KR20120005321A - 지구환경변화 예측시스템 및 지구환경변화 예측방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지구환경변화 예측시스템 및 그 예측 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예는, 수치예측모델에 입력될 지구환경 관측데이터 및 상기 수치예측모델의 수행 변수를 선택하도록 하고 상기 수치예보모델의 수행 작업 요청을 수신하는 웹 인터페이스를 표시하는 클라이언트; 및 상기 웹 인터페이스를 표출시키는 웹 애플리케이션을 실행하게 하고 상기 수치예보모델의 수행 변수 및 상기 수치예보모델 수행 작업 요청에 따라, 복수의 이종 컴퓨터 시스템들 중 적어도 하나의 컴퓨터 시스템에 수치예보모델의 수행 작업을 할당하는 그리드 미들웨어와, 상기 웹 인터페이스로부터 선택된 지구환경 관측데이터를 수신하고 상기 수신된 지구환경 관측데이터를 이용하여 상기 수치예측모델이 할당된 컴퓨터 시스템에 상기 수치예보모델이 수행되도록 제어하는 매니저를 구비한 서버를 포함할 수 있다.

Description

지구환경변화 예측시스템 및 지구환경변화 예측방법{SYSTEM FOR FORECASTING AN EARTH ENVIRONMENT CHANGE AND METHOD THEREOF}

본 발명은 사용자가 원하는 조건에 따라 지구환경에 대한 변화를 예측하고 그 결과를 웹 기반의 서비스로 제공할 수 있는 포털 웹 기반의 지구환경 변화 예측 시스템과 그 예측 방법에 관한 것이다.

지구환경변화에 대한 피해가 급증하고 있어서 이를 과학적으로 예측하여 그 결과를 얻기 위한 지구변화예측시스템이 개발되어 왔다. 이하에서 지구환경은 대기권, 수권, 암석권, 생물권, 빙권 등 지구환경을 구성하는 하나이상의 자연환경 요소를 지칭한다. 이러한 지구환경 요소는 이를 대상으로 한 실험이 매우 제한적이거나 불가능하여 주로 컴퓨터를 기반으로 지구환경 요소를 지배하는 자연법칙을 나타내는 방정식에 관측 또는 실험값들을 대입하여 지구환경 변화에 대한 수치예측모델결과를 얻고 있다. 지구환경변화는 주로 대규모로 발생하므로 이를 수치예측모델을 이용하여 사용자가 원하는 수준의 고해상도 결과로 얻기 위해서는 고성능 컴퓨터가 필요한 경우가 많다. 고성능 컴퓨터는 매우 정밀한 계산 작업을 수행하기 때문에 이러한 수치예보모델의 실행파일은 고성능 컴퓨터에 따라 호환되어 구동되지 않는 경우가 많다. 따라서, 수치예보모델이 실행될 컴퓨터 자원이 변경되는 경우에는 변경된 컴퓨터 기반으로 사용자가 수치예보모델을 새 컴퓨터 자원에 직접 포팅(porting) 작업을 수행하였다. 즉, 소프트웨어인 수치예보모델은 하드웨어인 컴퓨터 자원이 변경될 경우 변경된 하드웨어에 맞게 새롭게 셋팅이 되어야 하는데, 이러한 작업은 수치예보모델 사용자가 매번 직접 실행될 컴퓨터에 직접 포팅 작업을 수행해야 하는 불편한 점이 있었다. 수치예보모델이 수행될 이종의 컴퓨터가 여러 대 있는 경우, 사용자가 각각의 컴퓨터에 포팅 작업과 실행 작업을 수행하는 번거운 문제점이 있었다.

기존에 수치예보모델은 일부 수행 조건을 옵션형태로 포함하고 있어서, 사용자가 해당 수치예보모델에 원하는 옵션을 입력하거나 원하는 옵션이 입력 파일 형태로 생성되도록 하여 수치예보모델이 수행되도록 하였다. 하지만 이러한 수치예보모델 실행옵션을 선택하는 인터페이스 툴은 고성능 컴퓨터마다 다르기 때문에 사용자가 전산 자원의 환경에 맞게 직접 선택 옵션 값을 입력하거나 선택 옵션 값을 가진 파일을 생성하여야 하는 불편한 점도 있다. 예를 들어 사용자는 수치예보모델의 고유의 인터페이스 툴을 통해 원하는 지구환경 대상에 대한 초기자료를 입력하고 이를 처리할 수 있는 일정 수준의 컴퓨터 자원으로 수행되도록 하였다. 초기자료는 수치예보모델이 타겟으로 하는 지구환경의 초기상태를 나타내는 초기값으로서 수치예보모델에서 처리될 수 있도록 별도로 생성하거나 다른 모델을 통해 수치예보모델의 입력 자료에 적합하도록 가공된다. 기존의 수치예보모델은 초기값 또는 그 초기값을 포함한 입력파일명을 사용자가 직접 지정하여 수치예보모델에 입력되도록 설정하였다. 이러한 입력파일 설정은 대상 컴퓨터 환경이 달라지면 역시 사용자가 입력 파일 명이나 그 경로를 다시 설정해야 하는 불편한 점이 있다. 또한 입력 자료의 형태가 다수인 경우 사용자가 직접 모든 입력 자료 파일을 지정해야 하는데 역시 사용자에게 불편한 작업이 될 수 있다.

수치예보모델의 결과는 그래픽이나 동영상 등의 가시정보로 가공되어 사용자에게 제공된다. 일부 수치예보모델은 그 모델의 사용자 뿐만 아니라 방송매체나 인터넷 등의 통신매체를 통해 제 3자에게 전달된다. 특히 지구환경 변화에 대한 자료는 3차원 자료로 표출되면 정확한 분석이나 현실적인 결과를 느낄 수 있는데, 종래 수치예보모델은 사용자에게 수치예보모델 결과를 현실적으로 가시화하여 제공하지 못했다. 수치예보모델을 수행하는 것 이외에 3차원으로 현실적으로 가시화하는 작업 역시 매우 많은 계산량을 필요로 하는 작업이므로 이를 사용자가 원하는 조건에 따라 다양하게 표출될 수 있도록 하는 작업은 매우 힘들고 번거로운 작업이 될 수 있다.

이처럼 대규모 계산량이 필요한 모델링의 경우 수치모델에 맞는 자료를 별개로 생성하는 프로세스나 장치가 별개로 존재하고, 사용자는 각 수치모델에 맞는 전산 자원에 따라 수치모델을 별개로 설치하고 각 전산 자원에 임의적으로 할당해야 한다. 그리고, 수치모델의 결과 데이터를 구현하는 가시화 툴이나 장치가 별개로 구비되므로 사용자가 이를 처리하는데 불편하고 사용자의 실수 등이 개입할 가능성이 많은 문제점이 있었다.

지구환경 변화에 대한 수치예측시스템의 가장 이해하기 쉬운 예로서 기상예보모델이 있다. 예를 들어 각국의 기상청은 관측자료를 수집하거나 가공한다. 그리고, 이를 각국의 기상예측모델에 맞는 고성능 수퍼 컴퓨터를 선택하고, 해당 지역에 대해 일정 조건을 입력하여 선택한 컴퓨터에 기상예측모델을 수행한다. 그리고, 수치예보모델 결과 자료를 기상청 웹 사이트를 통해 제공하거나 방송으로 국민에게 전달하였다. 이와 같이 수치예측시스템은 사용자가 접근하기 힘들어 번거롭게 운영되어 왔고, 수행된 수치예보모델은 웹 인터페이스를 통해 제공되기도 하지만, 이는 이미 정해진 수치예보모델 결과를 제공하도록 되어 있고 웹 인터페이스의 사용자가 원하는 선택에 따른 결과는 아니었다.

종래에는 예보를 결정하는 수치예보모델의 사용자나 그 정보를 수신하는 정보 수신자가 수치예보모델의 수행조건을 자유롭게 설정 또는 변경하고 적절히 원하는 시간 내에 결과를 얻을 수 있도록 유동적인 컴퓨터 자원이 할당되도록 하지 못하였다. 그리고, 사용자가 지구환경변화를 현실적으로 인식할 수 있는 모델 결과를 얻을 수 없었다. 예를 들어 원하는 지역에서 수치예보모델의 결과를 정확하게 분석하고 이해하기 위해서는 3차원 결과가 제공되어야 하는데 종래 수치예보모델은 현실적인 그래픽 작업을 통한 3차원 가시화 데이터에 대한 결과는 제공하지 못하였기 때문에 현실적인 예측 모델 결과를 얻기 어려웠다.

이와 같이 수치예측모델의 수행과 그 결과처리는 매번 사용자의 수작업으로 진행되어 불편하고 시간이 많이 소요되면 결과 수행에 실수가 개입될 여지가 많다. 따라서, 사용자가 그 예측 결과를 통해 예보 의사 결정을 하기 위해서는 불편한 문제점들이 많았다.

본 발명의 목적은 웹을 기반으로 지구환경변화를 예측할 수 있는 수치시뮬레이션(numerical simulation) 계산제어(computational steering) 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 계산그리드(computational GRID) 기술을 이용하여 지구시스템의 변화를 예측하기 위한 수치시뮬레이션에서 필요로 하는 규모의 전산자원을 분산 환경에서 찾아서 공유 환경으로 사용 가능하도록 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 웹 포털 서비스를 이용하여 수치시뮬레이션을 위한 입력자료로 지정된 관측자료를 자동으로 검색하도록 하고, 검색된 관측자료를 수치시뮬레이션을 위한 계산제어 시스템의 초기자료로 변환하도록 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 웹 포털 서비스를 이용하여 관측자료를 가시화하여 표출하도록 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 위와 같은 관측 데이터의 처리, 예측모델링의 수행, 모델 수행 결과의 가시화 등의 일련의 서비스를 사용자가 쉽게 제어하고 조절하여 사용자의 의사 결정과 그 결과를 용이하게 제공받을 수 있도록 하는 웹 인터페이스를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 웹 사용자인터페이스를 이용하여 수치시뮬레이션 출력자료를 가상지구(virtual globe)에 2차원 또는 3차원 자료로 사용자에게 표출하여 현실적인 모델 결과를 표출하도록 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 지구환경변화에 대한 예측모델링 결과를 사용자설정에 따라 분석하고, 그에 따른 예보 결과를 가시화하여 예보 의사를 결정할 수 있도록 하는 지구환경변화예측시스템 및 지구환경변화 예측 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예는, 수치예측모델에 입력될 지구환경 관측데이터 및 상기 수치예측모델의 수행 변수를 선택하도록 하고 상기 수치예보모델의 수행 작업 요청을 수신하는 웹 인터페이스를 표시하는 클라이언트 및 상기 웹 인터페이스를 표출시키는 웹 애플리케이션을 실행하게 하고 상기 수치예보모델의 수행 변수 및 상기 수치예보모델 수행 작업 요청에 따라, 복수의 이종 컴퓨터 시스템들 중 적어도 하나의 컴퓨터 시스템에 수치예보모델의 수행 작업을 할당하는 그리드 미들웨어와, 상기 웹 인터페이스로부터 선택된 지구환경 관측데이터를 수신하고 상기 수신된 지구환경 관측데이터를 이용하여 상기 수치예측모델이 할당된 컴퓨터 시스템에 상기 수치예보모델이 수행되도록 제어하는 매니저를 구비한 서버를 포함하는 지구환경변화 예측시스템을 제공한다.

상기 서버는, 상기 지구환경 관측데이터를 검색하고 상기 수집한 지구환경 관측데이터를 저장하고 상기 웹 인터페이스를 통해 상기 관측데이터시스템에 저장된 지구환경 관측데이터 결과를 표출하는 관측데이터시스템을 더 포함할 수 있다.

상기 관측데이터시스템은 상기 수치예측모델이 이용하는 관측데이터를 상기 수치예측모델의 수행 시간에 따라 제공할 수 있다.

