KR20230068481A - System and method for diagonising the possibility of heavy rainfall and computer readable program for the same - Google Patents

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KR20230068481A KR1020210154000A KR20210154000A KR20230068481A KR 20230068481 A KR20230068481 A KR 20230068481A KR 1020210154000 A KR1020210154000 A KR 1020210154000A KR 20210154000 A KR20210154000 A KR 20210154000A KR 20230068481 A KR20230068481 A KR 20230068481A
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Abstract

Disclosed are a device for diagnosing a possibility of heavy rainfall, a method thereof, and a computer-readable program for the same. The device for diagnosing a possibility of heavy rainfall diagnoses a possibility of heavy rainfall by using a rainfall material from one or more automatic ground observation devices and a geostationary satellite. The device for diagnosing a possibility of heavy rainfall includes: a rainfall material collecting unit collecting the rainfall material from the automatic ground observation device and the geostationary satellite; a preprocessing unit preprocessing the collected rainfall material; a rainfall diagnosis model generating unit selecting at least one or more preprocessed rainfall materials as training data and generating a rainfall diagnosis model diagnosing the possibility of heavy rainfall by each type of a preset cloud system based on the training data; and a diagnosis unit diagnosing the possibility of heavy rainfall based on a rainfall area and the amount of rainfall which are output by inputting the preprocessed rainfall material in the generated rainfall diagnosis model. Therefore, the device for diagnosing a possibility of heavy rainfall can accurately diagnose the possibility of rainfall by each type of cloud system generated on the Korean Peninsula by finding a pattern from the rainfall material collected by the automatic ground observation device and the geostationary satellite.

Description

호우 발생 가능성을 진단하는 장치, 방법 및 이를 위한 컴퓨터 판독가능 프로그램{SYSTEM AND METHOD FOR DIAGONISING THE POSSIBILITY OF HEAVY RAINFALL AND COMPUTER READABLE PROGRAM FOR THE SAME}Apparatus for diagnosing the possibility of heavy rain, method and computer readable program therefor

본 발명은 호우 발생 가능성을 진단하는 장치, 방법 및 이를 위한 컴퓨터 판독가능 프로그램에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 적어도 하나 이상의 지상자동관측자료 및 정지궤도 위성으로부터의 강수자료를 통해 호우 발생 가능성을 진단하는, 호우 발생 가능성을 진단하는 장치, 방법 및 이를 위한 컴퓨터 판독가능 프로그램에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus, method, and computer readable program for diagnosing the possibility of heavy rain, and more particularly, to diagnose the possibility of heavy rain through at least one automatic ground observation data and precipitation data from a geostationary satellite. , It relates to a device and method for diagnosing the possibility of heavy rain, and a computer readable program therefor.

한반도에서는 다양한 구름 유형에 의한 강수가 형성되며 일부 구름 시스템에서는 짧은 시간동안 강한 강수가 빈번하게 발생한다. 이렇게 급격하게 발달하면서 강한 강수를 유발하는 구름 시스템은 예측하기가 매우 어렵고, 이러한 구름 시스템으로 인한 폭우로 인해 막대한 재산과 인명피해가 초래된다.In the Korean Peninsula, precipitation is formed by various cloud types, and strong precipitation occurs frequently in a short period of time in some cloud systems. Cloud systems that develop rapidly and cause strong precipitation are very difficult to predict, and heavy rains caused by these cloud systems cause enormous property and human damage.

따라서, 한반도에서 집중폭우를 야기하는 구름시스템에 대한 연구가 이루어졌다. 대표적으로, "Heavy precipitation systems over the Korean Penisula and their Classification. J. Korean Meteor, Soc., 43(4), 367-396, Lee and Kim(2007)"연구에서는, 2000년부터 2006년까지 7년동안 남한에서 발생한 86회의 폭우의 사례에서의 레이더 및 위성 이미지, 날씨 차트, 강우 데이터, 열역학 차트 데이터를 분석하여 한반도 전역의 집중호우체계(HPS) 를 분류하고 강수체계의 특성을 파악하였다.Therefore, a study was conducted on the cloud system that causes heavy rainfall in the Korean Peninsula. Representatively, in the study of "Heavy precipitation systems over the Korean Penisula and their Classification. J. Korean Meteor, Soc., 43(4), 367-396, Lee and Kim (2007)", 7 years from 2000 to 2006 Radar and satellite images, weather charts, rainfall data, and thermodynamic chart data from 86 cases of heavy rain in South Korea were analyzed to classify the HPS throughout the Korean Peninsula and identify the characteristics of the precipitation system.

그 결과, 86회의 폭우의 사례에서 HPS의 현상학적 분석을 통해 4가지 주요 유형의 구름 시스템이 확인되었다. 이러한 4가지 구름 시스템은 고립된 뇌우(Isolated thunderstorm; IS), 대류 대역(Convective band; CB), 스콜 선(Squall line; SL), 구름 군집(Cloud cluster; CC)를 포함한다. 먼저, 고립된 뇌우(IS)는 4가지 구름 시스템 중 가장 작은 구름 시스템으로서, 그 폭은 일반적으로 수 km에서 수십 km 에 이른다. 또한, 대류 대역(CB) 와 스콜 선(SL) 은 대류계가 선으로 발달하고 그 폭이 길이보다 훨씬 작다는 점에서 상호 유사하다. 구름 군집(CC)은 위성 IR 이미지에서의 구름 꼭대기 온도가 낮은 타원형 영역으로서, 여러 HPS 또는 성층형 강수의 연속적인 영역에 포함된 meso-β영역으로 구성될 수 있다. 이러한 구름 군집(CC)의 스케일은 일반적으로 큰 meso-β에서 작은 meso-α스케일까지 다양하며, 2000년부터 2006년에 발생한 HPS의 약 47%를 차지하는 가장 빈번한 구름 시스템에 해당된다. 한편, 고립된 뇌우(IS) 와 스콜 선(SL) 은 각각 12% 와 7%를 차지한다.As a result, 4 major types of cloud systems were identified through the phenomenological analysis of HPS in 86 heavy rain cases. These four cloud systems include isolated thunderstorm (IS), convective band (CB), squall line (SL), and cloud cluster (CC). First, an isolated thunderstorm (IS) is the smallest cloud system among the four cloud systems, and its width generally ranges from several kilometers to several tens of kilometers. Also, the convection band (CB) and the squall line (SL) are similar to each other in that the convection system develops into a line and its width is much smaller than its length. A cloud community (CC) is an elliptical region with low cloud top temperature in satellite IR images, which may consist of several HPS or meso-β regions included in a continuous region of stratified precipitation. The scales of these cloud clusters (CCs) generally range from large meso-β to small meso-α scales, and are the most frequent cloud systems, accounting for about 47% of HPS from 2000 to 2006. Meanwhile, isolated thunderstorms (IS) and squall lines (SL) accounted for 12% and 7%, respectively.

상술한 바와 같이, 한반도에서 집중폭우를 야기하는 구름 시스템의 형태학적 연구에 대해서는 이루어져 있으나, 한반도에서 발생하는 다양한 강수 그림에 대하여 호우 발생 가능성을 진단하는 방법에 대한 기술이 필요한 실정이다.As described above, morphological studies of cloud systems that cause heavy rain in the Korean Peninsula have been conducted, but there is a need for a method for diagnosing the possibility of heavy rain occurrence for various precipitation pictures occurring in the Korean Peninsula.

국내등록특허 제10-1986025호Domestic Patent No. 10-1986025

본 발명의 일 측면은 지상자동관측장비 및 정지궤도 위성으로부터 강수자료를 수집하고, 전처리하며, 전처리된 강수자료를 훈련데이터로 선별하여 구름 시스템의 유형별로 호우 발생 가능성을 진단하는 CNN(Convolution Neural Network) 기반의 호우 진단 모델을 생성하고, 이를 기초로 강수량과 호우영역을 판별하는 호우 발생 가능성을 진단하는 장치, 방법 및 이를 위한 컴퓨터 판독가능 프로그램을 제공하는데 그 목적이 있다.One aspect of the present invention is a Convolution Neural Network (CNN) that collects precipitation data from ground automatic observation equipment and geostationary orbit satellites, pre-processes them, and selects the pre-processed precipitation data as training data to diagnose the possibility of heavy rain by type of cloud system. )-based heavy rain diagnosis model, and based on this, it is an object of the present invention to provide a device, method, and computer readable program for diagnosing the possibility of heavy rain occurrence by discriminating precipitation amount and heavy rain area.

