KR102401823B1 - System and method for computing thermal environment application index by disaster type, and weather factor of intense heat and freeze - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명의 실시예들은 인공지능(Artificial Intelligence) 기술을 이용하여 기상청 동네예보를 수 킬로미터에 이르는 작은 범위인 국지 규모로 상세화하여 열환경 응용지수를 산출하는 기술과 관련된다.Embodiments of the present invention are related to a technology for calculating a thermal environment application index by using artificial intelligence (Artificial Intelligence) technology to refine the local weather forecast of the Korea Meteorological Administration on a local scale that is a small range of several kilometers.
기상청 동네예보는 2008년부터 정식 운영되고 있는 예보 서비스로서, 공간적으로는 읍/면/동 단위로 제공되며 시간적으로는 1시간 간격/3시간 간격으로 제공된다. 최근, 기상청 동네예보를 활용한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 특히 생활환경 관련 분야에서 이러한 기상청 동네예보에 대한 수요가 증가함에 따라 그 활용도 또한 확대되고 있다.The Meteorological Administration's neighborhood forecast is a forecast service that has been officially operated since 2008. Spatially, it is provided in units of eup/myeon/dong, and in terms of time, it is provided at 1 hour/3 hour intervals. Recently, studies using local forecasts from the Korea Meteorological Agency have been actively conducted, and in particular, as the demand for local forecasts from the Korea Meteorological Agency increases in the field of living environment, the use of these forecasts is also expanding.
그러나, 이와 같은 기상청 동네예보는 현재 5km 수준의 해상도로 제공되며, 생활환경 관련 분야에서 보다 정확한 정보제공을 위해서는 보다 상세화된 정보가 필요하다. 특히, 실생활에 보다 밀접하게 영향을 미치는 기상정보를 생산하기 위해서는 수 km에 이르는 작은 범위인 국지 규모의 기상요소에 대한 대기과정과 지표면의 국지적 조건의 영향에 대한 고려가 필요하다. However, such local weather forecasts from the Korea Meteorological Administration are currently provided with a resolution of 5 km, and more detailed information is needed to provide more accurate information in living environment-related fields. In particular, in order to produce meteorological information that more closely affects real life, it is necessary to consider the effects of atmospheric processes and local conditions of the earth's surface for meteorological factors on a local scale, ranging from several kilometers.
본 발명의 실시예들은 지표면의 국지적 조건에 대한 영향을 기상청 동네예보 정보에 적용하여 통계적으로 상세화된 기상정보를 산출하기 위한 것이다.Embodiments of the present invention are for calculating statistically detailed weather information by applying the influence on the local conditions of the earth's surface to the local weather forecast information of the Korea Meteorological Administration.
본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, GIS(Geographic Information System) 정보를 기반으로 설정된 국지 규모(local scale)의 제1 해상도를 갖는 지표면 분석 모델을 구축하고, 상기 지표면 분석 모델을 이용하여 국지적 기상에 영향을 미치는 다수의 지형 변수를 산출하는 지표면 분석부; 상기 제1 해상도보다 큰 제2 해상도의 규모에 대한 제1 기상청 동네예보 정보를 복수 개 수집하고, 상기 제1 기상청 동네예보 정보 및 상기 제1 기상청 동네예보에 대응되는 상기 지형 변수에 기계학습(machine learning) 기법을 적용하여 상기 제1 기상청 동네예보 정보와 상기 제1 기상청 동네예보에 대응되는 지형 변수 간의 연관성을 추출하고, 추출된 상기 연관성을 기반으로 상기 제1 기상청 동네예보 정보를 상기 제1 해상도의 규모로 상세화하여 상기 제1 해상도의 규모에 대한 기상정보를 생성하는 학습부; 및 제2 기상청 동네예보 정보가 수집되는 경우 상기 학습부에 저장된 연관성 및 기상정보를 기반으로 상기 제2 기상청 동네예보 정보를 상기 제1 해상도의 규모에 대한 기상정보로 상세화하고, 상기 상세화된 기상정보를 출력하는 기상정보 산출부를 포함하는, 열환경 응용지수 산출 시스템이 제공된다.According to an exemplary embodiment of the present invention, a ground surface analysis model having a first resolution of a local scale set based on Geographic Information System (GIS) information is constructed, and using the ground surface analysis model, a surface analysis unit that calculates a number of topographical variables that have an influence; A plurality of first meteorological office neighborhood forecast information for a scale of a second resolution larger than the first resolution is collected, and machine learning (machine learning) is performed on the first meteorological office neighborhood forecast information and the terrain variable corresponding to the first meteorological office neighborhood forecast information. learning) technique to extract the correlation between the first meteorological office neighborhood forecast information and the topographical variable corresponding to the first meteorological agency neighborhood forecast, and based on the extracted correlation, the first meteorological agency neighborhood forecast information to the first resolution a learning unit for generating meteorological information on the scale of the first resolution by detailing on the scale of ; And when the second meteorological office neighborhood forecast information is collected, based on the association and weather information stored in the learning unit, the second meteorological office neighborhood forecast information is detailed as meteorological information for the scale of the first resolution, and the detailed weather information A thermal environment application index calculation system is provided, including a meteorological information calculation unit that outputs
상기 지표면 분석부는, 지형의 고도 및 형태에 관한 수치지형도, 건물의 형태 및 높이에 관한 수치건물지도, 및 토지용도에 관한 토지피복지도를 포함하는 지표면 분석 입력자료를 설정된 좌표계로 변환하고, 변환된 상기 입력자료를 상기 국지 규모의 제1 해상도를 갖는 래스터(raster) 자료로 구축함으로써 상기 지표면 분석 모델을 구축할 수 있다.The ground surface analysis unit converts the ground surface analysis input data including the numerical topographic map regarding the height and shape of the terrain, the numerical building map regarding the shape and height of the building, and the land cover map regarding the land use into a set coordinate system, and the converted The ground surface analysis model may be constructed by constructing the input data as raster data having a first resolution of the local scale.
상기 지형 변수는, 지형의 위도, 지형의 경도, 지형의 고도, 지형의 경사도, 지형의 해안선으로부터의 거리, 지형의 토지피복, 지형의 남북 또는 동서방향의 경사, 지형의 우묵한 깊이, 지형의 경사 길이, 건물의 높이, 건물의 옆면적비, 건물의 평면적비, 건물의 거칠기길이 및 특정 토지피복의 면적 비율 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The topographical variables include the latitude of the topography, the longitude of the topography, the elevation of the topography, the slope of the topography, the distance from the shoreline of the topography, the land cover of the topography, the slope in the north-south or east-west direction of the topography, the recessed depth of the topography, and the slope of the topography. It may include at least one of the length, the height of the building, the ratio of the side area of the building, the ratio of the floor area of the building, the roughness length of the building, and the area ratio of the specific land cover.
상기 학습부는, 상기 제1 기상청 동네예보 정보 중 설정된 기상요소들을 선별하고, 선별된 기상요소들을 설정된 파일형태로 변환하며, 변환된 상기 기상요소들 및 상기 제1 기상청 동네예보에 대응되는 상기 지형 변수에 기계학습 기법을 적용할 수 있다.The learning unit selects set meteorological elements from among the first meteorological office neighborhood forecast information, converts the selected meteorological elements into a set file format, and the converted meteorological elements and the terrain variable corresponding to the first meteorological office neighborhood forecast machine learning techniques can be applied to
상기 학습부는, 변환된 상기 기상요소들 및 상기 제1 기상청 동네예보에 대응되는 상기 지형 변수에 GPRM(Gaussian Process Regression Model)을 적용할 수 있다.The learning unit may apply a Gaussian Process Regression Model (GPRM) to the converted meteorological elements and the terrain variable corresponding to the first meteorological office neighborhood forecast.
상기 학습부는, 상기 제1 기상청 동네예보 정보에 대응되는 표본공간의 해상도를 설정된 비율로 축소시킨 후 상기 GPRM을 적용할 수 있다.The learning unit may apply the GPRM after reducing the resolution of the sample space corresponding to the first meteorological office neighborhood forecast information by a set ratio.
상기 설정된 비율은, 1/4일 수 있다.The set ratio may be 1/4.
