• Title, Summary, Keyword: 계산 모형

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Kinematic Wave Rainfall-Runoff Model Using CUDA FORTRAN (CUDA FORTRAN을 이용한 운동파 강우유출모형)

  • Kim, Boram;Kim, Dae-Hong
    • Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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    • pp.271-271
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    • 2018
  • 그래픽 처리 장치(GPU: Graphic Processing Units)는 그래픽 처리에 특화된 수많은 산술논리연산자 (ALU: Arithmetic Logic Unit)와 이에 관련된 인스트럭션Instruction)으로 인해 중앙 처리 장치(CPU: Central Processing Units) 보다 훨씬 빠른 계산 처리를 수행할 수 있다. 최근에는 FORTRAN에 의해 구현된 많은 수치모형들이 현실적인 모델링 방법의 발달로 인해 더 많은 계산량과 계산시간을 필요로 한다. 이 연구에서는 GPU 상의 범용 계산GPGPU : General-Purpose computing on Graphics Processing Units) 기반 운동파 강우유출모형(Kinematic Wave Rainfall-Runoff Model)이 CUDA(Compute Unified Device Architecture) FORTRAN을 사용하여 구현되었다. CUDA FORTRAN 운동파 강우유출모형의 계산 결과는 검증된 CPU 기반 운동파 강우유출모형의 계산 결과와 비교하여 검증되었으며, 잘 일치함을 보여 주었다. CUDA FORTRAN 운동파 강우유출모형은 CPU 기반 모형에 비해 약 20 배 더 빠른 계산 시간을 보였다. 또한 계산 영역이 커짐에 따라 CPU 버전에 비해 CUDA FORTRAN 버전의 계산 효율이 향상되었다.

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New Maximum Likelihood Estimation Algorithms for the Parameters of Generalized Gravity Model (일반화중력모형 파라메터의 새로운 최우추정기법 개발)

  • 윤성순
    • Journal of Korean Society of Transportation
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    • v.11 no.1
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    • pp.55-66
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    • 1993
  • 본 논문에서는 최근에 소개된 일반화중력모형(Generalized Gravity Model)파라메터의 최우추정치(Maximum Likelihood Estimates) 계산을 위한 새로운 알고리즘을 이론적으로 도출하였다. 개발된 알고리즘은 첫째 계산속도, 둘째 정밀도, 셋째 모형변수(예컨데 통행시간, 통행비용 등)들 간에 공선성(multicolinearity)이 존재할 경우의 계산능력, 넷째 대규모 스케일의 기.종점자료(large O-D Matrices)에 적용시의 계산능력, 다섯째 모형변수의 개수에 따른 계산능력의 평가기준에서 그 계산실적이 기존의 알고리즘과 비교 평가 되었다. 제안된 기법중에서 Modified Scoring 기법은 계산속도 및 정밀도등 앞서 나열한 계산능력의 평가기준 중 모든 부문에서 매우 탁월한 계산실적을 보이는 것으로 판명되었다. 따라서 최선의 추정치를 보장하는 최우추정기법이 대규모 스케일의 교통계획 적용에도 큰 비용(시간)부담없이 손쉽게 적용될 수 있게 되었다. 제안된 새로운 알고리즘의 적용시 교통계획분야에 가져올 수 있는 기대효과는 다음과 같다. 첫째, 최우추정법이 대규모 O-D 통행표에 쉽게 적용될 수 있고 또한 PC등 소형 컴퓨터에서도 처리가 쉽다. 둘째, 모형설명변수의 자유로운 선택등 통계적실험(experimentation)을 가능케 한다. 셋째, 중력모형이 내재되어 있는 결합모형(Combined Model)의 정산속도를 높인다. 넷째, IVHS(Intelligent Vehicle and Highway System)와 같은 분야에서 온라인(On-line)모형정산을 가능케 할 수 있다.