본 발명의 일 실시예에 따른 호우 발생 가능성을 진단하는 장치는 적어도 하나 이상의 지상자동관측장비및 정지궤도 위성으로부터의 강수자료를 통해 호우 발생 가능성을 진단하는 장치로서, 상기 지상자동관측장비 및 정지궤도 위성으로부터 강수자료를 수집하는 강수자료 수집부, 상기 수집된 강수자료를 전처리하는 전처리부, 상기 전처리된 강수자료 중 적어도 하나 이상을 훈련데이터로 선별하고, 상기 훈련데이터를 기초로 미리 설정된 구름 시스템의 유형별로 호우 발생 가능성을 진단하는 호우진단모델을 생성하는 호우진단모델 생성부 및 상기 생성된 호우진단모델에 상기 전처리된 강수자료를 입력하여 출력된 강수량과 호우영역을 기초로 호우발생 가능성을 진단하는 진단부를 포함한다.An apparatus for diagnosing the possibility of occurrence of heavy rain according to an embodiment of the present invention is an apparatus for diagnosing the possibility of occurrence of heavy rain through at least one automatic ground observation equipment and precipitation data from a geostationary orbit satellite, wherein the automatic ground observation equipment and the geostationary orbit A precipitation data collection unit that collects precipitation data from satellites, a preprocessor that preprocesses the collected precipitation data, selects at least one or more of the preprocessed precipitation data as training data, and selects at least one of the preprocessed precipitation data as training data. A heavy rain diagnosis model generating unit for generating a heavy rain diagnosis model for diagnosing the possibility of heavy rain occurrence by type and inputting the preprocessed precipitation data into the generated heavy rain diagnosis model to diagnose the possibility of heavy rain occurrence based on the output precipitation and heavy rain area includes diagnostics.

한편, 강수자료 수집부는, 상기 정지궤도 위성으로부터 가시광선, 근적외선, 적외선, 수증기 채널을 포함하는 다채널 자료, 운정고도(Cloud top height) 자료, 운정온도(Cloud top temperature) 자료 및 태양 천정각 자료를 포함하는 정지궤도 강수자료를 수집하고, 상기 지상자동관측장비로부터 AWS(Automatic weather station) 관측자료로서 방사형기저함수 보간법(Radial basis function interpolation)으로 격자 보간된 AWS 격자자료를 수집할 수 있다.Meanwhile, the precipitation data collection unit includes multi-channel data including visible ray, near infrared ray, infrared ray, and water vapor channels from the geostationary satellite, cloud top height data, cloud top temperature data, and solar zenith angle. Geostationary orbit precipitation data including data may be collected, and AWS grid data interpolated by radial basis function interpolation as AWS (Automatic Weather Station) observation data from the ground automatic observation equipment may be collected.

또한, 전처리부는, 상기 정지궤도 강수자료와 상기 AWS 격자자료의 시공간을 상호 일치시켜 정렬하고, 상기 정렬된 정지궤도 강수자료와 AWS 격자자료를 기초로 상기 정지궤도 강수자료를 정규화할 수 있다.In addition, the preprocessor may match and align the space-time of the geostationary-orbit precipitation data and the AWS grid data, and normalize the geostationary-orbit precipitation data based on the aligned geostationary-orbit precipitation data and the AWS grid data.

또한, 호우진단모델 생성부는, 상기 AWS 격자자료를 강수량을 기초로 적어도 하나 이상의 계층으로 분류하고, 상기 분류된 AWS 격자자료를 계층별로 상이하게 샘플링하여 훈련 데이터로 선별할 수 있다.In addition, the heavy rain diagnosis model generation unit may classify the AWS grid data into at least one layer based on the amount of precipitation, and select the classified AWS grid data as training data by sampling differently for each layer.

또한, 호우진단모델은, 3개의 1D 컨볼루션 레이어로 구성된 CNN(Convolution Neural Network) 아키텍처일 수 있다.In addition, the heavy rain diagnosis model may be a Convolution Neural Network (CNN) architecture composed of three 1D convolution layers.

또한, 호우진단모델 생성부는 중규모 대류계(Mesoscale Convective System; MCS) 구름 시스템의 유형별로 강수량 예측과 호우영역을 분류하는 호우진단모델을 생성하는 것일 수 있다.In addition, the heavy rain diagnosis model generation unit may generate a heavy rain diagnosis model for predicting precipitation and classifying heavy rain areas for each type of mesoscale convective system (MCS) cloud system.

또한, 진단부는, 상기 출력된 강수량에 상기 MCS 구름 시스템의 유형별로 최적화된 가중치를 부여하여 호우발생 가능성을 진단할 수 있다.In addition, the diagnosis unit may diagnose the possibility of occurrence of heavy rain by assigning weights optimized for each type of the MCS cloud system to the output amount of precipitation.

본 발명의 다른 실시예에 따른 호우 발생 가능성을 진단하는 방법은, 적어도 하나 이상의 지상자동관측장비 및 정지궤도 위성으로부터의 강수자료를 통해 호우 발생 가능성을 진단하는 호우 발생 가능성을 진단하는 장치에서의 호우 발생 가능성을 진단하는 방법으로서, 상기 지상자동관측장비 및 정지궤도 위성으로부터 강수자료를 수집하는 단계, 상기 수집된 강수자료를 전처리하는 단계, 상기 전처리된 강수자료 중 적어도 하나 이상을 훈련데이터로 선별하고, 상기 훈련데이터를 기초로 미리 설정된 구름 시스템의 유형별로 호우 발생 가능성을 진단하는 호우진단모델을 생성하는 단계 및 상기 생성된 호우진단모델에 상기 전처리된 강수자료를 입력하여 출력된 강수량과 호우영역을 기초로 호우발생 가능성을 진단하는 단계를 포함한다.A method for diagnosing the possibility of heavy rain occurrence according to another embodiment of the present invention is a method for diagnosing the possibility of heavy rain occurrence through at least one ground automatic observation equipment and precipitation data from a geostationary orbit satellite. As a method of diagnosing the possibility of occurrence, collecting precipitation data from the ground automatic observation equipment and geostationary satellites, pre-processing the collected precipitation data, selecting at least one or more of the pre-processed precipitation data as training data, , Generating a heavy rain diagnosis model for diagnosing the possibility of heavy rain occurrence for each type of preset cloud system based on the training data, and inputting the preprocessed precipitation data to the generated heavy rain diagnosis model to determine the output precipitation and heavy rain area and diagnosing the possibility of heavy rain on the basis of

한편, 지상자동관측장비 및 정지궤도 위성으로부터 강수자료를 수집하는 단계는,On the other hand, in the step of collecting precipitation data from ground automatic observation equipment and geostationary satellites,

상기 정지궤도 위성으로부터 가시광선, 근적외선, 적외선, 수증기 채널을 포함하는 다채널 자료, 운정고도(Cloud top height) 자료, 운정온도(Cloud top temperature) 자료 및 태양 천정각 자료를 포함하는 정지궤도 강수자료를 수집하고, 상기 지상자동관측장비로부터 AWS(Automatic weather station) 관측자료로서 방사형기저함수 보간법(Radial basis function interpolation)으로 격자 보간된 AWS 격자자료를 수집하는 것 일 수 있다.Geostationary orbit precipitation including multi-channel data including visible ray, near infrared ray, infrared ray, and water vapor channels, cloud top height data, cloud top temperature data, and solar zenith angle data from the geostationary satellite Data may be collected, and AWS grid data interpolated by radial basis function interpolation as AWS (Automatic Weather Station) observation data from the ground automatic observation equipment may be collected.

또한, 호우진단모델을 생성하는 단계는, 상기 AWS 격자자료를 강수량을 기초로 적어도 하나 이상의 계층으로 분류하고, 상기 분류된 AWS 격자자료를 계층별로 상이하게 샘플링하여 훈련 데이터로 선별하는 것일 수 있다.In addition, the generating of the heavy rain diagnosis model may include classifying the AWS grid data into at least one layer based on the amount of precipitation, and selecting the classified AWS grid data as training data by sampling differently for each layer.

또한, 호우진단모델은, 3개의 1D 컨볼루션 레이어로 구성된 CNN(Convolutinal Neural Network) 아키텍처이고, 호우진단모델을 생성하는 단계는, 중규모 대류계(Mesoscale Convective System; MCS) 구름 시스템의 유형별로 강수량 예측과 호우영역을 분류하는 호우진단모델을 생성하는 것일 수 있다.In addition, the heavy rain diagnosis model is a CNN (Convolutinal Neural Network) architecture composed of three 1D convolutional layers, and the step of generating the heavy rain diagnosis model is to predict precipitation for each type of Mesoscale Convective System (MCS) cloud system. It may be to create a heavy rain diagnosis model that classifies the heavy rain area.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 호우 발생 가능성을 진단하는 방법을 실행하도록 구성된, 컴퓨터로 판독가능한 기록매체에 저장된 컴퓨터 판독가능 프로그램일 수 있다.According to another embodiment of the present invention, it may be a computer readable program stored in a computer readable recording medium configured to execute a method for diagnosing a possibility of heavy rain.

