KR20160104788A - Decision making system corresponding to volcanic disaster - Google Patents

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KR20160104788A
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Abstract

The present invention relates to a decision-making support system for coping with a volcano disaster. A decision-making process of the decision-making support system for coping with a volcano disaster comprises: a simulation module including an algorithm through which a decision maker selects the most similar scenario in a scenario database during a volcanic eruption; a disaster current condition module of showing spatial information through a GIS system by using the result obtained through the algorithm; a module extracting damage estimation information from a disaster prediction and disaster estimation database, and statistically analyzing the same; and a module for the decision maker to establish a response strategy based on a situation response database, thereby quickly and accurately coping with a volcano disaster.

Description

화산재해 대응 의사결정 지원 시스템{DECISION MAKING SYSTEM CORRESPONDING TO VOLCANIC DISASTER}{DECISION MAKING SYSTEM CORRESPONDING TO VOLCANIC DISASTER}

본 발명은 화산재해 대응 의사결정 지원 시스템에 대한 것으로, 보다 자세하게는 화산 재해 발생시 효과적인 대응을 할 수 있도록 화산 폭발에 따른 화산재의 확산 시뮬레이션을 수행하고 수행된 시뮬레이션 결과물을 보정하여 화산재해에 신속하게 대응하는 의사결정 지원 시스템에 대한 것이다.
The present invention relates to a decision support system for ash settlement, more specifically, a diffusion simulation of volcanic ash due to a volcanic eruption in order to effectively cope with a volcanic disaster, Decision support system.

지구 온난화 등과 같은 환경 변화에 따라 지진, 해일, 집중호우 등과 같은 자연재해가 해마다 빈번하게 발생하고 있으나, 화산 같은 재해는 우리나라의 경우에는 거의 발생할 우려가 없는 것으로 비교적 안전한 지역으로 인식되어 왔었다. 그러나, 최근 백두산 화산 폭발에 대한 위험성을 제기하는 학자와 학계의 의견이 증가하고 있는 실정이다. 구체적으로, 이러한 백두산 화산은 900년대 대폭발 이후 10여 차례 분화가 진행되어 왔고, 2002년부터 다시 활발하게 지각활동을 개시하여 매달 10 내지 15차례 지진이 발생되는 것으로 관측되고 있으며, 지진파 측정결과 백두산 지하에는 거대한 마그마 방이 존재하여 고위험 활화산으로 분류되고 있다. 이와 같이 현재 대한민국에서는 백두산 화산폭발설이 여러 전문가에 의해 공감되고 있는 상황 및 그 피해의 규모가 상상이상일 것이라는 여러 가지 정황이 포착되고 있는 상황 때문에 화산 폭발에 의한 화산재의 확산에 따른 피해규모 및 범위에 관심이 커지고 있으며, 화산재 확산모델의 가시화 기술은 매우 중요한 기술로 크게 평가되고 있다. 특히, 대한민국의 경우 백두산으로부터 약 500 내지 600km 떨어져 있기 때문에 근접재해의 영향에서는 벗어나 있지만 짙은 화산재에 따른 피해가 클 것으로 전망되고 있으며, 교통장애 및 항공장애, 농업과 축산업 피해, 제조업 피해, 수질오염 등의 환경피해 및 호흡기 등의 국민건강에서 심각한 영향을 끼칠 것으로 전망되고 있어 이에 대한 정보통합 및 대응시스템 구축의 필요성이 증대되고 있다.Natural disasters such as earthquakes, tsunamis, and heavy rainfall occur frequently due to environmental changes such as global warming. However, disasters such as volcanic eruptions have been recognized as a relatively safe area because there is almost no possibility of occurrence in Korea. However, the opinions of scholars and academics who are raising the danger of volcanic eruption in Baekdu Mountain have been increasing recently. Specifically, the Baekdusan volcano has been erupted 10 times since the big explosion in the 900s, and it has been observed that 10 to 15 earthquakes occur every month since 2002, There is a huge magma chamber that is classified as a high-risk active volcano. In this way, Korea is interested in the extent and extent of damage caused by the volcanic eruption due to the circumstances in which the explosion of Baekdu Mountain volcano is being sympathized by various experts and the fact that the scale of the damage is more than imagined. And the visualization technology of the diffusion model of volcanic ash is considered as a very important technology. In particular, the Republic of Korea is about 500 to 600 km away from Mt. Paektu, so it is expected to suffer from damage caused by heavy ash, though it is not affected by proximity disasters. It is expected to suffer from traffic obstacles and air disturbances, agricultural and livestock damage, And it is expected to have serious impact on the public health such as the environmental damage and the respiratory system. Therefore, the need for information integration and response system construction is increasing.

그런데, 화산재해 대응을 위하여는 통상 화산분화 시 화산재 확산의 다양한 조건을 분석 모델에 의해 분석하고 이렇게 도출된 결과물을 가시화함으로서 화산재 확산 시 피해규모 및 범위를 사전에 예측하는 것이 일반적이다. 통상적으로 화산재해분석에 필요한 시간대 별 격자 형태의 대용량 분석 결과물을 실시간 3차원으로 가시화하기 위해서는 LOD(Level Of Detail) 알고리즘을 핵심 요소로 적용하여 실현하게 되는데, 이 알고리즘을 적용한 최근 3차원 시각화 기술이 재해 시뮬레이션은 물론, GIS 응용 분야, 가상현실 등을 실현하기 위한 중요한 기술로 부각되고 있다. 그러나 이러한 LOD 알고리즘을 적용한 시각화기술을 사용할 경우, 분석결과물이 워낙 대용량 데이터이기 때문에 컴퓨터 메모리의 한계성으로 인해 시각화효율이 급격하게 떨어지는 문제점이 있다. However, in order to cope with volcanic ash, it is common to analyze the various conditions of volcanic ash diffusion during volcanic eruption and to predict the extent and extent of damage by spreading volcanic ash by visualizing the result. In order to visually visualize the mass spectral analysis results of lattice form by time zone, which is necessary for analysis of volcanic ash, it is necessary to apply LOD (Level Of Detail) algorithm as a key element. Recent 3-D visualization technology using this algorithm It is emerging as an important technology for realizing GIS application field, virtual reality, as well as disaster simulation. However, when the visualization technique using the LOD algorithm is used, since the analysis result is very large data, there is a problem that the visualization efficiency is drastically deteriorated due to the limitation of the computer memory.

따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로는, 예를 들어, 대한민국 특허공개공보 제2014-0110575호에서는, "LOD 기반의 화산재 확산 모델 가시화방법에 있어서, 화산재시뮬레이션결과 데이터를 정규화된 3차원 격자형식으로 전처리하는 단계; 데이타량에 따라 피라미드식상관관계를 구축하는 단계; 레벨별 입자의 상세도를 부여하여 표현단위를 조절할 수 있게 하는 단계; 하위노드입자조각의 메모리로딩여부를 체크하기 위해 계층적구조의 3차원공간분할 데이트를 구축하는 단계; 및 데이타접근속도를 최적화하기 위해 인덱스를 생성하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 개선된 LOD 기반의 화산재 확산 모델 가시화방법"을 제시하고 있다.Therefore, for example, in Korean Patent Laid-Open Publication No. 2014-0110575, Korean Patent Laid-Open Publication No. 2014-0110575 discloses "LOD-based ash diffusion model visualization method, in which the ash result data is converted into a normalized three- A step of preprocessing, a step of constructing a pyramid correlation based on the amount of data, a step of adjusting the expression unit by giving detail of the particles at each level, a step of checking a hierarchical structure Constructing a three-dimensional spatial partitioning date of the ash; and creating an index to optimize the data access speed. &Quot;

또 다른 화산 재해 대비 방법으로는, 본 출원인에 의해 제안된 대한민국 특허공개공보 제2014-0110590호에서, "화산 폭발 예정 지역의 화산재 상황, 화쇄류 상황, 홍수/이류 상황, 및 지진 상황에 대한 수집 정보가 저장되고, 화산 재해 발생 예상지역의 GIS(Geographic Information System) 정보가 저장되어 있는 데이터 베이스와, 상기 수집 정보와 상기 화산 재해 발생 예상지역의 GIS 정보를 토대로 상기 화산 재해 발생 예상지역의 화산재, 화쇄류, 홍수/이류, 및 지진 피해상황을 경과시간에 따라 계산하는 시뮬레이션 모듈과, 상기 시뮬레이션모듈을 통해 계산된 결과를 3차원 입체 영상으로 디스플레이하는 디스플레이부와, 상기 경과시간에 따른 시뮬레이션 결과에 따라 대응 조치를 위한 의사결정 모듈로 이루어지는 것을 특징으로 하는 화산 피해 예측에 따른 의사결정 시스템"을 제안하고 있다.Another method for preparing volcanic disasters is disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 2014-0110590 proposed by the applicant of the present invention, in which "the collection of volcanic ash, volcanic ash, flood / advection, A database storing information of geological information system (GIS) in a volcanic hazard disaster occurrence expected area, and a database storing volcanic ash and volcanic ash of the expected volcanic area, based on the collected information and the GIS information of the volcanic area, A display unit for displaying a result calculated through the simulation module as a three-dimensional image, and a display unit for displaying a result of the simulation according to the elapsed time, And a decision module for countermeasures. It has proposed a system for determining "

