KR102558609B1 - Method for evaluating wind speed patterns to ensure structural integrity of buildings, and computing apparatus for performing the method - Google Patents

Method for evaluating wind speed patterns to ensure structural integrity of buildings, and computing apparatus for performing the method Download PDF

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김법렬
이동은
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경북대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 건축물에 관한 풍속 패턴 평가 방법 및 컴퓨팅 장치를 개시한다.
보다 구체적으로, 풍속 패턴 평가 방법은 건축물들 사이로 순간 발생하는 환경적 바람에 의한 풍속 데이터를 수집하는 과정에서 미지의 풍속 값을 추정하기 위해 생성적 적대 전가 네트워크(GAIN: Generative Adversarial Imputation Network)를 활용함으로써, 건축물의 구조적 무결성과 보행자의 안전성을 보장한다.
The present invention discloses a wind speed pattern evaluation method and computing device for a building.
More specifically, the wind speed pattern evaluation method guarantees the structural integrity of buildings and the safety of pedestrians by utilizing a generative adversarial imputation network (GAIN) to estimate unknown wind speed values in the process of collecting wind speed data due to environmental winds occurring instantaneously between buildings.

Description

건축물의 구조적인 무결성을 보장하기 위한 풍속 패턴 평가 방법 및 상기 방법을 수행하는 컴퓨팅 장치{METHOD FOR EVALUATING WIND SPEED PATTERNS TO ENSURE STRUCTURAL INTEGRITY OF BUILDINGS, AND COMPUTING APPARATUS FOR PERFORMING THE METHOD}Wind velocity pattern evaluation method for ensuring structural integrity of a building and computing device performing the method

본 발명은 풍속 패턴 평가 방법 및 컴퓨팅 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 사용자의 안전 보행 및 건축물의 건전성을 보장하기 위해 건축물의 사이에서 순간적으로 발생하는 바람의 풍속 패턴을 평가하는 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a wind speed pattern evaluation method and a computing device, and more particularly, to a method and device for evaluating a wind speed pattern of wind instantaneously generated between buildings to ensure safe walking of a user and soundness of a building.

일반적으로, 인구 밀도가 높은 지역은 고유한 속도를 가지며, 매우 복합하고 다양한 바람의 흐름이 패턴으로 나타난다. 이러한 바람의 흐름은 거리를 지나가는 사람에도 영향을 주지만, 건축물 간 공기 흐름에도 영향을 준다. 다시 말해, 대류 계수의 영향, 건축물과 환경 간 열 전달, 강우량, 날씨 변화는 모든 기류의 영향을 받으며, 풍속의 변화는 보행자와 주민을 자극하고 유해한 상황에 기여함에 따라 많은 사건의 원인이 된다.In general, densely populated areas have their own velocities, resulting in very complex and varied wind flow patterns. This wind flow not only affects people passing on the street, but also affects the air flow between buildings. In other words, the effect of convection coefficients, heat transfer between buildings and the environment, rainfall and weather changes are all affected by air currents, and changes in wind speed cause many incidents as they contribute to irritating and harmful conditions for pedestrians and residents.

이에, 주요 대도시에서는 풍속에 의한 부정적인 결과를 방지하기 위해 도시 설계를 시작할 때, 필수적으로 바람의 흐름 패턴을 분석한다. 바람의 흐름 패턴은 건축물의 높이와 디자인, 건축물 클러스터의 특성과 같은 요소를 기반으로 단면 형상을 이용하여 평가하게 된다. 단면 형상과 같은 공기역학적 건축물 설계 조정은 심한 바람 흐름의 영향을 크게 줄일 수 있는 적합한 설계 전략이다. 이에, 건축물의 단면은 가늘어지고 둥근 모양을 갖게 되며, 정사각형의 단면 구조에 비해 구조물에 가해지는 바람 응력이 낮아지게 된다. 또한, 리프트업 건물의 설계는 주로 공기 순환을 개선하고 쉼터를 제공하며 레크리에이션 활동을 용이하게 한다. Accordingly, in major cities, wind flow patterns are necessarily analyzed when urban design is started in order to prevent negative effects caused by wind speed. The wind flow pattern is evaluated using the cross-sectional shape based on factors such as the height and design of the building and the characteristics of the building cluster. Aerodynamic building design adjustments, such as cross-sectional geometry, are suitable design strategies that can significantly reduce the effects of high wind flow. Accordingly, the cross section of the building becomes thinner and has a round shape, and the wind stress applied to the structure is lowered compared to a square cross-sectional structure. Additionally, the design of lift-up buildings primarily improves air circulation, provides shelter and facilitates recreational activities.

두 개의 건축물이 인접하여 건설되는 경우에 채널링 영향과 편자 소용돌이의 억제를 조사해야 하며, 건축물 사이에 상당한 공간이 있는 경우에는 건물 그룹의 전체 공기 역학과 단일 건물의 공기 역학이 유사하게 나타나며, 이러한 기류 패턴의 전체 규모 평가는 점점 더 어려워진다.Channeling effects and suppression of horseshoe vortices should be investigated when two buildings are built adjacently, and where there is a significant space between the buildings, the overall aerodynamics of a group of buildings and the aerodynamics of a single building appear similar, and full-scale assessment of these airflow patterns becomes increasingly difficult.

종래에는 기류 패턴의 공기 역학을 평가하기 위해 전산 유체 역학(CFD) 방법을 활용하였으며, 전산 유체 역학은 비교적 정밀도가 낮지만 전체 유동장에서 터널 테스트보다 가장 중요한 역할을 수행한다. 그러나, 전산 유체 역학은 주파수 응답의 가장 중요한 관찰을 보여주지만 풍속 평가의 범위를 제한하게 된다. 또한, 전산 유체 역학은 감지 가능한 범위에 제약이 존재함에 따라 바람 속도의 직접적인 평가가 어렵다.Conventionally, computational fluid dynamics (CFD) methods have been used to evaluate the aerodynamics of airflow patterns. Computational fluid dynamics (CFD) plays a more important role than tunnel testing in the entire flow field, although it has relatively low precision. However, while computational fluid dynamics presents the most important observations of frequency response, it limits the scope of wind velocity evaluation. In addition, computational fluid dynamics is difficult to directly evaluate the wind speed as there are limitations in the detectable range.

최근에는 전자 유체 역학 보다 넓은 영역에 대해 더 높은 정밀도를 제공하는 PIV를 제공하였으며, PIV는 추적 입자의 속도를 직접적으로 계산함에 따라 바람의 흐름 유형(유동장 및 이미지 데이터)을 실시간으로 캡쳐가 가능하다. 이후, PIV는 각 사진 데이터를 작은 섹션으로 분할하고, 조명의 시간 간격에 따른 거리 벡터를 이용해 실제 풍속을 추정한다. 그러나, PIV는 많은 이점이 있음에도 불구하고 특정 위치에서 레이저 광 차폐 효과로 인해 바람의 흐름을 정확하게 측정할 수 없다. 이에, PIV는 레이저 광선 차폐로 인한 누락 값을 예측하는데 활용되었으며, 이전 연구에서는 구조물 주변의 풍압 패턴과 영향을 분석하기 위해 머신 러닝(ML: Machine Learning)과 딥 러닝(DL: Deep Learning)을 많이 사용한다.Recently, PIV, which provides higher precision over a wider area than electrohydrodynamics, has been provided. PIV can capture wind flow types (flow field and image data) in real time by directly calculating the speed of the tracking particle. After that, PIV divides each photo data into small sections and estimates the actual wind speed using the distance vector according to the time interval of lighting. However, although PIV has many advantages, it cannot accurately measure the wind flow at a specific location due to the laser light shielding effect. Accordingly, PIV has been used to predict missing values due to laser beam shielding, and in previous studies, machine learning (ML) and deep learning (DL) are widely used to analyze wind pressure patterns and effects around structures.

하지만, 누락 값을 예측함에 있어, 머신 러닝은 증가된 매개변수의 수로 인해 데이터 간의 과적합 문제를 일으키며, 딥 러닝은 바람의 흐름 패턴을 측정할 수 없는 경우가 발생함에 따라 건축물의 바람 영향을 측정하는데 어려움에 있다.However, in predicting missing values, machine learning causes overfitting problems between data due to the increased number of parameters, and deep learning has difficulties in measuring the wind effect of buildings as wind flow patterns cannot be measured.

본 발명은 복수의 건축물들 사이에 순간적으로 발생하는 바람의 풍속 패턴에 대한 평가를 수행함으로써, 건축물의 구조적 무결성과 모든 층에 보행자의 안정을 보장하는 따른 흐름 패턴을 포괄적으로 판단하는 풍속 패턴 평가 방법을 제공한다.The present invention provides a wind speed pattern evaluation method that comprehensively determines the flow pattern along which guarantees the structural integrity of a building and the safety of pedestrians on all floors by evaluating the wind speed pattern of wind generated instantaneously between a plurality of buildings.

본 발명은 풍속 데이터를 기반으로 관측되지 않은 데이터를 예측하는 머신 러닝 접근 방식의 생성적 적대 네트워크 모델을 통해 풍속 데이터에서 제로 또는, NaN으로 대치된 풍속 값을 예측하는 풍속 패턴 평가 방법을 제공한다.The present invention provides a wind speed pattern evaluation method for predicting a wind speed value substituted with zero or NaN in wind speed data through a generative adversarial network model of a machine learning approach that predicts unobserved data based on wind speed data.

본 발명은 예측된 풍속 데이터의 풍속 값을 히트맵으로 시각화하여 시각화된 히트맵에 따른 풍속 패턴을 평가하는 풍속 패턴 평가 방법을 제공한다.The present invention provides a wind speed pattern evaluation method that evaluates the wind speed pattern according to the visualized heat map by visualizing wind speed values of predicted wind speed data as a heat map.

본 발명의 일실시예에 따른 풍속 패턴 평가 방법은 입자 이미지 속도계(PIV)를 이용하여 건축물들 사이로 순간 발생하는 환경적 바람에 의한 풍속 데이터를 측정하는 단계; 상기 풍속 데이터가 측정된 건축물들을 포함하는 대상 영역에서 상기 입자 이미지 속도계의 광원을 차단하는 투영 영역을 설정하는 단계; 상기 투영 영역에 속하는 풍속 데이터의 풍속 값을 제로(0) 또는, NaN(Not a Number)로 대치하는 단계; 전가 학습을 통해 상기 풍속 데이터의 제로 또는, NaN가 아닌 풍속 값을 분석하여 상기 제로 또는, NaN로 대치된 풍속 값을 예측하는 단계; 및 상기 예측된 풍속 값을 히트맵으로 시각화하여 상기 시각화된 히트맵에 따른 풍속 패턴을 평가하는 단계를 포함할 수 있다.A wind speed pattern evaluation method according to an embodiment of the present invention includes measuring wind speed data by environmental wind generated instantaneously between buildings using a particle image velocimetry (PIV); setting a projection area blocking a light source of the particle image speedometer in a target area including buildings where the wind speed data is measured; replacing wind speed values of the wind speed data belonging to the projection area with zero (0) or NaN (Not a Number); predicting a wind speed value replaced with zero or NaN by analyzing a wind speed value other than zero or NaN of the wind speed data through imputation learning; and visualizing the predicted wind speed value as a heat map and evaluating a wind speed pattern according to the visualized heat map.