상술한 본 발명의 일측면에 따르면, 지상자동관측장비 및 정지궤도 위성으로부터 수집한 강수자료로부터 패턴을 발견하여 한반도에서 발생하는 다양한 구름 시스템의 유형 별로 호우 발생 가능성을 정확하게 진단할 수 있는 이점을 갖는다. According to one aspect of the present invention described above, it has the advantage of accurately diagnosing the possibility of heavy rain occurrence for each type of various cloud systems occurring on the Korean Peninsula by finding a pattern from precipitation data collected from ground automatic observation equipment and geostationary satellites. .

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 호우 발생 가능성 진단 시스템을 도시한 도면이다.
도 2 는 도 1 에 도시된 정지궤도 위성과 지상자동관측장비의 관측 분석장 영역을 도시한 도면이다.
도 3 은 도 1 에 도시된 강수자료 수집부에서 수집된 강수자료의 일 예를 도시한 도면이다.
도 4 는 도 1 에 도시된 강수자료 수집부에서 수집된 강수자료의 일 예를 도시한 도면이다.
도 5 는 도 1 에 도시된 호우진단 모델 생성부에서 생성된 호우진단모델의 아키텍처를 도시한 도면이다.
도 6 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 호우 발생 가능성을 진단하는 방법을 도시한 순서도이다.
도 7 은 SLP 강수사례에서의 본 발명에 따른 호우 발생 가능성을 진단한 결과를 도시한 도면이다.
도 8 은 SLD 강수사례에서의 본 발명에 따른 호우 발생 가능성을 진단한 결과를 도시한 도면이다.
도 9 는 MCC 강수사례에서의 본 발명에 따른 호우 발생 가능성을 진단한 결과를 도시한 도면이다.
도 10 은 CC 강수사례에서의 본 발명에 따른 호우 발생 가능성을 진단한 결과를 도시한 도면이다.
도 11 은 CC 강수사례에서의 본 발명에 따른 호우 발생 가능성을 진단한 결과를 도시한 도면이다.
1 is a diagram illustrating a system for diagnosing a possibility of heavy rain occurrence according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an observation analysis field area of a geostationary satellite and ground automatic observation equipment shown in FIG. 1;
FIG. 3 is a diagram showing an example of precipitation data collected by the precipitation data collection unit shown in FIG. 1 .
FIG. 4 is a diagram showing an example of precipitation data collected by the precipitation data collection unit shown in FIG. 1 .
FIG. 5 is a diagram illustrating the architecture of a heavy rain diagnosis model generated in the heavy rain diagnosis model generator shown in FIG. 1 .
6 is a flowchart illustrating a method for diagnosing a possibility of heavy rain occurrence according to another embodiment of the present invention.
7 is a diagram showing the result of diagnosing the possibility of occurrence of heavy rain according to the present invention in an SLP precipitation case.
8 is a diagram showing the result of diagnosing the possibility of occurrence of heavy rain according to the present invention in an SLD precipitation case.
9 is a diagram showing the result of diagnosing the possibility of occurrence of heavy rain according to the present invention in an MCC precipitation case.
10 is a diagram showing the result of diagnosing the possibility of occurrence of heavy rain according to the present invention in a CC precipitation case.
11 is a diagram showing the result of diagnosing the possibility of occurrence of heavy rain according to the present invention in a CC precipitation case.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예와 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The detailed description of the present invention which follows refers to the accompanying drawings which illustrate, by way of illustration, specific embodiments in which the present invention may be practiced. These embodiments are described in sufficient detail to enable one skilled in the art to practice the present invention. It should be understood that the various embodiments of the present invention are different from each other but are not necessarily mutually exclusive. For example, specific shapes, structures, and characteristics described herein may be implemented in another embodiment without departing from the spirit and scope of the invention in connection with one embodiment. Additionally, it should be understood that the location or arrangement of individual components within each disclosed embodiment may be changed without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, the detailed description set forth below is not to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention, if properly described, is limited only by the appended claims, along with all equivalents as claimed by those claims. Like reference numbers in the drawings indicate the same or similar function throughout the various aspects.

이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 호우 발생 가능성 진단 시스템을 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating a system for diagnosing a possibility of heavy rain occurrence according to an embodiment of the present invention.

도 1 을 참조하면, 본 실시예에 따른 호우 발생 가능성 진단 시스템은 정지궤도 위성 시스템(10), 지상자동관측장비 시스템(20) 및 호우 발생 가능성을 진단하는 장치(100)를 포함한다.Referring to FIG. 1 , the system for diagnosing the possibility of occurrence of heavy rain according to the present embodiment includes a geostationary satellite system 10, an automatic ground observation equipment system 20, and a device 100 for diagnosing the possibility of occurrence of heavy rain.

정지궤도 위성 시스템(10)은 전구(full disk) 영역이나 동아시아 등 넓은 범위의 강수자료를 얻을 수 있는 시스템이다. 한편, 본 실시예에 따른 정지궤도 위성 시스템(10)은 GK2A(Geostationary Korea multi purpose satellite 2A, Geo-Kompsat 2A) 위성일 수 있다. 이러한, 정지궤도 위성 시스템(10)의 관측 분석장 영역은 KO 도메인으로서 한반도를 포함한 동북아시아 영역일 수 있다. 보다 구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 정지궤도 위성 시스템(10)은 검정색 테두리의 관측 분석장 영역을 갖으며, 바람직하게는, 위도 범위는 29~46°N 이고, 경도 범위는 114~138 °E 일 수 있다.The geostationary satellite system 10 is a system capable of obtaining precipitation data in a wide range such as a full disk area or East Asia. Meanwhile, the geostationary satellite system 10 according to this embodiment may be a GK2A (Geostationary Korea multi purpose satellite 2A, Geo-Kompsat 2A) satellite. The region of the observation and analysis field of the geostationary satellite system 10 may be a KO domain and may be a region of Northeast Asia including the Korean Peninsula. More specifically, as shown in FIG. 2, the geostationary satellite system 10 according to the present embodiment has an observation analysis field region with a black border, preferably, the latitude range is 29 to 46 °N, The hardness range can be from 114 to 138 °E.

지상자동관측장비 시스템(20)은 지상자동관측소(Automatic Weather Stations; AWS) 로서 기상자료를 관측할 수 있다. 이러한 지상자동관측장비는 지점별상세관측자료로서 지상에 약 713개가 있으며, 강수, 바람, 기온, 상대습도, 기압, 강수유무 등을 관측한다. 강수관련 자료로는 15분강수누적, 1시간강수누적, 12시간강수누적, 24시간강수누적 자료를 생산하며 1분 주기로 산출된다. 이러한 지점별 강수관측값을 레이더나 위성자료와 비교하기위해 보간법을 사용하여 격자화할 수 있다. 지상자동관측장비 시스템(20)에서는 24시간 강수누적자료의 10개의 1분 차이값들을 평균하여 10분 강수강도를 만들고 이 값들을 1km 공간해상도 격자에 보간하여 생산될수 있다.The automatic ground observation equipment system 20 can observe meteorological data as Automatic Weather Stations (AWS). There are about 713 such ground automatic observation equipment on the ground as detailed observation data for each point, and they observe precipitation, wind, temperature, relative humidity, atmospheric pressure, and presence or absence of precipitation. Precipitation-related data include 15-minute precipitation accumulation, 1-hour precipitation accumulation, 12-hour precipitation accumulation, and 24-hour precipitation accumulation data, which are calculated in 1-minute cycles. In order to compare the observed precipitation values by these points with radar or satellite data, interpolation can be used to grid them. In the ground automatic observation system 20, 10-minute precipitation intensity is averaged by 10 1-minute difference values of 24-hour accumulated precipitation data, and these values can be produced by interpolating to a 1km spatial resolution grid.

한편, 본 실시예에 따른 지상자동관측장비 시스템(20)은 도 2에 도시된 바와 같이, 작은 박스 영역에 해당하는 분석장 영역으로서, 정지궤도 위성 시스템보다 비교적 작은 영역의 분석장 영역을 갖을 수 있다.On the other hand, as shown in FIG. 2, the automatic ground observation equipment system 20 according to this embodiment may have a relatively smaller analysis field area than a geostationary orbit satellite system as an analysis field area corresponding to a small box area. there is.