그러나, 상기한 종래의 기술은 단지 화산 폭발에 따른 화산재의 확산 모델을 가시화하거나 화산 피해 예측에 따른 의사결정 방법을 제시하는 것에 불과하며, 특히 통상적인 화산재 확산을 예측하는 과정에서 공중으로 뿜어져 나오는 수많은 화산재 입자는 대기 상태에 영향을 받기 때문에 정확한 확산 시뮬레이션 결과를 얻기에 상당한 시간이 소요된다는 문제점이 있어, 이러한 통상적인 방법으로는 재해 발생 초기에 피해 규모 예측은 물론 효과적인 대응이 불가능하다는 문제점이 있었으며, 화산 재해에 대한 빠른 의사결정 방법을 제시할 수 없다는 것을 본 발명자 등은 인식하였고, 이에 이러한 문제를 해결하기 위해 예의 연구하여 본 발명을 완성하게 되었다.
However, the above-described conventional technology merely suggests a method of visualizing the diffusion model of volcanic ash due to a volcanic eruption or suggesting a decision method based on the prediction of volcanic damages. In particular, in the process of predicting the diffusion of volcanic ash, Since many ash particles are affected by the atmospheric conditions, there is a problem that it takes a considerable amount of time to obtain accurate diffusion simulation results. This conventional method has a problem in that it can not be predicted not only in the early stage of a disaster but also in an effective response , The inventors of the present invention have recognized that it is not possible to provide a quick decision making method for a volcanic disaster.

특허문헌 1: 대한민국 특허공개공보 제2014-0110575호Patent Document 1: Korean Patent Laid-Open Publication No. 2014-0110575 특허문헌 2: 대한민국 특허공개공보 제2014-0110590호Patent Document 2: Korean Patent Laid-Open Publication No. 2014-0110590

따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술에 있어서의 문제점을 감안하여 된 것으로, 본 발명의 제일 목적은 화산 재해 발생시 효과적인 대응을 할 수 있도록 화산 폭발에 따른 화산재의 확산을 예측하는 과정을 제공하여 화산재해에 신속하게 대응하는 의사결정 지원 시스템을 제공하기 위한 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and it is a primary object of the present invention to provide a process for predicting the diffusion of volcanic ash due to volcanic eruption, And to provide a decision support system that responds quickly to the problem.

본 발명의 다른 목적은 화산재 예측과 대응을 위해 시행되는 화산재 확산 시뮬레이션을 수행하고 수행된 시뮬레이션 결과물을 보정하는 새로운 화산재해 대응 의사결정 지원 시스템을 제공하기 위한 것이다.
Another object of the present invention is to provide a new volcanic ash solution decision support system which performs simulation of volcanic ash diffusion for volcanic ash prediction and corrects the simulation results.

본 발명은 또한 상기한 명확한 목적 이외에 본 명세서의 전반적인 기술로부터 이 분야의 통상인에 의해 용이하게 도출될 수 있는 다른 목적을 달성함을 그 목적으로 할 수 있다.
The present invention may also be directed to accomplishing other objects that can be easily derived by those skilled in the art from the overall description of the present specification, other than the above-described and obvious objects.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 화산재해 대응 의사결정 지원 시스템은;In order to accomplish the above object, the present invention provides a decision support system for ash solution, comprising:

a) 화산 폭발 시 의사결정권자가 시나리오 데이터베이스에서 가장 유사한 시나리오를 선택하는 알고리즘을 포함한 시뮬레이션 모듈;a) a simulation module containing an algorithm for decision makers to select the most similar scenarios in the scenario database in the event of a volcanic eruption;

b) 알고리즘을 통해 나온 결과를 GIS 시스템을 통해 공간정보를 보여주는 재해현황 모듈;b) a disaster status module showing spatial information through GIS system as a result of the algorithm;

c) 재해예측, 재해추정 데이터베이스에서 피해추정정보를 추출해 통계/분석하는 모듈; 및c) module for extracting and analyzing damage estimation information from disaster prediction and disaster estimation database; And

d) 의사결정권자가 상황대응 데이터베이스를 토대로 대응전략을 구축하는 모듈로 구성되는 화산재해 대응 의사결정 지원 시스템의 의사결정 과정 프로세스로 구성됨을 특징으로 한다.d) decision-making process of decision support system for ash-resistant solution composed of modules for decision-maker to construct a countermeasure strategy based on the situation response database.

본 발명의 다른 구성에 따르면, 상기 시뮬레이션 모듈은 화산폭발 시 폭발유형과 폭발정보를 토대로 피해예측 시나리오 기반 시뮬레이션을 통해 화산재, 화쇄류, 화산성 홍수/이류, 및 화산성지진과 같은 다양한 재해유형에 대한 화산재해 대응시스템의 시뮬레이션 결과를 제공하는 것임을 특징으로 한다.According to another configuration of the present invention, the simulation module can be applied to various types of disasters such as ash, fireball, volcanic flood / advection, and volcanic earthquake through explosion prediction scenario-based simulation based on the explosion type and explosion information in the volcanic explosion And the simulation results of the Korean countermeasures system are provided.

본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 재해현황 모듈은 화산재, 화쇄류, 화산성 홍수/이류, 및 화산성지진을 피해주제도, 3D 그래픽, 재해 현황 GIS 시스템을 통해 시간별로 보여주며, 피해예측 간략정보와 피해상황정보를 보여는 것임을 특징으로 한다.According to another configuration of the present invention, the disaster status module displays the time, the 3D graphic, and the disaster state GIS system over time by avoiding the volcanic ash, the fossil fuel, the volcanic flood / And information about the damage situation.

본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 피해추정 모듈은 시간대별 화산재, 화쇄류, 화산성 홍수/이류, 및 화산성지진의 피해현황을 표, 차트를 통한 통계적 시스템으로 비교하고 이를 바탕으로 사회, 경제적 피해를 추정하여 정보를 보여주는 것임을 특징으로 한다.According to another constitution of the present invention, the damage estimation module compares the damage status of ash, phlogop, volcanic flood / advection, and volcanic earthquake by time with a statistical system based on a table and a chart, And to provide information by estimating economic damage.

본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 상황대응 모듈은 화산재, 화쇄류, 화산성 홍수/이류, 및 화산성지진의 피해별, 시간대별, 지역별 대응절차를 상황대응 데이터베이스를 토대로 표시하고, 의사결정권자가 대응전략을 구축한 후 각 유관기관에 상황을 전파하는 것임을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, the situation-handling module displays the response procedures of the volcanic ash, fossil fuels, volcanic flood / advection, and volcanic earthquakes according to the damage, Is to propagate the situation to each relevant organization after constructing a response strategy.

본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 시뮬레이션 모듈에서는 화산재 이미지 프로세싱 설계 방법에 의해 화산재 분포 영역을 매핑하는 것임을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, the simulation module maps an ash distribution area by an ash image processing designing method.

