response data set that satisfies the condition from among the output data of the rainfall-runoff model.

상기 조건을 설정하는 단계는 우도함수(likelihood function)를 결정하는 단계; 및 상기 우도함수의 임계값을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.The setting of the condition may include determining a likelihood function; And determining a threshold value of the likelihood function.

상기 임계값을 결정하는 단계는 정확성 인덱스(accuracy index)를 설정하는 단계; 효율성 인덱스(efficiency index)를 설정하는 단계; 및 상기 정확성 인덱스 및 상기 효율성 인덱스에 기초하여 상기 우도함수의 임계값을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.The determining of the threshold may include setting an accuracy index; Setting an efficiency index; And determining a threshold value of the likelihood function based on the accuracy index and the efficiency index.

상기 제1 파라미터로 결정하는 단계는 상기 강우-유출 모델의 초기 상태의 불확실성을 제거하기에 충분한 기간을 설정하는 단계를 포함할 수 있다.The determining of the first parameter may include setting a period sufficient to remove the uncertainty of the initial state of the rainfall-runoff model.

상기 제1 대체 모델로 결정하는 단계는 상기 제1 파라미터 분포에 기초하여, 다항식 카오스 확장(PCE; Polynomial Chaos Expansion) 모델을 구축하는 단계를 포함할 수 있다.The determining as the first replacement model may include building a polynomial chaos expansion (PCE) model based on the first parameter distribution.

상기 다항식 카오스 확장 모델을 구축하는 단계는 상기 다항식 카오스 확장 모델 구축을 위한 학습 디자인(design)의 수를 결정하는 단계; 및 상기 다항식 카오스 확장 모델 구축을 위한 다항식의 차수를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.The step of constructing the polynomial chaos extension model may include determining the number of learning designs for constructing the polynomial chaos extension model; And determining the order of the polynomial for constructing the polynomial chaos expansion model.

일 실시예에 따른 유량 예보 장치는 강우-유출 모델의 사전 파라미터 분포 및 사후 파라미터 분포 중 어느 하나를 제1 파라미터 분포로 결정하고, 상기 제1 파라미터 분포에 기초하여 구축된 상기 강우-유출 모델의 대체 모델들 중 어느 하나를 제1 대체 모델로 결정하고, 상기 제1 파라미터 분포에 기초하여, 상기 제1 대체 모델의 파라미터를 추정하고, 상기 제1 대체 모델의 파라미터에 자료 동화 처리를 수행하고, 상기 자료 동화 처리가 수행된 파라미터를 상기 제1 대체 모델에 입력하여, 실시간으로 유량(streamflow)을 예보하는 프로세서를 포함한다.The flow forecasting apparatus according to an embodiment determines any one of a pre-parameter distribution and a post-parameter distribution of a rainfall-runoff model as a first parameter distribution, and replaces the rainfall-runoff model constructed based on the first parameter distribution. Determine any one of the models as a first replacement model, estimate a parameter of the first replacement model based on the first parameter distribution, perform data assimilation processing on the parameter of the first replacement model, and the And a processor that predicts a streamflow in real time by inputting a parameter on which data assimilation processing has been performed into the first replacement model.

상기 프로세서는 앙상블 칼만 필터 및 듀얼 앙상블 칼만 필터 중 적어도 하나에 기초하여 상기 자료 동화 처리를 수행할 수 있다.The processor may perform the data moving process based on at least one of an ensemble Kalman filter and a dual ensemble Kalman filter.

상기 프로세서는 상기 제1 파라미터 분포에 기초하여, 상기 제1 대체 모델의 파라미터를 초기화하고, 상기 제1 파라미터 분포에 기초하여, 상기 제1 대체 모델의 상태변수를 초기화할 수 있다.The processor may initialize a parameter of the first substitution model based on the first parameter distribution, and initialize a state variable of the first substitution model based on the first parameter distribution.

상기 프로세서는 과거 관측 데이터에 기초하여 상기 사전 파라미터를 결정하고, GLUE(Generalized Likelihood Uncertainty Estimation) 기법에 기초하여, 상기 사후 파라미터를 결정하고, 상기 사전 파라미터 및 상기 사후 파라미터 중 어느 하나를 상기 제1 파라미터로 결정할 수 있다.The processor determines the pre-parameter based on past observation data, determines the post parameter based on a Generalized Likelihood Uncertainty Estimation (GLUE) technique, and determines any one of the pre-parameter and the post-parameter as the first parameter. Can be determined by

상기 프로세서는 상기 강우-유출 모델의 성능에 대응하는 조건을 설정하고, 상기 강우-유출 모델의 출력 데이터 중에서, 상기 조건을 만족하는 반응 데이터 집합을 결정할 수 있다.The processor may set a condition corresponding to the performance of the rainfall-runoff model, and may determine a response data set that satisfies the condition from among output data of the rainfall-runoff model.

상기 프로세서는 우도함수를 결정하고, 상기 우도함수의 임계값을 결정할 수 있다.The processor may determine a likelihood function and determine a threshold value of the likelihood function.

상기 프로세서는 정확성 인덱스를 설정하고, 효율성 인덱스를 설정하고, 상기 정확성 인덱스 및 상기 효율성 인덱스에 기초하여 상기 우도함수의 임계값을 결정할 수 있다.The processor may set an accuracy index, set an efficiency index, and determine a threshold value of the likelihood function based on the accuracy index and the efficiency index.

상기 프로세서는 상기 강우-유출 모델의 초기 상태의 불확실성을 제거하기에 충분한 기간을 설정할 수 있다.The processor may set a period sufficient to remove the uncertainty of the initial state of the rainfall-runoff model.

상기 프로세서는 상기 제1 파라미터 분포에 기초하여, 다항식 카오스 확장 모델을 구축할 수 있다.The processor may build a polynomial chaos expansion model based on the first parameter distribution.

상기 프로세서는 상기 다항식 카오스 확장 모델 구축을 위한 학습 디자인의 수를 결정하고, 상기 다항식 카오스 확장 모델 구축을 위한 다항식의 차수를 결정할 수 있다.The processor may determine the number of learning designs for constructing the polynomial chaos extension model, and determine the order of the polynomial for constructing the polynomial chaos extension model.

실시예들은 대체 모델링(surrogate modeling), 파라미터 추론(parameter inference) 및 자료동화(data assimilation) 세 가지 모델링 기법의 장점을 통합할 수 있다.Embodiments may incorporate advantages of three modeling techniques: surrogate modeling, parameter inference, and data assimilation.

실시예들은 대체 모델의 구축 방식, 모델 입력으로 사용되는 파라미터 산정방법, 및 자료동화 절차 중 파라미터들의 업데이트 여부에 따라 18개의 시나리오들을 고안하고 그 시나리오들의 장단점을 분석하여 최적의 조합을 제시할 수 있으며, 통합 프레임 워크의 적용 가능성과 효과를 조사할 수 있다.In the embodiments, 18 scenarios can be devised according to a method of constructing an alternative model, a method of calculating a parameter used as a model input, and whether parameters are updated during a data assimilation procedure, and an optimal combination can be presented by analyzing the advantages and disadvantages of the scenarios. In this case, the applicability and effectiveness of the integrated framework can be investigated.

실시예들은 강우-유출 모델(rainfall-runoff model)의 불확실성 평가 기법에 기초하여 파라미터 및 상태변수들에 대해 정확한 앙상블을 생성할 수 있다.Embodiments may generate an accurate ensemble for parameters and state variables based on an uncertainty evaluation technique of a rainfall-runoff model.

실시예들은 파라미터 추론과 자료동화를 통해 계산된 불확실성을 정량화하는 비용을 상쇄하기 위해 고효율 대체 모델을 구축할 수 있다.Embodiments can build a high-efficiency replacement model to offset the cost of quantifying the uncertainty calculated through parameter inference and data assimilation.

