KR20150120579A - 삼차원 수치해석 유체 시뮬레이션을 이용한 재난방지 통합관제 시스템 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 특정지역의 예전부터 누적된 강우데이터, 지형데이터, 구조물데이터, 사전에 연산 및 해석된 결과물데이터, 유체정보와 해석범위에 대한 정보데이터를 입력하여 가공하고 저장하는 데이터베이스시스템; 상기 지형데이터와 구조물데이터에 의해 상기 특정지역의 지형과 구조물을 각각의 삼차원객체로 모델링하고, 합성한 후 유체의 초기조건과 경계조건을 부여하며, 3차원 모델에서의 유체흐름을 수치모의연산하여 수치모의데이터를 생성하고, 생성된 수치모의데이터를 출력하여 형상화하고 실시간으로 렌더링하고, 또한 별도의 프로그램에 의해 수치모의연산한 수치모의데이터, 센서데이터, 사전에 연산 및 해석된 결과물데이터를 이용하여 실시간 렌더링하는 삼차원 유체시뮬레이션시스템; 상기 삼차원 유체시뮬레이션시스템을 통해 삼차원으로 렌더링된 시뮬레이션 결과를 모니터링하여 상기 특정지역의 위험구간을 선정하여 피해정도를 미리 예측하고, 통합관제서버를 통해 관리센서 데이터와 CCTV 영상데이터를 실시간으로 분석 및 모니터링하여 위험구간을 선정하며, 이러한 사실을 상기 특정지역과 관련된 정부기관과 지자체의 부처로 알리고 위험경보를 발생시키는 결과모니터링장치; 및 다수 개의 관리센서와 CCTV를 통해 특정지역의 실시간 데이터가 입력 및 저장되어 통합관제서버로 전달하며, 상기 결과모니터링장치를 통해서 특정지역의 상기 삼차원 피해예측 시뮬레이션 결과를 전달받아 상기 특정지역과 관련된 정부기관과 지자체의 부처로 위험 경보를 발생하여 알려주며 그에 따른 특정지역의 방재나 주민대피와 같은 방재조치가 실질적으로 이루어지도록 유도하는 통합관제서버를 포함하는 삼차원 수치해석 유체 시뮬레이션을 이용한 재난방지 통합관제 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
이러한 본 발명은 다수 개의 관리센서나 CCTV에 의해 특정지역의 위치정보, 지형데이터, 우량, 강우량, 유속, 수위의 상태가 실시간 모니터링되거나 동시에 통합관제서버에 데이터로 입력되어서 관리하다가 입력되는 측정 데이터가 미리 설정한 일정수준을 초과하면 그에 맞는 적절한 경보를 발생하고, 또한 센서 데이터 및 기존 수치모의데이터를 이용하여 실사와 같은 표현이 가능하며, CCTV가 관찰하고 있는 특정지역도 역시 실사와 같은 표현으로 객관화가 가능하므로 위험구간 예측시 적절한 경보가 발생가능하고, 이러한 경보를 발생하여 정부기관이나 지자체의 관련 부서로 통보함으로써 정부기관이나 지자체의 관련 부서가 그 특정지역을 위험지역으로 설정하여 위험을 경보하고 위험정도에 따라 주민을 미리 대피시키는 것과 같은 대처방안을 실행하도록 유도하는 효과가 있다.

Description

삼차원 수치해석 유체 시뮬레이션을 이용한 재난방지 통합관제 시스템 및 그 방법{Integrated control system and method for disaster prevention using fluid simulation of three-dimensional numerical analysis}

본 발명은 삼차원 수치해석 유체 시뮬레이션을 이용한 재난방지 통합관제 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다수 개의 관리센서나 CCTV에 의해 특정지역의 위치정보, 지형데이터, 우량, 강우량, 유속, 수위의 상태가 실시간 모니터링되거나 동시에 통합관제서버에 데이터로 입력되어서 관리하다가 입력되는 측정 데이터가 미리 설정한 일정 수준을 초과하면 그에 맞는 적절한 경보를 발생하고, 또한 센서 데이터 및 기존 수치모의데이터를 이용하여 실사와 같은 표현이 가능하며, CCTV가 관찰하고 있는 특정지역도 역시 실사와 같은 표현으로 객관화가 가능하므로 위험구간 예측시 적절한 경보가 발생가능하고, 이러한 경보를 발생하여 정부기관이나 지자체의 관련 부서로 통보함으로써 정부기관이나 지자체의 관련 부서가 그 특정지역을 위험지역으로 설정하여 위험을 경보하고 위험정도에 따라 주민을 미리 대피시키는 것과 같은 대처방안을 실행하도록 유도하는 삼차원 수치해석 유체 시뮬레이션을 이용한 재난방지 통합관제 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로 현대사회는 폭발적으로 증가하는 인구와 이로 인한 생태계 파괴, 자원 고갈, 사회 범죄, 교통 정체 등 다양한 사회적 문제가 전 세계적으로 끊임없이 발생하고 있다. 이러한 사회적 문제를 해결하기 위하여 각 나라는 각 분야 즉, 방범, 소방, 기상, 의료, 전력, 통신 등의 분야별로 문제의 발생 여부를 신속히 파악하여 적절한 조치를 취할 수 있는 관제 서비스 시스템을 구축하여 운영하고 있다.