본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 화산재 이미지 프로세싱 설계 방법은 픽셀 매칭(Pixel Matching) 또는 보간법(Interpolation)의 어느 하나 또는 이들의 조합에 의해 모델링하여 화산재 분포 영역을 매핑하는 것임을 특징으로 한다.
According to still another aspect of the present invention, the ash image processing designing method is characterized by mapping an ash distribution area by modeling by using one of Pixel Matching or Interpolation or a combination thereof.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 화산재해 대응 의사결정 지원 시스템은 다양한 폭발 유형과 기상 상태에 대한 화산재 확산 시뮬레이션 결과를 데이터베이스로 구축하고, 화산재해 발생 초기에 유사한 모델링을 검색하여 대응 시스템에 즉시 적용하는 방법을 제시하여 상기한 종래의 문제점을 해결하였으며, 이와 동시에 현재 기상상태에 대한 확산 시뮬레이션을 수행하여 완료되는 시점에 시스템에 우선 적용된 유사 모델링 결과를 대체하여 실측 모델링 결과로 전환하도록 하여 재해발생 초기 피해 예측을 위한 대기 시간이 없어지고, 실측 모델링이 완료되면 보다 정확한 예측 결과로 재해 대응 업무를 연속해서 수행할 수 있어 신속하고 정확한 화산 재해 대응 업무를 가능하게 하였다. 또한, 종래의 화산 재해 예측과 대응을 위해서는 화산 폭발에 따른 화산재 확산 시뮬레이션이 수 km 단위의 격자 단위로 생성되기 때문에 시각화 처리에 적절하지 않고, 지역별 피해를 예측하는 경우에도 그 정확도를 저해하는 원인이 있었으나, 본 발명에서는 수 km 단위로 생성된 시뮬레이션 결과물을 보정하는 새로운 방법을 제시하여 종래의 방법에 비해 개선된 정확도와 연산 속도를 제공할 수 있어 상기한 종래의 문제점을 해결한다.
The ash decision support system of the present invention constructed as described above is constructed to construct a database of the results of the ash diffusion simulation for various explosion types and weather conditions and to search similar modeling at the early stage of the ash occurrence and apply it immediately to the corresponding system In addition, at the same time, diffusion simulation for the current weather state is performed to replace the similar modeling result applied prior to the system at the time of completion, and to convert the result to the actual modeling result, As the waiting time for prediction disappears and the modeling of the actual modeling is completed, it is possible to carry out disaster countermeasures successively with more accurate prediction results, enabling quick and accurate response to volcanic disasters. In addition, in order to predict and cope with the conventional volcanic disaster, the simulation of the diffusion of volcanic ash due to the volcanic eruption is generated in units of several kilometer grid units, which is not suitable for visualization processing. However, the present invention proposes a new method for correcting the simulation result generated in units of several km, thereby providing improved accuracy and operation speed as compared with the conventional method, thereby solving the above-mentioned conventional problems.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 화산재해 대응 의사결정 지원 시스템의 업무 프로세스를 도시한 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 화산재해 대응 의사결정 지원 시스템을 구성하는 시뮬레이션 모듈의 세부 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 화산재해 대응 의사결정 지원 시스템을 구성하는 재해현황 모듈의 세부 블럭도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 화산재해 대응 의사결정 지원 시스템을 구성하는 피해추정 모듈의 세부 블럭도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 화산재해 대응 의사결정 지원 시스템을 구성하는 상황대응 모듈의 세부 블럭도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 화산재해 대응 의사결정 지원 시스템에 의해 얻어진 화산재 확산경로를 확인할 수 있는 화면이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 화산재해 대응 의사결정 지원 시스템에 의해 화산재 확산 영역의 맵핑 과정을 나타내는 화면이다.
도 8a는 화산재 이미지 프로세싱 설계 방법에 따라 설계된 결과를 나타낸 화산재 확산 모형의 비교도이다.
도 8b에는 화산재 피해영역 DB 생성과 보간법 프로세싱을 통해 결과 이미지 데이터를 서버에 저장하는 프로그램을 나타냈다.
도 9는 화산재 확산의 2D 확산모형과 지역별 재해발생에 대한 분석 결과를 지도 및 막대그래프로 제공하는 페이지이다.
1 is a block diagram illustrating a business process of the ash solution support system according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a detailed block diagram of a simulation module constituting the ash-resistant solution support system according to a preferred embodiment of the present invention.
3 is a detailed block diagram of a disaster status module that constitutes a decision support system for a volcanic ash solution according to a preferred embodiment of the present invention.
4 is a detailed block diagram of a damage estimation module that constitutes a decision support system for a volcanic ash solution according to a preferred embodiment of the present invention.
5 is a detailed block diagram of a situation response module constituting a decision support system for a volcanic ash solution according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a screen for confirming the ash diffusion path obtained by the ash settlement countermeasure decision support system according to the preferred embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a screen showing a mapping process of the ash diffusion region by the ash solution countermeasure decision support system according to the preferred embodiment of the present invention.
FIG. 8A is a comparative view of the ash diffusion model showing the result of designing according to the ash image processing designing method. FIG.
FIG. 8B shows a program for storing the resultant image data in the server through the generation of the ash damage area DB and the interpolation processing.
FIG. 9 is a page showing a 2D diffusion model of the diffusion of volcanic ash and analysis results of occurrence of regional disasters as a map and a bar graph.

이하, 본 발명의 바람직한 실시형태를 첨부된 도면들을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다. 하지만, 본 발명의 범주가 여기에 한정되는 것이 아님은 물론이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, it is needless to say that the scope of the present invention is not limited thereto.

본 명세서에서, 본 실시형태는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것으로서, 본 발명의 범주는 단지 청구항에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시형태들에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. In this specification, the present embodiments are provided to provide a complete disclosure of the present invention and to fully disclose the scope of the invention to a person having ordinary skill in the art to which the present invention belongs. It is only defined by the claims. Accordingly, in some embodiments, well known components, well known operations, and well-known techniques are not specifically described to avoid an undesirable interpretation of the present invention.

본 명세서에서 사용된 용어들은 실시형태를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 결코 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않은 한 복수형도 포함한다. 또한, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. In the present specification, the singular forms include plural forms unless otherwise specified in the specification. Also, components and acts referred to as " comprising (or comprising) " do not exclude the presence or addition of one or more other components and operations.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 화산재해 대응 의사결정 지원 시스템의 업무 프로세스를 도시한 블럭도이다.1 is a block diagram illustrating a business process of the ash solution support system according to a preferred embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 화산 재해 대응을 위한 의사결정 지원 시스템에서 화산폭발 시 화산재해(예를 들어, 화산재, 화쇄류, 화산성 홍수/이류, 및 화산성지진, 이하 화산재해라 칭함)의 대응을 위해서는 도 1과 같은 업무 프로세스를 거치게 된다.As shown in FIG. 1, in the decision support system for volcanic eruption response according to the present invention, when the volcanic eruption is caused by ash (for example, volcanic ash, volcanic ash, volcanic flood / (Hereinafter referred to as " file ").

본 발명에 따른 의사결정 지원 시스템의 의사결정 과정 프로세스를 위한 주요 모듈은 크게 4가지로 구성된다. 첫째 화산 폭발 시 의사결정권자가 시나리오 데이터베이스에서 가장 유사한 시나리오를 선택하는 알고리즘을 포함한 시뮬레이션 모듈, 둘째 알고리즘을 통해 나온 결과를 GIS 시스템을 통해 공간정보를 보여주는 재해현황 모듈, 셋째 재해예측, 재해추정 데이터베이스에서 피해추정정보를 추출해 통계/분석하는 모듈, 넷째 의사결정권자가 상황대응 데이터베이스를 토대로 대응전략을 구축하는 모듈이다. 각 세부 모듈에 대한 자세한 내용은 다음과 같다. The main modules for the decision-making process of the decision support system according to the present invention are composed of four major modules. In the first volcanic eruption, the decision maker chooses the most similar scenarios in the scenario database. The simulation module includes the second, the disaster status module that shows the spatial information through the GIS system, the third disaster prediction, and the disaster estimation database. A module for extracting and analyzing the estimated information, and a module for building decision strategies based on the situation response database. Details of each module are as follows.

첫 번째, 시뮬레이션 모듈은 화산폭발 시 폭발유형과 폭발정보를 토대로 피해예측 시나리오 기반 시뮬레이션을 통해 화산재, 화쇄류, 화산성 홍수/이류, 및 화산성지진 등 다양한 재해유형에 대한 화산재해 대응시스템의 시뮬레이션 결과를 제공한다. 해당 모듈의 구조는 도 2와 같이 될 수 있다. First, the simulation module simulates the ash response system for various types of disasters such as volcanic ash, pyroclastic flow, volcanic flood / advection, and volcanic earthquake through the simulation based on the explosion prediction scenario based on the explosion type and explosion information in the volcanic explosion Results. The structure of the module may be as shown in FIG.

두 번째, 재해현황 모듈은 화산재, 화쇄류, 화산성 홍수/이류, 및 화산성지진을 피해주제도, 3D 그래픽, 재해 현황 GIS 시스템을 통해 시간별로 보여주며, 피해예측 간략정보와 피해상황정보를 보여준다. 그 세부 구조는 도 3과 같이 될 수 있다.Second, the Disaster Status Module shows the time, the 3D graphics, the disaster situation GIS system, and the damage prediction information and the damage situation information from the volcanic ash, fossil fuels, volcanic floods / advectures and volcanic earthquakes. Show. The detailed structure can be as shown in Fig.

세 번째, 피해추정 모듈은 시간대별 화산재, 화쇄류, 화산성 홍수/이류, 및 화산성지진의 피해현황을 표, 차트를 통한 통계적 시스템으로 비교하고 이를 바탕으로 사회, 경제적(보건피해, 교통시설피해, 건축물피해, 산업시설피해, 농경지피해) 피해를 추정하여 정보를 보여준다. 피해추정 모듈의 주요 구조는 도 4와 같이 될 수 있다.Third, the damage estimation module compares the damage status of volcanic ash, volcanic rocks, volcanic floods / advectures, and volcanic earthquakes by time and statistical system based on charts and charts, Damage to buildings, damage to industrial facilities, damage to agricultural land). The main structure of the damage estimation module may be as shown in FIG.

네 번째, 상황대응 모듈은 화산재, 화쇄류, 화산성 홍수/이류, 및 화산성지진의 피해별, 시간대별, 지역별 대응절차를 상황대응 데이터베이스를 토대로 표시하고, 의사결정권자가 대응전략을 구축한 후 각 유관기관에 상황을 전파한다. 모듈의 세부 구조는 도 5와 같이 될 수 있다.Fourth, the Situation Response Module displays the response procedures of the volcanic ash, volcanic ash, volcanic flood / advection, and volcanic earthquakes according to the damage, time, and region according to the situation response database, It spreads the situation to each relevant organization. The detailed structure of the module can be as shown in FIG.