도 1은 일 실시예에 따른 유량 예보 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 실시간 유량 예보 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 불확실성을 평가하기 위한 조건들을 설정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 정확성 인덱스와 효율성 인덱스에 기초하여 우도함수의 임계값을 결정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 전체 계산 시간을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 자료 동화 처리의 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 유량 예보 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 유량 예보 장치를 설명하기 위한 순서도이다.
1 is a flowchart illustrating a flow rate forecasting method according to an exemplary embodiment.
2 is a diagram for explaining a real-time flow rate forecasting method according to an exemplary embodiment.
3 is a diagram for describing a method of setting conditions for evaluating uncertainty according to an exemplary embodiment.
4 is a diagram for describing a method of determining a threshold value of a likelihood function based on an accuracy index and an efficiency index, according to an exemplary embodiment.
5 is a diagram for describing a total calculation time according to an exemplary embodiment.
6 is a diagram for explaining an effect of a data moving picture processing according to an exemplary embodiment.
7 is a diagram for describing a flow rate forecasting method according to an exemplary embodiment.
8 is a flowchart illustrating a flow rate forecasting device according to an exemplary embodiment.

본 명세서에서 개시되어 있는 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 기술적 개념에 따른 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 실시예들은 다양한 다른 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되지 않는다.Specific structural or functional descriptions disclosed in this specification are exemplified only for the purpose of describing embodiments according to a technical concept, and the embodiments may be implemented in various different forms and are limited to the embodiments described herein. It doesn't work.

제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 이해되어야 한다. 예를 들어 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.Terms such as first or second may be used to describe various components, but these terms should be understood only for the purpose of distinguishing one component from other components. For example, a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may be referred to as a first component.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 표현들, 예를 들어 "~간의에"와 "바로~간의에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it is understood that it may be directly connected or connected to the other component, but other components may exist in the middle. It should be. On the other hand, when a component is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in the middle. Expressions describing the relationship between the elements, for example, "between" and "just between" or "neighboring to" and "directly adjacent to" should be interpreted as well.

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 존재함으로 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.Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present specification, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate that the specified features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof exist, but one or more other features or numbers, It is to be understood that the presence or addition of steps, actions, components, parts, or combinations thereof does not preclude the possibility of preliminary exclusion.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the relevant technical field. Terms as defined in a commonly used dictionary should be construed as having a meaning consistent with the meaning of the related technology, and should not be interpreted as an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present specification. Does not.

실시예들은 퍼스널 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 스마트 폰, 텔레비전, 스마트 가전 기기, 지능형 자동차, 키오스크, 웨어러블 장치 등 다양한 형태의 제품으로 구현될 수 있다. 이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.The embodiments may be implemented in various types of products such as a personal computer, a laptop computer, a tablet computer, a smart phone, a television, a smart home appliance, an intelligent vehicle, a kiosk, and a wearable device. Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The same reference numerals shown in each drawing indicate the same members.

도 1은 일 실시예에 따른 유량 예보 방법을 설명하기 위한 순서도이다.1 is a flowchart illustrating a flow rate forecasting method according to an exemplary embodiment.

도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 단계들(110 내지 150)은 유량 예보 장치에 의해 수행될 수 있고, 유량 예보 장치는 하나 또는 그 이상의 하드웨어 모듈, 하나 또는 그 이상의 소프트웨어 모듈, 또는 이들의 다양한 조합에 의하여 구현될 수 있다.Referring to FIG. 1, steps 110 to 150 according to an embodiment may be performed by a flow forecasting device, and the flow forecasting device may be one or more hardware modules, one or more software modules, or It can be implemented in various combinations.

도 1의 동작은 도시된 순서 및 방식으로 수행될 수 있지만, 도시된 실시예의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 일부 동작의 순서가 변경되거나 일부 동작이 생략될 수 있다. 도 1에 도시된 다수의 동작은 병렬로 또는 동시에 수행될 수 있다.Although the operations of FIG. 1 may be performed in the illustrated order and manner, the order of some operations may be changed or some operations may be omitted without departing from the spirit and scope of the illustrated embodiment. Multiple operations shown in FIG. 1 may be performed in parallel or simultaneously.

단계(110)에서, 유량 예보 장치는 강우-유출 모델의 사전 파라미터 분포(prior parameter distribution) 및 사후 파라미터 분포(posterior parameter distribution) 중 어느 하나를 제1 파라미터 분포로 결정한다. 강우-유출 모델은 입력에 따라 그 출력이 고정적으로 결정되는 성질의 결정적 모델(deterministic model)로, 하천 유역에서의 일정 기간 동안의 강우와 그에 따른 하천으로의 유출과의 관계에 관한 모델일 수 있다. 일 실시예에 따른 강우-유출 모델은 NAM(Nedbør - Afstrømnings Model)을 포함할 수 있다.In step 110, the flow rate forecasting device determines one of a prior parameter distribution and a posterior parameter distribution of the rainfall-runoff model as the first parameter distribution. The rainfall-runoff model is a deterministic model whose output is fixedly determined according to the input, and may be a model for the relationship between rainfall for a certain period of time in a river basin and the resulting runoff into the river. . The rainfall-runoff model according to an embodiment may include a Needbør-Afstrømnings Model (NAM).

강우-유출 모델의 사전 파라미터 분포는 과거 관측 데이터 및 분포의 가정에 기초하여 결정될 수 있다. 강우-유출 모델의 사전 파라미터는 아래 표 1과 같은 범위를 갖는 파라미터를 포함할 수 있다.The preparametric distribution of the rainfall-runoff model can be determined based on past observational data and assumptions of distribution. Pre-parameters of the rainfall-runoff model may include parameters having a range as shown in Table 1 below.

Figure 112019104577727-pat00001
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유량 예보 장치는 표 1의 파라미터들의 과거 관측 데이터에서, 최소값 과 최대값 구간 내에서 미리 정해진 개수(예를 들어, 1,000개)의 데이터들을 무작위로 추출하여 사전 파라미터 분포를 결정할 수 있다.The flow forecasting device may determine a prior parameter distribution by randomly extracting a predetermined number (eg, 1,000) of data within a minimum value and a maximum value interval from the past observation data of the parameters of Table 1.

강우-유출 모델의 사후 파라미터 분포는 불확실성 평가 기법에 기초하여 결정될 수 있다. 불확실성 평가 기법과 관련하여, 앙상블 유량예보 기법은 과거에 발생했던 기상현상이 미래에 재현될 수 있다는 가정 하에 예보시점의 수문상태와 과거 기상자료를 강우-유출 모델을 통해 결합하여 미래의 수문을 예보하는 장기 수문 예보 기법일 수 있다. 예를 들어, 예보시점의 수문상태와 미래에 발생할 가능성이 있는 모든 기상시나리오를 활용하여 강우-유출 모델로부터 다수의 수문 시나리오를 산정하고, 그 대푯값을 미래 수문 예보 값으로 활용할 수 있다.The distribution of the posterior parameters of the rainfall-runoff model can be determined based on the uncertainty evaluation technique. Regarding the uncertainty evaluation technique, the ensemble flow forecasting technique predicts the future floodgate by combining the hydrological conditions at the forecast point and past meteorological data through a rainfall-runoff model under the assumption that meteorological phenomena occurring in the past can be reproduced in the future. It may be a long-term hydrological forecasting technique. For example, a number of hydrological scenarios can be calculated from a rainfall-runoff model by utilizing the hydrological conditions at the forecast point and all possible weather scenarios that may occur in the future, and the representative values can be used as future hydrological forecast values.

앙상블 유량예보 기법은 강우-유출 모델의 구조 및 파라미터, 기상 입력자료 및 초기 조건 등에 의하여 불확실성이 존재할 수 있기 때문에, 복잡한 자연 유역의 수문작용을 정확하게 모델링하는 것은 불가능할 수 있다. 이러한 환경에서, 유량 예보 장치는 최적의 유량 예보에 가까운 결과를 만족시키는 데이터들을 추출하기 위하여 불확실성 평가 기법을 사용할 수 있다.Since the ensemble flow forecasting method may have uncertainties due to the structure and parameters of the rainfall-runoff model, meteorological input data, and initial conditions, it may not be possible to accurately model the hydrological behavior of complex natural watersheds. In such an environment, the flow forecasting device may use an uncertainty evaluation technique to extract data that satisfies a result close to an optimal flow rate forecast.