상기 학습부는, 외부 서버로부터 수집된 관측자료를 이용하여 예측된 상기 기상정보를 검증할 수 있다.The learning unit may verify the predicted weather information using observation data collected from an external server.
본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따르면, 지표면 분석부에서, GIS 정보를 기반으로 설정된 국지 규모의 제1 해상도를 갖는 지표면 분석 모델을 구축하는 단계; 상기 지표면 분석부에서, 상기 지표면 분석 모델을 이용하여 국지적 기상에 영향을 미치는 다수의 지형 변수를 산출하는 단계; 학습부에서, 상기 제1 해상도보다 큰 제2 해상도의 규모에 대한 제1 기상청 동네예보 정보를 복수 개 수집하는 단계; 상기 학습부에서, 상기 제1 기상청 동네예보 정보 및 상기 제1 기상청 동네예보에 대응되는 상기 지형 변수에 기계학습 기법을 적용하여 상기 제1 기상청 동네예보 정보와 상기 제1 기상청 동네예보에 대응되는 지형 변수 간의 연관성을 추출하는 단계; 상기 학습부에서, 추출된 상기 연관성을 기반으로 상기 제1 기상청 동네예보 정보를 상기 제1 해상도의 규모로 상세화하여 상기 제1 해상도의 규모에 대한 기상정보를 생성하는 단계; 기상정보 산출부에서, 제2 기상청 동네예보 정보가 수집되는 경우 상기 학습부에 저장된 연관성 및 기상정보를 기반으로 상기 제2 기상청 동네예보 정보를 상기 제1 해상도의 규모에 대한 기상정보로 상세화하는 단계; 및 상기 기상정보 산출부에서, 상기 상세화된 기상정보를 출력하는 단계를 포함하는, 열환경 응용지수 산출 방법이 제공된다.According to another exemplary embodiment of the present invention, the method comprising: constructing, in a surface analysis unit, a surface analysis model having a first resolution of a local scale set based on GIS information; calculating, in the ground surface analysis unit, a plurality of topographic variables affecting local weather by using the ground surface analysis model; collecting, in the learning unit, a plurality of first meteorological office neighborhood forecast information for a scale of a second resolution greater than the first resolution; In the learning unit, by applying a machine learning technique to the terrain variable corresponding to the first meteorological office neighborhood forecast information and the first meteorological office neighborhood forecast, the first weather agency neighborhood forecast information and the first weather agency neighborhood forecast corresponding to the terrain extracting associations between variables; generating, in the learning unit, meteorological information on the scale of the first resolution by refining the neighborhood forecast information of the first meteorological agency based on the extracted correlation to the scale of the first resolution; When the second meteorological office neighborhood forecast information is collected in the meteorological information calculator, detailing the second meteorological office neighborhood forecast information into meteorological information for the scale of the first resolution based on the correlation and meteorological information stored in the learning unit ; and outputting the detailed meteorological information from the meteorological information calculator.
상기 지표면 분석 모델을 구축하는 단계는, 지형의 고도 및 형태에 관한 수치지형도, 건물의 형태 및 높이에 관한 수치건물지도, 및 토지용도에 관한 토지피복지도를 포함하는 지표면 분석 입력자료를 설정된 좌표계로 변환하고, 변환된 상기 입력자료를 상기 국지 규모의 제1 해상도를 갖는 래스터 자료로 구축함으로써 상기 지표면 분석 모델을 구축할 수 있다.The step of constructing the ground surface analysis model includes setting the ground surface analysis input data including the numerical topographic map regarding the height and shape of the terrain, the numerical building map regarding the shape and height of the building, and the land cover map regarding the land use into a set coordinate system. The ground surface analysis model may be constructed by converting and constructing the converted input data as raster data having a first resolution of the local scale.
상기 지형 변수는, 지형의 위도, 지형의 경도, 지형의 고도, 지형의 경사도, 지형의 해안선으로부터의 거리, 지형의 토지피복, 지형의 남북 또는 동서방향의 경사, 지형의 우묵한 깊이, 지형의 경사 길이, 건물의 높이, 건물의 옆면적비, 건물의 평면적비, 건물의 거칠기길이 및 특정 토지피복의 면적 비율 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The topographical variables include the latitude of the topography, the longitude of the topography, the elevation of the topography, the slope of the topography, the distance from the shoreline of the topography, the land cover of the topography, the slope in the north-south or east-west direction of the topography, the recessed depth of the topography, and the slope of the topography. It may include at least one of the length, the height of the building, the ratio of the side area of the building, the ratio of the floor area of the building, the roughness length of the building, and the area ratio of the specific land cover.
상기 연관성을 추출하는 단계는, 상기 제1 기상청 동네예보 정보 중 설정된 기상요소들을 선별하고, 선별된 기상요소들을 설정된 파일형태로 변환하며, 변환된 상기 기상요소들 및 상기 제1 기상청 동네예보에 대응되는 상기 지형 변수에 기계학습 기법을 적용할 수 있다.The step of extracting the correlation includes selecting set meteorological elements from among the first meteorological office neighborhood forecast information, converting the selected meteorological elements into a set file format, and corresponding to the converted meteorological elements and the first meteorological office neighborhood forecast A machine learning technique can be applied to the terrain variable to be
상기 연관성을 추출하는 단계는, 변환된 상기 기상요소들 및 상기 제1 기상청 동네예보에 대응되는 상기 지형 변수에 GPRM을 적용할 수 있다.In the extracting of the correlation, GPRM may be applied to the converted meteorological elements and the terrain variable corresponding to the first meteorological office neighborhood forecast.
상기 연관성을 추출하는 단계는, 상기 제1 기상청 동네예보 정보에 대응되는 표본공간의 해상도를 설정된 비율로 축소시킨 후 상기 GPRM을 적용할 수 있다.In the extracting of the correlation, the GPRM may be applied after reducing the resolution of the sample space corresponding to the first meteorological office neighborhood forecast information by a set ratio.
상기 설정된 비율은, 1/4일 수 있다.The set ratio may be 1/4.
상기 열환경 응용지수 산출 방법은, 상기 기상정보를 예측하여 저장하는 단계 이후, 상기 학습부에서, 외부 서버로부터 수집된 관측자료를 이용하여 예측된 상기 기상정보를 검증하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method for calculating the thermal environment application index may further include, in the learning unit, verifying the predicted weather information using observation data collected from an external server, after predicting and storing the weather information. .
