This research aims at comparing the accuracy of flood discharge estimation. For this, we focused on the Oedo watershed of Jeju Island and compared flood discharge by analyzing the values as follows: (1) the concentration of the lumped model (HEC-HMS) and distributed model (Vflo), and (2) the in-situ data using Fixed Surface Image Velocimetry (FSIV). The flood discharge estimation from the HEC-HMS model is slightly larger than the Vflo model results. This result shows that the estimations of the HEC-HMS are larger than the flood discharge data by 4.43 to 36.24% and that of the Vflo are larger by 8.49 to 11%. In terms of the error analysis at the peak discharge occurrence time of each mapping, HEC-HMS is one hour later than the measured data, but Vflo is almost the same as the measured data.

수문분석에 있어 정확한 강우량 추정 및 강우 자료의 품질은 매우 중요한 요소로 특히, 홍수유출 결과에 큰 영향을 미친다. 따라서 보다 신뢰성 높 은 홍수분석을 위해서는 강우자료에 내포된 오차 또는 불확실성을 확인하는 과정이 필요하다고 할 수 있다. 본 연구에서는 임의의 값을 추정하는데 있어 하나의 값이 아닌 가능한 값들의 범위를 정의하거나 확률분포를 표시할 수 있는 확률론적인 방법을 제시하고 이를 레이더 강우에 적용하여 그 활용성을 평가하고자 하였다. 2012년 태풍 ‘산바’로 인해 남강댐 유역에 발생한 호우 사상에, 확률론적 방법을 적용하여 레이더 강우의 앙상블을 생성하였다. 생성된 강우 앙상블은 레이더 강우의 전체적인 편의보정뿐만 아니라 지상강우의 패턴을 잘 모의하고 있는 것으로 나타났으며, 레이더 에 의해 추정한 강우의 불확실성을 잘 표현하고 있는 것으로 확인되었다. 확률론적 기법에 의한 강우 앙상블 생성 방법은 발생 가능한 다양한 강우 시나리오를 제공할 수 있으며 홍수예경보와 같은 의사 결정에 유용한 정보를 제공할 수 있을 것으로 판단된다

최근 국지성 집중호우 및 돌발홍수와 같은 급격한 기상변화로 인한 기상재해의 발생빈도가 증가함에 따라 고해상도의 기상레이더 강우자료를 사 용한 수공학 분야의 연구가 활발하게 진행되고 있다. 기상레이더는 넓은 지역에 걸쳐 실시간으로 강우현상 감시가 가능하며 지상우량계로는 파악 이 불가능한 미계측유역을 통과하는 강우장의 이동 및 변동성 파악이 가능한 장점이 있지만 대기 중 존재하는 수상체로부터 반사되는 반사도를 사 용하여 강우량을 산정하므로 시공간적 오차가 존재한다. 본 연구에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 다변량 Copula 함수를 활용하여 레이더 강우에 존재하는 시공간적 오차를 규명하고 레이더 강우앙상블 생산기법을 개발하였다. 개발된 모형으로부터 생산된 레이더 강우앙상블은 통계적 효율기준 분석결과 우수한 모형성능을 확인하였으며 추가적으로 극치호우 및 강우시계열 패턴 분석결과 지상강우의 특성을 효과적으로 재현하는 것을 확인하였다.

최근 기후변화로 인하여 발생하는 기상재해 및 위험기상 현상의 대비를 위하여 조밀한 시공간적 해상도를 갖는 레이더 강우가 활용되고 있지만 널리 사용되는 Marshall-Palmer의 Z-R 관계식으로 추정된 레이더 강우는 과소추정의 문제점이 있다. 본 연구는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 분위회귀 분석기법을 통한 레이더 강우자료 편의보정 기법과 Copula 함수를 연계한 강우자료 확충기법을 개발하였다. 본 연구에서 개발된 모형을 통하여 편의가 보정된 시계열 레이더 강우자료 효율을 통계적으로 분석한 결과 우수한 모형성능을 확인하였으며 Copula 기법을 이용하여 지상강 우 및 레이더 강우자료를 확충한 결과 기존의 강우특성을 현실적으로 재현하는 것을 확인하였다. Copula 기법을 통한 강우자료 확충기법은 레이 더 강우의 오차분포를 평가하는데 유용하게 활용될 것으로 판단된다.

The purpose of this study is a image processing program development to consider the domestic situation of GPR detection. Therefore the image processing program will be developed to extract and to visualize the measured raw data.

기상청, 국토교통부 및 국방부는 각 기관의 특성에 맞게 기상, 수문 및 항공 관측용 레이더를 운영하고 있다. 2015년까지 국내에는 총 8대의 이 중편파레이더(백령도, 용인테스트베드, 진도, 면봉산, 비슬산, 소백산, 모후산, 서대산 레이더)가 도입되어 운영되고 있다. 레이더를 운영 중인 세 개 부처는 관측목적이 달라 레이더에 대한 운영방식, 자료 처리 방식 및 활용 방안 등에서 서로 많은 차이를 보여 왔으며 이러한 차이는 각 부처에서 운영하는 레이더 자료의 정확도가 달라지게 하는 원인이 되고 있다. 이에, 세 부처는 2010년 “기상-강우 레이더 자료 공동 활용에 관한 합의서”를 체결하고, 서로 다른 부처에서 생산된 모든 레이더 자료를 공동 활용하는 체계를 마련하였다. 범부처 이중편파레이더 자료의 합성을 위해서는 부처 별 레이더 간의 정확도가 서로 유사해야한다. 서로간의 정확도가 다른 상태에서 레이더 강우 자료를 합성하게 된다면 공간적으로 품질이 다른 합성 강우장이 생산될 수밖에 없다. 이에 본 연구에서는 범부처 이중편파레이더 강우량의 정확도 향상과 통합을 위해 2015년도에 용인테스트베드 레이 더에서 시행되었던 경험적 방법을 이용하였다. 그 결과 2015년 5월부터 10월까지의 백령도, 비슬산 및 소백산 레이더 자료에 대한 강우량 정확도 (1-NE)가 70% 수준으로 향상되었다. 또한 레이더 편파변수 조절 전에는 정확도가 30∼60%까지 넓은 범위를 보이고 있으나 조절 후 65~70% 로 그 범위가 줄어들었다.