일 실시예에 따른 유량 예보 장치는 불확실성 평가 기법에 기초하여 불확실성을 정량화하고 평가할 수 있다. 나아가, 유량 예보 장치는 불확실성을 평가하기 위한 조건들을 설정할 수 있고, 해당 조건에 기초하여 최적의 유량 예보에 가까운 결과를 만족시키는 데이터들을 추출할 수 있다. 해당 조건을 만족하는 최적의 유량 예보에 가까운 결과를 만족시키는 데이터들의 집합을 반응(behavior) 데이터 집합이라 지칭할 수 있다. 불확실성 평가 기법의 일례로, 유량 예보 장치는 GLUE(Generalized Likelihood Uncertainty Estimation) 기법에 기초하여 반응 데이터 집합을 결정할 수 있다.The flow forecasting apparatus according to an embodiment may quantify and evaluate uncertainty based on an uncertainty evaluation technique. Further, the flow rate forecasting apparatus may set conditions for evaluating uncertainty, and extract data satisfying a result close to an optimal flow rate forecast based on the corresponding condition. A set of data that satisfies a result close to an optimal flow rate forecast that satisfies the corresponding condition may be referred to as a behavior data set. As an example of an uncertainty evaluation technique, the flow forecasting device may determine a response data set based on a Generalized Likelihood Uncertainty Estimation (GLUE) technique.

불확실성 평가 기법의 정확도와 관련된 성능은 불확실성을 평가하기 위한 조건들을 설정하는 방법에 따라 달라질 수 있다. 아래에서, 도 3 내지 도 4를 참조하여 일 실시예에 따른 불확실성을 평가하기 위한 조건들을 설정하는 방법을 상세히 설명한다.The accuracy-related performance of an uncertainty evaluation technique can vary depending on how you set the conditions for evaluating uncertainty. Hereinafter, a method of setting conditions for evaluating uncertainty according to an exemplary embodiment will be described in detail with reference to FIGS. 3 to 4.

단계(120)에서, 유량 예보 장치는 제1 파라미터 분포에 기초하여 구축된 강우-유출 모델의 대체 모델들(meta models) 중 어느 하나를 제1 대체 모델로 결정한다.In step 120, the flow rate forecasting device determines any one of meta models of the rainfall-runoff model constructed based on the first parameter distribution as the first replacement model.

대체 모델은 모델의 모델, 실시예에서는 강우-유출 모델의 결정론적(Deterministic) 모델을 의미할 수 있고, 대체 모델(surrogate model)로 지칭될 수 있다. 유량 예보 장치는 불확실성을 정량화하는 비용을 상쇄하기 위해 고효율 대체 모델을 구축할 수 있다. 예를 들어, 유량 예보 장치는 강우-유출 모델과 성능은 유사하면서 연산 속도를 현저히 줄일 수 있는 대체 모델을 구축할 수 있다. 일례로, 유량 예보 장치는 반응 데이터 집합에 기초하여, 다항식 카오스 확장(PCE; Polynomial Chaos Expansion) 모델을 구축할 수 있다.The replacement model may mean a model of a model, and in an embodiment, a deterministic model of a rainfall-runoff model, and may be referred to as a surrogate model. Flow forecasting devices can build high-efficiency alternative models to offset the cost of quantifying uncertainty. For example, the flow forecasting device can build an alternative model that has similar performance to the rainfall-runoff model and can significantly reduce the computational speed. For example, the flow forecasting device may build a polynomial chaos expansion (PCE) model based on a response data set.

유량 예보 장치는 사전 파라미터 분포에 기초하여 대체 모델을 구축하거나, 또는 사후 파라미터 분포에 기초하여 대체 모델을 구축할 수 있다. 사전 파라미터 분포에 기초하여 구축한 다항식 카오스 확장 모델을 PCE-I로 지칭할 수 있고, 사후 파라미터 분포에 기초하여 구축한 다항식 카오스 확장 모델을 PCE-II로 지칭할 수 있다.The flow forecasting device may build a replacement model based on a prior parameter distribution, or build a replacement model based on a posterior parameter distribution. The polynomial chaos expansion model constructed based on the prior parameter distribution may be referred to as PCE-I, and the polynomial chaos expansion model constructed based on the posterior parameter distribution may be referred to as PCE-II.

다항식 카오스 대체 모델은 적절하게 구축된 다항식 함수의 스펙트럼 표현을 통해 강우-유출 모델의 기능적 근사치를 제공할 수 있다. 다항식 카오스 대체 모델은 복잡한 강우-유출 모델을 간단한 다항식의 조합된 형태로 근사하기 때문에 강우-유출 모델에 비해 훨씬 빠른 연산을 수행할 수 있다.The polynomial chaos replacement model can provide a functional approximation of the rainfall-runoff model through a spectral representation of a properly constructed polynomial function. Since the polynomial chaos replacement model approximates a complex rainfall-runoff model in a combined form of a simple polynomial, it can perform much faster calculations than the rainfall-runoff model.

다항식 카오스 대체 모델을 구축하기 위해서는 PCE 계수(yα)를 결정하여야 할 수 있다. PCE 계수는 훈련 세트의 수(N)와 다항식의 차수(p) 결정을 통해 결정될 수 있다. 훈련 세트의 수는 훈련을 위한 실험 디자인의 수로 지칭될 수 있다.In order to construct a polynomial chaos substitution model, it may be necessary to determine the PCE coefficient (y α ). The PCE coefficient can be determined by determining the number of training sets (N) and the order of the polynomial (p). The number of training sets can be referred to as the number of experimental designs for training.

다항식의 차수를 증가시키면 다항식 카오스 대체 모델의 정확성을 높일 수 있다. 그러나 차수가 증가함에 따라 추정할 상수값의 개수가 지수적으로 증가하기 때문에 입력 데이터의 개수를 증가시키고 차수를 증가시키는 것이 계산의 비효율성을 유발할 수 있다.Increasing the order of the polynomial can increase the accuracy of the polynomial chaos substitution model. However, since the number of constant values to be estimated increases exponentially as the order increases, increasing the number of input data and increasing the order may cause calculation inefficiency.

일 실시예에 따르면, 유량 예보 장치는 정확성과 효율성의 균형을 맞출 수 있는 훈련 세트의 수(N)와 다항식의 차수(p) 결정할 수 있다. 예를 들어, 유량 예보 장치는 훈련 세트의 수(N)를 50, 다항식의 차수를 3차 또는 4차로 결정할 수 있다.According to an embodiment, the flow forecasting device may determine the number of training sets (N) and the order of the polynomial (p) that can balance accuracy and efficiency. For example, the flow rate forecasting device may determine the number of training sets (N) as 50 and the order of the polynomial as 3rd or 4th.

단계(130)에서, 유량 예보 장치는 제1 파라미터 분포에 기초하여, 제1 대체 모델의 파라미터를 추정한다. 초단기 예보의 경우 파라미터 상세화(parameter specification) 및 상태변수 초기화(state initialization)가 중요한 역할을 할 수 있다.In step 130, the flow rate forecasting device estimates a parameter of the first replacement model based on the first parameter distribution. For very short-term forecasts, parameter specification and state initialization can play an important role.

이에, 유량 예보 장치는 제1 파라미터 분포에 기초하여, 제1 대체 모델의 파라미터를 상세화할 수 있다. 또한, 유량 예보 장치는 제1 파라미터 분포에 기초하여, 제1 대체 모델의 상태변수를 초기화할 수 있다. 특히, 사후 파라미터 분포에 기반한 파라미터 추정은 미래예보 성능을 크게 개선하고 불확실성을 최소화할 수 있다. 사전 파라미터 분포에 기반한 파라미터 추정은 "랜덤(random) 접근법"이라 지칭할 수 있고, 사후 파라미터 분포에 기반한 파라미터 추정은 "선택(selectd) 접근법"이라 지칭할 수 있다.Accordingly, the flow rate forecasting device may detail the parameters of the first replacement model based on the first parameter distribution. Also, the flow forecasting device may initialize the state variable of the first replacement model based on the first parameter distribution. In particular, parameter estimation based on posterior parameter distribution can greatly improve future forecasting performance and minimize uncertainty. Parameter estimation based on the prior parameter distribution may be referred to as a “random approach”, and parameter estimation based on the posterior parameter distribution may be referred to as a “selected approach”.

