KR20190020595A - 확률장기예보를 활용한 유역 유출 예측과 의사결정지원 시스템 및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 확률장기예보를 활용한 유역 유출 예측과 의사결정지원 시스템 및 그 방법을 개시한다. 즉, 본 발명은 기후 예측 모델에 포함된 예측 데이터 및 과거 재현 데이터에 대한 전처리 과정을 수행하고, 유역 유출 모형을 통해 상기 전처리된 기후 예측 모델의 예측 데이터 및 과거 재현 데이터와 수자원공사 데이터베이스로부터 획득된 유역 관련 관측값을 근거로 해당 댐 유역과 관련한 예측 강수량, 예측 유출량, 예측 수위 등을 산출 및 관리함으로써, 유역 유출 예측 데이터에 대한 신뢰성을 높이고, 관리의 효율성을 증진시킬 수 있다.
Description
본 발명은 확률장기예보를 활용한 유역 유출 예측과 의사결정지원 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 기후 예측 모델에 포함된 예측 데이터 및 과거 재현 데이터에 대한 전처리 과정을 수행하고, 유역 유출 모형을 통해 상기 전처리된 기후 예측 모델의 예측 데이터 및 과거 재현 데이터와 수자원공사 데이터베이스로부터 획득된 유역 관련 관측값을 근거로 해당 댐 유역과 관련한 예측 강수량, 예측 유출량, 예측 수위 등을 산출 및 관리하는 확률장기예보를 활용한 유역 유출 예측과 의사결정지원 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
댐, 보, 저수지의 여수로 등에는 댐의 수위, 저수량, 방류량을 조절하기 위하여 수문 및 방류 설비가 설치된다. 이러한 수문 및 방류 설비는 필요에 따라 인력 또는 적당한 동력장치에 의하여 작동함으로써 개폐된다. 따라서, 필요시 수문 및 방류 설비를 개방함으로써 저수를 방류하여 댐의 수위를 조절하게 된다.
또한, 이러한 수문 및 방류 설비의 개방 여부를 결정하는데 있어서, 해당 시설물을 관리하는 관리자가 개별적으로 다수의 정보들을 확인한 후, 개방 여부를 결정함에 따라, 관리의 효율성이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 기후 예측 모델에 포함된 예측 데이터 및 과거 재현 데이터에 대한 전처리 과정을 수행하고, 유역 유출 모형을 통해 상기 전처리된 기후 예측 모델의 예측 데이터 및 과거 재현 데이터와 수자원공사 데이터베이스로부터 획득된 유역 관련 관측값을 근거로 해당 댐 유역과 관련한 예측 강수량, 예측 유출량, 예측 수위 등을 산출 및 관리하는 확률장기예보를 활용한 유역 유출 예측과 의사결정지원 시스템 및 그 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 장기 예보를 물 관리 분야에서 활용하며, 예측 강수량과 유출량을 근거로 댐의 방류량을 조정하는 확률장기예보를 활용한 유역 유출 예측과 의사결정지원 시스템 및 그 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 확률장기예보를 활용한 유역 유출 예측과 의사결정지원 방법은 확률장기예보를 활용한 유역 유출 예측과 의사결정지원에 있어서, 통신부에 의해, 댐 관리 서버로부터 전송되는 검색 일자에 해당하는 특정 유역과 관련한 유역 관측값을 수신하는 단계; 상기 통신부에 의해, 기상청 서버로부터 전송되는 상기 검색 일자에 해당하는 기후 예측 모델인 GloSea5 GC2 모델의 예측 데이터 및 과거 재현 데이터를 수신하는 단계; 제어부에 의해, 상기 수신된 예측 데이터 및 과거 재현 데이터에 대한 전처리 과정을 수행하는 단계; 상기 제어부에 의해, 상기 전처리된 예측 데이터, 상기 전처리된 과거 재현 데이터 및 상기 유역 관측값 내의 강수 관측값을 근거로 편의 보정 기법을 수행하는 단계; 및 상기 제어부에 의해, 유역 유출 모형을 통해 상기 산출된 편의 보정이 적용된 예측 데이터, 상기 유역 관측값 및 댐 유역 기본 입력 데이터를 근거로 예측 강수량, 예측 유출량 및 예측 수위 중 적어도 하나를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서 상기 유역 관측값은, 상기 특정 유역과 관련한 강수 관측값, 과거 유출량 및 댐 수위 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서 상기 전처리 과정을 수행하는 단계는, 앙상블 및 날짜별로 데이터가 생산된 상태의 예측 데이터가 저장되어 있는 GRIB2 파일에 대해서 전처리 과정 중에 특정 기간에 대한 앙상블 데이터 중 결측 데이터를 제외하고 바이너리로 추출하는 과정; 상기 추출된 바이너리는 다시 읽어들여 특정 관측소에 해당하는 GloSea5 GC2 모델의 격자 위치의 값을 읽어 배열에 저장하는 과정; 상기 읽은 격자 위치의 값들에 대한 평균값을 계산하는 과정; 상기 예측 데이터의 중간에 발생하는 앙상블 결측 데이터에 대해 NaN(Not a Number) 값을 사용하여 결측을 나타낸 후, 모든 앙상블의 추출이 끝난 후, 상기 계산된 평균값으로 대체하는 과정; 및 상기 생성된 배열값을 통계적 상세화 과정에서 사용할 수 있도록 CSV 파일에 형태를 맞추어 저장하는 과정을 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서 상기 전처리 과정을 수행하는 단계는, 앙상블별로 데이터가 생산된 상태의 과거 재현 데이터가 저장되어 있는 GRIB2 파일에 대해서 각 월의 1일에 생산된 데이터가 존재하는지 찾는 과정; 1일에 생산된 데이터가 존재할 때, 1개월의 리드 타임(lead time)을 사용하여 통계적 상세화 과정에 사용되는 과거 재현 데이터를 구성하는 과정; 및 1일에 생산된 데이터가 존재하지 않을 때, 이전 달의 1일 데이터를 사용하여 추출 기간에 해당하는 과거 재현 데이터를 구성하여 통계적 상세화 과정에서 사용할 수 있도록 CSV 파일에 형태를 맞추어 저장하는 과정을 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서 상기 편의 보정 기법을 수행하는 단계는, 상기 전처리된 과거 재현 데이터와 상기 강수 관측값을 근거로 미리 설정된 분위사상법을 통해 보정 상수를 산출하는 과정; 및 상기 산출된 보정 상수를 상기 전처리된 예측 데이터에 적용하여 편의 보정이 적용된 예측 데이터를 산출하는 과정을 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서 상기 예측 강수량, 예측 유출량 및 예측 수위 중 적어도 하나를 산출하는 단계는, 상기 유역 유출 모형을 통해 상기 유역 관측값과 상기 댐 유역 기본 입력 데이터를 근거로 상기 편의 보정이 적용된 예측 데이터를 입력으로 할 때의 예측 강수량, 예측 유출량 및 예측 수위 중 적어도 하나를 산출할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서 상기 제어부에 의해, 상기 편의 보정이 적용된 예측 데이터를 근거로 강우의 스케일 확인을 위한 밴드 도면(band plot), 앙상블의 분포 현황 확인을 위한 앙상블 도면(ensemble plot) 및 강우의 스케일 확인을 위한 에러 도면(error plot) 중 적어도 하나는 생성하는 단계; 상기 제어부에 의해, 상기 산출된 예측 유출량을 근거로 유역 유출 예측을 위한 K-DRUM 밴드 도면을 생성하는 단계; 표시부에 의해, 상기 생성된 밴드 도면, 앙상블 도면, 에러 도면 및 K-DRUM 밴드 도면 중 적어도 하나를 표시하는 단계; 상기 제어부에 의해, 사용자 입력에 따른 파라미터를 수신하는 단계; 상기 제어부에 의해, 저장부에 미리 저장된 장소별 및 날짜별 편의 보정 기법이 적용된 예측 데이터와 예측 유출량의 도면 중에서 상기 수신된 파라미터에 포함된 특정 조회 기간을 기준으로 특정 장소 및 특정 관측 지점에 대응하는 강수량 예측 결과, 유출량 예측 결과 및 댐 저수지 운영 결과 중 적어도 하나를 확인하는 단계; 및 상기 표시부에 의해, 상기 확인된 강수량 예측 결과, 유출량 예측 결과 및 댐 저수지 운영 결과 중 적어도 하나를 표시하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 확률장기예보를 활용한 유역 유출 예측과 의사결정지원 시스템은 확률장기예보를 활용한 유역 유출 예측과 의사결정지원 시스템에 있어서, 댐 관리 서버로부터 전송되는 검색 일자에 해당하는 특정 유역과 관련한 유역 관측값을 수신하고, 기상청 서버로부터 전송되는 상기 검색 일자에 해당하는 기후 예측 모델인 GloSea5 GC2 모델의 예측 데이터 및 과거 재현 데이터를 수신하는 통신부; 및 상기 수신된 예측 데이터 및 과거 재현 데이터에 대한 전처리 과정을 수행하고, 상기 전처리된 예측 데이터, 상기 전처리된 과거 재현 데이터 및 상기 유역 관측값 내의 강수 관측값을 근거로 편의 보정 기법을 수행하고, 유역 유출 모형을 통해 상기 산출된 편의 보정이 적용된 예측 데이터, 상기 유역 관측값 및 댐 유역 기본 입력 데이터를 근거로 예측 강수량, 예측 유출량 및 예측 수위 중 적어도 하나를 산출하는 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서 상기 제어부는, 상기 전처리된 과거 재현 데이터와 상기 강수 관측값을 근거로 미리 설정된 분위사상법을 통해 보정 상수를 산출하고, 상기 산출된 보정 상수를 상기 전처리된 예측 데이터에 적용하여 편의 보정이 적용된 예측 데이터를 산출할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서 상기 제어부는, 상기 편의 보정이 적용된 예측 데이터를 근거로 강우의 스케일 확인을 위한 밴드 도면, 앙상블의 분포 현황 확인을 위한 앙상블 도면 및 강우의 스케일 확인을 위한 에러 도면 중 적어도 하나는 생성하고, 상기 산출된 예측 유출량을 근거로 유역 유출 예측을 위한 K-DRUM 밴드 도면을 생성하며, 저장부에 미리 저장된 장소별 및 날짜별 편의 보정 기법이 적용된 예측 데이터와 예측 유출량의 도면 중에서 사용자 입력에 따른 파라미터에 포함된 특정 조회 기간을 기준으로 특정 장소 및 특정 관측 지점에 대응하는 강수량 예측 결과, 유출량 예측 결과 및 댐 저수지 운영 결과 중 적어도 하나를 확인하며, 상기 생성된 밴드 도면, 앙상블 도면, 에러 도면 및 K-DRUM 밴드 도면 중 적어도 하나를 표시하고, 상기 확인된 강수량 예측 결과, 유출량 예측 결과 및 댐 저수지 운영 결과 중 적어도 하나를 표시하는 표시부를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 기후 예측 모델에 포함된 예측 데이터 및 과거 재현 데이터에 대한 전처리 과정을 수행하고, 유역 유출 모형을 통해 상기 전처리된 기후 예측 모델의 예측 데이터 및 과거 재현 데이터와 수자원공사 데이터베이스로부터 획득된 유역 관련 관측값을 근거로 해당 댐 유역과 관련한 예측 강수량, 예측 유출량, 예측 수위 등을 산출 및 관리함으로써, 유역 유출 예측 데이터에 대한 신뢰성을 높이고, 관리의 효율성을 증진시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 장기 예보를 물 관리 분야에서 활용하며, 예측 강수량과 유출량을 근거로 댐의 방류량을 조정함으로써, 댐 수위 모의 운영을 수행할 수 있게 되어 장기적인 댐 수위 관리자의 물관리 의사 결정에 도움을 줄 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 확률장기예보를 활용한 유역 유출 예측과 의사결정지원 시스템의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 단말의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 확률장기예보를 활용한 유역 유출 예측과 의사결정지원 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 4 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 밴드 도면을 나타낸 도이다.