상기 서버는, 상기 수치예측모델 결과에 해당하는 지형의 텍스춰를 생성하고, 상기 수치예측모델 결과를 상기 생성한 지형의 텍스춰와 함께 3차원 랜더링하여 표시하는 데이터분석시스템을 더 포함할 수 있다.

상기 서버는, 상기 데이터분석시스템이 표시하는 3차원 랜더링 데이터를 사용자의 선택 조건에 따라 상기 웹 인터페이스를 통해 제공하도록 할 수 있다.

다른 관점에서 본 발명의 일 실시예는, 복수의 이종 컴퓨터 시스템들 중 적어도 하나의 컴퓨터 시스템에 수치예보모델의 수행 작업을 할당하는 그리드 미들웨어를 기반으로 실행되는 웹 애플리케이션에 의한 웹 인터페이스를 표출시키는 단계, 상기 웹 인터페이스를 통해 상기 수치예측모델에 입력될 지구환경 관측데이터, 상기 수치예측모델의 수행 변수 및 상기 수치예보모델의 수행 작업 요청을 수신하는 단계, 상기 웹 인터페이스로부터 선택된 지구환경 관측데이터를 수신하는 단계 및 상기 수행 작업 요청에 따라 상기 수신된 지구환경 관측데이터를 이용하여 상기 그리드 미들웨어에 의해 할당된 컴퓨터 시스템에 상기 수치예보모델이 수행되도록 제어하는 단계를 포함하는 지구환경변화 예측방법을 제공한다.

상기 웹 인터페이스로부터 선택된 지구환경 관측데이터를 수신하는 단계는, 상기 웹 인터페이스를 통해 검색 가능한 지구환경 관측데이터를 표시하고 선택된 지구환경 관측데이터를 검색하는 단계 및 상기 검색한 지구환경 관측데이터를 수신하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 웹 인터페이스로부터 선택된 지구환경 관측데이터를 수신하는 단계는, 상기 검색한 지구환경 관측데이터를 상기 수치예측모델이 수행 시간에 따라 수신할 수 있다.

상기 지구환경 예측방법은, 상기 수치예측모델 결과에 해당하는 지형의 텍스춰를 생성하고, 상기 수치예측모델 결과를 상기 생성한 지형의 텍스춰와 함께 3차원 랜더링하여 표시하는 단계를 더 포함할 수 있다.

지구환경변화 예측방법은, 상기 3차원 랜더링한 데이터를 사용자의 선택 조건에 따라 상기 웹 인터페이스를 통해 제공하도록 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면 웹을 기반으로 지구환경변화를 예측할 수 있는 수치계산제어시스템을 제공할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면 계산그리드 기술을 이용하여 지구시스템의 변화를 예측하기 위한 수치시뮬레이션에서 필요로 하는 규모의 전산자원을 분산 환경에서 찾아서 공유 환경으로 사용 가능하도록 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면 웹 포털 서비스를 이용하여 수치시뮬레이션을 위한 입력자료로 지정된 관측자료를 자동으로 검색하도록 하고, 검색된 관측자료를 수치시뮬레이션을 위한 계산제어 시스템의 초기자료로 변환하도록 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면 웹 포털 서비스를 이용하여 관측자료를 가시화하여 표출할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면 관측 데이터의 처리, 예측모델링의 수행, 모델 수행 결과의 가시화 등의 일련의 서비스를 사용자가 쉽게 제어하고 조절하여 사용자의 의사 결정과 그 결과를 용이하게 제공받을 수 있도록 하는 웹 인터페이스를 제공할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면 웹 사용자인터페이스를 이용하여 수치시뮬레이션 출력자료를 가상지구에 2차원 또는 3차원 자료로 사용자에게 표출하여 현실적인 모델 결과를 표출하도록 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면 지구환경변화에 대한 예측모델링 결과를 사용자설정에 따라 분석하고, 그에 따른 예보 결과를 가시화하여 예보 의사를 결정할 수 있도록 하는 지구환경변화예측시스템 및 지구환경변화 예측 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 일 실시예의 개략도
도 2는 본 발명에 따른 지구환경변화 예측시스템의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 3는 본 발명의 실시예에 따른 관측데이터시스템의 일 실시예를 예시한 도면
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 관측데이터시스템 중 수집기 데몬의 기능을 예시한 도면
도 5는 관측데이터시스템에 의해 제공되는 웹 서비스의 초기화면을 예시한 도면
도 6의 관측데이터시스템에 의해 제공되는 웹 서비스의 다른 화면을 예시한 도면
도 7은 관측데이터시스템에 의해 제공되는 웹 서비스의 또 다른 화면을 예시도
도 8은 관측데이터시스템에 의해 제공되는 웹 서비스의 또 다른 화면을 예시한 도면
도 9는 선택된 지역의 강수량 차트를 이용하여 강수량 정보를 표시하는 예를 나타낸 도면
도 10은 재해 주제의 태풍 메뉴 중 [사례영상] 메뉴를 선택했을 경우에 나타나는 화면의 예시도
도 11은 태풍 사례 메뉴에서 관측 데이터와 당시 태풍 매미의 진로 예상도 및 최종 이동 경로의 예를 웹 서비스를 통해 제공한 화면을 예시한 도면
도 12는 하천 범람 영상 메뉴를 선택하면 웹 인터페이스 상에서 표시되는 화면의 예시도
도 13은 사용자가 선택한 하천 범람 영상을 표출한 화면을 예시한 도면
도 14는 예보모델링시스템에 포함될 수 있는 계산 컴퓨터 그리드 시스템을 예시한 도면
도 15는 그리드 기반의 웹 서비스를 제공할 수 있는 그리드 서비스 스택을 예시한 도면
도 16은 기상모델이 수행될 지형생성 수행이 종료될 경우 생성된 결과를 예시한 도면
도 17은 그리드 기반의 웹 포털의 초기화면을 예시한 도면
도 18은 그리드 기반의 예측모델링시스템을 이용하기 위해 웹 포털에 로그인하였을 경우 초기화면을 예시한 도면
도 19는 작업 관리 메뉴 중 지형생성 섹션에 포함된 세부 선택 옵션을 예시한 도면
도 20은 기상예측모델의 지형생성과정의 대상이 되는 영역을 웹 인터페이스를 통해 나타낸 도면
도 21은 지형생성과정이 수행되는 경우 로그 메시지를 웹 인터페이스를 통해 표시한 도면
도 22는 웹 인터페이스로 표시된 수치예보모델의 전처리과정 섹션을 나타낸 예시도
도 23은 선택된 입력데이터를 기상예측모델에 적합한 자료로 생성하고 있음을 나타내는 로그 메시지 화면을 예시한 도면
도 24는 사용자가 수행할 기상예측모델의 수행 조건에 대한 입력 변수를 설정하는 메인과정 섹션의 웹 인터페이스 화면을 예시한 도면
도 25는 사용자가 선택한 모델 수행 조건을 표시하도록 하는 웹 인터페이스의 예시도면
도 26은 기상예측모델이 그리드 기반의 자원에서 수행되도록 예측모델링 시스템에 작업 제출하는 화면을 예시한 도면
도 27은 메인 과정이 그리드 기반의 리소스 자원에서 수행될 경우 수행 로그 메시지를 사용자에게 웹 인터페이스로 제공하는 예를 나타낸 도면
도 28은 예측모델시스템의 웹 인터페이스에서 모델 수행 결과를 후처리하여 가시화한 결과를 나타낸 예시도
도 29는 3차원 가시화 툴을 통해 가상 지구상에서 3차원으로 나타낸 결과를 웹 인터페이스에서 제공하는 화면을 예시한 도면
도 30은 데이터분석시스템의 처리 작업 모듈을 개념적으로 구조화하여 예시한 도면
도 31은 관측데이터를 3차원 가시화하기 위해 사용한 데이터를 예시한 도면
도 32는 가시화 데이터를 생성한 대상 영역의 정사 영상을 나타낸 도면
도 33은 정사 영상에 포함되는 영역에 대해 지리 데이터의 측량 간격에 따른 메모리 및 폴리곤의 수를 예시한 도면
도 34는 데이터분석시스템이 웹 인터페이스를 통해 해당 영역을 표출하였을 경우의 화면에 표시된 영역을 나타낸 도면
도 35는 해당 화면에서 와이어 프레임 영상이 표시되도록 하는 예시도면.
도 36는 해당 영역에 관측 데이터 또는 예측 모델링 결과 데이터를 함께 처리하여 침수 지역을 랜더링한 영상을 표시한 예를 나타낸 도면
도 37 내지 도 40은 도 36의 3차원 영상을 시간 및 고도에 따fms 3차원 가시화 영상을 표출한 도면.
도 41은 본 발명에 따른 지구환경 예측방법의 일 실시예를 나타낸 도면이다.

이하 본 발명의 상세한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 수치시뮬레이션(numerical simulation) 계산제어(computational steering) 시스템(이하 수치계산시스템)의 일 실시예의 개략도를 나타낸다.

도 1의 실시예에서 수치계산시스템은 관측데이터시스템(100), 예보모델링시스템(200) 및 데이터가시화시스템(300)을 포함한다. 이하에서 예보모델링시스템(200)에서 수행되는 모델은 기상예보모델을 예시로 하지만, 설명한 바와 같이 어떤 지구환경 모델이라고 하더라고 본 실시예에 따른 예보모델링시스템에 의해 수행될 수 있다.

관측데이터시스템(100)는 지구환경 관측자료를 예보모델링시스템(200)의 입력자료로 제공한다. 관측데이터시스템(100)은 통신망을 통해 수신한 지구환경 관측자료를 수집하여 예보모델링시스템(200)에 제공하거나, 수집한 관측자료를 예보모델링시스템(200)의 초기자료에 적합한 자료로 수정하거나 가공한다.

관측데이터시스템(100)은 웹 포털 인터페이스를 통해 사용자가 원하는 관측자료를 검색하고 제공할 수 있다. 관측데이터시스템(100)은 검색된 관측자료를 예보모델링시스템(200)에 직접 제공하거나 예보모델링시스템(200)의 모델 수행에 적합하게 가공할 수 있다.

지구환경 관측자료는 관측자료를 수집하는 기관별로 독립적으로 구축되어 왔으나 아래에서 설명하는 본 발명의 실시예는 각 기관별 관측자료를 교환 및 공유하여 웹 포털 시스템으로 설계하도록 할 수 있다.

예보모델링시스템(200)은 관측데이터시스템(100)으로부터 수신한 초기자료를 이용하여 지구환경 예측 모델링을 수행한다. 예보모델링시스템(200)은관측데이터시스템(100)이 관측데이터를 가공했는지 여부를 불문하고, 관측데이터시스템(100)으로 수신한 관측데이터를 적절히 다시 가공할 수 있다.

예보모델링시스템(200)은 이하에서 설명하는 그리드 기반의 전산자원을 포함하는데, 예보모델링시스템(200)의 그리드 미들웨어는 사용자가 웹 인터페이스를 통해 선택한 조건에 맞게 지구환경 예측 모델링이 수행되도록 전산 자원을 할당할 수 있다. 예보모델링시스템(200)의 그리드 전산 자원은 복수의 컴퓨터들로서, 동종 또는 이종의 컴퓨터 시스템이거나 그들이 집합인 클러스터 시스템을 포함할 수 있다. 그리드 전산 자원에 포함되는 컴퓨터는 기상예보모델의 예보 결과를 적절한 시간 내에 출력할 수 있어야 하는데, 그 컴퓨터들 중 가장 적합한 자원이 그리드 미들웨어에 의해서 선택되므로 사용자는 기상예보모델 결과를 안정적으로 얻을 수 있다. 기상예보모델이 수행되는 고성능 컴퓨터는 사용자 개인에 의해 전용되기 보다는 허용된 다수의 사용자에 의해 공유하여 사용된다. 이와 같이 공유되는 전산 자원을 대상으로 원하는 시간 내에 모델링 결과를 얻기 위해 그리드 전산 자원이 사용되면 그 모델수행결과를 하나의 전산 자원을 사용하는 것보다 안정적으로 얻을 수 있다. 또한 그리드 전산 자원은 병렬 처리 수행이 가능한 인터페이스를 포함하고 있어서 그리드 전산 자원 내에 서로 다른 컴퓨터들이 동일한 예보 모델의 일부를 동시에 계산할 수도 있다.