단계(140)에서, 유량 예보 장치는 제1 대체 모델의 파라미터에 자료 동화 처리를 수행한다. 자료동화란, 현재의 상태를 설명하기 위해서 유용한 모든 관측자료를 사용하여 최적의 모델 초기자료를 생성하는 과정을 의미할 수 있다. 예보 정확도 향상을 위해서는 모델 초기조건의 불확실성을 줄이기 위한 자료동화가 필요할 수 있다.In step 140, the flow rate forecasting device performs data assimilation processing on the parameters of the first replacement model. Data assimilation can mean the process of generating optimal model initial data using all useful observation data to explain the current state. In order to improve forecast accuracy, data assimilation may be necessary to reduce the uncertainty of the initial condition of the model.

일 실시예에 따른 유량 예보 장치는 앙상블 칼만 필터(EnKF; ensemble Kalman filter) 및 듀얼 앙상블 칼만 필터(Dual EnKF) 중 적어도 하나에 기초하여 상기 자료 동화 처리를 수행할 수 있다. 앙상블 칼만 필터는 베이지안 업데이트(Bayesian update)에 대한 몬테카를로 접근 방법으로, 모델 변수의 확률밀도함수(pfd)와 데이터의 확률이 주어지며, 베이지안 이론을 통해 데이터 불확도를 고려하여 확률밀도함수를 계산할 수 있다. 앙상블 칼만 필터는 모델 변수의 분포를 변수의 집합체, 앙상블로 표현하고, 공분산 메트릭스를 이용하는 대신 앙상블로부터 계산된 샘플의 공분산을 이용할 수 있다.The flow rate forecasting apparatus according to an embodiment may perform the data assimilation processing based on at least one of an ensemble Kalman filter (EnKF) and a dual ensemble Kalman filter (Dual EnKF). The ensemble Kalman filter is a Monte Carlo approach to Bayesian update, given the probability density function (pfd) of the model variable and the probability of the data, and can calculate the probability density function by considering the data uncertainty through Bayesian theory. . The ensemble Kalman filter expresses the distribution of model variables as a set of variables and an ensemble, and instead of using a covariance matrix, it can use the covariance of samples calculated from the ensemble.

단계(150)에서, 유량 예보 장치는 자료 동화 처리가 수행된 파라미터를 제1 대체 모델에 입력하여, 실시간으로 유량(streamflow)을 예보한다. 유량을 예보하는 것은 유량도(hydrograph)를 예보하는 것일 수 있고, 유량 예보 장치는 유량 예보를 통해 홍수의 발생도 예보할 수 있다. 유량 예보 장치는 실시간으로 확률 홍수 예보를 수행할 수 있다.In step 150, the flow rate forecasting device inputs the parameter on which the data assimilation process has been performed into the first replacement model, and predicts a streamflow in real time. Forecasting the flow rate may be to predict a hydrograph, and the flow forecasting device may also predict the occurrence of a flood through the flow rate forecast. The flow forecasting device may perform a probability flood forecast in real time.

도 2는 일 실시예에 따른 실시간 유량 예보 방법을 설명하기 위한 도면이다.2 is a diagram for explaining a real-time flow rate forecasting method according to an exemplary embodiment.

도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 실시간 유량 예보 방법은 웜업(warm-up) 기간, 캘리브레이션(calibration)기간 및 예보(forecasting) 기간을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, the real-time flow rate forecasting method according to an embodiment may include a warm-up period, a calibration period, and a forecasting period.

유량 예보 장치는 제1 파라미터 분포를 결정하는 단계에서, 웜업 기간을 통해 강우-유출 모델의 초기 상태의 불확실성을 제거할 수 있다. 웜업 기간을 수행하는 경우, 웜업 기간을 수행하지 않는 경우와 비교하여 GLUE 기법에서 반응 데이터 집합을 훨씬 빠르게 생성할 수 있다. 도 2에서, n은 사후 파라미터 분포의 샘플수를 의미할 수 있고, nw는 사전 파라미터 분포의 샘플수를 의미할 수 있다.In the step of determining the distribution of the first parameter, the flow forecasting device may remove uncertainty in the initial state of the rainfall-runoff model through the warm-up period. In the case of performing the warm-up period, compared to the case in which the warm-up period is not performed, the GLUE technique can generate a response data set much faster. In FIG. 2, n may mean the number of samples of the posterior parameter distribution, and n w may mean the number of samples of the prior parameter distribution.

캘리브레이션 기간 동안 대체 모델이 구축될 수 있다. 사전 파라미터 분포에 기초하여 PCE-I 모델이 구축될 수 있고, 사후 파라미터 분포에 기초하여 PCE-II 모델이 구축될 수 있다.An alternative model can be built during the calibration period. The PCE-I model can be built based on the prior parameter distribution, and the PCE-II model can be built based on the posterior parameter distribution.

유량 예보 장치는 제1 파라미터 분포에 기초하여, 제1 대체 모델의 파라미터를 추정할 수 있고, 제1 대체 모델의 파라미터에 자료 동화 처리를 수행할 수 있다. 이후, 예보(forecasting) 기간에서 유량 예보 장치는 실시간으로 확률 홍수 예보를 수행할 수 있다.The flow rate forecasting apparatus may estimate a parameter of the first substitute model based on the first parameter distribution, and may perform data assimilation processing on the parameter of the first substitute model. Thereafter, in the forecasting period, the flow rate forecasting device may perform a probability flood forecast in real time.

도 3은 일 실시예에 따른 불확실성을 평가하기 위한 조건들을 설정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.3 is a diagram for describing a method of setting conditions for evaluating uncertainty according to an exemplary embodiment.

도 3를 참조하면, 단계들(310 내지 340)은 도 1을 참조하여 설명한 유량 예보 장치에 의해 수행될 수 있다.Referring to FIG. 3, steps 310 to 340 may be performed by the flow rate forecasting apparatus described with reference to FIG. 1.

단계(310)에서, 유량 예보 장치는 과거 관측 데이터에 기초하여 데이터를 샘플링할 수 있다.In step 310, the flow forecasting device may sample data based on past observation data.

유량 예보 장치는 과거 관측 데이터에서, 최소값 과 최대값 구간 내에서 미리 정해진 개수(예를 들어, 1,000개)의 데이터들을 무작위로 추출할 수 있다. 일례로, 유량 예보 장치는 몬테 카를로 방법(Monte Carlo Method)에 기초하여 데이터를 샘플링할 수 있다. 몬테 카를로 방법은 무작위 추출된 난수를 이용하여 원하는 함수의 값을 계산하기 위한 시뮬레이션 방법일 수 있다. 다만, 몬테 카를로 방법은 예시적인 방법일 뿐, 이에 한정되지 않고 데이터를 샘플링하는 다양한 방법들이 적용될 수 있다.The flow forecasting device may randomly extract a predetermined number (eg, 1,000) of data within a minimum value and a maximum value interval from past observation data. For example, the flow forecasting device may sample data based on a Monte Carlo method. The Monte Carlo method may be a simulation method for calculating a value of a desired function using randomly extracted random numbers. However, the Monte Carlo method is only an exemplary method, and is not limited thereto, and various methods of sampling data may be applied.

단계(320)에서, 유량 예보 장치는 샘플링된 데이터를 상기 강우-유출 모델에 입력할 수 있다.In step 320, the flow rate forecasting device may input the sampled data into the rainfall-runoff model.

