한강유역 지천홍수예보모형 개발 및 매개변수 최적화

박희성,정건희,Park,Hee-Seong,Chung,Gunhui 한국방재학회 2013 한국방재학회논문집 Vol.13 No.6

본 연구에서는 2012년 개선되어 우리나라 주요하천의 홍수예보에 사용되는 개선된 4대강 통합홍수예보모형을 한강의 주요지천인 중랑천, 왕숙천, 탄천, 안양천에 적용하기 위해 기존의 한강지천홍수예보모형을 개선하고 실무에서 사용될 매개변수 값을 제안하였다. 지천홍수예보는 짧은 도달시간으로 인해 선행예보시간이 충분하지 않아, 지천별 매개변수 값을 지정해 사용하는 경우가 일반적이다. 그러므로 본 연구에서는 각 지천의 과거 강우사상을 이용하여 새롭게 개발된 지천홍수예보모형의 매개변수 값을 제안하였다. 새롭게 개발된 지천홍수예보모형은 기존의 저류함수법을 이용하여 유역의 유출을 계산하면서도 지하수 침투 및 침루, 지하수 유출 모형이 추가되어 연속형 저류함수모형의 성격을 띄고 있다. 이에 장기유출자료를 활용한 토양수흐름 모형의 매개변수 최적화를 한 후, 강우사상별 매개변수를 다시 최적화하는 2단계 최적화를 수행하였다. 이는 장기유출자료를 활용하여 지표하 및 지하수 유출을 계산하는 토양수흐름 모형의 매개변수를 1단계로 최적화하고, 최적화된 매개변수를 적용하여 침투율모형을 안정화시킨 후, 각각의 호우사상별 유역과 하도의 저류함수법 매개변수를 2단계로 최적화하는 것이 실제 유출현상을 모의하기에 적절하다고 판단하였기 때문이다. 최적화 결과는 매개변수의 분포를 이용하여 제시함으로써 각각의 매개변수가 가지는 유출에 대한 민감도 및 매개변수의 사용 가능 범위를 이해할 수 있도록 하였다. 그러나 제시된 범위가 어떤 경향성을 보이지는 않는 것으로 판단되었다. 또한 제시된 범위만으로는 실무에서 혼란을 야기할 수 있으므로, 대표 매개변수 값을 제안하였다. 대표 매개변수 값을 제안하기 위한 방법으로 가중평균, 중앙값, 대표호우사상을 이용하는 방법과 3가지를 계산한 후 가장 잘 맞는 경우를 선택하는 방법 등 4가지를 제안하여 그 결과를 분석하였다. 그 결과 3가지 방법으로 계산된 결과중 가장 잘 맞는 것을 선택하는 방법이 지천홍수예보에 상당히 효율적인 것으로 나타났다. In this study, comprehensive flood forecasting model for main tributaries in the Han river was developed using the model structures of comprehensive 4 rivers flood forecasting model newly coded in 2012. The main tributaries in the Han river is Joong-Rang Cheon, Wang-Seok Cheon, Tan Cheon, and An-Yang Cheon. The optimized parameters in the tributaries were proposed as well. In the tributaries, because of the short forecasting time, the model parameters tend to be determined in each basin. Therefore, the optimized parameters in the newly developed flood forecasting model were proposed. Storage function method is also utilized in the comprehensive flood forecasting model with the combination of the subsurface flow model which is for calculating infiltration, percolation, and groundwater flow. Therefore, the newly developed flood forecasting is applicable in the long-term river flow forecasting. The 2-stage optimization was proposed. In the first stage, parameters in the subsurface flow model were optimized using a long-term rainfall-runoff data, and the parameters for the storage function method were optimized in the second stage using the rainfall events. A range of the optimized parameters was presented, from which the sensitivities and the parameters could be estimated. However, the understandable interpretation about the ranged parameters was not possible. Therefore, the representative parameters were proposed using weighted average, middle value, and representative rainfall events. As a result, the parameter value which provide the smallest error was selected as the final proposed parameter. It could improve the efficiency of the runoff forecasting in the practical application.