도 10 내지 도 15는 본 발명의 실시예에 따른 예측 강수량을 이용한 앙상블 도면을 나타낸 도이다.
도 16 내지 도 21은 본 발명의 실시예에 따른 에러 도면을 나타낸 도이다.
도 22 내지 도 27은 본 발명의 실시예에 따른 예측 유출량을 이용한 K-DRUM 밴드 도면을 나타낸 도이다.
도 28 내지 도 33은 본 발명의 실시예에 따른 예측 유출량을 이용한 K-DRUM 앙상블 도면을 나타낸 도이다.
도 34 내지 도 36은 본 발명의 실시예에 따른 1단계 표출 화면을 나타낸 도이다.
도 37 내지 도 38은 본 발명의 실시예에 따른 2단계 표출 화면을 나타낸 도이다.
도 39 내지 도 41은 본 발명의 실시예에 따른 3단계 표출 화면을 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 단말의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 확률장기예보를 활용한 유역 유출 예측과 의사결정지원 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 4 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 밴드 도면을 나타낸 도이다.
도 10 내지 도 15는 본 발명의 실시예에 따른 예측 강수량을 이용한 앙상블 도면을 나타낸 도이다.
도 16 내지 도 21은 본 발명의 실시예에 따른 에러 도면을 나타낸 도이다.
도 22 내지 도 27은 본 발명의 실시예에 따른 예측 유출량을 이용한 K-DRUM 밴드 도면을 나타낸 도이다.
도 28 내지 도 33은 본 발명의 실시예에 따른 예측 유출량을 이용한 K-DRUM 앙상블 도면을 나타낸 도이다.
도 34 내지 도 36은 본 발명의 실시예에 따른 1단계 표출 화면을 나타낸 도이다.
도 37 내지 도 38은 본 발명의 실시예에 따른 2단계 표출 화면을 나타낸 도이다.
도 39 내지 도 41은 본 발명의 실시예에 따른 3단계 표출 화면을 나타낸 도이다.
본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
또한, 본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서 "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 발명에 기재된 여러 구성 요소들 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 발명에서 사용되는 제 1, 제 2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성 요소는 제 2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성 요소도 제 1 구성 요소로 명명될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 확률장기예보를 활용한 유역 유출 예측과 의사결정지원 시스템(10)의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 유역 유출 예측과 의사결정지원 시스템(10)은 댐 관리 서버(100), 기상청 서버(200) 및 단말(300)로 구성된다. 도 1에 도시된 유역 유출 예측과 의사결정지원 시스템(10)의 구성 요소 모두가 필수 구성 요소인 것은 아니며, 도 1에 도시된 구성 요소보다 많은 구성 요소에 의해 유역 유출 예측과 의사결정지원 시스템(10)이 구현될 수도 있고, 그보다 적은 구성 요소에 의해서도 유역 유출 예측과 의사결정지원 시스템(10)이 구현될 수도 있다.
상기 댐 관리 서버(100)는 유역별로 유역 관측값을 관측한다. 여기서, 상기 유역 관측값은 날짜별 및/또는 시간별로 관리되는 특정 유역과 관련한 강수 관측값(또는 강수량), 과거 유출량, 댐 수위 등을 포함한다.
또한, 상기 댐 관리 서버(100)는 상기 관측된 유역별 유역 관측값을 저장(또는 관리)한다.
또한, 상기 댐 관리 서버(100)는 상기 단말(300)로부터 전송되는 검색 일자에 해당하는 특정 유역과 관련한 유역 관측값의 전송 요청을 수신한다.
또한, 상기 댐 관리 서버(100)는 상기 저장된 날짜별 및/또는 시간별로 관리되는 유역별 유역 관측값 중에서 상기 수신된 특정 유역과 관련한 유역 관측값의 전송 요청에 대응하는 해당 특정 유역과 관련한 유역 관측값을 확인하고, 상기 확인된 특정 유역과 관련한 유역 관측값을 상기 단말(300)에 전송한다.
상기 기상청 서버(200)는 대한민국 기상청과 영국 기상청(Met Office)의 계절예측시스템 공동 구축 및 운영에 관한 협정 체결에 의해 국내에 도입된 기후 예측 모델인 GloSea5 GC2(Global Seasonal Forecast System 5 Global Coupled modeling configuration 2.0) 모델을 관리한다.
여기서, 상기 GloSea5 모델은 영국 기상청의 기후 모델인 HadGEM3(Hadley Centre Global Environment Model version 3)에 기초해 구축되었으며, 2010년 6월 대한민국 기상청과 영국 기상청의 계절예측시스템 공동 구축 및 운영에 관한 협정 체결에 의해 국내에 2014년부터 현업에 도입되었고, 2016년 GloSea5 GC2 모델로 개선되어 현업에서 운영 중에 있다.
상기 GloSea5 GC2 모델은 대기(UM, Global Atmosphere 6.0), 지면(JULES, Global Land 6.0), 해양(NEMO, Global Ocean 5.0), 해빙(CICE, Global Sea-Ice 6.0) 모델들이 각각의 구성 요소로 사용되며, 커플러(Oasis)에 의해 결합되어 하나의 시스템을 구성한다.
또한, 상기 GloSea5 GC2 모델은 예측 데이터(또는 GloSea5 GC2 모델의 예측 데이터)(Forecast)와 과거 재현 데이터(또는 GloSea5 GC2 모델의 과거 재현 데이터)(Hindcast)를 동시에 생산하는 특징이 있다. 이러한 특징은 GloSea5 GC2 모델의 빠른 성능 향상을 위한 방식이며, 계절 예측 시스템의 성분 모델 중 하나라도 개선이 되면, 정밀한 평가없이 현업에 적용할 수 있다.
이와 같이, 상기 GloSea5 GC2 모델의 예측 데이터 및 과거 재현 데이터는 복수의 앙상블(Ensemble)로 구성되어 있으며, 그 생산 방식 또한 상이하다.
즉, 상기 예측 데이터는 월 예측을 위한 1개월 예보 데이터와 계절 예측을 위한 3개월 예보 데이터로 구성된다. 각각의 예측 데이터는 주 1회 생산되며, 1개월 예보 데이터의 경우 28개 앙상블 멤버가, 3개월 예보 데이터의 경우 42개 앙상블 멤버가 생산된다.
또한, 상기 과거 재현 데이터는 매월 1일, 9일, 17일, 25일마다 초기장을 사용하여 생산일로부터 220일씩 재현 데이터를 산출하며, 각 3개의 앙상블 멤버를 생산한다.
또한, 상기 GloSea5 GC2 모델의 원시 데이터인 아라카와 C-그리드 스태거링(Arakawa C-grid staggering) 방법으로 구성된 432×324 등경위도 격자의 필드 포맷(Field Format)의 데이터로 구성된다.
또한, 상기 기상청 서버(200)는 상기 단말(300)로부터 전송되는 상기 검색 일자에 해당하는 예측 데이터(또는 GloSea5 GC2 모델의 예측 데이터), 과거 재현 데이터(또는 GloSea5 GC2 모델의 과거 재현 데이터) 등의 전송을 요청을 수신한다.
또한, 상기 기상청 서버(200)는 상기 저장된 날짜별 전 지구 영역에 대한 예측 데이터, 과거 재현 데이터 중에서 상기 수신된 상기 검색 일자에 해당하는 전 지구 영역에 대한 예측 데이터와 과거 재현 데이터를 확인하고, 상기 확인된 상기 검색 일자에 해당하는 전 지구 영역에 대한 예측 데이터와 과거 재현 데이터를 상기 단말(300)에 전송한다. 이때, 상기 기상청 서버(200)는 상기 기상청 서버(200)에서 관리되는 원시 데이터를 432×325 격자의 GRIB2(GRIdded Binary or General Regularly-distributed Information in Binary form) 형태의 데이터(또는 파일 형태)로 변환하고, 상기 변환된 GRIB2 형태의 데이터를 상기 단말(300)에 전송한다.
상기 단말(300)은 스마트 폰(Smart Phone), 휴대 단말기(Portable Terminal), 이동 단말기(Mobile Terminal), 개인 정보 단말기(Personal Digital Assistant: PDA), PMP(Portable Multimedia Player) 단말기, 텔레매틱스(Telematics) 단말기, 내비게이션(Navigation) 단말기, 개인용 컴퓨터(Personal Computer), 노트북 컴퓨터, 슬레이트 PC(Slate PC), 태블릿 PC(Tablet PC), 울트라북(ultrabook), 웨어러블 디바이스(Wearable Device, 예를 들어, 워치형 단말기(Smartwatch), 글래스형 단말기(Smart Glass), HMD(Head Mounted Display) 등 포함), 와이브로(Wibro) 단말기, IPTV(Internet Protocol Television) 단말기, 스마트 TV, 디지털방송용 단말기, 텔레비전(Television), 3D 텔레비전, 홈 시어터(Home Theater) 시스템, AVN(Audio Video Navigation) 단말기, A/V(Audio/Video) 시스템, 플렉시블 단말기(Flexible Terminal) 등과 같은 다양한 단말기에 적용될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 단말(300)은 통신부(310), 저장부(320), 표시부(330), 음성 출력부(340) 및 제어부(350)로 구성된다. 도 2에 도시된 단말(300)의 구성 요소 모두가 필수 구성 요소인 것은 아니며, 도 2에 도시된 구성 요소보다 많은 구성 요소에 의해 단말(300)이 구현될 수도 있고, 그보다 적은 구성 요소에 의해서도 단말(300)이 구현될 수도 있다.
상기 통신부(310)는 유/무선 통신망을 통해 내부의 임의의 구성 요소 또는 외부의 임의의 적어도 하나의 단말기와 통신 연결한다. 이때, 상기 외부의 임의의 단말기는 상기 서버(200), 상기 다른 단말(300) 등을 포함할 수 있다. 여기서, 무선 인터넷 기술로는 무선랜(Wireless LAN: WLAN), DLNA(Digital Living Network Alliance), 와이브로(Wireless Broadband: Wibro), 와이맥스(World Interoperability for Microwave Access: Wimax), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access), HSUPA(High Speed Uplink Packet Access), IEEE 802.16, 롱 텀 에볼루션(Long Term Evolution: LTE), LTE-A(Long Term Evolution-Advanced), 광대역 무선 이동 통신 서비스(Wireless Mobile Broadband Service: WMBS) 등이 있으며, 상기 통신부(310)는 상기에서 나열되지 않은 인터넷 기술까지 포함한 범위에서 적어도 하나의 무선 인터넷 기술에 따라 데이터를 송수신하게 된다. 또한, 근거리 통신 기술로는 블루투스(Bluetooth), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(Infrared Data Association: IrDA), UWB(Ultra Wideband), 지그비(ZigBee), 인접 자장 통신(Near Field Communication: NFC), 초음파 통신(Ultra Sound Communication: USC), 가시광 통신(Visible Light Communication: VLC), 와이 파이(Wi-Fi), 와이 파이 다이렉트(Wi-Fi Direct) 등이 포함될 수 있다. 또한, 유선 통신 기술로는 전력선 통신(Power Line Communication: PLC), USB 통신, 이더넷(Ethernet), 시리얼 통신(serial communication), 광/동축 케이블 등이 포함될 수 있다.