본 발명의 실시예들에 따르면, 기상청 동네예보 정보, 및 도시지표면 구성에 따른 지형, 구조물, 식생 영향 등과 같은 여러 국지적 조건 간의 통계적인 연관성을 기계학습 후 이로부터 상세화된 기상정보를 산출함으로써, 생활환경 관련 분야에서 보다 정확한 정보제공을 하는 데 도움을 줄 수 있다. According to embodiments of the present invention, by calculating detailed weather information from the statistical correlation between various local conditions, such as terrain, structures, vegetation influence, etc. according to the Meteorological Agency neighborhood forecast information and urban surface composition, after machine learning, life It can help to provide more accurate information in environment-related fields.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열환경 응용지수 산출 시스템의 상세 구성을 나타낸 블록도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 지표면 분석부의 상세 구성을 나타낸 블록도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 지표면 분석 모델로부터 산출된 지형 변수의 예시
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 학습부의 상세 구성을 나타낸 블록도
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 학습부에서 수집되는 제1 기상청 동네예보 정보의 예시
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 학습부에서 적용될 수 있는 각 기계학습 기법별 예측요소에 대한 교차검증결과를 나타낸 그래프
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 학습부에서 적용될 수 있는 각 기계학습 기법별 외부 관측자료와의 비교 결과를 나타낸 그래프
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 학습부에서 GPRM을 적용하는 과정에서 표본공간의 해상도를 설정된 비율로 축소시키는 과정 및 이에 따른 계산시간 성능을 나타낸 도면
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 학습부에서 예측된 기상정보의 예시
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 학습부에서 기상정보를 예측하는 과정을 설명하기 위한 도면
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 학습부에서 예측된 기상정보의 정확도를 검증하는 과정을 나타낸 그래프
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 열환경 응용지수 산출 방법을 설명하기 위한 흐름도
도 13은 예시적인 실시예들에서 사용되기에 적합한 컴퓨팅 장치를 포함하는 컴퓨팅 환경을 예시하여 설명하기 위한 블록도1 is a block diagram showing the detailed configuration of a thermal environment application index calculation system according to an embodiment of the present invention;
2 is a block diagram illustrating a detailed configuration of a ground surface analysis unit according to an embodiment of the present invention;
3 is an example of a terrain variable calculated from a ground surface analysis model according to an embodiment of the present invention;
4 is a block diagram illustrating a detailed configuration of a learning unit according to an embodiment of the present invention;
5 is an example of the first meteorological office neighborhood forecast information collected by the learning unit according to an embodiment of the present invention;
6 is a graph showing a cross-validation result for each prediction element for each machine learning technique that can be applied to the learning unit according to an embodiment of the present invention;
7 is a graph showing a comparison result with external observation data for each machine learning technique that can be applied to the learning unit according to an embodiment of the present invention;
8 is a view showing a process of reducing the resolution of a sample space to a set ratio in the process of applying GPRM in the learning unit according to an embodiment of the present invention and calculation time performance accordingly
9 is an example of weather information predicted by the learning unit according to an embodiment of the present invention;
10 is a diagram for explaining a process of predicting weather information in a learning unit according to an embodiment of the present invention;
11 is a graph illustrating a process of verifying the accuracy of predicted weather information in a learning unit according to an embodiment of the present invention;
12 is a flowchart illustrating a method for calculating a thermal environment application index according to an embodiment of the present invention;
13 is a block diagram illustrating and describing a computing environment including a computing device suitable for use in example embodiments;
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 이하의 상세한 설명은 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The following detailed description is provided to provide a comprehensive understanding of the methods, devices, and/or systems described herein. However, this is merely an example, and the present invention is not limited thereto.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.In describing the embodiments of the present invention, if it is determined that the detailed description of the known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. And, the terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to intentions or customs of users and operators. Therefore, the definition should be made based on the content throughout this specification. The terminology used in the detailed description is for the purpose of describing embodiments of the present invention only, and should in no way be limiting. Unless explicitly used otherwise, expressions in the singular include the meaning of the plural. In this description, expressions such as “comprising” or “comprising” are intended to indicate certain features, numbers, steps, acts, elements, some or a combination thereof, one or more other than those described. It should not be construed to exclude the presence or possibility of other features, numbers, steps, acts, elements, or any part or combination thereof.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열환경 응용지수 산출 시스템(100)의 상세 구성을 나타낸 블록도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 열환경 응용지수 산출 시스템(100)은 지표면 분석부(102), 학습부(104) 및 기상정보 산출부(106)를 포함한다.1 is a block diagram showing a detailed configuration of a thermal environment application
지표면 분석부(102)는 GIS(Geographic Information System) 정보를 기반으로 설정된 국지 규모(local scale)의 제1 해상도를 갖는 지표면 분석 모델을 구축하고, 상기 지표면 분석 모델을 이용하여 국지적 기상에 영향을 미치는 다수의 지형 변수를 산출한다.The ground
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 지표면 분석부(102)의 상세 구성을 나타낸 블록도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 지표면 분석부(102)는 지표면 분석 입력자료 수집부(202), 지표면 분석 모델 구축부(204) 및 지형변수 산출부(206)를 포함할 수 있다.2 is a block diagram showing a detailed configuration of the
지표면 분석 입력자료 수집부(202)는 GIS 정보를 기반으로 한 지표면 분석 입력자료를 수집한다. 지표면 분석 입력자료는 예를 들어, 지형의 고도 및 형태에 관한 수치지형도, 건물의 형태 및 높이에 관한 수치건물지도, 토지용도에 관한 토지피복지도 등을 포함할 수 있다. 상기 지표면 분석 입력자료는 전국단위의 기상변수를 산출할 수 있는 기초자료이다. 여기서, 수치지형도는 지형의 고도, 형태자료 등을 포함하고, 수치건물지도는 건물의 형태, 높이자료 등을 포함하며, 토지피복지도는 설정된 개수의 카테고리(예를 들어, 환경부에서 설정한 토지용도를 바탕으로 한 7개의 카테고리)의 토지용도에 관한 자료 등을 포함할 수 있다. 또한, 상기 수치지형도, 수치건물지도 및 토지피복지도 외에도 지형의 위성자료, 항공 라이다 관측자료 등과 같은 원격탐사자료가 상기 지표면 분석 입력자료로서 사용될 수 있다.The ground surface analysis input
지표면 분석 모델 구축부(204)는 상기 지표면 분석 입력자료를 이용하여 설정된 국지 규모의 제1 해상도를 갖는 지표면 분석 모델을 구축한다. 여기서, 설정된 국지 규모의 제1 해상도는 예를 들어, 1km 규모의 해상도일 수 있다. 일반적으로, 기상청 동네예보의 해상도는 5km 수준으로 생활환경 관련 분야에서 보다 정확한 정보제공을 위해서는 보다 상세화된 정보가 필요하다. 예를 들어, 5km 반경의 범위 내에서도 국지적 지역 또는 지형 특성에 따라 국지적 기온이 달라질 수 있다. 이에 따라, 지표면 분석 모델 구축부(204)는 예를 들어, 5km 범위보다 더 작은 1km 범위에서의 지표면 분석 모델을 구축할 수 있다. 즉, 상기 지표면 분석 모델은 지표면 분석 입력자료를 국지 규모의 제1 해상도로 수치화한 모델이다. 지표면 분석 모델 구축부(204)는 지표면 분석 입력자료를 설정된 좌표계(예를 들어, UTM-k 좌표계)로 변환하고, 변환된 상기 입력자료를 상기 국지 규모의 제1 해상도를 갖는 래스터(raster) 자료로 구축함으로써 상기 지표면 분석 모델을 구축할 수 있다. The ground surface analysis
지형변수 산출부(206)는 상기 지표면 분석 모델을 이용하여 국지적 기상에 영향을 미치는 다수의 지형 변수를 산출한다. 국지적 기상은 지역의 규모, 지형 특성, 도시 유형 등에 따라 달라지므로, 지형변수 산출부(206)는 상기 지표면 분석 모델을 이용하여 국지적 기상에 영향을 미치는 다수의 지형 변수를 산출한다. 여기서, 상기 지형 변수는 예를 들어, 지형의 위도, 지형의 경도, 지형의 고도, 지형의 경사도, 지형의 해안선으로부터의 거리, 지형의 토지피복, 지형의 남북 또는 동서방향의 경사, 지형의 우묵한 깊이, 지형의 경사 길이, 건물의 높이, 건물의 옆면적비, 건물의 평면적비, 건물의 거칠기길이, 특정 토지피복의 면적 비율 등을 포함할 수 있다.The terrain
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 지표면 분석 모델로부터 산출된 지형 변수의 예시이다.3 is an example of a terrain variable calculated from a ground surface analysis model according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 지형변수 산출부(206)는 상기 지표면 분석 모델을 이용하여 국지적 기상에 영향을 미치는 토지 피복(land cover), 경사도(slope), 지형의 방향(aspect), 빌딩 높이(building height) 등의 지형 변수를 산출할 수 있다.Referring to FIG. 3 , the terrain
다시 도 1로 돌아오면, 학습부(104)는 지표면 분석부(102)에서 산출된 지형 변수를 기반으로 국지 규모의 제1 해상도를 갖는 기상정보를 생성하여 학습한다. 학습부(104)는 상기 제1 해상도보다 큰 제2 해상도의 규모에 대한 제1 기상청 동네예보 정보를 복수 개 수집하고, 상기 제1 기상청 동네예보 정보 및 상기 제1 기상청 동네예보에 대응되는 상기 지형 변수에 기계학습(machine learning) 기법을 적용하여 상기 제1 기상청 동네예보 정보와 상기 제1 기상청 동네예보에 대응되는 지형 변수 간의 연관성을 추출하고, 추출된 상기 연관성을 기반으로 상기 제1 기상청 동네예보 정보를 상기 제1 해상도의 규모로 상세화하여 상기 제1 해상도의 규모에 대한 기상정보를 생성할 수 있다.Returning to FIG. 1 , the
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 학습부(104)의 상세 구성을 나타낸 블록도이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 학습부(104)는 기상청 동네예보 정보 수집부(402), 기상요소 선별부(404), 파일 변황부(406), 기계학습 기법 적용부(408) 및 후처리부(410)를 포함할 수 있다.4 is a block diagram showing a detailed configuration of the
기상청 동네예보 정보 수집부(402)는 제1 기상청 동네예보 정보를 복수 개 수집한다. 여기서, 제1 기상청 동네예보 정보는 전국 단위에서 수집되는 기상청 동네예보 정보로서, 제1 해상도보다 큰 제2 해상도의 규모의 해상도를 가질 수 있다. 이때, 상기 제2 해상도는 예를 들어, 5km 규모의 해상도일 수 있다. 기상청 동네예보 정보 수집부(402)는 예를 들어, 기상산업기술원의 서버(미도시)로부터 제1 기상청 동네예보 정보를 실시간으로 복수 개 수집할 수 있다.The meteorological agency neighborhood forecast
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 학습부(104)에서 수집되는 제1 기상청 동네예보 정보의 예시이다.5 is an example of the first local weather forecast information collected by the
도 5를 참조하면, 제1 기상청 동네예보 정보는 예를 들어, 기온(3시간), 일 최고기온, 일 최저기온, 동서바람성분, 남북바람성분, 풍향, 풍속, 하늘상태, 강수형태, 강수확률, 강수량(6시간), 신적설(6시간), 습도, 파고 등의 정보를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 기상청 동네예보 정보는 제2 해상도의 규모, 예를 들어 5km 규모의 해상도를 가질 수 있다. 상기 제1 기상청 동네예보 정보는 예를 들어, GRIB(GRIdded Binary) 파일형태로 이루어질 수 있다.Referring to FIG. 5 , the first local weather forecast information is, for example, temperature (3 hours), daily maximum temperature, daily minimum temperature, east-west wind component, north-south wind component, wind direction, wind speed, sky condition, precipitation form, precipitation It may include information such as probability, precipitation (6 hours), new snow (6 hours), humidity, and wave height. In this case, the first meteorological office neighborhood forecast information may have a second resolution scale, for example, a 5 km scale resolution. The first meteorological office neighborhood forecast information may be in the form of, for example, a GRIB (GRIdded Binary) file.