상기 본 발명에 따른 첫 번째의 시뮬레이션 모듈은 유사 시나리오를 검색하는 것으로, 시나리오 변수 및 DB 설계서 분석을 통해 이루어질 수 있다. 구체적으로, 백두산 화산폭발 시 화산재 피해예측 프로그램은 기상장 모델을 생산하는 WRF 모델과 화산재 확산 예측을 위한 Fall3D 모델로 구성된다. WRF 모델에서 화산재 확산 모형(Fall3D)에서 필요한 기상장 정보를 생산하고, Fall3D에서 기상 정보에 따라 화산재의 확산을 수행한다. WRF는 WPS와 ARW로 구분되며 WPS는 ROW 기상데이터의 전처리를 수행하고, ARW에서는 전 처리된 기상데이터를 가공하여 기상장 모델을 생산한다. 화산재 피해예측 시뮬레이션의 수행을 위해서는 WRF 모델과 Fall3D 모델의 수행을 위한 설정파일 namelist.wps, namelist.input, filename.inp에 각 모델에 대한 변수 값을 설정해야 한다.The first simulation module according to the present invention searches for similar scenarios and can be performed through analysis of scenario variables and DB design specifications. Specifically, the program for predicting the damage of volcanic ash during the eruption of Baekdusan volcano consists of a WRF model for producing a ground model and a Fall3D model for prediction of volcanic ash diffusion. In the WRF model, the volcanic ash distribution model (Fall3D) is produced and the volcanic ash is spread according to the weather information in Fall3D. WRF is divided into WPS and ARW. WPS preprocesses ROW weather data, and ARW processes preprocessed weather data to produce a ground model. In order to carry out simulation of damage prediction of volcanic ash, the parameter values for each model should be set in namelist.wps, namelist.input, and filename.inp for the WRF model and the Fall3D model.

WRF 및 FALL3D 모델의 입력변수는 크게 사용자 변수와 시스템 변수로 구분 할 수 있으며, 사용자 변수는 WRF 및 FALL3D 모델의 작동을 위하여 사용자가 입력을 수행해야하는 설정정보를 의미하고, 시스템 변수는 데이터파일의 경로설정 정보 등과 같이 시뮬레이션의 결과에 영향을 미치지 않는 값으로써 한번 설정되면 변경이 이루어지지 않는 설정정보를 의미한다. 세부적으로 사용자변수는 프로그램의 작동을 위해서 사용자가 값을 입력하는 변수로써 가변변수와 고정변수로 구분된다. 입력변수는 사용자가 입력하는 변수로 시뮬레이션 수행 시, 매번 입력 값이 바뀔 수 있는 정보를 의미하고, 고정변수는 시뮬레이션의 수행을 위해 사용자가 입력하는 변수로, 한번 값을 설정해 놓으면 자주 변하지 않는 정보를 의미한다. Input variables of WRF and FALL3D models can be divided into user variables and system variables. User variables mean setting information that user must perform input for operation of WRF and FALL3D model. The setting information does not affect the simulation result, such as setting information, and means setting information that is not changed once set. In detail, a user variable is a variable to which a user inputs a value for operation of the program, and is divided into a variable variable and a fixed variable. An input variable is a variable input by the user. It means information that can be changed every time when the simulation is performed. Fixed variable is a variable input by the user for performing the simulation. If the value is set once, it means.

다음으로, 변수 영향도 분석 및 가중치 적용 방안으로서, 유사 시나리오검색을 위해 프로그램에 입력되는 변수들은 입력변수에서 제시한 대로 많은 데이터를 요구한다. 초기 설정의 변수가 다양하고 그 의미가 어려워 관련분야 전문가가 아니면 값 설정이 어렵기 때문에 최대한 비전문가도 입력할 수 있도록 변수들을 구분 및 단순화해야 한다.Next, as a variable impact analysis and weighting measure, variables input to the program for similar scenario retrieval require as much data as presented in the input variables. Since the variables of the initial setting are diverse and their meaning is difficult, it is difficult to set values unless they are experts in related fields. Therefore, variables should be classified and simplified so that as many non-experts as possible can input them.

사용자 입력 변수 프로그램 수행 시마다 계속 값이 변하는 변수로는, 예를 들어 모의 날짜, 분출량, 화산등급 등이 있으며, 프로그램 고정 변수 한번 설정해 놓으면 값의 거의 변하지 않는 변수로는, 예를 들어 화산위치, 기상모델 범위 등이 있으며, 시스템 변수 프로그램 작동을 위한 시스템 설정 변수로는, 예를 들어 결과물 저장 경로, 디버깅 지원 여부 등이 있으며, 사용자는 프로그램 수행을 위해 사용자 가변 변수만을 입력하며, 입력 값은 전문가 위원회를 통해 결정된 화산정보를 토대로 입력해야 한다. 다음 표 1에 시스템에 적용될 시나리오 예상 변수를 리스트하였다. User Input Variables Variables whose values continuously change each time the program is run include simulation dates, ejection volumes, volcanic grades, etc. Variables that are hardly changed when the program fixed variables are set once are, for example, And the range of the weather model. The system setting variables for operating the system variable program include, for example, an output storage path and whether or not debugging is supported. The user inputs only the user variable for executing the program, It should be based on volcanic information determined by the committee. Table 1 below lists the scenario expected variables to be applied to the system.

항목Item 변수variable 변수타입Variable type 단위unit 변수설명Variable Description 범위range 최소값Minimum value 최대값Maximum value 화산
분화
변수
volcano
differentiation
variable
마그마
유형
Magma
type
인덱스값Index value -- 화산분화 시
발생하는
마그마의 유형
Volcanic eruption
Occurring
Types of magma
유문암질
현무암질
Rhyolite
Basalt
1One 22
화산분화
유형
Volcanic eruption
type
인덱스값Index value -- 화산분화의
유형
Volcanic
type
1. 폭발성
2. 비폭발성
1. Explosive
2. Non-explosive
1One 22
분화위치Location of differentiation 인덱스값Index value -- 화산분화의
위치
Volcanic
location
칼데라
칼데라외부
Caldera
Outside the caldera
1One 22
화산유형Volcano type 인덱스값Index value -- 화산의 분류
유형
Classification of volcanoes
type
Hawaiian
Strombolian
Vulcanian
Pel
Plinian
Ultra-Plinian
Supervolcanic
Hawaiian
Strombolian
Vulcanian
Pel
Plinian
Ultra-Plinian
Supervolcanic
1One 77
폭발지수Explosion index 인덱스값Index value -- 화산폭발지수
인덱스값
Volcano Explosion Index
Index value
0. 0-effusive
1-gentie
2-explosive
3-severe
4-cataclysmic
5-paroxysmal
6-colossal
7-super-colossal
8-mega-colossal
0. 0-effusive
1-gentie
2-explosive
3-severe
4-cataclysmic
5-paroxysmal
6-colossal
7-super-colossal
8-mega-colossal
00 88
분연주
높이
Minute playing
Height
숫자number mm 화산분화 시
발생하는
분연주의 높이
Volcanic eruption
Occurring
Min Playing height
분연주의높이
최대60,000m
까지
Min Playing height
Up to 60,000m
Till
00 60,
000
60,
000
계절season 숫자number -- 4계절의 대표적인기압배치, 풍속고려(가장확률이 높은 high probability, high vulnerability)Typical pressure arrangements of the four seasons, consideration of wind speed (most probable high probability, high vulnerability) 봄 평균
여름 평균
가을 평균
겨울 평균
특이 (한반도로남진하는악기상)기압배치
Spring average
Summer average
Fall average
Winter average
Unusual (airborne)
1One 88
화산재
밀도
Ash
density
숫자number g/㎤g / cm3 화산분화 시
발생하는
화산재의 밀도
Volcanic eruption
Occurring
Density of volcanic ash
0.5~3.30.5 to 3.3 0.50.5 3.33.3
화산재
크기
Ash
size
숫자number mmmm 화산분화 시
발생하는
화산재의 크기
Volcanic eruption
Occurring
Size of ash
10~2mm10 to 2 mm 0.0010.001 22
화산
재해
발생
여부
volcano
Disaster
Occur
Whether
화산재
발생
Ash
Occur
true/
false
true /
false
-- 화산분화시
화산재발생
여부
Volcanic eruption
Ash generation
Whether
0. false-미발생
1. True-발생
0. false-no occurrence
1. True-occurring
00 1One
화쇄류
발생
Firewood
Occur
true/
false
true /
false
-- 화산분화시
화쇄류발생
여부
Volcanic eruption
Fireball generation
Whether
0. false-미발생
1. True-발생
0. false-no occurrence
1. True-occurring
00 1One
화산이류
발생
Volcanoes
Occur
true/
false
true /
false
-- 화산분화시
화산이류발생
여부
Volcanic eruption
Volcanic flow
Whether
0. false-미발생
1. True-발생
0. false-no occurrence
1. True-occurring
00 1One
화산성
홍수발생
Volcanic
Flood occurrence
true/
false
true /
false
-- 화산분화시
화산성홍수발생
여부
Volcanic eruption
Volcanic flood
Whether
0. false-미발생
1. True-발생
0. false-no occurrence
1. True-occurring
00 1One
화산성
지진발생
Volcanic
Earthquake
true/
false
true /
false
-- 화산분화시
화산성지진발생
여부
Volcanic eruption
Volcanic earthquake
Whether
0. false-미발생
1. True-발생
0. false-no occurrence
1. True-occurring
00 1One

각 변수별로 시나리오 검색 시 결과의 내용은 확연히 달라지며, 가장 유사한 시나리오를 검색할 수 있도록 하되 변수 중 중요도가 높은 계절과 분연주의 높이에 가중치를 두어 우선순위를 정해 가장 유사한 시나리오를 검색해야 한다. For each variable, the contents of the results are clearly different, and the most similar scenarios should be searched, but the most similar scenarios should be searched for by prioritizing the weights of the season and the minutes of the season.