사용자가 웹 인터페이스를 통해 모델 수행 조건을 선택하면 예보모델링시스템(200)은 그 수행 조건에 따라 기상예보모델을 수행하고 수행결과를 데이터가시화시스템(300)으로 전달한다. 또는 예보모델링시스템(200)의 수행 결과는 다시 관측데이터시스템(100)으로 전송되거나 별도의 데이터베이스 저장되어 추후 사용자가 웹 인터페이스를 통해 모델 수행 결과와 관측 결과를 함께 확인할 수 있도록 할 수 있다.

데이터가시화시스템(300)은 예보모델링시스템(200)의 출력자료를 가상지구(virtual globe)에 2차원 단면도 또는 3차원 입체도로 웹 인터페이스 상에서 표출할 수 있다. 데이터가시화시스템(300)은 사용자가 관측 또는 모델링 결과를 분석할 수 있는 가시화 정보를 제공하는데 이하에서는 데이터가시화시스템을 데이터분석시스템으로 호칭하기도 한다. 데이터분석시스템(300)의 결과는 관측데이터시스템(100)이나 예측모델링시스템(200)으로 전송되어 해당 시스템의 결과와 함께 표출될 수 있다.역으로 관측데이터시스템(100)이나 예측모델링시스템(200)의 결과 데이터는 데이터분석시스템(300)에서 함께 가시화되어 표출될 수도 있다. 따라서, 사용자는 그리드 기반의 웹 포털 인터페이스를 통해 가시화 결과와 같은 모델링 결과자료로부터 지구환경변화와 관련된 자료를 용이하게 분석할 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 지구환경변화 예측시스템의 일 실시예를 나타낸 도면이다. 지구환경변화 예측시스템의 일 실시예는 별도의 웹 서버(400)를 포함하거나 위의 관측자료시스템(100), 예측모델시스템(200), 데이터분석시스템(300) 중 어느 하나가 웹 서버의 역할을 할 수도 있다. 또는 각 시스템들(100, 200, 300)이 웹 서비스를 각각 제공하는 경우 웹 서버(400)는 관측데이터시스템(100), 예측모델시스템(200), 데이터분석시스템(300)을 포함한다고 할 수도 있다. 사용자는 웹 서버(400)와 연결된 클라이언트(10)를 이용하여 웹 브라우저를 통해 웹 서버가 제공하는 웹 포털 서비스를 제공받을 수 있다. 관측데이터시스템(100)은 관측자료를 수집하여 예측모델시스템(200)이 수집하는 자료를 제공할 수 있다. 특히 웹 인터페이스의 선택에 따라 관측데이터시스템(100)은 예측모델시스템(200)이 수행하는 수치예측모델이 이용하는 관측데이터를 수치예측모델이 수행 시간에 따라 제공하는 일정 시간 간격으로 제공할 수 있다. 웹 서버(400)의 예측모델시스템(200)은 수치예측모델을 수행한다.

웹 서버(400)는 그리드 기반의 전산 자원들(500)을 기반으로 한다. 예시한 전산자원들은 각각 원격의 고성능 컴퓨터 시스템들이거나 클라우드 컴퓨터들일 수 있다. 그리드 기반의 전산 자원들은 아래의 설명과 같이 초고속 인터넷 망으로 연결될 수 있고, 그 연결망을 기반으로 각 클라우드 컴퓨터들내에서 또는 그리드 기반의 병렬 처리 인터페이스를 구비하고 있다. 따라서 대량의 계산이 필요한 수치예측모델에 대해서도 효율적으로 운영하면서 빠른 시간 내에 모델 결과를 얻을 수 있다. 파일 서버(600)는 각 시스템의 결과 자료를 저장하거나 각 시스템이 필요로 하는 자료들을 저장하여 제공할 수 있다. 예를 들어 예측모델링시스템(200)이 파일 서버(600)에 저장된 자료를 근거로 모델 수행이 가능하고, 데이터분석시스템도 파일 서버(600)에 저장된 데이터를 근거로 데이터 가시화 결과를 표출할 수 있다. 파일 서버(600)는 웹 서버(400)와 별개의 구성요소가 될 수도 있지만, 웹 서버에 포함될 수도 있다. 웹 서버는 그리드 미들웨어와 매니저를 구비하고, 매니저는 클라이언트가 요청하는 웹 서비스 요청에 필요한 작업을 그리드 미들웨어를 통해 전산 자원들로 분배하고, 전산 자원로부터 수신한 결과가 웹 인터페이스로 제공될 수 있도록 할 수 있다.

도 3는 본 발명의 실시예에 따른 관측데이터시스템의 일 실시예를 예시한 도면이다. 관측자료시스템은 레지스트리시스템으로서, 레지스트리는 위와 같이 분산된 환경에서 독립적으로 생산되는 기상, 지상 수자원, 해양 등 지구환경과 관련된 관측 데이터와 예측 데이터를 실시간으로 수집한다. 본 실시예는 여러 기관의 데이터 서비스를 이용하여 FTP 서비스를 이용하여 일정 시간 간격마다 수집하며, 수집하는 정보로는 한반도 위성영상, 레이더영상, 태풍진로예보, 시간당강수량 정보이 있음을 보여준다.

레지스트리 시스템은 수집기 데몬(CollectorDaemon) (110), 관리 웹 서비스 모듈(120), 카탈로그 질의 서비스 모듈(130), 데이터 입출력 모듈(140)을 포함한다.

수집기 데몬 모듈(110)은 외부의 데이터 서비스로부터 데이터를 수집하여 데이터 입출력 모듈을 사용하여 데이터베이스나 웹 서버에 저장한 프로그램을 실행하고, 각각의 스케줄링에 의하여 실행되는 Collector의 집합이다.

관리 웹 서비스모듈(120)은 관리자가 데이터 수집 상황을 모니터링하고 항목 등을 관리할 수 있도록 한다.

카탈로그 질의 서비스모듈(130)은 이용자 또는 외부 수집 서비스가 질의에 의하여 특정 데이터(레코드)를 수집해 갈 수 있도록 할 수 있다.

데이터 입출력(DAO)모듈(140)은 사용자용 또는 외부 데이터 수집 시스템과의 입출력용 애플리케이션과 데이터베이스간의 데이터 입출력 인터페이스를 제공한다.

도 3은 수집기 데몬모듈(110)이 실행하는 기능 구성을 예시한 도면이다. 수집기 데몬모듈(110)은 수집기 데몬을 자바 프로그램 형태로 실행할 수 있다.

수집기데몬(CollectorDaemon)은 전체 수집 과정을 관장하는 클래스이며, 독립적인 스케줄링에 의하여 실행되는 수집기(Collector)를 여러 개 가질 수 있다.

수집기(Collector)는 독립적인 스케줄에 따라 실행되는데, 하나의 수집기는 하나 이상의 수집로직(CollectionLogic)을 순차적으로 실행하고, 실행되는 수집로직(CollectionLogic)에 따른 레코드를 기록할 수 있는 인터페이스를 제공한다.

FTP수집쓰래드(FTPCollectorThread)는 FTP와 같은 파일 전송 프로토콜을 이용하여 실시간 자동 수집을 하기 위한 모든 클래스의 기반 클래스이며, 수집기를 상속한다. 이 도면의 실시예는 기상청의 자료를 받기 위한 FTP수집쓰래드와 수자원공사의 자료를 받기 위한 FTP수집쓰래드의 부모 클래스가 되도록 한 예이다. 해당 기관의 FTP 서버에 접속하여 순차적으로 등록된 수집로직을 실행하며 일정 시간 예를 들면, 각각 10분에 한 번씩 FTP 서비스를 통하여 해당 서버에 새로운 파일이 있는지 검사하여 데이터를 수집된다.

수집로직(CollectionLogic)은 특정 데이터를 가져오기 위한 로직으로서 디렉토리 이동과 데이터 확인, 다운로드를 포함한 분석을 하여 수집기가 제공하는 저장 인터페이스를 이용하여 레코드로 저장한다. 수집로직(CollectionLogic)들은 수집이 실행되기 전, 하나 이상의 시리즈(Series)를 갖도록 초기화되며, 수집 실행 시점에는 각 Series에 대하여 반복적으로 수집 로직을 실행한다.

시리즈(Series)는 데이터 저장의 일관성을 나타내는 것으로서 데이터 유형(DataType 테이블), 관측소/지점(Site 테이블) 등의 설정 또는 자체 정보를 잘 활용하여, 어떤 데이터가 일관되게 반복적으로 입력되는 특성에 대한 설정 역할을 한다. 예를 들면 구덕산과 동해의 기상레이더는 서로 다른 Series로 처리될 수 있다.

관측데이터시스템은 FTP를 통하여 수집하는 과정에서, 반환된 파일 목록 중 새로운 자료를 걸러내기 위한 필터 클래스를 구비하고 있다. 이 클래스를 상속하는 클래스는 FTP 파일 목록 중, 파일의 이름으로부터 새로운 정보를 걸러주도록 할 수 있다. 예를 들어 파일 이름을 시 분 단위까지 나열된 일련의 숫자로 하고 그 파일 이름에 기초하여 그 파일 내에 새로운 정보를 걸러주는 역할을 할 수 있다.

본 실시예에 따른 관측데이터시스템은 관측데이터 관리자의 이용 편의를 위하여 웹 기반으로 구현될 수 있다. 관리 웹 서비스는 관리자가 수집 과정을 모니터링 하거나 수집에 관련된 설정 항목 등을 관리하는데 이용될 수 있다.

관측데이터시스템의 관리 웹 서비스는 다음과 같은 관리 서비스를 제공할 수 있는데, 예를 들어, 주제 관리 기능은 웹 포털이 제공하는 여러 개의 사회 편익 분야 및 하위 분류를 의미하는 주제(Subject) 테이블 항목을 관리하고, 데이터 유형(DataType 테이블), 수집된 레코드와의 참조 관계를 관리한다.

그리고, 데이터 유형 관리 기능은 일정한 포맷 등으로 분류할 수 있는 데이터 유형(DataType 테이블)을 관리하고, 기관관리기능은 관측소/지점(Site 테이블)을 운영하는 기관 정보를 관리한다. 관측소/지점 관리기능은 개별 관측소, 지점, 특정 위치의 관측 장비에 해당하는 정보를 제공한다. 수집 로직기능은 현재 수집되고 있는 상황을 모니터링한다. 최근 수집 로직으로 일정 시간내의 수집결과를 목록으로 보여주고, 개별 수집 결과에 대한 상세내역도 제공할 수 있다.

카탈로그 검색기능은 사용자가 웹 인터페이스를 통해 카탈로그 질의 서비스 모듈을 이용하여 어떤 조건에 맞는 데이터를 검색할 수 있도록 한다. 프로그램 내부적으로는 카탈로그 검색 폼에서 받은 데이터로부터 XML 형태의 질의를 만들고, 그 질의를 다시 분석하여 XML 형태의 검색 결과를 반환한다.

한편, 데이터 입출력 계층은 데이터베이스와 사용자(또는 수집 시스템의 이터 상호 교환을 위한)용 애플리케이션간의 데이터 통신에 사용된다.

본 발명의 실시예에 따른 관측데이터시스템은 재해, 보건, 에너지, 기후, 물, 기상, 생태계, 농업, 생물다양성의 9가지 분류에 대한 정보 제공을 할 수 있다. 그리고 이를 통하여 예보, 분석과 같은 합리적인 의사 결정을 도와주는 역할을 수행할 수 있다.