이러한 관제 서비스 시스템은 예를 들어, 경찰청에서는 파출소, 경찰서 등으로부터 수집되는 사고 발생 사실을 전화 등으로 보고받고 사고에 대처하기 위한 인력을 현장으로 파견하고, 병원 등에서는 긴급 환자가 발생했다는 전화 신호를 접수하면 응급 진료팀을 급파하는 등의 형태로 운영되어 왔다.

또한, 최근에 정보 통신 기술이 발전하여 관제 서비스 시스템은 전자통신기기와 인터넷망, 이동통신망 등을 활용한 전자적 시스템으로 진화하고 있다. 특히, 철도, 도로, 원자력, 항공, 하천, 제방 등에는 상황감시 시스템이 설치되는데, 서로 다른 장소에 설치된 다수의 감시카메라를 통해 촬영한 영상신호를 관제센터 상황실과 같은 하나의 장소에서 확인할 수 있도록 한다. 예를 들어, 도로공사에서는 교통량이 많은 시기에 고속도로의 각 위치에서의 교통량을 파악하기 위하여 고속도로 상의 각 인터체인지에 다수의 감시카메라를 설치하고, 특정 인터체인지를 선택하면 해당 인터체인지에 설치된 감시카메라를 통해 촬영된 영상신호가 화면을 통해 출력되도록 함으로써 해당 인터체인지에서의 교통량을 확인할 수 있게 된다.

하지만, 이러한 통상적인 상황감시 시스템은 각 분야별 관제 서비스 시스템이 개별적 또는 독립적으로 운영되고 있을 뿐, 통합적으로 운영되고 있지 않는 실정이다. 즉, 철도 관제 서비스, 도로 관제 서비스, 원자력 관제 서비스, 항공 관제 서비스, 하천 관제 서비스 및 제방 관제 서비스 등이 각각 개별적으로 구축되고 운영되어, 상호 간에 정보를 교류하지 못하는 실정이다.

그러나, 이러한 철도, 도로, 원자력, 항공, 하천, 제방 등은 상호 간에 유기적으로 연관되는 현상이다. 즉, 철도, 도로, 원자력, 항공, 하천, 제방 등의 각 분야 중 특정 분야에 이상 상태가 발생한 경우, 다른 분야에 까지 파급효과를 일으킬 확률이 높다. 따라서, 각 분야의 관제 서비스들은 상호 간에 유기적으로 연동하여야 하며, 각 관제 서비스를 운영하는 기관들은 상호 협조하고, 이상 상태의 발생 현황과 그 파급 범위 등을 예측하여 그에 따른 대책을 종합적으로 판단한 후, 대책을 강구하거나 조치를 취해야 한다. 하지만, 현재까지의 각 관제 서비스들은 각각의 기관들이 독립적으로 시스템을 구축하여 운영하고 있고, 재난재해 발생시 각 상황실에서 개별적으로 대응하고 있으며, 진행상황에 대해서는 상황보고서 또는 전화, FAX 등의 별도의 수단을 이용해 전달해야 함에 따라, 신속하고 유기적인 대응이 어려워 이에 따른 피해 비용 증가 및 피해 범위가 확산 등의 문제점이 있었다.

이런 종래의 문제점들을 해결하기 위해서, "관제상황실의 관제 상황판 서버와 연결되어 관제 상황판 화면의 영상데이터를 전송받으며, 전송받은 영상데이터를 네트워크 시스템을 경유하여, 네트워크 시스템에 접속한 사용자의 단말기로 전송하는 관제 영상 전송용 중계기에 있어서, 관제상황판 서버로부터 관제상황판 화면에 디스플레이되는 영상데이터를 전송받는 영상데이터 입력부와; 상기 전송받은 영상데이터의 세션과 실제 데이터를 분리하여 인코딩하는 인코딩부와; 상기 인코딩된 실제 데이터를 공통 코덱으로 변환시켜 공통영상 스트리밍을 생성하는 컨버터부와; 네트워크 시스템과 통신하여 상기 공통영상 스트리밍을 제공하기 위한 채널을 할당받으며, 할당받은 채널에 맞춰 상기 공통영상 스트리밍을 웹 캐스팅 방식으로 전송하는 채널매니저와; 상기 채널매니저로부터 전송되는 상기 공통영상 스트리밍을 네트워크 시스템으로 송출하는 스트리밍 출력부; 를 포함하여 구성되어, 관제상황실의 관제상황판 화면에 디스플레이되는 영상데이터를 미리 특정된 하나의 공통 코덱으로 변환시켜 공통영상 스트리밍으로 변환하여, 네트워크 시스템에 연결된 사용자 단말기로 웹 캐스팅 방식으로 전송하는 것을 특징으로 하는 웹 캐스팅을 이용한 관제 영상 전송용 중계기." 가 제10-1041032호로 특허등록되어 다양한 종류의 관제 시스템에 적용되어, 각각의 관제센터 상황실의 관제 상황판 화면에 디스플레이되는 영상데이터를 전송받아 공통영상 스트림으로 변경하고, 이를 웹캐스팅(Web casting) 방식으로 제공하는 다수 개의 관제 영상 전송용 중계기를 네트워크로 연결하여 통합 관제 영상 제공 시스템을 구성함으로써, 시스템에 접속한 사용자가 네트워크로 연결된 다수개의 관제 영상 전송용 중계기를 통해 전송되는, 물리적으로 다른 곳에 위치하는 다양한 관제센터 상황실의 관제 상황판 화면을 실시간으로 제공받음에 따라 다수 개의 서로 다른 관제 시스템의 관제 상황판 화면을 종합적, 선택적으로 실시간 감시할 수 있는 통합 관제 영상 제공 시스템이 제공된바 있었다.

