유전자 알고리즘을 이용한 수질측정망 설계에 관한 연구

박수영 이화여자대학교 과학기술대학원 2003 국내석사

본 연구는 과학적인 하천관리를 위한 필수적인 수질측정망 설계 과정에 유전자 알고리즘을 적용하여 합리적인 수질측정지점 선정 방안을 제시하였다. 국내 수질측정망은 운영 초기부터 30여년이 지난 현재까지 과학적인 측정망 설계방안 부재의 문제를 안고 있으며, 주관적인 판단과 접근 용이성 등을 위주로 측정지점이 설계 및 운영되어 왔다. 그러나 최근 새로운 물관리 제도가 빠르게 도입되고, 수리 및 수질 자료의 정확성과 대표성에 대한 요구가 급증하면서 과학적인 수질측정망 설계의 필요성이 증대되고 있다. 유전자 알고리즘(Genetic Algorithm)은 주어진 문제에 대한 최적의 운영 상황 혹은 최적의 해를 찾는 탐색알고리즘의 일종으로 그 해법이 가진 단순성과 다른 문제 해결방안과의 높은 결합능력으로 최근 다양한 분야에서 활용되고 있다. 따라서 본 연구에서는 낙동강 수계를 대상으로 지리정보시스템과 유전자 알고리즘을 결합함으로써 최적의 수질측정망 설계에 대한 방안을 모색하였다. 유전자 알고리즘은 실행 초기에 임의로 발생시킨 해의 집단(염색체)에 대하여 적합도를 산출하여, 우수한 해만을 진화의 과정을 통하여 최적해를 도출한다. 따라서 유전자 알고리즘의 적합도 함수는 해당 문제의 특성을 반영해야 하므로, 본 연구에서는 수질측정망의 운영 목적에 부합하는 수계대표성, 수질기준치준수, 물이용감시, 오염원감시 및 수질변화규명의 5가지 설계 기준에 대하여 적합도 함수를 정립하였다. 수계대표성은 대상 수체의 지리적 우선순위를 반영하였고, 수질기준치 준수는 수질기준에 대한 위반 정도를 반영하는 기준이며, 물이용감시는 취수장 상류에서의 수체 감시 기능에 대한 기준, 오염원 감시는 비점오염원과 점오염원의 방류에 대한 감시를 위한 기준이고, 마지막으로 수질변화규명은 표준유역 수질의 변화 양상을 감지할 수 있는 지점을 고려한 기준이다. 유전자 알고리즘은 그 특성상 동일한 매개변수를 갖는다 하더라도, 처음 발생하는 난수에 따라 최종 결과가 다르기 때문에 반복적인 수행을 통해 최적의 매개변수를 추출하여 최종적인 최적해를 선택해야 한다. 따라서 개체크기, 세대수, 교배율, 그리고 돌연변이율의 각각에 대하여 감도 분석을 실시하고, 이들 결과를 조합한 4개 시나리오에 대한 감도 분석을 반복 수행하였다. 그 결과 개체크기 300, 세대수 4000, 교배율 0.8, 돌연변이율 0.01의 매개변수를 취할 때 가장 우수한 적합도를 얻어 최적해를 도출할 수 있었다. 유전자 알고리즘의 실행을 통하여 얻어진 결과는 지리정보시스템을 통하여 시각화하여 구체적인 지점을 표기하였다. 본 연구 결과 현재 낙동강 하천 수질측정망과 같은 110개의 지점을 추출하였을 때, 그 중 35개 지점이 현재 운영되고 지점과 일치하였다. 또한 앞으로의 확대 방안을 위하여 130, 150, 170, 190, 그리고 210개의 지점 규모의 수질측정망을 새롭게 제안하였다. 이와 같은 결과는 현재 운영되고 있는 측정망에 대한 타당성의 고찰시 반영될 수 있고, 새롭게 제안된 지점을 바탕으로 측정망의 확장안에 대한 고려가 요구되는 바이다. 본 연구를 통하여 유전자 알고리즘을 이용한 과학적인 수질측정망 설계 최적화 방안을 모색하고 적용하였으며, 이는 수질측정망 설계 및 운영에 대하여 체계적이고 합리적인 방법으로 그 활용이 기대된다. This paper presents a method for designing a water quality monitoring network using a Genetic Algorithm. The water quality monitoring network, after 30 years of operation of the monitoring networks, is still tended to use experience and subjective judgement in locating monitoring stations. The need to perform new system of water management has led designers to make a scientific designing of a water quality monitoring network. Genetic Algorithms with high adaptability and simplicity of their solutions have been applied to optimization problems in various fields. This study aims to propose an integrated technique of Genetic Algorithm and Geographic Information System(GIS) for designing the water quality monitoring networks. A fitness function of Genetic Algorithm is set to evaluate the alternatives for chromosome, so that the chromosome of high fitness subsists. In this study, a fitness function is defined by the linear combination of five criteria which stand for characteristics of water quality monitoring. There are five criteria - representativeness of a river system, compliance with water quality standards, supervision of water use, surveillance of pollutant-sources, examination of water quality changes. The fitness level is obtained through calculations of the fitness functions using the criteria and input data from GIS. As Genetic Algorithm is based on random searching and starting point, a series of runs with the same parameters should be performed to find the most appropriate parameters for the problems. The sensitivity analysis is performed for four parameters such number of generations, population sizes, probability of crossover, and probability of mutation. From the sensitivity analysis, four parameters are determined as number of generations of 4000, population sizes of 300, probability of crossover of 0.8, and probability of mutation of 0.01. The sensitivity analysis shows the good fitness level and a nice convergence for solutions. Applying the proposed method, a water quality monitoring network in the Nakdong river is designed with 110 stations with the same scale as current network. Only 35 candidate stations correspond to existing locations. Consequently, consideration for its expansion may be in need on propriety of a current water quality monitoring network. Results through this study demonstrate that the integrated technique of Genetic Algorithm and GIS can be utilized as a decision supporting tool in optimized design for a water quality monitoring network.