단계(330)에서, 유량 예보 장치는 강우-유출 모델의 성능에 대응하는 조건을 설정할 수 있다. 유량 예보 장치는 강우-유출 모델의 성능을 평가하기 위한 우도함수 및 우도함수의 임계값을 결정할 수 있다. 일 실시예에 따른 우도함수는 NSE (Nash-Sutcliffe Efficiency), 피크 에러(PE; peak error), 볼륨 에러(VE; volume error)를 포함할 수 있다. NSE는 유량도(hydrograph)의 모양(shape)에 대응하고, 피크 에러는 유량도의 피크값에 대응하고, 볼륨 에러는 유량도의 볼륨에 대응하는 우도함수일 수 있다.In step 330, the flow rate forecasting device may set a condition corresponding to the performance of the rainfall-runoff model. The flow forecasting device may determine a likelihood function and a threshold value of the likelihood function for evaluating the performance of the rainfall-runoff model. The likelihood function according to an embodiment may include NSE (Nash-Sutcliffe Efficiency), peak error (PE), and volume error (VE). NSE may correspond to a shape of a hydrograph, a peak error may correspond to a peak value of a flow rate, and a volume error may be a likelihood function corresponding to a volume of a flow rate.

종래에는 불확실성 평가 기법에 있어서, 우도함수의 임계값을 결정하는 명확한 방법이 존재하지 않았다. 일 실시예에 따른 유량 예보 장치는 정확성 인덱스(AI; accuracy index) 및 효율성 인덱스(EI; efficiency index)를 정의하고, 정확성 인덱스 및 효율성 인덱스에 기초하여 우도함수의 임계값을 결정할 수 있다.Conventionally, in the uncertainty evaluation technique, there has not been a clear method for determining the threshold value of the likelihood function. The flow rate forecasting apparatus according to an embodiment may define an accuracy index (AI) and an efficiency index (EI), and determine a threshold value of a likelihood function based on the accuracy index and the efficiency index.

보다 구체적으로, 정확성 인덱스는 수학식 1과 같이 정의될 수 있다.More specifically, the accuracy index may be defined as in Equation 1.

Figure 112019104577727-pat00002
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수학식 1에서, U는 유량도에서 전체 계산 시간 동안 1,000 개의 행동 앙상블 결과 중 2.5 ~ 97.5번째 백분위 수 사이에서 식별된 불확실성의 시간 평균을 의미할 수 있다. k는 다양한 임계값에 대응하는 인덱스일 수 있고, T는 전체 시간에 대한 총 계산 타임스텝의 수일 수 있고, t는 1에서 T까지의 시간에 대한 인덱스일 수 있다.

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는 시간 t에서 불확실성 분포의 2.5 및 97.5 퍼센타일(percentile)에 대응하는 유량(discharge) 값일 수 있다.In Equation 1, U may mean the time average of the uncertainty identified between the 2.5th to 97.5th percentile of 1,000 behavioral ensemble results for the entire calculation time in the flow rate. k may be an index corresponding to various threshold values, T may be the number of total computational time steps for the total time, and t may be an index for the time from 1 to T.
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And
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May be discharge values corresponding to 2.5 and 97.5 percentiles of the uncertainty distribution at time t.

효율성 인덱스는 미리 정해진 개수(예를 들어 1000개)의 반응 데이터 집합을 획득할 때까지 필요한 강우-유출 모델의 실행 횟수(P)를 계산할 수 있다. 나아가, 강우-유출 모델의 실행 횟수(P)는 k마다 계산될 수 있다. 이에 기초하여, 효율성 인덱스는 수학식 2와 같이 정의될 수 있다.The efficiency index may calculate the number of executions (P) of the rainfall-runoff model required until a predetermined number (for example, 1000) of response data sets are obtained. Furthermore, the number of executions (P) of the rainfall-runoff model may be calculated for each k. Based on this, the efficiency index may be defined as in Equation 2.

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여기서 Pmax는 모델의 최대 실행 횟수일 수 있다. 정확도 인덱스와 효율성 인덱스는 0과 1 사이에서 결정될 수 있다. 유량 예보 장치는 정확성 인덱스와 효율성 인덱스를 결정한 이후에, 두 인덱스에 기초하여 우도함수의 임계값을 결정할 수 있다.Here, P max may be the maximum number of times the model is executed. The accuracy index and efficiency index may be determined between 0 and 1. After determining the accuracy index and the efficiency index, the flow forecasting device may determine a threshold value of the likelihood function based on the two indexes.

도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 유량 예보 장치는 정확성 인덱스와 효율성 인덱스의 교점에 대응하는 우도함수의 값을 임계값으로 결정할 수 있다.Referring to FIG. 4, the flow rate forecasting apparatus according to an embodiment may determine a value of a likelihood function corresponding to an intersection of an accuracy index and an efficiency index as a threshold value.

NSE의 경우 1에 가까울수록 모델의 성능이 우수함을 의미할 수 있고, PE 및 VE는 0(%)에 가까울수록 모델의 성능이 우수함을 의미할 수 있다.In the case of NSE, the closer to 1 may mean better model performance, and closer to 0 (%) for PE and VE may mean better model performance.

정확성 인덱스 우도함수의 값에 비례하는 추세를, 효율성 인덱스는 우도함수의 값에 반비례하는 추세를 갖을 수 있다. 일 실시예에 따른 유량 예보 장치는 정확성 인덱스와 효율성 인덱스의 교점에 대응하는 우도함수의 값을 임계값으로 결정하여 정확성과 효율성이 균형을 이루는 임계값을 설정할 수 있다. 도 3의 실시예에 따라 결정된 임계값은 아래 표 2와 같을 수 있다.The accuracy index may have a trend proportional to the value of the likelihood function, and the efficiency index may have a trend that is inversely proportional to the value of the likelihood function. The flow rate forecasting apparatus according to an embodiment may set a threshold value in which accuracy and efficiency are balanced by determining a value of a likelihood function corresponding to an intersection of the accuracy index and the efficiency index as a threshold value. The threshold value determined according to the embodiment of FIG. 3 may be as shown in Table 2 below.

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다시 도 3을 참조하면, 단계(340)에서, 유량 예보 장치는 강우-유출 모델의 출력 데이터 중에서, 조건을 만족하는 반응 데이터 집합을 결정할 수 있다. 반응 데이터 집합에 기초하여 사후 파라미터 분포가 결정될 수 있다.Referring back to FIG. 3, in step 340, the flow rate forecasting device may determine a response data set that satisfies the condition from among the output data of the rainfall-runoff model. The posterior parameter distribution may be determined based on the response data set.

도 5는 일 실시예에 따른 전체 계산 시간을 설명하기 위한 도면이다.5 is a diagram for describing a total calculation time according to an exemplary embodiment.

도 5를 참조하면, 일 실시예에 따른 전체 계산 시간은 대체 모델 구축시간, 파라미터 유추시간, 및 자료 동화 시간을 포함할 수 있다. 정확도 향상을 위해서 필요한 파라미터 유추 및 자료 동화에 많은 시간이 소요될 수 있지만, 파라미터 유추 및 자료 동화에 대체 모델을 사용하여 시간을 줄일 수 있다. 예를 들어, 대체 모델을 사용하는 경우, 그렇지 않은 경우 보다 최대 80배 빠를 수 있다.Referring to FIG. 5, the total calculation time according to an embodiment may include a replacement model construction time, a parameter inference time, and a data assimilation time. Although it may take a lot of time for parameter inference and data assimilation, which is necessary to improve accuracy, time can be saved by using an alternative model for parameter inference and data assimilation. For example, using an alternative model can be up to 80 times faster than otherwise.

도 6은 일 실시예에 따른 자료 동화 처리의 효과를 설명하기 위한 도면이다.6 is a diagram for explaining an effect of a data moving picture processing according to an exemplary embodiment.

도 6을 참조하면, 그래프들은 예보 기간 동안 500 앙상블 홍수 피크(peak)에 대한 3가지 자료 동화 방법(자료 동화 처리 없음, 앙상블 칼만 필터, 듀얼 앙상블 칼만 필터에 따른 성능을 도시한 그래프들이다.Referring to FIG. 6, graphs are graphs showing performance according to three data assimilation methods (no data assimilation processing, ensemble Kalman filter, and dual ensemble Kalman filter) for 500 ensemble flood peaks during a forecast period.