본 발명의 실시예에 따른 풍속 데이터를 측정하는 단계는, 입자 이미지 속도계의 광원을 특정 시간 주기로 발광 시켜서 상기 건축물들 사이를 이동하는 수평적인 공기의 속도를 나타내는 풍속 데이터를 측정할 수 있다.In the step of measuring wind speed data according to an embodiment of the present invention, the light source of the particle image speedometer may emit light at a specific time period to measure wind speed data representing the speed of air moving horizontally between the buildings.

본 발명의 실시예에 따른 설정하는 단계는, 상기 대상 영역에서 측정된 풍속 데이터의 풍속 값들 중에 상기 입자 이미지 속도계의 광원이 차단됨에 따라 누락된 값을 갖는 투영 영역을 설정할 수 있다.In the setting step according to an embodiment of the present invention, among the wind speed values of the wind speed data measured in the target area, a projection area having a missing value as the light source of the particle image speedometer is blocked may be set.

본 발명의 실시예에 따른 대치하는 단계는, 상기 풍속 데이터의 풍속 값들 간 연결 특성을 고려하여 상기 풍속 데이터의 누락된 값을 제로 또는, NaN로 대치할 수 있다.In the replacing step according to an embodiment of the present invention, the missing value of the wind speed data may be replaced with zero or NaN in consideration of a connection characteristic between wind speed values of the wind speed data.

본 발명의 실시예에 따른 예측하는 단계는, 상기 전가 학습을 위해 적대적 방식으로 훈련되는 생성 네트워크 모델 및 판별 네트워크 모델에 풍속 데이터를 적용하는 상기 제로 또는, NaN로 대치된 풍속 값을 예측할 수 있다.In the predicting step according to an embodiment of the present invention, the wind speed value substituted with zero or NaN may be predicted by applying wind speed data to the generative network model and the discriminatory network model trained in an adversarial manner for the imputation learning.

본 발명의 실시예에 따른 생성 네트워크 모델은, 상기 풍속 데이터의 풍속 값과 스푸핑(Spoofing) 된 값 간의 구별하여, 판별 네트워크 모델의 예측 비율을 향상시키는 기능을 수행하고, 상기 판별 네트워크 모델은, 상기 생성 네트워크 모델에서 사용될 스푸핑 된 값을 생성하고, 상기 생성 네트워크 모델의 오류 손실을 감소시키는 기능을 수행할 수 있다.The generative network model according to an embodiment of the present invention distinguishes between the wind speed value of the wind speed data and a spoofed value to perform a function of improving a prediction ratio of the discriminant network model, and the discriminant network model can generate a spoofed value to be used in the generative network model and perform a function of reducing error loss of the generative network model.

본 발명의 실시예에 따른 예측하는 단계는, 상기 생성 네트워크 모델을 통해 상기 풍속 데이터의 제로 또는, NaN가 아닌 풍속 값과 스푸핑 된 값을 입력 받는 단계; 상기 판별 네트워크 모델을 통해 상기 입력된 제로 또는, NaN가 아닌 풍속 값과 스푸핑 된 값을 대상으로 풍속 데이터의 벡터 형식에 따른 실제 구성 요소와 거짓 구성 요소를 구별하는 단계; 및 상기 구별된 실제 구성 요소와 거짓 구성 요소를 고려하여 상기 제로 또는, NaN로 대치된 풍속 값을 예측하는 단계를 포함할 수 있다.The predicting step according to an embodiment of the present invention may include receiving a wind speed value other than zero or NaN and a spoofed value of the wind speed data through the generated network model; discriminating a real component and a false component according to a vector format of wind speed data from the inputted wind speed value other than zero or NaN and the spoofed value through the discrimination network model; and estimating the wind speed value replaced with zero or NaN in consideration of the distinguished real component and false component.

본 발명의 실시예에 따른 평가하는 단계는, 상기 시각화된 히트맵에 따른 상기 예측된 풍속 값의 평균 풍속으로부터 상기 건축물 사이에서 순간 발생한 바람의 풍속 패턴을 평가할 수 있다.In the evaluating step according to an embodiment of the present invention, a wind speed pattern of wind generated instantaneously between the buildings may be evaluated from an average wind speed of the predicted wind speed values according to the visualized heat map.

본 발명의 일실시예에 따른 풍속 패턴 평가 방법을 수행하는 컴퓨팅 장치에 있어서, 상기 컴퓨팅 장치는, 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는, 입자 이미지 속도계를 이용하여 건축물들 사이로 순간 발생하는 환경적 바람에 의한 풍속 데이터를 측정하고, 상기 풍속 데이터가 측정된 건축물들을 포함하는 대상 영역에서 상기 입자 이미지 속도계의 광원을 차단하는 투영 영역을 설정하고, 상기 투영 영역에 속하는 풍속 데이터의 풍속 값을 제로 또는, NaN로 대치하고, 전가 학습을 통해 상기 풍속 데이터의 제로 또는, NaN가 아닌 풍속 값을 분석하여 상기 제로 또는, NaN로 대치된 풍속 값을 예측하고, 상기 예측된 풍속 값을 히트맵으로 시각화하여 상기 시각화된 히트맵에 따른 풍속 패턴을 평가할 수 있다.In a computing device that performs a wind speed pattern evaluation method according to an embodiment of the present invention, the computing device includes a processor, wherein the processor measures wind speed data due to environmental wind generated instantaneously between buildings using a particle image velocimetry, sets a projected area in which a light source of the particle image velocimetry is blocked in a target area including the buildings where the wind speed data is measured, replaces a wind speed value of the wind speed data belonging to the projected area with zero or NaN, and replaces the wind speed value of the wind speed data belonging to the projected area with zero or NaN. Wind speed values that are not zero or NaN of the wind speed data are analyzed to predict wind speed values substituted with the zero or NaN values, and the predicted wind speed values are visualized as a heat map to evaluate a wind speed pattern according to the visualized heat map.

본 발명의 실시예에 따른 프로세서는, 입자 이미지 속도계의 광원을 특정 시간 주기로 발광 시켜서 상기 건축물들 사이를 이동하는 수평적인 공기의 속도를 나타내는 풍속 데이터를 측정할 수 있다.The processor according to an embodiment of the present invention may measure wind speed data representing the speed of horizontal air moving between the buildings by emitting light from the light source of the particle image velocity meter at a specific time period.

본 발명의 실시예에 따른 프로세서는, 상기 대상 영역에서 측정된 풍속 데이터의 풍속 값들 중에 상기 입자 이미지 속도계의 광원이 차단됨에 따라 누락된 값을 갖는 투영 영역을 설정할 수 있다.The processor according to an embodiment of the present invention may set a projection area having a missing value among the wind speed values of the wind speed data measured in the target area as the light source of the particle image speedometer is blocked.

본 발명의 실시예에 따른 프로세서는, 상기 풍속 데이터의 풍속 값들 간 연결 특성을 고려하여 상기 풍속 데이터의 누락된 값을 제로 또는, NaN로 대치하는 컴퓨팅 장치.A processor according to an embodiment of the present invention replaces a missing value of the wind speed data with zero or NaN in consideration of a connection characteristic between wind speed values of the wind speed data.

본 발명의 실시예에 따른 프로세서는, 상기 전가 학습을 위해 적대적 방식으로 훈련되는 생성 네트워크 모델 및 판별 네트워크 모델에 풍속 데이터를 적용하는 상기 제로 또는, NaN로 대치된 풍속 값을 예측할 수 있다.The processor according to an embodiment of the present invention may predict the wind speed value substituted with the zero or NaN for applying the wind speed data to the generative network model and the discriminatory network model trained in an adversarial manner for the imputation learning.

본 발명의 실시예에 따른 프로세서는, 상기 생성 네트워크 모델을 통해 상기 풍속 데이터의 제로 또는, NaN가 아닌 풍속 값과 스푸핑 된 값을 입력 받고, 상기 판별 네트워크 모델을 통해 상기 입력된 제로 또는, NaN가 아닌 풍속 값과 스푸핑 된 값을 대상으로 풍속 데이터의 벡터 형식에 따른 실제 구성 요소와 거짓 구성 요소를 구별하고, 상기 구별된 실제 구성 요소와 거짓 구성 요소를 고려하여 상기 제로 또는, NaN로 대치된 풍속 값을 예측할 수 있다.The processor according to the embodiment of the present invention is to distinguish between the actual components and false components according to the vector format of the wind speed data for zero, or the value of the input through the discriminating network model, or the values that are not NAN, or the value of the wind speed and the spoiled value of the wind speed data through the generating network model. In consideration of the distinctive components and false components that are distinct, the zero or wind speed value confronted with the nan may be predicted.

본 발명의 일실시예에 의하면, 풍속 패턴 평가 방법은 복수의 건축물들 사이에 순간적으로 발생하는 바람의 풍속 패턴에 대한 평가를 수행함으로써, 건축물의 구조적 무결성과 모든 층에 보행자의 안정을 보장하는 따른 흐름 패턴을 포괄적으로 판단할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the wind speed pattern evaluation method evaluates the wind speed pattern of wind generated instantaneously between a plurality of buildings, thereby ensuring the structural integrity of the building and the safety of pedestrians on all floors. It can comprehensively determine the flow pattern.

본 발명의 일실시예에 의하면, 풍속 패턴 평가ㄴ 방법은 풍속 데이터를 기반으로 관측되지 않은 누락 값을 예측하는 머신 러닝 접근 방식의 생성적 적대 네트워크 모델을 통해 풍속 데이터에서 제로 또는, NaN으로 대치된 풍속 값을 예측할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the method for evaluating wind speed patterns can predict wind speed values substituted with zero or NaN in wind speed data through a generative adversarial network model of a machine learning approach that predicts missing unobserved values based on wind speed data.