다음에서는 유사 시나리오 검색 알고리즘 설계에 대해 기술한다.The following describes the design of a similar scenario search algorithm.

유사 시나리오 검색 시 밀접히 관련된 변수들의 그룹을 찾아야 하며, 데이터 세트 내에서 유사항목을 가진 그룹을 검출해야 한다. When searching for similar scenarios, a group of closely related variables must be found, and a group with similar items in the data set must be detected.

유사 시나리오 검색 기법은 군집 기법을 사용한다. 대표적인 군집 알고리즘으로는 K-Means 알고리즘과 EM(Expectation Maximization) 알고리즘이 있다. 이 두 가지 알고리즘 중 화산재해 유사 시나리오에 적합한 모델을 확정한다. 군집 알고리즘은 같은 군집 내의 객체들과는 비슷하고, 다른 군집의 객체들과는 상이한 데이터의 집합이다. A similar scenario search technique uses clustering techniques. Representative clustering algorithms include the K-Means algorithm and the Expectation Maximization (EM) algorithm. Among these two algorithms, we determine a suitable model for the ash-like scenario. A clustering algorithm is similar to objects in the same cluster, and is a set of data that is different from objects in other clusters.

다양한 기법 중 K-Means 알고리즘과 EM(Expectation Maximization) 알고리즘기법인 분할 기법(Partitioning method)은 n개의 레코드를 k개(k<=n)의 군집으로 분할한다. 이 때 각 군집은 적어도 하나의 레코드를 포함해야 한다. 또한 하나의 레코드는 하나의 군집에 포함되는 것을 기본으로 하나 통계적인 기법을 사용할 때는 하나의 레코드가 가중치를 가지고 여러 군집에 소속될 수 있다. Among the various techniques, the K-Means algorithm and the partitioning method EM (Expectation Maximization) algorithm divide n records into k (k <= n) clusters. Each cluster must contain at least one record. Also, one record is included in one cluster, but when using a statistical technique, one record can belong to several clusters with a weight.

K-Means 알고리즘은 입력 값으로 K를 취하고 군집 내 유사성은 높고 군집끼리의 유사성은 낮도록 n개 객체들의 집합을 k개의 군집으로 분할한다. 군집 유사성은 군집의 중심점(Centroid)과 소속된 객체들과의 거리를 평균하여 측정한다. K-Means 알고리즘은 군집의 중심점을 나타내는 값으로 임의의 k개를 선택한다. 남겨진 객체들은 선택된 k개의 중심점들과의 거리를 계산하여 가장 가까운 군집에 할당한다. 그리고 각 군집에 새로운 군집중심(평균)을 구한다. 이 과정을 중심점의 이동이 없을 때 까지 즉 중심점이 수렴할 때까지 반복한다. 일반적으로 제곱오차(squared-error) 기준이 사용된다.The K-Means algorithm takes K as an input value and divides a set of n objects into k clusters so that the similarity in the cluster is high and the similarity between the clusters is low. Cluster similarity is measured by averaging the distance between the centroid of the cluster and the objects it belongs to. The K-Means algorithm selects k arbitrary values as the center point of the cluster. The remaining objects calculate the distance from the selected k center points and assign them to the closest cluster. Then, a new cluster center (average) is obtained for each cluster. This process is repeated until there is no movement of the center point, that is, until the center point converges. In general, a squared-error criterion is used.

알고리즘은 제곱오차 함수를 최소화하도록 k개의 분할을 만든다. 이 기법은 전체 데이터개수가 n이고, k가 군집의 수, t가 반복의 수 일 때 알고리즘의 복잡도가 O(nkt)이기 때문에 큰 데이터 집합을 다루는데 상대적으로 효율적이고 확장적용 가능하다. 그러나, K-Means 기법은 군집의 평균이 정의되어있을 때만 적용할 수 있다. 데이터가 범주형의 특성을 포함하고 있을 때의 적용될 수 없다. 사용자가 군집의 개수 k를 미리 정해야 하는 단점이 있으며 군집의 크기가 상이한 군집을 찾는 데에도 적절하지 않다. 게다가 작은 수의 데이터가 사실상 평균값에 영향을 미칠 수 있기 때문에 잡음 값(Noise)이나 이상치(Outlier) 데이터에 민감하고 적절하게 처리하지 못하는 단점이 있다. The algorithm produces k segments to minimize the squared error function. This technique is relatively efficient and extensible for dealing with large datasets because the total number of data is n, the number of clusters is k, and the number of iterations is t, because the complexity of the algorithm is O (nkt). However, the K-Means technique can only be applied when the mean of the cluster is defined. It can not be applied when the data contains categorical properties. The user has to set the number k of clusters in advance and it is not suitable for finding clusters having different cluster sizes. In addition, since a small number of data may actually affect the average value, there is a disadvantage in that it is sensitive to noise values or outlier data and can not be properly processed.

K-Means와 EM은 반복적인 모델 정제 과정을 통해 최적의 군집을 찾는다는 면에서 유사하다. 그러나, K-Means 알고리즘이 데이터 간의 거리를 계산할 때 유클리디언(Euclidean) 거리 계산 방법을 사용하지만 이와 달리 EM 알고리즘은 log-likelihood 함수를 사용하여 모델의 적합성을 평가한다. 즉, K-Means이 거리 기반 군집 방법인 것에 비하여 EM은 확률 기반 군집(Probability-based clustering)이라고 한다. EM 알고리즘은 분할 기법에 속하는 군집 알고리즘으로 K-Means 알고리즘과 사실상 유사한 접근 방식을 사용한다. 그러나, K-Means가 거리를 사용하여 적합도를 평가하는 것과 달리 EM 알고리즘은 확률을 사용하여 적합도를 평가하는 점이 가장 큰 차이점이다. K-Means and EM are similar in terms of finding optimal clusters through repetitive model refinement processes. However, the K-Means algorithm uses the Euclidean distance calculation method to calculate the distance between data, but the EM algorithm uses the log-likelihood function to evaluate the fitness of the model. In other words, EM is called probability-based clustering, whereas K-Means is distance-based clustering. The EM algorithm uses a similar approach to the K-Means algorithm as a clustering algorithm belonging to the partitioning scheme. However, unlike K-Means, which uses distance to evaluate fitness, the EM algorithm uses probability to evaluate fitness.

확률 기반 군집은 데이터의 분포에 대해 혼합 모델(Mixture Model)을 사용한다. 여기서 하나의 군집은 하나의 데이터 분포를 의미하며 확률 기반 군집에서는 하나의 레코드가 여러 개의 모델에 속할 수 있다. 이 때 속하는 정도는 가중치(확률)로서 주어지게 된다. 초기모델은 데이터의 분포에 적합하지 못하지만 반복(Iteration) 과정을 통하여 주어진 데이터에 적합한 모델을 찾아가 가장 유사한 모델을 추출하기에 용의하다.Probability-based clusters use a Mixture Model for the distribution of data. Here, one cluster means one data distribution, and in probability-based clustering, one record can belong to several models. The degree of belonging at this time is given as a weight (probability). The initial model is not suitable for the distribution of data, but it is useful for extracting the most similar model by searching the appropriate model for given data through Iteration process.