이해를 돕기 위해 사용자가 재해 분류 중 태풍 정보 메뉴를 선택하여 위성 영상, 레이더 영상, 강수량 데이터, 기존 사례 영상을 살펴보는 예를 아래에서 도면을 참조하여 상세히 기술한다.

도 5는 관측데이터시스템에 의해 제공되는 웹 서비스의 초기화면을 예시한다. 즉, 사용자가 관측데이터시스템의 웹 포털 시스템에 접속하였을 때 나타나는 초기 시작 화면이다. 이후에 사용자가 원하는 메뉴를 선택할 경우에 시작 화면의 초기 지도 이미지 영역을 각 메뉴의 내용 표시 영역으로 활용한다. 메뉴는 예시한 바와 같이 재해, 보건, 에너지, 기후, 물, 기상, 생태계, 농업, 생물다양성의 주제 메뉴를 포함할 수 있다.

본 실시예는 메뉴를 선택할 경우에 페이지 전체를 갱신하지 않고, 화면 중간의 데이터 제공 영역만을 부분적으로 갱신할 수 있다. 이렇게 함으로써 전체적인 데이터 통신 양을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 화면을 세부적으로 컨트롤할 수 있다. 실시예의 오른쪽에는 위에서 기술한 주제 메뉴 중 접속 시간에 해당하는 정보를 예시할 수 있다. 사용자는 관측데이터 시스템으로부터 사용자가 원하는 관심분야의 관측데이터를 선택적으로 얻을 수 있다. 지도 영역(1)은 사용자에 따라 그 분해능이 달라질 수 있어서 지도를 확대하거나 축소하여 원하는 주제 영역에 대해 원하는 날짜의 관측데이터를 가시적으로 나타낼 수 있다.

도 6의 관측데이터시스템에 의해 제공되는 웹 서비스의 다른 화면을 예시한다. 재해 주제 중 태풍을 선택한 경우 해당 태풍의 영향을 받는 날짜(1, 2)를 선택할 수 있다. 도 6은 예를 들어 제해 주제의 태풍 메뉴 중 [위성영상] 메뉴를 선택했을 경우에 나타나는 사용자에게 표시하는 화면이다. 그리고, 사용자가 [위성영상보기] 버튼(5)을 클릭하였을 경우에 실제적으로 인공위성 영상 데이터를 지구 지도 위에 맞게 오버레이시킬 수 있다. 지구 지도는 외부에서 수신받아 이를 기초로 관측데이터를 오버레이 시킬 수 있는데, 예를 들면 구글 지도와 같은 지도가 사용될 수 있다.

이 예는 지구 지도위에 오버레이시킨 화면을 나타내는데 이 도면에서 인공위성 영상 데이터는 사용자가 설정한 [시작일](1)과 [종료일](2) 사이의 데이터만을 보여준다. 그리고 인공위성 영상을 보여줄 때 “FPS (Frame Per Second)” 조절 슬라이더(3)를 이용하여 초당 보여줄 프레임 수(4)를 설정할 수 있다.

도 7은 관측데이터시스템에 의해 제공되는 웹 서비스의 또 다른 화면을 예시한다. 도 7은 [레이더영상] 메뉴를 선택했을 경우에 나타나는 화면의 예이다. 화면 상단에는 레이더 기지가 설치되어 있는 각 지역을 지도 위에 표시해 줄 수 있다. 이후에 사용자가 레이더가 설치된 지역을 선택하였을 경우에 해당 지역의 레이더 영상을 화면 하단에 보여줄 수 있다. 레이더 영상은 기본적으로 가장 최신의 레이더 영상을 보여줄 수 있다. 하지만 일부 지역의 경우 과거 데이터를 데이터베이스에서 보유하고 있는 경우에는 과거의 레이더 영상 데이터를 볼 수 있는 메뉴를 추가로 제공할 수 있다. 사용자는 인공 위성 영상과 마찬가지로 [시작일], [종료일], 그리고 [FPS (Frame Per Second)]를 설정하여 과거의 레이더 영상을 살펴볼 수 있다.

도 8 및 도 9는 관측데이터시스템에 의해 제공되는 웹 서비스의 또 다른 화면을 예시한다. 도 8 및 도 9의 예는 사용자가 재해 메뉴의 태풍 메뉴 중 [강수량] 메뉴를 선택했을 경우에 나타나는 화면이다. 도 8은 지구 지도의 한반도 화면에 강수량 정보를 보여줄 각 지역을 표시하는 예를 나타내는데 날짜 탭을 이용하여 해당 날짜의 강수량 정보를 시간대 별로 확인할 수 있다. 사용자가 지도상의 특정 지역을 선택하였을 경우에 일별 강수량 정보를 실시간 차트를 생성하여 보여줄 수 있다.

도 9는 도 8의 웹 서비스에서 특정 지역을 선택한 경우 선택된 지역의 강수량 차트를 이용하여 강수량 정보를 표시하는 예를 나타낸다. 사용자가 지도상에 원하는 지역인 산청 지역을 선택한 경우, 해당 날짜 별 각 시간대별 강수량이 지도 상의 차트를 통해 사용자에게 표시된다. 따라서, 웹 서비스를 통해 관측 데이터인 강수량 데이터를 시간적, 공간적으로 자료로 얻을 수 있다.

도 10은 재해 주제의 태풍 메뉴 중 [사례영상] 메뉴를 선택했을 경우에 나타나는 화면의 예이다. 도 10의 예는 사용자가 선택한 기간 동안(이 예에서는 1993년부터 2007년까지) 발생한 태풍 사례 정보를 리스트로 보여준다. 사용자가 리스트 중에서 원하는 태풍 이름을 선택하면 해당 태풍의 진로 예상도와 실제 이동 경로를 확인할 수 있는 관측데이터를 제공한다. 예를 들어 사용자가 2003년 9월에 발생한 태풍 매미를 선택하면, 그에 대한 사례 영상이 웹 서비스를 통해 표시될 수 있다.

도 11은 위의 태풍 사례 메뉴에서 관측 데이터와 당시 태풍 매미의 진로 예상도 및 최종 이동 경로의 예를 웹 서비스를 통해 제공하는 화면을 예시한다.

도 12는 사용자가 태풍 이벤트에서 해당 태풍으로 호우가 발생한 경우, 하천 범람 영상 메뉴를 선택하면 볼 수 있는 화면의 예이다. 지구 지도상에서 관측 데이터를 가진 지역들 중에서 범람영상 정보를 보여줄 각 지역을 표시하여 사용자가 선택하도록 할 수 있다. 예를 들어 사용자가 경안천(위도 37.407255, 경도 127.268372) 지역에 대한 가시화 영상을 원한다면 해당 하천을 지도 상에서 선택할 수 있다. 그러면 관측데이터시스템에 의한 웹 서비스는 선택 지역의 모델 다이얼로그 박스를 이용하여 범람 영상을 보여줄 수 있다.

도 13은 사용자가 선택한 하천 범람 영상을 보여주는 화면을 예시한다. 예시한 화면은 해당 태풍의 호우 시 경안천의 범람 영상으로서 해당 하천에 맞는 지형을 표시하고, 호우에 따른 하천 수위 정도를 그래픽으로 구분하여 표출할 수 있다.

이상에서와 같이 본 발명의 실시예에 따른 관측데이터시스템은 관측데이터를 일정 간격으로 수집하고 사용자의 선택에 따라 수집한 관측데이터를 표출할 수 있다. 관측데이터시스템이 수집한 관측 데이터는 후술하는 예측모델시스템의 초기자료를 제공할 수 있다. 관측데이테시스템은 예측모델시스템과 연동될 수 있어서, 예측모델시스템에서 선택한 수치모델의 초기자료를 제공할 수 있다. 또한 관측데이터시스템은 수집된 관측데이터를 데이터분석시스템으로 전송하고, 데이터분석시스템은 관측데이터시스템으로부터 수신한 관측데이터를 이용하여 3차원 가시화 데이터를 표출할 수 있다.

이하에서는 예측모델시스템에 대해 상술한다.

그리드 컴퓨팅 기술은 지역적으로 분산된 이기종(heterogeneous)의 각종 계산 자원과 대용량 저장장치, 다양한 과학기술 연구장비 등을 고속의 네트워크로 연결 및 통합하여 사용자 중심의 자원 제공 서비스를 제공하는 고성능 인프라 구축 기술이다. 특히 그리드 컴퓨팅은 물리적인 자원뿐만 아니라 지역적 한계를 초월하여 분산 환경이 하나의 거대한 가상 컴퓨터처럼 사용자에게 서비스 되도록 하는 인프라이다.

그리드를 통해서 사용자는 쓸 수 있는 계산 자원의 양이 늘어남으로써 이전보다 더 큰 규모의 문제를 더 빠른 시간 안에 해결할 수 있게 되고, 다양한 종류의 자원에 대한 일원화된 접근을 통해 자원 활용의 효율성이 증가할 수 있다. 그리고 분산 협업 환경을 통하여 연구자들이 원격에서 공동연구 및 협력을 수행함으로써 협력을 위한 비용을 크게 줄일 수 있다. 자원 관리자의 측면에서도 자원의 통합 활용을 통해 전체 자원의 유휴시간이 줄어들게 되고 고가의 연구장비의 활용도 증가와 자원의 추가 비용이 절감되는 효과를 줄 수 있다.

이러한 그리드 컴퓨팅 인프라는 자원과 이 자원을 사용하는 응용 사이의 간격을 이어주는 미들웨어라는 소프트웨어를 통해 가능하게 된다. 그리드 미들웨어는 분산 이기종 환경의 모든 자원들을 사용자의 요구에 따라 적절하게 할당하기 위해 필요한 모든 기능을 갖추고 있다. 매우 이질적이고, 분산되어 있으며, 그 운영 정책까지도 각기 다른 자원들을 하나의 시스템처럼 보이게 하기 위해서는 매우 복잡한 구조를 요구하게 되지만, 그리드 미들웨어는 이 모든 복잡한 구조를 사용자에게는 감추고, 사용자 입장에서 편리한 인터페이스를 통해 필요한 자원을 사용할 수 있게 도와준다.

그리드 기술은 그 활용 목적에 따라 조금씩 다르게 구분이 되는데 크게 계산 그리드, 데이터 그리드, 연구장비 그리드, 그리고 액세스 그리드로 나눌 수 있다. 계산 그리드는 계산 자원들간의 연동을 통해 매우 높은 고성능 계산 자원을 활용하여 계산 집약적인 애플리케이션을 수행하도록 할 수 있다. 데이터 그리드는 방대한 양의 분산된 데이터에 대한 접근 및 관리 기술을 지원하며, 이러한 기술을 통해 거대한 데이터 처리를 하는 애플리케이션을 수행하도록 할 수 있다. 연구장비 그리드는 천체 망원경, 전자 현미경 등의 연구장비들을 원격에서 조정하여 사용하도록 하는 목적을 가진다. 마지막으로 액세스 그리드는 원격의 연구자간 화상 회의와 프리젠테이션 프로그램, 데이터 분석 프로그램등을 공유하도록 함으로써 원격 협업 연구를 지원할 수 있다.

본 발명에 따른 예측모델링시스템의 실시예는 컴퓨팅 그리드 인프라를 기반으로 하여 수행되는 특징을 가진다. 그리드 기반의 예측모델링시스템은 긴급한 상황에 더 빠른 시간 내에 미래 상황을 계산해 낼 수 있도록 많은 양의 컴퓨팅 자원을 이용할 수 있도록 할 수 있고, 컴퓨팅 자원의 규모에 따라 그 수행의 정확도나 속도에 큰 영향을 미치는 기후 모델 같은 응용 모델을 원활하게 수행하도록 할 수 있다.