통계기법을 활용한 팔당 수질정책 효과 분석 및 경안천 유역 관리 방안에 관한 연구

하주현 이화여자대학교 과학기술대학원 2005 국내석사

팔당호는 1973년 발전 및 용수공급을 목적으로 남한강과 북한강 및 경안천의 합류지점에 댐을 축조함으로써 이루어진 하천형 호소로서, 수도권의 2000만 인구에 용수를 공급하는 국내 최대 규모의 광역 상수원이다. 팔당호 상수원보호를 위해 한강수계를 대상으로 각종 토지이용규제 및 한강특별대책 등을 비롯한 적극적인 수질관리 노력이 이루어져 왔음에도 불구하고 목표로 하는 수질기준 1등급 달성은 요원한 상황이며 강우 시 다량의 쓰레기 유입과 지속적인 난분해성 유기물(COD) 증가 등 팔당 상수원 수질개선에는 여전히 많은 난제가 남아있다. 이와 같은 팔당호 수질의 계속적인 악화는 기존의 규모와 배출농도 규제 위주의 수질보호정책이 가진 한계를 극명히 보여주는 것으로 수질보호를 위한 정책 전반에 걸친 비효율성과 관리능력 부재에 기인한다고 할 수 있다. 따라서 본 연구는 팔당호 수질개선을 위해서 한강수계 중 가장 수질이 악화된 경안천을 연구대상 지역으로 선택하여 이 지역에 적용되는 기존의 수질관리정책의 문제점 분석과 새로운 대안을 제시하고자 하였다. 경기도 용인시와 광주시에 걸쳐 자리 잡은 경안천은 수도권 상수원인 팔당호로 직접 유입되므로 팔당호의 수질보전을 위해 경안천유역 일부지역이 상수원보호구역, 특별대책지역, 수변구역 등으로 지정되어 엄격한 수질 기준 적용과 개발제한 등으로 규제를 받고 있다. 그러나 엄격한 규제에도 불구하고 경안천 유역은 수도권과의 인접성으로 인해 오·폐수배출시설, 축산시설 등 오염원이 계속적으로 증가하고 있으며 이로 인해 수질은 심하게 악화되고 있다. 또한 경안천으로부터 팔당호에 유입되는 수량은 약 2%에 불과하지만 하천의 유하거리가 짧아 팔당호 오염에 큰 영향을 미치고 있는 것으로 알려져 있어, 경안천 유역 내에 산재되어 있는 각 오염원에 대한 규제의 필요성이 지속적으로 제기되고 있다. 따라서 팔당호의 수질을 개선하고 보전함에 있어 경안천의 중요성은 매우 크다고 할 수 있으며 앞으로도 이 지역의 개발압력이 커질 것으로 예상됨에 따라 더욱 중점적이고 합리적인 관리방안이 필요할 것으로 예상된다. 본 연구는 크게 두 가지 단계로 이루어졌다. 우선 정책의 실효성을 평가하기 위해 통계적 기법인 계절 맨-켄달 검정법(Seasonal Mann-Kendall Test)을 활용한 새로운 정책 실효성 평가 방법을 개발하고 이를 통해 경안천 지역의 수질관리정책이 실제 수질에 미친 효과를 정량적, 과학적 방법으로 분석하고자 하였다. 이 방법은 정책의 전과 후에 각각 계절 맨-켄달 검정을 시행하여 농도변화 추이를 비교함으로써 정책이 수질농도 변화에 어떠한 영향을 주었는지 평가하는 것이다. 이를 위해 환경부 수질측정 항목 중 수질정책에 있어 중요하다고 판단되는 4가지 항목(BOD, COD, TN, TP)을 대상으로 분석한 결과, 한강특별대책은 수질악화가 심했던 경안천 하류부에서는 부분적으로 효과를 가져왔으나 BOD를 제외한 항목에서의 효과 정도는 낮은 것으로 나타났다. 또한 장기간 수질변동(1989-2005) 결과와 비교해 보면 이 기간동안의 수질은 계속해서 악화되고 있는 것으로 나타나 한강특별대책이 경안천 수질악화 경향을 개선시킬 수 있을 만큼의 획기적인 효과를 보여주기에는 미흡하였다고 판단되었다. 또한 경안천에 적용되고 있는 정책의 실효성 평가 결과를 바탕으로 기존의 팔당수질 관리정책의 문제점을 파악하고 더 나은 수질환경을 추구하기 위한 새로운 대안을 제시하기 위하여 연구대상지역에 대한 현황 조사와 기존에 제시된 다양한 연구결과, 외국의 정책과 성공 사례에 대한 검토 및 분석에 중점을 두고 진행하였다. 현행 수질정책 중 가장 중요하다고 판단되는 총 5가지 분야-토지이용규제, 한강특별대책, 비점오염원 관리, 축산폐수관리, 오염총량관리-를 선택하여 각 정책의 비효율성의 원인, 정책의 불합리성, 한계점 등을 중심으로 문제점을 검토하였다. 그 결과 토지이용규제정책의 문제점은 비효율적 운영, 행정의 일관성 부재, 불합리하고 과도한 규제, 규모와 배출농도 위주의 규제로 인해 발생되는 오염총량관리 능력의 부재와 비점오염원이나 고농도 오염배출에 대한 통제력의 취약성 등이 지적되었다. 한강특별대책의 경우 정책 수립에 있어 비과학적 접근, 예산투자의 우선순위 부재, 오염원 억제 능력 미약 등이, 비점오염원 관리의 경우는 비점오염원이 가지는 중요성 및 오염기여도에 비해 아직 제대로 된 관리방안이 마련되지 않았다는 점이, 축산폐수 관리의 경우 영세축산 농가에 대한 대책 미비와 예산의 부적절한 사용, 효과적인 관리방안 부재, 환경용량을 초과한 입지 등이 주요 문제점으로 지적되었다. 또한 오염총량관리제의 경우 제도의 성공적 정착을 위해서는 아직 제도적, 기술적, 개념적 측면에서 많은 한계가 남아 있음을 알 수 있었다. 따라서 본 연구는 수질관리정책의 합리화를 위한 방안으로 크게 세가지 범주에서 대안을 모색하였다. 첫째, 환경용량을 고려한 적정규모의 개발, 축산오염에 대한 관리 및 규제 강화, 비점오염원 관리 개선, 오염총량관리제도의 합리화 방안 등 기존의 수질관리정책의 개선 방안을 제시하였다. 둘째, 기존의 토지이용규제정책의 효율화를 위해 토지이용규제지역의 재설정, 규제의 차등화, 제도의 유연성 제고를 제안하였다. 마지막으로 경안천 수계의 수질오염 악순환의 근본 문제인 고오염 저소득 사회 지속 현상을 극복하고자 지역 어메니티(Amenity)를 적극적으로 개발, 이를 수질관리와 연계함으로써 지역의 지속가능한 발전을 도모하고자 하였다. 본 연구는 수체에 대한 과학적 이해와 정책의 문제뿐만 아니라 지역발전의 측면을 모두 고려하여 경안천 수질관리의 새로운 패러다임을 제시하는데 기여하는 것을 궁극적인 목표로 하고 있다. 특히 수질관리에 있어 오염의 근본적인 문제인 고오염 저소득 현상과 상류와 하류 지역 주민의 갈등 등을 바탕으로 형성되는 수질악화의 악순환의 고리에 대한 문제제기 및 이해를 바탕으로 종합적이고 포괄적인 관점에서 문제를 인식하고 대안을 제시하려는 시도를 하였다. 향후 이러한 연구를 바탕으로 지역의 지속발전성과 유역의 건강성, 그리고 수질관리정책의 선진화가 도모되기를 기대하는 바이다. Pal-dang reservoir, the largest artificial lake in South Korea, which was constructed at the confluence of 3 branches-North, South branch and Kyongan stream-in Han River for generation of electric power and water supply, has provided 20million citizens in Seoul and Kyeonggi area with water. But water quality in the reservoir has continuously degraded despite of a variety of strong regulations to protect water source. It reflects that the current water quality managements are not effective enough to improve water quality in this area. Especially Kyongan Stream, the study site, shows the worst water quality level among 3 branches of Han River due to high pressure for development and increase of pollution sources, such as livestock, industry, and expansion urban areas on the watershed. Furthermore, the water pollution in Kyongan Stream gets more serious, giving bad impacts on source water quality in Pal-dang reservoir. This study, therefore, focuses on the evaluation of effectiveness and analysis of problems in the water quality policies in Kyongan Watershed and presentation of alternative initiatives under the assumption that improvement of its water quality is the most essential for source water protection in Pal-dang reservoir. To assess the effect of the environmental managements on water quality, a novel method was developed using Seasonal Mann-Kendall test, the principle of which is to compare the trends of the variation in monthly concentrations(BOD, COD, TN, TP) both before and after one policy. According to the result of the analysis, it was shown that the land use regulations and '98 Special Policy of Han River were not efficient. This paper pointed out the main causes of failure in the water quality managements, related to 5 issues-land use regulations, '98 Special Policy, non-point source pollution, livestock, and TPWL(Total Water Pollution Load). And it was analyzed that the obstacles to improvement of water quality in Kyongan Stream are ineffective management systems, irrational and excessive regulations, inappropriate uses of budget, weakness in controlling pollution sources, and non-scientific approaches. From the analysis of problems in water quality management, three alternatives were initiated in this study. They include (1) reformation of the current policies, such as permission of development at environmental optimum level, reinforcement of restriction to livestock, effective non-point source management, and amendment of TWPL, (2) reformation of land use regulations, such as reassignment and discrimination of controlled areas and activities, and promotion of flexibility, and (3) attainment of sustainable development by cultivation of eco-friendly tourist attractions and industry and support to rural communities to solve the fundamental problem in the watershed, a vicious circle of poverty and water.