본 실시예에 따른 호우 발생 가능성을 진단하는 장치(100)는 적어도 하나 이상의 지상자동관측장비 및 정지궤도 위성으로부터의 강수자료를 통해 호우 발생 가능성을 진단하는 장치로서, 이를 위해, 강수자료 수집부(110), 전처리부(120), 호우진단모델 생성부(130) 및 진단부(140)를 포함한다.The apparatus 100 for diagnosing the possibility of occurrence of heavy rain according to the present embodiment is a device for diagnosing the possibility of occurrence of heavy rain through at least one automatic ground observation equipment and precipitation data from a geostationary orbit satellite. To this end, a precipitation data collection unit ( 110), a pre-processing unit 120, a heavy rain diagnosis model generating unit 130, and a diagnosis unit 140.

강수자료 수집부(110)는 지상자동관측장비 및 정지궤도 위성으로부터 강수자료를 수집한다. The precipitation data collection unit 110 collects precipitation data from ground automatic observation equipment and geostationary satellites.

강수자료 수집부(110)는, 정지궤도 위성으로부터 가시광선, 근적외선, 적외선, 수증기 채널을 포함하는 다채널 자료, 운정고도(Cloud top height) 자료, 운정온도(Cloud top temperature) 자료 및 태양 천정각 자료를 포함하는 정지궤도 강수자료를 수집할 수 있다. 본 실시예에 따른 강수자료 수집부(110)는 GK2A 위성에서 제공하는 Level 1b 가시광선, 근적외선, 적외선, 수증기 채널을 포함하는 다채널 자료와 Level 2 운정고도(Cloud top height), 운정온도(Cloud top temperature) 자료와, 위성자료의 시간변화 영향을 반영하기 위한 태양 천정각 자료를 포함하는 정지궤도 강수자료를 수집할 수 있다. 이러한, 정지궤도 강수자료는 바람직하게는, 1km의 공간해상도, 10분의 시간해상도, 1800×1800 ㎢ 의 분석영역을 갖을 수 있다. The precipitation data collection unit 110 includes multi-channel data including visible ray, near infrared ray, infrared ray, and water vapor channels from geostationary satellites, cloud top height data, cloud top temperature data, and sun Geostationary orbital precipitation data including zenith angle data can be collected. The precipitation data collection unit 110 according to the present embodiment includes multi-channel data including Level 1b visible ray, near infrared ray, infrared ray, and water vapor channels provided by the GK2A satellite, and Level 2 cloud top height and cloud top temperature. (Cloud top temperature) data and geostationary precipitation data including solar zenith angle data to reflect the temporal change effect of satellite data can be collected. Such geostationary precipitation data may preferably have a spatial resolution of 1 km, a temporal resolution of 10 minutes, and an analysis area of 1800×1800 ㎢.

또한, 강수자료 수집부(110)는 지상자동관측장비로부터 AWS(Automatic weather station) 관측자료로서 방사형기저함수 보간법(Radial basis function interpolation)으로 격자 보간된 AWS 격자자료를 수집한다. 이러한 AWS 격자자료는 바람직하게는, 13km의 공간해상도, 1분의 시간해상도를 갖을 수 있으며, 10분동안 관측된 자료를 기초로 산출된 평균강우강도에서 480×600 ㎢의 관측영역 격자로 보간된 AWS 격자자료일 수 있다. In addition, the precipitation data collection unit 110 collects AWS grid data grid-interpolated by radial basis function interpolation as AWS (Automatic Weather Station) observation data from ground automatic observation equipment. These AWS grid data may preferably have a spatial resolution of 13 km and a temporal resolution of 1 minute, and the average rainfall intensity calculated based on the observed data for 10 minutes is interpolated into a grid of 480 × 600 ㎢ observation area It can be an AWS grid data.

도 3 은 강수자료 수집부에서 수집된 강수자료 중 Level 1B (2019년 7월 31일 09:00 KST) 강수자료의 일 예를 도시한 도면이다. 도 3을 참조하면, Level 1B (2019년 7월 31일 09:00 KST) 강수자료에는 도 3의 (a) 와 같이 VIS(0.6)자료와, 도 3의 (b) 와 같이 SW(3.8) 자료와, 도 3의 (c) 와 같이, WV(6.9) 자료와, 도 3의 (d) 와 같이 IR(10.5) 자료와, 도 3의 (e) 와 같이 IR(11.2) 자료와, 도 3의 (f) 와 같이 IR(13.3) 자료가 포함되어 있다.3 is a diagram showing an example of Level 1B (July 31, 2019 09:00 KST) precipitation data collected by the precipitation data collection unit. Referring to FIG. 3, in the precipitation data of Level 1B (July 31, 2019 09:00 KST), VIS (0.6 μm ) data as shown in (a) of FIG. 3 and SW (3.8 μm) as shown in (b) of FIG. ) data, as shown in (c) of Figure 3, WV (6.9 ) data, as shown in Figure 3 (d) IR (10.5 ) data, as shown in (e) of Figure 3 IR (11.2 ) data and IR (13.3 ) data as shown in (f) of FIG.

도 4는 강수자료 수집부에서 수집된 강수자료 중 Level 2 강수자료, 태양천정각 및 AWS 강우강도자료를 도시한 도면이다. 도 4를 참조하면, 강수자료에는 도 4의 (a) 와 같이 운정고도 자료와, 도 4의 (b) 와 같이 운정온도 자료와, 도 4의 (c) 와 같이, 태양천정각 자료와, 도 4의 (d) 와 같이 AWS 강우강도 자료가 더 포함될 수 있다. 4 is a diagram showing Level 2 precipitation data, solar zenith angle, and AWS rainfall intensity data among precipitation data collected by the precipitation data collection unit. Referring to FIG. 4, precipitation data include cloud top height data as shown in FIG. 4 (a), cloud top temperature data as shown in FIG. 4 (b), solar zenith angle data and solar zenith angle data as shown in FIG. , AWS rainfall intensity data may be further included as shown in (d) of FIG.

전처리부(120)는 강수자료 수집부(110)에서 수집된 강수자료를 전처리한다.The pre-processing unit 120 pre-processes the precipitation data collected by the precipitation data collection unit 110 .

보다 구체적으로, 전처리부(120)는, 상기 정지궤도 강수자료와 상기 AWS 격자자료의 시공간을 상호 일치시켜 정렬하고, 상기 정렬된 정지궤도 강수자료와 AWS 격자자료를 기초로 상기 정지궤도 강수자료를 정규화한다. 이때, 전처리부(120)는 정지궤도 강수자료를 독립변수로 하고, 동일한 지점에서 획득한 AWS 격자자료를 종속변수로 하여 정렬할 수 있다. 여기서, 독립변수인 정지궤도 강수자료는 19개의 GK2A 변수로서, 가시광선, 적외선, 단파 적외선 파장을 포함한 16개 밴드와 운정고도, 운정온도, 태양천정각을 포함할 수 있으며, 이러한 19개의 GK2A 변수는 정규화될 수 있다. More specifically, the pre-processing unit 120 matches and aligns the space-time of the geostationary-orbit precipitation data and the AWS grid data, and obtains the geostationary-orbit precipitation data based on the aligned geostationary-orbit precipitation data and the AWS grid data. normalize At this time, the pre-processing unit 120 may set geostationary precipitation data as an independent variable and arrange the AWS grid data acquired at the same point as a dependent variable. Here, the geostationary precipitation data, which are independent variables, are 19 GK2A variables, and may include 16 bands including visible, infrared, and shortwave infrared wavelengths, cloud top altitude, cloud top temperature, and solar zenith angle. These 19 GK2A Variables can be normalized.

호우진단모델 생성부(130)는 전처리부(120)에서 전처리된 강수자료 중 적어도 하나 이상을 훈련데이터로 선별하고, 상기 훈련데이터를 기초로 미리 설정된 구름 시스템의 유형별로 호우 발생 가능성을 진단하는 호우진단모델을 생성한다. The heavy rain diagnosis model generation unit 130 selects at least one or more of the precipitation data preprocessed by the preprocessing unit 120 as training data, and diagnoses the possibility of occurrence of heavy rain for each type of preset cloud system based on the training data. Generate a diagnostic model.