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Quasi-Steady Model of Newton-Raphson Form for Natural Rivers (자연하천에 대한 Newton-Raphson 형태의 준정상류 계산모형)

  • Kim, Jin-Soo;Jun, Kyung-Soo;Yoon, Byung-Man;Woo, Hyo-Seop
    • Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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    • pp.640-644
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    • 2008
  • 하상경사가 커서 동수역학적 부정류 계산모형을 안정적으로 적용하기 어렵고, 홍수파의 감쇄효과가 적은 중소하천에 적합한 준정상류 계산모형을 개발하였다. 수립된 모형은 매 시각 유량에 대하여 1차원 하천 부등류 지배방정식인 단면 평균된 1차원 에너지 방정식을 풀도록 구성되어 있으며, 수치해법으로는 Newton-Raphson 방법을 적용한 표준축차법을 사용하였다. Newton-Raphson 방법을 적용하기 위해서는 통수면적, 하폭, 윤변, 동수반경 및 수위에 대한 윤변의 변화율 등의 변수들이 필요하다. 이와 같은 변수들은 각 계산점에서 수위를 계산하기에 앞서 단면자료를 사용하여 0.1 m 간격으로 모든 수위에 대하여 그 값들을 미리 구한 후, 반복 계산 단계에서 사용되는 수위에 대하여 필요한 변수들을 앞서 계산된 변수들과 선형 보간하여 사용하도록 하였다. 하천 구간내에 보가 존재하는 경우에는 보가 위치한 상 하류 간의 지배방정식으로 에너지 방정식 대신에 월류 유량 관계식을 사용하였으며, 이때의 수치해법 역시 Newton-Raphson 방법을 사용하였다. 수립된 모형을 한탄강 하류 구간에 적용하여 HEC-RAS 모형과 모의 결과를 비교한 결과, 두 모형의 계산결과가 잘 일치하는 것으로 나타났다. 에너지 경사항의 근사 방법에 따른 민감도 분석을 실시하였다.

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Auto-Estimation Module of GRM Model Parameters Using PEST (PEST를 이용한 GRM 모형의 매개변수 자동추정 모듈)

  • Choi, Yun Seok;Kim, Gil Ho;Kim, Kyung Tak;Noh, Seong Jin
    • Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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    • pp.431-431
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    • 2015
  • 일반적으로 유량을 계산하는 수문모형은 강우에서부터 유출에 이르는 수문현상을 해석하는 방법에 따라 하나 이상의 매개변수가 이용된다. 이러한 수문모형의 보정은 계산된 유량과 관측 유량을 비교하고, 계산된 유량이 관측유량을 잘 재현할 수 있도록 모형의 매개변수를 반복적으로 수정하는 과정을 통해서 이루어진다. 수문모형의 매개변수는 수문학적으로 의미가 있는 값을 가지며, 매개변수를 수정하기 위해서는 대상 매개변수가 모형내에서 수문학적으로 어떠한 의미를 가지에 대한 이해가 필요하다. 또한 하나의 매개변수는 다른 매개변수와 함께 복합적으로 유량계산에 작용하므로, 다수의 매개변수를 함께 추정하여 최적 계산결과를 도출하는 과정은 일반적으로 전문성과 함께 많은 시간이 소요된다. 본 연구에서는 범용 매개변수 추정모형인 PEST와 GRM 모형을 연계하여 GRM 모형의 매개 변수를 자동으로 추정할 수 있는 모듈을 개발하였다. 개발된 모듈에서는 GRM 모형의 보정을 위한 PEST 모형의 입력파일을 자동으로 생성하고, PEST 혹은 병렬 PEST를 실행할 수 있다. 사용자는 GRM 모형의 추정대상 매개변수 선택, 관측자료 설정, 자동으로 생성된 PEST 입력파일을 확인 및 수정하며, 병렬 PEST를 실행할 경우에는 slave PEST 개수 등을 설정한다. 본 연구에서 개발된 모듈은 OpenGIS인 MapWindow GIS의 Plug-in으로 개발된 GRM(MW-GRM)에서 메뉴로 제공되며, GUI를 통해서 편리하게 활용될 수 있다. 본 연구에서는 물리적 분포형 모형인 GRM의 보정시 다수의 매개변수를 편리하게 추정할 수 있는 방안을 마련하였다. 본 연구의 결과는 강우-유출 해석 분야에서 GRM 모형이 좀 더 쉽게 활용되는 데 기여할 수 있을 것이다.