그러나, 이러한 방식으로 중계되어 전송된 다수 개의 관제 영상은 정부기관이나 지자체의 관련분야 사용자의 경험 등에 따라 그 해석이나 상황에 따른 대처방법이 크게 달라지는 것으로 필수적으로 경험이 많은 다수 또는 한 명 이상의 사용자를 필요로 한다는 문제점이 있었다.

또한, 이러한 경험이 개인적인 것이므로 개인차이가 많이 날 수 밖에 없어 방재조치에 대한 의견이 서로 달라 충돌될 우려가 많고 그에 따라 시기가 중요한 재난대처가 적절한 시기에 이루어지지 못하는 문제점이 있었다.

(1) 대한민국 특허 등록번호 10-1041032호)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 다수 개의 관리센서나 CCTV에 의해 특정지역의 위치정보, 지형데이터, 우량, 강우량, 유속, 수위의 상태가 실시간 모니터링되거나 동시에 통합관제서버에 데이터로 입력되어서 관리하다가 입력되는 측정 데이터가 미리 설정한 일정수준을 초과하면 그에 맞는 적절한 경보를 발생하고, 또한 센서 데이터 및 기존 수치모의데이터를 이용하여 실사와 같은 표현이 가능하며, CCTV가 관찰하고 있는 특정지역도 역시 실사와 같은 표현으로 객관화가 가능하므로 위험구간 예측시 적절한 경보가 발생가능하고, 이러한 경보를 발생하여 정부기관이나 지자체의 관련 부서로 통보함으로써 정부기관이나 지자체의 관련 부서가 그 특정지역을 위험지역으로 설정하여 위험을 경보하고 위험정도에 따라 주민을 미리 대피시키는 것과 같은 대처방안을 실행하도록 유도하는 삼차원 수치해석 유체 시뮬레이션을 이용한 재난방지 통합관제 시스템 및 그 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 삼차원 수치해석 유체 시뮬레이션을 이용한 재난방지 통합관제 시스템은, 특정지역의 예전부터 누적된 강우데이터, 지형데이터, 구조물데이터, 사전에 연산 및 해석된 결과물데이터, 유체정보와 해석범위에 대한 정보데이터를 입력하여 가공하고 저장하는 데이터베이스시스템;

상기 지형데이터와 구조물데이터에 의해 상기 특정지역의 지형과 구조물을 각각의 삼차원객체로 모델링하고, 합성한 후 유체의 초기조건과 경계조건을 부여하며, 3차원 모델에서의 유체흐름을 수치모의연산하여 수치모의데이터를 생성하고, 생성된 수치모의데이터를 출력하여 형상화하고 실시간으로 렌더링하고, 또한 별도의 프로그램에 의해 수치모의연산한 수치모의데이터, 센서데이터, 사전에 연산 및 해석된 결과물데이터를 이용하여 실시간 렌더링하는 삼차원 유체시뮬레이션시스템;

상기 삼차원 유체시뮬레이션시스템을 통해 삼차원으로 렌더링된 시뮬레이션 결과를 모니터링하여 상기 특정지역의 위험구간을 선정하여 피해정도를 미리 예측하고 통합관제서버를 통해 관리센서 데이터와 CCTV 영상데이터를 실시간으로 분석 및 모니터링하여 위험구간을 선정하며 이러한 사실을 상기 특정지역과 관련된 정부기관과 지자체의 부처로 알리고 위험경보를 발생시키는 결과모니터링장치; 및

다수 개의 관리센서와 CCTV를 통해 특정지역의 실시간 데이터가 입력 및 저장되어 통합관제서버로 전달하며, 상기 결과모니터링장치를 통해서 특정지역의 삼차원 피해예측 시뮬레이션 결과를 전달받아 상기 특정지역과 관련된 정부기관과 지자체의 부처로 위험 경보를 발생하여 알려주며 그에 따른 특정지역의 방재나 주민대피와 같은 방재조치가 실질적으로 이루어지도록 유도하는 통합관제서버를 포함하는 특징이 있다.