본 발명의 일실시예에 의하면, 풍속 패턴 평가 방법은 예측된 풍속 데이터의 풍속 값을 히트맵으로 시각화하여 시각화된 히트맵에 따른 풍속 패턴을 평가할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the wind speed pattern evaluation method may evaluate the wind speed pattern according to the visualized heat map by visualizing wind speed values of the predicted wind speed data as a heat map.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 건축물의 건전성을 보장하는 전반적인 시스템을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 풍속 패턴 평가 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 건축물의 대상 영역에서 미지의 풍속 값을 포함하는 투영 영역을 설정하기 위해 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 ML 알고리즘으로 GAIN 모델을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 GAIN 모델에 따른 성능 및 제곱 오차를 확인하기 위해 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 건축물의 사이에서 순간 발생한 바람에 의한 실제 평균 풍속과 GAIN 모델을 통한 평균 풍속을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 풍속 데이터의 풍속 값과 GAIN 모델을 통해 도출된 대입 값을 이용하여 순간 풍속을 시각화한 그래프이다.
1 is a diagram illustrating an overall system for ensuring the soundness of a building according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating a wind speed pattern evaluation method according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph for setting a projection area including an unknown wind speed value in a target area of a building according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram for explaining a GAIN model with an ML algorithm according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph for confirming performance and square error according to a GAIN model according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph showing the average wind speed through the actual average wind speed and the GAIN model by wind generated instantaneously between buildings according to an embodiment of the present invention.
7 is a graph visualizing instantaneous wind speed using wind speed values of wind speed data and substitution values derived through a GAIN model according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 건축물의 건전성을 보장하는 전반적인 시스템을 설명하기 위해 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating an overall system for ensuring the soundness of a building according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참고하면, 컴퓨팅 장치(101)는 입자 이미지 속도계(PIV: Particle Image Velocimetry)를 통해 건축물들(102) 사이로 순간 발생하는 환경적 바람의 풍속 패턴을 평가할 수 있다. 컴퓨팅 장치(101)는 건축물들(102)에서 입자 이미지 속도계와 연동 가능한 카메라를 사용하여 건축물들(102) 사이를 이동하는 수평적인 공기의 속도를 기록할 수 있다. 입자 이미지 속도계는 건축물들(102) 사이에 발생하는 바람을 추적 입자로 하여 추적 입자에 레이저 광을 비추어 산란되는 산란 입자를 시각화할 수 있다. 컴퓨팅 장치(101)는 입자 이미지 속도계에 의해 시각화 된 입자로부터 바람에 의한 풍속 데이터를 측정할 수 있다. 여기서, 풍속 데이터는 건축물들(102)의 길이와 풍속이 측정된 높이를 포함할 수 있으며, 건축물들(102)과 바람 간의 마찰 속도 및 표면 거칠기를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , the computing device 101 may evaluate a wind speed pattern of environmental wind generated instantaneously between buildings 102 through particle image velocimetry (PIV). The computing device 101 may record the horizontal speed of air moving between the buildings 102 by using a camera capable of interlocking with the particle image velocimetry in the buildings 102 . The particle image speedometer may visualize scattered particles by using wind generated between the buildings 102 as a tracking particle and irradiating a laser light on the tracking particle. The computing device 101 may measure wind speed data due to wind from particles visualized by the particle image velocimetry. Here, the wind speed data may include the length of the buildings 102 and the height at which the wind speed is measured, and may include a frictional speed between the buildings 102 and wind and surface roughness.

컴퓨팅 장치(101)는 풍속 데이터가 측정된 건축물들(102)을 포함하는 대상 영역에서 입자 이미지 속도계의 광원을 차단하는 투영 영역을 설정할 수 있다. 다시 말해, 입자 이미지 속도계는 건축물들(102) 사이로 순간 발생하는 풍속을 예측 가능하지만, 레이저 광을 활용함에 따라 특정 지역에서 풍속 데이터의 수집이 불가할 수 있다. 이에, 컴퓨팅 장치(101)는 머신 러닝 접근 방식(ML: Machine Learning)을 사용하여 순간적인 바람 손실 측정을 대체함으로써, 레이저 차광으로 인해 발생하는 바람 특성에 대한 심층 조사를 수행할 수 있다. 컴퓨팅 장치(101)는 풍속 데이터의 누락 값을 추정하기 위해 머신 러닝 접근 방식의 생성적 적대 전가 네트워크(GAIN) 모델을 활용할 수 있다.The computing device 101 may set a projection area in which a light source of the particle image speedometer is blocked in a target area including the buildings 102 where wind speed data is measured. In other words, although the particle image speedometer can predict the instantaneous wind speed between the buildings 102 , it may not be possible to collect wind speed data in a specific area as laser light is used. Accordingly, the computing device 101 may perform an in-depth investigation of wind characteristics generated by laser light blocking by replacing the instantaneous wind loss measurement using a machine learning approach (ML). Computing device 101 may utilize a generative adversarial imputation network (GAIN) model of a machine learning approach to estimate missing values of wind speed data.

생성적 적대 전가 네트워크(GAIN) 모델은 전가 학습을 위해 적대적 방식으로 훈련되는 생성 네트워크 모델 및 판별 네트워크 모델을 포함할 수 있다. 생성 네트워크 모델은, 풍속 데이터의 풍속 값과 스푸핑(Spoofing) 된 값 간의 구별하여, 판별 네트워크 모델의 예측 비율을 향상시키는 기능을 수행하며, 판별 네트워크 모델은, 생성 네트워크 모델에서 사용될 스푸핑 된 값을 생성하고, 생성 네트워크 모델의 오류 손실을 감소시키는 기능을 수행할 수 있다.Generative Adversarial Imputation Network (GAIN) models may include generative network models and discriminant network models that are trained in an adversarial manner for imputation learning. The generative network model distinguishes between the wind speed value of the wind speed data and the spoofed value, and performs a function of improving the prediction ratio of the discriminant network model. The discriminant network model can generate a spoofed value to be used in the generative network model, and can perform a function of reducing error loss of the generative network model.

컴퓨팅 장치(101)는 풍속 데이터를 생성적 적대 전가 네트워크(GAIN) 모델에 적용함으로써, 건축물들(102) 주변의 가장 가까운 넓은 위치에서 입자 이미지 속도계에 의해 레이저 차광의 결과로 측정되지 않은 풍속 데이터의 누락 값을 추정할 수 있다.Computing device 101 applies the wind speed data to a generative adversarial imputation network (GAIN) model, thereby estimating missing values of wind speed data not measured as a result of laser occlusion by the particle image velocimetry at the nearest wide location around buildings 102.

결국, 컴퓨팅 장치(101)는 건축물들(102)에 의한 완전한 공기 역학적 특성을 얻기 위한 건축물들(102)의 넓은 지역에서 미지의 풍속을 추정하기 위해 입자 이미지 속도계와 생성적 적대 전가 네트워크 모델을 통합함으로써, 건축물의 구조적 무결성과 보행자의 안정을 포괄적으로 보장할 수 있다.As a result, the computing device 101 integrates the particle image velocimetry and the generative adversarial imputation network model to estimate the unknown wind speed in a large area of the buildings 102 to obtain complete aerodynamic characteristics by the buildings 102, thereby comprehensively ensuring the structural integrity of the buildings and the safety of pedestrians.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 풍속 패턴 평가 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.2 is a flowchart illustrating a wind speed pattern evaluation method according to an embodiment of the present invention.

단계(201)에서 컴퓨팅 장치는 입자 이미지 속도계(PIV)를 이용하여 건축물들 사이로 순간 발생하는 환경적 바람에 의한 풍속 데이터를 측정할 수 있다. 컴퓨팅 장치는 입자 이미지 속도계의 광원을 특정 시간 주기로 발광시킴으로써, 건축물들 사이를 이동하는 수평적인 공기의 속도를 나타내는 풍속 데이터를 측정할 수 있다.In step 201, the computing device may measure wind speed data by environmental wind generated instantaneously between buildings using a particle image velocimetry (PIV). The computing device may measure wind speed data indicating the speed of horizontal air moving between buildings by emitting light of the particle image velociometer at a specific time period.

단계(202)에서 컴퓨팅 장치는 풍속 데이터가 측정된 건축물들을 포함하는 대상 영역에서 입자 이미지 속도계의 광원을 차단하는 투영 영역을 설정할 수 있다. 컴퓨팅 장치는 대상 영역에서 측정된 풍속 데이터의 풍속 값들 중 입자 이미지 속도계의 광원이 차단됨에 따라 누락된 값을 갖는 투영 영역을 설정할 수 있다.In operation 202, the computing device may set a projection area blocking a light source of the particle image velocimetry in a target area including buildings where wind speed data is measured. The computing device may set a projection area having missing values among wind speed values of the wind speed data measured in the target area because the light source of the particle image speedometer is blocked.

단계(203)에서 컴퓨팅 장치는 투영 영역에 속하는 풍속 데이터의 풍속 값을 제로(0) 또는, NaN(Not a Number)로 대치할 수 있다. 컴퓨팅 장치는 풍속 데이터의 풍속 값들 간 연결 특성을 고려하여 상기 풍속 데이터의 누락된 값을 제로 또는, NaN로 대치할 수 있다.In step 203, the computing device may replace the wind speed value of the wind speed data belonging to the projection area with zero (0) or NaN (Not a Number). The computing device may replace the missing value of the wind speed data with zero or NaN in consideration of a connection characteristic between wind speed values of the wind speed data.

단계(204)에서 컴퓨팅 장치는 전가 학습을 통해 풍속 데이터의 제로 또는, NaN가 아닌 풍속 값을 분석하여 제로 또는, NaN로 대치된 풍속 값을 예측할 수 있다. 컴퓨팅 장치는 전가 학습을 위해 적대적 방식으로 훈련되는 생성 네트워크 모델 및 판별 네트워크 모델에 풍속 데이터를 적용하는 제로 또는, NaN로 대치된 풍속 값을 예측할 수 있다. 여기서, 생성 네트워크 모델은, 상기 풍속 데이터의 풍속 값과 스푸핑된 값 간의 구별하여, 판별 네트워크 모델의 예측 비율을 향상시키는 기능을 수행할 수 있다. 판별 네트워크 모델은 생성 네트워크 모델에서 사용될 스푸핑 된 값을 생성하고, 생성 네트워크 모델의 오류 손실을 감소시키는 기능을 수행할 수 있다.In step 204 , the computing device may predict a wind speed value replaced with zero or NaN by analyzing a wind speed value other than zero or NaN of the wind speed data through imputation learning. For imputation learning, the computing device may predict a wind speed value substituted with zero or NaN for applying wind speed data to a generative network model and a discriminatory network model trained in an adversarial manner. Here, the generating network model may perform a function of improving a prediction rate of the discriminating network model by discriminating between a wind speed value and a spoofed value of the wind speed data. The discriminant network model can generate spoofed values to be used in the generative network model, and can perform a function of reducing error loss in the generative network model.