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Development of 3-Dimensional Puff Model for Pollutant Transport Modeling (오염물질의 이송${\cdot}$확산 모의를 위한 3차원 퍼프모형의 개발)

  • Kim, Young Do;Seo, Il Won
    • Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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    • pp.537-542
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    • 2004
  • 오염물질의 이송${\cdot}$확산 과정을 해석하기 위하여 계산효율이 높은 3차원 퍼프모형을 개발하였다. 본 연구에서 개발된 퍼프모형은 추적방법에 따라 전방추적모형과 후방추적모형으로 나눌 수 있으며, 이 두 가지 추적방법은 계산효율과 수치오차에 있어서 상이한 특성을 나타내었다. 전방추적 퍼프모형은 일정한 시간간격을 가지므로 정상상태의 연속오염원의 경우에 각각의 퍼프들이 동일한 질량을 갖는다. 그러므로 전방추적 퍼프 모형은 각 퍼프들간의 중첩정도가 일정하지 않다. 이에 관한 오차분석을 수행하기 위하여 본 연구에서는 무차원 퍼프중첩계수를 정의하였다. 퍼프중첩계수란 퍼프의 크기에 대하여 퍼프중심간의 거리가 떨어진 정도를 나타내는 무차원수로서 너무 작은 경우에는 정확도가 떨어지고 너무 큰 경우에는 계산효율이 감소한다. 전방 추적 퍼프모형의 경우, 중첩계수가 작은 초기구간에는 정확도가 떨어지며, 시간이 지남에 따라 중첩계수가 필요이상으로 증가하여 계산효율이 떨어지는 것으로 나타났다. 이에 비해 일정한 중첩정도를 갖는 후방추적 퍼프모형의 경우에는 전 영역에 걸쳐서 정확도와 계산효율이 높은 것으로 나타났다. 하지만 일정한 시간간격 마다 농도장을 계산하고자 할 때, 전방추적법은 단 한번의 전체계산을 통하여 수행가능하지만 후방추적법의 경우에는 매 출력시간마다 초기시점까지 반복해서 계산해야하는 단점이 있다. 경계처리에 있어서 입자추적모형과 상이한 방법을 사용하는 퍼프모형은 폐경계에서는 입자추적모형과 동일한 결과를 나타내지만 개경계에서는 다른 결과를 나타내었다. 또한 오염원이 임의의 공간적 분포를 갖는 경우, 퍼프모형은 입자추적모형보다는 적은 수의 퍼프를 사용할 수 있지만 이에 따른 경계면에서의 수치오차를 발생하였다. 본 연구에서는 개발된 퍼프모형을 검증하고 장${\cdot}$단점을 분석하기 위하여 흐름이 일정한 경우와 전단흐름의 경우에 대하여 이송${\cdot}$확산 수치모의를 수행하였으면, 이를 각각의 경우의 해석해 결과와 비교${\cdot}$분석하였다. 후방추적 퍼프모형은 전방추적 퍼프모형에 비하여 사용된 퍼프수와 관계없이 작은 오차를 발생하였으며, 전체적으로 퍼프 모형이 입자모형보다는 훨씬 적은 수의 계산을 통해서도 작은 오차를 나타낼 수 있다는 것을 알 수 있었다. 그러나 Gaussian 분포를 갖는 퍼프모형은 전단흐름에서의 긴 유선형 농도분포를 모의할 수 없었고, 이에 관한 오차는 전단계수가 증가함에 따라 비선형적으로 증가하였다. 향후, 보다 다양한 흐름영역에서 장${\cdot}$단점 분석 및 오차해석을 수행한 후에 각각의 Lagrangian 모형의 장점만을 갖는 모형결합 방법을 제시할 수 있을 것으로 판단된다.

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Evaluating Field Application Efficiency for Flooded Rice Irrigation Systems (벼 담수관개조직에 대한 포장 관개효율의 평가)