다시 도 4로 돌아오면, 기상요소 선별부(404)는 상기 제1 기상청 동네예보 정보 중 설정된 기상요소들을 선별한다. 일 예시로서, 기상요소 선별부(404)는 도 5에 도시된 기상요소 14개 중 설정된 8개의 기상요소들을 선별할 수 있다. 상기 도 5에 도시된 기상요소의 개수 및 종류와 기상요소 선별부(404)에서 선별된 기상요소의 개수 및 종류는 일 예시에 불과하며, 이에 한정되는 것은 아님에 유의한다.Returning to FIG. 4 again, the meteorological
파일 변환부(406)는 선별된 기상요소들을 설정된 파일형태로 변환한다. 파일 변환부(406)는 예를 들어, GRIB(GRIdded Binary) 파일형태의 기상요소들을 텍스트 파일형태(.TXT)로 변환할 수 있다.The
기계학습 기법 적용부(408)는 변환된 상기 기상요소들 및 상기 제1 기상청 동네예보에 대응되는 지형 변수에 기계학습 기법을 적용한다. 여기서, 기계학습 기법은 예를 들어, GPRM(Gaussian Process Regression Model)을 이용한 통계적 규모축소법, SVM(Support Vector Machine) 회귀기법, RF(Random Forest) 회귀기법 등이 될 수 있다. 기계학습 기법 적용부(408)는 변환된 상기 기상요소들 및 상기 제1 기상청 동네예보에 대응되는 지형 변수에 기계학습 기법을 적용함으로써 상기 제1 기상청 동네예보 정보와 상기 제1 기상청 동네예보에 대응되는 지형 변수 간의 연관성을 추출할 수 있다. The machine learning
본 실시예들에서는 위와 같은 여러 기계학습 기법(또는 통계기법) 중 가장 정확도가 높은 기계학습 기법을 선별하기 위해 교차검증을 실시하였다. 일 예시로서, 본 실시예들에서는 각 기법별로 1:9의 비율로 전체자료를 검증세트와 학습세트로 분류하고, 이에 대한 통계값을 반복 산출한 후 각 기법별 계산시간, 지형변수 적용 민감도, 공간예측오차를 계산하였다. In the present embodiments, cross-validation was performed to select a machine learning technique with the highest accuracy among the various machine learning techniques (or statistical techniques) as described above. As an example, in the present embodiments, the entire data is classified into a verification set and a learning set at a ratio of 1:9 for each technique, and after repeatedly calculating statistical values for this, the calculation time for each technique, the sensitivity to applying the terrain variable, Spatial prediction error was calculated.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 학습부(104)에서 적용될 수 있는 각 기계학습 기법별 예측요소에 대한 교차검증결과를 나타낸 그래프이다.6 is a graph showing cross-verification results for prediction elements for each machine learning technique that can be applied in the
도 6 및 아래 표 1에 도시된 바와 같이, 계산시간 성능은 RF와 SVM이 가장 뛰어났으며, 지형변수 적용 민감도는 SVM, RF, GPRM 순으로, 공간예측오차는 GPRM, RF, SVM 순으로 뛰어났다. 이에, 본 발명의 실시예들에서는 GPRM을 최적의 기계학습 기법으로 선정하였으며, 추가적으로 후술할 도 7에서 보는 바와 같이 외부 서버로부터 수집된 관측자료를 이용하여 각 기법별 정확도를 검증하였다. As shown in Figure 6 and Table 1 below, RF and SVM were the best in computational time performance, and terrain variable application sensitivity excelled in the order of SVM, RF, and GPRM, and spatial prediction error excelled in the order of GPRM, RF, and SVM. it happened Accordingly, in the embodiments of the present invention, GPRM was selected as an optimal machine learning technique, and the accuracy of each technique was verified using observation data collected from an external server as shown in FIG. 7 to be described later.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 학습부(104)에서 적용될 수 있는 각 기계학습 기법별 외부 관측자료와의 비교 결과를 나타낸 그래프이다.7 is a graph showing a comparison result with external observation data for each machine learning technique that can be applied in the
일 예시로서, 본 발명의 실시예들에서는 KT 이동통신사의 서버(미도시)로부터 수집된 관측자료(즉, 기상자료)를 토대로 각 기계학습 기법별 정확도를 검증하였다.As an example, in the embodiments of the present invention, the accuracy of each machine learning technique was verified based on observation data (ie, weather data) collected from a server (not shown) of a KT mobile communication company.
도 7에 도시된 바와 같이, 타 기법에 비해 GPRM 을 사용하였을 때 예측된 기상정보와 관측자료와의 오차가 가장 작은 것으로 나타났다. As shown in FIG. 7 , it was found that the error between predicted weather information and observation data was the smallest when GPRM was used compared to other techniques.
