KR20100087567A - 산불확산 예측시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 산불확산 예측시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는 산불이 발생할 경우 산불의 확산에 영향을 미치는 요인들을 분석하고 산불의 확산 경로, 확산 속도 등을 예측함으로써 산불의 피해를 최소화하기 위한 진화대의 투입장소와 방법을 결정하여 효율적으로 산불을 진화할 수 있도록 하는 산불확산 예측시스템에 관한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 a) 산불확산예측을 수행하고자 하는 예측대상지역의 임상정보, 연료정보, 지형정보, 및 기상정보를 입력받는 단계; b) 상기 입력된 정보들 중 적어도 하나 이상을 이용하여 상기 예측대상지역의 산불강도를 계산하는 단계; c) 상기 계산된 산불 강도를 이용하여 화염높이를 계산하는 단계; 및 d) 상기 임상정보, 산불강도 또는 화염높이를 이용하여 상기 예측대상지역의 산불종류를 예측하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 산불확산 예측방법을 제공한다.
본 발명에 의하면 산불이 발생할 경우, 산불의 발전단계를 예측할 수 있으며, 산불이 비화로 발전되는 경우 비화에 의해 재발화가 일어날 수 있는지 여부를 예측할 수 있다.
산불확산, 비화, 산불예측시스템, 산불강도

Description

산불확산 예측시스템 및 방법{Forecasting System and method of Forest Fire Spreading}
본 발명은 산불확산 예측시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는 산불이 발생할 경우 산불의 확산에 영향을 미치는 요인들을 분석하고 산불의 확산 경로, 확산 속도 등을 예측함으로써 산불의 피해를 최소화하기 위한 진화대의 투입장소와 방법을 결정하여 효율적으로 산불을 진화할 수 있도록 하는 산불확산 예측시스템에 관한 것이다.
산불은 산림내에서 낙엽, 낙지, 초류, 임목등이 연소되는 화재로서 사람에 의한 실화, 방화, 낙뢰 등으로 인하여 발생된 불씨가 산림내의 가연물질을 연소 시키는 것을 말한다. 산불이 발생되기 위해서는 산림내 가연물질인 연료와 열 및 산소가 필요한데, 연료는 고체, 액체, 기체의 형태로 존재하며 일정한 열이 가해지면, 공기 중에 약 20%가 포함된 산소의 작용으로 산화작용이 진행되는 것이다.
한편, 산불의 연소작용은 연료, 지형, 기상 등의 환경인자에 영향을 받는다. 이 세 개의 인자는 자연상태에서 산불의 강도, 진행방향, 진행속도 등을 결정하는 산불작용의 주요 인자이다. 불의 연소진행을 결정하는 주요 인자 중 하나인 연료의 성질은 연료형태, 연료의 크기, 연료의 배열, 연료의 밀도, 연료의 상태로 나눌 수 있으며 산불이 발생할 경우 이러한 5가지 요소가 동시에 관여하게 된다.
지형 상태는 산불의 진행방향과 불의 확산속도에 중요한 영향을 미치는데 지형인자는 지표면의 모양이 언덕과 같은 구릉지 혹은 평탄지인가의 여부, 절벽 또는 물(호수, 댐, 강 등)의 유무와 같은 지표면의 물리적인 특징으로 설명할 수 있으며 경사도, 지세 등으로 분류한다.
산불의 연소작용에 영향을 주는 기상인자는 강우량, 바람, 상대습도, 온도 등이 있다. 강우량은 가연물의 연료습도를 좌우하는 직접적인 요인이고, 바람은 풍속은 연소속도를 좌우하며 풍향은 연소방향을 좌우한다. 습도는 임내 가연물의 건조도 및 산물의 연소진행속도에 영향을 미치고, 온도는 연료의 건조도 및 기류형성의 원인이 된다.
도 1은 산불의 발전단계를 나타낸 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 산불은 연소되는 물질의 위치에 따라 크게 지표화, 수관화, 비화로 구분된다.
지표화는 지표에 있는 낙엽과 초류등의 지피물과 지상관목, 어린나무 등이 불에 타는 것으로서 암석지나 초원등지에 가장 흔히 일어나는 산불이다. 그리고, 수관화는 대개의 경우 지표화로부터 수관부에 불이 닿아 바람과 불길이 강해지면 수관화로 발전되는데 한번 일어나면 화세도 강하고 진행속도가 빨라서 끄기가 힘들다. 비화는 수관화 단계에서 화염 및 열기둥에 의해 상승한 불똥이 바람의 영향에 의해 소정거리만큼 비산되는 것을 말한다.
만일, 산불이 비화로 발전되어 바람에 날려간 불똥이 화선의 전면부에 착지한 후 재발화되는 경우에는 산불의 확산경로를 예측하기 어렵고, 산불에 의한 피해범위는 더욱 커질 수 밖에 없다는 문제점이 있다.