또한, 컴퓨팅 장치는 생성 네트워크 모델을 통해 풍속 데이터의 제로 또는, NaN가 아닌 풍속 값과 스푸핑 된 값을 입력 받을 수 있다. 컴퓨팅 장치는 판별 네트워크 모델을 통해 입력된 제로 또는, NaN가 아닌 풍속 값과 스푸핑 된 값을 대상으로 풍속 데이터의 벡터 형식에 따른 실제 구성 요소와 거짓 구성 요소를 구별할 수 있다. 컴퓨팅 장치는 실제 구성 요소와 거짓 구성 요소를 고려하여 제로 또는, NaN로 대치된 풍속 값을 예측할 수 있다.In addition, the computing device may receive a wind speed value other than zero or NaN and a spoofed value of the wind speed data through the generated network model. The computing device may discriminate between real and false components according to the vector format of wind speed data, targeting wind speed values that are not zero or non-NaN input and spoofed values through the discriminant network model. The computing device may estimate the wind speed value substituted with zero or NaN considering the real and false components.

단계(205)에서 컴퓨팅 장치는 풍속 값을 히트맵으로 시각화하여 시각화된 히트맵에 따른 풍속 패턴을 평가할 수 있다. 컴퓨팅 장치는 시각화된 히트맵에 따른 예측된 풍속 값의 평균 풍속으로부터 건축물 사이에서 순간 발생한 바람의 풍속 패턴을 평가할 수 있다.In step 205, the computing device may visualize wind speed values as a heat map and evaluate a wind speed pattern according to the visualized heat map. The computing device may evaluate a wind speed pattern of wind instantaneously generated between buildings from an average wind speed of predicted wind speed values according to the visualized heat map.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 건축물의 대상 영역에서 미지의 풍속 값을 포함하는 투영 영역을 설정하기 위해 도시한 그래프이다.3 is a graph for setting a projection area including an unknown wind speed value in a target area of a building according to an embodiment of the present invention.

도 3의 (a)를 참고하면, 컴퓨팅 장치는 입자 이미지 속도계를 이용하여 바람에 의한 풍속 데이터를 수집할 수 있다. 입자 이미지 속도계는 건축물들의 주변에서 순간적으로 발생하는 속도와 패턴을 평가하기 위해 레이저 광에 의한 산란 입자를 이미지화 할 수 있다. 컴퓨팅 장치는 산란 입자가 이미지화 된 결과에 따른 풍속 데이터를 측정할 수 있다.Referring to (a) of FIG. 3 , the computing device may collect wind speed data due to wind using a particle image velocimetry. Particle image velocimetry can image particles scattered by laser light to evaluate the speed and pattern that occur instantaneously around buildings. The computing device may measure wind speed data according to a result of scattering particles being imaged.

이에, 컴퓨팅 장치는 도 3의 (b)에 따라 풍속 데이터가 측정된 건축물들을 포함하는 대상 영역에서 입자 이미지 속도계의 광원을 차단하는 투영 영역(301)을 설정할 수 있다. 이를 위해, 컴퓨팅 장치는 입자 이미지 속도계를 통해 측정된 풍속 데이터의 값을 분석하여 '0'이 아닌 풍속 값을 추출할 수 있다. 컴퓨팅 장치는 '0'이 아닌 값으로 추출된 풍속 값에 따른 미지의 풍속 값을 갖는 투영 영역(301)을 설정할 수 있다.Accordingly, the computing device may set the projection area 301 blocking the light source of the particle image speedometer in the target area including the buildings for which the wind speed data is measured according to (b) of FIG. 3 . To this end, the computing device may extract a wind speed value other than '0' by analyzing a value of the wind speed data measured through the particle image velocimetry. The computing device may set the projection area 301 having an unknown wind speed value according to the extracted wind speed value as a value other than '0'.

보다 상세하게, 건축물이 존재하는 전체 지역 즉 대상 영역에서 발생하는 순간 풍속은 입자 이미지 속도계의 레이저 광을 차단하는 사각형 부분이 존재할 수 있고, 사각형 부분은 레이저 광의 차폐로 인해 풍속 측정을 방해할 수 있다. 이에, 컴퓨팅 장치는 풍속 데이터 중 레이저 광의 차폐로 인해 측정되지 않는 미지의 풍속 값을 순간 흐름 조건에 대해 '0' 으로 설정할 수 있다.More specifically, the instantaneous wind speed generated in the entire area where the building exists, that is, the target area, may have a rectangular portion blocking the laser light of the particle image speedometer, and the rectangular portion may interfere with wind speed measurement due to the blocking of the laser light. Accordingly, the computing device may set an unknown wind speed value, which is not measured due to shielding of the laser light, as '0' for the instantaneous flow condition among the wind speed data.

컴퓨팅 장치는 생성적 적대 전가 네트워크 모델을 활용하여 건축물의 특정 위치에서 바람의 특성을 정확하게 분석하기 위해 입자 이미지 속도계를 통해 직접 기록되지 않은 누락 값을 추정할 수 있다. 컴퓨팅 장치는 생성적 적대 전가 네트워크 모델을 개발함에 있어, 풍속 데이터의 누락 값을 대치하기 위해 '0'이 아닌 순간 풍속을 지정할 수 있다.Computing devices can utilize generative adversarial imputation network models to estimate missing values that are not directly recorded through particle image velocimetry to accurately analyze wind characteristics at specific locations on buildings. In developing the generative adversarial imputation network model, the computing device may designate an instantaneous wind speed other than '0' to replace a missing value of the wind speed data.

이에 따라, 컴퓨팅 장치는 '0'이 아닌 풍속 값과 미지의 풍속 값을 갖는 풍속 데이터를 생성적 적대 전가 네트워크 모델에 적용할 수 있다. 컴퓨팅 장치는 투영 영역에 속하는 풍속 데이터의 풍속 값을 제로(0) 또는, NaN(Not a Number)로 대치할 수 있다. 컴퓨팅 장치는 생성적 적대 전가 네트워크 모델을 사용하여 입자 이미지 속도계에 따른 관측의 풍속을 전가하여 건축물 주변의 선택된 위치에서의 풍압을 정확하게 분석할 수 있다.Accordingly, the computing device may apply wind speed data having a non-zero wind speed value and an unknown wind speed value to the generative adversarial imputation network model. The computing device may replace the wind speed value of the wind speed data belonging to the projection area with zero (0) or NaN (Not a Number). The computing device may accurately analyze the wind pressure at a selected location around the building by imputing the observed wind speed according to the particle image velocimetry using the generative adversarial imputation network model.

결국, 컴퓨팅 장치는 풍속 데이터에서 측정되지 않은 풍속의 누락 값을 추정하기 위해 머신 러닝 접근 방식의 생성적 적대 전가 네트워크 모델을 활용할 수 있다. 컴퓨팅 장치는 풍속 데이터를 생성적 적대 전가 네트워크 모델에 적용함으로써, 풍속의 누락 값을 추출할 수 있다.Finally, the computing device may utilize the machine learning approach's generative adversarial imputation network model to estimate missing values of unmeasured wind speeds in the wind speed data. The computing device may extract the missing value of the wind speed by applying the wind speed data to the generative adversarial imputation network model.

일례로, 컴퓨팅 장치는 임의의 555개소에서 완전 기록된 풍속을 지정하여 전체 측정 지점에서의 생성적 적대 전가 네트워크 모델을 생성할 수 있다. 컴퓨팅 장치는 생성적 적대 전가 네트워크 모델을 통한 다양한 수학적 계산을 수행함에 따라 생성적 적대 전가 네트워크 모델의 효율성을 평가할 수 있다. 이후, 컴퓨팅 장치는 풍속 데이터를 생성적 적대 전가 네트워크 모델에 적용함으로써, 건축물의 선택된 위치에서의 풍압을 분석할 수 있다.As an example, the computing device can specify the fully recorded wind speed at any 555 locations to create a generative adversarial imputation network model at all measurement points. The computing device may evaluate the efficiency of the generative adversarial imputation network model by performing various mathematical calculations through the generative adversarial imputation network model. Then, the computing device may analyze the wind pressure at the selected location of the building by applying the wind speed data to the generative adversarial transfer network model.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 ML 알고리즘으로 GAIN 모델을 설명하기 위해 도시한 도면이다.4 is a diagram for explaining a GAIN model with an ML algorithm according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참고하면, 컴퓨팅 장치는 본 발명의 전가 접근법의 목적에 따라 다른 변수 및 가정의 알려진 값을 기반으로 누락 값(Null)을 추정할 수 있다. 컴퓨팅 장치는 데이터 저장소에 이미 존재하는 다른 특성을 포함한 기 예측된 풍속 값을 사용하여 누락 값에 대한 예측을 수행할 수 있다.Referring to FIG. 4 , the computing device may estimate a missing value (Null) based on known values of other variables and assumptions according to the purpose of the imputation approach of the present invention. The computing device may make a prediction for the missing value using the previously predicted wind speed value including other characteristics already present in the data store.

본 발명에서 컴퓨팅 장치는 풍속 데이터의 누락 값을 대치하기 위해 두 가지의 서로 다른 접근 방식을 사용할 수 있다.In the present invention, the computing device may use two different approaches to impute missing values of wind speed data.

① 제1 접근 방식① First approach

제1 접근 방식은 대체 접근 방식으로, 해당 결과의 데이터를 사용하기 전에 미리 결정된 매개 변수 집합을 기반으로 유사한 결과를 분류하는 접근 방식일 수 있다. 이때, 제1 접근 방식은 샘플링되지 않은 데이터 세트로 작업할 때 빈 값을 대체하기 위해 원래 데이터 베이스에서 예상되는 널 데이터(Null Data)를 사용할 수 있다.The first approach is an alternative approach, which may be an approach that classifies similar results based on a predetermined set of parameters before using the data for that result. In this case, the first approach can use the expected Null Data in the original database to replace empty values when working with unsampled data sets.

② 제2 접근 방식② Second approach

제2 접근 방식은 전체 데이터 세트를 기반으로 미리 검증된 계산 접근 방식을 사용하여 풍속 데이터에 포함된 누락 값을 예측할 수 있다. 제2 접근 방식은 사용 가능한 정보의 격차에 대처할 수 있다.The second approach can predict missing values included in the wind speed data using a pre-verified computational approach based on the entire data set. A second approach can address the gap in available information.

본 발명에서 컴퓨팅 장치는 머신 러닝에 기반한 계산 접근 방식을 활용하여 건축물의 주변에서 누락된 풍속 값을 추정할 수 있다.In the present invention, the computing device may estimate the missing wind speed value around the building by using a calculation approach based on machine learning.