인간의 행위를 고려한 건축계획안 설계검토시스템 개발에 관한 연구

김하나 이화여자대학교 과학기술대학원 2005 국내석사

다중계층구조를 갖는 데이터의 구조적 분류 및 분석

박영선 이화여자대학교 과학기술대학원 2004 국내석사

OLAP(On-Line Analytical Processing)은 데이터의 분석과 관리의 목적을 위해서 다차원 데이터를 모으고, 관리하고, 프로세싱하고, 표현하기 위한 것으로 사용자가 직접 데이터베이스에 접근(Access)하여 질의를 작성하고 데이터를 가공(Reporting&Analyze)하는 것을 말한다.[1] 사용자에게 요구된 데이터를 다차원적으로 편리하고 신속·정확하게 전달해주기 위해 분석결과의 일부분을 미리 계산하여 저장해 두게 된다. 그러나 이는 데이터에 따라 미리 계산해 두는 데이터의 양이 기존 데이터의 수 천 배가되는 데이터 폭발 현상이 발생하기도 한다[2]. 이렇게 데이터가 급격히 증가하는 현상은 여러 이유에 따라 발생하지만, 각 차원안에 여러 계층구조가 있을 경우 더 크게 발생할 수 있다. 그러나, OLAP에서 사용자의 질의는 각 차원안에 여러 계층 구조를 두고 있어야만 결과를 얻을 수 있는 경우가 많고, 롤업/드릴다운과 같은 OLAP 연산을 하는 경우에 정확한 연산 결과와 브라우징(browsing)을 가능하게 한다[3]. 실제 응용에서 각 차원의 계층구조는 조화되지 않은 구조이거나 레벨들을 공유하는 구조로써 복잡하고 체계화되지 않은 연결구조를 가지는 경우가 많기 때문에 이를 서버에서 지원해 주지 않으면 시스템의 성능을 저하시킬 뿐 아니라 사용자가 원하지 않는 결과를 얻게 된다. 그러므로 각 차원안에 여러 계층 구조를 가지는 다중계층구조의 분류작업을 통하여 사용자가 가진 데이터를 예상하여 시스템이 이를 지원할 수 있도록 하고, 다중계층구조를 가지는 차원의 집계 테이블과 데이터 큐브 크기의 식을 정립하여 다중계층구조의 구조적인 모델들을 제시하여 정리하였다. 이는 전체적인 다중계층구조의 분류와 분석을 하는 연구로써 현재까지는 없었던 새로운 시도로 중요한 연구 부분이다. 본 연구에서는 OLAP의 데이터가 다중계층구조를 가질 때 이것의 구조적 분류를 통해 시스템에서 적절한 방법으로 이를 지원할 수 있도록 하며, 집계 테이블과 데이터 큐브 크기를 구하는 새로운 식을 정립하여 다중계층구조에 따른 데이터 증가를 분석하기 위한 구조적 모델들을 제시한다. 그럼으로써 사용자에게 데이터 증가를 예상하고 사용자가 사용할 환경에 적절한 사전연산을 가능하도록 구성하였다. OLAP is a technique for extracting, managing, and processing multidimensional data for data analysis to support decision making. To speed up multidimensional data analysis, database systems frequently pre-compute aggregates on some subsets of dimensions and their corresponding hierarchies. This improves query response time. However, this method causes data explosion because of multiple hierarchies. However, OLAP queries follow the drill/roll/slice/dice-paradigm, and therefore exhibits navigation patterns that follow the hierarchy of a dimension. In real-world applications, hierarchies are often unbalanced and shared levels, resulting in complex hierarchy structures. So OLAP systems need to support multiple hierarchies to operate exact results and browse the data. In this paper, we classified structural hierarchies as the first step to analyze multiple hierarchies. As a second step, for each dimension with multiple hierarchies, we laid down new formulas to find out the number of summary tables and the size of the data cube. As the final step we give theorems of structural models with multiple hierarchies to analyze data addition according to it. Users are able to estimate data increase due to multiple hierarchies and pre-compute aggregates appropriate to their environment.