앙상블 칼만 필터, 듀얼 앙상블 칼만 필터 간에 실질적인 결과 차이는 크게 없지만, 수위에 대한 첨두를 재현하는 데 현저한 개선이 있을 수 있다. 자료 동화 처리를 사용하지 않는 경우, 선택(Selected) 접근법이 우수한 결과를 제공하며, 선택 접근법을 사용할 수 없는 경우에는 자료 동화 처리를 적용해야 할 수 있다.Although there is no significant difference in actual results between the ensemble Kalman filter and the dual ensemble Kalman filter, there may be a remarkable improvement in reproducing the peak of the water level. If data assimilation processing is not used, the Selected approach gives good results, and if the selection approach is not available, data assimilation processing may need to be applied.

도 7은 일 실시예에 따른 유량 예보 방법을 설명하기 위한 도면이다.7 is a diagram for describing a flow rate forecasting method according to an exemplary embodiment.

도 7을 참조하면, 일 실시예에 따른 유량 예보 방법은 대체 모델링(surrogate modeling), 파라미터 추론(parameter inference) 및 자료동화(data assimilation) 세 가지 모델링 기법의 장점을 통합할 수 있다.Referring to FIG. 7, the flow forecast method according to an embodiment may incorporate advantages of three modeling techniques: surrogate modeling, parameter inference, and data assimilation.

구체적으로, 유량 예보를 위한 모델(710)로는 대체 모델 PCE-I, PCE-I 와 강우-유출 모델(NAM)의 3가지 모델이 존재할 수 있고, 파라미터 추론 방법(720)은 선택 접근법과 랜덤 접근법 2가지가 있을 수 있고, 자료 동화 처리 방법(730)은 자료 동화 처리 없음, 앙상블 칼만 필터 사용, 듀얼 앙상블 칼만 필터 사용 3가지 방법이 있을 수 있다.Specifically, as the model 710 for flow rate prediction, there may be three models of alternative models PCE-I, PCE-I, and rainfall-runoff model (NAM), and the parameter inference method 720 is a selection approach and a random approach. There may be two methods, and the data assimilation processing method 730 may include no data assimilation processing, use of an ensemble Kalman filter, and three methods of using a dual ensemble Kalman filter.

따라서, 일 실시예에 따른 유량 예보 방법은 대체 모델의 구축 방식, 모델 입력으로 사용되는 파라미터 산정방법, 및 자료동화 절차 중 파라미터들의 업데이트 여부에 따라 아래 표 3과 같이 18개의 시나리오가 존재할 수 있다.Accordingly, in the flow rate forecasting method according to an embodiment, 18 scenarios may exist as shown in Table 3 below according to a method of constructing an alternative model, a method of calculating a parameter used as a model input, and whether parameters are updated during a data assimilation procedure.

Figure 112019104577727-pat00007
Figure 112019104577727-pat00007

일 실시예에 따른 유량 예보 방법에 따르면, A15 방법이 가장 우수한 방법일 수 있다. A15 방법은 사후 파라미터 분포에 기초하여 대체 모델이 결정되고, 선택 접근법에 기초하여 대체 모델의 파라미터를 추정하고, 대체 모델의 파라미터에 듀얼 앙상블 칼만 필터에 기초하여 자료 동화 처리를 수행하는 방법일 수 있다.According to the flow rate forecasting method according to an embodiment, the A15 method may be the most excellent method. The A15 method may be a method of determining a replacement model based on a posterior parameter distribution, estimating a parameter of the replacement model based on a selection approach, and performing data assimilation processing based on a dual ensemble Kalman filter on the parameter of the replacement model. .

도 8은 일 실시예에 따른 유량 예보 장치를 설명하기 위한 순서도이다.8 is a flowchart illustrating a flow rate forecasting device according to an exemplary embodiment.

도 8을 참조하면, 일 실시예에 따른 유량 예보 장치(800)는 프로세서(810)를 포함한다. 유량 예보 장치(800)는 메모리(830), 통신 인터페이스(850), 및 센서들(880)을 더 포함할 수 있다. 프로세서(810), 메모리(830), 통신 인터페이스(850), 및 센서들(880)은 통신 버스(805)를 통해 서로 통신할 수 있다.Referring to FIG. 8, the flow rate forecasting apparatus 800 according to an embodiment includes a processor 810. The flow forecasting device 800 may further include a memory 830, a communication interface 850, and sensors 880. The processor 810, the memory 830, the communication interface 850, and the sensors 880 may communicate with each other through the communication bus 805.

프로세서(810)는 강우-유출 모델의 사전 파라미터 분포 및 사후 파라미터 분포 중 어느 하나를 제1 파라미터 분포로 결정하고, 상기 제1 파라미터 분포에 기초하여 구축된 상기 강우-유출 모델의 대체 모델들 중 어느 하나를 제1 대체 모델로 결정하고, 상기 제1 파라미터 분포에 기초하여, 상기 제1 대체 모델의 파라미터를 추정하고, 상기 제1 대체 모델의 파라미터에 자료 동화 처리를 수행하고, 상기 자료 동화 처리가 수행된 파라미터를 상기 제1 대체 모델에 입력하여, 실시간으로 유량을 예보한다.The processor 810 determines any one of a pre-parameter distribution and a post-parameter distribution of the rainfall-runoff model as a first parameter distribution, and any of the replacement models of the rainfall-runoff model constructed based on the first parameter distribution One is determined as a first replacement model, and based on the first parameter distribution, a parameter of the first replacement model is estimated, a data assimilation process is performed on the parameter of the first replacement model, and the data assimilation process is performed. By inputting the performed parameters into the first replacement model, the flow rate is predicted in real time.

메모리(830)는 과거 관측 데이터, 반응 데이터 집합 등을 저장할 수 있다. 메모리(830)는 휘발성 메모리 또는 비 휘발성 메모리일 수 있다.The memory 830 may store past observation data, a response data set, and the like. The memory 830 may be a volatile memory or a non-volatile memory.

실시예에 따라서, 프로세서(810)는 앙상블 칼만 필터 및 듀얼 앙상블 칼만 필터 중 적어도 하나에 기초하여 자료 동화 처리를 수행할 수 있다. 프로세서(810)는 제1 파라미터 분포에 기초하여, 제1 대체 모델의 파라미터를 초기화하고, 제1 파라미터 분포에 기초하여, 제1 대체 모델의 상태변수를 초기화할 수 있다. 프로세서(810)는 과거 관측 데이터에 기초하여 사전 파라미터를 결정하고, GLUE(Generalized Likelihood Uncertainty Estimation) 기법에 기초하여, 사후 파라미터를 결정하고, 사전 파라미터 및 사후 파라미터 중 어느 하나를 제1 파라미터로 결정할 수 있다. 프로세서(810)는 강우-유출 모델의 성능에 대응하는 조건을 설정하고, 강우-유출 모델의 출력 데이터 중에서, 조건을 만족하는 반응 데이터 집합을 결정할 수 있다. 프로세서(810)는 우도함수를 결정하고, 우도함수의 임계값을 결정할 수 있다. 프로세서(810)는 정확성 인덱스를 설정하고, 효율성 인덱스를 설정하고, 정확성 인덱스 및 효율성 인덱스에 기초하여 우도함수의 임계값을 결정할 수 있다. 프로세서(810)는 강우-유출 모델의 초기 상태의 불확실성을 제거하기에 충분한 기간을 설정할 수 있다. 프로세서(810)는 제1 파라미터 분포에 기초하여, 다항식 카오스 확장 모델을 구축할 수 있다. 프로세서(810)는 다항식 카오스 확장 모델 구축을 위한 디자인의 수를 결정하고, 다항식 카오스 확장 모델 구축을 위한 다항식의 차수를 결정할 수 있다.According to an embodiment, the processor 810 may perform data moving process based on at least one of an ensemble Kalman filter and a dual ensemble Kalman filter. The processor 810 may initialize the parameters of the first replacement model based on the first parameter distribution, and initialize the state variables of the first replacement model based on the first parameter distribution. The processor 810 may determine a pre-parameter based on past observation data, determine a post parameter based on a Generalized Likelihood Uncertainty Estimation (GLUE) technique, and determine any one of the pre-parameter and the post-parameter as the first parameter. have. The processor 810 may set a condition corresponding to the performance of the rainfall-runoff model, and may determine a response data set that satisfies the condition from among the output data of the rainfall-runoff model. The processor 810 may determine the likelihood function and determine a threshold value of the likelihood function. The processor 810 may set an accuracy index, set an efficiency index, and determine a threshold value of the likelihood function based on the accuracy index and the efficiency index. The processor 810 may set a period sufficient to remove the uncertainty of the initial state of the rainfall-runoff model. The processor 810 may build a polynomial chaos expansion model based on the first parameter distribution. The processor 810 may determine the number of designs for constructing the polynomial chaos extension model, and determine the order of the polynomial for constructing the polynomial chaos extension model.