SCE-UA를 이용한 저류함수모형 최적 매개변수 선정 및 평가

정건희,박희성,성지연,김현준,Chung, Gunhui,Park, Hee-Seong,Sung, Ji Youn,Kim, Hyeon-Jun 한국수자원학회 2012 한국수자원학회논문집 Vol.45 No.11

Storage function method has been used for flood forecasting in the major rivers in Korea, however, the researches on the relationship between the parameters and runoff characteristics was not sufficient. In addition, there has been a controversy about the optimized parameters without the consideration of the physical characteristics of the basin. Therefore, in this study, the SCE-UA method is used to optimize the parameters and the proposed method was applied with two stage optimization in the Jeongseon and Yeongwol watersheds located in the most upstream in the South Han river. The contour map was developed to investigate parameters and the error surface calculated from the runoff. The proposed parameters is to provide a range of the possible parameter set in a watershed, rather than a specific value. However, the applicability is examined using the average value of the proposed ranged parameters. In this study, the criticism about the optimization technique to find an optimal value having no physical meaning on a watershed is tried to avoid. The objective of this study is to provide a range of parameters for the flood forecasting model and the intuition about the behavior of the parameters, so the efficiency of flood forecasting is increased. 저류함수법은 오랜 기간 국내 주요하천의 홍수예보에 활용되어 오고 있다. 그럼에도 불구하고, 매개변수와 유출특성의 관계를 정확히 규명하지 못하고 있어, 저류함수법에 대한 매개변수 최적화 연구들은 유역의 물리적인 특성을 반영하지 못한다는 논쟁이 있다. 이에 본 연구에서는 SCE-UA방법을 이용하여 저류함수법의 매개변수를 최적화하고, 매개변수의 변화에 따라 유출곡선이 달라지는 양상을 분석하였다. 분석대상 유역으로는 남한강 최상류지역인 정선과 영월 소유역을 선정하였으며, 상 하류에 위치한 두 개의 유역을 단계적으로 최적화 하였다. 또한 매개변수와 오차평면과의 관계를 알아보기 위해 등고선도를 그려 매개변수가 달라짐에 따라 유출곡선 오차의 변화를 분석하였다. 본 연구는 최적화를 통해 매개변수의 특정 값을 제안하기보다는 실무에서 초기값으로 활용할 수 있는 매개변수의 가능한 범위를 제안하는데 그 목적이 있으며, 제안된 범위의 평균값을 사용하여 모의가 적절히 됨을 확인하였다. 또한 오차를 최소화하기 위해 무작위로 매개변수의 집합을 결정하기 보다는 유역의 물리적인 특성을 고려하여 가능한 매개변수를 고정하고, 매개변수의 변화가 오차에 미치는 영향을 등고선도를 이용하여 분석함으로서 매개변수가 모형의 결과에 미치는 영향에 대한 직관력을 제공하고자 하였으며, 그 결과가 실무에서 홍수예보 효율 제고에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

TANK 모형의 매개변수 민감도 분석에 따른 최적화 프로그램 개발

맹승진 ( Seungjin Maeng ),김다예 ( Daye Kim ),윤현철 ( Hyeoncheol Yoon ),황주하 ( Juha Hwang ),김원범 ( Wonbeom Kim ) 한국농공학회 2020 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2020 No.-