이에 따라, 기계학습 기법 적용부(408)는 변환된 상기 기상요소들 및 상기 제1 기상청 동네예보에 대응되는 지형 변수에 GPRM 을 적용함으로써 상기 제1 기상청 동네예보 정보와 상기 제1 기상청 동네예보에 대응되는 지형 변수 간의 연관성을 추출할 수 있다. 이때, 기계학습 기법 적용부(408)는 계산시간 중 가장 큰 비중을 차지하는 분산 및 공분산행렬의 역행렬을 계산하는 데 걸리는 시간을 단축시키기 위해 상기 제1 기상청 동네예보 정보에 대응되는 표본공간의 해상도를 설정된 비율로 축소시킨 후 상기 GPRM을 적용할 수 있다. Accordingly, the machine learning
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 학습부(104)에서 GPRM을 적용하는 과정에서 표본공간의 해상도를 설정된 비율로 축소시키는 과정 및 이에 따른 계산시간 성능을 나타낸 도면이다.8 is a diagram illustrating a process of reducing the resolution of a sample space to a set ratio in the process of applying the GPRM in the
상술한 바와 같이, 기계학습 기법 적용부(408)는 상기 제1 기상청 동네예보 정보에 대응되는 표본공간의 해상도를 설정된 비율로 축소시킨 후 상기 GPRM을 적용할 수 있으며, 이 경우 GPRM을 적용하는 과정에서 걸리는 시간 및 GPRM의 적용에 따른 메모리 점유율을 감소시킬 수 있다.As described above, the machine learning
도 8의 (a)를 참조하면, 기계학습 기법 적용부(408)는 예를 들어, 상기 제1 기상청 동네예보 정보에 대응되는 표본공간의 해상도를 1/4로 축소시킨 후 상기 GPRM을 적용할 수 있다. 표본공간의 해상도를 1/4, 1/2 등으로 축소시킨 후 GPRM을 적용하였을 때의 민감도 실험을 수차례 진행한 결과, 계산시간의 감소와 정확도 유지의 효율이 1/4 비율에서 가장 높게 나타났다.Referring to (a) of FIG. 8 , the machine learning
또한, 도 8의 (b)에 도시된 Met_R은 RF(Random Forest) 회귀기법을 이용한 상세화 결과를 나타내며, 도 8의 (b)에 도시된 Met-G는 GPRM 기법을 이용한 상세화 결과를 나타내며, 도 8의 (c)에 도시된 Met-GQ는 상술한 표본공간 해상도 축소가 적용된 헤그 기법을 이용한 상세화 결과를 나타낸다. 도 8의 (b)를 참조하면, 계산시간 성능이 우수한 Met-GQ의 상세화 결과가 Met-G의 상세화 결과와 유사하게 나타남을 확인할 수 있다.In addition, Met_R shown in FIG. 8(b) represents the detailed result using the RF (Random Forest) regression technique, and Met-G shown in FIG. 8(b) represents the detailed result using the GPRM technique, in FIG. The Met-GQ shown in (c) of 8 shows the detailed result using the HEG technique to which the above-described sample space resolution reduction is applied. Referring to (b) of FIG. 8 , it can be seen that the detailed result of Met-GQ, which has excellent calculation time performance, appears similar to that of Met-G.
다시 도 4로 돌아오면, 기계학습 기법 적용부(408)는 변환된 상기 기상요소들 및 상기 제1 기상청 동네예보에 대응되는 지형 변수에 GPRM 을 적용함으로써 상기 제1 기상청 동네예보 정보와 상기 제1 기상청 동네예보에 대응되는 지형 변수 간의 연관성을 추출하고, 추출된 상기 연관성을 기반으로 상기 제1 기상청 동네예보 정보를 상기 제1 해상도의 규모로 상세화하여 상기 제1 해상도의 규모에 대한 기상정보를 생성할 수 있다. Returning to FIG. 4 again, the machine learning
일 예시로서, 기계학습 기법 적용부(408)는 5km 해상도에 대한 기상요소들과 해당 기상요소들에 대응되는 지형 변수 간의 연관성을 추출한 후 추출된 상기 연관성을 기반으로 국지 규모, 예를 들어 1km 해상도에 대한 기상정보를 예측/추정할 수 있다. 즉, 기계학습 기법 적용부(408)는 기계학습 기법을 이용하여 제2 해상도의 규모에 대한 제1 기상청 동네예보 정보를 상기 제2 해상도보다 작은 제1 해상도의 규모로 상세화함으로써, 제1 해상도의 규모에 대한 기상정보를 생성할 수 있다.As an example, the machine learning
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 학습부(104)에서 예측된 기상정보(즉, 열환경 응용지수)의 예시이다.9 is an example of weather information (ie, thermal environment application index) predicted by the
도 9의 'grid' 폴더는 학습부(104)에서 예측된 1km 격자형 기상정보의 예시이며, 도 9의 'sigun' 폴더는 상기 1km 격자형 기상정보를 시군 단위로 평균화한 자료의 예시이다.The 'grid' folder of FIG. 9 is an example of 1km grid-type weather information predicted by the
도 9에 도시된 바와 같이, 5km 규모의 해상도를 갖는 제1 기상청 동네예보 정보는 상술한 기계학습 기법을 적용함에 따라 1km 규모의 해상도를 갖는 기상정보로 상세화된 것을 확인할 수 있다. 이때, 상기 기상정보는 예를 들어, 1km 규모의 일 최고기온, 일 최저기온, 3시간단위 습도, 3시간단위 기온, 3시간단위 풍속, 일 평균 속도, 일 평균 기온, 일 누적강수 등을 포함할 수 있다.As shown in FIG. 9 , it can be confirmed that the first meteorological office neighborhood forecast information having a resolution of 5 km is detailed as meteorological information having a resolution of 1 km by applying the above-described machine learning technique. In this case, the meteorological information includes, for example, the highest daily temperature on a 1km scale, the lowest daily temperature, the 3-hour unit humidity, the 3-hour unit temperature, the 3-hour unit wind speed, the daily average speed, the daily average temperature, the daily cumulative precipitation, etc. can do.
다시 도 4로 돌아오면, 후처리부(410)는 상기 기상정보를 이용하여 온습도지수(THI, Temperature Humidity Index), 온열지수(WBGT, Wet Bulb Globe Temperature), 체감온도, 일 누적강수, 시군별 평균자료 등을 산출할 수 있다.Returning to FIG. 4 again, the
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 학습부(104)에서 기상정보를 예측하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.10 is a diagram for explaining a process of predicting weather information in the
도 10을 참조하면, 상술한 바와 같이 학습부(104)는 상기 제1 기상청 동네예보 정보 중 설정된 기상요소들을 선별하고, 선별된 기상요소들을 설정된 파일형태로 변환할 수 있다(S102).Referring to FIG. 10 , as described above, the
또한, 학습부(104)는 변환된 상기 기상요소들 및 상기 제1 기상청 동네예보에 대응되는 상기 지형 변수에 기계학습 기법을 적용함으로써 상기 제1 기상청 동네예보 정보와 상기 제1 기상청 동네예보에 대응되는 지형 변수 간의 연관성을 추출하고, 추출된 상기 연관성을 기반으로 상기 제1 기상청 동네예보 정보를 상기 제1 해상도의 규모로 상세화하여 상기 제1 해상도의 규모에 대한 기상정보를 생성할 수 있다(S104, S106). 이때, 도 10의 S104 단계에 도시된 시군 구분 코드자료, 시가화농경지 마스킹, 축산지 마스킹, 과수원 마스킹, 밭 마스킹, 동네예보좌표정보, 출력좌표정보 등은 상기 연관성 추출 과정에서 상기 지형 변수의 일 파라미터로 입력되거나 또는 별도의 추가정보로 입력되어 활용될 수 있다.In addition, the
또한, 학습부(104)는 상기 기상정보를 이용하여 온습도지수(THI), 온열지수(WBGT), 체감온도, 일 누적강수, 시군별 평균자료 등을 산출할 수 있다(S108). 상기 시군별 평균자료는 예를 들어, 167개의 시군 카테고리로 구분되어 각 카테고리별로 최고기온, 최저기온, 평균기온, 평균습도, 평균풍속 정보 등이 계산 및 변환됨으로서 산출될 수 있다.In addition, the
또한, 학습부(104)는 외부 서버로부터 수집된 관측자료를 이용하여 예측된 상기 기상정보를 검증할 수 있다. Also, the
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 학습부(104)에서 예측된 기상정보의 정확도를 검증하는 과정을 나타낸 그래프이다.11 is a graph illustrating a process of verifying the accuracy of predicted weather information in the
도 11에 도시된 바와 같이, 학습부(104)는 KT 이동통신사의 서버(미도시)로부터 수집된 관측자료, 농업기상관측망 서버(미도시)로부터 수집된 RMSE(Root-Mean-Square Deviation), Correlation 값 등의 관측자료를 이용하여 예측된 상기 기상정보를 검증하고, 그 검증결과의 수치값을 데이터베이스화할 수 있다.11, the
다시 도 1로 돌아오면, 기상정보 산출부(106)는 제2 기상청 동네예보 정보가 수집되는 경우 상기 학습부(104)에 저장된 연관성 및 기상정보를 기반으로 상기 제2 기상청 동네예보 정보를 상기 제1 해상도의 규모에 대한 기상정보로 상세화하고, 상기 상세화된 기상정보를 출력할 수 있다. 즉, 기상정보 산출부(106)는 제2 기상청 동네예보 정보를 정해진 시간 간격 또는 정래진 일자마다 수집할 수 있으며, 상기 학습부(104)에서 학습된 결과를 바탕으로 상기 제2 기상청 동네예보 정보를 상기 제1 해상도의 규모에 대한 기상정보로 상세화하고, 상기 상세화된 기상정보를 출력할 수 있다.Returning to FIG. 1 , the weather
이러한 제2 기상청 동네예보 정보와 상세화된 기상정보는 앞선 기계학습 기법을 적용하는 과정에서 입력 데이터로 입력될 수 있으며, 이와 같은 과정이 반복 수행됨으로써 상기 기계학습 기법을 포함하는 학습 모델을 업데이트시키거나 최적화시킬 수 있다.The second meteorological office neighborhood forecast information and detailed weather information may be input as input data in the process of applying the preceding machine learning technique, and by repeating this process, the learning model including the machine learning technique is updated or can be optimized.