이 밖에도, 프로세서(810)는 도 1 내지 도 7을 통해 전술한 적어도 하나의 방법 또는 적어도 하나의 방법에 대응되는 알고리즘을 수행할 수 있다. 프로세서(810)는 프로그램을 실행하고, 유량 예보 장치(800)를 제어할 수 있다. 프로세서(810)에 의하여 실행되는 프로그램 코드는 메모리(830)에 저장될 수 있다. 유량 예보 장치(800)는 입출력 장치(미도시)를 통하여 외부 장치(예를 들어, 퍼스널 컴퓨터 또는 네트워크)에 연결되고, 데이터를 교환할 수 있다. 유량 예보 장치(800)는 스마트 폰, 테블릿 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터, 데스크톱 컴퓨터, 텔레비전, 웨어러블 장치 등 다양한 컴퓨팅 장치 및/또는 시스템에 탑재될 수 있다.In addition, the processor 810 may perform at least one method described above with reference to FIGS. 1 to 7 or an algorithm corresponding to at least one method. The processor 810 may execute a program and control the flow rate forecasting device 800. The program code executed by the processor 810 may be stored in the memory 830. The flow rate forecasting device 800 is connected to an external device (eg, a personal computer or a network) through an input/output device (not shown), and may exchange data. The flow forecasting device 800 may be mounted on various computing devices and/or systems such as a smart phone, a tablet computer, a laptop computer, a desktop computer, a television, and a wearable device.

이상에서 설명된 실시예들은 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치, 방법 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The embodiments described above may be implemented as a hardware component, a software component, and/or a combination of a hardware component and a software component. For example, the devices, methods, and components described in the embodiments are, for example, a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, a microcomputer, a field programmable gate (FPGA). array), programmable logic unit (PLU), microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions. The processing device may execute an operating system (OS) and one or more software applications executed on the operating system. Further, the processing device may access, store, manipulate, process, and generate data in response to the execution of software. For the convenience of understanding, although it is sometimes described that one processing device is used, one of ordinary skill in the art, the processing device is a plurality of processing elements and/or a plurality of types of processing elements. It can be seen that it may include. For example, the processing device may include a plurality of processors or one processor and one controller. In addition, other processing configurations are possible, such as a parallel processor.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.The software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of these, configuring the processing unit to operate as desired or processed independently or collectively. You can command the device. Software and/or data may be interpreted by a processing device or, to provide instructions or data to a processing device, of any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device. , Or may be permanently or temporarily embodyed in a transmitted signal wave. The software may be distributed over networked computer systems and stored or executed in a distributed manner. Software and data may be stored on one or more computer-readable recording media.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. The method according to the embodiment may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be specially designed and configured for the embodiment, or may be known and usable to those skilled in computer software. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic media such as floptical disks. -A hardware device specially configured to store and execute program instructions such as magneto-optical media, and ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include not only machine language codes such as those produced by a compiler, but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described by the limited drawings, a person of ordinary skill in the art can apply various technical modifications and variations based on the above. For example, the described techniques are performed in a different order from the described method, and/or components such as systems, structures, devices, circuits, etc. described are combined or combined in a form different from the described method, or other components Alternatively, even if substituted or substituted by an equivalent, an appropriate result can be achieved.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and those equivalent to the claims also fall within the scope of the claims to be described later.

Claims (21)