본 연구에서는 우리나라의 농업용 저수지의 모의된 유입량을 TANK 모형에 의해 산정하고 관측된 유입량과 비교하였다. 관측유입량과 모의유입량간의 신뢰성을 높이기 위해 우선적으로 TANK 모형 매개변수의 민감도를 분석하였다. 민감도 분석을 위해 토지이용도, 유역면적, 유효저수량 등을 이용하여 대표 저수지를 선정하였다. 대표 저수지의 특정년을 대상으로 고수시와 저수시로 구분하여 매개변수 민감도 분석 결과 유입량이 고수시에는 A2, HA2, A1, A0 순으로, 저수시에는 HA2, A2, B1, B0 순으로 민감하게 반응하였다. 즉 고수시에는 1단 TANK 중심의 계수로 민감하였으며 저수시에는 1단 TANK 중심의 계수로 민감하게 나타났다. 고수시와 저수시를 모두 고려하면 매개변수가 A2, HA2, B1, B0순으로 민감하게 나타났다. 또한, 매개변수 민감도 분석 결과를 기반으로 190개의 저수지에 대한 매개변수 최적화를 실시하였다. 190개 저수지의 매개변수 초기값은 수자원장기종합계획(2011)에서 결정된 중권역별로 제시된 값으로 적용하였다. 즉 해당저수지가 1001중권역에 포함되어 있으며 수자원장기종합계획 1001 중권역에 해당하는 매개변수를 초기값으로 하였다. 저수지별로 TANK 모형의 매개변수 초기값을 기준으로 매개변수의 민감도 순(B1, B0, A0, HA1, A1, C1, C0, D1 순)으로 초기값을 기준하여 최소 -50%, 최대 50%로 하고 5% 간격으로 매개변수를 변화해 가면서 목적함수인 NSE(Nash-Sutcliffe Efficiency)와 체적비(Ratio Of Volume, ROV))가 1에 가깝게 산정되는 매개변수 군을 최종 매개변수로 결정하였다. TANK 모형의 매개변수 민감도 분석을 통한 매개변수 최적화 프로그램은 미계측 저수지를 대상으로 저수지 유역 특성이 유사한 저수지의 유입량 산정에 기여 할 수 있을 것으로 기대된다.

SCE-UA를 이용한 저류함수모형 최적 매개변수 선정 및 평가

정건희,박희성,성지연,김현준 한국수자원학회 2012 한국수자원학회논문집 Vol.45 No.11

저류함수법은 오랜 기간 국내 주요하천의 홍수예보에 활용되어 오고 있다. 그럼에도 불구하고, 매개변수와 유출 특성의 관계를 정확히 규명하지 못하고 있어, 저류함수법에 대한 매개변수 최적화 연구들은 유역의 물리적인 특성을 반영하지 못한다는 논쟁이 있다. 이에 본 연구에서는 SCE-UA방법을 이용하여 저류함수법의 매개변수를 최적화하고, 매개변수의 변화에 따라 유출곡선이 달라지는 양상을 분석하였다. 분석대상 유역으로는 남한강 최상류지역인 정선과 영월 소유역을 선정하였으며, 상‧하류에 위치한 두 개의 유역을 단계적으로 최적화 하였다. 또한 매개변수와 오차평면과의 관계를 알아보기 위해 등고선도를 그려 매개변수가 달라짐에 따라 유출곡선 오차의 변화를 분석하였다. 본 연구는 최적화를 통해 매개변수의 특정 값을 제안하기보다는 실무에서 초기값으로 활용할 수 있는 매개변수의 가능한 범위를 제안하는데 그 목적이 있으며, 제안된 범위의 평균값을 사용하여 모의가 적절히 됨을 확인하였다. 또한 오차를 최소화하기 위해 무작위로 매개변수의 집합을 결정하기 보다는 유역의 물리적인 특성을 고려하여 가능한 매개변수를 고정하고, 매개변수의 변화가 오차에 미치는 영향을 등고선도를 이용하여 분석함으로서 매개변수가 모형의 결과에 미치는 영향에 대한 직관력을 제공하고자 하였으며, 그 결과가 실무에서 홍수예보 효율 제고에 기여할 수 있을 것으로 판단된다. Storage function method has been used for flood forecasting in the major rivers in Korea, however, the researches on the relationship between the parameters and runoff characteristics was not sufficient. In addition, there has been a controversy about the optimized parameters without the consideration of the physical characteristics of the basin. Therefore, in this study, the SCE-UA method is used to optimize the parameters and the proposed method was applied with two stage optimization in the Jeongseon and Yeongwol watersheds located in the most upstream in the South Han river. The contour map was developed to investigate parameters and the error surface calculated from the runoff. The proposed parameters is to provide a range of the possible parameter set in a watershed, rather than a specific value. However, the applicability is examined using the average value of the proposed ranged parameters. In this study, the criticism about the optimization technique to find an optimal value having no physical meaning on a watershed is tried to avoid. The objective of this study is to provide a range of parameters for the flood forecasting model and the intuition about the behavior of the parameters, so the efficiency of flood forecasting is increased.