고산에서 측정한 입자상 질산염 농도특성

김나경 이화여자대학교 과학기술대학원 2003 국내석사

1998년 3월부터 2002년 2월까지 제주도 고산에서 측정한 TSP및 PM_(2.5)의 무기이온의 상관관계 및 요인분석 결과, TSP에서의 질산염이 nss-Ca^(2+), nss-Mg^(2+)와는 높은 상관계를 보이고 NH_(4)^(+)와는 낮은 상관관계를 보인 반면, PM_(2.5)에서의 질산염은 nss-Ca^(2+), nss-Mg^(2+)와는 낮은 상관계를 보이고 NH_(4)^(+)와는 높은 상관관계를 나타내었다. 따라서, TSP의 질산염은 토양입자와 NO_(y)의 반응으로 생성되었을 것이며, PM_(2.5)의 질산염은 NH_(4)^(+)와 NO_(y)의 반응으로 생성되었을 것이라는 가정 하에, TSP와 PM_(2.5) 자료의 비교 분석을 통하여 질산염의 농도 특성 및 장거리 이동 특성을 자세하게 알아보고자 하였다. 먼저 연간 상위10%, 중위 10%, 하위 10%에 속하는 질산염 자료의 비교를 통하여 질산염의 일반적인 농도 특성을 알아보았다. 월별 고, 중, 저농도 질산염 발생 빈도를 살펴보면, TSP와 PM_(2.5) 모두 고농도 질산염의 경우 봄철에 가장 높은 빈도로 나타났고, 저농도 질산염은 여름철에 가장 높은 빈도로 나타났으며, 중간농도 질산염의 경우 연중 비슷한 빈도로 나타났다. 공기괴의 역궤적 분석 결과, 질산염의 농도가 높을 때에는 공기괴가 주로 몽골과 중국 북부 지역을 거쳐 이동해오고, 질산염의 농도가 낮을 때에는 공기괴가 주로 태평양을 지나 이동해 오는 것을 알 수 있다. 질산염의 농도가 중간일 때의 공기괴의 역궤적은 뚜렷한 경향을 나타내지 않았다. 질산염의 농도와 상대습도 간의 상관관계를 구해보았으나, TSP와 PM_(2.5)의 질산염 모두, 질산염의 농도 변화에 있어서 상대습도와 특별한 관계가 없는 것으로 나타났다. 다음으로 고농도 질산염에 한해서 자세한 분석을 해보았다. 먼저 4년을 다시 각각 1년씩 나누어 질산염 농도의 연평균과 표준편차를 구한 후, 질산염의 농도가 평균에서 표준편차 이상으로 초과하는 날을 질산염의 농도가 높은 날로 선정하여 분석하였다. 고농도 질산염과 TSP와 PM_(2.5)의 이온성분과의 관계를 분석해본 결과, TSP의 질산염은 주로 nss-Ca^(2+), nss-Mg^(2+) 등의 토양성분과 함께 농도가 증가하였으며, PM_(2.5)의 질산염은 주로 NH_(4)^(+) 등의 인위적 오염물질과 함께 농도가 증가하는 경향을 나타내었다. 따라서, TSP의 질산염은 주로 nss-Ca^(2+), nss-Mg^(2+) 등의 토양입자와 NO_(X)와의 표면반응에 의하여 생성된 질산염으로 생각되며, PM_(2.5)의 질산염은 인위적 오염원에서 배출된 NH_(4)^(+), nss-SO_(4)^(2-) 등과 같은 인위적 오염물질과 NOX와의 반응으로 생성된 질산염으로 생각된다. 질산염의 농도값과 상대습도와의 상관관계를 구해본 결과, TSP와 PM_(2.5) 모두, 질산염이 NH_(4)와 함께 증가한 경우 보다 질산염과 nss-Ca^(2+), nss-Mg^(2+)가 함께 증가한 경우 상대습도와의 상관성이 상대적으로 높게 나타났지만, 통계적으로 유의한 결과는 아니었다. 역궤적 분석 결과 질산염과 nss-Ca^(2+), nss-Mg^(2+)가 함께 증가한 경우는 대부분 공기괴가 몽골을 거쳐 이동해왔고, 질산염과 NH_(4)^(+)가 함께 증가한 경우는 대부분 공기괴가 중국 북부 또는 중국 남부 지역을 거쳐 이동해 오는 것을 알 수 있었다. 계절별 특징을 살펴보면 특히 봄철(3월∼5월)에 고농도 질산염이 집중적으로 나타났고(약 58.8%), 이때의 82.5%에 해당하는 공기괴의 역궤적이 모두 몽골 및 중국 지역을 거쳐 이동해왔다. 따라서 고산지역에서는 주로 봄철에 고농도의 질산염이 관측되며, 이때의 고농도의 질산염은 중국의 영향을 크게 받는 것으로 생각된다. Based on the correlation coefficient analysis and factor analysis results, it was found that nitrate in TSP is highly correlated with crustal species such as nss-Ca^(2+) or nss-Mg^(2+), while nitrate in PM_(2.5) is highly correlated with anthropogenic species such as nss-SO_(4)^(2-) or NH_(4)^(+). To further understand the behavior of nitrate in northeast Asia, nitrate levels in TSP and PM_(2.5) measured at Gosan, Jeju Island, Korea, between March 1998 and February 2002, were analyzed. After the QA/QC steps, 481 daily TSP data and 235 daily PM_(2.5) data are obtained and analyzed. Also, four-day backward trajectory analysis was carried out. First, the highest 10%, median 10%, and the lowest 10% of the nitrate data were selected and analyzed. The highest 10% of the nitrate concentration cases occur mostly in spring, and the lowest nitrate concentration cases occur mostly in summer. The median nitrate concentration cases occur throughout the year. Also, the highest nitrate concentration cases occur when the air parcels moved from Mongolia or China, and the lowest nitrate concentration cases occur when the air parcels moved through the Pacific Ocean. The cases of median nitrate concentration cases showed no specific trend. Correlation coefficient analysis result between nitrate and the average relative humidity of the air parcels doesn't show