본 발명의 실시예들에 따르면, 기상청 동네예보 정보, 및 도시지표면 구성에 따른 지형, 구조물, 식생 영향 등과 같은 여러 국지적 조건 간의 통계적인 연관성을 기계학습 후 이로부터 상세화된 기상정보를 산출함으로써, 생활환경 관련 분야에서 보다 정확한 정보제공을 하는 데 도움을 줄 수 있다. According to embodiments of the present invention, by calculating detailed weather information from the statistical correlation between various local conditions, such as terrain, structures, vegetation influence, etc. according to the Meteorological Agency neighborhood forecast information and urban surface composition, after machine learning, life It can help to provide more accurate information in environment-related fields.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 열환경 응용지수 산출 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도시된 흐름도에서는 상기 방법을 복수 개의 단계로 나누어 기재하였으나, 적어도 일부의 단계들은 순서를 바꾸어 수행되거나, 다른 단계와 결합되어 함께 수행되거나, 생략되거나, 세부 단계들로 나뉘어 수행되거나, 또는 도시되지 않은 하나 이상의 단계가 부가되어 수행될 수 있다.12 is a flowchart illustrating a method for calculating a thermal environment application index according to an embodiment of the present invention. In the illustrated flowchart, the method is described by dividing the method into a plurality of steps, but at least some of the steps are performed in a different order, are performed together in combination with other steps, are omitted, are performed in sub-steps, or are not shown. One or more steps may be added and performed.
S1002 단계에서, 지표면 분석부(102)는 GIS(Geographic Information System) 정보를 기반으로 설정된 국지 규모(local scale)의 제1 해상도를 갖는 지표면 분석 모델을 구축한다.In step S1002 , the ground
S1004 단계에서, 지표면 분석부(102)는 상기 지표면 분석 모델을 이용하여 국지적 기상에 영향을 미치는 다수의 지형 변수를 산출한다.In step S1004, the ground
S1006 단계에서, 학습부(104)는 상기 제1 해상도보다 큰 제2 해상도의 규모에 대한 제1 기상청 동네예보 정보를 복수 개 수집한다.In step S1006, the
S1008 단계에서, 학습부(104)는 상기 제1 기상청 동네예보 정보 및 상기 제1 기상청 동네예보에 대응되는 상기 지형 변수에 기계학습(machine learning) 기법을 적용하여 상기 제1 기상청 동네예보 정보와 상기 제1 기상청 동네예보에 대응되는 지형 변수 간의 연관성을 추출한다.In step S1008, the
S1010 단계에서, 학습부(104)는 추출된 상기 연관성을 기반으로 상기 제1 기상청 동네예보 정보를 상기 제1 해상도의 규모로 상세화하여 상기 제1 해상도의 규모에 대한 기상정보를 예측한다.In step S1010 , the
S1012 단계에서, 기상정보 산출부(106)는 제2 기상청 동네예보 정보를 수집한다.In step S1012, the meteorological
S1014 단계에서, 기상정보 산출부(106)는 상기 학습부에 저장된 연관성 및 기상정보를 기반으로 상기 제2 기상청 동네예보 정보를 상기 제1 해상도의 규모에 대한 기상정보로 상세화한다.In step S1014, the meteorological
S1016 단계에서, 기상정보 산출부(106)는 상기 상세화된 기상정보를 출력한다.In step S1016, the weather
도 13은 예시적인 실시예들에서 사용되기에 적합한 컴퓨팅 장치를 포함하는 컴퓨팅 환경을 예시하여 설명하기 위한 블록도이다. 도시된 실시예에서, 각 컴포넌트들은 이하에 기술된 것 이외에 상이한 기능 및 능력을 가질 수 있고, 이하에 기술되지 것 이외에도 추가적인 컴포넌트를 포함할 수 있다.13 is a block diagram illustrating and describing a computing environment including a computing device suitable for use in example embodiments. In the illustrated embodiment, each component may have different functions and capabilities other than those described below, and may include additional components other than those described below.
도시된 컴퓨팅 환경(10)은 컴퓨팅 장치(12)를 포함한다. 일 실시예에서, 컴퓨팅 장치(12)는 열환경 응용지수 산출 시스템(100), 또는 열환경 응용지수 산출 시스템(100)에 포함되는 하나 이상의 컴포넌트일 수 있다.The illustrated
컴퓨팅 장치(12)는 적어도 하나의 프로세서(14), 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(16) 및 통신 버스(18)를 포함한다. 프로세서(14)는 컴퓨팅 장치(12)로 하여금 앞서 언급된 예시적인 실시예에 따라 동작하도록 할 수 있다. 예컨대, 프로세서(14)는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(16)에 저장된 하나 이상의 프로그램들을 실행할 수 있다. 상기 하나 이상의 프로그램들은 하나 이상의 컴퓨터 실행 가능 명령어를 포함할 수 있으며, 상기 컴퓨터 실행 가능 명령어는 프로세서(14)에 의해 실행되는 경우 컴퓨팅 장치(12)로 하여금 예시적인 실시예에 따른 동작들을 수행하도록 구성될 수 있다.
컴퓨터 판독 가능 저장 매체(16)는 컴퓨터 실행 가능 명령어 내지 프로그램 코드, 프로그램 데이터 및/또는 다른 적합한 형태의 정보를 저장하도록 구성된다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(16)에 저장된 프로그램(20)은 프로세서(14)에 의해 실행 가능한 명령어의 집합을 포함한다. 일 실시예에서, 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(16)는 메모리(랜덤 액세스 메모리와 같은 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리, 또는 이들의 적절한 조합), 하나 이상의 자기 디스크 저장 디바이스들, 광학 디스크 저장 디바이스들, 플래시 메모리 디바이스들, 그 밖에 컴퓨팅 장치(12)에 의해 액세스되고 원하는 정보를 저장할 수 있는 다른 형태의 저장 매체, 또는 이들의 적합한 조합일 수 있다.Computer-
통신 버스(18)는 프로세서(14), 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(16)를 포함하여 컴퓨팅 장치(12)의 다른 다양한 컴포넌트들을 상호 연결한다.
컴퓨팅 장치(12)는 또한 하나 이상의 입출력 장치(24)를 위한 인터페이스를 제공하는 하나 이상의 입출력 인터페이스(22) 및 하나 이상의 네트워크 통신 인터페이스(26)를 포함할 수 있다. 입출력 인터페이스(22) 및 네트워크 통신 인터페이스(26)는 통신 버스(18)에 연결된다. 입출력 장치(24)는 입출력 인터페이스(22)를 통해 컴퓨팅 장치(12)의 다른 컴포넌트들에 연결될 수 있다. 예시적인 입출력 장치(24)는 포인팅 장치(마우스 또는 트랙패드 등), 키보드, 터치 입력 장치(터치패드 또는 터치스크린 등), 음성 또는 소리 입력 장치, 다양한 종류의 센서 장치 및/또는 촬영 장치와 같은 입력 장치, 및/또는 디스플레이 장치, 프린터, 스피커 및/또는 네트워크 카드와 같은 출력 장치를 포함할 수 있다. 예시적인 입출력 장치(24)는 컴퓨팅 장치(12)를 구성하는 일 컴포넌트로서 컴퓨팅 장치(12)의 내부에 포함될 수도 있고, 컴퓨팅 장치(12)와는 구별되는 별개의 장치로 컴퓨팅 장치(12)와 연결될 수도 있다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 전술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다. Although the present invention has been described in detail through representative embodiments above, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can make various modifications to the above-described embodiments without departing from the scope of the present invention. will understand Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, and should be defined by the claims described below as well as the claims and equivalents.