이러한 산불은 실화, 쓰레기소각, 자연발화 등 다양한 원인에 의해 발생되는데 일단 산불이 발생하여 초기에 진압되지 않아 대형화되면 많은 장비와 인원을 투입하여도 좀처럼 진화하기가 어렵게 되고, 인명과 재산의 손실을 입게 되는 경우도 발생하게 된다. 또한, 수십년간 기울여온 정부의 산림녹화정책의 결실을 순식간에 허사로 돌리게 되는 것이기에 그 손해는 단지 물질적인 수치로 환산하기는 어려운 것이기에 산불의 효율적인 진압을 위한 예측 모델은 산림정책을 수립하고 산림을 보존함에 있어서 최우선적으로 고려되어야 하는 사안인 것이다.
더욱이 우리나라 산불의 특징은 산림구조, 지형, 기후상 산불발생 개연성이 높다는 점, 산림이 울창하고 가연성 낙엽 등이 많이 쌓여 있다는 점, 경사가 급하고 기복이 많은 산지로 연소진행 속도가 빨라 급속히 확산(평지의 8배)된다는 점, 봄철 건조기에 계절풍이 겹쳐 동시다발로 확산되는 경향이 있다는 점을 감안할 때 산불확산을 예측할 수 있는 수단의 필요성은 더욱 절실한 것이다.
이러한 필요에 따라 종래에는 산불이 발생할 경우 산불의 발생을 조기에 발견하여 최단시간 내에 산불을 진압하기 위한 산불방재시스템 또는 산불발생 감시시스템 등이 안출되기도 하였으나, 이는 산불 발생 직후, 즉 발화 초기단계인 경우를 중점으로 한 것이어서 산불이 이미 초기단계를 벗어나 큰 규모로 확산되는 경우에는 그 실효성이 적다 할 것이다.
또한, 종래의 또 다른 산불 확산 예측시스템으로 GPS(Global Positioning System) 등의 위치추적시스템을 이용하여 산불의 확산 상황을 실시간으로 확인할 수 있는 것이 있으나, 이는 산불의 확산에 영향을 미치게 되는 요인에 대한 자료의 수집과 그에 대한 분석을 통한 것이 아니기 때문에 산불 확산경로를 예측하기에는 부족한 면이 있다.
또한, 산불은 화염이 인근 연료에 옮겨 붙어 확산되는 것 이외에도 산불의 발전단계에 따라 상기한 비화에 의해 진행될 수 있음에도 불구하고, 종래에는 산불이 대형화되어 비화가 발생되는 과정에 대해서는 연구된 경우가 거의 없어서 산불확산 예측에 한계가 있다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 산불의 연소작용에 영향을 미치는 연료, 지형, 기상 등의 환경인자를 고려하고, 지표화, 수관화, 비화 등의 산불발전단계에 따른 산불확산예측 알고리즘을 통해 산불의 확산속도 및 확산경로를 예측할 수 있도록 하는 산불확산 예측시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 a) 산불확산예측을 수행하고자 하는 예측대상지역의 임상정보, 연료정보, 지형정보, 및 기상정보를 입력받는 단계; b) 상기 입력된 정보들 중 적어도 하나 이상을 이용하여 상기 예측대상지역의 산불강도를 계산하는 단계; c) 상기 계산된 산불 강도를 이용하여 화염높이를 계산하는 단계; 및 d) 상기 임상정보, 산불강도 또는 화염높이를 이용하여 상기 예측대상지역의 산불종류를 예측하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 산불확산 예측방법을 제공한다.
한편, 상기 b) 단계는 상기 입력된 정보들을 이용하여 상기 예측대상지역의 산불확산속도를 예측하고, 상기 예측된 산불확산속도를 이용하여 상기 예측대상지역의 산불강도를 예측한다.
또한, 상기 d)단계는 상기 예측대상지역의 산불을 지표화, 수관화 또는 비화로 예측하는 것이고, 상기 d)단계에서 지표화 또는 수관화로 예측된 경우, e) 상기 예측대상지역에 따른 산불확산속도를 고려하여 소정 시간 이후의 산불확산지역을 결정하는 단계를 더욱 포함할 수 있다.
또한, 상기 d)단계는 상기 예측대상지역의 산불을 지표화, 수관화 또는 비화로 예측하는 것이고, 상기 d)단계에서 비화로 예측된 경우, e) 상기 비화에 따른 비화물질에 의해 유발되는 재발화 가능성을 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 d) 단계에서 상기 산불종류를 예측하는 것은, 상기 산불강도가 제 1 임계치보다 크거나 상기 화염높이가 제 2 임계치보다 크며, 현재의 풍속이 제 3 임계치보다 클 경우 산불종류를 비화로 예측한다.
또한, 상기 d) 단계에서 산불종류를 예측하는 것은, 상기 산불강도가 제 1 임계치보다 작고, 상기 화염높이가 제 2 임계치보다 작을 경우 산불종류를 지표화로 예측하고, 상기 산불강도가 제 1 임계치보다 크거나 상기 화염높이가 제 2 임계치보다 클 경우 산불종류를 수관화로 예측한다.