  • 권순국
    • Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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    • v.30 no.4
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    • pp.71-84
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    • 1988
  • 벼 담수 관개 조직에 대한 효율 계산에 있어서 입력은 관개수량과 총 강우량이고 출력은 증발수 및 급유유실의 합이 된다. 그러나 최근에는 입력을 관개수량으로 출력은 증발수 및 급유유실로 부터 유교 우량을 뺀 값으로 정의하고 있다. 비록 후자의 방법이 전자보다는 실제 논 조건에 부합된 계산방법이기는 하지만 아직도 허용침수심 유지에 필요한 관개수량, 각종 생육기에서의 침수심의 변화, 분배방법에 따른 침수심의 차이 등이 고려되지 않고 있다. 본 연구에서는 이와 같은 벼 관개효율 계산의 단순화가 포장관개효율의 정도와 적정도의 어떠한 영향을 미치는가를 검사하고 그러한 효과의 크기와 성질을 다음과 같이 2단계로 조사하였다. 첫째, 논에서의 일별물수지조건을 기본으로 하여 관개효율 계산모형이 개발되었으며 이전 효율계산에서 생략된 모든 요인이 고려되었다. 둘째, 개발된 모형을 이용하여 포장관개효율을 계산하고 그 결과를 재래방법으로 계산된 값들과 비교하였다. 본 연구는 아직까지 불충분한 것으로 간주되어 왔던 논 관개조직의 포장관개효율에 대한 몇 가지 흥미 있는 의제를 밝힌 것으로 기본 자료는 1985년 반월관개지구에서 수집된 것을 이용하였다. 1. 계산모형은 포괄적인 것으로 어떤 지방의 수집자료라도 적용할 수 있다. 모형의 계산결과를 볼 때 관개효율과 소비수량 사이에 접근된 경향을 보여줌으로써 모형개발에 잘 충족시켜주고 있는 것으로 판단된다. 2. 모형에서의 계산시간간극은 제한적이지는 않지만 중요하며, 비교분석이 관련된 경우에는 주의하여 문제를 선택해야 한다. 계산결과를 보면 짧은 시간간격이 관개효율이 아주 크거나 작은 기간을 더 잘 반영하는 것으로 나타났다. 3. 논의 포장관개효율을 계산함에 있어서 각 관개기의 초기 침수량과 허용 침수심을 무시한 효율계산은 큰 오차를 나타냈다. 반월관개지구에서 주간 포장관개효율은 -58%~16%로 오차범위가 관측되었다. 4. 논의 침수량 및 허용 침수량을 고려한 것과 고려하지 않은 것 사이의 상이성이나 유의적인 관계는 없었다. 그러나 연구 결과에 의하면 전자의 방법이 효율 측정에 있어서 더 적합한 것으로 판단되었다. 5. 개발된 모형은 논 관개의 물리적 측면과 관리목표 모두를 고려한 것으로 계산된 효율은 벼, 생육 각 단계에서의 효율 비교에 양호한 방법임을 알 수 있다.

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Computational Model for Flow in River Systems with Storage Pocket and Lateral Weir Overflow (천변 저류지의 홍수조절 효과에 대한 계산수리학적 분석방법)

  • Jun, Kyung-Soo
    • Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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    • pp.89-93
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    • 2006
  • 횡월류식 천변 저류지를 포함하는 하천수계의 흐름 모의를 위한 준2차원 계산모형을 수립하였다. 수립된 모형은 횡월류 흐름에 대해서는 수량보존에 관한 연속방정식 및 월류형 수위-유량 관계식을, 하도에 대해서는 1차원 부정류에 대한 St. Venant 방정식을 각각 지배방정식으로 하여 흐름을 모의하는 폐합형 계산모형이다. 남한강 구간의 가상의 천변 저류지를 설치한 경우에 대하여 개발된 모형을 적용, 횡월류식 천변저류지의 설계변수들을 결정하기 위한 분석 방법을 제시하기 위한 연구가 진행 중에 있다.

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On reducing the computing time of EFDC hydrodynamic model (EFDC 해수유동모형의 계산시간 효율화)

  • Jung, Tae-Sung;Choi, Jong-Hwa
    • Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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    • v.14 no.2
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    • pp.121-129
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    • 2011
  • The EFDC model has been simplified to enhance the computing performance in hydrodynamic modeling. Water quality module and unnecessary conditional statements were deleted in subroutine list and memory allocation. The performance of the enhanced model (EFDC-E) was checked by applying EFDC and EFDC-E models to simulating the tidal flow in Mokpo coastal zone. Both two-dimensional models and threedimensional models have been applied and compared. Three-dimensional models showed better simulation results agreeing with observed currents than two-dimensional models. The simulation results of EFDC-E model gave good results agreeing with the simulation results of EFDC model and the observed data. The computing speed of EFDC-E model is improved 3 times faster than that of EFDC model in modeling hydrodynamic flow for real time of 3 days in both 2-dimensional modeling and 3-dimensional modeling. The EFDC-E model can be used widely for hydrodynamic modeling because of improved simulation speed.