본 발명의 삼차원 수치해석 유체 시뮬레이션을 이용한 재난방지 통합관제방법은, 다수 개의 관리센서에 의해서 감지된 특정지역의 실시간 유체해석 데이터와 CCTV를 통해 촬영된 실시간 영상데이터가 통합관제서버에 입력되어 결과모니터링장치로 전달되며 특정지역의 강우데이터를 입력하는 유체해석데이터 입력단계;

상기 입력된 특정의 강우데이터를 기초로 검색된 최근까지의 유체해석 데이터, 위치정보, 지형데이터, 구조물데이터, 강우데이터를 포함하는 정보데이터가 데이터베이스시스템을 통해 가공되어서 삼차원 유체시뮬레이션 시스템에 입력되는 정보데이터 입력단계;

상기 삼차원 유체시뮬레이션 시스템 상에서 상기 정보데이터를 기초로 삼차원객체를 모델링하고 합성한 후 상기 특정지역에서의 유체 해석조건을 부여하기 위한 삼차원시뮬레이션 준비단계;

상기 삼차원시뮬레이션 준비단계에서 생성된 데이터 및 센서데이터를 기초로 GPU(Graphics Processing Unit)를 활용한 병렬컴퓨팅을 이용하여 연산 및 해석작업을 수행하고 삼차원 유체흐름을 수치모의연산하여 모의시험함으로써 유체 및 기체, 토사로 시현하고, 유속, 유량, 홍수량, 수위의 데이터를 포함하는 수치모의데이터를 생성하는 수치모의데이터 생성단계;

상기 생성된 수치모의데이터를 기초로 GPU를 활용한 병렬컴퓨팅을 이용하여 지형 및 구조물의 맵핑으로 형상화하고 실사와 같은 디스플레이가 이루어지는 렌더링단계;

상기 렌더링단계의 결과를 모니터링하여 특정지역의 피해를 예측하고 위험구간을 선정하며, 상기 유체해석데이터 입력단계의 관리센서 데이터와 CCTV 영상데이터를 분석 및 모니터링하여 위험구간을 선정하는 위험구간선정단계; 및

위험구간으로 선정되어 피해가 예측되는 상기 특정지역을 관할하는 지자체 또는 정부기관의 관련부처에 피해예측 모의시험결과를 알리고 특정지역에 위험 경보를 발생시키게 하며 이에 따른 위험지구 방재나 주민대피와 같은 대처방안을 제시하는 위험경보단계를 포함하는 특징이 있다.

상기 삼차원 시뮬레이션 준비단계는, 지형데이터 및 구조물데이터를 기초로 지형과 구조물의 삼차원객체를 모델링하는 단계; 지형과 구조물에 대한 각각의 삼차원 객체모델을 합성하는 단계; 및 유체해석을 위한 초기조건과 경계조건을 설정하는 단계를 포함하는 특징이 있다.

이와 같이, 본 발명은 다수 개의 관리센서나 CCTV에 의해 특정지역의 위치정보, 지형데이터, 우량, 강우량, 유속, 수위의 상태가 실시간 모니터링되거나 동시에 통합관제서버에 데이터로 입력되어서 관리하다가 입력되는 측정 데이터가 미리 설정한 일정수준을 초과하면 그에 맞는 적절한 경보를 발생하고, 또한 센서 데이터 및 기존수치모의 데이터를 이용하여 실사와 같은 표현이 가능하며, CCTV가 관찰하고 있는 특정지역도 역시 실사와 같은 표현으로 객관화가 가능하므로 위험구간 예측시 적절한 경보가 발생가능하며, 이러한 경보를 발생하여 정부기관이나 지자체의 관련 부서로 통보함으로써 정부기관이나 지자체의 관련 부서가 그 특정지역을 위험지역으로 설정하여 위험을 경보하고 위험정도에 따라 주민을 미리 대피시키는 것과 같은 대처방안을 실행하도록 유도하는 효과가 있다.

또한, 기존에 설치된 센서를 통한 수치로 예보 및 경보가 가능했던 기존 통합관제 시스템과는 달리, 뛰어난 시각화기술을 이용한 실사와 같은 표현으로 재난 상황을 신속히 파악하는 것이 가능하고, 뛰어난 시각화 기술로 신속한 재난상황 파악이 가능함으로써 재난 피해 최소화가 가능한 효과가 있다.

또한, 기존 수치모의데이터의 활용이 불가능하였던 기존 통합관제 시스템과는 달리, 국내외 시뮬레이션 데이터와 자료연동이 가능하므로 기존 수치모의데이터를 활용하여 실사와 같은 시뮬레이션 구현이 가능한 효과가 있다.