실측 저수지 수위 기반 유입량 추정을 위한 수문모형의 다중목적 최적화

송정헌 ( Jung-hun Song ),강문성 ( Moon Seong Kang ),김계웅 ( Kyeung Kim ),류정훈 ( Jeong-hoon Ryu ) 한국농공학회 2017 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2017 No.-

국내의 일부 농업용 저수지에서는 상류에서 유입되는 유량을 측정하고 있으나, 모든 저수지에 대해 측정하기에는 현실적 한계가 있다. 한편, 한국농어촌공사에서는 유효저수량 10만톤 이상 저수지에 대해 수위를 관측하고 있으며, 이는 수위-내용적 곡선을 통해 저수량으로 변환이 가능하다. 저수량 자료가 확보되면 물수지 연속방정식을 기반으로 간접적으로 유입량의 추정이 가능하나, 수위가 상승하는 구간에 대해서만 적용이 가능하기에 연속적인 자료의 확보에 한계가 있다. 이 경우 간헐적 유입량 자료를 대상으로 수문모형의 매개변수를 최적화하여 장기간 연속자료로 변환하는 것이 한 방안이 될 수 있다. 수문 모형의 매개변수 최적화시 단일 목적함수에 따른 편향된 매개변수 보정 결과는 의사결정에 영향을 미칠 수 있으며, 최근에는 고유량·저유량·총량·유황곡선 목적함수의 trade-off를 고려한 매개변수 최적화에 관한 연구가 세계적으로 활발히 수행되고 있다. 본 연구에서는 저수지 수위 기반으로 추정된 간헐적 유입량 자료를 기반으로 수문모형의 매개변수를 다중목적 최적화하여 장기유량으로 변환하고자 한다. 수문 모형과 매개변수 최적화 기법은 각각 3단 Tank 모형과 SCE (Shuffled Complex Evolution) 기법을 이용하였다. 매개변수 최적화를 위한 목적함수는 고유량·저유량·총량·분산 관련 지표에 가중치를 부여한 다중 목적함수로 설정하였으며, 이를 통해 도출된 다양한 매개변수 후보군 중 고유량·저유량·총량·유황곡선의 유사정도가 전반적으로 일치하는 매개변수 군을 수동으로 선택하였다. 본 연구 결과는 미계측 저수지의 유입량을 추정할 수 있음으로써 효율적인 물관리와 용수관리 의사결정에 활용할 수 있을 것으로 사료된다.

Bayesian 모형을 이용한 단일사상 강우-유출 모형의 불확실성 분석

권현한,김장경,이종석,나봉길,Kwon, Hyun-Han,Kim, Jang-Gyeong,Lee, Jong-Seok,Na, Bong-Kil 한국수자원학회 2012 한국수자원학회논문집 Vol.45 No.5

본 연구에서는 국내외에서 범용되고 있는 단일강우사상 모형인 미육군공병단의 HEC-1 모형을 이용하여 대청댐 유역의 실측 강우-유출 사상을 중심으로 강우-유출 모의를 수행하였으며, 매개변수 검정에는 실제 대청댐의 시간당 유입량을 기준으로 검정을 실시하였다. HEC-1 모형에는 매개변수를 자동으로 최적화시키는 프로그램이 내장되어 있으나 본 연구의 대상유역과 같이 다수의 소유역이 있는 경우, 매개변수 추정시 매개변수 중 일부는 수렴되지 못하고 발산하는 문제가 있었으며, 첨두유량의 추정능력 역시 저하되는 문제를 보였다. 따라서 이러한 HEC-1 모형의 매개변수의 불확실성을 고려하기 위한 방안으로 Bayesian 모형을 HEC-1모형에 연동시켜 활용하였으며, 기존 HEC-1 강우-유출 모형에 적용할 수 있는 매개변수 최적화 및 불확실성 정량화를 위해 HEC-1 강우-유출 모형 매개변수는 SCS 1개, Clark 단위도 2개를 Bayesian MCMC 기법을 적용하여 매개변수간 조건부확률로 모의발생을 한 후, Bayesian 모형으로부터 각 매개변수의 사후분포(posterior distribution)를 추정하여 사후분포의 추정이 매개변수의 불확실성 정량화를 수행하였다. 본 연구를 통해 제안된 BHEC-1 모형을 대상으로 대청댐 유역에 실측 강우-유출사상에 대해서 모형의 적합성을 평가한 결과, 7개 유역의 21개의 매개변수가 해의 발산 없이 안정된 매개변수 추정이 가능하였다. 한편, Bayesian 모형을 근간으로 하기 때문에 최종결과로서 매개변수들의 사후분포(posterior)의 추정이 가능하여 향후 홍수빈도곡선 유도, 댐 위험도분석과 기후변화 문제와 같은 다양한 수문학적 문제의 연구에 적용 가능할 것으로 전망된다. The study applies a hydrologic simulation model, HEC-1 developed by Hydrologic Engineering Center to Daecheong dam watershed for modeling hourly inflows of Daecheong dam. Although the HEC-1 model provides an automatic optimization technique for some of the parameters, the built-in optimization model is not sufficient in estimating reliable parameters. In particular, the optimization model often fails to estimate the parameters when a large number of parameters exist. In this regard, a main objective of this study is to develop Bayesian Markov Chain Monte Carlo simulation based HEC-1 model (BHEC-1). The Clark IUH method for transformation of precipitation excess to runoff and the soil conservation service runoff curve method for abstractions were used in Bayesian Monte Carlo simulation. Simulations of runoff at the Daecheong station in the HEC-1 model under Bayesian optimization scheme allow the posterior probability distributions of the hydrograph thus providing uncertainties in rainfall-runoff process. The proposed model showed a powerful performance in terms of estimating model parameters and deriving full uncertainties so that the model can be applied to various hydrologic problems such as frequency curve derivation, dam risk analysis and climate change study.