또한, 상기 통신부(310)는 유니버설 시리얼 버스(Universal Serial Bus: USB)를 통해 임의의 단말과 정보를 상호 전송할 수 있다.
또한, 상기 통신부(310)는 이동통신을 위한 기술표준들 또는 통신방식(예를 들어, GSM(Global System for Mobile communication), CDMA(Code Division Multi Access), CDMA2000(Code Division Multi Access 2000), EV-DO(Enhanced Voice-Data Optimized or Enhanced Voice-Data Only), WCDMA(Wideband CDMA), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access), HSUPA(High Speed Uplink Packet Access), LTE(Long Term Evolution), LTE-A(Long Term Evolution-Advanced) 등)에 따라 구축된 이동 통신망 상에서 기지국, 상기 서버(200), 상기 다른 단말(300) 등과 무선 신호를 송수신한다.
또한, 상기 통신부(310)는 상기 댐 관리 서버(100)로부터 전송되는 검색 일자에 해당하는 특정 유역과 관련한 유역 관측값, 상기 기상청 서버(200)로부터 전송되는 검색 일자에 해당하는 예측 데이터, 과거 재현 데이터 등을 수신한다.
상기 저장부(320)(또는 메모리)는 다양한 사용자 인터페이스(User Interface: UI), 그래픽 사용자 인터페이스(Graphic User Interface: GUI) 등을 저장한다.
또한, 상기 저장부(320)는 상기 단말(300)이 동작하는데 필요한 데이터와 프로그램 등을 저장한다.
즉, 상기 저장부(320)는 상기 단말(300)에서 구동되는 다수의 응용 프로그램(application program 또는 애플리케이션), 동작을 위한 데이터들, 명령어들을 저장할 수 있다. 이러한 응용 프로그램 중 적어도 일부는 무선 통신을 통해 외부 서비스 제공 장치로부터 다운로드 될 수 있다. 또한, 이러한 응용 프로그램 중 적어도 일부는 기본적인 기능(예를 들어, 전화 착신, 발신 기능, 메시지 수신, 발신 기능)을 위하여 출고 당시부터 상기 단말(300)에 존재할 수 있다. 한편, 응용 프로그램은 상기 저장부(320)에 저장되고, 상기 단말(300)에 설치되어, 상기 제어부(350)에 의하여 동작(또는 기능)을 수행하도록 구동될 수 있다.
또한, 상기 저장부(320)는 플래시 메모리 타입(Flash Memory Type), 하드 디스크 타입(Hard Disk Type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(Multimedia Card Micro Type), 카드 타입의 메모리(예를 들면, SD 또는 XD 메모리 등), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크, 램(Random Access Memory: RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read-Only Memory: ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory) 중 적어도 하나의 저장매체를 포함할 수 있다. 또한, 상기 단말(300)은 인터넷(internet)상에서 상기 저장부(320)의 저장 기능을 수행하는 웹 스토리지(web storage)를 운영하거나, 또는 웹 스토리지와 관련되어 동작할 수도 있다.
또한, 상기 저장부(320)는 상기 통신부(310)를 통해 수신된 상기 검색 일자에 해당하는 특정 유역과 관련한 유역 관측값, 상기 검색 일자에 해당하는 예측 데이터, 과거 재현 데이터 등을 저장한다.
상기 표시부(330)는 상기 제어부(350)의 제어에 의해 상기 저장부(320)에 저장된 사용자 인터페이스 및/또는 그래픽 사용자 인터페이스를 이용하여 다양한 메뉴 화면 등과 같은 다양한 콘텐츠를 표시할 수 있다. 여기서, 상기 표시부(330)에 표시되는 콘텐츠는 다양한 텍스트 또는 이미지 데이터(각종 정보 데이터 포함)와 아이콘, 리스트 메뉴, 콤보 박스 등의 데이터를 포함하는 메뉴 화면 등을 포함한다. 또한, 상기 표시부(330)는 터치 스크린 일 수 있다.
또한, 상기 표시부(330)는 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display: LCD), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display: TFT LCD), 유기 발광 다이오드(Organic Light-Emitting Diode: OLED), 플렉시블 디스플레이(Flexible Display), 3차원 디스플레이(3D Display), 전자잉크 디스플레이(e-ink display), LED(Light Emitting Diode) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 표시부(330)는 입체영상을 표시하는 입체 디스플레이부로서 구성될 수 있다.
상기 입체 디스플레이부에는 스테레오스코픽 방식(안경 방식), 오토 스테레오스코픽 방식(무안경 방식), 프로젝션 방식(홀로그래픽 방식) 등의 3차원 디스플레이 방식이 적용될 수 있다.
또한, 상기 표시부(330)는 상기 제어부(350)의 제어에 의해 상기 통신부(310)를 통해 수신된 상기 검색 일자에 해당하는 특정 유역과 관련한 유역 관측값, 상기 검색 일자에 해당하는 예측 데이터, 과거 재현 데이터 등을 표시한다.
상기 음성 출력부(340)는 상기 제어부(350)에 의해 소정 신호 처리된 신호에 포함된 음성 정보를 출력한다. 여기서, 상기 음성 출력부(340)에는 리시버(receiver), 스피커(speaker), 버저(buzzer) 등이 포함될 수 있다.
또한, 상기 음성 출력부(340)는 상기 제어부(350)에 의해 생성된 안내 음성을 출력한다.
또한, 상기 음성 출력부(340)는 상기 제어부(350)의 제어에 의해 상기 통신부(310)를 통해 수신된 상기 검색 일자에 해당하는 특정 유역과 관련한 유역 관측값, 상기 검색 일자에 해당하는 예측 데이터, 과거 재현 데이터 등에 대응하는 음성 정보를 출력한다.
상기 제어부(350)는 상기 단말(300)의 전반적인 제어 기능을 실행한다. 이때, 상기 제어부는 프로세서(processor) 또는 엔진(engine)일 수 있다.
또한, 상기 제어부(350)는 상기 저장부(320)에 저장된 프로그램 및 데이터를 이용하여 전반적인 제어 기능을 실행한다. 상기 제어부(350)는 RAM, ROM, CPU, GPU, 버스를 포함할 수 있으며, RAM, ROM, CPU, GPU 등은 버스를 통해 서로 연결될 수 있다. CPU는 저장부(320)에 액세스하여, 상기 저장부(320)에 저장된 O/S를 이용하여 부팅을 수행할 수 있으며, 상기 저장부(320)에 저장된 각종 프로그램, 콘텐츠, 데이터 등을 이용하여 다양한 동작을 수행할 수 있다.
또한, 상기 제어부(350)는 댐 관리 서버(100)로부터 유역 관측값을 획득한다.
즉, 상기 제어부(350)는 상기 댐 관리 서버(100)에 검색 일자에 해당하는 특정 유역과 관련한 유역 관측값의 전송을 상기 통신부(310)를 통해 요청한다.
또한, 상기 제어부(350)는 상기 요청에 응답하여 상기 댐 관리 서버(100)로부터 전송되는 해당 특정 유역과 관련한 유역 관측값을 상기 통신부(310)를 통해 수신한다. 여기서, 상기 유역 관측값은 특정 유역과 관련한 강수 관측값(또는 강수량), 과거 유출량, 댐 수위 등을 포함한다.
또한, 상기 제어부(350)는 기상청 서버(200)로부터 예측 데이터, 과거 재현 데이터 등을 획득한다.
즉, 상기 제어부(350)는 상기 기상청 서버(200)에 기후 예측 모델인 GloSea5 GC2 모델로부터 상기 검색 일자에 해당하는 예측 데이터(또는 GloSea5 GC2 모델의 예측 데이터), 과거 재현 데이터(또는 GloSea5 GC2 모델의 과거 재현 데이터) 등의 전송을 상기 통신부(310)를 통해 요청한다.
또한, 상기 제어부(350)는 상기 요청에 응답하여 상기 기상청 서버(200)로부터 전송되는 전 지구 영역에 대한 예측 데이터, 과거 재현 데이터 등을 상기 통신부(310)를 통해 수신한다.
또한, 상기 제어부(350)는 상기 수신된 예측 데이터, 과거 재현 데이터 등에 대한 전처리 과정을 수행한다.
즉, 상기 제어부(350)는 상기 기상청 서버(200)로부터 432×325 격자의 GRIB2 형태의 데이터를 제공받는다. 이때, 상기 GloSea5 GC2 모델은 전 지구 영역으로 구성되어 있으며, 각 셀은 60km의 크기를 가진다. 또한, 한 격자의 크기가 매우 큰 전 지구 영역 데이터의 특징상 특정 유역이나 관측소에 대해 적용할 경우, 유역에 비해 큰 격자 데이터를 사용하게 되므로, 이를 지역에 맞도록 보정할 필요가 있다.
따라서, 상기 제어부(350)는 대상 지역(또는 상기 특정 유역)의 특정 경위도를 추출하고, 통계적으로 상세화하기 위한 전처리 과정을 수행한다.
즉, 상기 제어부(350)는 앙상블 및 날짜별로 데이터가 생산된 상태의 예측 데이터가 저장되어 있는 GRIB2 파일에 대해서 전처리 과정 중에 특정 기간에 대한 앙상블 데이터 중 결측 데이터를 제외하고 바이너리로 추출한다.
또한, 상기 제어부(350)는 상기 추출된 바이너리는 다시 읽어들여 특정 관측소에 해당하는 GloSea5 GC2 모델의 격자 위치의 값을 읽어 배열에 저장하고, 상기 읽은 격자 위치의 값들에 대한 평균값을 계산한다.
또한, 상기 제어부(350)는 상기 예측 데이터의 중간에 발생하는 앙상블 결측 데이터에 대해 NaN(Not a Number) 값을 사용하여 결측을 나타낸 후, 모든 앙상블의 추출이 끝난 후, 상기 계산된 평균값으로 대체한다.
또한, 상기 제어부(350)는 이와 같이 생성된 배열값을 통계적 상세화 과정에서 사용할 수 있도록 CSV(Comma Separated Spreadsheet) 파일에 형태(format)를 맞추어 저장한다.
이와 같이, 상기 제어부(350)는 통계적 상세화 과정에서 상기 예측 데이터를 사용할 수 있도록 상기 예측 데이터에 대한 전처리 과정을 수행한다.
또한, 상기 제어부(350)는 앙상블별로 데이터가 생산된 상태의 과거 재현 데이터가 저장되어 있는 GRIB2 파일에 대해서 각 월의 1일에 생산된 데이터가 존재하는지 찾은 후, 1일에 생산된 데이터가 존재하는 경우 1개월의 리드 타임(lead time)을 사용하여 통계적 상세화 과정에 사용되는 과거 재현 데이터를 구성한다. 이때, 1일에 생산된 데이터가 존재하지 않는 경우, 상기 제어부(350)는 이전 달의 1일 데이터를 사용하여 추출 기간에 해당하는 과거 재현 데이터를 구성하여 통계적 상세화 과정에서 사용할 수 있도록 CSV 파일에 형태를 맞추어 저장한다. 이때, 상기 과거 재현 데이터에 대한 전처리 과정은 생략될 수 있으며, 해당 과거 재현 데이터가 그대로 편의 보정 기법에 사용될 수도 있다.