또한, 상기 임상정보는 상기 예측대상지역에 대한 수종정보를 포함하고, 상기 d) 단계에서 상기 산불종류를 예측하는 것은 상기 수종정보에 따라 상기 예측대상지역의 수종이 활엽수인 경우 상기 산불종류를 지표화로 예측한다.
또한, 상기 e) 단계는 e1) 상기 화염높이와 현재의 풍속, 풍향을 고려하여 비화물질의 착지위치를 추정하는 단계; e2) 상기 추정된 착지위치의 연료정보를 고려하여, 상기 착지위치가 재발화 가능지점인지 여부를 판단하는 단계; 및 e3) 상기 판단결과 상기 착지위치가 재발화 가능지점으로 판단된 경우, 상기 착지위치에서 재발화에 따른 산불확산을 예측하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 e1) 단계는 e11) 나무의 수고와 수관밀도를 이용하여 수관층의 화염높이를 계산하는 단계; e12) 상기 수관층 화염높이를 고려하여 비화물질 상승높이를 계산하는 단계; 및 e13) 풍속을 고려하여 비화물질의 비화거리를 계산하는 단계를 더욱 포함할 수 있고, 상기 비화물질 상승높이, 상기 비화거리 및 풍향을 고려하여 비화물질의 착지위치를 추정할 수 있다.
본 발명은 산불확산예측을 수행하고자 하는 예측대상지역의 임상정보, 연료정보, 지형정보, 및 기상정보를 입력받는 입력부; 상기 입력된 정보들을 이용하여 상기 예측대상지역의 산불확산속도를 계산하는 확산속도 계산부; 상기 입력된 정보들 중 적어도 하나 이상을 이용하여 상기 예측대상지역의 산불강도를 계산하는 산불강도 계산부; 상기 계산된 산불 강도를 이용하여 화염높이를 계산하는 화염높이 계산부; 및 상기 임상정보, 산불강도 또는 화염높이를 이용하여 상기 예측대상지역의 산불종류를 예측하는 산불종류 예측부를 포함하는 것을 특징으로 하는 산불확산 예측시스템을 제공한다.
한편, 상기 산불종류 예측부는 상기 예측대상지역의 산불을 지표화, 수관화 또는 비화로 예측하는 것이고, 상기 산불종류 예측부에 의해 산불종류가 지표화 또는 수관화로 예측된 경우, 상기 예측대상지역에 따른 산불확산속도를 고려하여 소정 시간 이후의 산불확산지역을 결정하는 확산지역 예측부를 더욱 포함할 수 있다.
상기 산불종류 예측부는 상기 예측대상지역의 산불을 지표화, 수관화 또는 비화로 예측하는 것이고, 상기 산불종류 예측부에 의해 산불종류가 비화로 예측된 경우, 상기 비화에 따른 비화물질에 의해 유발되는 재발화 가능성을 판단하는 재발화 예측부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 산불종류 예측부는 상기 산불강도가 제 1 임계치보다 크거나 상기 화염높이가 제 2 임계치보다 크며, 현재의 풍속이 제 3 임계치보다 클 경우 산불종류를 비화로 예측한다.
또한, 상기 산불종류를 예측부는 상기 산불강도가 제 1 임계치보다 작고, 상기 화염높이가 제 2 임계치보다 작을 경우 산불종류를 지표화로 예측하고, 상기 산불강도가 제 1 임계치보다 크거나 상기 화염높이가 제 2 임계치보다 클 경우 산불종류를 수관화로 예측한다.
또한, 상기 임상정보는 상기 예측대상지역에 대한 수종정보를 포함하고, 상기 산불종류 예측부는 수종정보에 따라 상기 예측대상지역의 수종이 활엽수인 경우 상기 산불종류를 지표화로 예측한다.
또한, 상기 산불확산 예측시스템은, 상기 화염높이와 현재의 풍속, 풍향을 고려하여 비화물질의 착지위치를 추정하는 착지위치 예측부를 더 포함할 수 있으며, 상기 재발화 예측부는 상기 추정된 착지위치의 연료정보를 고려하여, 상기 착지위치가 재발화 가능지점인지 여부를 판단한다.
또한, 상기 산불확산 예측시스템은, 나무의 수고와 수관밀도를 이용하여 수관층의 화염높이를 계산하는 수관층 화염길이 계산부; 상기 수관층 화염높이를 고려하여 비화물질 상승높이를 계산하는 상승높이 계산부; 및 풍속을 고려하여 비화물질의 비화거리를 계산하는 비화거리 계산부를 더욱 포함할 수 있으며, 상기 착지위치 예측부는 비화물질 상승높이, 상기 비화거리 및 풍향을 고려하여 비화물질의 착지위치를 추정한다.
또한, 상기 입력부에 입력되는 상기 연료정보는 수종, 영급, 경급, 소밀도에 대한 정보가 코드화되어 입력될 수 있다.