Bayesian 모형을 이용한 단일사상 강우-유출 모형의 불확실성 분석

권현한,김장경,이종석,나봉길 한국수자원학회 2012 한국수자원학회논문집 Vol.45 No.5

본 연구에서는 국내외에서 범용되고 있는 단일강우사상 모형인 미육군공병단의 HEC-1 모형을 이용하여 대청댐 유역의 실측 강우-유출 사상을 중심으로 강우-유출 모의를 수행하였으며, 매개변수 검정에는 실제 대청댐의 시간당 유입량을 기준으로 검정을 실시하였다. HEC-1 모형에는 매개변수를 자동으로 최적화시키는 프로그램이 내장되어 있으나 본 연구의 대상유역과 같이 다수의 소유역이 있는 경우, 매개변수 추정시 매개변수 중 일부는 수렴되지 못하고 발산하는 문제가 있었으며, 첨두유량의 추정능력 역시 저하되는 문제를 보였다. 따라서 이러한 HEC-1 모형의 매개변수의 불확실성을 고려하기 위한 방안으로 Bayesian 모형을 HEC-1모형에 연동시켜 활용하였으며, 기존 HEC-1 강우-유출 모형에 적용할 수 있는 매개변수 최적화 및 불확실성 정량화를 위해 HEC-1 강우-유출 모형 매개변수는 SCS 1개, Clark 단위도 2개를 Bayesian MCMC 기법을 적용하여 매개변수간 조건부확률로 모의발생을 한 후, Bayesian 모형으로부터 각 매개변수의 사후분포(posterior distribution)를 추정하여 사후분포의 추정이 매개변수의 불확실성 정량화를 수행하였다. 본 연구를 통해 제안된 BHEC-1 모형을 대상으로 대청댐 유역에 실측 강우-유출 사상에 대해서 모형의 적합성을 평가한 결과, 7개 유역의 21개의 매개변수가 해의 발산 없이 안정된 매개변수 추정이 가능하였다. 한편, Bayesian 모형을 근간으로 하기 때문에 최종결과로서 매개변수들의 사후분포(posterior)의 추정이 가능하여 향후 홍수빈도곡선 유도, 댐 위험도분석과 기후변화 문제와 같은 다양한 수문학적 문제의 연구에 적용 가능할 것으로 전망된다. The study applies a hydrologic simulation model, HEC-1 developed by Hydrologic Engineering Center to Daecheong dam watershed for modeling hourly inflows of Daecheong dam. Although the HEC-1 model provides an automatic optimization technique for some of the parameters, the built-in optimization model is not sufficient in estimating reliable parameters. In particular, the optimization model often fails to estimate the parameters when a large number of parameters exist. In this regard, a main objective of this study is to develop Bayesian Markov Chain Monte Carlo simulation based HEC-1 model (BHEC-1). The Clark IUH method for transformation of precipitation excess to runoff and the soil conservation service runoff curve method for abstractions were used in Bayesian Monte Carlo simulation. Simulations of runoff at the Daecheong station in the HEC-1 model under Bayesian optimization scheme allow the posterior probability distributions of the hydrograph thus providing uncertainties in rainfall-runoff process. The proposed model showed a powerful performance in terms of estimating model parameters and deriving full uncertainties so that the model can be applied to various hydrologic problems such as frequency curve derivation, dam risk analysis and climate change study.