한편, 본 실시예에서의 모델링을 위한 호우 현상은 일반적으로 제한된 지역에서 발생해 도메인의 대부분의 영역이 낮은 AWS 값을 갖는다. 예컨대, 대부분의 AWS 격자자료에는 10 ㎜h-1미만의 AWS 값을 갖고 있으며, 몇몇 사례에서는 픽셀 전체의 80%가 5 ㎜h-1 미만인구간이 집중분포되어 있었다. 따라서, 강수량이 작은 구간이 편향된 분포를 갖는 AWS 격자자료에 대해 무작위로 샘플링(표본 추출)한다면 낮은 강수량 범위에서만 오버샘플링(oversampling, 과대 표본 추출)되고 높은 강수량 범위에서는 언더샘플링(undersampling, 과소 표본 추출)되는 문제점을 갖게 된다. 따라서, 본 실시예에 따른 호우진단모델 생성부(130)는 훈련데이터의 낮은 값에 대해 편향되는 문제점을 해결하기 위해, 계층화된 샘플링을 통해 훈련데이터를 선별한다. 보다 구체적으로, 호우진단모델 생성부(130)는 AWS 격자자료를 강수량을 기초로 적어도 하나 이상의 계층으로 분류하고, 상기 분류된 AWS 격자자료를 계층별로 상이하게 샘플링하여 훈련 데이터로 선별한다.Meanwhile, the heavy rain phenomenon for modeling in this embodiment generally occurs in a limited area, so most areas of the domain have a low AWS value. For example, most of the AWS grid data has an AWS value of less than 10 mmh -1 , and in some cases, 80% of all pixels were concentrated in a section with less than 5 mmh -1 . Therefore, if a section of low precipitation is randomly sampled (sampled) for AWS grid data having a skewed distribution, oversampling (oversampling) occurs only in the low precipitation range and undersampling (undersampling) occurs in the high precipitation range. ) has a problem. Therefore, the heavy rain diagnosis model generation unit 130 according to the present embodiment selects training data through stratified sampling in order to solve the problem of being biased toward low values of training data. More specifically, the heavy rain diagnosis model generation unit 130 classifies the AWS grid data into at least one layer based on the amount of precipitation, and selects the classified AWS grid data as training data by sampling differently for each layer.

예컨대, 아래 표 1 과 같이, 호우진단모델 생성부(130)는 AWS 격자자료의 강수량을 4개의 범위로 계층화하여 분류하고, 이들 범위에 속하는 AWS 격자자료를 계층별로 상이한 비율로 샘플링하여 훈련 데이터로 선별할 수 있다.For example, as shown in Table 1 below, the heavy rain diagnosis model generation unit 130 stratifies and classifies the precipitation of the AWS grid data into four ranges, samples the AWS grid data belonging to these ranges at different rates for each layer, and uses the data as training data. can be selected

Value Range [mm/h]Value Range [mm/h] Sampling PercentageSampling Percentage < 10< 10 20%20% 10 - 2010 - 20 40%40% 20 - 3020 - 30 60%60% > 30> 30 80%80%

상술한 바와 같이, 계층화된 샘플링을 적용하여 훈련데이터로 선별하면, 강수량의 값이 낮은 훈련데이터의 양에 제한을 둘 수 있고, 반면에 호우진단모델을 생성하기 위한 훈련프로세스에 적용되는 훈련데이터는 중간 및 높은 강수량의 값을 갖는 데이터를 적용할 수 있게 된다. As described above, when selecting training data by applying stratified sampling, it is possible to limit the amount of training data having a low value of precipitation, whereas the training data applied to the training process for generating a heavy rain diagnosis model is It becomes possible to apply data with values of medium and high precipitation.

호우진단모델 생성부(130)는 선별된 훈련 데이터를 기계학습 알고리즘에 적용하여 호우진단 모델을 생성한다. 이러한 훈련 데이터가 적용되어 훈련된 호우진단 모델은 중규모 대류계(Mesoscale Convective System; MCS) 구름 시스템의 유형별로 강수량 예측과 호우영역을 분류할 수 있다. 예컨대, 호우진단모델 생성부(130)는 2018년에서 2019년동안 한반도 영역에서 발생한 강한 강수가 발생하는 구름시스템의 4가지 유형(MCS 유형) 별로 강수사례를 학습할 수 있으며, 학습된 강수사례는 SLD(Squall Line Diagonal), SLP(Squall Line Parallel), MCC(Mesoscale Convective Complex), CC(Cloud Cluster) 일 수 있다.The heavy rain diagnosis model generator 130 generates a heavy rain diagnosis model by applying the selected training data to a machine learning algorithm. The heavy rain diagnosis model trained by applying these training data can predict precipitation and classify heavy rain areas for each type of mesoscale convective system (MCS) cloud system. For example, the heavy rain diagnosis model generation unit 130 may learn precipitation cases for each of the four types (MCS types) of cloud systems in which strong precipitation occurred in the Korean Peninsula during 2018 and 2019, and the learned precipitation cases are It may be Squall Line Diagonal (SLD), Squall Line Parallel (SLP), Mesoscale Convective Complex (MCC), or Cloud Cluster (CC).

한편, 호우진단모델 생성부(130)에서 생성된 호우진단모델은, 도 5 에서와 같이, 3개의 1D 컨볼루션 레이어로 구성된 CNN(Convolutinal Neural Network) 아키텍처일 수 있다. 보다 구체적으로, 본 실시예에 따른 호우진단모델은 각각 64개, 64개, 32개의 서로 다른 수의 필터를 적용한 3 개의 컨볼루션 레이어로 구성되며, 커널 크기는 2개로 설정될 수 있다. 이러한 컨볼루션 레이어를 통해 추출된 특징은 flattening을 통해 512개의 노드로 변환되며 32개의 노드로 구성된 덴스 레이어(dense layer)를 통해 하나의 노드로 구성된 출력층에 완전 연결(fully connected) 될 수 있다. 또한, ReLU(Rectified Linear Unit) 활성화 함수가 각 컨볼루션 레이어와 덴스 레이어에 적용될 수 있으며, 선형 활성화 함수가 출력 노드에 적용될 수 있다.Meanwhile, the heavy rain diagnosis model generated by the heavy rain diagnosis model generation unit 130 may be a Convolutinal Neural Network (CNN) architecture composed of three 1D convolutional layers, as shown in FIG. 5 . More specifically, the heavy rain diagnosis model according to the present embodiment is composed of three convolutional layers to which different numbers of filters of 64, 64, and 32 are applied, respectively, and the kernel size may be set to two. The features extracted through these convolution layers are converted into 512 nodes through flattening, and can be fully connected to an output layer composed of one node through a dense layer composed of 32 nodes. In addition, a Rectified Linear Unit (ReLU) activation function may be applied to each convolution layer and a dense layer, and a linear activation function may be applied to an output node.

진단부(140)는 호우진단모델 생성부(130)에서 생성된 호우진단모델에 전처리된 강수자료를 입력하여 강수량과 호우영역을 출력하고, 상기 출력된 강수량과 호우영역을 기초로 호우발생 가능성을 진단한다.The diagnosis unit 140 inputs the preprocessed precipitation data to the heavy rain diagnosis model generated by the heavy rain diagnosis model generation unit 130, outputs the amount of precipitation and the heavy rain area, and calculates the possibility of occurrence of heavy rain based on the output amount of precipitation and heavy rain area. Diagnose.

진단부(140)는, 상기 출력된 강수량에 상기 MCS 구름 시스템의 유형별로 최적화된 가중치를 부여하여 호우발생 가능성을 진단한다.The diagnosis unit 140 diagnoses the possibility of heavy rain occurrence by assigning weights optimized for each type of the MCS cloud system to the output amount of precipitation.

도 6 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 호우 발생 가능성을 진단하는 방법을 도시한 순서도이다.6 is a flowchart illustrating a method for diagnosing a possibility of heavy rain occurrence according to another embodiment of the present invention.

도 6 을 참조하면, 본 실시예에 따른 호우 발생 가능성을 진단하는 방법은 적어도 하나 이상의 지상자동관측장비 및 정지궤도 위성으로부터의 강수자료를 통해 호우 발생 가능성을 진단하는 호우 발생 가능성을 진단하는 장치에서의 호우 발생 가능성을 진단하는 방법으로서, 상기 지상자동관측장비 및 정지궤도 위성으로부터 강수자료를 수집하는 단계(S10), 상기 수집된 강수자료를 전처리하는 단계(S20), 상기 전처리된 강수자료 중 적어도 하나 이상을 훈련데이터로 선별하고, 상기 훈련데이터를 기초로 미리 설정된 구름 시스템의 유형별로 호우 발생 가능성을 진단하는 호우진단모델을 생성하는 단계(S30) 및 상기 생성된 호우진단모델에 상기 전처리된 강수자료를 입력하여 출력된 강수량과 호우영역을 기초로 호우발생 가능성을 진단하는 단계(S40)를 포함한다.Referring to FIG. 6 , the method for diagnosing the possibility of heavy rain occurrence according to the present embodiment is performed in an apparatus for diagnosing the possibility of heavy rain occurrence through precipitation data from at least one or more ground automatic observation equipment and a geostationary orbit satellite. As a method for diagnosing the possibility of heavy rain, collecting precipitation data from the ground automatic observation equipment and geostationary satellite (S10), pre-processing the collected precipitation data (S20), and at least one of the pre-processed precipitation data Selecting one or more as training data and generating a heavy rain diagnosis model for diagnosing the possibility of heavy rain occurrence for each type of preset cloud system based on the training data (S30) and the preprocessed precipitation in the created heavy rain diagnosis model. and diagnosing the possibility of heavy rain based on the amount of rainfall and the heavy rain area output by inputting the data (S40).