본 발명에 따른 그리드 기반의 예측모델링시스템은 그리드 미들웨어를 사용한다. 그리드 미들웨어는 컴퓨팅 자원 공급자로 하여금 그들의 자원으로 쉽게 그리드를 구성할 수 있도록 하고, 사용자에게는 그리드 컴퓨팅 기술이 제공하는 여러 가지 유용한 기능을 편리하게 이용할 수 있도록 할 수 있다. 그리드 서비스를 제공하는데 있어서 가장 중요한 점은 안정성이라고 할 수 있는데, 본 발명에 실시예에 따른 그리드 미들웨어는 다양한 종류의 자원을 통합하는 그리드 인프라의 안정성을 최우선순위로 하고 그 안정성을 바탕으로 하여 그리드 서비스를 구현하는데 필요한 가장 기본적인 기능들을 충실히 구현하도록 할 수 있다.

그리드 미들웨어는 자원관리, 정보서비스, 그리드 MPI 라이브러리 등을 기본 미들웨어 기능으로 하고, 이에 그리드 CA, 어카운팅 서비스, 그리고 웹 포털 개발툴 등을 통합한 기능을 가질 수 있다. 본 발명에 따른 그리드 미들웨어는 기본 사용자 인터페이스로서 웹 포털이 사용자에게 편리함을 주도록 고안되었다. 기본 기능으로는 작업 관리, 분산 파일 시스템 관리, 자원 모니터링 및 정보서비스 어카운팅 서비스 등이 있고, 보안 인프라를 포함하고 있다. 특히 웹 포털을 구현함에 있어서 최근 웹2.0 인터페이스 기술로서 주목을 받는 Ajax (Asynchronous JavaScript and XML)와 Flex 등의 기술을 충분히 활용하여 사용자가 보다 편리한 인터페이스를 통해 그리드를 사용할 수 있다.

작업 관리 서비스는 사용자가 제출하는 모든 작업을 처리하는 서비스로서, 작업의 제출에서부터, 작업 모니터링, 그리고 계산 자원을 할당받아 실행하기까지 필요한 일련의 과정들을 관리한다. 본 발명의 실시예에 따른 그리드 미들웨어는 계산 작업의 종류를 세 가지로 구분하고 있는데 단일 (serial) 작업, HTC(High Throughput Computing) 작업, MPI 작업이다. 작업 관리 서비스에서 원격 자원의 할당을 위해서는 각 계산 자원에서 로컬 배치 스케쥴러에 작업이 할당된다. 작업 관리 서비스는 중앙에서 각 자원에 작업을 보내고, 수행중인 작업들에 대한 전체적인 모니터링을 수행하여 사용자로 하여금 작업의 상태를 알기 쉽게 할 수 있다. 작업의 상태는 DB로 저장이 되어 작업의 실행중이나, 추후 작업이 완료된 후에라도 사용자가 실행했던 작업의 기록을 확인할 수 있다. 원격의 작업을 위해 필요한 실행파일, 데이터 파일등의 이동이나, 작업의 실행을 위해 필요한 보안 관련 처리 역시 모두 작업 관리 서비스가 자동으로 처리될 수 있다.

작업 관리 서비스에 제출되는 작업은 OGF(Open Grid Forum)의 작업 표현 표준언어인 JSDL(Job Specification Description Language)를 통해 작성될 수 있다.

그리드 MPI(message passing interface) 서비스는 MPI 작업만을 따로 처리하기 위한 작업 관리 서비스이다. 본 발명에 따른 그리드 미들웨어의 작업 관리 서비스에 제출된 작업 중 그 타입이 MPI로 되어 있는 작업은 그리드 MPI 서비스에 보내어져서 실행될 수 있다. 이 서비스는 여러 종류의 계산자원들과 또 다양한 MPI 라이브러리를 지원할 수 있다. 그리드 MPI 서비스는 사용자가 선택한 MPI 라이브러리를 이용하여 작업이 실행되도록 모든 과정을 자동으로 처리해주기 때문에 사용자는 병렬 처리 자원인 MPI 작업의 실행 방법에 대한 지식이 없이도 작업을 실행할 수 있다. 그리고 MPICH-G2와 같은 라이브러리를 이용해 원격의 계산자원을 동시에 사용하는 MPI 작업도 수행이 가능하다. 마지막으로, 자동 컴파일 기능을 지원하여 소스 파일을 이용해서 작업을 제출하면 타겟 자원에서 실행파일을 생성하고 실행할 수 있다.

원격의 계산자원에서 작업을 실행하기 위해서 작업 실행에 필요한 데이터나 실행파일 등이 작업을 실행하는 계산 자원에 위치시킨다. 본 발명에 따른 그리드 미들웨어는 이러한 작업들을 내부적으로 모두 자동으로 처리하고 있는데, 이 과정에서 파일의 전송을 담당하는 서비스가 파일 관리 서비스를 포함한다. 이 서비스는 원격의 자원간 파일의 입출력 전송을 수행하며, 파일 브라우징 기능을 제공하여 분산된 다양한 자원들에 있는 사용자의 데이터를 마치 하나의 컴퓨터에 있는 것처럼 단일 뷰를 통해 관리할 수 있다.

본 발명에 따른 실시예는 자원 정보 서비스를 제공할 수 있는데, 자원의 모니터링 뿐만 아니라, 각 자원이 제공하는 서비스를 활용하기 위한 기본 정보들을 서비스할 수 있다. 본 발명에 따른 그리드 미들웨어의 자원 정보 서비스는 필요한 정보를 생성하기 위한 Information Provider를 제공한다. 웹 포털을 통해서 제공되는 자원 모니터링 기능은 추출되는 정보들을 DB나 파일 서버에 저장하여 활용할 수 있다. 자원 정보 서비스에서 제공하는 정보의 종류로는 로컬 배치 스케쥴러의 큐 관련 정보와 하드웨어 위주의 시스템 정보, 그리고 소프트웨어 정보를 포함한다.

그리드 환경은 매우 이질적인 자원들로 구성되어 있기 때문에 각 자원마다 OS, 배치 스케쥴러 등이 다르다. 이러한 이질적인 배치 스케쥴러들로부터 수집된 사용자의 어카운팅 정보들이 통합적으로 관리되는 어카운팅 시스템이 필요한데, 본 발명에 따른 그리드 미들웨어의 어카운팅 서비스는, 그리드에 포함된 전산자원의 작업 분배 엔진으로부터 다양한 배치 스케쥴러에서 사용자의 자원 사용 정보를 수집하고, 이를 이용하여 사용자가 언제 얼마나 계산자원을 사용했는지를 알려줄 수 있다.

본 발명에 따른 그리드 미들웨어는 사용자 인터페이스로서 웹 포털을 사용할 수 있다. 본 발명에 따른 그리드 미들웨어에는 그리드 클라이언트로서 웹 포털이 어떻게 구현될 수 있는지를 보여주기 위한 일반적 목적의 웹 포털을 제공할 수 있다. 이 웹 포털은 최근 웹2.0 사이트에서 많이 사용되는 인터넷 애플리케이션 구축 기술인 Ajax, Flex 등을 활용할 수 있고, 이러한 기술을 사용함으로써 사용자가 웹 포털을 통해 작업을 실행하고 파일을 관리하고, 자원을 모니터링 하는 등의 일련의 기능들을 이전보다 좀더 편하고 직관적으로 할 수 있다. 제공되는 웹 포털은 본 발명에 따른 그리드 미들웨어의 미들웨어 서비스들을 활용하여 작업 관리, 작업 모니터링, 분산 파일 관리, 자원 모니터링, 어카운팅 관리, 보안을 위한 인증서 관리 등을 수행할 수 있다. 본 발명에 의한 웹 포털은 범용의 응용 프로그램들을 수행하는 것을 목적으로 하고 있기 때문에, 특정 응용 프로그램을 지원하기 위한 별도의 포털을 만드는 것도 가능하다.

도 14는 예보모델링시스템(200)에 포함될 수 있는 계산 컴퓨터 그리드 시스템을 예시한 도면이다. 계산 컴퓨터 그리드 시스템에서는 지역적으로 떨어진 다수의 컴퓨터들이 고성능 통신망으로 연결되어 있다. 도 14는 본 발명의 실시예를 구현하기 위해 사용된 그리드 컴퓨터 시스템을 나타내는데, 예시한 그리드 컴퓨터 시스템은 전국 규모의 컴퓨터가 그리드 기반으로 연결될 수 있다.

실시예에 사용된 대전의 한국과학기술연구원에 위치한 컴퓨터 시스템은 2GHz, 24Tflops의 성능을 가진 컴퓨터 시스템과 2.3GHz, 5.8Tflops 성능을 가진 고성능 수퍼 컴퓨터를 포함하고, 서울, 광주, 부산, 포항 등에 위치한 리눅스 클러스터 시스템과 2.5 Gbps ~ 20 Gbps의 초고속 인터넷망으로 연결될 수 있다. 이 컴퓨터 자원들 중에서 수치예보모델링이 수행할 시점에서 즉시 가용한 컴퓨터 자원이 그리드 미들웨어에 의해 그 모델링 계산에 할당된다.

좀더 상세히 설명하면 예측모델링시스템은 그리드 기반 응용실행 환경이 되는데, 이를 위해서는 계산 그리드 시스템을 필요로 한다. 본 발명에 따른 예측모델링시스템의 실시예 개발을 위해 필요한 계산 그리드는 전국 여러 곳의 사이트에 분산된 클러스터들이 연동된 인프라를 활용할 수 있다. 그리드 인프라는 본 발명의 실시예에 따른 그리드 미들웨어를 이용하여 구축하였고 그리드 인프라의 각 클러스터는 한국과학기술연구원의 연구망에 연동되어 클러스터간 10~20Gbps의 네트워크로 연동되어 있어서 네트워크로 인한 클러스터간 통신 병목현상은 최소할 수 있다. 분산된 자원에 작업을 분배 및 관리하고, 자원 정보 및 어카운팅 정보 등을 관리하는 미들웨어 서버를 두고 있고, 각 자원과 미들웨어 서버의 그리드 서비스를 이용하여 웹 포털을 구현할 수 있다. 표 1은 본 발명의 일 실시예의 실험에 사용된 계산 그리드 인프라에 포함된 각 클러스터의 사양을 예시한다.

도 15는 그리드 기반의 웹 서비스를 제공할 수 있는 그리드 서비스 스택을 예시한다. 예시한 그리스 서비 스 스택은 하드웨어인 리소스(resource) 계층, 그리드 미들웨어(grid middleware) 계층, 유저 인터페이스(u ser interface) 계층을 포함한다.

리소스 계층에는 도 15에서 예시한 클러스터 시스템, 수퍼 컴퓨터 시 스템, 대용량 저장장치들이 해당한다. 리소스 계층은 그리드 기반의 웹에서 수치예보모델 결과를 수행하고 저장하는 하드웨어를 나타낸다.

사용자는 유저 인터페이스를 통해, 그리드 리소스 이용하여 계산을 수 행을 제어하는 작업 관리(job management) 기능, 그리드 시스템에 대한 보안(security) 서비스 기능, 그리드 리스소의 모니터링(resource monitoring), 공유사용자의 어카운드 관리(accounting) 기능, 데이터 관리(dat a management) 기능, 그리드 자원의 스케줄에 대한 글로벌 스케줄링(global scheduling) 기능 등에 따른 서 비스를 제공받을 수 있다.

유저 인터페이스 계층은 웹 포털 서비스(web portal)를 사용자에 제공하도록 하고, 사용자의 명령을 수신하고 수행하도록 하는 커맨드 라인 인터페이스(command line interface) 및 다양 한 그래픽 유저 인터페이스 애플리케이션(GUI application) 등을 포함할 수 있다.

그리드 미들웨어 계 층은 유저 인터페이스 계층을 통한 사용자 명령을 리소스 계층이 수행하도록 분배하고 제어할 수 있다. 미들 웨어는 웹 포털 서비스를 제공할 수 있도록 웹 애플리케이션 인터페이스(web services interface)를 통해 사 용자가 웹 포털을 이용해 입력하는 정보에 따라 리소스 자원들이 할당 또는 사용되도록 할 수 있다.