any trend for both the highest and lowest nitrate cases. Second, the characteristics of high nitrate concentration cases, higher than the sum of the mean and standard deviation were analyzed. High nitrate concentration cases in TSP were correlated well with crustal species such as nss-Ca^(2+) or nss-Mg^(2+), while high nitrate concentration cases in PM_(2.5) were correlated well with anthropogenic species such as NH_(4)^(+). For the cases of high correlation between nitrate and anthropogenic species, backward trajectory analysis result shows that air parcels moved from China, and for the cases of high correlation between nitrate and crustal species, air parcels moved from Mongolia. High nitrate concentration cases occurred most often in spring (58.8%) and when the air parcels moved from Mongolia or China (82.5%).

애드 혹 네트워크에서의 이기적 노드를 관리하기 위한 보안 메커니즘

나가진 이화여자대학교 과학기술대학원 2003 국내석사

본 논문에서는 이동 노드들로 구성된 애드 혹 네트워크에서 쉽게 발생할 수 있는 이기적 노드를 관리하는 새로운 보안 메커니즘을 제안한다. 기존에 제안되었던 관련 메커니즘들은 이기적 노드를 탐지하는데 있어서 악의적인 노드를 고려하지 않았다는 점과 탐지된 이기적 노드에게 어떠한 불이익도 주지 않는다는 점에서 한계가 있다. 또한 지나치게 큰 오버헤드로 인해 오히려 네트워크의 성능을 저하시킬 수도 있다. 이러한 기존 메커니즘의 문제들을 해결하기 위해 증명서를 기반으로 하는 새로운 이기적 노드 관리 메커니즘을 제안하였다. 소스 노드에서 목적지 노드까지의 전송을 위해 중간에 데이터를 전달하는 각 노드들은 데이터를 받으면 그에 대한 증명서를 자신에게 데이터를 전달한 노드에게 발행한다. 이 증명서를 통해 각 노드는 자신이 데이터를 전해준 다음 노드가 데이터를 제대로 받았는지 확인하고, 데이터가 중간에 분실됐을 경우 그 책임을 자신의 다음 노드에게 물을 수 있다. 그리고 증명서 내에는 그것을 발행한 노드의 비밀 키로 이루어진 서명이 첨부되기 때문에 악의적인 노드에 의한 공격을 탐지할 수 있다. 또한 탐지된 악의적인 노드를 빠르게 네트워크에서 고립시킴으로써 그로 인한 피해를 최소화하였다. 시뮬레이션을 통하여 증명서 기반 이기적 노드 탐지 메커니즘의 성능을 실험한 결과, 낮은 오버헤드와 빠른 이기적 노드 탐지로 이전보다 높은 데이터 전달 성공률을 가짐을 알 수 있었다. 또한 악의적 노드의 탐지로 그로 인한 네트워크의 성능 저하를 최소화하였다. In ad hoc network, there is no fixed infrastructure such as base stations or mobile switching centers. Mobile nodes that are within each other's radio range communicate directly via wireless links, while those that are far apart rely on other nodes to relay messages as routers. Therefore security of ad hoc network is more vulnerable than traditional networks. Security of ad hoc network can be classified into four classes: routing security, key management, selfish node, and intrusion detection. Among them, we studied about selfish nodes in ad hoc networks. Mobile ad hoc networks can work properly only if the participating nodes collaborate in routing and forwarding. For individual nodes it might be advantageous not to collaborate, though. And these selfish nodes are very harmful to routing and security of ad hoc networks. So many protocols suggest new mechanism to manage selfish nodes. But, there are serious problems in those mechanisms. These mechanisms assume that all nodes in ad hoc networks are collaborative. So there is no countermeasure to malicious nodes. And selfish nodes do not seem to be castigated in some mechanisms. Heavy overhead also can be another problem. So in this paper we propose new mechanism to manage selfish node in ad hoc networks. In this mechanism, voucher is used to show own next node receives a packet successfully and distinguish false reports from malicious nodes. By using a voucher, we can know that someone is a selfish node. And a signature in a voucher help us to verify a voucher's reliability. We evaluate voucher-based mechanism's packet delivery ratio and overhead via simulation.