이와 같이, 상기 제어부(350)는 통계적 상세화 과정에서 상기 과거 재현 데이터를 사용할 수 있도록 상기 과거 재현 데이터에 대한 전처리 과정을 수행한다.
또한, 상기 제어부(350)는 상기 전처리된 예측 데이터, 상기 전처리된 과거 재현 데이터, 상기 유역 관측값 내의 강수 관측값 등을 근거로 편의 보정 기법(예를 들어 통계적 편의 보정 기법 등 포함)을 수행한다.
즉, 상기 제어부(350)는 상기 전처리된 과거 재현 데이터와 상기 강수 관측값을 근거로 미리 설정된 분위사상법(Quantile Mapping: QM)(또는 분위사상법 패키지)을 통해 보정 상수를 산출한다.
또한, 상기 제어부(350)는 상기 산출된 보정 상수를 상기 전처리된 예측 데이터에 적용하여 편의 보정이 적용된 예측 데이터를 산출한다. 이때, 상기 제어부(350)는 상기 편의 보정 기법을 수행하여 상기 전처리된 과거 재현 데이터의 3개 앙상블별로 상기 전처리된 예측 데이터의 42개 앙상블을 생성하여, 총 126개의 앙상블 데이터를 생산한다.
이와 같이, GloSea5 GC2 모델과 같은 계절 예측처럼 장기간의 예측을 수행하는 기상 모델의 경우, 다양한 변수에 의해 시/공간적 해상도 차이로 인해 관측값과 모델값 간의 큰 편의가 발생하게 되며, 상기 제어부(350)는 통계적 편의 보정 기법을 적용하여 이러한 기후 예측 모델의 불확실성을 줄일 수 있다.
또한, 상기 제어부(350)는 유역 유출 모형(예를 들어 K-DRUM 등 포함)을 통해 상기 산출된 편의 보정이 적용된 예측 데이터, 상기 유역 관측값, 댐 유역 기본 입력 데이터 등을 근거로 예측 강수량, 예측 유출량, 예측 수위 등을 각각 산출한다. 여기서, 상기 댐 유역 기본 입력 데이터는 토지 피복도, 표고분포도(DEM) 등을 포함한다. 여기서, K-DRUM(K-water hydrologic & hydraulic Distributed RUnoff Model)은 K-water(또는 한국 수자원 공사)의 분포형 강우-유출 모형으로, 유역 내 수평 유출량 산정을 위한 것이며, 단기예측 강수자료를 통해 댐의 예측 유출량 및 수위를 산출하는 모형이다.
즉, 상기 제어부(350)는 상기 유역 유출 모형을 통해 상기 유역 관측값과 상기 댐 유역 기본 입력 데이터를 근거로 상기 편의 보정이 적용된 예측 데이터를 입력으로 할 때의 예측 강수량, 예측 유출량, 예측 수위 등을 각각 산출한다. 이때, 상기 제어부(350)는 상기 유역 유출 모형에 의한 상기 예측 강수량, 상기 예측 유출량, 상기 예측 수위 등을 산출하는 과정을 상기 분위사상법에 따른 앙상블 데이터의 개수만큼인 126회에 걸쳐 수행한다.
또한, 상기 제어부(350)는 상기 산출된 예측 강수량, 예측 유출량, 예측 수위 등을 시계열 데이터 형태의 텍스트 파일로 상기 저장부(320)에 저장(또는 관리)한다.
또한, 상기 제어부(350)는 상기 편의 보정이 적용된 예측 데이터를 근거로 강우의 스케일 확인을 위한 밴드 도면(band plot), 앙상블의 분포 현황 확인을 위한 앙상블 도면(ensemble plot), 강우의 스케일 확인을 위한 에러 도면(error plot) 등을 생성(또는 산출)한다.
또한, 상기 제어부(350)는 상기 산출된 예측 유출량을 근거로 유출량을 확인하고, 향후 일정 기간에 대한 예측에 활용하거나 도움을 주기 위한 K-DRUM 밴드 도면(K-DRUM band plot) 및/또는 앙상블의 분포 현황을 확인하기 위한 앙상블 도면을 생성(또는 산출)한다.
또한, 상기 제어부(350)는 상기 생산된 밴드 도면, 앙상블 도면, 에러 도면, K-DRUM 밴드 도면 등을 상기 표시부(330)에 표시한다.
본 발명의 실시예에서는 하나의 제어부(350)에서 상기 전처리 과정, 편의 보정 기법 적용 과정, 유역 유출 모형을 통한 예측값(예를 들어 예측 강수량, 예측 유출량, 예측 수위 등 포함) 산출 과정 등을 수행하는 것으로 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 각 기능을 수행하는 복수의 모듈(미도시)을 각각 구성할 수도 있다. 또한, 상기 구성된 복수의 모듈은 하나의 쉘 스크립트 프로그램 내부에서 수행되며, 이러한 방식을 통해 내부의 프로그램에 대해 문제 발생 시 유지 보수가 원활하고, 모듈의 추가가 용이하도록 구성할 수도 있다.
또한, 상기 제어부(350)는 사용자 입력(또는 사용자 선택)에 따른 파라미터를 수신한다. 여기서, 상기 파라미터는 조회하고자 하는 시점의 조회 기간(또는 조회 날짜/조회 기간 정보), 조회하고자 하는 장소 정보(예를 들어 특정 댐 등 포함), 장소 내의 특정 관측 지점, 예측 단위 정보(예를 들어 일단위, 주단위, 월단위 등 포함), 예측 범위 정보(예를 들어 30일, 60일, 90일, 120일, 150일, 180일 등 포함) 등을 포함한다. 이때, 상기 파라미터를 입력한(또는 선택한) 사용자는 조회하고자 하는 댐과 기간을 선택한 뒤, 기본 예측 단위를 선택하고, 설정한 날짜로부터의 예측 범위와 각 댐별 관측 지점을 선택할 수 있으며, 최종적으로 원하는 앙상블 번호를 선택하여 원하는 파라미터를 설정할 수 있다.
또한, 상기 제어부(350)는 상기 댐 관리 서버(100), 상기 기상청 서버(200), 상기 단말(300) 등에서 제공하는 웹이나 앱을 통해 다른 단말(미도시)로부터 전송되는 상기 파라미터를 상기 통신부(310)를 통해 수신할 수도 있다.
또한, 상기 제어부(350)는 상기 수신된 파라미터를 근거로 앞서 산출된 편의 보정 기법이 적용된 예측 데이터(예를 들어 GloSea5 GC2 앙상블)와 유역 유출 모형에 의해 산출된 예측 유출량의 도면(또는 그래프) 중에서 상기 수신된 파라미터에 대응하는 강수량 예측 결과(예를 들어 밴드 도면, 앙상블 도면, 에러 도면 등 포함), 유출량 예측 결과(예를 들어 밴드 도면, 앙상블 도면 등 포함), 댐 저수지 운영 결과(예를 들어 강우, 유입량, 방류량, 수위 등 포함) 등을 확인(또는 생성)한다.
즉, 상기 제어부(350)는 상기 저장부(320)에 미리 저장된 장소별 및 날짜별(또는 장소별-날짜별) 편의 보정 기법이 적용된 예측 데이터(예를 들어 GloSea5 GC2 앙상블 등 포함)와 예측 유출량의 도면 중에서 상기 수신된 파라미터에 포함된 특정 조회 기간을 기준으로 특정 장소 및 특정 관측 지점에 대응하는 강수량 예측 결과(예를 들어 밴드 도면, 앙상블 도면, 에러 도면 등 포함), 유출량 예측 결과(예를 들어 밴드 도면, 앙상블 도면 등 포함), 댐 저수지 운영 결과(예를 들어 강우, 유입량, 방류량, 수위 등 포함) 등을 확인한다. 이때, 상기 제어부(350)는 상기 파라미터에 포함된 특정 조회 기간, 특정 장소, 특정 관측 지점 등에 대한 정보를 근거로 앞선 단계들(S210 단계 내지 S260 단계)을 수행하여, 상기 강수량 예측 결과(예를 들어 밴드 도면, 앙상블 도면, 에러 도면 등 포함), 유출량 예측 결과(예를 들어 밴드 도면, 앙상블 도면 등 포함), 댐 저수지 운영 결과(예를 들어 강우, 유입량, 방류량, 수위 등 포함) 등을 생성할 수도 있다.
또한, 상기 제어부(350)는 상기 확인된(또는 생성된/ 상기 파라미터에 포함된 특정 조회 기간을 기준으로 특정 장소 및 특정 관측 지점에 대응하여 확인된) 강수량 예측 결과(예를 들어 밴드 도면, 앙상블 도면, 에러 도면 등 포함), 유출량 예측 결과(예를 들어 밴드 도면, 앙상블 도면 등 포함), 댐 저수지 운영 결과(예를 들어 강우, 유입량, 방류량, 수위 등 포함) 등을 상기 표시부(330)에 표시한다.
이때, 상기 제어부(350)는 1단계 표출 화면, 2단계 표출 화면, 3단계 표출 화면 등으로 화면을 구성하여 상기 확인된 강수량 예측 결과(예를 들어 밴드 도면, 앙상블 도면, 에러 도면 등 포함), 유출량 예측 결과(예를 들어 밴드 도면, 앙상블 도면 등 포함), 댐 저수지 운영 결과(예를 들어 강우, 유입량, 방류량, 수위 등 포함) 등을 상기 표시부(330)에 표시할 수도 있다.
즉, 상기 제어부(350)는 1단계로 상기 편의 보정 기법이 적용된 예측 데이터(예를 들어 GloSea5 GC2 앙상블 등 포함)를 통한 강수량 예측 결과(예를 들어 밴드 도면, 앙상블 도면, 에러 도면 등 포함)를 제공(또는 모니터링)한다.
이때, 상기 제어부(350)는 자료 유형에 따른 사용자 선택에 의해 밴드 도면, 앙상블 도면, 에러 도면 등을 선택적으로 제공(또는 표시)하며, 사용자가 선택한 날짜를 기준으로 30일, 60일, 90일, 120일, 150일, 180일 간의 최대, 최소, 평균값 등을 도면(또는 그래프)의 일측(예를 들어 하단)에 표시하여, 사용자가 기본 통계값을 용이하게 확인할 수 있게 할 수도 있다.
또한, 상기 제어부(350)는 2단계로 상기 1단계에서 정한 파라미터를 이용하여 유역 유출 모형(예를 들어 K-DRUM 등 포함)을 통해 산출한 유출량(또는 예측 유출량에 해당하는 값) 예측 결과(예를 들어 밴드 도면, 앙상블 도면 등 포함)를 제공(또는 모니터링)한다.
이때, 상기 제어부(350)는 앞선 1단계에서 설정한 조회 기간에 해당하는 유역 유출 모형의 예측 강수량 자료를 밴드 도면, 앙상블 도면 등의 형태로 제공한다.