이상에서 설명한 실시예들에 따른 호우 발생 가능성을 진단하는 방법에 의한 동작은 적어도 부분적으로 컴퓨터 프로그램으로 구현되고 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록될 수 있다. 실시예들에 따른 딥러닝 기반의 초해상화 이미지 처리 방법에 의한 동작을 구현하기 위한 프로그램이 기록되고 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수도 있다. 또한, 본 실시예를 구현하기 위한 기능적인 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트(segment)들은 본 실시예가 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에 의해 용이하게 이해될 수 있을 것이다.The operation of the method for diagnosing the possibility of heavy rain according to the embodiments described above may be at least partially implemented as a computer program and recorded on a computer-readable recording medium. A program for implementing an operation by a deep learning-based super-resolution image processing method according to embodiments is recorded and a computer-readable recording medium includes all types of recording devices in which data readable by a computer is stored. include Examples of computer-readable recording media include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, and optical data storage devices. In addition, computer-readable recording media may be distributed in computer systems connected through a network, and computer-readable codes may be stored and executed in a distributed manner. In addition, functional programs, codes, and code segments for implementing this embodiment can be easily understood by those skilled in the art to which this embodiment belongs.

이하에서는, 본 발명에 따른 호우 발생 가능성을 진단한 결과에 대한 성능평가 방법에 대해 설명한다. 먼저, 2020년 실제 강수사례를 검증데이터로서 적용하여 성능평가가 수행되었다. 한편, 호우주의보와 호우특보 결정은 특정 숫자가 부여된 호우 지수 형태로 분류하였고, 국가기상위성센터에서 사용하고 있는 호우 임계지수(Critical Index, CI)의 분류결과와 비교하여 성능평가가 수행되었다. 상기 국가기상위성센터에서 사용되는 호우 임계지수의 기준치는 아래와 같다.Hereinafter, a performance evaluation method for a result of diagnosing the possibility of heavy rain occurrence according to the present invention will be described. First, performance evaluation was performed by applying actual precipitation cases in 2020 as verification data. On the other hand, heavy rain advisories and heavy rain special warnings were classified in the form of heavy rain indices given specific numbers, and performance evaluation was performed by comparing them with the classification results of the heavy rain critical index (CI) used by the National Meteorological Satellite Center. The reference value of the heavy rain critical index used by the National Meteorological Satellite Center is as follows.

(1) 특보 미표출 = 0 (0

Figure pat00001
CI < 30)(1) Special notice not expressed = 0 (0
Figure pat00001
CI < 30)

(2) 호우 주의보 = 1 (30

Figure pat00002
CI < 60)(2) Heavy rain advisory = 1 (30
Figure pat00002
CI < 60)

(3) 호우 경보 = 2 (CI

Figure pat00003
60)(3) Heavy rain alert = 2 (CI
Figure pat00003
60)

한편, 호우주의보와 호우 특보에 사용되는 강수강도 문턱값을 아래와 같다. On the other hand, the precipitation intensity threshold values used for heavy rain advisories and heavy rain warnings are as follows.

(1) 특보 미표출 = 0 (0~10 ㎜h-1 강수구간)(1) Special alert not expressed = 0 (0~10 mmh -1 precipitation section)

(2) 감시 = 1 (10~20 ㎜h-1 강수구간)(2) Monitoring = 1 (10~20 mmh -1 precipitation section)

(3) 호우주의보 = 2 (20~30 ㎜h-1 강수구간)(3) Heavy rain warning = 2 (20~30 mmh -1 precipitation section)

(4) 호우경보 = 3 (30 ㎜h-1 이상 강수구간)(4) Heavy rain warning = 3 (30 mmh -1 or more precipitation section)

또한, 성능평가에 사용되는 기준자료는 AWS 격자자료가 활용되었으며, AWS 격자자료에서 분류된 실제 호우지역을 이용하여 국가기상위성센터에서 제공한 CI 분류결과와 본 발명에 따른 호우 진단 모델에 검증데이터를 적용하여 출력한 결과인 호우영역의 공간분포의 특성을 비교하여 MCS 타입별로 호우 발생 가능성을 진단하는 능력에 대한 성능평가가 수행되었다. In addition, AWS grid data was used as the reference data used for performance evaluation, and the CI classification result provided by the National Meteorological Satellite Center using the actual heavy rain area classified in the AWS grid data and the verification data for the heavy rain diagnosis model according to the present invention The performance evaluation was performed on the ability to diagnose the possibility of heavy rain by MCS type by comparing the characteristics of the spatial distribution of the heavy rain area, which is the result of applying the output.

이하에서는 강수사례별로 상술한 바와 같이 수행한 성능평가 결과를 도 7 내지 도 11을 통해 설명한다.Hereinafter, performance evaluation results performed as described above for each precipitation case will be described with reference to FIGS. 7 to 11 .

도 7 은 SLP 강수사례에서의 본 발명에 따른 호우 발생 가능성을 진단한 결과를 도시한 도면이다. 도 7 은 SLP 강수사례(2020년 7월 30일 06:10 KST)에 대한 AWS의 호우 임계지수(도 7의 (a))와, GK2A 호우 임계지수(도 7 (b)) 와, 호우진단모델에서의 호우 임계지수(도 7 의 (c)) 와, 실제 강수량인 AWS 의 강우강도(도 7 의 (d)) 와, 가중치를 2 로 하여 호우진단모델에서 모의된 강우강도 분포(도 7 의 (e)) 를 도시하였다. 도 7에 따르면, 본 발명에 따른 호우진단 모델에서 진단한 호우영역이 일부 충청도 영역에서 과대 모의되었으나, GK2A 호우임계지수에 비해 상대적으로 실제 강수량인 AWS의 호우영역의 패턴과 유사하게 나타난 점을 확인할 수 있다. 7 is a diagram showing the result of diagnosing the possibility of occurrence of heavy rain according to the present invention in an SLP precipitation case. 7 shows the AWS heavy rain critical index (FIG. 7 (a)), the GK2A heavy rain critical index (FIG. 7 (b)), and heavy rain diagnosis for the SLP precipitation case (July 30, 2020 06:10 KST) The heavy rain critical index in the model (Fig. 7(c)), the rainfall intensity of AWS, which is the actual precipitation (Fig. 7(d)), and the distribution of rainfall intensity simulated in the heavy rain diagnosis model with a weight of 2 (Fig. 7 (e)) of is shown. According to FIG. 7, it can be confirmed that although the heavy rain area diagnosed by the heavy rain diagnosis model according to the present invention is over-simulated in some Chungcheong-do areas, it appears similar to the pattern of the heavy rain area of AWS, which is relatively actual precipitation compared to the GK2A heavy rain critical index. can

도 8 은 SLD 강수사례에서의 본 발명에 따른 호우 발생 가능성을 진단한 결과를 도시한 도면이다.8 is a diagram showing the result of diagnosing the possibility of occurrence of heavy rain according to the present invention in an SLD precipitation case.

도 8 은 SLD 강수사례(2020년 8월 2일 15:30 KST)에 대한 AWS의 호우 임계지수(도 8의 (a))와, GK2A 호우 임계지수(도 8의 (b)) 와, 호우진단모델에서의 호우 임계지수(도 8의 (c)) 와, 실제 강수량인 AWS의 강우강도(도 8의 (d)) 와, 가중치를 2 로 하여 호우진단모델에서 모의된 강우강도 분포(도 8의 (e)) 를 도시하였다. 도 8에 따르면, 도 7 에서와 유사하게 GK2A의 호우 임계지수는 실제 강수량인 AWS 패턴에 비해 한반도 내륙에서 서해안 영역까지 넓은 영역에 걸쳐 광범위하게 과대 모의하였으나, 본 발명에 따른 호우진단 모델에서 진단한 호우영역은 실제 강수량인 AWS의 호우영역의 패턴과 거의 일치하게 나타난 점을 확인할 수 있다.8 shows the AWS heavy rain critical index (Fig. 8 (a)), the GK2A heavy rain critical index (Fig. 8 (b)) and the heavy rain for the SLD precipitation case (August 2, 2020 15:30 KST) The heavy rain critical index in the diagnostic model (Fig. 8(c)), the rainfall intensity of AWS, which is the actual precipitation (Fig. 8(d)), and the distribution of rainfall intensity simulated in the heavy rain diagnostic model with a weight of 2 (Fig. 8(e)) is shown. According to FIG. 8, similar to FIG. 7, the heavy rain critical index of GK2A was extensively overestimated over a wide area from the inland to the west coast of the Korean Peninsula compared to the AWS pattern, which is the actual precipitation, but diagnosed in the heavy rain diagnosis model according to the present invention It can be seen that the heavy rain area almost coincides with the pattern of the heavy rain area of AWS, which is the actual precipitation.