상술한 바와 같이, K-Means 알고리즘이 데이터 간의 거리 계산 방법을 사용하며 군집의 평균이 정의되어있을 때만 적용할 수 있다는 것을 확인했다. 데이터가 범주형의 특성을 포함하고 있을 때의 적용될 수 없고 사용자가 군집의 개수 k를 미리 정해야 하는 단점이 있으며 군집의 크기가 상이한 군집을 찾는 데에도 적절하지 않다. 화산재해 유사시나리오를 검색할 때도 각 변수들의 군집의 평균을 정의 할 수 없고 속성변수와 분출량 변수와 같이 군집의 크기가 상이하기 때문에 EM 알고리즘이 더욱 효과적으로 화산재해 유사 시나리오를 검색할 수 있다.As described above, we have confirmed that the K-Means algorithm can be applied only when the average of the clusters is defined using the distance calculation method between data. It can not be applied when the data includes categorical characteristics and the user has to set the number k of clusters in advance and it is not suitable for finding clusters having different cluster sizes. It is not possible to define the average of the clusters of each variable even when searching for similar scenarios by the ash, and the EM algorithm can search the similar scenarios more effectively because the size of the clusters such as the attribute variable and the ejection amount variable are different.

이 알고리즘을 사용하려면 몇 개의 그룹으로 나누기 원하는지 K를 입력해야 한다. 그러면 알고리즘은 일단 K개의 평균점을 지정하고 모든 데이터를 하나씩 보면서 가장 가까운 평균점에 해당되는 그룹에 할당한다. 그 후에 다시 평균점들을 조금씩 바꾸어 나가면서 데이터를 가까운 그룹에 재 할당한다. 이 과정은 군집 상태를 나타내는 척도 함수가 더 이상 변하지 않을 때까지 반복되며 더 이상 변하지 않게 되면 그 상태의 그룹들을 군집화의 결과로 정한다.To use this algorithm, you need to enter K, which you want to divide into several groups. Then, the algorithm assigns K average points, and all the data is looked at one by one and assigned to the group corresponding to the nearest average point. After that, we reassign the data to the nearest group again by changing the averaging points little by little. This process is repeated until the scale function representing the cluster state no longer changes. When the change does not change any more, the group of states is set as the result of clustering.

계층적 접근은 처음에 각각의 데이터 점을 하나의 클러스터로 설정한 후 이들 쌍 간의 거리를 기반으로 하여 분할, 합병해 나가는 상향식(bottom-up) 방식으로 모든 점들이 하나의 대형 클러스터에 속하게 될 때까지 그 히스토리 정보를 유지해 나가게 되는데 이것은 가까운 객체끼리 군집화시키는 방법이다. 이 알고리즘에서는 우선 모든 n개의 데이터가 n개의 서로 다른 그룹이라 가정한 후에 그룹간의 유사성(similarity)을 보고 가장 유사한 두 개의 그룹을 합병해(merge) 그룹수를 줄여가는 과정을 전제 그룹 수가 K개가 될 때까지 반복함으로써 K개의 그룹을 찾아낸다. 또한 군집의 병합 또는 분리되는 과정은 이차원 도면의 Dendrogram을 사용하여 간략히 표현되며 군집화 과정에서 어떤 개체가 일단 다른 군집에 속하면 다시는 다른 군집에 속하지 못한다. 유사도 형성 매트릭스(Matrix)는 마그마유형, 화산분화유형, 분화위치, 화산유형, 폭발지수, 분연주 높이, 계절 순으로 상수화해 유사도를 선정한다. The hierarchical approach is a bottom-up approach in which each data point is initially set as a cluster and then split or merged based on the distance between the two pairs. When all the points belong to one large cluster This is the method of clustering near objects. In this algorithm, it is assumed that all n data are n different groups, then the process of merging the two closest similar groups and reducing the number of groups by looking at the similarity between the groups is called K By repeating until the K groups are found. In addition, the process of merging or separating the clusters is simplified by using the Dendrogram of the two-dimensional drawing, and once an object belongs to another cluster in the clustering process, it can not belong to another cluster again. The similarity formation matrix (Matrix) selects the constants of magma type, volcanic eruption type, eruption location, volcanic type, explosion exponent, minus height, and seasons.

다음으로 전달받은 NetCDF 파일을 분석해 보면 Fall3D 정보를 확인할 수 있는데 이 정보를 분석해 2D 화산재 확산모델을 구현할 수 있게 된다. 최악의 시나리오를 바탕으로 제작된 649,803,600의 용량의 NetCDF파일을 분석하면 Dimension, Global Attributes, Variables 속성 정보를 얻게 되며, 각 속성정보를 바탕으로 화산재 확산 경로 예측과 지역별 화산재 영역부분을 추정할 수 있다Next, analyzing the received netCDF file, you can see the Fall3D information, which can be analyzed to implement the 2D ash diffusion model. Analyzing the netCDF file of 649,803,600 capacity based on the worst case scenario, we obtain Dimension, Global Attributes and Variables property information, and estimate the ash diffusion path and the region of ash area by each property information

화산재 확산 경로에 대해 기술하면, Variables 중 time, lon, lat 데이터를 가지고 2D GIS화면에 화산재 확산 경로를 표시하기 위해서는 time, lon, lat별로 색을 입힐 단위가 필요하게 된다. 여러 Variables 중 C_MASSPM10의 질량 값을 대입해보기로 한다. 비교되는 단위는 다음과 같다.If we describe the ash diffusion path, in order to display the volcanic ash diffusion path on the 2D GIS screen with time, lon, and lat data in the Variables, it is necessary to unitize the color by time, lon, lat. Let's try to assign the mass value of C_MASSPM10 among several variables. The units to be compared are as follows.

비교단위 : 0.1, 1.0, 10.0, 100.0, 500.0, 1000.0, 5000.0, 10000.0, 50000.0, 100000.0 비교한 값은 단계별로 저장하여 time, lon, lat 영역에 색을 입혀 도 6과 같이 화산재 확산경로를 확인할 수 있다. Comparison unit: 0.1, 1.0, 10.0, 100.0, 500.0, 1000.0, 5000.0, 10000.0, 50000.0, 100000.0 The comparison value is stored step by step, color is applied to the time, lon and lat areas and the ash diffusion path can be checked have.

다음으로, 지역별 화산재 영역 추정을 기술한다. Next, we describe regional ash area estimation.

우리나라 지역에 얼마나 화산재두께, 화산재농도가 있는지 판단해야 피해영역을 도출할 수 있다. 화산재 Global AttributesVariables 중 minlon, minlat, maxlonl, maxat 값을 가지고 도 7a처럼 GIS화면에 Grid를 표출한다.It is necessary to judge how much volcanic ash and volcanic ash are present in the Korean region, and the damage area can be derived. Grid is displayed on the GIS screen as shown in FIG. 7A with minlon, minlat, maxlonl, maxat values among volcanic ash Global AttributesVariables.

Grid 데이터에 법정동 경계데이터를 매핑하여 화산재 영역을 도출한다. 매핑은 Grid polygon영역과 행정경계 Polygon 영역을 Intersection하여 겹치는 영역을 도 7b처럼 표시한다.We map the legal boundary data to the grid data to derive the volcanic ash area. The mapping overlaps the grid polygon area and the administrative boundary polygon area and displays the overlapped area as shown in FIG. 7B.

시군구 영역까지 Grid 데이터와 법정동 경계데이터를 매핑하여 시군구별 피해예측을 위한 영역을 계산한다. 도 7c처럼 경상남도를 매핑해보면 각 시군별 매핑되는 Grid를 알 수 있다. 밀양시를 보면 11개의 Grid가 매핑되어 밀양시의 화산재농도나 화산재두께를 알기 위해 11개 Grid 영역의 농도나 두께 값을 평균값을 구해야 한다는 것을 알 수 있다.Mapping the Grid data and the legal boundary data to the city and county area to calculate the area for damage prediction by city and district. Mapping of Gyeongsangnam-do, as shown in Fig. 7c, indicates the grid mapped by each city group. In the case of Miryang City, 11 Grids are mapped to find the mean value of concentration and thickness of 11 Grid regions in order to know the volcanic ash and volcanic ash thickness of Miryang City.

지역과 Grid 영역이 매핑되면 화산재 영역을 매핑한다. 화산재 영역은 화산재의 농도나 두께의 값을 가지고 있으므로 GIS 화면에 매핑하면 화산재 확산영역에 맞는 피해단계를 예측할 수 있다. 도 7d처럼 경기도, 충청북도, 경상북도, 강원도는 화산재 영역에 들어오고 화산재 농도가 각 시군별로 다르게 표시되는 것을 확인할 수 있으며 피해단계를 구분하여 시스템에 적용할 수 있다는 것을 알 수 있다. When the area and the grid area are mapped, the ash area is mapped. Since the volcanic ash has a concentration or thickness value of volcanic ash, mapping to the GIS screen can predict the level of damage corresponding to the volcanic ash range. As shown in FIG. 7d, Gyeonggi-do, Chungcheongbuk-do, Gyeongsangbuk-do and Gangwon-do enter the volcanic ash area and the volcanic ash concentrations are displayed differently for each city group.