또한, 상기 제어부(350)는 자료 유형에 따른 사용자 선택에 의해 과거재현자료별로 조회할 수 있도록 제작된 드롭다운 메뉴를 사용하여 각 도면을 선택하고, 선택된 도면을 상기 표시부(330)에 표시할 수 있다. 여기서, 상기 드롭다운 메뉴의 경우, 선택한 조회 기간을 기준으로 월기준 예측 범위(예를 들어 30일, 60일, 90일, 120일, 150일, 180일 등 포함)와 과거재현자료의 앙상블 번호를 선택할 수 있으며, 최종적으로 밴드와 앙상블 중 원하는 도면을 선택할 수 있도록 구성할 수도 있다.
또한, 상기 제어부(350)는 3단계로 최종적으로 앞선 단계에서 정한 파라미터를 이용하여 저수지 운영 가이드라인을 제공(또는 모니터링)한다.
이때, 상기 제어부(350)는 앞선 1단계와 2단계엇 설정한 조회 시간에 해당하는 유역 유출 모형의 예측 강수량 자료와 초기 수위를 사용하여 수위 도면을 제공하며, 방류량을 사용자가 입력할 수 있도록 입력창을 제공한다. 또한, 사용자는 방류량을 직접 조절함으로써, 수위를 유동적으로 모의할 수 있다. 또한, 상기 제어부(350)는 사용자 선택 메뉴에서 날짜(또는 조회 기간)는 기본적으로 1단계에서 선택한 날짜와 연동되어 표시되며, 앙상블 번호는 밴드 구분없이 1 ~ 126까지 제공되며, 추가로 평균값과 중앙값을 선택할 수 있도록 제공한다. 또한, 최종 수위를 계산하는 가장 기초 파라미터가 되는 초기 수위의 경우, 상기 제어부(350)는 해당 날짜에 대해 설정된 초기 수위를 자동으로 상기 CSV 파일에서 받아와 표시하며, 일측에 바류량을 사용자가 설정하여 최종적으로 저수지 운영을 위한 예상 수위를 앙상블 번호별로 산출한다. 또한, 상기 제어부(350)는 한국 수자원 공사로부터 제공되는 댐별로 초기 수위값, 유입량, 방류량 등을 포함하는 입력값을 상기 통신부(310)를 통해 수신한다. 또한, 상기 제어부(350)는 상기 수신된 입력값을 근거로 미리 설정된 연속 방정식으로부터 댐의 저류량을 산출하고, 상기 산출된 댐의 저류량을 미리 설정된 해당 댐의 수위-저수량 곡선에 적용하여 해당 댐과 관련한 예상 수위를 산출한다. 또한, 상기 제어부(350)는 1단계와 2단계 결과값을 근거로 산출한 유입량 및 초기 수위값을 상기 연속 방정식의 입력값으로 사용한다.
또한, 상기 단말(300)에서 상기 다른 단말로부터 전송되는 상기 파라미터를 수신한 경우, 상기 제어부(350)는 상기 확인된(또는 생성된) 강수량 예측 결과(예를 들어 밴드 도면, 앙상블 도면, 에러 도면 등 포함), 유출량 예측 결과(예를 들어 밴드 도면, 앙상블 도면 등 포함), 댐 저수지 운영 결과(예를 들어 강우, 유입량, 방류량, 수위 등 포함) 등을 상기 통신부(310)를 통해 상기 다른 단말에 전송한다.
또한, 상기 다른 단말은 앞서 전송된 파라미터에 응답하여 상기 단말(300)부터 전송되는 강수량 예측 결과(예를 들어 밴드 도면, 앙상블 도면, 에러 도면 등 포함), 유출량 예측 결과(예를 들어 밴드 도면, 앙상블 도면 등 포함), 댐 저수지 운영 결과(예를 들어 강우, 유입량, 방류량, 수위 등 포함) 등을 수신한다.
또한, 상기 다른 단말은 상기 수신된 강수량 예측 결과(예를 들어 밴드 도면, 앙상블 도면, 에러 도면 등 포함), 유출량 예측 결과(예를 들어 밴드 도면, 앙상블 도면 등 포함), 댐 저수지 운영 결과(예를 들어 강우, 유입량, 방류량, 수위 등 포함) 등을 표시한다.
이와 같이, 기후 예측 모델에 포함된 예측 데이터 및 과거 재현 데이터에 대한 전처리 과정을 수행하고, 유역 유출 모형을 통해 상기 전처리된 기후 예측 모델의 예측 데이터 및 과거 재현 데이터와 수자원공사 데이터베이스로부터 획득된 유역 관련 관측값을 근거로 해당 댐 유역과 관련한 예측 강수량, 예측 유출량, 예측 수위 등을 산출 및 관리할 수 있다.
또한, 이와 같이, 장기 예보를 물 관리 분야에서 활용하며, 예측 강수량과 유출량을 근거로 댐의 방류량을 조정할 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 확률장기예보를 활용한 유역 유출 예측과 의사결정지원 방법을 도 1 내지 도 41을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 확률장기예보를 활용한 유역 유출 예측과 의사결정지원 방법을 나타낸 흐름도이다.
먼저, 단말(300)은 댐 관리 서버(100)로부터 유역 관측값을 획득한다.
즉, 상기 단말(300)은 상기 댐 관리 서버(100)에 검색 일자에 해당하는 특정 유역과 관련한 유역 관측값의 전송을 요청하고, 상기 요청에 응답하여 상기 댐 관리 서버(100)로부터 전송되는 해당 특정 유역과 관련한 유역 관측값을 수신한다. 여기서, 상기 유역 관측값은 특정 유역과 관련한 강수 관측값(또는 강수량), 과거 유출량, 댐 수위 등을 포함한다.
일 예로, 상기 단말(300)은 조회(또는 검색)하고자 하는 검색 일자(또는 조회 시점/조회 일자)(예를 들어 2016년 12월 30일)에 해당하는 낙동강수계 남강댐 유역과 관련한 유역 관측값의 전송을 상기 댐 관리 서버(100)에 요청하고, 상기 요청에 응답하여 상기 댐 관리 서버(100)로부터 제공되는 상기 남강댐 유역과 관련한 제 1 강수 관측값, 제 1 과거 유출량, 제 1 댐 수위 등을 포함하는 제 1 유역 관측값을 수신한다(S310).
또한, 상기 단말(300)은 기상청 서버(200)로부터 예측 데이터, 과거 재현 데이터 등을 획득한다.
즉, 상기 단말(300)은 상기 기상청 서버(200)에 기후 예측 모델인 GloSea5 GC2 모델로부터 상기 검색 일자에 해당하는 예측 데이터(또는 GloSea5 GC2 모델의 예측 데이터), 과거 재현 데이터(또는 GloSea5 GC2 모델의 과거 재현 데이터) 등의 전송을 요청하고, 상기 요청에 응답하여 상기 기상청 서버(200)로부터 전송되는 전 지구 영역에 대한 예측 데이터, 과거 재현 데이터 등을 수신한다.
일 예로, 상기 단말(300)은 상기 조회하고자 하는 검색 일자(예를 들어 2014년 9월 30일)와 관련하여 기후 예측 모델 GloSea5 GC2 모델로부터 예측 데이터, 과거 재현 데이터 등의 전송을 상기 기상청 서버(200)에 요청하고, 상기 요청에 응답하여 상기 기상청 서버(200)로부터 제공되는 상기 조회 시점 이후의 제 1 예측 데이터, 제 1 과거 재현 데이터 등을 수신한다(S320).
이후, 상기 단말(300)은 상기 수신된 예측 데이터, 과거 재현 데이터 등에 대한 전처리 과정을 수행한다.
즉, 상기 단말(300)은 상기 기상청 서버(200)로부터 432×325 격자의 GRIB2 형태의 데이터를 제공받는다. 이때, 상기 GloSea5 GC2 모델은 전 지구 영역으로 구성되어 있으며, 각 셀은 60km의 크기를 가진다. 또한, 한 격자의 크기가 매우 큰 전 지구 영역 데이터의 특징상 특정 유역이나 관측소에 대해 적용할 경우, 유역에 비해 큰 격자 데이터를 사용하게 되므로, 이를 지역에 맞도록 보정할 필요가 있다.
따라서, 상기 단말(300)은 대상 지역(또는 상기 특정 유역)의 특정 경위도를 추출하고, 통계적으로 상세화하기 위한 전처리 과정을 수행한다.
즉, 상기 단말(300)은 앙상블 및 날짜별로 데이터가 생산된 상태의 예측 데이터가 저장되어 있는 GRIB2 파일에 대해서 전처리 과정 중에 특정 기간에 대한 앙상블 데이터 중 결측 데이터를 제외하고 바이너리로 추출한다. 또한, 상기 단말(300)은 상기 추출된 바이너리는 다시 읽어들여 특정 관측소에 해당하는 GloSea5 GC2 모델의 격자 위치의 값을 읽어 배열에 저장하고, 상기 읽은 격자 위치의 값들에 대한 평균값을 계산한다. 또한, 상기 단말(300)은 상기 예측 데이터의 중간에 발생하는 앙상블 결측 데이터에 대해 NaN(Not a Number) 값을 사용하여 결측을 나타낸 후, 모든 앙상블의 추출이 끝난 후, 상기 계산된 평균값으로 대체한다. 또한, 상기 단말(300)은 이와 같이 생성된 배열값을 통계적 상세화 과정에서 사용할 수 있도록 CSV 파일에 형태를 맞추어 저장한다.
또한, 상기 단말(300)은 앙상블별로 데이터가 생산된 상태의 과거 재현 데이터가 저장되어 있는 GRIB2 파일에 대해서 각 월의 1일에 생산된 데이터가 존재하는지 찾은 후, 1일에 생산된 데이터가 존재하는 경우 1개월의 리드 타임(lead time)을 사용하여 통계적 상세화 과정에 사용되는 과거 재현 데이터를 구성한다. 이때, 1일에 생산된 데이터가 존재하지 않는 경우, 상기 단말(300)은 이전 달의 1일 데이터를 사용하여 추출 기간에 해당하는 과거 재현 데이터를 구성하여 통계적 상세화 과정에서 사용할 수 있도록 CSV 파일에 형태를 맞추어 저장한다. 이때, 상기 과거 재현 데이터에 대한 전처리 과정은 생략될 수 있으며, 해당 과거 재현 데이터가 그대로 편의 보정 기법에 사용될 수도 있다.
일 예로, 상기 단말(300)은 상기 수신된 GRIB2 파일 내의 제 1 예측 데이터에 대해서 전처리 과정을 수행하여 CSV 파일에 형태를 맞추어 저장한다.
또한, 상기 단말(300)은 상기 수신된 GRIB2 파일 내의 제 1 과거 재현 데이터에 대해서 전처리 과정을 수행하여 상기 CSV 파일에 형태를 맞추어 저장한다.
이와 같이, 상기 단말(300)은 상기 기상청 서버(200)로부터 제공된 GRIB2 형태의 예측 데이터, 과거 재현 데이터 등을 편의 보정 기법에 적용하기 위한 CSV 형태로 변환하는 전처기 과정을 수행한다(S330).
이후, 상기 단말(300)은 상기 전처리된 예측 데이터, 상기 전처리된 과거 재현 데이터, 상기 유역 관측값 내의 강수 관측값 등을 근거로 편의 보정 기법(예를 들어 통계적 편의 보정 기법 등 포함)을 수행한다.