도 9는 MCC 강수사례에서의 본 발명에 따른 호우 발생 가능성을 진단한 결과를 도시한 도면이다. 도 9는 MCC 강수사례(2020년 8월 3일 18:00 KST)에 대한 AWS의 호우 임계지수(도 9의 (a))와, GK2A 호우 임계지수(도 9의 (b)) 와, 호우진단모델에서의 호우 임계지수(도 9의 (c)) 와, 실제 강수량인 AWS의 강우강도(도 9의 (d)) 와, 가중치를 2 로 하여 호우진단모델에서 모의된 강우강도 분포(도 9의 (e))를 도시하였다. 도 9에 따르면, GK2A의 호우 임계지수는 실제 강수량인 MCC 가 발생한 영역보다 넓게 과대 모의하였으며 실제 형성된 호우 경보 이상인 영역과 일치하지 않았음을 알 수 있다. 반면에, 본 발명에 따른 호우진단 모델에서 진단한 결과는 호우 경보 이상이 나타난 위치와 패턴이 실제 강수량인 AWS 에서의 호우 경보 영역과 거의 일치한 점을 확인할 수 있다. 9 is a diagram showing the result of diagnosing the possibility of heavy rain occurrence according to the present invention in an MCC precipitation case. 9 shows the AWS heavy rain critical index (FIG. 9 (a)), the GK2A heavy rain critical index (FIG. 9 (b)), and heavy rain for the MCC precipitation case (August 3, 2020, 18:00 KST) The heavy rain critical index in the diagnostic model (Fig. 9(c)), the rainfall intensity of AWS, which is the actual precipitation (Fig. 9(d)), and the distribution of rainfall intensity simulated in the heavy rain diagnostic model with a weight of 2 (Fig. 9 (e)) is shown. According to FIG. 9, it can be seen that the heavy rain critical index of GK2A was simulated more widely than the area where MCC, the actual amount of precipitation, occurred, and did not coincide with the area of more than the actual heavy rain warning. On the other hand, in the diagnosis result of the heavy rain diagnosis model according to the present invention, it can be confirmed that the location and pattern of the heavy rain alarm abnormality almost coincide with the heavy rain alarm area in AWS, which is the actual precipitation.

도 10 은 CC 강수사례에서의 본 발명에 따른 호우 발생 가능성을 진단한 결과를 도시한 도면이다. 도 10 은 CC 강수사례(2020년 8월 21일 18:00 KST)에 대한 AWS의 호우 임계지수(도 10의 (a))와, GK2A 호우 임계지수(도 10의 (b)) 와, 호우진단모델에서의 호우 임계지수(도 10의 (c)) 와, 실제 강수량인 AWS의 강우강도(도 10의 (d)) 와, 가중치를 5 로 하여 호우진단모델에서 모의된 강우강도 분포(도 10의 (e))를 도시하였다. 도 10에 따르면, GK2A의 호우 임계지수는 실제 CC 가 발생한 영역과 일치하지 않은 반면에, 본 발명에 따른 호우진단 모델에서 진단한 결과는 호우 경보 이상이 나타난 위치화 패턴이 실제 AWS 에서의 호우 경보 영역과 유사한 점을 확인할 수 있다.10 is a diagram showing the result of diagnosing the possibility of occurrence of heavy rain according to the present invention in a CC precipitation case. 10 shows the AWS heavy rain critical index (FIG. 10 (a)), the GK2A heavy rain critical index (FIG. 10 (b)), and heavy rain for CC precipitation cases (August 21, 2020 18:00 KST) The heavy rain critical index in the diagnostic model (Fig. 10(c)), the rainfall intensity of AWS, which is the actual precipitation (Fig. 10(d)), and the distribution of rainfall intensity simulated in the heavy rain diagnostic model with a weight of 5 (Fig. 10(e)) is shown. According to FIG. 10, the heavy rain critical index of GK2A does not match the area where the actual CC occurred, whereas the diagnosis result of the heavy rain diagnosis model according to the present invention shows that the heavy rain alarm abnormality is found in the localization pattern in the actual AWS heavy rain alarm You can see the similarities with the area.

도 11 은 CC 강수사례에서의 본 발명에 따른 호우 발생 가능성을 진단한 결과를 도시한 도면이다. 도 11 은 CC 강수사례(2019년 8월 3일 19:00 KST)에 대한 AWS 의 호우 임계지수(도 11 의 (a))와, GK2A 호우 임계지수(도 11 의 (b)) 와, 호우진단모델에서의 호우 임계지수(도 11 의 (c)) 와, 실제 강수량인 AWS 의 강우강도(도 11 의 (d)) 와, 가중치를 2 로 하여 호우진단모델에서 모의된 강우강도 분포(도 11 의 (e)) 를 도시하였다. 도 11에 따르면, 본 발명에 따른 호우진단 모델에서 진단한 호우영역이 실제 강수량인 AWS의 호우영역의 패턴과 거의 일치하게 나타난 점을 확인할 수 있다.11 is a diagram showing the result of diagnosing the possibility of occurrence of heavy rain according to the present invention in a CC precipitation case. 11 shows the AWS heavy rain critical index (FIG. 11 (a)), the GK2A heavy rain critical index (FIG. 11 (b)), and heavy rain for CC precipitation cases (August 3, 2019, 19:00 KST) The heavy rain critical index in the diagnostic model (Fig. 11(c)), the rainfall intensity of AWS, which is the actual precipitation (Fig. 11(d)), and the distribution of rainfall intensity simulated in the heavy rain diagnostic model with a weight of 2 (Fig. 11 (e)) is shown. According to FIG. 11 , it can be confirmed that the heavy rain area diagnosed by the heavy rain diagnosis model according to the present invention almost coincides with the pattern of the heavy rain area of AWS, which is the actual precipitation.

상술한 본 발명의 일측면에 따르면, 지상자동관측장비 및 정지궤도 위성으로부터 수집한 강수자료로부터 패턴을 발견하여 한반도에서 발생하는 다양한 구름 시스템의 유형 별로 호우 발생 가능성을 정확하게 진단할 수 있는 이점을 갖는다.According to one aspect of the present invention described above, it has the advantage of accurately diagnosing the possibility of heavy rain occurrence for each type of various cloud systems occurring on the Korean Peninsula by finding a pattern from precipitation data collected from ground automatic observation equipment and geostationary satellites. .

이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to embodiments, it will be understood that those skilled in the art can variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below. You will be able to.

100: 호우 발생 가능성을 진단하는 장치
110: 강수자료 수집부
120: 전처리부
130: 호우진단모델 생성부
140: 진단부
100: device for diagnosing the possibility of heavy rain
110: precipitation data collection unit
120: pre-processing unit
130: heavy rain diagnosis model generation unit
140: diagnosis unit

Claims (12)