또한, 상기 입력부에 입력되는 상기 기상정보는 자동기상관측장비를 통해 실시간으로 획득되어 입력될 수 있다.
본 발명은 상기 산불확산 예측방법의 각 단계의 전부 또는 일부를 컴퓨터로 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 기록매체를 제공한다.
본 발명에 의하면 산불이 발생할 경우, 산불의 발전단계를 예측할 수 있으며, 산불이 비화로 발전되는 경우 비화에 의해 재발화가 일어날 수 있는지 여부를 예측할 수 있다.
또한, 산불의 확산속도와 확산경로를 더욱 정확하게 예측하여 신속하게 산불을 진압할 수 있으므로 시민의 안전과 재산 및 자연환경을 보호하기 위한 노력을 효율적으로 집중시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 첨가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 실시될 수 있음은 물론이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 산불확산 예측시스템의 블럭도이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 산불확산 예측시스템(200)은 산불이 발생할 경우 발화지점으로부터 산불이 어느 단계까지 발전할 수 있는지를 예측하는데, 이러한 산불확산 예측시스템(200)은 입력부(202), 산불강도 연산부(204), 화염높이 계산부(210), 산불종류 예측부(212)를 포함한다.
입력부(202)에는 산불확산예측을 수행하고자 하는 예측대상지역의 임상정보, 연료정보, 지형정보, 및 기상정보가 입력된다.
여기서 임상정보로는 수치임상도를 바탕으로 한 수종의 정보가 입력되는데, 예측대상지역의 수종이 활엽수인지 침엽수인지 또는 혼효림인지 등에 대한 정보가 입력된다.
연료정보로는 수목의 수종, 영급, 경급, 소밀도에 대한 정보와 상기 정보를 이용하여 수분을 제거한 건조량인 지표연료량, 지표연료층의 깊이, 수종별 낙엽의 체적대 표면 면적 비율 등이 입력된다. 이러한 정보는 총 6개의 숫자코드로 표현되는데, 숫자코드에서 앞의 두 자리는 수종, 다음 두 자리는 영급, 그 다음 한 자리는 경급, 마지막 한 자리는 소밀도를 의미한다.
지형정보로는 등고선도, 경사도, 경사향도가 입력되며, 추가적으로 산불의 확산경로에 영향을 미칠 수 있는 수계도, 도로도, 건물위치도, 산불취약지, 주요시 설물, 담수지 정보 등의 지형정보가 입력될 수 있다.
기상정보로는 산불행동에 큰 영향을 미치는 기상인자인 온도, 상대습도, 강수량, 풍향, 풍속 등이 입력된다. 이 중에서 강수량은 연료의 습도에 영향을 미치며, 풍향 및 풍속은 산불의 진행경로를 결정하는 요소이다. 이러한 기상정보는 기상청의 자동기상관측장비(AWS : Automatic Weather System)를 통해 각 시간대별로 획득이 가능하다.
산불강도 연산부(204)는 확산속도 계산부(206)와 산불강도 계산부(208)를 포함한다.
확산속도 예측부(210)는 입력부(202)에 입력되는 임상정보, 연료정보, 지형정보 및 기상정보를 이용하여 산불의 확산속도(ROS : Rate of Spread)를 계산하는데, 산불의 확산속도는 아래의 [수학식 1]과 같이 계산될 수 있다.
Figure 112009005386274-PAT00001
[수학식 1]에서 RI=(Fd×0.1)×Wt×xσ-y 이며, w는 풍속(m/sec), s는 지면의 경사(°), T는 대기온도(℃), Wt는 지표 연료량(kg/ha), Fd는 지표 연료층의 깊이(cm), σ는 수종별 낙엽의 체적대 표면 면적 비율이다. 또한, Wt는 수분을 제거한 지표 연료량이며, Fd는 지표연료층의 깊이이다. Wt와 Fd는 현장조사를 통해 획득 한 조사값을 바탕으로 임상도의 수종, 영급, 경급, 소밀도 정보를 이용하여 산출할 수 있다. 또한, a, b, c, x, y는 실험 등을 통해 얻을 수 있는 임의의 수를 적용하는 것이 가능하나, 본 발명에 따르면 a=0.1019, b=0.0243, c=0.0159, x=0.19287, y=0.7209 인 것이 바람직하다.
산불강도 계산부(208)은 산불의 강도를 계산하는데, 산불의 강도는 [수학식 1]을 통해 계산된 산불의 확산속도를 고려하여 아래의 [수학식 2]와 같이 계산될 수 있다.
Figure 112009005386274-PAT00002
[수학식 2]에서 ROS는 [수학식 1]에서 산출한 확산속도, H는 수종별 열발생량(kJ/kg)으로 수종별 실험을 통해 산출하며, Wf는 산불확산시 실제 연소량(kg)이다.
화염높이 계산부(210)는 [수학식 2]를 통해 계산된 산불강도를 이용하여 지표에서 부터의 화염높이를 계산하는데, 화염높이는 아래의 [수학식 3]과 같이 계산될 수 있다.