화산재 지역별 피해 DB 추출에 대해 기술하면, 화산재 시뮬레이션 결과는 NetCDF 파일로 Fall3D 내용이 구성되며 이 내용을 어느 지역에 화산재가 어떻게 분포되는지 확인하기 위해, 한반도 지형에 화산재 분포 영역을 매핑하여 데이터를 추출한다. 추출된 데이터는 분야별/지역별 피해내역과 피해액 추정에서 활용된다.If we describe the extraction of damage DB by volcanic ash area, Fall3D content is composed of netCDF file as the result of ash simulation, and the volcanic material distribution area is mapped to the topography of Korean peninsula to extract the data . The extracted data is utilized in the damage history and damage estimation by sector / region.

다음으로, 화산재 이미지 프로세싱 설계에 대해 기술하면, 이전 년도에 개발된 재해현황 페이지의 화산재 확산영역은 각 10Km 좌표마다 입자 값으로 폴리곤을 드로잉해 확산영역을 구하였다. 이로 인해 화면에 보이는 내용이 각이 지고 색상도 일률적으로 표현되었다. 내용에 대한 오류 값은 없지만 좌우 10Km 내 값은 동일하게 표현될 수밖에 없었다. Next, when describing the ash image processing design, the ash diffusion area of the disaster status page developed in the previous year was calculated by drawing a polygon as a particle value for each 10 Km coordinate. As a result, the contents on the screen become angular, and the color is uniformly displayed. There is no error value for the contents, but the value within 10Km of left and right was inevitably expressed.

이에 본 발명에서는 종래의 결과물을 고도화할 필요성이 있었다. 직각이었던 확산결과를 부드럽게 변경하고 픽셀 당 색상을 변경하여 일률적인 값을 탈피해야 한다. 해결 방안으로 값을 픽셀로 쪼개 픽셀이 포함하고 있는 영역의 값을 색상으로 드로잉하는 픽셀 매칭(Pixel Matching) 방안과 동일한 영역의 외각선을 도출하여 색상을 입히는 오목 껍데기(Concave Hull) 방안을 사용하고 마지막으로 보간법(Interpolation)을 사용하는 방안을 사용한다. 보간법은 실변수의 함수 f(x)의 모양은 미지이나, 어떤 간격(등간 격이나 부등 간격이나 상관없음)을 가지는 2개 이상인 변수의 값 xi(i=1, 2, …, n)에 대한 함숫값 f(xi)가 알려져 있을 경우, 그 사이의 임의의 x에 대한 함수 값을 추정하는 것을 말한다. 실험이나 관측에 의하여 얻은 관측 값으로부터 관측하지 않은 점에서의 값을 추정하는 경우나 로그표 등의 함수표에서 표에 없는 함수 값을 구하는 등의 경우에 이용된다. 가장 간단한 방법으로서는, 변수를 x좌표, 그 변수에 대한 기지 함수 값을 y좌표로 하는 점들을 이어 곡선을 그어, 구하고자 하는 함수 값을 구하는 방법이다.Therefore, the present invention has a need to upgrade the conventional products. You should smooth out the diffuse results that were right-angled and change the color per pixel to avoid uniform values. As a solution, we use the Pixel Matching method to divide the value into pixels, which draws the value of the area containing the pixels, and the Concave Hull method, which draws the outline of the same area. Finally, we use a method that uses interpolation. The interpolation method is applied to the values xi (i = 1, 2, ..., n) of two or more variables with unknown shape of the function f (x) of the real variable or with any interval (irregular or unequal interval) If the sum f (xi) is known, it means to estimate the function value for any x between them. It is used when estimating a value from an observed value obtained by an experiment or an observation or obtaining a function value not in the table by a function table such as a log table. The simplest method is to obtain the function value to be obtained by concatenating the points of the variable with the x coordinate and the known function value of the variable with the y coordinate.

모형model 특성characteristic 폴리곤 드로우
(Polygon Draw)
Polygon draw
(Polygon Draw)
계단현상으로 시인성이 부족 및 내용 일률적 (전차년도 결과물)Lack of visibility due to staircase phenomena and contents uniformity (result of train year)
Concave HullConcave Hull 모델링 범위 왜곡 및 속도느림 Modeling range distortion and slow speed 경위도 Pixel MatchingPixel Matching 약한 계단현상으로 시인성이 부족 하나 속도 빠름 Weak staircase phenomenon that lacks visibility but speed is fast InterpolationInterpolation 모델링 결과 유지, 시인성이 좋음, 속도 느림 Maintain modeling results, good visibility, slow speed

상기 표 2에는 화산재 이미지 프로세싱 설계 방법과 그 특성에 대해 기술하였으며, 도 8a는 화산재 이미지 프로세싱 설계 방법에 따라 설계된 결과를 나타낸 화산재 확산 모형의 비교도이다.Table 2 shows the ash image processing design method and its characteristics, and FIG. 8A is a comparative view of the ash diffusion model showing the result of designing according to the ash image processing designing method.

표 2에서 보는 것과 같이 보간법이 가장 좋으나 속도가 느리면 시스템에 적용하기 쉽지 않다. 전차년도 결과물인 폴리곤 드로우을 제외하고 또한 모델링 범위 왜곡인 오목 껍데기(Concave Hull)을 제외한다. 오목 껍데기의 외각선 왜곡부분을 로직으로 개선하더라도 속도가 더 느려지기 때문에 제외한다. 이에 경위도 픽셀 매칭(Pixel Matching)과 보간법(Interpolation) 방안으로 모델링을 개발하여 비교해 보았다.As shown in Table 2, interpolation is the best, but if it is slow, it is not easy to apply to the system. Except for the polygonal draw, which is the result of the Tank Year, the Concave Hull, which is also a modeling range distortion, is excluded. Excluding the outer edge of the concave shell because it improves the distortion to logic, it slows down the speed. In this paper, we developed a modeling method based on the method of Pixel Matching and Interpolation.

구체적으로는, 화산재 확산 모형을 고도화하기 위해 픽셀 매칭 방안과 보간법을 사용하는 방안을 구현해 보았다. 픽셀 매칭은 경위도를 화면좌표에 매칭시켜 그 부분에 이미지 색상을 입혀 구현을 하였다. 이미지 생성처리 속도는 빨랐으며 생각보다 이미지 처리가 괜찮았다. 하지만 생성되는 이미지 사이즈를 증가시킬수록 계단현상이 강해 졌고 이미지 색상도 일률적으로 변해 갔다. 다음은 보간법 방안을 구현해 보았다. 보간법은 등선데이터처럼 일률적이지 않게 색상이 도출되었으며 이미지 사이즈가 크면 클수록 좋은 데이터를 생성할 수 있었다. 하지만 속도 문제는 여전히 큰 문제점을 나타냈다. Specifically, we have implemented a method of using pixel matching method and interpolation method to enhance the diffusion model of volcanic ash. The pixel matching is implemented by matching the latitude and the longitude to the screen coordinates and applying the image color to the part. Image creation processing speed was fast and image processing was better than I thought. However, as the size of the generated image increases, the staircase becomes stronger and the color of the image changes uniformly. Next, I implemented the interpolation method. The interpolation method is not uniform as in the case of the isosceles data, and the larger the image size, the better the data can be generated. However, the speed problem still has a big problem.

픽셀 매칭과 보간법은 경위도를 픽셀(Pixel) 별로 나누어 색상을 입히는 것은 같으나 픽셀 매칭은 가까운 데이터를 색상화해 픽셀에 입히는 것이고 보간법은 설정된 주변 데이터를 그 지점에 각각의 평균을 내 색상 값을 정하는데 차이가 있다. 따라서 속도 차이가 있게 마련이다. 하지만 NetCDF 파일은 격자단위로 빼곡히 데이터가 들어 있는 파일인 것을 착안하여 지점주위 3x3이나 5x5, 7x7, 9x9 데이터만 가져와 지역별 보간을 시행하였다. 생각대로 3x3이 가장 빨랐으며 7x7부터는 처음보다는 빨랐지만 사용하기에 문제가 있었다. 기본적으로 3x3을 사용해서 입자농도, 미세먼지, 퇴적물의 데이터를 보간법 프로세싱을 통해 DB 서버에 이미지 데이터를 저장한다. 또한, 피해추정을 위한 지역별 입자농도, 미세먼지, 퇴적물의 매핑데이터를 만들어 피해영역 DB 생성하고 화산재 피해추정을 가능하게 한다. 도 8b에는 화산재 피해영역 DB 생성과 보간법 프로세싱을 통해 결과 이미지 데이터를 서버에 저장하는 프로그램을 나타냈다.Pixel matching and interpolation are the same as applying color by dividing the latitude and the longitude by pixels. Pixel matching is to color the nearest data and apply it to the pixels. The interpolation method sets the average value of the set peripheral data at that point, . Therefore, there is a difference in speed. However, the NetCDF file is a file containing a lot of data in grid units, and only 3x3 or 5x5, 7x7, and 9x9 data are taken around the point to perform local interpolation. As I thought, 3x3 was the fastest and from 7x7 it was faster than the first, but I had problems using it. Basically, 3x3 is used to store image data in DB server through interpolation method of particle concentration, fine dust, and sediment data. In addition, mapping data of regional particle concentration, fine dust, and sediment for damage estimation is created, and DB of damage area is created and damage estimation of volcanic ash is possible. FIG. 8B shows a program for storing the resultant image data in the server through the generation of the ash damage area DB and the interpolation processing.