P2P 네트워크 상의 후불결제시스템을 위한 신뢰도 관리 및 보증방안 연구

박초롱 이화여자대학교 과학기술대학원 2005 국내석사

P2P 네트워크는 클라이언트들 간의 직접 연결을 통해 통신하는 네트워크로서 이를 이용한 상거래가 점차 중요해지고 있다. 중앙 서버의 역할이 적은 P2P 환경에서 공정한 상거래가 이루어지기 위해서는 사용자들의 신뢰도, 특히 구매자의 신뢰도를 보장하는 것이 중요하다. 일반적으로 분산 환경 네트워크의 신뢰도는 파일제공자의 신뢰도만을 고려하여, 그가 악의적인 파일을 배포할 지의 여부를 판단하기 위해 신뢰도를 이용한다. 그러나, P2P 서비스가 상용화가 됨에 따라 파일제공자는 파일을 제공했음에도 악의적인 구매자로부터 지불을 받지 못할 경우를 발생할 수 있으므로, 구매자를 대상으로 한 신뢰도 모델의 연구 또한 중요하다. 본 논문에서는 보증인의 개념을 도입하여, 후불결제를 위한 P2P 네트워크에서 구매자의 신뢰도를 측정할 수 있는 신뢰도 모델을 제시하고, 이를 바탕으로 한 거래를 위한 보증 프로토콜을 제안하였다. 보증인의 수는 구매자의 신뢰도와 이전 거래 기록을 바탕으로 일관성 있게 정해지며, 사용자의 신뢰도는 거래 성사 여부에 따라 동적으로 조정된다. 또한, 보증인과 파일제공자 간의 정보 교환을 공유키를 이용하여 암호화함으로써, 구매자로부터의 보안 수준을 확보하였다. 제안된 신뢰도 모델 및 프로토콜은 수치 실험을 통해 그 특성 및 타당성을 분석, 검증하였다. P2P networks in which clients communicate each other directly have become important in the E-commerce industry. On a P2P network involving small workload of a central server, it is essential to guarantee a buyer’s trust for the sake of fair and secure transactions. Most distributed computing networks have dealt with only file providers’ trust, interested in if they are expected to provide buyers with wholesome items. However, a commercialized P2P service requires a trust model for a buyer’s trust as well as a file provider’s, in order to prevent a buyer taking goods without paying any money. This thesis proposes 1) a trust model that reflects buyers’ trust in a P2P network system with a deferred payment scheme and 2) a guaranty protocol based on it. The number of guarantors is determined in a coherent way based on a buyer’s current trust value, its transaction history and the total price of the requested items. The trust values of the clients involved in a transaction are adjusted dynamically depending on the transaction’s success. In addition, encrypted communications between the guarantor and the file provider using a shared key leads to secrecy against the buyer. Computational simulations analyze and verify the validity of the suggested trust model and the guaranty protocol.

공유가상환경에서 물리기반 모델링을 이용한 인간형 아바타 인터랙션

곽혜령 이화여자대학교 과학기술대학원 2005 국내석사

가상현실(Virtual Reality)에서 사용자의 능동적인 참여를 위하여 인터랙션(interaction)은 필수적인 요소이다. 특히 가상현실에서 사용자의 존재를 인식하기 위한 아바타를 사용할 때에는 사용자 아바타와 가상환경에 존재하는 객체 간 인터랙션할 수 있는 방법이 필요하다. 아바타가 객체에 영향을 미치거나, 그 피드백으로 객체가 아바타에게 영향을 미칠 수 있도록 지원함으로써 아바타와 가상환경의 객체와의 원활한 인터랙션을 구현할 수 있다. 본 논문에서는 다수의 인간형 유관절체 아바타를 연동하여 가상 공간에서 다양한 속도로 동작할 때, 주변에 존재하는 가상 객체들과 효과적인 인터랙션을 제안한다. 움직이는 아바타와 주변 가상 객체들 간에 충돌을 안정적으로 방지하는 방법으로 연속적 충돌검사를 사용하였다. 이는 네트워크 상황에 따라 데이터의 손실이 있을 경우에도 보간을 통하여 충돌 감지가 가능하기 때문에 원거리 네트워크로 연결된 가상환경에서 적합한 방법이다. 충돌이 감지된 후에는 충돌 상황의 특징점인 정확한 충돌 위치와 시간을 추적하고, 물리기반 모델링을 사용하여 이에 적합한 충돌 반응을 생성함으로써 자연스러운 인터랙션을 구현하였다. 아바타와 객체의 충돌 반응이 일어난 후에는 주변 객체들 간의 연쇄적인 충돌 반응을 구현하였다. 제안된 기법은 완전몰입형 가상환경인 CAVE™-like 시스템상에서 구현되었다. Interaction is an essential element of virtual reality for the user’s active participation. Especially when we use avatars to perceive the user’s existence, it is necessary to establish the interaction method between user's avatars and the objects in the virtual environment. We can implement the natural interaction between avatars and virtual objects by providing the means that the avatar can influence virtual objects, or the virtual objects can influence the avatar as a feedback. In this paper, I propose the method to achieve the effective interaction between multiple articulated avatars and objects in virtual environment. Using continuous collision detection for multiple articulated avatars keeps from colliding with virtual objects. I performed continuous collision detection to prevent moving avatars and virtual objects from colliding. This method is appropriate for the virtual environment which operates through remote networking, for the collision detection is possible through interpolation inspite of the data loss when network delay occurs. After detecting collision, the contact manifold, exact collision position and time, makes realistic interaction using physically based modeling. After collision with avatar, virtual objects make a series of collision responses with other virtual objects. The proposed schemes are improved in fully immersive virtual environment, CAVE™-like systems.