Figure 112009005386274-PAT00003
[수학식 3]에서 Fire Intensity는 [수학식 2]에서 산출한 산불강도이며, z는 실험을 통한 임의의 수 일 수 있으나, z는 0.0656인 것이 바람직하다.
산불종류 예측부(212)는 상기 임상정보, 산불강도 또는 화염높이를 이용하여 상기 예측대상지역에서 발생할 수 있는 산불의 종류가 지표화인지 수관화인지 또는 비화인지 여부를 예측한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 산불확산 예측시스템(200)은 확산지역 예측부(214)를 더욱 포함하여 산불의 진행경로와 범위를 예측할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
확산지역 예측부(214)는 확산속도 계산부(206)가 계산한 산불확산속도와 풍향 등을 고려할 때 예측대상지역에 발생한 산불이 소정시간 이후에 어떤 경로로 얼마만큼 번져나갈 것인지를 예측한다.
한편, 상기 산불종류 예측부(212)의 예측결과 산불이 비화로 발전한다고 판단되는 경우에는 비화로 인한 재발화 여부를 예측하여야 할 필요가 있는바, 이를 위해서 산불확산 예측시스템(200)은 수관층 화염길이 계산부(216), 상승높이 계산부(218), 비화거리 계산부(220), 착지위치 예측부(222)예측부 및 재발화 예측부(224)를 포함할 수 있다.
수관층 화염길이 계산부(216)는 예측대상지역에 존재하는 나무의 수고와 수관밀도를 고려하여 수관부에서 발생하는 화염의 길이를 계산한다.
상승높이 계산부(218)는 주로 수관부에서 발생하는 화염으로 인해 상승하는 열로 비화물질이 공중으로 비산하는 거리인 상승높이를 계산한다.
비화거리 계산부(220)는 풍속을 고려하여 비화물질이 공중으로 상승하여 착지위치까지 수평으로 이동한 거리를 계산한다. 비화물질의 비화거리는 아래의 [수학식 4]와 같이 계산될 수 있다.
Figure 112009005386274-PAT00004
[수학식 4]에서 W는 풍속(m/sec)이며, m과 n은 실험을 통해 얻을 수 있는 임의의 수 일 수도 있으나, 본 발명에 따르면 m은 9.1811, n은 0.0577인 것이 바람직하다.
착지위치 예측부(222)는 상기 수관층 화염길이, 비화물질 상승높이, 비화물질의 비화거리와 풍향 등의 정보를 고려하여 공중으로 상승한 비화물질이 바람에 의해 공중에서 소정거리만큼 수평이동하여 착지한 지점의 위치를 추정한다.
재발화 예측부(224)는 비화물질이 착지한 지점의 지표연료량 등의 연료정보와 기상정보를 고려하여 비화물질이 착지한 지점의 연료가 비화물질에 의해 연소되어 재발화가 가능한지 여부를 판단한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 산불확산 예측시스템을 이용하여 산불의 종류를 예측하는 과정을 나타낸 흐름도이다.
먼저, 입력부(202)는 산불확산예측을 수행하고자 하는 예측대상지역의 임상정보, 연료정보, 지형정보 및 기상정보를 입력받는다(S300).
확산속도 계산부(206)는 상기 입력부(202)에 입력된 정보들을 이용하여 산불의 확산속도를 계산하고(S310), 산불강도 계산부(208)는 상기 산불의 확산속도를 이용하여 산불의 강도를 계산한다(S320). 화염높이 계산부(210)는 산불강도 계산부(208)가 계산한 산불강도를 고려하여 화염의 높이를 계산한다(S330).
산불종류 예측부(212)는 입력부(202)에 입력된 임상정보와 산불강도, 화염높이를 고려하여 지표화, 수관화, 비화로 구분되는 산불의 종류를 예측한다(S340).
한편, 산불종류 예측부(212)가 산불의 종류를 지표화로 예측하는 경우는 다음과 같다.
첫째, 예측대상지역의 수종이 활엽수인 경우 산불종류 예측부(212)는 산불이 지표화인 것으로 판단한다. 이는 수종이 활엽수이면 산불이 수관화 또는 비화로 발전되기 어렵고 발전되더라도 그 지속시간이 짧아 대형산불로 번질 우려가 적은 반면, 수종이 침엽수 또는 혼효림으로 이루어진 경우에는 수관화 또는 비화로 발전될 가능성이 높기 때문이다.
두 번째, 산불강도와 화염높이가 모두 임계치보다 작은 경우에 산불종류는 지표화인 것으로 판단한다. 산불이 지표화단계에서 시작하여 수목의 수관부까지 화염이 미치지 못하는 경우라 하더라도 산불강도가 수목의 수관부를 연소시킬 수 있는 정도인 제 1 임계치보다 커지게 되면 수관화로 발전할 수 있게 되는데 산불의 강도가 제 1 임계치에 이르지 못하는 경우에는 수관화로 발전할 수 없게 된다. 또한, 산불강도가 제 1 임계치에 이르지 못한다 하더라도 화염높이가 지하고에 이르게 되는 제 2 임계치에 이르면 수관부가 연소되어 수관화로 발전할 수 있다.