교차로의 특성을 고려한 도로선형최적화

김응철,장명순,손봉수 대한교통학회 2002 대한교통학회지 Vol.20 No.4

This paper develops modeling processes for high- way alignment optimization considering characteristics of intersections using genetic algorithms. Since existing highway alignment optimization models have neglected the characteristics of intersections, they have shown serious weaknesses in real appli- cations. In this paper, intersection costs include earthwork, right-of-way, pavement, accident, delay and fuel consumption costs that are sensitive and dominating to alignments. Also, local optimization of intersections for saving good alignment alter- natives is developed and embedded. A highway alignment is described by parametric representation in space and vector manipulation is used to find the coordinates of intersections and other interesting points. The intersection cost estimation model developed in this study has acceptable precision level in estimating intersection costs and eventually enhancing the performance of highway alignment optimization models. Also, the local optimization of intersections can be used for improving search flexibility, thus allowing more effective intersections. It also provides a basis for extending the alignment optimization from single highways to networks. The two artificial examples presented show that total intersection costs are substantial and sensi- tive to highway alignments. 본 연구에서는 교차로의 비용 및 특성을 고려한 도로선형최적화 모형을 유전자 알고리즘(Genetic Algorithms)을 이용하여 개발하였다. 기존의 도로선형최적화 모형은 교차로 특성을 고려하지 못해서 실제 적용에 심대한 문제점을 내재하고 있다. 본 논문에서는 특정 도로선형에 교차로 건설의 필요가 있을 경우, 민감(Sensitive)하고 지배적인(Dominating) 교차로 비용 항목들 즉, 토공비용, 보상비, 포장비, 사고비용, 지체 및 연료소모비용 등의 산정이 시도되었다. 또한, 비교적 우수한 도로선형 대안을 유전자 알고리즘을 이용한 탐색과정 중에서 비효율적으로 강제 퇴화시키는 단점 보완을 위한 교차로 국소 최적화 방법(Local Optimization of Intersections)이 개발되어 기존 모형을 보완하였다. 공간상의 도로선형은 매개변수적 묘사(Parametric Representation)를 통하여 구현하였으며 벡터운영(Vector Manipulation)을 통해 교차로비용 산정의 근간인 교차점과 다른 중요점들의 좌표를 찾을 수 있었다. 개발된 교차로 비용산정 모형이 보다 정밀하게 교차로 비용을 산정함이 증명되었으며 궁극적으로는 기존의 최적화 모형의 단점을 보완할 수 있음이 제시되었다. 또한, 새로이 제시된 교차로 국소 최적화 방법이 최적대안 탐색과정의 유연성을 증대하였으며, 결과적으로 효율적인 교차로의 유지에 기여함을 알 수 있었다. 제시된 교차로 국소 최적화 방법은 추후 단일노선이 아닌 도로망 최적화시의 기초를 제시함은 주목할 만 하다. 두개의 예제에서 도출된 최적노선 및 교차로 비용 등의 검토 결과, 도로상의 교차로 건설 비용은 도로선형 최적화에 큰 영향을 미치는 실질적이며 민감한 비용 항목임이 검증되었으며 이는 도로선형최적화 모형이 교차로 비용을 반드시 검토 및 평가할 수 있어야 함을 반증한다.This research has been partially performed by the Maryland State Highway Administration in USA and the Advanced Highway Research Center funded by the Korea Ministry of Science and Technology, Korea Science and Engineering Foundation.