웹 서비스를 이용한 바이오 서열 정보 데이터베이스 및 통합 검색 시스템 개발

이수정 이화여자대학교 과학기술대학원 2004 국내석사

Recently, the rapid development of biotechnology brings the explosion of biological data and biological data host. Moreover, these data are highly distributed and heterogeneous, reflecting the distribution and heterogeneity of the molecular biology research community. As a consequence, the integration and interoperability of molecular biology databases are issue of considerable importance. There are many researches that have carried out on integrating and analyzing biological data to reduce the burden of accessing heterogeneous data sources and integrating the results. But, up to now, most of the integrated systems such as link based system, data warehouse based system have many problems which are keeping the data up to date when the schema and data of the data source are changed. For this reason, the integrated system using web service technology that allow biological data to be fully exploited have been proposed. In this paper, we built the integrated system of the bio sequence information based on the web service technology. First, we have constructed the relational database of rices and pigs and implemented nucleotide and protein sequence retrieval modules of the biological data such as BSML, GenBank, Fasta format. Then, as the service provider, we published public SOAP service of the retrieval modules using WSDL, SOAP, UDDI. Also, the retrieval modules of the external database proceed in parallel. And data from the external database is loaded to the constructed database automatically through the parsing processing. The developed system allows users to traverse heterogeneous and disparate data resources through the Web Service technology and provide integrated easy-to-use user interfaces. 최근, 바이오 관련 장비, 기술들이 발전함에 따라, 바이오 관련 데이터나 그것을 제공하는 호스트들이 급속하게 증가하고 있다. 또한 이러한 데이터들은 바이오 연구 개발 커뮤니티들의 수만큼, 분산되고 이질적인 면을 가지고 있어서 바이오 관련 데이터베이스의 통합과 연동기능의 제공이 중요한 문제가 되고 있다. 현재까지 많은 연구가 진행되고 있으나, 대부분의 통합 시스템이 링크(Cross-Reference), 데이터 웨어하우징 구축을 기반으로 하고 있어서 데이터 스키마나 데이터의 변경시, 실시간 업데이트와 같은 문제점을 가지고 있다. 이러한 비효율적인 면을 개선시키고자, 플랫폼, 스키마의 변화에 구애 받지 않고 서비스를 가능하게 하는 웹 서비스 기술을 이용한 통합 시스템이 제안되고 있다. 본 논문에서도 이러한 흐름에 따라, 웹 서비스 기술을 기반으로 한 바이오 서열 데이터의 통합 검색 시스템을 개발하였다. 우선, 생물 종을 벼와 돼지로 한정한, 핵산, 단백질 서열 데이터를 BSML을 포함한 다양한 포맷으로 제공할 수 있는 데이터베이스를 구축하였다. 그리고WSDL, SOAP, UDDI와 같은 웹 서비스 기술을 이용하여 구축한 데이터베이스의 검색 모듈을 웹 서비스화하여 공개하고, 외부 데이터베이스를 웹 서비스 병렬 처리를 통해 통합 검색 할 수 있도록 하였다. 또한 개발된 시스템은 사용자의 질의시 얻고자 하는 정보가 구축된 데이터베이스에 존재하지 않을 경우, 외부 데이터 베이스를 검색을 하고 그 결과를 자동적으로 구축된 데이터베이스에 저장되도록 한다. 앞으로 웹 서비스 기술이 더욱 발전되고 확산됨에 따라, 웹 서비스화 된 데이터베이스 호스트가 많아진다면, 바이오 분야에서도 분산된 데이터베이스의 연동성을 높일 수 있을 것이다.