이러한 점을 고려할 때, 산불이 지표화 단계에 머무르기 위해서는 산불강도는 제 1 임계치보다 작고, 화염높이는 제 2 임계치보다 작아야 하는 것이다.
산불종류 예측부(212)가 산불의 종류를 수관화로 예측하는 경우는 상기 설명한 바와 같이 예측대상지역의 수종이 침엽수 또는 혼효림인 때이며, 산불강도가 제 1 임계치보다 크거나 화염높이가 제 2 임계치보다 큰 경우이다.
한편, 산불종류 예측부(212)가 산불의 종류를 수관화인 것으로 예측한 상태에서, 바람의 풍속이 나무의 수관부로부터 공중으로 떠오르는 비화물질을 소정거리만큼 수평이동시킬 수 있을 정도의 세기인 제 3 임계치 이상으로 부는 경우라면 산불종류 예측부(212)는 산불의 종류가 비화인 것으로 판단한다.
도 4는 비화로 인해 재발화되는 과정을 나타낸 순서도이다.
상기와 같이 산불종류 예측부(212)가 산불의 종류를 비화로 판단하는 경우, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 산불확산 예측시스템(200)은 다음과 같은 과정을 거쳐서 비화로 인한 재발화가 발생할 수 있는지 여부를 판단한다.
먼저, 수관층 화염길이 계산부(216)는 연료원이 되는 나무의 수고와 수관밀도를 이용하여 나무의 수관부에서 발생하는 화염의 길이를 계산한다(S400).
상승높이 계산부(218)는 수관층 화염길이 계산부(216)로부터 계산된 수관층 화염길이를 고려하여 수관부에 발생된 화염으로 인해 상승하는 공기와 함께 비화물질이 공중으로 상승하는 높이를 계산한다(S410).
비화거리 계산부(220)는 풍속을 고려하여 상승한 비화물질이 공중에서 수평으로 얼마만큼 이동할 수 있는가를 계산한다(S420).
착지위치 예측부(222)는 상기 비화물질의 상승높이와 비화거리 그리고 풍향을 고려하여 비화물질이 공중에서 이동하는 거리 및 방향을 추정함으로써 비화물질이 어느 지점에 착지하게 될지를 예측한다(S430).
재발화 예측부(224)는 비화물질이 착지한 지점의 연료정보와 기상정보 등을 고려한 후, 착지위치의 연료가 건조하고 쉽게 발화되는 특성을 가지고 있어서 연료가 비화물질에 의해 연소될 수 있는지 여부를 판단하고(S440), 그 판단결과에 따라 비화물질에 의해 착지위치에서 재발화되는 것으로 판단한다(S450). 그리고나서 다시 재발화지점의 정보를 바탕으로 소정시간 이후의 산불확산예측과정을 반복하여 산불의 확산을 예측한다.
도 5은 산불확산지역을 결정하는 과정을 나타낸 순서도이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 산불확산 예측시스템(200)은 시간에 따라 산불이 확산되는 속도와 산불이 확산되는 지역을 예측한다.
먼저, 입력부(202)에는 전술한 바와 같이 산불의 확산속도를 계산하기 위해 필요한 임상정보, 연료정보, 지형정보, 기상정보가 입력되고(S500), 확산속도 계산부(206)는 입력부(202)에 입력된 정보들을 고려하여 산불의 확산속도를 계산한다(S510).
상기한 과정에 의해 산불확산속도가 계산되면 확산지역 예측부(214)는 이를 바탕으로 소정시간 이후에 어떤 지역으로 산불이 확산될 것인지를 예측한다(S520).
산불이 발생하면 그 산불경계는 도 6과 같이 일정한 점들의 집합인 화선으로 표현할 수 있다. 이러한 화선 상의 각 지점에서 일정 시간간격 후에 바람의 방향을 고려하여 법선벡터를 긋고, 상기 법선벡터의 종단을 이으면 일정 시간 후에 형성되는 산불의 경계를 나타내는 새로운 화선을 얻을 수 있는데, 이러한 화선으로 산불확산 지역을 표현하면 도 7과 같이 산불확산지역을 표현할 수 있는 것이다.
한편, 이러한 산불확산 표현기법은 공간을 연속적인 것으로 정의하며, 점과 폐곡선으로써 산불의 확산을 표현하는 벡터 방식을 이용하는 것이 바람직하다.
왜냐하면, 종래에는 산불확산 표현기법으로 래스터 방식이 많이 이용되었는데, 이는 공간자료를 동일한 속성을 갖는 작은 셀 형식으로 표현하는 기법으로, 단순성과 응용가능성이 높아 현재까지 널리 이용되고 있지만, 바람과 같은 시계열을 충분히 반영하기 어렵고, 산불의 확산이 이웃하는 셀의 연속적인 재발화과정으로 정의되어 이루어지기 때문에 지리적인 왜곡현상이 발생하는 등의 문제점이 제기되고 있기 때문이다.