즉, 상기 단말(300)은 상기 전처리된 과거 재현 데이터와 상기 강수 관측값을 근거로 미리 설정된 분위사상법(또는 분위사상법 패키지)을 통해 보정 상수를 산출하고, 상기 산출된 보정 상수를 상기 전처리된 예측 데이터에 적용하여 편의 보정이 적용된 예측 데이터를 산출한다. 이때, 상기 단말(300)은 상기 편의 보정 기법을 수행하여 상기 전처리된 과거 재현 데이터의 3개 앙상블별로 상기 전처리된 예측 데이터의 42개 앙상블을 생성하여, 총 126개의 앙상블 데이터를 생산한다.
일 예로, 상기 단말(300)은 상기 분위사상법을 통해 상기 전처리된 제 1 과거 재현 데이터 및 상기 제 1 강수 관측값을 이용하여 제 1 보정 상수를 산출하고, 상기 산출된 제 1 보정 상수를 상기 전처리된 제 1 예측 데이터에 적용하여 편의 보정이 적용된 제 1 예측 데이터(예를 들러 126개의 앙상블 데이터 등 포함)를 산출한다(S340).
이후, 상기 단말(300)은 유역 유출 모형(예를 들어 K-DRUM 등 포함)을 통해 상기 산출된 편의 보정이 적용된 예측 데이터, 상기 유역 관측값, 댐 유역 기본 입력 데이터 등을 근거로 예측 강수량, 예측 유출량, 예측 수위 등을 각각 산출한다. 여기서, 상기 댐 유역 기본 입력 데이터는 토지 피복도, 표고분포도(DEM) 등을 포함한다.
즉, 상기 단말(300)은 상기 유역 유출 모형을 통해 상기 유역 관측값과 상기 댐 유역 기본 입력 데이터를 근거로 상기 편의 보정이 적용된 예측 데이터를 입력으로 할 때의 예측 강수량, 예측 유출량, 예측 수위 등을 각각 산출한다. 이때, 상기 단말(300)은 상기 유역 유출 모형에 의한 상기 예측 강수량, 상기 예측 유출량, 상기 예측 수위 등을 산출하는 과정을 상기 분위사상법에 따른 앙상블 데이터의 개수만큼인 126회에 걸쳐 수행한다.
또한, 상기 단말(300)은 상기 산출된 예측 강수량, 예측 유출량, 예측 수위 등을 시계열 데이터 형태의 텍스트 파일로 저장(또는 관리)한다.
일 예로, 상기 단말(300)은 K-DRUM을 통해 상기 제 1 유역 관측값, 제 1 댐 유역 기본 입력 데이터 및 상기 편의 보정이 적용된 제 1 예측 데이터를 근거로 제 1 예측 강수량, 제 1 예측 유출량, 제 1 예측 수위 등을 각각 산출한다(S350).
이후, 상기 단말(300)은 상기 편의 보정이 적용된 예측 데이터를 근거로 강우의 스케일 확인을 위한 밴드 도면(band plot), 앙상블의 분포 현황 확인을 위한 앙상블 도면(ensemble plot), 강우의 스케일 확인을 위한 에러 도면(error plot) 등을 생성(또는 산출)한다.
또한, 상기 단말(300)은 상기 산출된 예측 유출량을 근거로 유출량을 확인한다.
또한, 상기 단말(300)은 상기 산출된 예측 유출량을 근거로 향후 일정 기간에 대한 예측에 활용하거나 도움을 주기 위한 K-DRUM 밴드 도면(K-DRUM band plot), 앙상블의 분포 현황을 확인하기 위한 앙상블 도면 등을 생성(또는 산출)한다.
또한, 상기 단말(300)은 상기 생성된 밴드 도면, 앙상블 도면, 에러 도면, K-DRUM 밴드 도면 등을 표시한다.
또한, 상기 단말(300)은 상기 생성된 밴드 도면, 앙상블 도면, 에러 도면, K-DRUM 밴드 도면 등을 장소별 및 날짜별로 저장(또는 관리)한다.
일 예로, 도 4 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 단말(300)은 상기 편의 보정이 적용된 제 1 예측 데이터를 근거로 1개월, 2개월, 3개월, 4개월, 5개월 및 6개월 단위의 밴드 도면을 각각 생성하고, 상기 생성된 밴드 도면을 표시한다.
또한, 도 10 내지 도 15에 도시된 바와 같이, 상기 단말(300)은 상기 편의 보정이 적용된 제 1 예측 데이터를 근거로 1개월, 2개월, 3개월, 4개월, 5개월 및 6개월 단위의 앙상블 도면을 각각 생성하고, 상기 생성된 앙상블 도면을 표시한다.
또한, 도 16 내지 도 21에 도시된 바와 같이, 상기 단말(300)은 상기 편의 보정이 적용된 제 1 예측 데이터를 근거로 1개월, 2개월, 3개월, 4개월, 5개월 및 6개월 단위의 에러 도면을 각각 생성하고, 상기 생성된 에러 도면을 표시한다.
또한, 도 22 내지 도 27에 도시된 바와 같이, 상기 단말(300)은 상기 산출된 예측 유출량을 근거로 1개월, 2개월, 3개월, 4개월, 5개월 및 6개월 단위의 K-DRUM 밴드 도면을 각각 생성하고, 상기 생성된 K-DRUM 밴드 도면을 표시한다.
또한, 도 28 내지 도 33에 도시된 바와 같이, 상기 단말(300)은 상기 산출된 예측 유출량을 근거로 1개월, 2개월, 3개월, 4개월, 5개월 및 6개월 단위의 K-DRUM 앙상블 도면을 각각 생성하고, 상기 생성된 K-DRUM 앙상블 도면을 표시한다(S360).
이후, 상기 단말(300)은 사용자 입력(또는 사용자 선택)에 따른 파라미터를 수신한다. 여기서, 상기 파라미터는 조회하고자 하는 시점의 조회 기간(또는 조회 날짜/조회 기간 정보), 조회하고자 하는 장소 정보(예를 들어 특정 댐 등 포함), 장소 내의 특정 관측 지점, 예측 단위 정보(예를 들어 일단위, 주단위, 월단위 등 포함), 예측 범위 정보(예를 들어 30일, 60일, 90일, 120일, 150일, 180일 등 포함) 등을 포함한다. 이때, 상기 파라미터를 입력한(또는 선택한) 사용자는 조회하고자 하는 댐과 기간을 선택한 뒤, 기본 예측 단위를 선택하고, 설정한 날짜로부터의 예측 범위와 각 댐별 관측 지점을 선택할 수 있으며, 최종적으로 원하는 앙상블 번호를 선택하여 원하는 파라미터를 설정할 수 있다.
또한, 상기 단말(300)은 상기 댐 관리 서버(100), 상기 기상청 서버(200), 상기 단말(300) 등에서 제공하는 웹이나 앱을 통해 다른 단말(미도시)로부터 전송되는 상기 파라미터를 수신할 수도 있다.
일 예로, 상기 단말(300)은 상기 단말(300)에서 제공하는 기상 정보 제공 사이트에 접속한 상기 다른 단말로부터 전송되는 제 1 파라미터를 수신한다. 여기서, 상기 제 1 파라미터는 제 1 조회 기간(예를 들어 2016년 2월 1일), 제 1 장소 정보(예를 들어 용담댐), 제 1 특정 관측 지점(예를 들어 장수), 제 1 예측 단위 정보(예를 들어 일단위), 제 1 예측 범위 정보(예를 들어 30일) 등을 포함한다(S370).
이후, 상기 단말(300)은 상기 수신된 파라미터를 근거로 앞서 산출된 편의 보정 기법이 적용된 예측 데이터(예를 들어 GloSea5 GC2 앙상블)와 유역 유출 모형에 의해 산출된 예측 유출량의 도면(또는 그래프) 중에서 상기 수신된 파라미터에 대응하는 강수량 예측 결과(예를 들어 밴드 도면, 앙상블 도면, 에러 도면 등 포함), 유출량 예측 결과(예를 들어 밴드 도면, 앙상블 도면 등 포함), 댐 저수지 운영 결과(예를 들어 강우, 유입량, 방류량, 수위 등 포함) 등을 확인(또는 생성)한다.
즉, 상기 단말(300)은 상기 단말(300)에 미리 저장된 장소별 및 날짜별(또는 장소별-날짜별) 편의 보정 기법이 적용된 예측 데이터(예를 들어 GloSea5 GC2 앙상블 등 포함)와 예측 유출량의 도면 중에서 상기 수신된 파라미터에 포함된 특정 조회 기간을 기준으로 특정 장소 및 특정 관측 지점에 대응하는 강수량 예측 결과(예를 들어 밴드 도면, 앙상블 도면, 에러 도면 등 포함), 유출량 예측 결과(예를 들어 밴드 도면, 앙상블 도면 등 포함), 댐 저수지 운영 결과(예를 들어 강우, 유입량, 방류량, 수위 등 포함) 등을 확인한다. 이때, 상기 단말(300)은 상기 파라미터에 포함된 특정 조회 기간, 특정 장소, 특정 관측 지점 등에 대한 정보를 근거로 앞선 단계들(S210 단계 내지 S260 단계)을 수행하여, 상기 강수량 예측 결과(예를 들어 밴드 도면, 앙상블 도면, 에러 도면 등 포함), 유출량 예측 결과(예를 들어 밴드 도면, 앙상블 도면 등 포함), 댐 저수지 운영 결과(예를 들어 강우, 유입량, 방류량, 수위 등 포함) 등을 생성할 수도 있다.
또한, 상기 단말(300)은 상기 확인된(또는 생성된/ 상기 파라미터에 포함된 특정 조회 기간을 기준으로 특정 장소 및 특정 관측 지점에 대응하여 확인된) 강수량 예측 결과(예를 들어 밴드 도면, 앙상블 도면, 에러 도면 등 포함), 유출량 예측 결과(예를 들어 밴드 도면, 앙상블 도면 등 포함), 댐 저수지 운영 결과(예를 들어 강우, 유입량, 방류량, 수위 등 포함) 등을 표시한다.
이때, 상기 단말(300)은 1단계 표출 화면, 2단계 표출 화면, 3단계 표출 화면 등으로 화면을 구성하여 상기 확인된 강수량 예측 결과(예를 들어 밴드 도면, 앙상블 도면, 에러 도면 등 포함), 유출량 예측 결과(예를 들어 밴드 도면, 앙상블 도면 등 포함), 댐 저수지 운영 결과(예를 들어 강우, 유입량, 방류량, 수위 등 포함) 등을 표시할 수도 있다.
즉, 상기 단말(300)은 1단계로 상기 편의 보정 기법이 적용된 예측 데이터(예를 들어 GloSea5 GC2 앙상블 등 포함)를 통한 강수량 예측 결과(예를 들어 밴드 도면, 앙상블 도면, 에러 도면 등 포함)를 제공(또는 모니터링)한다.
이때, 상기 단말(300)은 자료 유형에 따른 사용자 선택에 의해 밴드 도면, 앙상블 도면, 에러 도면 등을 선택적으로 제공(또는 표시)하며, 사용자가 선택한 날짜를 기준으로 30일, 60일, 90일, 120일, 150일, 180일 간의 최대, 최소, 평균값 등을 도면(또는 그래프)의 일측(예를 들어 하단)에 표시하여, 사용자가 기본 통계값을 용이하게 확인할 수 있게 할 수도 있다.