100 : 열환경 응용지수 산출 시스템
102 : 지표면 분석부
104 : 학습부
106 : 기상정보 산출부
202 : 지표면 분석 입력자료 수집부
204 : 지표면 분석 모델 구축부
206 : 지형변수 산출부
402 : 기상청 동네예보 정보 수집부
404 : 기상요소 선별부
406 : 파일 변환부
408 : 기계학습 기법 적용부
410 : 후처리부100: Thermal environment application index calculation system
102: surface analysis unit
104: study department
106: weather information calculation unit
202: surface analysis input data collection unit
204: Surface analysis model construction unit
206: terrain variable calculation unit
402: Meteorological Agency neighborhood forecast information collection department
404: weather element selection unit
406: file conversion unit
408: machine learning technique application unit
410: post-processing unit
Claims (16)
상기 제1 해상도보다 큰 제2 해상도의 규모에 대한 제1 기상청 동네예보 정보를 복수 개 수집하고, 상기 제1 기상청 동네예보 정보에 대응되는 표본공간의 해상도를 설정된 비율로 축소시킨 상태에서 상기 제1 기상청 동네예보 정보 및 상기 제1 기상청 동네예보에 대응되는 상기 지형 변수에 기계학습(machine learning) 기법을 적용하여 상기 제1 기상청 동네예보 정보와 상기 제1 기상청 동네예보에 대응되는 지형 변수 간의 연관성을 추출하고, 추출된 상기 연관성을 기반으로 상기 제1 기상청 동네예보 정보를 상기 제1 해상도의 규모로 상세화하여 상기 제1 해상도의 규모에 대한 기상정보를 생성하는 학습부; 및
제2 기상청 동네예보 정보가 수집되는 경우 상기 학습부에 저장된 연관성 및 기상정보를 기반으로 상기 제2 기상청 동네예보 정보를 상기 제1 해상도의 규모에 대한 기상정보로 상세화하고, 상기 상세화된 기상정보를 출력하는 기상정보 산출부를 포함하며,
상기 연관성을 추출하는 과정에서 시군 구분 코드자료, 시가화농경지 구분 코드자료, 축산지 구분 코드자료, 과수원 구분 코드자료 및 밭 구분 코드자료가 상기 지형 변수의 일 파라미터로 입력됨으로써 상기 제1 해상도의 규모에 대한 기상정보가 시군단위. 시가화농경지의 시군단위, 축산지의 시군단위, 과수원의 시군단위 및 밭의 시군단위로 각각 평균화되어 계산되며,
상기 제2 기상청 동네예보 정보 및 상기 상세화된 기상정보는, 상기 기계학습 기법을 적용하는 과정에서 입력 데이터로 입력되며,
상기 제2 기상청 동네예보 정보 및 상기 상세화된 기상정보가 상기 입력 데이터로 입력되는 과정이 반복 수행됨으로써 상기 기계학습 기법을 포함하는 학습 모델이 업데이트되거나 최적화되는, 열환경 응용지수 산출 시스템.
Building a surface analysis model with a first resolution of a local scale set based on Geographic Information System (GIS) information, and calculating a number of topographical variables affecting local weather using the surface analysis model surface analysis unit;
A plurality of pieces of first meteorological office neighborhood forecast information for a scale of a second resolution greater than the first resolution are collected, and the resolution of a sample space corresponding to the first meteorological office neighborhood forecast information is reduced by a set ratio. By applying a machine learning technique to the regional forecast information of the Korea Meteorological Agency and the topographical variable corresponding to the first regional forecast of the Korea Meteorological Agency, the correlation between the first meteorological office neighborhood forecast information and the topographical variable corresponding to the first meteorological office neighborhood forecast a learning unit that extracts and refines the first meteorological office neighborhood forecast information at the scale of the first resolution based on the extracted correlation to generate weather information on the scale of the first resolution; and
When the second meteorological office neighborhood forecast information is collected, the second meteorological office neighborhood forecast information is detailed based on the association and weather information stored in the learning unit into meteorological information for the scale of the first resolution, and the detailed weather information It includes a weather information calculation unit to output,
In the process of extracting the correlation, city and county classification code data, urbanization farmland classification code data, livestock district classification code data, orchard classification code data, and field classification code data are input as one parameter of the terrain variable, so that the scale of the first resolution Weather information for city and county units. It is calculated by averaging each city-gun unit of urbanized agricultural land, city-gun unit of livestock production area, city-gun unit of orchard, and city-gun unit of field.
The second Meteorological Agency neighborhood forecast information and the detailed weather information are input as input data in the process of applying the machine learning technique,
The second Meteorological Agency neighborhood forecast information and the detailed weather information is input as the input data is repeatedly performed, whereby the learning model including the machine learning technique is updated or optimized, a thermal environment application index calculation system.
상기 지표면 분석부는, 지형의 고도 및 형태에 관한 수치지형도, 건물의 형태 및 높이에 관한 수치건물지도, 및 토지용도에 관한 토지피복지도를 포함하는 지표면 분석 입력자료를 설정된 좌표계로 변환하고, 변환된 상기 입력자료를 상기 국지 규모의 제1 해상도를 갖는 래스터(raster) 자료로 구축함으로써 상기 지표면 분석 모델을 구축하는, 열환경 응용지수 산출 시스템.
The method according to claim 1,
The ground surface analysis unit converts the ground surface analysis input data including the numerical topographic map regarding the height and shape of the terrain, the numerical building map regarding the shape and height of the building, and the land cover map regarding the land use into a set coordinate system, and the converted A thermal environment application index calculation system for building the ground surface analysis model by constructing the input data as raster data having a first resolution of the local scale.
상기 지형 변수는, 지형의 위도, 지형의 경도, 지형의 고도, 지형의 경사도, 지형의 해안선으로부터의 거리, 지형의 토지피복, 지형의 남북 또는 동서방향의 경사, 지형의 우묵한 깊이, 지형의 경사 길이, 건물의 높이, 건물의 옆면적비, 건물의 평면적비, 건물의 거칠기길이 및 특정 토지피복의 면적 비율 중 적어도 하나를 포함하는, 열환경 응용지수 산출 시스템.
The method according to claim 1,
The terrain variables include the latitude of the terrain, the longitude of the terrain, the altitude of the terrain, the slope of the terrain, the distance from the shoreline of the terrain, the land cover of the terrain, the north-south or east-west slope of the terrain, the depression depth of the terrain, the slope of the terrain A thermal environment application index calculation system, comprising at least one of a length, a height of a building, a side area ratio of a building, a floor area ratio of a building, a rough length of a building, and an area ratio of a specific land cover.
상기 학습부는, 상기 제1 기상청 동네예보 정보 중 설정된 기상요소들을 선별하고, 선별된 기상요소들을 설정된 파일형태로 변환하며, 변환된 상기 기상요소들 및 상기 제1 기상청 동네예보에 대응되는 상기 지형 변수에 기계학습 기법을 적용하는, 열환경 응용지수 산출 시스템.
The method according to claim 1,
The learning unit selects set meteorological elements from among the first meteorological office neighborhood forecast information, converts the selected meteorological elements into a set file format, and the converted meteorological elements and the terrain variable corresponding to the first meteorological office neighborhood forecast A thermal environment application index calculation system that applies machine learning techniques to
상기 학습부는, 변환된 상기 기상요소들 및 상기 제1 기상청 동네예보에 대응되는 상기 지형 변수에 GPRM(Gaussian Process Regression Model)을 적용하는, 열환경 응용지수 산출 시스템.
5. The method according to claim 4,
The learning unit, a thermal environment application index calculation system for applying a Gaussian Process Regression Model (GPRM) to the topographic variables corresponding to the converted weather elements and the first meteorological office neighborhood forecast.
상기 설정된 비율은, 1/4인, 열환경 응용지수 산출 시스템.
The method according to claim 1,
The set ratio is 1/4, the thermal environment application index calculation system.