컴퓨팅 장치는 머신 러닝에 기반한 계산 접근 방식을 이용해 풍속 데이터를 대치할 수 있다. 보다 자세하게, 머신 러닝에 기반한 계산 접근 방식은 '0'을 모델 훈련을 위한 데이터가 없음을 나타내는 것으로 간주할 수 있다. 컴퓨팅 장치는 이를 고려하여 누락된 풍속 데이터를 제로(0) 또는, NaN(Not a Number)로 대치할 수 있다. 컴퓨팅 장치는 머신 러닝 접근 방식에 따라 데이터 세트의 불완전한 값을 예측하기 전에 채워진 '0' 값의 구조를 고려할 수 있다. 컴퓨팅 장치는 '0' 값의 구조를 갖도록 알려진 정보와 알려지지 않은 정보 간의 연결 특성을 활용함으로써, 불완전한 데이터를 보완할 수 있다. 연결 특성은 다음과 같을 수 있다.A computing device may impute wind speed data using a computational approach based on machine learning. More specifically, a computational approach based on machine learning may regard '0' as indicating no data for model training. In consideration of this, the computing device may replace the missing wind speed data with zero (0) or Not a Number (NaN). The computing device may consider the structure of the filled '0' values before predicting the incomplete values of the data set according to the machine learning approach. The computing device may supplement incomplete data by utilizing a connection characteristic between known information and unknown information to have a '0' value structure. Connection characteristics may be as follows.

① 제1 연결 특성① First connection characteristics

컴퓨팅 장치는 '0' 값이 무작위로 생성된 경우 및, 완전 누락된 무작위(MFAR) 값이 관찰된 값과의 조정 없이 발생한 경우를 고려할 수 있다.The computing device may consider the case where the '0' value was randomly generated and the case where a completely missing random (MFAR) value occurred without adjustment with the observed value.

② 제2 연결 특성② Second connection characteristics

컴퓨팅 장치는 빈 데이터가 다른 속성에 대해 발견된 데이터와 관계가 있는 경우 무작위 누락(MAR)된 경우를 고려할 수 있다.A computing device may consider a case of Random Missing (MAR) if the blank data correlates with data found for other attributes.

③ 제3 연결 특성③ Third connection characteristics

컴퓨팅 장치는 빈 값이 관찰되는 요인과 관찰되지 않는 변수 모두에 따라 달라지는 경우 값은 무작위가 아닌 값이 누락(MNAR)된 경우를 고려할 수 있다.Computing devices may consider missing values (MNAR) where values are not random when the bin values depend on both observed and unobserved variables.

이후, 컴퓨팅 장치는 전가 학습을 통해 상기 풍속 데이터의 제로 또는, NaN가 아닌 풍속 값을 분석하여 상기 제로 또는, NaN로 대치된 풍속 값을 예측할 수 있다. 컴퓨팅 장치는 예측된 풍속 값을 히트맵으로 시각화하고, 시각화된 히트맵에 따른 풍속 패턴을 평가할 수 있다.Thereafter, the computing device may analyze a wind speed value other than zero or NaN of the wind speed data through imputation learning and predict a wind speed value replaced with the zero or NaN. The computing device may visualize the predicted wind speed value as a heat map and evaluate a wind speed pattern according to the visualized heat map.

컴퓨팅 장치는 머신 러닝 접근 방식의 생성적 적대 네트워크 모델을 활용할 수 있다. 생성적 적대 네트워크 모델은 두 개의 독립적인 신경망을 결합한 피드백 루프를 사용함에 따라 최적의 결과값을 도출할 수 있다. 여기서, 두 개의 독립적인 신경망은 전가 학습을 위해 적대적 방식으로 훈련되는 생성 네트워크 모델(401) 및 판별 네트워크 모델(402)을 포함할 수 있다. 생성적 적대 네트워크 모델은 생성 네트워크 모델(401)과 판별 네트워크 모델(402)을 동시 작동함으로써, 신뢰할 수 있는 누락 값을 전가할 수 있다. 결국, 생성적 적대 네트워크 모델은 모든 데이터 세트에서 찾을 수 있는 불완전한 데이터를 처리할 수 있는 머신 러닝 모델일 수 있다.Computing devices may utilize generative adversarial network models of machine learning approaches. The generative adversarial network model can derive optimal results by using a feedback loop combining two independent neural networks. Here, the two independent neural networks may include a generative network model 401 and a discriminant network model 402 trained in an adversarial manner for imputation learning. The generative adversarial network model can reliably impute missing values by simultaneously operating the generative network model 401 and the discriminant network model 402 . After all, generative adversarial network models can be machine learning models that can handle imperfect data that can be found in any data set.

생성적 적대 네트워크 모델은 건축물의 특정 지역에서 누락된 풍속 값을 근사화할 수 있으며, 누락된 풍속 값에 의한 풍속 패턴을 보다 효율적으로 도출할 수 있다.The generative adversarial network model can approximate the missing wind speed values in a specific area of a building and more efficiently derive the wind speed pattern by the missing wind speed values.

판별 네트워크 모델(402)은, 풍속 데이터의 풍속 값과 스푸핑된 값의 차이를 구별하는데 사용되며 생성 네트워크 모델(401)의 예측 비율을 향상시키는 기능을 수행할 수 있다.The discrimination network model 402 is used to discriminate the difference between the wind speed value of the wind speed data and the spoofed value, and can perform a function of improving the prediction rate of the generating network model 401 .

생성 네트워크 모델(401)은, 판별 네트워크 모델(402)에서 사용될 스푸핑 된 값 즉 가짜 샘플을 생성하고, 판별 네트워크 모델(402)의 오류 손실을 감소시키는 기능을 수행할 수 있다.The generator network model 401 may generate a spoofed value, ie, a fake sample, to be used in the discriminant network model 402 and may perform a function of reducing error loss of the discriminant network model 402 .

결국, 본 발명에서 판별 네트워크 모델(402)과 생성 네트워크 모델(401)은 적대적 방식으로 훈련함으로써, 생성 네트워크 모델은 판별 네트워크 모델(402)의 잘못된 예측 비율을 높이려고 시도하며, 판별 네트워크 모델(402)은 생성 네트워크 모델의 분류 오류 손실을 최소화하도록 수행할 수 있다.As a result, in the present invention, by training the discriminant network model 402 and the generative network model 401 in an adversarial manner, the generative network model attempts to increase the erroneous prediction rate of the discriminant network model 402, and the discriminant network model 402 can perform to minimize the classification error loss of the generative network model.

이하에서는, 생성적 적대 네트워크 모델이 작동하는 방식을 순차적으로 설명하도록 한다.In the following, we will explain sequentially how the generative adversarial network model works.

생성 네트워크 모델(401)은 생성 네트워크 모델(401)의 생성기(G)가 벡터를 사용하여 불완전한 값을 수집한 다음 후속 단계에서 판별 네트워크 모델(402)의 판별자(D)가 해당 값을 입력으로 사용하도록 제공할 수 있다.The generator (G) of the generative network model (401) collects the incomplete values using the vectors, and then in a subsequent step, the discriminator (D) of the discriminant network model (402) can provide those values to be used as inputs.

본 발명은 생성 네트워크 모델(401)의 생성기(G)가 판별 네트워크 모델(402)의 판별자(D)를 사용하여 적절하게 학습하도록 하기 위해 힌트 메커니즘을 사용할 수 있다. 여기서, 힌트 메커니즘은 정확한 지식을 얻기 위해 생성 네트워크 모델(401)의 생성기(G)에게 추가로 제공되는 정보일 수 있다. 추가로 제공되는 정보는 힌트 벡터 H일 수 있으며, 힌트 벡터 H는 생성 네트워크 모델(401)의 생성기(G)가 실제 데이터와 유사한 분포 패턴을 갖는 결측 데이터를 생성하는데 도움을 줄 수 있다.The present invention may use a hint mechanism to ensure that the generator (G) of the generative network model (401) learns appropriately using the discriminator (D) of the discriminant network model (402). Here, the hint mechanism may be information additionally provided to the generator G of the generation network model 401 to obtain accurate knowledge. The additionally provided information may be a hint vector H, and the hint vector H may help the generator G of the generating network model 401 generate missing data having a similar distribution pattern to actual data.

또한, 생성적 적대 네트워크 모델의 워크플로우는 다음과 같을 수 있다.In addition, the workflow of the generative adversarial network model may be as follows.

컴퓨팅 장치는 수학식 1을 참고하여 풍속 데이터 내 누락 값을 추출할 수 있다.The computing device may extract a missing value in the wind speed data by referring to Equation 1.

수학식 1을 참고하면, 는 D 차원 공간이고, 는 V 값을 취하는 연속 변수이고 는 분포 함수를 나타낼 수 있다. 는 랜덤 변수로 간주하며, 랜덤 변수 S는 를 입력으로 사용할 수 있다. 여기서, Z는 데이터 행렬, S는 마스크 행렬을 의미할 수 있다.Referring to Equation 1, is a D-dimensional space, is a continuous variable that takes the value of V may represent a distribution function. is regarded as a random variable, and the random variable S is can be used as input. Here, Z may mean a data matrix and S may mean a mask matrix.

수학식 1에 따르면, 모든 은 새로운 공간()으로 나타낼 수 있으며, 여기서, *는 Vi가 아닌 임의의 위치를 나타내며 측정되지 않은 값을 나타낼 수 있다. 이를 로 나타내며, 새로운 확률 변수 로 나타낼 수 있다.According to Equation 1, all is the new space ( ), where * indicates an arbitrary position other than V i and may indicate an unmeasured value. this , a new random variable can be expressed as

또한, 수학식 1의 S는 Z의 측정된 요소를 나타내며, 의 이러한 실현된 복제는 로 표시될 수 있다. 해당 절차에서의 주요 목적은 각 의 값을 추정하는 것일 수 있으며, 대치된 값은 분포 함수 를 적용하여 추출할 수 있다.Also, S in Equation 1 represents the measured component of Z, This realized replication of can be displayed as The main purpose of the procedure is to It may be to estimate the value of , and the imputed value is a distribution function can be extracted by applying

여기서, 는 D 차원 공간에서 결측값을 대치하기 위해 모든 I 번째 위치에 대해 로 주어진 조건부 분포 함수일 수 있으며, 이를 통해 풍속 데이터의 모델 분포로부터 예측된 누락 값의 불확실성이 캡처될 수 있다. 계산 분포 함수는 생성적 적대 네트워크 모델을 사용하여 동기 부여하는 로 정의될 수 있다. 생성 네트워크 모델(401) 및 판별 네트워크 모델(402)은 데이터 세트에 없는 값을 대치하기 위해 생성적 적대 네트워크 모델의 대치 과정에서 활용될 수 있다.here, is for every I-th position to impute missing values in D-dimensional space. It can be a conditional distribution function given by , through which the uncertainty of the missing value predicted from the model distribution of wind speed data can be captured. Computational distribution functions are motivating using a generative adversarial network model. can be defined as The generative network model 401 and the discriminant network model 402 may be utilized in the imputation process of the generative adversarial network model to impute values not present in the data set.