그 리드 미들웨어 계층은 웹 애플리케이션 그리드 어카운트 서비스를 위한 그리드 어카운드 기능, 리소스 모니 터링 기능, 리소스 할당, 작업 관리와 리소스에 대한 글로벌 스케줄링을 위한 작업 관리 기능, 암호화 및 인 증에 대한 보안 기능, 데이터 전송과 그리드 파일 시스템을 위한 데이터 관리 기능을 수행할 수 있다.

이하에서 위에서 설명한 그리드 기반의 지구환경변화 예측 시스템에서 웹 포털을 이용하여 사용자가 수치예 측모델을 실행하고 그 결과를 얻는 과정을 설명하면 다음과 같다. 역시 수치예측모델로 날씨를 예측하는 기 상모델을 실시예로 한다.

본 발명의 실시예는 대기/환경 분야에서 중규모 역학과정을 구현하는 수 치예측모델을 사용하였다. 그리드 기반의 웹 포털로부터 수치예보모델을 사용자에 선택 조건에 따라 실행하 고 그 결과를 얻는 과정을 용이하게 설명하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 수치예보보델을 설명하면 다음 과 같다. 본 실시예에 따른 수치예보모델은 지형생성, 전처리과정, 메인과정, 후처리 과정을 포함할 수 있 다.

지형생성과정은 기상모델의 저층을 형성하는 지표 또는 바다 등의 정보를 포함하는데, 모델 영역 설정, 지형고도 및 지면이용정보를 선택된 영역으로 분석하는 과정이다. 지형생성에 필요한 다음 주요 항목 들을 웹 인터페이스를 이용해 선택하거나 입력이 가능하다.

예를 들어 2차원 도메인의 최대 크기, 지형 자료의 최대 크기, 중심 위경도 좌표, 기타 도메인 관련된 변수 등이 설정될 수 있다.

도 16은 기 상모델이 수행될 지형생성 수행이 종료될 경우 생성된 결과를 예시하는 도면이다. 이 도면에서 사용자가 설 정한 모델 수행 대상 도메인이 한반도를 중심으로 3단계 또는 2단계의 영역으로 구분된 지형생성과정의 결과 로 보여진 예를 나타낸다. 사용자는 도 16에서 보여진 영역에 대한 지형 데이터를 포함한 파일을 웹 인터페 이스를 통해 확인하여 자신이 원하는 영역에 대한 결과를 확인할 수 있다.

지형생성과정이 종료되 면, 기상관측자료 또는 이를 가공한 자료의 초기자료를 수치예보모델로 입력자료로 변환하는 전처리 작업이 수행된다. 예를 들어 중규모 기상예측모델은, 전지구관측자료를 모델링하여 가공한 전지구모델결과 데이터와 해수면 온도 자료 등을 수행 영역의 경계자료와 초기자료로 사용할 수 있다. 사용자는 초기자료를 그리드 기 반의 웹 인터페이스를 통해 그리드 자원 중 저장장치에 저장된 초기 및 경계자료를 선택할 수 있고, 예측 결 과를 예상하는 예측시간과 기타 수치예보모델에 필요한 자료를 웹 인터페이스 상에서 선택할 수 있다. 전처 리 과정이 수행되면 실제 수치예보모델이 수행되는 초기입력자료가 완성된다.

메인과정은 사용자가 지정한 시간과 영역에서 실제 예측 모델링을 수행하는 과정으로서 전처리 과정의 결과들을 입력 데이터로 한 다. 사용자는 그리드 기반의 계산 자원을 웹 인터페이스 상에서 선택할 수 있고, 사용자가 선택한 계산 자원 중 가용한 계산 자원에서 메인 과정이 수행될 수 있다.

메인 과정이 종료되어 각 예측시간에 따른 모델 결과가 파일 형태로 생성될 수 있는데, 이 모델 결과 파일은 여러 가지 가시화 툴에 의해 웹 인터페이 스 상에서 출력될 수 있다. 후처리 과정은 예측모델의 메인 과정의 결과를 가시화하는 과정으로 사용자는 웹 인터페이스 상에서 가시화 툴을 선택하여 후처리된 과정을 웹을 통해 확인할 수 있다.

그리드 기반 의 웹 인터페이스는 사용자가 작업하도록 스케줄링한 작업을 작업 관리 메뉴에 따른 창을 통해 확인할 수 있 도록 할 수 있고, 각 단계의 상세 정보를 확인할 수 있다. 그리고, 작업 선택이 잘못된 경우 작업 관리 창을 통해 작업을 취소가 가능하도록 할 수 있다.

위에서 설명한 수치예보모델이 그리드 기반의 계산 자 원에서 실행되도록 사용자가 웹 인터페이스 상에서 수치예보모델을 수행하는 과정을 도면을 참조하여 설명한 다.

도 17은 그리드 기반의 웹 포털의 초기화면을 예시한다. 그리드 기반의 을 사용하는 사용자는 각각 개정을 가질 수 있고, 각 개정의 식별하는 유저 아이디와 패스워드를 통해 그리드 기반의 웹 포털 서비 스로 진입할 수 있다. 도 17은 예측모델링시스템을 이용하기 위한 웹 포털의 초기화면을 예시하는데, 관측데 이터시스템이나 데이터분석시스템을 위한 웹 포털서비스는 각각 별개의 초기화면으로 진입할 수도 있고, 하 나의 초기화면에서 각 시스템에 따른 웹 포털 서비스 메뉴로 진입할 수도 있다. 도 17의 예는 전자의 예를 나타낸다.

도 18은 그리드 기반의 예측모델링시스템을 이용하기 위해 웹 포털에 로그인하였을 경우 초기화면을 예시한다. 도 18에서 예시한 초기화면은 로그인된 사용자를 확인하고 로그아웃 버튼 정보를 나타 내는 사용자 정보 부분, 메뉴 섹션과 각 모델링의 세부 과정을 나타내는 섹션들을 포함할 수 있다.

메뉴 섹션은 그리드 자원이 웹 인터페이스를 통해 직관적으로 관리될 수 있도록 그리드 미들웨어가 수행하는 기능에 대한 메뉴를 가진다. 예시한 도면은 작업 관리(job management), 파일 관리(file management), 리소 스 관리(resource management), 개정 관리(account information) 등의 메뉴를 포함한다.

웹 인터페이스 의 초기화면은 그리드 미들웨어가 수행하는 각 기능에 대한 메뉴 섹션들을 포함할 수 있는데, 사용자는 웹 인터페이스 화면의 선택 버튼들을 통해 그리드 미들웨어가 제어하는 그리드 자원의 상태나 기능 수행을 제어 할 수 있다. 각 메뉴가 선택되면 각 메뉴에 속한 하부 메뉴가 표시될 수 있다.

작업 관리 메뉴는 수치 예측모델이 수행되도록 제어하는 작업 제출 메뉴(job submit)와 제출된 작업 상태를 체크할 수 있는 작업 모 니터링 메뉴(job monitoring)를 포함할 수 있다. 사용자는 작업 제출 메뉴를 통해 모델 수행 작업을 제출할 수 있고, 작업 모니터링 메뉴를 통해 제출된 작업의 수행 상태를 확인할 수 있다.

한편, 예시한 도 면의 상단에 수치예보모델의 각 세부 과정을 선택할 수 있는 섹션들이 그래픽으로 표시될 수 있다. 본 실시 예에서 예시한 기상예측모델은 설명한 바와 같이 지형생성과정(terrain), 전처리과정, 메인과정, 후처리과정 을 포함하는데, 사용자가 각 섹션들을 선택하여 선택된 섹션들에서 각각 사용자가 수행 조건을 선택하고, 모 델 수행 작업을 제출할 수 있다.

도 18의 예는 작업 관리 메뉴의 하위 메뉴 중 작업 제출 메뉴에서 수 치예보모델 작업 제출을 위한 여러 가지 수행 조건을 웹 인터페이스로 나타낸 예이다. 이 웹 인터페이스는 지형생성과정(Terrain)에 대해 사용자가 모델이 수행될 도메인을 인터페이스 화면을 통해 예시하고, 사용자 는 선택 수단을 통해 수행하고자 하는 도메인 또는 모델을 선택하도록 할 수 있다.

도 19는 작업 관리 메뉴 중 지형생성 섹션에 포함된 세부 선택 옵션을 예시한 도면이다. 예시한 지형생성과정에 필요한 옵 션으로서 모델이 수행될 도메인의 수, 예측을 위한 적분 간격(interval second)을 선택하고, 프로젝트 옵션 으로서 지형의 프로젝트 타입, 중심 위경도 등을 설정할 수 있게 할 수 있다. 그리고, 선택한 해당 영역에 대해 기상모델이 수행될 수평, 수직 격자 수와 그 격자 간격을 선택하거나 입력하게 할 수 있다. 수치예보모 델의 수행 도메인이 둥지(nested) 구조를 가진다면 수행 도메인의 수에 따른 내부 도메인에 대해서도 위와 유사한 옵션을 선택하도록 할 수 있다

도 20은 도 19에서 예시한 과정을 통해 기상예측모델의 지형 생성과정의 대상이 되는 영역을 웹 인터페이스를 통해 나타낸 예시도이다. 도 20에서 사용자가 원하는 지형 에 대해 확인하면 지형생성과정이 수행된다.

도 21에서 나타낸 바와 같이 지형생성과정이 수행되는 경 우 사용자는 로그 메시지를 웹 인터페이스를 통해 확인할 수 있다.

도 22는 웹 인터페이스로 표시된 수치예보모델의 전처리과정 섹션을 나타낸 예시도이다. 사용자는 전처리과정을 나타내는 웹 화면을 통해 기 상예측모델에 입력할 자료, 예측모델이 수행될 기간, 추가 관측 자료를 통계적인 기법에 의해 기상 초기 자 료로 가공하여 사용할 것인지 여부를 나타내는 입력 데이터의 자료동화에 대한 옵션을 선택할 수 있다.

본 발명의 실시예에서 웹 인터페이스에서 자료동화 옵션을 선택하면 관측데이터시스템에서 수집한 관측데이 터를 이용하여 모델 초기 데이터를 수정하는 과정을 거친다. 자료 동화는 수치예측모델의 초기 데이터를 단 순히 관측 데이터를 사용하는 것이 아니라 일정 시간 간격의 관측데이터로 모델의 초기 결과를 수정하는 것 으로서 초기에 수치예측모델의 수행 결과에 오차를 줄이는 과정이다. 예측모델의 초기 오차는 대규모 계산 수행시 시간에 따라 급격히 증가할 수 있기 때문에 일정 시간 간격의 관측 데이터를 초기에 이용하여 모델 수행 오차를 줄일 수 있다. 사용자가 웹 인터페이스에서 자료동화 옵션을 선택한 경우 관측데이터시스템은 예측모델시스템과 연동되어 예측모델시스템에 필요한 관측데이터를 일정 시간간격에 따라 전송할 수 있고, 예측모델시스템은 그 관측데이터를 수신하여 모델 초기 자료를 생성하고, 예측모델을 수행할 수 있다.

도 23은 전처리과정 섹션에서 입력데이터 셋팅이 완료될 경우 선택된 입력데이터를 기상예측모델에 적합한 자료로 생성하고 있음을 나타내는 로그 메시지 화면을 예시한다. 사용자는 웹 인터페이스를 통해 입력 데이 터 수행 결과에 문제가 있는지 확인할 수 있고, 그에 따라 다른 입력 데이터를 선택하거나 가공되도록 할 수 있다.

도 24는 사용자가 수행할 기상예측모델의 수행 조건에 대한 입력 변수를 설정하는 메인과정 섹션의 웹 인터페이스 화면을 예시한다. 기상예측모델의 메인 과정은 여러 가지 변수 설정 조건에 따라 수행 될 수 있다. 예시한 화면은 수행 시간과 도메인에 대한 분해능에 대한 옵션, 기상예측모델이 기상현상의 물 리 과정을 해석하는 방식인 물리적 스킴들 중 어떤 물리 스킴에 따라 수행될 것인지에 대한 옵션, 기상예측 모델의 역학 스킴들에 대한 옵션 등을 예시할 수 있다. 사용자는 웹 인터페이스를 통해 기상예측모델이 메인 과정이 수행될 수 있는 옵션에 포함된 변수들을 설정할 수 있다.