한편, 예측대상지역의 산불확산속도는 일정시간 동안에 불이 연료에 얼마나 빨리 옮겨 붙는지를 화점의 기준방향별로 미리 설정하여 놓은 산불확산속도지수를 이용하여 얻을 수도 있다. 다시 말해, 연료상태가 건조하여 불이 붙기 쉽고, 연료량이 많아 산불강도가 크며, 지형의 경사가 급하여 산불이 쉽게 번지는 곳은 산불확산속도지수를 크게 하여 해당 지점에서 어느 방향으로 산불이 크게 번지게 되는지를 예측할 수 있도록 하는 것이다.
한편, 본 발명의 치과용 전자 차트 표시 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광데이터 저장 장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현하는 것을 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트 들은 본 발명이 속하는 기술 분야의 프로그래머들에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구 범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 산불의 발전단계를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 산불확산 예측시스템의 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 산불확산 예측시스템을 이용하여 산불의 종류를 예측하는 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 4는 비화로 인해 재발화되는 과정을 나타낸 순서도이다.
도 5은 산불확산지역을 결정하는 과정을 나타낸 순서도이다.
도 6은 화선이 형성되는 과정을 나타낸 것이다.
도 7은 화선으로 표현된 산불확산 지역을 나타낸 것이다.
<도면의 주요 부위에 대한 부호의 설명>
200 : 산불확산 예측시스템 202 : 입력부
204 : 산불강도 연산부 206 : 확산속도 계산부
208 : 산불강도 계산부 210 : 화염높이 예측부
212 : 산불종류 예측부 214 : 확산지역 예측부
216 : 수관층 화염길이 계산부 218 : 상승높이 계산부
220 : 비화거리 계산부 222 : 착지위치 예측부
224 : 재발화 예측부

Claims (20)

  1. a) 산불확산예측을 수행하고자 하는 예측대상지역의 임상정보, 연료정보, 지형정보, 및 기상정보를 입력받는 단계;
    b) 상기 입력된 정보들 중 적어도 하나 이상을 이용하여 상기 예측대상지역의 산불강도를 계산하는 단계;
    c) 상기 계산된 산불 강도를 이용하여 화염높이를 계산하는 단계; 및
    d) 상기 임상정보, 산불강도 또는 화염높이를 이용하여 상기 예측대상지역의 산불종류를 예측하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 산불확산 예측방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 b) 단계는 상기 입력된 정보들을 이용하여 상기 예측대상지역의 산불확산속도를 예측하고, 상기 예측된 산불확산속도를 이용하여 상기 예측대상지역의 산불강도를 예측하는 것을 특징으로 하는 산불확산 예측방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 d)단계는 상기 예측대상지역의 산불을 지표화, 수관화 또는 비화로 예측하는 것이고, 상기 d)단계에서 지표화 또는 수관화로 예측된 경우,
    e) 상기 예측대상지역에 따른 산불확산속도를 고려하여 소정 시간 이후의 산불확산지역을 결정하는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 산불확산 예측방 법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 d)단계는 상기 예측대상지역의 산불을 지표화, 수관화 또는 비화로 예측하는 것이고, 상기 d)단계에서 비화로 예측된 경우,
    e) 상기 비화에 따른 비화물질에 의해 유발되는 재발화 가능성을 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 산불확산 예측방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 d) 단계에서 상기 산불종류를 예측하는 것은,
    상기 산불강도가 제 1 임계치보다 크거나 상기 화염높이가 제 2 임계치보다 크며, 현재의 풍속이 제 3 임계치보다 클 경우 산불종류를 비화로 예측하는 것을 특징으로 하는 산불확산 예측방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 d) 단계에서 산불종류를 예측하는 것은,
    상기 산불강도가 제 1 임계치보다 작고, 상기 화염높이가 제 2 임계치보다 작을 경우 산불종류를 지표화로 예측하고,
    상기 산불강도가 제 1 임계치보다 크거나 상기 화염높이가 제 2 임계치보다 클 경우 산불종류를 수관화로 예측하는 것을 특징으로 하는 산불확산 예측방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 임상정보는 상기 예측대상지역에 대한 수종정보를 포함하고,
    상기 d) 단계에서 상기 산불종류를 예측하는 것은 상기 수종정보에 따라 상기 예측대상지역의 수종이 활엽수인 경우 상기 산불종류를 지표화로 예측하는 것을 특징으로 하는 산불확산 예측방법.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 e) 단계는
    e1) 상기 화염높이와 현재의 풍속, 풍향을 고려하여 비화물질의 착지위치를 추정하는 단계;
    e2) 상기 추정된 착지위치의 연료정보를 고려하여, 상기 착지위치가 재발화 가능지점인지 여부를 판단하는 단계; 및
    e3) 상기 판단결과 상기 착지위치가 재발화 가능지점으로 판단된 경우, 상기 착지위치에서 재발화에 따른 산불확산을 예측하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 산불확산 예측방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 e1) 단계는
    e11) 나무의 수고와 수관밀도를 이용하여 수관층의 화염높이를 계산하는 단 계;
    e12) 상기 수관층 화염높이를 고려하여 비화물질 상승높이를 계산하는 단계; 및
    e13) 풍속을 고려하여 비화물질의 비화거리를 계산하는 단계를 더욱 포함하며,
    상기 비화물질 상승높이, 상기 비화거리 및 풍향을 고려하여 비화물질의 착지위치를 추정하는 것을 특징으로 하는 산불확산 예측방법.