또한, 상기 단말(300)은 2단계로 상기 1단계에서 정한 파라미터를 이용하여 유역 유출 모형(예를 들어 K-DRUM 등 포함)을 통해 산출한 유출량(또는 예측 유출량에 해당하는 값) 예측 결과(예를 들어 밴드 도면, 앙상블 도면 등 포함)를 제공(또는 모니터링)한다.
이때, 상기 단말(300)은 앞선 1단계에서 설정한 조회 기간에 해당하는 유역 유출 모형의 예측 강수량 자료를 밴드 도면, 앙상블 도면 등의 형태로 제공한다.
또한, 상기 단말(300)은 자료 유형에 따른 사용자 선택에 의해 과거재현자료별로 조회할 수 있도록 제작된 드롭다운 메뉴를 사용하여 각 도면을 선택하고, 선택된 도면을 표시할 수 있다. 여기서, 상기 드롭다운 메뉴의 경우, 선택한 조회 기간을 기준으로 월기준 예측 범위(예를 들어 30일, 60일, 90일, 120일, 150일, 180일 등 포함)와 과거재현자료의 앙상블 번호를 선택할 수 있으며, 최종적으로 밴드와 앙상블 중 원하는 도면을 선택할 수 있도록 구성할 수도 있다.
또한, 상기 단말(300)은 3단계로 최종적으로 앞선 단계에서 정한 파라미터를 이용하여 저수지 운영 가이드라인을 제공(또는 모니터링)한다.
이때, 상기 단말(300)은 앞선 1단계와 2단계엇 설정한 조회 시간에 해당하는 유역 유출 모형의 예측 강수량 자료와 초기 수위를 사용하여 수위 도면을 제공하며, 방류량을 사용자가 입력할 수 있도록 입력창을 제공한다. 또한, 사용자는 방류량을 직접 조절함으로써, 수위를 유동적으로 모의할 수 있다. 또한, 상기 단말(300)은 사용자 선택 메뉴에서 날짜(또는 조회 기간)는 기본적으로 1단계에서 선택한 날짜와 연동되어 표시되며, 앙상블 번호는 밴드 구분없이 1 ~ 126까지 제공되며, 추가로 평균값과 중앙값을 선택할 수 있도록 제공한다. 또한, 최종 수위를 계산하는 가장 기초 파라미터가 되는 초기 수위의 경우, 상기 단말(300)은 해당 날짜에 대해 설정된 초기 수위를 자동으로 상기 CSV 파일에서 받아와 표시하며, 일측에 바류량을 사용자가 설정하여 최종적으로 저수지 운영을 위한 예상 수위를 앙상블 번호별로 산출한다. 또한, 상기 단말(300)은 한국 수자원 공사로부터 제공되는 댐별로 초기 수위값, 유입량, 방류량 등을 포함하는 입력값을 수신한다. 또한, 상기 단말(300)은 상기 수신된 입력값을 근거로 미리 설정된 연속 방정식으로부터 댐의 저류량을 산출하고, 상기 산출된 댐의 저류량을 미리 설정된 해당 댐의 수위-저수량 곡선에 적용하여 해당 댐과 관련한 예상 수위를 산출한다. 또한, 상기 단말(300)은 1단계와 2단계 결과값을 근거로 산출한 유입량 및 초기 수위값을 상기 연속 방정식의 입력값으로 사용한다.
또한, 상기 단말(300)에서 상기 다른 단말로부터 전송되는 상기 파라미터를 수신한 경우, 상기 단말(300)은 상기 확인된(또는 생성된) 강수량 예측 결과(예를 들어 밴드 도면, 앙상블 도면, 에러 도면 등 포함), 유출량 예측 결과(예를 들어 밴드 도면, 앙상블 도면 등 포함), 댐 저수지 운영 결과(예를 들어 강우, 유입량, 방류량, 수위 등 포함) 등을 상기 다른 단말에 전송한다.
또한, 상기 다른 단말은 앞서 전송된 파라미터에 응답하여 상기 단말(300)부터 전송되는 강수량 예측 결과(예를 들어 밴드 도면, 앙상블 도면, 에러 도면 등 포함), 유출량 예측 결과(예를 들어 밴드 도면, 앙상블 도면 등 포함), 댐 저수지 운영 결과(예를 들어 강우, 유입량, 방류량, 수위 등 포함) 등을 수신한다.
또한, 상기 다른 단말은 상기 수신된 강수량 예측 결과(예를 들어 밴드 도면, 앙상블 도면, 에러 도면 등 포함), 유출량 예측 결과(예를 들어 밴드 도면, 앙상블 도면 등 포함), 댐 저수지 운영 결과(예를 들어 강우, 유입량, 방류량, 수위 등 포함) 등을 표시한다.
일 예로, 상기 단말(300)은 1단계로 상기 단말(300)에 미리 저장된 장소별 및 날짜별(또는 장소별-날짜별) 편의 보정 기법이 적용된 예측 데이터(예를 들어 GloSea5 GC2 앙상블 등 포함) 중에서 상기 제 1 파라미터에 포함된 제 1 조회 기간(예를 들어 2016년 2월 1일), 제 1 장소 정보(예를 들어 용담댐), 제 1 특정 관측 지점(예를 들어 장수), 제 1 예측 단위 정보(예를 들어 일단위), 제 1 예측 범위 정보(예를 들어 30일) 등에 대응하는 1단계 강수량 예측 결과 밴드 도면, 1단계 강수량 예측 결과 앙상블 도면, 1단계 강수량 예측 결과 에러 도면 등을 각각 확인한다.
또한, 상기 단말(300)은 상기 확인된 상기 제 1 파라미터에 대응하는 1단계 강수량 예측 결과 밴드 도면, 1단계 강수량 예측 결과 앙상블 도면, 1단계 강수량 예측 결과 에러 도면 등을 상기 다른 단말에 전송한다.
또한, 도 34에 도시된 바와 같이, 상기 다른 단말의 화면 상의 복수의 메뉴 중에서 밴드 항목이 선택될 때, 상기 다른 단말은 상기 단말(300)로부터 전송되는 1단계 강수량 예측 결과 밴드 도면을 표시한다.
또한, 도 35에 도시된 바와 같이, 상기 다른 단말의 화면 상의 복수의 메뉴 중에서 앙상블 항목이 선택될 때, 상기 다른 단말은 상기 단말(300)로부터 전송되는 1단계 강수량 예측 결과 앙상블 도면을 표시한다.
또한, 도 36에 도시된 바와 같이, 상기 다른 단말의 화면 상의 복수의 메뉴 중에서 에러 항목이 선택될 때, 상기 다른 단말은 상기 단말(300)로부터 전송되는 1단계 강수량 예측 결과 에러 도면을 표시한다.
또한, 상기 단말(300)은 2단계로 상기 단말(300)에 미리 저장된 장소별 및 날짜별(또는 장소별-날짜별) 유역 유출 모형(예를 들어 K-DRUM 등 포함)을 통해 산출한 유출량 예측 결과(예를 들어 밴드 도면, 앙상블 도면 등 포함) 중에서 상기 제 1 파라미터에 포함된 제 1 조회 기간(예를 들어 2016년 2월 1일), 제 1 장소 정보(예를 들어 용담댐), 제 1 특정 관측 지점(예를 들어 장수), 제 1 예측 단위 정보(예를 들어 일단위), 제 1 예측 범위 정보(예를 들어 30일) 등에 대응하는 2단계 유출량 예측 결과 밴드 도면, 2단계 유출량 예측 결과 앙상블 도면 등을 각각 확인한다.
또한, 상기 단말(300)은 상기 확인된 상기 2단계 유출량 예측 결과 밴드 도면, 2단계 유출량 예측 결과 앙상블 도면 등을 상기 다른 단말에 전송한다.
또한, 도 37에 도시된 바와 같이, 상기 다른 단말의 화면 상의 복수의 메뉴 중에서 밴드 항목이 선택될 때, 상기 다른 단말은 상기 단말(300)로부터 전송되는 2단계 유출량 예측 결과 밴드 도면을 표시한다.
또한, 도 38에 도시된 바와 같이, 상기 다른 단말의 화면 상의 복수의 메뉴 중에서 앙상블 항목이 선택될 때, 상기 다른 단말은 상기 단말(300)로부터 전송되는 2단계 유출량 예측 결과 앙상블 도면을 표시한다.
또한, 상기 단말(300)은 3단계로 상기 단말(300)에 미리 저장된 장소별 및 날짜별(또는 장소별-날짜별) 유역 유출 모형(예를 들어 K-DRUM 등 포함)을 통해 산출한 유출량 예측 결과(예를 들어 밴드 도면, 앙상블 도면 등 포함) 및 상기 다른 단말의 사용자 입력(또는 사용자 선택)에 따른 초기 수위(또는 미리 설정된 수위)를 근거로 수위 도면(또는 댐 저수지 운영 결과)(예를 들어 강우, 유입량, 방류량, 수위 등 포함)을 생성한다.
또한, 상기 단말(300)은 상기 생성된 수위 도면(또는 댐 저수지 운영 결과)(예를 들어 강우, 유입량, 방류량, 수위 등 포함)을 상기 다른 단말에 전송한다.
또한, 도 39에 도시된 바와 같이, 상기 다른 단말에서 상기 단말(300)에서 제공하는 저수지 운영 페이지를 표시하고 있는 상태에서, 상기 다른 단말에서 사용자 선택에 따라 미리 설정된 실행 버튼이 선택될 때, 도 40에 도시된 바와 같이, 상기 다른 단말은 상기 단말(300)로부터 전송되는 상기 제 1 파라미터에 대응하는 제 1 강우, 유입량, 방류량, 제 1 수위, 제 2 강우, 제 2 수위 등을 포함하는 저수지 운영 도면(또는 저수지 운영 화면)을 표시한다. 여기서, 상기 제 1 강우는 해당 조회 기간 동안의 강우값을 각 앙상블 번호별로 동시에 표시한다. 또한, 상기 제 1 수위는 각 앙상블 번호별 수위를 나타낸다. 또한, 상기 제 2 강우는 사용자 선택에 따른 앙상블 번호와 일치하는 수위 값이 시계열 막대그래프로 표시된다. 또한, 상기 제 2 수위는 사용자가 선택한 앙상블 번호의 예상 수위값 및 각 댐의 기간별 기초 정보 사항(예를 들어 확보 수위, 전년 수위, 예년 수위 등 포함)을 표시하며, 사용자가 원하는 기간의 수위 추이를 기타 정보사항과 함께 확인할 수 있도록 구성한다.
또한, 상기 다른 단말은 기본적으로 방류량의 경우 조회 기간(또는 선택 날짜)으로부터 6개월 범위를 기본으로 하며, 사용자가 6개월을 추가하여 최장 12개월까지 확장할 수 있다. 이때, 기본 6개월의 경우, 상기 단말(300)은 기존 산출된 유입량을 상기 CSV 파일에서 읽어들여 자동으로 예산 수위를 산출하며, 7개월 이후 추가 기간의 경우 사용자가 미리 저장되어 있는 평년, 평균, 5년, 10년, 20년, 30년, 50년, 80년, 100년, 200년 등의 평균값 중 하나를 선택하여, 해당 월의 값을 사용하여 예산 수위를 산출할 수도 있다.