유량 예보 장치에 의해 각 단계가 수행되는 유량 예보 방법에 있어서,
강우-유출 모델의 사전 파라미터 분포 및 사후 파라미터 분포 중 어느 하나를 제1 파라미터 분포로 결정하는 단계;
상기 제1 파라미터 분포에 기초하여 구축된 상기 강우-유출 모델의 대체 모델들(meta models) 중 어느 하나를 제1 대체 모델로 결정하는 단계;
상기 제1 파라미터 분포에 기초하여, 상기 제1 대체 모델의 파라미터를 추정하는 단계;
상기 제1 대체 모델의 파라미터에 자료 동화 처리를 수행하는 단계; 및
상기 자료 동화 처리가 수행된 파라미터를 상기 제1 대체 모델에 입력하여, 실시간으로 유량(streamflow)을 예보하는 단계
를 포함하는 유량 예보 방법.
In the flow rate forecasting method in which each step is performed by the flow rate forecasting device,
Determining any one of a pre-parameter distribution and a post-parameter distribution of the rainfall-runoff model as a first parameter distribution;
Determining one of meta models of the rainfall-runoff model constructed based on the first parameter distribution as a first replacement model;
Estimating a parameter of the first replacement model based on the first parameter distribution;
Performing data assimilation processing on the parameters of the first replacement model; And
Inputting the parameter on which the data assimilation processing has been performed into the first replacement model, and predicting a streamflow in real time
Flow forecast method comprising a.
제1항에 있어서,
상기 자료 동화 처리를 수행하는 단계는
앙상블 칼만 필터(EnKF; ensemble Kalman filter) 및 듀얼 앙상블 칼만 필터(Dual EnKF) 중 적어도 하나에 기초하여 상기 자료 동화 처리를 수행하는 단계
를 포함하는, 유량 예보 방법.
The method of claim 1,
The step of performing the data assimilation processing
Performing the data assimilation processing based on at least one of an ensemble Kalman filter (EnKF) and a dual ensemble Kalman filter (Dual EnKF)
Containing, flow rate forecasting method.
제1항에 있어서,
상기 제1 대체 모델의 파라미터를 추정하는 단계는
상기 제1 파라미터 분포에 기초하여, 상기 제1 대체 모델의 파라미터를 초기화하는 단계; 및
상기 제1 파라미터 분포에 기초하여, 상기 제1 대체 모델의 상태변수를 초기화하는 단계
를 포함하는, 유량 예보 방법.
The method of claim 1,
Estimating the parameters of the first replacement model
Initializing the parameters of the first replacement model based on the first parameter distribution; And
Initializing a state variable of the first replacement model based on the first parameter distribution
Containing, flow rate forecasting method.
제1항에 있어서,
상기 제1 파라미터로 결정하는 단계는
과거 관측 데이터에 기초하여 상기 사전 파라미터 분포를 결정하는 단계;
GLUE(Generalized Likelihood Uncertainty Estimation) 기법에 기초하여, 상기 사후 파라미터 분포를 결정하는 단계; 및
상기 사전 파라미터 분포 및 상기 사후 파라미터 분포 중 어느 하나를 상기 제1 파라미터 분포로 결정하는 단계
를 포함하는, 유량 예보 방법.
The method of claim 1,
The step of determining with the first parameter
Determining the prior parameter distribution based on past observation data;
Determining the posterior parameter distribution based on a Generalized Likelihood Uncertainty Estimation (GLUE) technique; And
Determining any one of the prior parameter distribution and the posterior parameter distribution as the first parameter distribution
Containing, flow rate forecasting method.
제4항에 있어서,
상기 사후 파라미터를 결정하는 단계는
상기 강우-유출 모델의 성능에 대응하는 조건을 설정하는 단계; 및
상기 강우-유출 모델의 출력 데이터 중에서, 상기 조건을 만족하는 반응 데이터 집합을 결정하는 단계
를 포함하는, 유량 예보 방법.
The method of claim 4,
The step of determining the posterior parameter is
Setting a condition corresponding to the performance of the rainfall-runoff model; And
Determining a response data set that satisfies the condition from among the output data of the rainfall-runoff model
Containing, flow rate forecasting method.
제5항에 있어서,
상기 조건을 설정하는 단계는
우도함수(likelihood function)를 결정하는 단계; 및
상기 우도함수의 임계값을 결정하는 단계
를 포함하는, 유량 예보 방법.
The method of claim 5,
The step of setting the condition is
Determining a likelihood function; And
Determining a threshold value of the likelihood function
Containing, flow rate forecasting method.
제6항에 있어서,
상기 임계값을 결정하는 단계는
정확성 인덱스(accuracy index)를 설정하는 단계;
효율성 인덱스(efficiency index)를 설정하는 단계; 및
상기 정확성 인덱스 및 상기 효율성 인덱스에 기초하여 상기 우도함수의 임계값을 결정하는 단계
를 포함하는, 유량 예보 방법.
The method of claim 6,
The step of determining the threshold value
Setting an accuracy index;
Setting an efficiency index; And
Determining a threshold value of the likelihood function based on the accuracy index and the efficiency index
Containing, flow rate forecasting method.
제1항에 있어서,
상기 제1 파라미터로 결정하는 단계는
상기 강우-유출 모델의 초기 상태의 불확실성을 제거하기에 충분한 기간을 설정하는 단계
를 포함하는, 유량 예보 방법.
The method of claim 1,
The step of determining with the first parameter
Setting a period sufficient to remove the uncertainty of the initial state of the rainfall-runoff model
Containing, flow rate forecasting method.
제1항에 있어서,
상기 제1 대체 모델로 결정하는 단계는
상기 제1 파라미터 분포에 기초하여, 다항식 카오스 확장(PCE; Polynomial Chaos Expansion) 모델을 구축하는 단계
를 포함하는, 유량 예보 방법.
The method of claim 1,
The step of determining as the first replacement model
Building a polynomial chaos expansion (PCE) model based on the first parameter distribution
Containing, flow rate forecasting method.
제9항에 있어서,
상기 다항식 카오스 확장 모델을 구축하는 단계는
상기 다항식 카오스 확장 모델 구축을 위한 학습 디자인(design)의 수를 결정하는 단계; 및
상기 다항식 카오스 확장 모델 구축을 위한 다항식의 차수를 결정하는 단계
를 포함하는, 유량 예보 방법.
The method of claim 9,
Building the polynomial chaos expansion model
Determining the number of learning designs for constructing the polynomial chaos expansion model; And
Determining the order of a polynomial for constructing the polynomial chaos expansion model
Containing, flow rate forecasting method.
하드웨어와 결합되어 제1항 내지 제10항 중 어느 하나의 항의 방법을 실행시키기 위하여 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
A computer program stored in a computer-readable recording medium for executing the method of any one of claims 1 to 10 in combination with hardware.
강우-유출 모델의 사전 파라미터 분포 및 사후 파라미터 분포 중 어느 하나를 제1 파라미터 분포로 결정하고, 상기 제1 파라미터 분포에 기초하여 구축된 상기 강우-유출 모델의 대체 모델들 중 어느 하나를 제1 대체 모델로 결정하고, 상기 제1 파라미터 분포에 기초하여, 상기 제1 대체 모델의 파라미터를 추정하고, 상기 제1 대체 모델의 파라미터에 자료 동화 처리를 수행하고, 상기 자료 동화 처리가 수행된 파라미터를 상기 제1 대체 모델에 입력하여, 실시간으로 유량(streamflow)을 예보하는 프로세서
를 포함하는, 유량 예보 장치.
Determine any one of the pre-parameter distribution and the post-parameter distribution of the rainfall-runoff model as a first parameter distribution, and first replace any one of the replacement models of the rainfall-runoff model constructed based on the first parameter distribution A model is determined, based on the first parameter distribution, a parameter of the first replacement model is estimated, a data assimilation process is performed on the parameter of the first replacement model, and the parameter on which the data assimilation process is performed is determined as the parameter. Processor that inputs into the first alternative model and predicts streamflow in real time
Containing, flow forecasting device.
제12항에 있어서,
상기 프로세서는
앙상블 칼만 필터 및 듀얼 앙상블 칼만 필터 중 적어도 하나에 기초하여 상기 자료 동화 처리를 수행하는, 유량 예보 장치.
The method of claim 12,
The processor is
A flow forecasting device for performing the data assimilation processing based on at least one of an ensemble Kalman filter and a dual ensemble Kalman filter.
제12항에 있어서,
상기 프로세서는
상기 제1 파라미터 분포에 기초하여, 상기 제1 대체 모델의 파라미터를 초기화하고, 상기 제1 파라미터 분포에 기초하여, 상기 제1 대체 모델의 상태변수를 초기화하는, 유량 예보 장치.
The method of claim 12,
The processor is
Based on the first parameter distribution, initializes a parameter of the first replacement model, and initializes a state variable of the first replacement model based on the first parameter distribution.
제12항에 있어서,
상기 프로세서는
과거 관측 데이터에 기초하여 상기 사전 파라미터를 결정하고, GLUE(Generalized Likelihood Uncertainty Estimation) 기법에 기초하여, 상기 사후 파라미터를 결정하고, 상기 사전 파라미터 및 상기 사후 파라미터 중 어느 하나를 상기 제1 파라미터로 결정하는, 유량 예보 장치.
The method of claim 12,
The processor is
Determining the pre-parameter based on past observation data, determining the post parameter based on a Generalized Likelihood Uncertainty Estimation (GLUE) technique, and determining any one of the pre-parameter and the post-parameter as the first parameter , Flow forecast device.
제15항에 있어서,
상기 프로세서는
상기 강우-유출 모델의 성능에 대응하는 조건을 설정하고, 상기 강우-유출 모델의 출력 데이터 중에서, 상기 조건을 만족하는 반응 데이터 집합을 결정하는, 유량 예보 장치.
The method of claim 15,
The processor is
A flow forecasting device for setting a condition corresponding to the performance of the rainfall-runoff model, and determining a response data set that satisfies the condition from among output data of the rainfall-runoff model.
제16항에 있어서,
상기 프로세서는
우도함수를 결정하고, 상기 우도함수의 임계값을 결정하는, 유량 예보 장치.
The method of claim 16,
The processor is
A flow rate forecasting device for determining a likelihood function and determining a threshold value of the likelihood function.
제17항에 있어서,
상기 프로세서는
정확성 인덱스를 설정하고, 효율성 인덱스를 설정하고, 상기 정확성 인덱스 및 상기 효율성 인덱스에 기초하여 상기 우도함수의 임계값을 결정하는, 유량 예보 장치.
The method of claim 17,
The processor is
A flow forecasting device for setting an accuracy index, setting an efficiency index, and determining a threshold value of the likelihood function based on the accuracy index and the efficiency index.
제12항에 있어서,
상기 프로세서는
상기 강우-유출 모델의 초기 상태의 불확실성을 제거하기에 충분한 기간을 설정하는, 유량 예보 장치.
The method of claim 12,
The processor is
A flow forecasting device for setting a period sufficient to remove the uncertainty of the initial state of the rainfall-runoff model.
제12항에 있어서,
상기 프로세서는
상기 제1 파라미터 분포에 기초하여, 다항식 카오스 확장 모델을 구축하는, 유량 예보 장치.
The method of claim 12,
The processor is
A flow forecasting device for constructing a polynomial chaos expansion model based on the first parameter distribution.
제20항에 있어서,
상기 프로세서는
상기 다항식 카오스 확장 모델 구축을 위한 디자인의 수를 결정하고, 상기 다항식 카오스 확장 모델 구축을 위한 다항식의 차수를 결정하는, 유량 예보 장치.
The method of claim 20,
The processor is
A flow forecasting device for determining the number of designs for building the polynomial chaos expansion model, and determining the order of the polynomial for building the polynomial chaos expansion model.
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