또한, CCTV가 설치된 장소만 관찰이 가능했던 기존 통합관제 시스템과는 달리, 관찰범위가 제한이 없어 지상뿐만 아니라 CCTV가 미설치된 지하구조물(종배수관, 맨홀 등)까지 관찰이 가능한 효과가 있다.

또한, 센서데이터를 통한 수치예측 및 CCTV 영상데이터를 통한 현재 상황만 모니터링하던 기존 통합관제 시스템과는 달리, 사전에 강우데이터를 받아 삼차원 시뮬레이션 함으로써 미래에 발생할 재난 및 재해예측이 가능하여 사전 대비책 수립이 가능하므로 피해경감 및 막대한 예산절감 효과로 인한 국가경제 발전에 기여할 수 있는 효과가 있다.

또한, CPU기반 시스템으로 결과 도출이 느린 기존 통합관제 시스템과는 달리, GPU를 활용한 병렬컴퓨팅으로 실시간 렌더링이 가능하고, 병렬기술 기반의 GPU와 H/W 최적화는 거대한 슈퍼컴퓨팅과 같은 기술을 가지므로 가격 대비 성능이 우월하여 빠른 결과 도출 및 경제적 부담이 감소되는 효과가 있다.

또한, 통합관리가 어렵고 복잡하던 기존 통합관제 시스템과는 달리, 각각의 자원을 하나의 데이터로 처리하여 통합관리가 쉽고 간편하므로 적은 인원으로 통합관리가 가능하며, 이에 따라 업무효율이 증대되고, 작업시간이 감소된다.

또한, 센서가 유실되어 유지관리가 어려운 기존 통합관제 시스템과는 달리, 모델링 자료만 수정하여 시뮬레이션하면 되므로 센서 유실의 염려가 없어 유지관리가 용이하고, 유지관리 비용이 절감되는 효과가 있다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

도 1은 본 발명 실시 예인 본 발명 삼차원 수치해석 유체 시뮬레이션을 이용한 재난방지 통합관제 시스템의 모습을 보인 설명도,
도 2는 본 발명 실시 예인 삼차원 수치해석 유체 시뮬레이션을 이용한 재난방지 통합관제방법을 순차적으로 보인 순서도,
도 3은 본 발명 실시 예인 삼차원 수치해석 유체 시뮬레이션을 이용한 재난방지 통합관제방법 중 삼차원 시뮬레이션 준비단계를 순차적으로 보인 순서도.

이하, 본 발명을 첨부된 도면에 의해 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

참고로 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단될 경우에는 그 상세한 설명을 생략하였다.

또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운영자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다.

그러므로, 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것임은 물론이다.

본 발명의 삼차원 수치해석 유체 시뮬레이션을 이용한 재난방지 통합관제 시스템은, 누적된 데이터와 지형 및 구조물 데이터가 입력되어 가공되는 데이터베이스시스템(40)과, 삼차원객체로 모델링하고 수치모의데이터를 생성하여 렌더링하거나 기존 수치모의데이터 등으로 렌더링하는 삼차원 유체시뮬레이션시스템(30)과, 시뮬레이션 결과를 모니터링하여 상기 특정지역의 위험구간을 선정하여 피해정도를 미리 예측하는 결과모니터링장치(20)과, 실시간데이터와 시뮬레이션 결과를 저장하여 위험시 경보하고 주민을 대피시키기 위한 판단자료를 제공하는 통합관제서버(10)로 구성된다.

상기 데이터베이스시스템(40)은 특정지역의 예전부터 누적된 강우데이터, 지형데이터, 구조물데이터, 사전에 연산 및 해석된 결과데이터, 유체정보와 해석범위에 대한 정보데이터를 입력하여 가공하고 저장한다.

상기 삼차원 유체시뮬레이션시스템(30)은 상기 데이터베이스시스템(40)의 지형데이터와 구조물데이터에 의해 상기 특정지역의 지형과 구조물을 각각의 삼차원객체로 모델링하고 합성한 후 유체의 초기조건과 경계조건을 부여하며 3차원 모델에서의 유체흐름을 수치모의연산하여 수치모의데이터를 생성하고 생성된 수치모의데이터를 출력하여 형상화하고 실시간으로 렌더링하고, 또한 별도의 프로그램에 의해 수치모의 연산한 수치모의데이터, 센서 데이터, 사전에 연산 및 해석된 결과물데이터를 이용하여 실시간으로 렌더링한다.

상기 결과모니터링장치(20)는 상기 삼차원 유체시뮬레이션시스템(30)을 통해 삼차원으로 렌더링된 시뮬레이션 결과를 모니터링하여 상기 특정지역의 위험구간을 선정하여 피해정도를 미리 예측하고, 통합관제서버(10)를 통해 관리센서(11) 데이터와 CCTV(12) 영상데이터를 실시간으로 분석 및 모니터링하여 위험한 구간을 선정하고, 이러한 사실을 상기 특정지역과 관련된 정부기관(13)과 지자체(14)의 부처로 알리고 위험경보를 발생시킨다.