도 41에 도시된 바와 같이, 사용자 입력에 따라 조회 기간이 7개월 이상일 때, 상기 다른 단말은 상기 단말(300)로부터 전송되는 다른 저수지 운영 화면을 표시한다(S380).
본 발명의 실시예는 앞서 설명된 바와 같이, 기후 예측 모델에 포함된 예측 데이터 및 과거 재현 데이터에 대한 전처리 과정을 수행하고, 유역 유출 모형을 통해 상기 전처리된 기후 예측 모델의 예측 데이터 및 과거 재현 데이터와 수자원공사 데이터베이스로부터 획득된 유역 관련 관측값을 근거로 해당 댐 유역과 관련한 예측 강수량, 예측 유출량, 예측 수위 등을 산출 및 관리하여, 유역 유출 예측 데이터에 대한 신뢰성을 높이고, 관리의 효율성을 증진시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예는 앞서 설명된 바와 같이, 장기 예보를 물 관리 분야에서 활용하며, 예측 강수량과 유출량을 근거로 댐의 방류량을 조정하여, 댐 수위 모의 운영을 수행할 수 있게 되어 장기적인 댐 수위 관리자의 물관리 의사 결정에 도움을 줄 수 있다.
전술된 내용은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명은 기후 예측 모델에 포함된 예측 데이터 및 과거 재현 데이터에 대한 전처리 과정을 수행하고, 유역 유출 모형을 통해 상기 전처리된 기후 예측 모델의 예측 데이터 및 과거 재현 데이터와 수자원공사 데이터베이스로부터 획득된 유역 관련 관측값을 근거로 해당 댐 유역과 관련한 예측 강수량, 예측 유출량, 예측 수위 등을 산출 및 관리함으로써, 유역 유출 예측 데이터에 대한 신뢰성을 높이고, 관리의 효율성을 증진시킬 수 있는 것으로, 장기 예보 활용 분야, 댐 관리 분야 등에서 광범위하게 이용될 수 있다.
10: 유역 유출 예측과 의사결정지원 시스템
100: 댐 관리 서버 200: 기상청 서버
300: 단말 310: 통신부
320: 저장부 330: 표시부
340: 음성 출력부 350: 제어부
100: 댐 관리 서버 200: 기상청 서버
300: 단말 310: 통신부
320: 저장부 330: 표시부
340: 음성 출력부 350: 제어부
Claims (10)
- 확률장기예보를 활용한 유역 유출 예측과 의사결정지원에 있어서,
통신부에 의해, 댐 관리 서버로부터 전송되는 검색 일자에 해당하는 특정 유역과 관련한 유역 관측값을 수신하는 단계;
상기 통신부에 의해, 기상청 서버로부터 전송되는 상기 검색 일자에 해당하는 기후 예측 모델인 GloSea5 GC2 모델의 예측 데이터 및 과거 재현 데이터를 수신하는 단계;
제어부에 의해, 상기 수신된 예측 데이터 및 과거 재현 데이터에 대한 전처리 과정을 수행하는 단계;
상기 제어부에 의해, 상기 전처리된 예측 데이터, 상기 전처리된 과거 재현 데이터 및 상기 유역 관측값 내의 강수 관측값을 근거로 편의 보정 기법을 수행하는 단계; 및
상기 제어부에 의해, 유역 유출 모형을 통해 상기 산출된 편의 보정이 적용된 예측 데이터, 상기 유역 관측값 및 댐 유역 기본 입력 데이터를 근거로 예측 강수량, 예측 유출량 및 예측 수위 중 적어도 하나를 산출하는 단계를 포함하는 유역 유출 예측과 의사결정지원 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 유역 관측값은,
상기 특정 유역과 관련한 강수 관측값, 과거 유출량 및 댐 수위 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 유역 유출 예측과 의사결정지원 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 전처리 과정을 수행하는 단계는,
앙상블 및 날짜별로 데이터가 생산된 상태의 예측 데이터가 저장되어 있는 GRIB2 파일에 대해서 전처리 과정 중에 특정 기간에 대한 앙상블 데이터 중 결측 데이터를 제외하고 바이너리로 추출하는 과정;
상기 추출된 바이너리는 다시 읽어들여 특정 관측소에 해당하는 GloSea5 GC2 모델의 격자 위치의 값을 읽어 배열에 저장하는 과정;
상기 읽은 격자 위치의 값들에 대한 평균값을 계산하는 과정;
상기 예측 데이터의 중간에 발생하는 앙상블 결측 데이터에 대해 NaN(Not a Number) 값을 사용하여 결측을 나타낸 후, 모든 앙상블의 추출이 끝난 후, 상기 계산된 평균값으로 대체하는 과정; 및
상기 생성된 배열값을 통계적 상세화 과정에서 사용할 수 있도록 CSV 파일에 형태를 맞추어 저장하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 유역 유출 예측과 의사결정지원 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 전처리 과정을 수행하는 단계는,
앙상블별로 데이터가 생산된 상태의 과거 재현 데이터가 저장되어 있는 GRIB2 파일에 대해서 각 월의 1일에 생산된 데이터가 존재하는지 찾는 과정;
1일에 생산된 데이터가 존재할 때, 1개월의 리드 타임(lead time)을 사용하여 통계적 상세화 과정에 사용되는 과거 재현 데이터를 구성하는 과정; 및
1일에 생산된 데이터가 존재하지 않을 때, 이전 달의 1일 데이터를 사용하여 추출 기간에 해당하는 과거 재현 데이터를 구성하여 통계적 상세화 과정에서 사용할 수 있도록 CSV 파일에 형태를 맞추어 저장하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 유역 유출 예측과 의사결정지원 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 편의 보정 기법을 수행하는 단계는,
상기 전처리된 과거 재현 데이터와 상기 강수 관측값을 근거로 미리 설정된 분위사상법을 통해 보정 상수를 산출하는 과정; 및
상기 산출된 보정 상수를 상기 전처리된 예측 데이터에 적용하여 편의 보정이 적용된 예측 데이터를 산출하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 유역 유출 예측과 의사결정지원 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 예측 강수량, 예측 유출량 및 예측 수위 중 적어도 하나를 산출하는 단계는,
상기 유역 유출 모형을 통해 상기 유역 관측값과 상기 댐 유역 기본 입력 데이터를 근거로 상기 편의 보정이 적용된 예측 데이터를 입력으로 할 때의 예측 강수량, 예측 유출량 및 예측 수위 중 적어도 하나를 산출하는 것을 특징으로 하는 유역 유출 예측과 의사결정지원 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제어부에 의해, 상기 편의 보정이 적용된 예측 데이터를 근거로 강우의 스케일 확인을 위한 밴드 도면(band plot), 앙상블의 분포 현황 확인을 위한 앙상블 도면(ensemble plot) 및 강우의 스케일 확인을 위한 에러 도면(error plot) 중 적어도 하나는 생성하는 단계;
상기 제어부에 의해, 상기 산출된 예측 유출량을 근거로 유역 유출 예측을 위한 K-DRUM 밴드 도면을 생성하는 단계;
표시부에 의해, 상기 생성된 밴드 도면, 앙상블 도면, 에러 도면 및 K-DRUM 밴드 도면 중 적어도 하나를 표시하는 단계;
상기 제어부에 의해, 사용자 입력에 따른 파라미터를 수신하는 단계;
상기 제어부에 의해, 저장부에 미리 저장된 장소별 및 날짜별 편의 보정 기법이 적용된 예측 데이터와 예측 유출량의 도면 중에서 상기 수신된 파라미터에 포함된 특정 조회 기간을 기준으로 특정 장소 및 특정 관측 지점에 대응하는 강수량 예측 결과, 유출량 예측 결과 및 댐 저수지 운영 결과 중 적어도 하나를 확인하는 단계; 및
상기 표시부에 의해, 상기 확인된 강수량 예측 결과, 유출량 예측 결과 및 댐 저수지 운영 결과 중 적어도 하나를 표시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유역 유출 예측과 의사결정지원 방법. - 확률장기예보를 활용한 유역 유출 예측과 의사결정지원 시스템에 있어서,
댐 관리 서버로부터 전송되는 검색 일자에 해당하는 특정 유역과 관련한 유역 관측값을 수신하고, 기상청 서버로부터 전송되는 상기 검색 일자에 해당하는 기후 예측 모델인 GloSea5 GC2 모델의 예측 데이터 및 과거 재현 데이터를 수신하는 통신부; 및
상기 수신된 예측 데이터 및 과거 재현 데이터에 대한 전처리 과정을 수행하고, 상기 전처리된 예측 데이터, 상기 전처리된 과거 재현 데이터 및 상기 유역 관측값 내의 강수 관측값을 근거로 편의 보정 기법을 수행하고, 유역 유출 모형을 통해 상기 산출된 편의 보정이 적용된 예측 데이터, 상기 유역 관측값 및 댐 유역 기본 입력 데이터를 근거로 예측 강수량, 예측 유출량 및 예측 수위 중 적어도 하나를 산출하는 제어부를 포함하는 유역 유출 예측과 의사결정지원 시스템. - 제 8 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 전처리된 과거 재현 데이터와 상기 강수 관측값을 근거로 미리 설정된 분위사상법을 통해 보정 상수를 산출하고, 상기 산출된 보정 상수를 상기 전처리된 예측 데이터에 적용하여 편의 보정이 적용된 예측 데이터를 산출하는 것을 특징으로 하는 유역 유출 예측과 의사결정지원 시스템. - 제 8 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 편의 보정이 적용된 예측 데이터를 근거로 강우의 스케일 확인을 위한 밴드 도면, 앙상블의 분포 현황 확인을 위한 앙상블 도면 및 강우의 스케일 확인을 위한 에러 도면 중 적어도 하나는 생성하고, 상기 산출된 예측 유출량을 근거로 유역 유출 예측을 위한 K-DRUM 밴드 도면을 생성하며, 저장부에 미리 저장된 장소별 및 날짜별 편의 보정 기법이 적용된 예측 데이터와 예측 유출량의 도면 중에서 사용자 입력에 따른 파라미터에 포함된 특정 조회 기간을 기준으로 특정 장소 및 특정 관측 지점에 대응하는 강수량 예측 결과, 유출량 예측 결과 및 댐 저수지 운영 결과 중 적어도 하나를 확인하며,
상기 생성된 밴드 도면, 앙상블 도면, 에러 도면 및 K-DRUM 밴드 도면 중 적어도 하나를 표시하고, 상기 확인된 강수량 예측 결과, 유출량 예측 결과 및 댐 저수지 운영 결과 중 적어도 하나를 표시하는 표시부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유역 유출 예측과 의사결정지원 시스템.
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| CN111598354A (zh) * | 2020-05-26 | 2020-08-28 | 河南郑大水利科技有限公司 | 一种小型水库当日径流预测方法 |
| CN115410340A (zh) * | 2022-07-21 | 2022-11-29 | 栾奕 | 集视频、卫星与传感器监测一体的水库安全监控预警方法 |
| CN115796381A (zh) * | 2022-12-16 | 2023-03-14 | 浙江省水利河口研究院(浙江省海洋规划设计研究院) | 一种基于改进新安江模型的实际径流量预报方法 |
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| KR20130030605A (ko) * | 2011-09-19 | 2013-03-27 | 한국수자원공사 | 댐 유역 정량 강우 예측 시스템 |
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