적어도 하나 이상의 지상자동관측장비 및 정지궤도 위성으로부터의 강수자료를 통해 호우 발생 가능성을 진단하는 장치로서,
상기 지상자동관측장비 및 정지궤도 위성으로부터 강수자료를 수집하는 강수자료 수집부;
상기 수집된 강수자료를 전처리하는 전처리부;
상기 전처리된 강수자료 중 적어도 하나 이상을 훈련데이터로 선별하고, 상기 훈련데이터를 기초로 미리 설정된 구름 시스템의 유형별로 호우 발생 가능성을 진단하는 호우진단모델을 생성하는 호우진단모델 생성부; 및
상기 생성된 호우진단모델에 상기 전처리된 강수자료를 입력하여 출력된 강수량과 호우영역을 기초로 호우발생 가능성을 진단하는 진단부를 포함하는 호우 발생 가능성을 진단하는 장치.
A device for diagnosing the possibility of heavy rain through precipitation data from at least one ground automatic observation equipment and geostationary satellite,
a precipitation data collection unit that collects precipitation data from the ground automatic observation equipment and the geostationary satellite;
a pre-processing unit pre-processing the collected precipitation data;
a heavy rain diagnosis model generating unit selecting at least one of the preprocessed precipitation data as training data and generating a heavy rain diagnosis model for diagnosing a possibility of occurrence of heavy rain for each type of preset cloud system based on the training data; and
and a diagnosis unit configured to input the preprocessed precipitation data into the generated heavy rain diagnosis model and diagnose the possibility of heavy rain occurrence based on the output amount and heavy rain area.
제 1 항에 있어서,
상기 강수자료 수집부는,
상기 정지궤도 위성으로부터 가시광선, 근적외선, 적외선, 수증기 채널을 포함하는 다채널 자료, 운정고도(Cloud top height) 자료, 운정온도(Cloud top temperature) 자료 및 태양 천정각 자료를 포함하는 정지궤도 강수자료를 수집하고,
상기 지상자동관측장비로부터 AWS(Automatic weather station) 관측자료로서 방사형기저함수 보간법(Radial basis function interpolation)으로 격자 보간된 AWS 격자자료를 수집하는, 호우 발생 가능성을 진단하는 장치.
According to claim 1,
The precipitation data collection unit,
Geostationary orbit precipitation including multi-channel data including visible ray, near infrared ray, infrared ray, and water vapor channels, cloud top height data, cloud top temperature data, and solar zenith angle data from the geostationary satellite collect data,
A device for diagnosing the possibility of heavy rain, which collects grid interpolated AWS grid data by radial basis function interpolation as AWS (Automatic Weather Station) observation data from the ground automatic observation equipment.
제 1 항에 있어서,
상기 전처리부는,
상기 정지궤도 강수자료와 상기 AWS 격자자료의 시공간을 상호 일치시켜 정렬하고,
상기 정렬된 정지궤도 강수자료와 AWS 격자자료를 기초로 상기 정지궤도 강수자료를 정규화하는, 호우 발생 가능성을 진단하는 장치.
According to claim 1,
The pre-processing unit,
Align the space-time of the geostationary precipitation data and the AWS grid data to match each other,
An apparatus for diagnosing the possibility of occurrence of heavy rain, which normalizes the geostationary-orbit precipitation data based on the aligned geostationary-orbit precipitation data and the AWS grid data.
제 1 항에 있어서,
상기 호우진단모델 생성부는,
상기 AWS 격자자료를 강수량을 기초로 적어도 하나 이상의 계층으로 분류하고,
상기 분류된 AWS 격자자료를 계층별로 상이하게 샘플링하여 훈련 데이터로 선별하는, 호우 발생 가능성을 진단하는 장치.
According to claim 1,
The heavy rain diagnosis model generating unit,
Classifying the AWS grid data into at least one layer based on precipitation,
An apparatus for diagnosing the possibility of heavy rain occurrence by sampling the classified AWS grid data differently for each layer and selecting them as training data.
제 4 항에 있어서,
상기 호우진단모델은,
3개의 1D 컨볼루션 레이어로 구성된 CNN(Convolution Neural Network) 아키텍처인, 호우 발생 가능성을 진단하는 장치.
According to claim 4,
The heavy rain diagnosis model,
A device for diagnosing the possibility of heavy rain, which is a CNN (Convolution Neural Network) architecture consisting of three 1D convolutional layers.
제 1 항에 있어서,
상기 호우진단모델 생성부는
중규모 대류계(Mesoscale Convective System; MCS) 구름 시스템의 유형별로 강수량 예측과 호우영역을 분류하는 호우진단모델을 생성하는 것인, 호우 발생 가능성을 진단하는 장치.
According to claim 1,
The heavy rain diagnosis model generating unit
Mesoscale Convective System (MCS) A device for diagnosing the possibility of heavy rain, which creates a heavy rain diagnosis model that predicts precipitation and classifies heavy rain areas by type of cloud system.
제 6 항에 있어서,
상기 진단부는,
상기 출력된 강수량에 상기 MCS 구름 시스템의 유형별로 최적화된 가중치를 부여하여 호우발생 가능성을 진단하는, 호우 발생 가능성을 진단하는 장치.
According to claim 6,
The diagnosis unit,
An apparatus for diagnosing the possibility of heavy rain occurrence by assigning weights optimized for each type of the MCS cloud system to the output precipitation amount to diagnose the possibility of heavy rain occurrence.
적어도 하나 이상의 지상자동관측장비 및 정지궤도 위성으로부터의 강수자료를 통해 호우 발생 가능성을 진단하는 호우 발생 가능성을 진단하는 장치에서의 호우 발생 가능성을 진단하는 방법으로서,
상기 지상자동관측장비 및 정지궤도 위성으로부터 강수자료를 수집하는 단계;
상기 수집된 강수자료를 전처리하는 단계;
상기 전처리된 강수자료 중 적어도 하나 이상을 훈련데이터로 선별하고, 상기 훈련데이터를 기초로 미리 설정된 구름 시스템의 유형별로 호우 발생 가능성을 진단하는 호우진단모델을 생성하는 단계; 및
상기 생성된 호우진단모델에 상기 전처리된 강수자료를 입력하여 출력된 강수량과 호우영역을 기초로 호우발생 가능성을 진단하는 단계;를 포함하는 호우 발생 가능성을 진단하는 방법.
A method for diagnosing the possibility of heavy rain occurrence in an apparatus for diagnosing the possibility of heavy rain occurrence through at least one ground automatic observation equipment and precipitation data from geostationary satellites,
collecting precipitation data from the ground automatic observation equipment and the geostationary satellite;
pre-processing the collected precipitation data;
selecting at least one of the preprocessed precipitation data as training data, and generating a heavy rain diagnosis model for diagnosing a possibility of occurrence of heavy rain for each type of preset cloud system based on the training data; and
and inputting the preprocessed precipitation data into the generated heavy rain diagnosis model and diagnosing a possibility of heavy rain occurrence based on the output rainfall amount and heavy rain area.
제 8 항에 있어서,
상기 지상자동관측장비 및 정지궤도 위성으로부터 강수자료를 수집하는 단계는,
상기 정지궤도 위성으로부터 가시광선, 근적외선, 적외선, 수증기 채널을 포함하는 다채널 자료, 운정고도(Cloud top height) 자료, 운정온도(Cloud top temperature) 자료 및 태양 천정각 자료를 포함하는 정지궤도 강수자료를 수집하고,
상기 지상자동관측장비로부터 AWS(Automatic weather station) 관측자료로서 방사형기저함수 보간법(Radial basis function interpolation)으로 격자 보간된 AWS 격자자료를 수집하는 것인, 호우 발생 가능성을 진단하는 방법.
According to claim 8,
The step of collecting precipitation data from the ground automatic observation equipment and the geostationary orbit satellite,
Geostationary orbit precipitation including multi-channel data including visible ray, near infrared ray, infrared ray, and water vapor channels, cloud top height data, cloud top temperature data, and solar zenith angle data from the geostationary satellite collect data,
A method for diagnosing the possibility of heavy rain, which collects grid interpolated AWS grid data by radial basis function interpolation as AWS (Automatic Weather Station) observation data from the ground automatic observation equipment.
제 9 항에 있어서,
상기 호우진단모델을 생성하는 단계는,
상기 AWS 격자자료를 강수량을 기초로 적어도 하나 이상의 계층으로 분류하고,
상기 분류된 AWS 격자자료를 계층별로 상이하게 샘플링하여 훈련 데이터로 선별하는 것인, 호우 발생 가능성을 진단하는 방법.
According to claim 9,
The step of generating the heavy rain diagnosis model,
Classifying the AWS grid data into at least one layer based on precipitation,
A method for diagnosing the possibility of heavy rain, wherein the classified AWS grid data is sampled differently for each layer and selected as training data.
제 10 항에 있어서,
상기 호우진단모델은, 3개의 1D 컨볼루션 레이어로 구성된 CNN(Convolutinal Neural Network) 아키텍처이고,
상기 호우진단모델을 생성하는 단계는, 중규모 대류계(Mesoscale Convective System; MCS) 구름 시스템의 유형별로 강수량 예측과 호우영역을 분류하는 호우진단모델을 생성하는 것인, 호우 발생 가능성을 진단하는 방법.
According to claim 10,
The heavy rain diagnosis model is a CNN (Convolutinal Neural Network) architecture composed of three 1D convolutional layers,
The step of generating the heavy rain diagnosis model is to generate a heavy rain diagnosis model for predicting precipitation and classifying heavy rain areas for each type of mesoscale convective system (MCS) cloud system. How to diagnose the possibility of heavy rain.
제 8 항 내지 제 11 항에 따른 호우 발생 가능성을 진단하는 방법을 실행하도록 구성된, 컴퓨터로 판독가능한 기록매체에 저장된 컴퓨터 판독가능 프로그램. A computer readable program stored on a computer readable recording medium, configured to execute the method for diagnosing a possibility of occurrence of heavy rain according to claims 8 to 11.
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