상기 통합관제서버(10)는 다수 개의 관리센서(11)와 CCTV(12)를 통해 특정지역의 실시간 유체해석 데이터가 입력되어 저장된다. 또한 상기 결과모니터링장치(20)를 통해서 특정지역의 피해예측 시뮬레이션 결과가 저장되어 상기 특정지역과 관련된 정부기관(13) 및 지자체(14)의 관련 부처로 위험 경보를 발생하기 위한 판단자료를 제공해주며 그에 따른 특정지역의 방재나 주민대피와 같은 방재조치가 실질적으로 이루어지도록 유도한다.

본 발명의 삼차원 수치해석 유체 시뮬레이션을 이용한 재난방지 통합관제방법은, 유체해석데이터 입력단계(1)와, 정보데이터 입력단계(2)와, 삼차원시뮬레이션 준비단계(3)와, 수치모의데이터 생성단계(4)와, 렌더링단계(5)와, 위험구간선정단계(6)와, 위험경보단계(7)로 이루어진다.

상기 유체해석데이터 입력단계(1)는 다수 개의 관리센서(11)에 의해서 감지된 특정지역의 실시간 유체해석 데이터와 CCTV(12)를 통해 촬영된 실시간 영상데이터가 통합관제서버(10)에 입력되어 결과 모니터링 장치(20)로 전달되며, 특정지역의 강우데이터를 데이터베이스시스템(40)에 입력하는 단계이다.

상기 정보데이터 입력단계(2)는 입력한 특정지역의 강우데이터를 기초로 검색된 최근까지의 유체해석 데이터, 위치정보, 지형데이터, 구조물데이터, 강우데이터 등을 포함하는 정보데이터가 데이터베이스시스템(40)을 통해 가공되어서 삼차원 유체시뮬레이션 시스템(30)에 입력되는 단계이다.

상기 삼차원시뮬레이션 준비단계(3)는 상기 삼차원 유체시뮬레이션 시스템(30) 상에서 상기 정보데이터를 기초로 삼차원객체를 모델링하고 합성한 후 상기 특정지역에서의 유체 해석조건을 부여하기 위한 단계로, 지형데이터 및 구조물데이터를 기초로 지형과 구조물의 삼차원객체를 모델링하는 단계(3a)와, 지형과 구조물에 대한 각각의 삼차원 객체모델을 합성하는 단계(3b)와, 유체해석을 위한 초기조건과 경계조건을 설정하는 단계(3c)를 포함하여서 이루어진다.

상기 수치모의데이터 생성단계(4)는 상기 삼차원시뮬레이션 준비단계(3)에서 생성된 데이터를 기초로 GPU를 활용한 병렬컴퓨팅을 이용하여 연산 및 해석작업을 수행하고 삼차원 유체흐름을 수치모의연산하여 모의시험함으로써 유체 및 기체, 토사로 시현하고, 유속, 유량, 홍수량, 수위의 데이터를 포함하는 수치모의데이터를 생성하는 단계이다.

상기 렌더링단계(5)는 상기 생성된 수치모의데이터를 기초로 GPU를 활용한 병렬컴퓨팅을 이용하여 삼차원 유체시뮬레이션 시스템(30)을 통해 지형 및 구조물의 맵핑으로 형상화하고 실사와 같은 디스플레이가 이루어지는 단계로, 정영상 또는 동영상으로 출력될 수 있으며, 예로서 미국 어도비사에서 만든 파일 형식인 어도비 플래시(Adobe Flash)파일이나 PDF(Portable Document Format)파일로 출력될 수 있고, 플래시 파일로 출력될 경우 예를 들어서 화면에 유속, 유량, 유압 등을 나타내는 스크롤바를 출력하여 스크롤바를 움직이면 각각의 입력값이 실시간으로 변경되어 전송될 수 있도록 할 수 있다.

상기 위험구간선정단계(6)는 결과모니터링장치(20)를 통해 상기 렌더링단계(5)의 결과를 모니터링하여 특정지역의 피해를 예측하고 위험구간을 선정하며, 삼차원 유체시뮬레이션 시스템(30)에서 통합관제서버(10)로 피해예측 시뮬레이션 결과를 전달하는 단계이다.

상기 위험경보단계(7)는 결과모니터링장치(20)를 통해서 위험구간으로 선정되어 피해가 예측되는 상기 특정지역을 관할하는 지자체(14) 또는 정부기관(13)의 관련부처에 피해예측 모의시험결과를 알리고 특정지역에 위험 경보를 발생시키게 하며 이에 따른 위험지구 방재나 주민대피와 같은 대처방안을 제시하는 단계이다.