Computational Turbulent Models (난류유동의 계산모형)

  • 정명균
    • Journal of the KSME
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    • v.34 no.9
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    • pp.688-697
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    • 1994
  • 유체유동이나 열전달 그리고 물질전달 (물질의 혼합 및 확산) 또는 이들 현상이 복합적으로 나 타나는 각종 기계의 설계와 성능 해석을 하기 위해서는 그 현상을 지배하는 편미분 방정식들의 해를 수치적으로 구해야 한다. 유동 상태가 충류 유동인 경우는 지배 방정식의 수가 알고자 하는 미지변수 즉 속도, 압력, 온도, 농도 등의 개수와 같고 또한 이들 변수들의 변동이 그리 심하지 않기 때문에 적절한 수치 해법을 사용하면 그 해를 구할 수 있다. 그러나 난류유동의 경우에는 변수들이 시간상으로 또한 공간적으로 대단히 심하게 변동(fluctuation)하기 때문에 공 학적으로 우리가 원하는 정보들, 즉, 표면 마찰저항이나 양력, 얼전달 계수, 물질 확산계수 등을 현재 수준의 전자계산기로 계산하는 데는 계산시간이 엄청나게 소요될 뿐만 아니라 변수 저장 메모리도 과도하게 차지하기 때문에 실제적인 계산 방법이 되지 못하고 있다. 이러한 이유로 변수들의 순간 변화 상태를 나타내는 지배 방정식들을 해석하는 대신에 이들 지배 방정식의 시 간평균을 취하여 유도한 난류 방정식들을 사용하게 된다. 그러나 이 시간 평균 과정에서 파생 되는 또 다른 미지의 난류 변수들 때문에 난류 지배 방정식에 있어서는 그 지배 방정식의 개수 보다 미지 변수의 개수가 많아져서 난류 지배 방정식을 풀기 위해서는 시간평균 과정에서 나타난 난류 변수들을 원래 있던 미지 변수들의 함수나 방정식의 형태로 가정할 필요가 있게 되는데 이 가정되는 함수 관계들을 난류 계산 모형이라고 한다. 난류 계산 모형은 물리적인 통찰과 직관에 의해서 실용적인 형태로 가정되기도 하지만 최근에는 논리적으로 엄격한 모형 원칙에 따른 수 학적인 방법으로 유도되고 있는데 이 글에서는 일반 독자들이 쉽게 이해할 수 있도록 마하수가 낮은 2차원 비압축성 난류 유동을 예로 들어 x-y 직교 좌표계에서 표현되는 난류 계산 모형들을 소개하고 앞으로듸 발전 방향을 개관하며 현재의 응용 사례들을 예로 들어 모형의 성능을 비교 하여 보기로 한다.

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Estimation of Probable Flood Discharge and Flood Level Using Unsteady flow model in South Han River (부정류 모형을 이용한 남한강 구간의 확률 홍수량 및 홍수위 산정)

  • Kim, Jin-Su;Jun, Kyung-Soo
    • Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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    • pp.599-603
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    • 2012
  • 본 연구에서는 부정류 계산 모형을 이용한 확률 홍수량 및 홍수위 산정 방법을 개발하고, 이를 한강 살리기 사업이 진행 중인 남한강 구간에 적용하였다. 우선 한강 살리기 사업 전과 후의 하도에 대하여 부정류 계산 모형을 각각 수립하였으며, 과거 발생한 홍수사상을 조사하였다. 사업 전 모형과 최근에 발생한 홍수사상을 이용하여 모형의 보정 및 검증을 실시하고, 추정된 매개변수를 사업 후의 하도에 대한 모형에 적용하였다. 대상 유역에 과거 발생한 홍수사상을 사업 후 모형으로 모의하여 각 홍수사상 별로 최대 홍수량 및 홍수위를 계산하였다. 이때 최대 홍수량 모의 결과들을 빈도해석 대상 자료군으로 사용하여, 연최대치 계열이나 부분 시계열에 대하여 빈도해석을 통하여 확률 홍수량을 산정할 수 있다. 본 연구에서는 장기간의 관측자료의 확보가 어려운 국내의 현실을 고려하여, 부분 시계열의 빈도해석 방법을 사용하여 확률 홍수량을 산정하였다. 다음으로 부정류 계산모형의 모의 결과인 최대 홍수량 및 홍수위 자료를 회귀분석하여 수위-유량 관계식을 유도하고, 각 빈도별 확률 홍수량을 관계식에 대입하여 확률 홍수량에 대응하는 확률 홍수위를 산정하였다.

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