형상 최적설계를 위한 최적화 기법에 관한 연구

최병한,Choi, Byoung Han 한국강구조학회 2004 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.16 No.6

본 연구는 구조물의 형상 최적화를 효율적이면서 보다 용이하게 수행할 수 있는 기법을 제안하고자 하였다. 구조물의 형상 표현과 설계변수 선택을 위해 설계요소 개념을 활용하여 설계변수 수를 과감하게 줄일 수 있었고, 등매개변수 사상기법을 이용하여 최적화 과정 중 형상의 변화에 따른 유한요소망을 자동생성 하였으며 효율적인 최적화 과정 수행을 위하여 결정론적 최적화 기법(개선된 허용방향법)과 스토캐스틱 최적화 기법(유전 알고리즘)을 사용하여 그 결과와 효율성을 비교하였다. 최적화 과정 중 구조해석은 유한요소법을 이용하며 구조물의 부피와 단면적 등을 목적함수로 하여 형상 최적화를 수행하였다. 또한 제작성과 시공성을 위한 최종형상 제시를 위하여 최적형상에 완화곡선 처리를 시도하였다. 이상의 연구를 강구조물을 대상으로 한 몇 가지 수치 예에 적용한 결과 설계과정을 보다 단순화시켰으며, 두 가지 기법 모두 최적해에 수렴함으로써 목적함수 값을 효과적으로 개선시킬 수 있었다. 따라서 본 연구는 그 타당성과 적용성이 있다고 판명된다. This study describes an efficient and facile method for configuration optimum design of structures. One of the ways to achieve numerical shape representation and the selection of design variables is using the design element concept. Using this technique, the number of design variables could be drastically reduced. Isoparametric mapping was utilized to automatically generate the finite element mesh during the optimization process, and this made it possible to easily calculate the derivatives of the coordinates of generated finite element nodes w.r.t. the design variables. For the structural analysis, finite element analysis was adopted in the optimization procedure, and two different techniques(the deterministic method, a modified method of feasible direction; and the stochastic method, a genetic algorithms) were applied to obtain the minimum volumes and section areas for an efficient configuration optimization procedure. Futhermore, spline interpolation was introduced to present a realistic optimum configuration that meet the manufacturing requirements. According to the results of several numerical examples(steel structures), the two techniques suggested in this study simplified the process of configuration optimum design of structures, and yielded improved objective function values with a robust convergence rate. This study's applicability and capability have therefore been demonstrated.

상대선호도함수 모델을 위한 매개변수 최적화가 토지피복 변화 예측성에 미치는 영향

박종철 ( Jongchul Park ),김동우 ( Dongwoo Kim ),장동호 ( Dong Ho Jang ) 한국사진지리학회 2016 한국사진지리학회지 Vol.26 No.3

3개의 매개변수를 가지는 상대선호도함수(relative favorability function, RFF) 모델은 다양한 공간자료를 통합하여 미래 토지피복 변화를 추정할 수 있다. 본 연구는 이 매개변수들을 최적화하는 방안을 제시하고, 최적화가 토지피복 변화 예측성에 미치는 영향에 대하여 연구하였다. 연구 결과, 매개변수 최적화가 RFF 모델 수립 단계에서 충실도를 향상시킨다는 것을 확인하였다. 하지만 이 충실도가 모델의 예측성 향상과 직접적으로 연관되어 있지는 않았다. RFF 모델의 예측성은 매개변수 최적화 보다는 모델 학습 기간의 설계와 연관되어 있었다. 본 연구 결과는 매개변수 최적화가 RFF 모델의 예측 결과에 미치는 영향과 한계를 확인하였다는 점과 RFF 모델의 개선 방안을 도출 하였다는 점에서 의의가 있다. The relative favorability function (RFF) model, which has three parameters, can estimate future changes in land cover by integrating a variety of spatial data. The study suggested methods to optimize these parameters and the impact of the optimization was studied on predictability in land cover change. As a result, it was confirmed that the parameter optimization is to improve the feasibility in the established process of the RFF model. However that is not directly related to improve the predictability of the model. The predictability of the model was more associated with designation of period for model calibration than the parameter optimization. This result is meaningful that impact and limitation of the parameter optimization was confirmed in RFF modeling. Furthermore, this study is meaningful in that it was derived the improvement of the model.