생성적 적대 네트워크 모델에서 생성 네트워크 모델(401)은 , S, 잡음 변수 및 X 값을 입력으로 사용하고 가 출력될 수 있다. 이를 함수로 정의하고, 를 차원 잡음으로 정의할 수 있다. 또한, 확률 변수 는 다음의 수학식 2 내지 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.In the generative adversarial network model, the generative network model 401 is , S, the noise variable and X values as input, and can be output. this defined as a function, can be defined as dimensional noise. Also, a random variable Can be expressed as Equations 2 to 3 below.

여기서, 은 요소별 곱셈을 나타내고, 는 예측된 샘플의 벡터 형식을 나타내고, 는 완료된 데이터의 벡터 형식을 나타낼 수 있다.where denotes element-by-element multiplication, denotes the vector form of the predicted sample, may represent the vector format of the completed data.

한편, 본 발명은 생성 네트워크 모델(401)의 생성기(G)의 훈련 중 도전 과제가 될 판별 네트워크 모델(402)의 판별자(D)를 구현할 수 있다. 판별 네트워크 모델(402)의 판별자(D)는 판별자는 마스크 벡터 s를 예측할 목적으로 실수 성분과 거짓 성분을 구별할 수 있다. 이를 통해 판별 네트워크 모델(402)의 판별자(D)는 전체 벡터가 정품인지 여부를 식별할 수 있다.On the other hand, the present invention can implement the discriminator D of the discriminant network model 402, which will be a challenge during training of the generator G of the generative network model 401. The discriminator D of the discriminant network model 402 can discriminate between real and false components for the purpose of predicting the mask vector s. Through this, the discriminator D of the discriminant network model 402 can identify whether the entire vector is genuine.

판별 네트워크 모델(402)의 판별자(D)의 함수는 로 표현되며, 의 각 요소는 의 i번째() 구성요소와 관련된 가능성이 실제로 측정되었을 가능성과 일치할 수 있다.The function of the discriminator (D) of the discriminant network model 402 is is expressed as Each element of the ith of ( ) may coincide with the actual measured probability associated with the component.

또한, 힌트 메커니즘은 힌트 벡터 H로 표시된 공간에서 값을 취할 수 있는 H로 표시된 랜덤 변수로 구성하며, 결측값 으로 전가되는 모든 것을 힌트 메커니즘 분포 에 따라 다르게 나타날 수 있다. In addition, the hint mechanism consists of a random variable denoted by H that can take a value in the space denoted by the hint vector H, and the missing value Distributing the hint mechanism may appear differently.

힌트 벡터 H의 추정값은 다른 입력과 함께 판별 네트워크 모델(402)의 판별자(D)로 전송되며, 판별 네트워크 모델(402)의 판별자(D)의 함수는 최종적으로 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.The estimated value of the hint vector H is transmitted to the discriminator D of the discriminant network model 402 along with other inputs, and the function of the discriminator D of the discriminant network model 402 can be finally expressed as in Equation 4.

여기서, 의 i번째() 요소는 의 i번째() 요소가 에서 조건부로 측정되었을 가능성과 일치할 수 있다.here, the ith of ( ) element is i th of ( ) element is may be consistent with the probability of being conditionally measured in .

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 GAIN 모델에 따른 성능 및 제곱 오차를 확인하기 위해 도시한 그래프이다.5 is a graph for confirming performance and square error according to a GAIN model according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참고하면, 컴퓨팅 장치는 평가 기준에서 건축물을 둘러싼 풍속 데이터의 평균 분산과 평균 표준 편차를 모두 고려할 수 있다. 컴퓨팅 장치는 풍속 데이터의 실제 수치와 생성적 적대 네트워크 모델에서 예상한 수치를 비교할 수 있다. 이는 표 1에서 확인할 수 있다.Referring to FIG. 5 , the computing device may consider both the average variance and the average standard deviation of wind speed data surrounding the building in the evaluation criterion. The computing device may compare the actual value of the wind speed data with the value predicted by the generative adversarial network model. This can be seen in Table 1.

표 1에 따른 풍속 데이터의 효율성은 구조 시스템의 다양한 영역에서 예측되고 측정된 평균 풍속을 대조하여 평가될 수 있다. 성능 평가 결과에 따른 예측 풍속이 측정값에서 벗어나는 정도는 극히 미미한 것으로 확인될 수 있다.생성적 적대 네트워크 모델은 예측된 풍속 0.073과 0.965의 AMSE와 ASS를 각각 나타났으며, AMSE가 최소이고 ASS가 가장 높은 풍속 분포로 나타남에 따라 보다 높은 정확도로 예측할 수 있습니다.The effectiveness of wind speed data according to Table 1 can be evaluated by comparing predicted and measured average wind speeds in various areas of the rescue system. It can be confirmed that the degree of deviation of the predicted wind speed from the measured value according to the performance evaluation result is extremely insignificant. The generative adversarial network model showed AMSE and ASS of 0.073 and 0.965 predicted wind speed, respectively.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 건축물의 사이에서 순간 발생한 바람에 의한 실제 평균 풍속과 GAIN 모델을 통한 평균 풍속을 나타낸 그래프이다.6 is a graph showing the average wind speed through the actual average wind speed and the GAIN model by wind generated instantaneously between buildings according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참고하면, 컴퓨팅 장치는 서로 다른 알고리즘의 효율성을 공정하게 비교하기 위해서, 순간적인 시간 간격에서 실제 풍속 패턴과 추정된 풍속 패턴을 시각화할 수 있다. 컴퓨팅 장치는 예측된 풍속 값을 히트맵으로 시각화할 수 있다.Referring to FIG. 6 , the computing device may visualize an actual wind speed pattern and an estimated wind speed pattern in an instantaneous time interval in order to fairly compare the efficiency of different algorithms. The computing device may visualize the predicted wind speed values as a heat map.

컴퓨팅 장치는 제안된 건축물과 지리적으로 가장 가까운 555개 장소에서 히트맵을 시각화할 수 있다. 컴퓨팅 장치는 모델을 통해 누락된 데이터 대치 영역에 대한 최적의 ML 접근 방식을 결정할 수 있다.The computing device can visualize heat maps at the 555 locations geographically closest to the proposed building. The computing device can determine the optimal ML approach for missing data imputation areas through the model.

본 평가 과정에서 히트맵 제시 접근은 1에서 1,000에 이르는 총 100개의 서로 다른 순간 풍속(IWV)에서 수행될 수 있다. 이는 도 6의 (a)와 같이 실제 및 각 모델에 의해 귀속된 순시 평균 풍속의 히트 맵으로 표현될 수 있다. 또한, 실제(IWV) 값은 도 6의 (b)와 같이 건축물의 넓은 영역에서 실제(IWV) 값으로 표시될 수 있다.In this evaluation process, the heat map presentation approach can be performed at a total of 100 different IWVs ranging from 1 to 1,000. As shown in (a) of FIG. 6, this can be expressed as a heat map of actual and instantaneous average wind speeds attributed to each model. In addition, the actual (IWV) value may be displayed as an actual (IWV) value in a wide area of a building as shown in (b) of FIG. 6 .

본 발명의 컴퓨팅 장치는 ML 모델을 개발하고 훈련하기 위해 다양한 위치에서 실제 기록된 풍속 측정값을 각각 수동으로 값 0으로 대체할 수 있다. 컴퓨팅 장치는 0으로 귀속된 히트 맵에 따른 GAIN 방법을 활용하여 풍속 데이터를 귀속시킨 후 생성된 히트 맵의 시각화할 수 있다.The computing device of the present invention may manually substitute a value of 0 for each actually recorded wind speed measurement at various locations to develop and train the ML model. The computing device may use the GAIN method according to the heat map attributed to 0 to attribute the wind speed data and then visualize the generated heat map.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 풍속 데이터의 풍속 값과 GAIN 모델을 통해 도출된 대입 값을 이용하여 순간 풍속을 시각화한 그래프이다.7 is a graph visualizing instantaneous wind speed using wind speed values of wind speed data and substitution values derived through a GAIN model according to an embodiment of the present invention.

GAIN 모델을 사용하여 선택된 지역의 추정된 순간 풍속은 도 7의 (b)와 같이 나타낼 수 있으며, 대조적으로 실제 속도를 갖는 순간 풍속은 도 7의 (a)와 같이 나타낼 수 있다. 본 발명에서 컴퓨팅 장치는 서로 유사한 히트맵으로 시각화 함에 따라 풍속 패턴의 특징을 나타낼 수 있다.The estimated instantaneous wind speed of the region selected using the GAIN model can be represented as shown in FIG. In the present invention, the computing device may represent the characteristics of the wind speed pattern by visualizing a heat map similar to each other.

컴퓨팅 장치는 건축물 주변의 광범위한 영역에 대한 순간 평균 풍속 측정을 사용했으며, 서로 인접한 두 건물 주변의 가장 가까운 위치에서 광대한 누락 영역에 걸쳐 누락된 풍속을 대치하기 위한 최적의 ML 모델을 개발할 수 있다.The computing device used instantaneous average wind speed measurements over a wide area around the building, and could develop an optimal ML model to impute the missing wind speed across the vast missing area at the nearest location around two adjacent buildings.

컴퓨팅 장치는 건물 모델의 위치에 가장 가까운 광역에서 순간 풍속의 상당한 대치 성능을 제공할 수 있으며, 컴퓨팅 장치는 생성적 적대 네트워크 모델을 활용함으로써, 누락 값의 비율이 더 높은 데이터 세트의 경우에도 누락된 풍속을 근사화할 수 있다.Computing devices can provide significant imputation performance of instantaneous wind speeds in the wide area closest to the location of the building model, and by utilizing generative adversarial network models, computing devices can approximate missing wind speeds even for data sets with a higher proportion of missing values.

결과적으로, 생성적 적대 네트워크 모델은 인접한 두 건물 주변의 무작위 및 가장 가까운 넓은 영역 모두에서 레이저 광 차폐의 결과로 입자 이미지 속도계에서 관찰되지 않은 풍속을 추정할 수 있다.As a result, the generative adversarial network model can estimate wind speeds not observed in the particle image velocimetry as a result of laser light shielding both at random and in the nearest wide area around two adjacent buildings.

한편, 본 발명에 따른 방법은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성되어 마그네틱 저장매체, 광학적 판독매체, 디지털 저장매체 등 다양한 기록 매체로도 구현될 수 있다.Meanwhile, the method according to the present invention is written as a program that can be executed on a computer and can be implemented in various recording media such as magnetic storage media, optical reading media, and digital storage media.