이러한 본 발명은, 첨부도면 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 특정지역에서 이미 건설되거나 건설 예정인 구조물과 주변 지형에 의해 강우나 강풍으로 인한 재난이나 재해 규모를 미리 예측하거나, 하천의 홍수량 및 산악지 구간의 토사퇴적량을 구하여 구조물의 설계에 반영하려는 경우, 사용자가 통신단말기를 통해 특정지역의 강우데이터를 입력하여 데이터베이스서버(40)에 전송되는 유체해석데이터입력단계(1)를 거친다.

또한, 이와 같은 단계에서 다수 개의 관리센서(11)에 의해서 감지된 특정지역의 실시간 유체해석데이터와 CCTV(12)를 통해 촬영된 실시간 영상데이터는 통합관제서버(10)에 입력된 후, 결과모니터링장치(20)로 전달되는 위험구간선정단계(6)를 거친다.

이후, 상기 데이터베이스서버(40)는 입력한 특정지역의 강우데이터를 기초로 시뮬레이션을 수행할 때 필요한 유체해석 데이터, 위치정보, 지형데이터, 구조물데이터, 강우데이터를 자동적으로 검색하고, 검색된 데이터의 오류를 검사하여 오류를 판별하며, 데이터에 오류가 존재하면 자동적으로 데이터를 수정하게 되고, 오류검사를 마친 데이터는 다시 데이터베이스서버(40)에 저장되는 정보데이터 입력단계(2)를 거친다

이렇게 데이터베이스서버(40)의 오류검사를 마친 데이터는 삼차원 유체시뮬레이션 시스템(30)에 전달되고, 삼차원 유체시뮬레이션 시스템(30)은 입력된 유체해석 데이터를 기초로 삼차원객체를 모델링하고 합성한 후 유체 해석조건을 부여하게 된다.

이때, 삼차원 유체시뮬레이션 시스템(30)은 지형데이터 및 구조물데이터를 데이터베이스서버(40)로부터 로딩한 다음, 삼차원 시뮬레이션 준비단계(3)의 지형데이터 및 구조물데이터를 기초로 지형과 구조물의 삼차원객체를 모델링하는 단계(3a)에서 로딩된 지형데이터 및 구조물데이터를 기초로 지형과 구조물의 삼차원객체를 모델링하게 되며, 다시 지형과 구조물에 대한 각각의 삼차원 객체모델을 합성하는 단계(3b)에서 지형과 구조물에 대한 각각의 삼차원 객체모델을 합성하고, 유체해석을 위한 초기조건과 경계조건을 설정하는 단계(3c)에서 유체해석을 위한 초기조건과 경계조건을 설정하게 된다.

이후, 삼차원 유체시뮬레이션 시스템(30)은 이러한 삼차원 시뮬레이션 준비단계(3)를 거치면서 생성된 삼차원 모델 데이터 및 센서데이터를 이용하여 삼차원 유체흐름을 수치연산처리하여 시뮬레이션하여서 수치모의데이터를 생성하는 수치모의데이터 생성단계(4)를 거친다.

그 다음, 생성된 수치모의데이터로 삼차원 유체시뮬레이션 결과를 형상화한 다음 형상화된 이미지를 렌더링하는 렌더링단계(5)를 거친다.

이때, 삼차원 유체시뮬레이션 시스템(30)에서 생성된 모의 출력결과인 렌더링영상, 통합관리서버(10)를 통해서 전달되는 관리센서(11)의 데이터 및 CCTV(12)의 영상데이터를 결과모니터링장치(20)를 통해 분석 및 모니터링하여 피해가 예상되는 특정지역의 위험구간을 선정한다. 또한 위험정도가 미리 입력된 경보단계에 도달하면 이런 위험상황을 결과모니터링장치(20)를 통해 위험구간을 선정하는 위험구간선정단계(6)를 거친다.

그 다음, 선정된 피해예측 및 위험구간, 시뮬레이션 결과 등을 전달하여 특정구역을 관할하는 정부기관(13)의 부처나 지자체(14)의 부처에서 그에 따라 위험지구를 방재하거나 주민을 대피시키는 방재조치를 취하도록 유도하는 위험경보단계(7)를 수행하게 된다.

1 : 유체해석데이터 입력단계
2 : 정보데이터 입력단계
3 : 삼차원 시뮬레이션 준비단계
3a : 지형데이터 및 구조물데이터를 기초로 지형과 구조물의 삼차원객체를 모델링하는 단계
3b : 지형과 구조물에 대한 각각의 삼차원 객체모델을 합성하는 단계
3c : 유체해석을 위한 초기조건과 경계조건을 설정하는 단계
4 : 수치모의데이터 생성단계
5 : 렌더링단계
6 : 위험구간 설정단계
7 : 위험경보단계
10 : 통합관제서버
11 : 관리센서
12 : CCTV
13 : 정부기관
14 : 지자체
20 : 결과모니터링장치
30 : 삼차원 유체시뮬레이션 시스템
40 : 데이터베이스 시스템

Claims (3)