상기한 본 발명의 바람직한 실시형태에 따라 얻어진 결과를 사용하여, 화산재 확산의 2D 확산모형과 지역별 재해발생에 대한 분석 결과를 지도 및 막대그래프로 제공하는 페이지에 의해 화산 재해현황을 구현할 수 있다. 이러한 화산 재해현황은 피해예측 페이지에서 선행 입력된 데이터를 통한 DB 분석결과를 보여준다. 세부 지역을 선택 후 조회하면 해당 지도를 확대하여 보여주게 구현할 수 있으며, 지도를 최대한 넓게 제공하기 위해 범례와 막대그래프 정보들을 지도 위로 위치시킬 수 있다. 막대그래프는 선택 시 최소화도 가능하다. 이와 같은 실행화면은 도 9와 같이 나타날 수 있다.Using the results obtained in accordance with the preferred embodiment of the present invention, a volcanic hazard situation can be implemented by a 2D diffusion model of volcanic ash diffusion and a page providing a map and bar graph of the results of the occurrence of regional disasters. These volcanic disasters show DB analysis results through the data entered in the damage prediction page. After selecting the detail area, the map can be enlarged and displayed, and the legend and bar graph information can be placed on the map to provide the map as wide as possible. Bar graphs can be minimized when selected. Such an execution screen may appear as shown in FIG.

상기와 같이 본 발명의 바람직한 실시형태에서 수 km 단위로 생성된 시뮬레이션 결과물을 보정하는 새로운 방법을 제시하여 종래의 방법에 비해 개선된 정확도와 연산 속도를 제공할 수 있으며, 지역 맵핑 방법은 행정구역 단위로 구성된 재난대응체계에서 지역별 대응을 위해 지역(행정구역)별 피해규모를 예측하는 방법을 제시할 수 있다. 지역별 피해규모 예측은 앞서 언급된 방법으로 보정된 화산재 확산 정보를 이용하여 셀 단위의 화산재 확산 정보를 지역(행정구역) 단위로 맵핑하여 보다 정확한 지역별 재해발생 현황을 제공할 수 있게 하였다.
As described above, according to the preferred embodiment of the present invention, a new method of correcting the simulation result generated in several km units can be provided to provide improved accuracy and operation speed as compared with the conventional method, , It is possible to suggest a method of predicting the damage scale by region (administrative district) for regional response. The prediction of damage scale by region maps the spread of volcanic ash in the unit of cell to the area (administrative district) by using the corrected volcanic ash diffusion information in the way mentioned above, so that more precise local disaster occurrence situation can be provided.

본 명세서는 여기에 서술된 기술의 예시적인 실시형태에서 방법론, 시스템 및/또는 이들의 용도 등에 대해 완전한 설명을 제공하고자 노력하여 본 기술의 다양한 실시형태가 어떤 특별한 정도로, 또는 하나 또는 그 이상의 개개의 양태를 참고로 하여 상술되어 졌지만, 이 기술분야에서의 통상인은 여기의 기술의 정신 또는 범주로부터 벗어남이 없이 개시된 양태에 대한 다수의 변형을 만들 수 있다. 많은 양태는 본 기재 기술의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 이루어질 수 있기 때문에, 적절한 범위는 이하 첨부된 청구범위로 된다.
It is appreciated that the present disclosure may be embodied in many different forms, all without departing from the spirit and scope of the invention, as embodied and broadly described herein, in order to provide a complete description of the methodology, system, and / Although a person skilled in the art may make numerous modifications to the disclosed embodiments without departing from the spirit or scope of the description herein. Since many embodiments can be made without departing from the spirit and scope of the present disclosure, appropriate ranges are set forth in the appended claims.

Claims (8)

a) 화산 폭발 시 의사결정권자가 시나리오 데이터베이스에서 가장 유사한 시나리오를 선택하는 알고리즘을 포함한 시뮬레이션 모듈;
b) 알고리즘을 통해 나온 결과를 GIS 시스템을 통해 공간정보를 보여주는 재해현황 모듈;
c) 재해예측, 재해추정 데이터베이스에서 피해추정정보를 추출해 통계/분석하는 모듈; 및
d) 의사결정권자가 상황대응 데이터베이스를 토대로 대응전략을 구축하는 모듈로 구성되는 화산재해 대응 의사결정 지원 시스템의 의사결정 과정 프로세스로 구성됨을 특징으로 하는 화산재해 대응 의사결정 지원 시스템.
a) a simulation module containing an algorithm for decision makers to select the most similar scenarios in the scenario database in the event of a volcanic eruption;
b) a disaster status module showing spatial information through GIS system as a result of the algorithm;
c) module for extracting and analyzing damage estimation information from disaster prediction and disaster estimation database; And
d) Decision-making process of decision support system of volcanic ash-resistant decision support system composed of module that decision-maker constructs countermeasure strategy based on the situation response database.
제1항에 있어서, 상기 시뮬레이션 모듈은 화산폭발 시 폭발유형과 폭발정보를 토대로 피해예측 시나리오 기반 시뮬레이션을 통해 화산재, 화쇄류, 화산성 홍수/이류, 및 화산성지진과 같은 다양한 재해유형에 대한 화산재해 대응시스템의 시뮬레이션 결과를 제공하는 것임을 특징으로 하는 화산재해 대응 의사결정 지원 시스템.
2. The method of claim 1, wherein the simulation module is adapted to simulate various types of disasters such as volcanic ash, firestone, volcanic flood / advection, and volcanic earthquake through simulation based on damage prediction scenario based on explosion type and explosion information in volcanic explosion And the simulation result of the harmonic response system is provided.
제1항에 있어서, 상기 재해현황 모듈은 화산재, 화쇄류, 화산성 홍수/이류, 및 화산성지진을 피해주제도, 3D 그래픽, 재해 현황 GIS 시스템을 통해 시간별로 보여주며, 피해예측 간략정보와 피해상황정보를 보여는 것임을 특징으로 하는 화산재해 대응 의사결정 지원 시스템.
[Claim 3] The method according to claim 1, wherein the disaster status module displays the time, the 3D graphic, and the disaster state GIS system by time to avoid volcanic ash, fossil fuels, volcanic floods / And the information about the damage situation is displayed.
제1항에 있어서, 상기 피해추정 모듈은 시간대별 화산재, 화쇄류, 화산성 홍수/이류, 및 화산성지진의 피해현황을 표, 차트를 통한 통계적 시스템으로 비교하고 이를 바탕으로 사회, 경제적 피해를 추정하여 정보를 보여주는 것임을 특징으로 하는 화산재해 대응 의사결정 지원 시스템.
The damage estimation module as set forth in claim 1, wherein the damage estimation module compares the damages of the ash, the fire hydrant, the volcanic flood / advection, and the volcanic earthquake with the statistical system using the charts and charts, And the information is displayed by estimating the information.
제1항에 있어서, 상기 상황대응 모듈은 화산재, 화쇄류, 화산성 홍수/이류, 및 화산성지진의 피해별, 시간대별, 지역별 대응절차를 상황대응 데이터베이스를 토대로 표시하고, 의사결정권자가 대응전략을 구축한 후 각 유관기관에 상황을 전파하는 것임을 특징으로 하는 화산재해 대응 의사결정 지원 시스템.
The system according to claim 1, wherein the situation-handling module displays the response procedure of the ash, time series, and region of the volcanic ash, flare, volcanic flood / advection, and volcanic earthquake on the basis of the situation response database, And then spreading the situation to each relevant organization.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 시뮬레이션 모듈에서는 화산재 이미지 프로세싱 설계 방법에 의해 화산재 분포 영역을 매핑하는 것임을 특징으로 하는 화산재해 대응 의사결정 지원 시스템.
3. The system as claimed in claim 1 or 2, wherein the simulation module maps an ash distribution area by an ash image processing designing method.
제6항에 있어서, 상기 화산재 이미지 프로세싱 설계 방법은 픽셀 매칭(Pixel Matching) 또는 보간법(Interpolation)의 어느 하나 또는 이들의 조합에 의해 모델링하여 화산재 분포 영역을 매핑하는 것임을 특징으로 하는 화산재해 대응 의사결정 지원 시스템.
The ash treatment system according to claim 6, wherein the ash image processing designing method maps the ash distribution area by modeling by using any one of pixel matching or interpolation or a combination thereof, Support system.
제1항에 있어서, 상기 시뮬레이션 모듈에서는 실측 모델링 완료에 따라 그 결과에 맞추어 각 변수를 변경하여 적용하는 것을 특징으로 하는 화산재해 대응 의사결정 지원 시스템.
The system as claimed in claim 1, wherein, in the simulation module, each variable is changed and applied in accordance with the result of the actual modeling.
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