본 명세서에 설명된 각종 기술들의 구현들은 디지털 전자 회로조직으로, 또는 컴퓨터 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어로, 또는 그들의 조합들로 구현될 수 있다. 구현들은 데이터 처리 장치, 예를 들어 프로그램가능 프로세서, 컴퓨터, 또는 다수의 컴퓨터들의 동작에 의한 처리를 위해, 또는 이 동작을 제어하기 위해, 컴퓨터 프로그램 제품, 즉 정보 캐리어, 예를 들어 기계 판독가능 저장 장치(컴퓨터 판독가능 매체) 또는 전파 신호에서 유형적으로 구체화된 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수 있다. 상술한 컴퓨터 프로그램(들)과 같은 컴퓨터 프로그램은 컴파일된 또는 인터프리트된 언어들을 포함하는 임의의 형태의 프로그래밍 언어로 기록될 수 있고, 독립형 프로그램으로서 또는 모듈, 구성요소, 서브루틴, 또는 컴퓨팅 환경에서의 사용에 적절한 다른 유닛으로서 포함하는 임의의 형태로 전개될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 하나의 사이트에서 하나의 컴퓨터 또는 다수의 컴퓨터들 상에서 처리되도록 또는 다수의 사이트들에 걸쳐 분배되고 통신 네트워크에 의해 상호 연결되도록 전개될 수 있다.Implementations of the various techniques described herein may be implemented in digital electronic circuitry, or in computer hardware, firmware, software, or combinations thereof. Implementations may be implemented as a computer program product, i.e. a computer program tangibly embodied in an information carrier, e.g. a machine readable storage device (computer readable medium) or radio signal, for processing by, or for controlling the operation of, a data processing device, e.g. a programmable processor, computer, or operation of multiple computers. Computer programs, such as the computer program(s) described above, may be written in any form of programming language, including compiled or interpreted languages, and may be deployed in any form, including as a stand-alone program or as a module, component, subroutine, or other unit suitable for use in a computing environment. A computer program can be deployed to be processed on one computer or multiple computers at one site or distributed across multiple sites and interconnected by a communication network.

컴퓨터 프로그램의 처리에 적절한 프로세서들은 예로서, 범용 및 특수 목적 마이크로프로세서들 둘 다, 및 임의의 종류의 디지털 컴퓨터의 임의의 하나 이상의 프로세서들을 포함한다. 일반적으로, 프로세서는 판독 전용 메모리 또는 랜덤 액세스 메모리 또는 둘 다로부터 명령어들 및 데이터를 수신할 것이다. 컴퓨터의 요소들은 명령어들을 실행하는 적어도 하나의 프로세서 및 명령어들 및 데이터를 저장하는 하나 이상의 메모리 장치들을 포함할 수 있다. 일반적으로, 컴퓨터는 데이터를 저장하는 하나 이상의 대량 저장 장치들, 예를 들어 자기, 자기-광 디스크들, 또는 광 디스크들을 포함할 수 있거나, 이것들로부터 데이터를 수신하거나 이것들에 데이터를 송신하거나 또는 양쪽으로 되도록 결합될 수도 있다. 컴퓨터 프로그램 명령어들 및 데이터를 구체화하는데 적절한 정보 캐리어들은 예로서 반도체 메모리 장치들, 예를 들어, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(Magnetic Media), CD-ROM(Compact Disk Read Only Memory), DVD(Digital Video Disk)와 같은 광 기록 매체(Optical Media), 플롭티컬 디스크(Floptical Disk)와 같은 자기-광 매체(Magneto-Optical Media), 롬(ROM, Read Only Memory), 램(RAM, Random Access Memory), 플래시 메모리, EPROM(Erasable Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM) 등을 포함한다. 프로세서 및 메모리는 특수 목적 논리 회로조직에 의해 보충되거나, 이에 포함될 수 있다.Processors suitable for processing a computer program include, by way of example, both general and special purpose microprocessors, and any one or more processors of any kind of digital computer. Generally, a processor will receive instructions and data from read only memory or random access memory or both. Elements of a computer may include at least one processor that executes instructions and one or more memory devices that store instructions and data. In general, a computer may include one or more mass storage devices that store data, such as magnetic, magneto-optical disks, or optical disks, or may be coupled to receive data from or transmit data to, or both. Information carriers suitable for embodying computer program instructions and data include, for example, semiconductor memory devices, for example, magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical media such as compact disk read only memory (CD-ROM) and digital video disks (DVD), magneto-optical media such as floptical disks, read memory only (ROM), random access memory (RAM). , flash memory, EPROM (Erasable Programmable ROM), EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM), and the like. The processor and memory may be supplemented by, or included in, special purpose logic circuitry.

또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용매체일 수 있고, 컴퓨터 저장매체 및 전송매체를 모두 포함할 수 있다.In addition, computer readable media may be any available media that can be accessed by a computer, and may include both computer storage media and transmission media.

본 명세서는 다수의 특정한 구현물의 세부사항들을 포함하지만, 이들은 어떠한 발명이나 청구 가능한 것의 범위에 대해서도 제한적인 것으로서 이해되어서는 안되며, 오히려 특정한 발명의 특정한 실시형태에 특유할 수 있는 특징들에 대한 설명으로서 이해되어야 한다. 개별적인 실시형태의 문맥에서 본 명세서에 기술된 특정한 특징들은 단일 실시형태에서 조합하여 구현될 수도 있다. 반대로, 단일 실시형태의 문맥에서 기술한 다양한 특징들 역시 개별적으로 혹은 어떠한 적절한 하위 조합으로도 복수의 실시형태에서 구현 가능하다. 나아가, 특징들이 특정한 조합으로 동작하고 초기에 그와 같이 청구된 바와 같이 묘사될 수 있지만, 청구된 조합으로부터의 하나 이상의 특징들은 일부 경우에 그 조합으로부터 배제될 수 있으며, 그 청구된 조합은 하위 조합이나 하위 조합의 변형물로 변경될 수 있다.Although this specification contains many specific implementation details, they should not be construed as limiting on the scope of any invention or what is claimed, but rather as a description of features that may be unique to a particular embodiment of a particular invention. Certain features that are described in this specification in the context of separate embodiments may also be implemented in combination in a single embodiment. Conversely, various features that are described in the context of a single embodiment can also be implemented in multiple embodiments individually or in any suitable subcombination. Further, while features may operate in particular combinations and be initially depicted as such claimed, one or more features from a claimed combination may in some cases be excluded from that combination, and the claimed combination may be modified as a subcombination or variation of a subcombination.

마찬가지로, 특정한 순서로 도면에서 동작들을 묘사하고 있지만, 이는 바람직한 결과를 얻기 위하여 도시된 그 특정한 순서나 순차적인 순서대로 그러한 동작들을 수행하여야 한다거나 모든 도시된 동작들이 수행되어야 하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 특정한 경우, 멀티태스킹과 병렬 프로세싱이 유리할 수 있다. 또한, 상술한 실시형태의 다양한 장치 컴포넌트의 분리는 그러한 분리를 모든 실시형태에서 요구하는 것으로 이해되어서는 안되며, 설명한 프로그램 컴포넌트와 장치들은 일반적으로 단일의 소프트웨어 제품으로 함께 통합되거나 다중 소프트웨어 제품에 패키징 될 수 있다는 점을 이해하여야 한다.Similarly, while actions are depicted in the drawings in a particular order, it should not be construed as requiring that those actions be performed in the specific order shown or in the sequential order, or that all depicted actions must be performed to obtain desired results. In certain cases, multitasking and parallel processing can be advantageous. Further, the separation of various device components in the embodiments described above should not be understood as requiring such separation in all embodiments, and it should be understood that the program components and devices described may generally be integrated together into a single software product or packaged into multiple software products.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.On the other hand, the embodiments of the present invention disclosed in this specification and drawings are only presented as specific examples to aid understanding, and are not intended to limit the scope of the present invention. In addition to the embodiments disclosed herein, it is obvious to those skilled in the art that other modified examples based on the technical idea of the present invention can be implemented.

101: 컴퓨팅 장치
102: 건축물
101: computing device
102: Architecture

Claims (14)