1. 특정지역의 예전부터 누적된 강우데이터, 지형데이터, 구조물데이터, 사전에 연산 및 해석된 결과물데이터, 유체정보와 해석범위에 대한 정보데이터를 입력하여 가공하고 저장하는 데이터베이스시스템;
   상기 지형데이터와 구조물데이터에 의해 상기 특정지역의 지형과 구조물을 각각의 삼차원객체로 모델링하고, 합성한 후 유체의 초기조건과 경계조건을 부여하며, 3차원 모델에서의 유체흐름을 수치모의연산하여 수치모의데이터를 생성하고, 생성된 수치모의데이터를 출력하여 형상화하고 실시간으로 렌더링하며, 또한 별도의 프로그램에 의해 수치모의연산한 수치모의데이터, 센서데이터, 사전에 연산 및 해석된 결과물데이터를 이용하여 실시간 렌더링하는 삼차원 유체시뮬레이션시스템;
   상기 삼차원 유체시뮬레이션시스템을 통해 삼차원으로 렌더링된 시뮬레이션 결과를 모니터링하여 상기 특정지역의 위험구간을 선정하여 피해정도를 미리 예측하고, 통합관제서버를 통해 관리센서 데이터와 CCTV 영상데이터를 분석 및 모니터링하여 위험구간을 선정하며, 이러한 사실을 상기 특정지역과 관련된 정부기관과 지자체의 부처로 알리고 위험경보를 발생시키는 결과모니터링장치; 및
   다수 개의 관리센서와 CCTV를 통해 특정지역의 실시간 데이터가 입력 및 저장되어 상기 삼차원 유체 시뮬레이션시스템으로 전달하고, 상기 결과모니터링장치를 통해서 특정지역의 피해예측 시뮬레이션 결과를 전달받아 상기 특정지역과 관련된 정부기관과 지자체의 부처로 위험 경보를 발생하여 알려주며 그에 따른 특정지역의 방재나 주민대피와 같은 방재조치가 실질적으로 이루어지도록 유도하는 통합관제서버를 포함하는 삼차원 수치해석 유체 시뮬레이션을 이용한 재난방지 통합관제 시스템.
2. 다수 개의 관리센서에 의해서 감지된 특정지역의 실시간 유체해석 데이터와 CCTV를 통해 촬영된 실시간 영상데이터가 통합관제서버에 입력되어 결과모니터링장치로 전달되며, 특정지역의 강우데이터를 입력하는 유체해석데이터 입력단계;
   상기 입력된 특정의 강우데이터를 기초로 검색된 최근까지의 유체해석 데이터, 위치정보, 지형데이터, 구조물데이터, 강우데이터를 포함하는 정보데이터가 데이터베이스시스템을 통해 가공되어서 삼차원 유체시뮬레이션 시스템에 입력되는 정보데이터 입력단계;
   상기 삼차원 유체시뮬레이션 시스템 상에서 상기 정보데이터를 기초로 삼차원객체를 모델링하고 합성한 후 상기 특정지역에서의 유체 해석조건을 부여하기 위한 삼차원시뮬레이션 준비단계;
   상기 삼차원시뮬레이션 준비단계에서 생성된 데이터 및 센서데이터를 기초로 GPU(Graphics Processing Unit)를 활용한 병렬컴퓨팅을 이용하여 연산 및 해석작업을 수행하고 삼차원 유체흐름을 수치모의연산하여 모의시험함으로써 유체 및 기체, 토사로 시현하고, 유속, 유량, 홍수량, 수위의 데이터를 포함하는 수치모의데이터를 생성하는 수치모의데이터 생성단계;
   상기 생성된 수치모의데이터를 기초로 GPU를 활용한 병렬컴퓨팅을 이용하여 지형 및 구조물의 맵핑으로 형상화하고 실사와 같은 디스플레이가 이루어지는 렌더링단계;
   상기 렌더링단계의 결과를 모니터링하여 특정지역의 피해를 예측하고 위험구간을 선정하며, 상기 유체해석데이터 입력단계의 관리센서 데이터와 CCTV 영상데이터를 분석 및 모니터링하여 위험구간을 선정하는 위험구간선정단계; 및
   위험구간으로 선정되어 피해가 예측되는 상기 특정지역을 관할하는 지자체 또는 정부기관의 관련부처에 피해예측 모의시험결과를 알리고 특정지역에 위험 경보를 발생시키게 하며 이에 따른 위험지구 방재나 주민대피와 같은 대처방안을 제시하는 위험경보단계;를 포함하는 삼차원 수치해석 유체 시뮬레이션을 이용한 재난방지 통합관제방법.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 삼차원 시뮬레이션 준비단계는,
   지형데이터 및 구조물데이터를 기초로 지형과 구조물의 삼차원객체를 모델링하는 단계;
   지형과 구조물에 대한 각각의 삼차원 객체모델을 합성하는 단계; 및
   유체해석을 위한 초기조건과 경계조건을 설정하는 단계를 포함하는 삼차원 수치해석 유체 시뮬레이션을 이용한 재난방지 통합관제방법.

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