  10. 산불확산예측을 수행하고자 하는 예측대상지역의 임상정보, 연료정보, 지형정보, 및 기상정보를 입력받는 입력부;
    상기 입력된 정보들을 이용하여 상기 예측대상지역의 산불확산속도를 계산하는 확산속도 계산부;
    상기 입력된 정보들 중 적어도 하나 이상을 이용하여 상기 예측대상지역의 산불강도를 계산하는 산불강도 계산부;
    상기 계산된 산불 강도를 이용하여 화염높이를 계산하는 화염높이 계산부; 및
    상기 임상정보, 산불강도 또는 화염높이를 이용하여 상기 예측대상지역의 산불종류를 예측하는 산불종류 예측부를 포함하는 것을 특징으로 하는 산불확산 예측시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 산불종류 예측부는 상기 예측대상지역의 산불을 지표화, 수관화 또는 비화로 예측하는 것이고, 상기 산불종류 예측부에 의해 산불종류가 지표화 또는 수관화로 예측된 경우,
    상기 예측대상지역에 따른 산불확산속도를 고려하여 소정 시간 이후의 산불확산지역을 결정하는 확산지역 예측부를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 산불확산 예측시스템.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 산불종류 예측부는 상기 예측대상지역의 산불을 지표화, 수관화 또는 비화로 예측하는 것이고, 상기 산불종류 예측부에 의해 산불종류가 비화로 예측된 경우,
    상기 비화에 따른 비화물질에 의해 유발되는 재발화 가능성을 판단하는 재발화 예측부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 산불확산 예측시스템.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 산불종류 예측부는 상기 산불강도가 제 1 임계치보다 크거나 상기 화염높이가 제 2 임계치보다 크며, 현재의 풍속이 제 3 임계치보다 클 경우 산불종류를 비화로 예측하는 것을 특징으로 하는 산불확산 예측시스템.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 산불종류를 예측부는 상기 산불강도가 제 1 임계치보다 작고, 상기 화염높이가 제 2 임계치보다 작을 경우 산불종류를 지표화로 예측하고, 상기 산불강도가 제 1 임계치보다 크거나 상기 화염높이가 제 2 임계치보다 클 경우 산불종류를 수관화로 예측하는 것을 특징으로 하는 산불확산 예측시스템.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 임상정보는 상기 예측대상지역에 대한 수종정보를 포함하고,
    상기 산불종류 예측부는 수종정보에 따라 상기 예측대상지역의 수종이 활엽수인 경우 상기 산불종류를 지표화로 예측하는 것을 특징으로 하는 산불확산 예측시스템.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 산불확산 예측시스템은,
    상기 화염높이와 현재의 풍속, 풍향을 고려하여 비화물질의 착지위치를 추정하는 착지위치 예측부를 더 포함하며;
    상기 재발화 예측부는 상기 추정된 착지위치의 연료정보를 고려하여, 상기 착지위치가 재발화 가능지점인지 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 산불확산 예측시스템.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 산불확산 예측시스템은,
    나무의 수고와 수관밀도를 이용하여 수관층의 화염높이를 계산하는 수관층 화염길이 계산부;
    상기 수관층 화염높이를 고려하여 비화물질 상승높이를 계산하는 상승높이 계산부; 및
    풍속을 고려하여 비화물질의 비화거리를 계산하는 비화거리 계산부를 더욱 포함하며,
    상기 착지위치 예측부는 비화물질 상승높이, 상기 비화거리 및 풍향을 고려하여 비화물질의 착지위치를 추정하는 것을 특징으로 하는 산불확산 예측시스템.
  18. 제 10 항에 있어서,
    상기 입력부에 입력되는 상기 연료정보는 수종, 영급, 경급, 소밀도에 대한 정보가 코드화되어 입력되는 것을 특징으로 하는 산불확산 예측시스템.
  19. 제 10 항에 있어서,
    상기 입력부에 입력되는 상기 기상정보는 자동기상관측장비를 통해 실시간으로 획득되어 입력되는 것을 특징으로 하는 산불확산 예측시스템.
  20. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항의 산불확산 예측방법을 컴퓨터상에서 수행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체.
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