상기 학습부는, 외부 서버로부터 수집된 관측자료를 이용하여 예측된 상기 기상정보를 검증하는, 열환경 응용지수 산출 시스템.
The method according to claim 1,
The learning unit, using the observation data collected from an external server to verify the predicted weather information, a thermal environment application index calculation system.
상기 지표면 분석부에서, 상기 지표면 분석 모델을 이용하여 국지적 기상에 영향을 미치는 다수의 지형 변수를 산출하는 단계;
학습부에서, 상기 제1 해상도보다 큰 제2 해상도의 규모에 대한 제1 기상청 동네예보 정보를 복수 개 수집하는 단계;
상기 학습부에서, 상기 제1 기상청 동네예보 정보에 대응되는 표본공간의 해상도를 설정된 비율로 축소시킨 상태에서 상기 제1 기상청 동네예보 정보 및 상기 제1 기상청 동네예보에 대응되는 상기 지형 변수에 기계학습 기법을 적용하여 상기 제1 기상청 동네예보 정보와 상기 제1 기상청 동네예보에 대응되는 지형 변수 간의 연관성을 추출하는 단계;
상기 학습부에서, 추출된 상기 연관성을 기반으로 상기 제1 기상청 동네예보 정보를 상기 제1 해상도의 규모로 상세화하여 상기 제1 해상도의 규모에 대한 기상정보를 생성하는 단계;
기상정보 산출부에서, 제2 기상청 동네예보 정보가 수집되는 경우 상기 학습부에 저장된 연관성 및 기상정보를 기반으로 상기 제2 기상청 동네예보 정보를 상기 제1 해상도의 규모에 대한 기상정보로 상세화하는 단계; 및
상기 기상정보 산출부에서, 상기 상세화된 기상정보를 출력하는 단계를 포함하며,
상기 연관성을 추출하는 과정에서 시군 구분 코드자료, 시가화농경지 구분 코드자료, 축산지 구분 코드자료, 과수원 구분 코드자료 및 밭 구분 코드자료가 상기 지형 변수의 일 파라미터로 입력됨으로써 상기 제1 해상도의 규모에 대한 기상정보가 시군단위. 시가화농경지의 시군단위, 축산지의 시군단위, 과수원의 시군단위 및 밭의 시군단위로 각각 평균화되어 계산되며,
상기 제2 기상청 동네예보 정보 및 상기 상세화된 기상정보는, 상기 기계학습 기법을 적용하는 과정에서 입력 데이터로 입력되며,
상기 제2 기상청 동네예보 정보 및 상기 상세화된 기상정보가 상기 입력 데이터로 입력되는 과정이 반복 수행됨으로써 상기 기계학습 기법을 포함하는 학습 모델이 업데이트되거나 최적화되는, 열환경 응용지수 산출 방법.
Building a surface analysis model having a first resolution of a local scale set based on the GIS information in the surface analysis unit;
calculating, in the ground surface analysis unit, a plurality of topographic variables affecting local weather by using the ground surface analysis model;
collecting, in the learning unit, a plurality of first meteorological office neighborhood forecast information for a scale of a second resolution greater than the first resolution;
In the learning unit, machine learning is performed on the first meteorological office neighborhood forecast information and the terrain variable corresponding to the first meteorological office neighborhood forecast in a state in which the resolution of the sample space corresponding to the first meteorological office neighborhood forecast information is reduced by a set ratio. extracting a correlation between the first meteorological office neighborhood forecast information and a terrain variable corresponding to the first meteorological office neighborhood forecast by applying a technique;
generating, in the learning unit, meteorological information for the scale of the first resolution by refining the neighborhood forecast information of the first meteorological agency based on the extracted correlation to the scale of the first resolution;
When the second meteorological office neighborhood forecast information is collected in the meteorological information calculator, detailing the second meteorological office neighborhood forecast information into meteorological information for the scale of the first resolution based on the correlation and meteorological information stored in the learning unit ; and
and outputting the detailed weather information from the weather information calculating unit,
In the process of extracting the correlation, city and county classification code data, urbanization farmland classification code data, livestock district classification code data, orchard classification code data, and field classification code data are input as one parameter of the terrain variable, so that the scale of the first resolution Weather information for city and county units. It is calculated by averaging each city-gun unit of urbanized agricultural land, city-gun unit of livestock production area, city-gun unit of orchard, and city-gun unit of field.
The second Meteorological Agency neighborhood forecast information and the detailed weather information are input as input data in the process of applying the machine learning technique,
The second meteorological office neighborhood forecast information and the detailed weather information is input as the input data is repeatedly performed so that the learning model including the machine learning technique is updated or optimized, a thermal environment application index calculation method.
상기 지표면 분석 모델을 구축하는 단계는, 지형의 고도 및 형태에 관한 수치지형도, 건물의 형태 및 높이에 관한 수치건물지도, 및 토지용도에 관한 토지피복지도를 포함하는 지표면 분석 입력자료를 설정된 좌표계로 변환하고, 변환된 상기 입력자료를 상기 국지 규모의 제1 해상도를 갖는 래스터 자료로 구축함으로써 상기 지표면 분석 모델을 구축하는, 열환경 응용지수 산출 방법.
10. The method of claim 9,
The step of constructing the ground surface analysis model includes setting the ground surface analysis input data including the numerical topographic map regarding the height and shape of the terrain, the numerical building map regarding the shape and height of the building, and the land cover map regarding the land use into a set coordinate system. Converting, and constructing the ground surface analysis model by constructing the converted input data as raster data having a first resolution of the local scale, a thermal environment application index calculation method.
상기 지형 변수는, 지형의 위도, 지형의 경도, 지형의 고도, 지형의 경사도, 지형의 해안선으로부터의 거리, 지형의 토지피복, 지형의 남북 또는 동서방향의 경사, 지형의 우묵한 깊이, 지형의 경사 길이, 건물의 높이, 건물의 옆면적비, 건물의 평면적비, 건물의 거칠기길이 및 특정 토지피복의 면적 비율 중 적어도 하나를 포함하는, 열환경 응용지수 산출 방법.
10. The method of claim 9,
The terrain variables include the latitude of the terrain, the longitude of the terrain, the altitude of the terrain, the slope of the terrain, the distance from the shoreline of the terrain, the land cover of the terrain, the north-south or east-west slope of the terrain, the depression depth of the terrain, the slope of the terrain A method of calculating a thermal environment application index, including at least one of length, height of a building, ratio of side area of a building, ratio of floor area of building, length of roughness of building, and area ratio of specific land cover.
상기 연관성을 추출하는 단계는, 상기 제1 기상청 동네예보 정보 중 설정된 기상요소들을 선별하고, 선별된 기상요소들을 설정된 파일형태로 변환하며, 변환된 상기 기상요소들 및 상기 제1 기상청 동네예보에 대응되는 상기 지형 변수에 기계학습 기법을 적용하는, 열환경 응용지수 산출 방법.
10. The method of claim 9,
The step of extracting the correlation includes selecting set meteorological elements from among the first meteorological office neighborhood forecast information, converting the selected meteorological elements into a set file format, and corresponding to the converted meteorological elements and the first meteorological office neighborhood forecast A method of calculating a thermal environment application index by applying a machine learning technique to the terrain variable being
상기 연관성을 추출하는 단계는, 변환된 상기 기상요소들 및 상기 제1 기상청 동네예보에 대응되는 상기 지형 변수에 GPRM을 적용하는, 열환경 응용지수 산출 방법.
13. The method of claim 12,
The extracting of the correlation comprises applying the GPRM to the converted meteorological elements and the terrain variable corresponding to the first meteorological office neighborhood forecast, a thermal environment application index calculation method.
상기 설정된 비율은, 1/4인, 열환경 응용지수 산출 방법.
10. The method of claim 9,
The set ratio is 1/4, the thermal environment application index calculation method.
상기 기상정보를 예측하여 저장하는 단계 이후,
상기 학습부에서, 외부 서버로부터 수집된 관측자료를 이용하여 예측된 상기 기상정보를 검증하는 단계를 더 포함하는, 열환경 응용지수 산출 방법.10. The method of claim 9,
After predicting and storing the weather information,
In the learning unit, the method further comprising the step of verifying the predicted weather information using the observation data collected from the external server, thermal environment application index calculation method.
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