화재피해를 입은 일반 강도 철근 콘크리트 휨부재의 구조성능에 관한 연구

이소진 이화여자대학교 과학기술대학원 2003 국내석사

산업화·도시화에 따른 건축물의 밀집과 고층화의 환경에서 화재 재해 발생은 인명 피해 및 재산 피해에 치명적인 결과를 가져올 수 있다. 따라서 화재 발생을 사전에 억제하는 구조물의 방화·내화구조 및 피난 계획, 소화설비, 소화활동 설비 등에 대한 방재 연구와 더불어 화재 발생 후 화재의 원인조사와 구조물의 재사용 여부, 자산 평가의 과학적인 근거를 위해 신뢰성 있는 안전성 평가에 대한 연구가 필요하다. 국내 연구의 경우, 재료 차원에서 실험 및 이론 연구가 일부 진행되었으나 하중을 받는 철근 콘크리트 휨 부재에 대한 국내 연구는 전무한 상태이다. 또한 재료의 온도분포 및 고온 조건으로 발생한 재료의 강도 및 강성 변화에 초점이 주어지고 있다. 그러나 거시적으로 재료의 특성을 고려한 부재의 강성 및 강도변화와 이를 확장하여 구조시스템과의 영향 및 붕괴에 대한 연구가 미약한 편이다. 본 연구에서는 화재 피해를 입은 일반 강도 철근 콘크리트 휨 부재의 구조 거동을 파악하고자 한다. 이를 위해 일반 강도 콘크리트 보 부재를 피복두께와 화재 노출 시간을 다르게 하여 이에 따른 거동, 잔여 강도에 대해 실험적으로 연구를 수행하여 이를 분석하고자 한다. 또한 유한요소 해석 프로그램인 DIANA를 이용하여 해석적으로 연구를 함으로써 거동을 분석하는데 본 연구의 목적이 있다. 실험적 고찰을 위해 기준 시험체 2개와 가열하는 시험체 10개 총 12개의 시험체를 제작하였다. 주요 실험 변수는 화재 발생 시 구조체의 거동에 가장 영향을 많이 미치는 것으로 밝혀진 피복두께와 가열시간으로 하였다. 피복두께는 4㎝, 5㎝로 하였고 가열시간은 1시간, 2시간 그리고 파괴 시까지로 하였다. 또한 가열 실험 후에 잔존 강도 추정을 위하여 가력실험을 수행하였다. 또한 유한 요소 프로그램인 DIANA를 이용하여 재료적 비선형 유한 요소 해석을 수행하고 실험과 비교하였다. 화재 피해를 입은 일반 강도 철근 큰크리트 휨 부재의 구조 거동을 실험적, 해석적으로 고찰한 본 연구의 결과는 다음과 같다. 시험체를 파괴가 발생할 때까지 가열한 결과 피복 4㎝ 시험체의 경우는 151분, 피복5㎝ 시험체의 경우 225분이 소요되었다. 또한 피복 4㎝ 시험체와 피복 5㎝ 시험체를 비교했을 때 전체적인 경향을 비슷하나 동일한 가열 온도에 대하여 피복 4㎝ 시험체의 내부 온도가 더 높게 나타났다. 따라서 피복 5㎝ 시험체가 피복 4㎝ 시험체보다 고온에 노출되었을 때 손상이 적음을 알 수 있다. 피복 4㎝ 시험체의 경우 약 75분부터, 피복 5㎝ 시험체의 경우 약 100분부터 처짐의 증가율이 급격히 커지면서 그 이상 고온에 노출될 경우 구조물로서의 역할을 할 수 없다고 볼 수 있다. 가열하지 않은 시험체와 가열한 시험체를 비교한 결과 최대 내력 면에서는 20tonf 근처로 비슷하나 가열한 시험체가 처짐율의 경우 최대 53% 증가함을 보였고 곡률 반경의 경우도 최대 59.4% 감소함을 보였다. 따라서 가열한 시험체가 고온에 의하여 강성이 감소하였음을 알 수 있다. 피복 4㎝ 시험체와 피복 5㎝ 시험체를 비교한 결과 피복이 4㎝ 시험체가 피복 5㎝ 시험체보다 최대 내력이 더 컸으며, 처짐율도 더 작게 측정되었으나 그 차이는 크지 않았고 전반적으로 하중-처짐 곡선의 형태는 유사한 경향을 보였다. 따라서 가열 후 실험에서 볼 때 피복 두께가 미치는 영향은 크지 않음을 알 수 있다. 유한요소해석 결과 가열 후 3개월 동안 점차적으로 강도와 강성이 회복되어 실제 가력 실험시에는 실제 시험체의 손상 깊이가 약 1㎝ 정도로 추정되었고 콘크리트 온도가 600~700℃ 정도가 되면 회복될 수 없는 상태로 변한다고 판단된다. Industrialization and urbanization has brought many people into the cities, leading to the concentration and high-rise of buildings. Naturally the frequency of fire has increased a great deal, causing tremendous losses in both people's lives and property. This has raised the necessity of research on the cause of the fire, if the building can be used again and a reliable evaluation of the building's safety. Domestically, some research has been done based on the material of the structure but none on the reinforced concrete flexural member. Also, the prior research has been focused on the change of strength and stiffness according to the temperature distribution or in the condition of high temperature. But this has not yet been linked with the effect on the total building structure nor structural failure. This research is focused on the structural behavior of the fire-damaged reinforced concrete beam with normal strength concrete. The behavior and remaining strength of the concrete beam has been experimented in many conditions with various thickness of the cover and different lengths of time exposed to fire. The DIANA program was used to analyze the finite element. For the experiment, 2 typical specimen and 10 heating specimen were fabricated. The main variables were the thickness of the cover and time exposed to fire, which are the two elements that have the most influence on the behavior of fire-damaged reinforced concrete beam. The cover was given 4cm and 5cm, exposure time 1 hour, 2 hours and the time until it reaches failure. In order to investigate the remaining strength, a loading experiment was conducted. DIANA was used to analyze the nonlinear finite element and it was compared with the outcome of the experiment. The results are as follows ; The specimen with 4cm cover lasted 151 minutes until failure whereas the specimen with 5cm cover lasted 225 minutes. The two specimens showed similar reactions to heat, though the internal temperature of specimen with 4cm cover was higher. As shown, the specimen with thicker cover had less damage. The deflection rate increased greatly after the first 75 minutes for the 4cm-cover specimen and 100 minutes for the 5cm-cover specimen. After this time, the specimen could not perform fully as a structural member. Maximum proof stress did not show great difference between heated specimen and non-heated specimen but the deflection rate increased a maximum 53% and radius of curvature decreased a maximum 59.4% for the heated specimen. This means that the stiffness has decreased. The 4cm-cover specimen showed larger proof stress and smaller deflection rate but the difference was not great. The general load-deflection curve showed the same shape. In result, the thickness of the cover does not have much effect after heating.