도 25는 도 24에서 사용자가 기상 예측모델의 변수를 선택을 완료한 경우 모델 수행 작업을 제출하기 전에 사용자가 확인할 수 있도록 선택된 모델 수행 조건을 표시하도록 하는 웹 인터페이스의 예시도면이다.

도 26은 기상예측모델이 그리드 기반의 자원에서 수행되도록 예측모델링 시스템에 작업 제출하는 화면을 예시한다. 기상예측모델의 지형생성 과정과 전처리과정을 통해 기상예측모델이 수행될 지형 데이터, 초기 및 경계데이터, 수행 변수가 설정되면 메인 과정은 생성된 데이터와 설정된 수행 변수에 따른 계산 과정을 수행할 수 있다.

계산 과정은 그리 드 기반의 전산 자원으로 할당되어 수행되는데, 웹 인터페이스는 사용자가 그리드 기반의 웹 인터페이스에서 사용할 수 있는 리소스나 그 리소스의 OS를 선택할 수 있도록 할 수도 있고 시스템을 선택된 리소스에 대한 최대 대기 시간을 설정할 수도 있다. 작업 제출이 실행 작업인지 배치 작업인지 각 전산 자원에서 사용할 C PU의 개수나 병렬 처리를 위한 이브러리 선택 등도 가능하다.

사용자가 계산 자원을 선택하지 않은 경 우, 그리드 미들웨어는 웹 인터페이스상에서 설정된 조건을 가장 빠른 시간 내에 수행할 수 있는 전산 자원 에 모델이 수행되도록 할 수 있다.

도 27은 메인 과정이 그리드 기반의 리소스 자원에서 수행될 경 우 수행 로그 메시지를 사용자에게 웹 인터페이스로 제공하는 예를 나타낸다. 메인 수행을 위한 작업 제출되 면 그리드 미들웨어에서 그리드 기반의 MPI 서비스를 구현할 수 있는데, 각각 원격으로 연결된 로컬 리소스 매니저에 의해 그 매니저와 관련된 컴퓨터 리소스에서 모델 수행 계산이 분산 수행될 수 있다.사용자는 웹 인터페이스를 통해 각 리소스에 대한 로그 메시지를 확인하고수행 모델이 각 전산 자원에서 정상적으로 동작 하는지 여부를 확인할 수 있다. 웹 인터페이스의 작업 관리 기능은 사용자가 작업을 제출한 시간 및 현재 시 간, 모델 수행이 되는 각 단계에 따른 로그 메시지를 웹 포털 창을 통해 표시하도록 한다.

한편 모 델 수행 결과는 가시화된 데이터로 사용자에게 표출될 수 있는데, 실시예에서 간단한 모델 수행 결과는 예측 모델시스템의 웹 인터페이스 상에서 확인할 수 있도록 하였다. 고분해능의 실사와 유사한 3차원 가시화 결과 는 그 데이터 처리가 방대하기 때문에 후술하는 데이터분석시스템을 통해 수행되도록 하였다. 그러나 웹 서 버가 각 시스템의 결과를 인터페이스를 통해 제공하기 때문에 사용자는 어떤 시스템에서 어떤 결과가 수행되 는지 반드시 확인할 필요가 있는 것은 아니며 웹 인터페이스 상에서 해당 메뉴 등을 통해 확인할 수 있다.

도 28은 예측모델시스템의 웹 인터페이스에서 모델 수행 결과를 후처리하여 가시화한 결과를 나타낸 예시도 이다. 예를 들어 사용자가 선택한 모델 수행 결과는 각 고도에서 각 기상 변수를 그래픽으로 표시하여 사용 자로 하여금 예측모델의 결과를 용이하게 이해할 수 있도록 할 수 있다. 도 28은 모델 수행 결과를 2차원 단 면도로 표시한 예이다.

기상예측모델의 수행 결과는 해당 영역에 대해 3차원 격자점 데이터를 포 함하므로 사용자가 원하는 예측 결과를 가시화 툴을 통해 가시화하여 제공할 수 있다. 실시예는 3차원 가시 화 결과를 예측모델시스템의 수행 결과를 이용하여 가시화할 수 있는 툴을 통해 웹 인터페이스로 제공되도록 할 수 있다.

도 29는 3차원 가시화 툴을 통해 가상 지구상에서 3차원으로 나타낸 결과를 웹 인터 페이스에서 제공하는 화면의 예를 나타낸다. 도 29는 사용자가 설정한 모델 수행 도메인에 대한 가상 지구 데이터와 모델 결과 데이터를 결합하여 사용자가 설정한 변수에 대해 3차원 결과를 표출하는 예이다. 이도면 에서 한반도의 특정 상공에서 특정 기상 변수의 분포가 입체적인 단면도로 표시된다. 사용자는 바 형태 표시 된 선택수단을 통해 모델 결과를 나타내는 시간을 조절하거나 동영상처럼 보이도록 할 수 있으며 3차원 영상 의 각도를 조절하면서 여러 각도에서 3차원 영상을 통해 모델 수행 결과에 따른 기상 변수들을 볼 수 있다.

도 16내지 도 29의 예는 그리드 기반의 웹 포털을 이용하여 사용자가 원하는 옵션을 설정하고 그 결과를 웹 인터페이스로 제공받는 예를 설명하였다.

이제 예측모델링시스템의 이용하여 수행된 모델 결과를 사용자가 현실적으로 이해하고 분석할 수 있도록 데이터분석시스템에 기반한 결과를 웹 인터페이스 상에서 가시화하는 예를 기술한다. 전술한 바와 같이 관측데이터시스템, 예측모델링시스템, 데이터분석시스템의 인 터페이스는 각각 별개의 웹 포털들을 통해 제공되어 사용자가 클라이언트를 통해 각 웹 포털에 접근하도록 할 수도 있고, 하나의 웹 포털의 선택 메뉴가 될 수도 있다. 데이터분석시스템은 관측데이터시스템 또는 예 측모델시스템의 결과를 가시화할 수 있는데 이에 대해 상술하면 다음과 같다.

위에서 예측모델시스 템은 3차원 지구 자료에 모델 결과를 오버 레이하는 방식으로 간략히 3차원 가시화 결과를 표시할 수 있다 설명하였다. 최근에는 인터넷 상에서 3차원 가상 지구에 대한 3차원 데이터를 공개하고 있으므로 이를 이용 하여 모델 결과를 해당 위치의 가상 지구 상에서 오버 레이하면, 웹 인터페이스 상에서 사용자가 모델 결과 를 용이하게 이해할 수 있도록 할 수 있다.

한편, 데이터분석시스템은 조금 더 상세하고 현실적인 가시화 데이터를 구현하도록 가시화 데이터를 생성할 수 있는데, 데이터분석시스템에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.

데이터분석 시스템은 관측데이터 또는 예측모델링 결과 데이터를 분석하고 가시화하여 태 풍이나 홍수에 따른 피해 확산 경로와 범위와 같은 지구환경변화에 따른 재해를 정확하게 예측할 수 있도록 할 수 있다.

데이터분석시스템과 위에서 설명한 예측모델링의 가시화 툴을 이용한 가시화 방법의 차이는, 예측모델링 가시화 툴은 이미 생성된 가상 지구 데이터에 관측 데이터나 예측 모델링 결과 데이터를 2차원 또는 3차원으로 표시하는 것이다. 모델 결과 데이터는 지구의 특정 영역에 대해 표시될 수 있는데, 예 측모델링 가시화 툴은 모델 결과를 나타내는 지구의 특정 대상 영역을 별도로 처리할 필요가 없다. 즉, 예측 모델링 가시화 툴은 모델 계산의 격자에 맞는 지형 정보에 해당 격자에서 모델의 결과를 나타내거나, 이미 생성된 3차원 지형 정보에 맞는 모델 결과를 결합하여 표시하는 것이다. 따라서, 예측 모델링 결과가 이와 같은 가시화 툴에 의해 생성된 경우 큰 계산 부담이 없다.

그러나 이하의 데이터분석시스템은 3차원 가 시화를 위해 해당 지형에 대한 폴리콘(polygon)의 텍스춰(texture) 정보를 생성하고 이를 이용해 예측 모델 링 결과나 관측 데이터를 함께 랜더링하여 표현한다. 이러한 작업은 대용량의 메모리와 빠른 데이터 처리가 필요하다 이를 위해 4차원 시간 가변 볼륨 데이터를 가시화 하는 방법이 요구된다. 본 발명에 따른 실시예는 이와 같은 시간 가변 볼륨 데이터가 그리드 기반의 병렬 및 분산 시스템을 통해 가시화될 수 있는 시스템을 개발하고, 이를 기반으로 한 렌더링 기법 및 이를 제어할 수 있는 인터페이스를 제공할 수 있다.

도 2에서 예시한 시스템에서 클라이언트가 데이터가시화를 위한 작업을 요청하면, 서버에서 분산된 전산 자 원에 가시화 작업을 위한 테스크를 할당하여 처리할 수 있다.

분산 시스템에서는 3차원 가시화를 하 고자 하는 영역을 블록 기반의 세부영역들로 분할하고 그 블록에 포함된 세부영역들에 대해 가시화 데이터를 생성할 수 있다. 만약 마스터와 슬레이브 컴퓨터들을 포함한 분산 시스템에서 가시화 데이터를 생성할 경우 , 마스터 컴퓨터와 슬레이브 컴퓨터는 각각 해당 세부영역에 대한 3차원 가시화 데이터를 함께 처리할 수 있 다. 세부영역에 대한 현실적인 가시화를 위해서는 해당 영역을 나타내는 매우 많은 폴리곤에 대한 처리가 필 요하기 때문에 메모리 요구량 또한 매우 많다.

웹 서버는, 마스터 컴퓨터가 그 메모리에 할당된 영 역에 대한 데이터를 가지고 있는 경우에는 마스터 컴퓨터가, 슬레이브 컴퓨터가 할당된 영역에 대한 데이터 를 그 메모리에 포함한 경우 슬레이브 컴퓨터가 각 할당 영역을 처리하도록 작업을 제어할 수 있다. 만약 마 스터와 슬레이브 컴퓨터가 할당 영역에 대한 데이터를 가지고 있지 않은 경우에는 임의의 슬레이브 컴퓨터에 작업을 할당하여 파일 서버로부터 할당된 슬레이브 컴퓨터가 데이터를 읽어 작업을 처리하도록 할 수 있다.

도 30은 데이터분석시스템의 처리 작업 모듈을 개념적으로 구조화하여 예시한 도면이다. 데이터분석시스템이 처리하는 작업 모듈은 크게 입력모듈, 처리모듈, 가시화모듈로 나눌 수 있다.

입력모듈은 가시화에 필 요한 지구환경변화 변수, 예를 들어 기상모델을 예측모델로 할 경우 기상 변수인 강수량 등의 데이터를 입력 하기 위한 데이터 입력 모듈, 가시화 대상 지형 및 텍스춰 정보를 입력하기 위한 지형 및 텍스춰 입력 모듈 , 시간 가변 데이터의 입력을 위한 시간 가변 데이터 입력 모듈을 포함할 수 있다.

처리모듈은 입력 데 이터를 가시화 가능한 형태로 처리하기 위한 데이터 처리모듈, 적응 세분화(adaptive refinement)를 위해 입 력 데이터를 트리 구조로 변환하는 트리형 데이터 처리 모듈, 시간 가변 데이터를 실시간으로 가시화하고 처 리하는 시간 가변 데이터 처리 모듈을 포함한다.