입자 이미지 속도계(PIV)를 이용하여 건축물들 사이로 순간 발생하는 환경적 바람에 의한 풍속 데이터를 측정하는 단계;
상기 풍속 데이터가 측정된 건축물들을 포함하는 대상 영역에서 상기 입자 이미지 속도계의 광원을 차단하는 투영 영역을 설정하는 단계;
상기 투영 영역에 속하는 풍속 데이터의 풍속 값을 제로(0) 또는, NaN(Not a Number)로 대치하는 단계;
제로(0)값의 구조를 갖도록 알려진 정보와 알려지지 않은 정보 간의 연결 특성을 활용하여 상기 제로 또는, NaN로 대치된 풍속 값을 보완하는 단계;
전가 학습을 통해 상기 풍속 데이터의 제로 또는, NaN가 아닌 풍속 값을 분석하여 상기 제로 또는, NaN로 대치된 풍속 값을 예측하는 단계; 및
상기 예측된 풍속 값을 히트맵으로 시각화하여 상기 시각화된 히트맵에 따른 풍속 패턴을 평가하는 단계
를 포함하고,
상기 연결 특성은,
제로(0)값이 무작위로 생성되거나, 완전 누락된 무작위(MFAR) 값이 관찰된 값과의 조정 없이 발생한 경우를 고려하는 제1 연결 특성,
상기 제로 또는, NaN로 대치된 풍속 값이 다른 속성에 대해 발견된 데이터와 관계가 있어 무작위 누락(MAR)된 경우를 고려하는 제2 연결 특성, 및
상기 제로 또는, NaN로 대치된 풍속 값이 관찰되는 요인과 관찰되지 않는 변수 모두에 따라 달라져서 무작위가 아닌 값이 누락(MNAR)된 경우를 고려하는 제3 연결 특성을 포함하는 풍속 패턴 평가 방법.
Measuring wind speed data due to environmental wind generated instantaneously between buildings using a particle image velocimetry (PIV);
setting a projection area blocking a light source of the particle image speedometer in a target area including buildings where the wind speed data is measured;
replacing wind speed values of the wind speed data belonging to the projection area with zero (0) or NaN (Not a Number);
supplementing the wind speed value substituted with the zero or NaN by utilizing a connection characteristic between known information and unknown information to have a zero (0) value structure;
predicting a wind speed value replaced with zero or NaN by analyzing a wind speed value other than zero or NaN of the wind speed data through imputation learning; and
Evaluating a wind speed pattern according to the visualized heat map by visualizing the predicted wind speed value as a heat map
including,
The connection characteristics are,
A first linkage characteristic that takes into account the case where zero values are randomly generated, or completely missing random (MFAR) values occur without adjustment with observed values;
A second connection characteristic considering the case where the wind speed value substituted with zero or NaN is randomly missing (MAR) because it is related to data found for other attributes, and
A wind speed pattern evaluation method comprising a third connection characteristic considering a case where a non-random value is missing (MNAR) because the wind speed value substituted with zero or NaN depends on both observed factors and unobserved variables.
제1항에 있어서,
상기 풍속 데이터를 측정하는 단계는,
입자 이미지 속도계의 광원을 특정 시간 주기로 발광 시켜서 상기 건축물들 사이를 이동하는 수평적인 공기의 속도를 나타내는 풍속 데이터를 측정하는 풍속 패턴 평가 방법.
According to claim 1,
Measuring the wind speed data,
A wind speed pattern evaluation method for measuring wind speed data representing the speed of horizontal air moving between the buildings by emitting light from a particle image speedometer at a specific time period.
제1항에 있어서,
상기 설정하는 단계는,
상기 대상 영역에서 측정된 풍속 데이터의 풍속 값들 중에 상기 입자 이미지 속도계의 광원이 차단됨에 따라 누락된 값을 갖는 투영 영역을 설정하는 풍속 패턴 평가 방법.
According to claim 1,
In the setting step,
The wind speed pattern evaluation method of setting a projected area having a missing value as the light source of the particle image speedometer is blocked among the wind speed values of the wind speed data measured in the target area.
제3항에 있어서,
상기 대치하는 단계는,
상기 풍속 데이터의 풍속 값들 간 연결 특성을 고려하여 상기 풍속 데이터의 누락된 값을 제로(0) 또는, NaN(Not a Number)로 대치하는 풍속 패턴 평가 방법.
According to claim 3,
The replacing step is
The wind speed pattern evaluation method of replacing missing values of the wind speed data with zero (0) or NaN (Not a Number) in consideration of connection characteristics between wind speed values of the wind speed data.
제1항에 있어서,
상기 예측하는 단계는,
상기 전가 학습을 위해 적대적 방식으로 훈련되는 생성 네트워크 모델 및 판별 네트워크 모델에 풍속 데이터를 적용하는 상기 제로 또는, NaN로 대치된 풍속 값을 예측하는 풍속 패턴 평가 방법.
According to claim 1,
The predicting step is
Wind speed pattern evaluation method for predicting the wind speed value substituted with zero or NaN, applying wind speed data to the generative network model and the discriminatory network model trained in an adversarial manner for the imputation learning.
제5항에 있어서,
상기 판별 네트워크 모델은,
상기 풍속 데이터의 풍속 값과 스푸핑(Spoofing) 된 값 간의 구별하여, 생성 네트워크 모델의 예측 비율을 향상시키는 기능을 수행하고,
상기 생성 네트워크 모델은,
상기 판별 네트워크 모델에서 사용될 스푸핑 된 값을 생성하고, 상기 생성 네트워크 모델의 오류 손실을 감소시키는 기능을 수행하는 풍속 패턴 평가 방법.
According to claim 5,
The discriminant network model,
Distinguishing between a wind speed value of the wind speed data and a spoofed value, and performing a function of improving a prediction ratio of a generated network model;
The generative network model,
A wind speed pattern evaluation method for generating a spoofed value to be used in the discriminant network model and performing a function of reducing error loss of the generation network model.
제5항에 있어서,
상기 예측하는 단계는,
상기 생성 네트워크 모델을 통해 상기 풍속 데이터의 제로 또는, NaN가 아닌 풍속 값과 스푸핑 된 값을 입력 받는 단계;
상기 판별 네트워크 모델을 통해 상기 입력된 제로 또는, NaN가 아닌 풍속 값과 스푸핑 된 값을 대상으로 풍속 데이터의 벡터 형식에 따른 실제 구성 요소와 거짓 구성 요소를 구별하는 단계; 및
상기 구별된 실제 구성 요소와 거짓 구성 요소를 고려하여 상기 제로 또는, NaN로 대치된 풍속 값을 예측하는 단계
를 포함하는 풍속 패턴 평가 방법.
According to claim 5,
The predicting step is
receiving a wind speed value other than zero or NaN and a spoofed value of the wind speed data through the generated network model;
discriminating a real component and a false component according to a vector format of wind speed data from the inputted wind speed value other than zero or NaN and the spoofed value through the discrimination network model; and
Predicting the wind speed value substituted with the zero or NaN in consideration of the distinguished real component and false component
Wind speed pattern evaluation method comprising a.
제1항에 있어서,
상기 평가하는 단계는,
상기 시각화된 히트맵에 따른 상기 예측된 풍속 값의 평균 풍속으로부터 상기 건축물 사이에서 순간 발생한 바람의 풍속 패턴을 평가하는 풍속 패턴 평가 방법.
According to claim 1,
The evaluation step is
A wind speed pattern evaluation method of evaluating a wind speed pattern of wind generated instantaneously between the buildings from the average wind speed of the predicted wind speed values according to the visualized heat map.
풍속 패턴 평가 방법을 수행하는 컴퓨팅 장치에 있어서,
상기 컴퓨팅 장치는, 프로세서를 포함하고,
상기 프로세서는,
입자 이미지 속도계를 이용하여 건축물들 사이로 순간 발생하는 환경적 바람에 의한 풍속 데이터를 측정하고,
상기 풍속 데이터가 측정된 건축물들을 포함하는 대상 영역에서 상기 입자 이미지 속도계의 광원을 차단하는 투영 영역을 설정하고,
상기 투영 영역에 속하는 풍속 데이터의 풍속 값을 제로 또는, NaN로 대치하고,
제로(0)값의 구조를 갖도록 알려진 정보와 알려지지 않은 정보 간의 연결 특성을 활용하여 상기 제로 또는, NaN로 대치된 풍속 값을 보완하며,
전가 학습을 통해 상기 풍속 데이터의 제로 또는, NaN가 아닌 풍속 값을 분석하여 상기 제로 또는, NaN로 대치된 풍속 값을 예측하고,
상기 예측된 풍속 값을 히트맵으로 시각화하여 상기 시각화된 히트맵에 따른 풍속 패턴을 평가하며,
상기 연결 특성은,
제로(0)값이 무작위로 생성되거나, 완전 누락된 무작위(MFAR) 값이 관찰된 값과의 조정 없이 발생한 경우를 고려하는 제1 연결 특성,
상기 제로 또는, NaN로 대치된 풍속 값이 다른 속성에 대해 발견된 데이터와 관계가 있어 무작위 누락(MAR)된 경우를 고려하는 제2 연결 특성, 및
상기 제로 또는, NaN로 대치된 풍속 값이 관찰되는 요인과 관찰되지 않는 변수 모두에 따라 달라져서 무작위가 아닌 값이 누락(MNAR)된 경우를 고려하는 제3 연결 특성을 포함하는 컴퓨팅 장치.
A computing device for performing a wind speed pattern evaluation method,
The computing device includes a processor,
the processor,
Using a particle image speedometer, measure wind speed data by environmental winds generated instantaneously between buildings,
Setting a projection area blocking a light source of the particle image speedometer in a target area including buildings where the wind speed data is measured;
Replace the wind speed value of the wind speed data belonging to the projection area with zero or NaN;
The wind speed value replaced by the zero or NaN is supplemented by utilizing the connection characteristic between known information and unknown information to have a zero (0) value structure,
Analyzing a wind speed value other than zero or NaN of the wind speed data through imputation learning to predict a wind speed value replaced with the zero or NaN,
Visualizing the predicted wind speed value as a heat map to evaluate a wind speed pattern according to the visualized heat map;
The connection characteristics are,
A first linkage characteristic that takes into account the case where zero values are randomly generated, or completely missing random (MFAR) values occur without adjustment with observed values;
A second connection characteristic considering the case where the wind speed value substituted with zero or NaN is randomly missing (MAR) because it is related to data found for other attributes, and
and a third connection characteristic considering a case where a non-random value is missing (MNAR) because the wind speed value substituted with zero or NaN depends on both an observed factor and an unobserved variable.
제9항에 있어서,
상기 프로세서는,
입자 이미지 속도계의 광원을 특정 시간 주기로 발광 시켜서 상기 건축물들 사이를 이동하는 수평적인 공기의 속도를 나타내는 풍속 데이터를 측정하는 컴퓨팅 장치.
According to claim 9,
the processor,
A computing device for measuring wind speed data indicating the speed of horizontal air moving between the buildings by emitting light of a particle image speedometer at a specific time period.
제9항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 대상 영역에서 측정된 풍속 데이터의 풍속 값들 중에 상기 입자 이미지 속도계의 광원이 차단됨에 따라 누락된 값을 갖는 투영 영역을 설정하는 컴퓨팅 장치.
According to claim 9,
the processor,
A computing device that sets a projection area having a missing value among wind speed values of the wind speed data measured in the target area as the light source of the particle image speedometer is blocked.
제11항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 풍속 데이터의 풍속 값들 간 연결 특성을 고려하여 상기 풍속 데이터의 누락된 값을 제로(0) 또는, NaN(Not a Number)로 대치하는 컴퓨팅 장치.
According to claim 11,
the processor,
A computing device that replaces missing values of the wind speed data with zero (0) or Not a Number (NaN) in consideration of connection characteristics between wind speed values of the wind speed data.
제10항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 전가 학습을 위해 적대적 방식으로 훈련되는 생성 네트워크 모델 및 판별 네트워크 모델에 풍속 데이터를 적용하는 상기 제로 또는, NaN로 대치된 풍속 값을 예측하는 컴퓨팅 장치.
According to claim 10,
the processor,
A computing device for predicting wind speed values substituted with zero or NaN, applying wind speed data to a generative network model and a discriminatory network model trained in an adversarial manner for the imputation learning.
제13항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 생성 네트워크 모델을 통해 상기 풍속 데이터의 제로 또는, NaN가 아닌 풍속 값과 스푸핑 된 값을 입력 받고,
상기 판별 네트워크 모델을 통해 상기 입력된 제로 또는, NaN가 아닌 풍속 값과 스푸핑 된 값을 대상으로 풍속 데이터의 벡터 형식에 따른 실제 구성 요소와 거짓 구성 요소를 구별하고,
상기 구별된 실제 구성 요소와 거짓 구성 요소를 고려하여 상기 제로 또는, NaN로 대치된 풍속 값을 예측하는 컴퓨팅 장치.
According to claim 13,
the processor,
Receive a zero or non-NaN wind speed value and a spoofed value of the wind speed data through the generation network model,
Distinguish real components and false components according to the vector format of wind speed data for the wind speed value and the spoofed value that are not zero or NaN through the discriminant network model;
A computing device for predicting the wind speed value replaced with the zero or NaN in consideration of the distinguished real component and false component.
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