가시화 모듈은 입력 데이터 렌더링 및 사용자 인터페 이스를 위한 데이터 가시화 모듈, 많은 데이터의 실시간 가시화를 위한 적응 LOD (level of detail) 모듈, 그래픽 프로세스 유닛을 이용하여 실시간 렌더링을 수행하는 하드웨어 가속 모듈로 각 기능을 구분할 수 있 다.

도 31은 본 발명의 실시예가 관측데이터를 3차원 가시화하기 위해 사용한 데이터를 예시한다. 해당 영역에 지형 해상도는 각각 2495 x 2995의 크기로 메모리로 환산하면 229MB에 해당하는 데이터들이다. 각 해당 영역을 3차원 가시화하기 위해서는 필요한 텍스춰의 해상도는 약 7800 x 9300로 하였으면 텍스춰 크 기를 고려할 때 해당 영역당 약 207MB의 지형 데이터가 처리됨을 예시한다.

도 32는 가시화 데이터를 생성한 대상 영역의 정사 영상이다. 이 정사 영상은 23400 x 46000의 영상 해상도를 가진다.

도 3 3은 이 정사 영상에 포함되는 영역에 대해 지리 데이터의 측량 간격에 따른 메모리 및 폴리곤의 수를 예시하 는데, 예를 들어 지리 데이터가 1미터 간격의 데이터를 포함한다면, 이 영역을 가시화하는데 필요한 폴리곤 의 수는 약 5천만개로서 메모리 요구량으로 환산하면 약 4,34GB에 해당한다. 그리고, 5 미터 측량 간격의 지 리 데이터로 해당 영역을 가시화하면 이에 필요한 폴리곤의 수는 약 220만개 이고 메모리로 환산하면 약 2. 3GB에 해당한다는 것을 예시한다.

도 34는 데이터분석시스템이 웹 인터페이스를 통해 해당 영역을 표출하였을 경우의 화면에 표시된 영역을 나타낸다. 이 영역에 대한 가시화 데이터를 생성하기 위해 필요한 텍스춰의 크기는 15602 x 18564로서 폴리곤 약 100만 개에 해당한다.

오른쪽의 메뉴는 해당 영역에 대한 지역을 선택할 수 있는 메뉴를 포함하는데 지역 명 또는 지역의 폭과 넓이를 지정할 수도 잇다. 예시한 도면에서 요청된 영역의 텍스춰나 폴리곤의 수에 대한 정보를 조절하여 해당 영역이 표시될 수 있도록 할 수 있다. 그리고, 오른쪽 아래의 현재 선택된 영역의 정사 영상을 표시할 수 있다. 해당 영역은 텍스춰 매핑, 폴리곤 모드, 라이트닝 효과들을 선택하여 표시되도록 할 수 있다. 그리고 해당 영역의 panning, rotation, zoom in, zoom out 등으로 여러 효과에 따라 표시되도록 할 수 있고, 해수면 높이에 대한 정보도 표시할 수 있다. 따라서, 사용자는 웹 인터페이스 상에서 지형 렌더링의 결과를 사용자가 선택한 옵션에 따라 용이하게 확인할 수 있다.

도 35는 해당 화면에서 와이어 프레임 영상이 표시되도록 하는 예시도면이다.

도 36는 해당 영역에 관측 데이터 또는 예측 모델링 결과 데이터를 함께 처리하여 침수 지역을 렌더링한 영 상을 표시한다.

사용자는 관측 데이터나 예측 모델링 데이터에 따른 강수 데이터를 ,지형 랜더링 결과 와 함께 랜더링하도록 함으로써 원하는 지형에 대해 관측 또는 예측 데이터를 현실적으로 볼 수 있다.

도 37 내지 도 40은 도 36의 침수 지역에 대한 3차원 영상을 시간 및 여러 고도에 따라 3차원 가시화 한 예 를 예시한다.

도 41은 본 발명에 따른 지구환경 예측방법의 일 실시예를 나타낸 도면이다. 이하에서 웹 서버가 제공하는 웹 포털을 통해 지구환경을 예측하는 방법의 일 실시예를 설명하면 다음과 같다.

복 수의 이종 컴퓨터 시스템들 중 적어도 하나의 컴퓨터 시스템에 수치예보모델의 수행 작업을 할당하는 그리드 미들웨어를 기반으로 실행되는 웹 애플리케이션에 의한 웹 인터페이스를 표출시킨다(S100). 그리드 미들웨어 는 수치예보 모델의 수행 작업이 여러 개인 경우, 해당 전산 자원에 여러 개의 수행 작업이 적절히 분배될 수 있도록 작업 스케줄링을 하고 사용자의 각 계정을 관리할 수 있다.

사용자로부터 웹 인터페이스를 통해 수치예측모델에 입력될 지구환경 관측데이터, 수치예측모델의 수행 변수 및 수치예보모델의 수행 작업 요청을 수신한다(S200). 수치예보모델의 수행 작업 요청과 그에 필요한 데이터는 웹 인터페이스 상에서 선택 하고 그 선택 결과를 사용자에게 확인하도록 할 수 있다.

웹 인터페이스로부터 선택된 지구환경 관측데 이터를 수신한다(S300). 지구환경 관측데이터를 일정 간격으로 수신하여 수집하는 관측데이터시스템으로부터 수신할 수 있는 데이터를 표시하고, 사용자부터 검색 가능한 관측데이터를 선택하도록 표시할 수 있다.

웹 인터페이스로부터 선택된 지구환경 관측데이터를 수신할 경우, 수치예보모델의 초기 자료 생성에 자료동 화 과정이 포함된다면 검색한 지구환경 관측데이터를 수치예측모델의 수행 시간에 따라 수신하도록 할 수 있다. 이 경우 예측모델링을 수행하는 시스템과 관측데이터시스템은 연동되어 관측데이터시스템은 예측모델 링시스템에 해당 수행 시간에 따른 관측데이터를 자동으로 전송해 줄 수 있다.

수행 작업 요청에 따 라 수신된 지구환경 관측데이터를 이용하여 그리드 미들웨어에 의해 할당된 컴퓨터 시스템에 수치예보모델이 수행되도록 제어한다(S400). 수치예보모델의 수행 결과에 대한 로그 메시지는 웹 인터페이스 상에서 확인 가 능하도록 할 수 있다.

수치예측모델의 수행이 완료되면 그 수행 결과에 해당하는 지형의 텍스춰를 생성 하고, 수치예측모델 결과를 생성한 지형의 텍스춰와 함께 3차원 랜더링하여 표시한다(S500). 3차원 랜더링한 결과는 시간에 따라 표출되어 4차원 볼륨 데이터를 처리할 수 있도록 할 수 있다. 3차원 랜더링한 데이터를 사용자의 선택 조건에 따라 웹 인터페이스를 통해 제공하도록 할 수 있다. 사용자가 원하는 변수와 원하는 지형 및 그 지형을 원하는 각도에서 볼 수 있도록 3차원 랜더링 데이터를 시간에 따라 표출하도록 할 수 있 다. 그러면 사용자는 웹 인터페이스 상에서 모델의 결과를 현실적으로 가시화한 결과를 볼 수 있다.

이와 같이, 데이터분석시스템은 지형데이터를 3차원 가시화하고, 이 3차원 가시화 데이터를 관측 또는 예측 결과와 함께 표시하여 지구환경변화에 대해 보다 현실적인 정보를 웹 인터페이스 상에서 표시하도록 할 수 있고 이를 통해 정확한 예보 의사 결정이 가능할 수 있다. 뿐만 아니라 추후 진행될 예측결과를 현실적으로 느낄 수 있는 영상을 웹 인터페이스로부터 제공받을 수 있다.

10 : 클라이언트
100 : 관측데이터시스템
200 : 예측모델링시스템
300 : 데이터분석시스템
400 : 서버
500 : 전산자원
600 : 파일 서버

Claims (10)

1. 수치예측모델에 입력될 지구환경 관측데이터 및 상기 수치예측모델의 수행 변수를 선택하도록 하고 상기 수치예보모델의 수행 작업 요청을 수신하는 웹 인터페이스를 표시하는 클라이언트; 및 상기 웹 인터페이스를 표출시키는 웹 애플리케이션을 실행하게 하고 상기 수치예보모델의 수행 변수 및 상기 수치예보모델 수행 작업 요청에 따라, 복수의 이종 컴퓨터 시스템들 중 적어도 하나의 컴퓨터 시스템에 수치예보모델의 수행 작업을 할당하는 그리드 미들웨어와, 상기 웹 인터페이스로부터 선택된 지구환경 관측데이터를 수신하고 상기 수신된 지구환경 관측데이터를 이용하여 상기 수치예측모델이 할당된 컴퓨터 시스템에 상기 수치예보모델이 수행되도록 제어하는 매니저를 구비한 서버를 포함하는 지구환경변화 예측시스템.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 서버는,
   상기 지구환경 관측데이터를 검색하고 상기 수집한 지구환경 관측데이터를 저장하고 상기 웹 인터페이스를 통해 상기 관측데이터시스템에 저장된 지구환경 관측데이터 결과를 표출하는 관측데이터시스템을 더 포함하는 지구환경 예측시스템.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 관측데이터시스템은 상기 수치예측모델이 이용하는 관측데이터를 상기 수치예측모델의 수행 시간에 따라 제공하는 지구환경 예측시스템.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 서버는, 상기 수치예측모델 결과에 해당하는 지형의 텍스춰를 생성하고, 상기 수치예측모델 결과를 상기 생성한 지형의 텍스춰와 함께 3차원 랜더링하여 표시하는 데이터분석시스템을 더 포함하는 지구환경변화 예측시스템.
   
5. 제 4항에 있어서,
   상기 서버는, 상기 데이터분석시스템이 표시하는 3차원 랜더링 데이터를 사용자의 선택 조건에 따라 상기 웹 인터페이스를 통해 제공하도록 하는 지구환경변화 예측시스템.
6. 복수의 이종 컴퓨터 시스템들 중 적어도 하나의 컴퓨터 시스템에 수치예보모델의 수행 작업을 할당하는 그리드 미들웨어를 기반으로 실행되는 웹 애플리케이션에 의한 웹 인터페이스를 표출시키는 단계;
   상기 웹 인터페이스를 통해 상기 수치예측모델에 입력될 지구환경 관측데이터, 상기 수치예측모델의 수행 변수 및 상기 수치예보모델의 수행 작업 요청을 수신하는 단계;
   상기 웹 인터페이스로부터 선택된 지구환경 관측데이터를 수신하는 단계; 및
   상기 수행 작업 요청에 따라 상기 수신된 지구환경 관측데이터를 이용하여 상기 그리드 미들웨어에 의해 할당된 컴퓨터 시스템에 상기 수치예보모델이 수행되도록 제어하는 단계를 포함하는 지구환경변화 예측방법.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 웹 인터페이스로부터 선택된 지구환경 관측데이터를 수신하는 단계는,
   상기 웹 인터페이스를 통해 검색 가능한 지구환경 관측데이터를 표시하고 선택된 지구환경 관측데이터를 검색하는 단계; 및
   상기 검색한 지구환경 관측데이터를 수신하는 단계를 포함하는 지구환경 예측방법.
8. 제 7항에 있어서,
   상기 웹 인터페이스로부터 선택된 지구환경 관측데이터를 수신하는 단계는,
   상기 검색한 지구환경 관측데이터를 상기 수치예측모델이 수행 시간에 따라 수신하는 지구환경 예측방법.
   
9. 제 6항에 있어서,
   상기 지구환경 예측방법은,
   상기 수치예측모델 결과에 해당하는 지형의 텍스춰를 생성하고, 상기 수치예측모델 결과를 상기 생성한 지형의 텍스춰와 함께 3차원 랜더링하여 표시하는 단계를 더 포함하는 지구환경변화 예측방법.
10. 제 9항에 있어서,
    지구환경변화 예측방법은,
    상기 3차원 랜더링한 데이터를 사용자의 선택 조건에 따라 상기 웹 인터페이스를 통해 제공하도록 하는 단계를 더 포함하는 지구환경변화 예측방법.
    

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