The signal characteristic of radar wave on concrete decks is determined by the attenuation of the radar due to the conversion of EM(Electromagnetic) energy to thermal energy through electrical conduction, dielectric relaxation, scattering, and geometric spreading. In this study, it is found that the attenuation of radar signal received on top rebars in bare deck concrete with 2 way travel time shows a general decreasing linear trend because of its same relative permittivity and conductivity. The radar signal after depth-normalization, can then be interpreted as being principally influenced by the content of chlorides penetrating cover concrete, which caused corrosion of rebars in bridge decks.

In this study, Cavities in Specimens were find using GPR equipment. Results of exploration deadline for plain concrete, reinforced concrete, asphalt, gravel, depending on the type, asphalt pavement was most clearly exploration. Developed GPRiPP can represent a good cavitation through the image processing with the background removal.

초단기 홍수예보를 위한 주요자료로서 최근 기상레이더의 중요성이 크게 부각되고 있다. 기상레이더는 넓은 지역에 걸쳐 실시간으로 강우현상 감시가 가능하며 지상우량계로는 파악이 불가능한 미계측유역을 통과하는 강우장의 이동 및 변화 파악이 가능한 장점이 있다. 본 연구는 강우장의 공간적 분포와 레이더 강우세포를 추적하는 강우장 예측 해석방안을 수립하였다. 이를 위해 강우장의 공간적인 이동을 고려하기 위해 강우장의 바람장 이류(advection) 패턴을 추출하여 각 강우세포가 가지는 이동방향 및 속도를 고려한 강우장 추적기법을 통하여 강우장을 예측하였다. 본 연구를 통하여 개발된 기상레이더 강우장 상관분석 기법을 활용한 초단기강우예측 결과는 집중호우시 홍수 예·경보를 위한 수문모형의 입력자료 로 활용이 가능할 것으로 사료된다.

본 연구의 목적은 이중편파 레이더 강우자료와 격자기반 분포형 강우-유출 모형인 KIMSTORM (KIneMatic wave STOrm Runoff Model)을 이용하여 유출해석을 수행하고, 침수실적자료와의 비교를 통해 레이더 강우자료의 효용성을 검토하는데 있다. 남강댐 유역(2,293 km²)을 대상으로, 2012년 4개의 강우 이벤트(집중호우, 카눈, 볼라벤, 산바)에 대하여 비슬산 레이더 강우자료를 사용하였다. 분포형 모형은 28개 지점 강우와 레이더 강우를 이용하여 보정되었으며, R² (coefficient of determination), ME(model efficiency), VCI (volume conservation index)를 이용하여 적용성을 평가하였다. 모형의 보정결과, R², ME, VCI의 평균이 지점강우 를 이용한 경우 각각 0.85, 0.78, 1.09, 레이더 강우를 이용한 경우 각각 0.85, 0.78, 0.96의 결과를 보였다. 태풍 산바에 의한 하천범람 침수실적자료의 두 침수지역(신연지구와 문대/신기지구)과 레이더와 지상강우에 의한 유출분석 결과를 비교하였다. 신연지구와 문대/신기지구 두 침수지역에서 레이더강우가 지상강우보다 더 많은 지역강우를 발생시켜 지표유출량을 더 크게 모의하는 것을 확인할 수 있었다. 특히 수위관측소가 존재하는 문대/신기지구의 경우, 지점강우보다 레이더 강우가 침수지역내 수위관측소의 실제 첨두유량에 가깝게 모의하였으며, 하천수위도 0.72 m 높게 모의하였다.

ARPA(Automatic Radar Plotting Aid)는 자동레이더 플로팅 장치로써, 레이더 물표의 상대침로와 상대방위로 구성된 운동벡터에 본선의 침로와 방위로 구성되는 운동벡터를 가감 연산(벡터연산)하여, 물표의 진침로와 진방위 및 최근접점과 근접시간을 계산하는 장치를 말한다. 본 연구의 목적은 ARPA 레이더를 구현하기 위한 물표의 획득 및 추적 기술을 개발하는 것으로, 이에 관한 여러 선행 연구를 검토하 여 적용 가능한 알고리듬 및 기법을 조합하여 기초적인 ARPA 기능을 개발하였다. 주요 연구내용으로, 레이더 영상에서 물표를 획득하기 위 하여, 회색조 변환, 가운시안 평활 필터 적용, 이진화 및 라벨링(Labeling)과 같은 순차적 영상 처리 방법을 고안하였고, 이전 영상에서의 물표 가 다음 영상에서의 어느 물표인지를 결정하는데 근접이웃탐색알고리듬을 사용하였으며, 물표의 진침로와 진방위를 계산하는 거동해석에 칼 만필터를 사용하였다. 또한 이러한 기법을 전산 구현하여 실선실험을 수행하였고, 이를 통해 개발된 ARPA의 기능이 실용상 사용가능함을 검 증하였다.

본 연구에서는 기상레이더 자료를 이용하여 도시하천 유역을 대상으로 초단기 강우예측 및 홍수예측을 실시하였다. 초단기 강우예측 결과 선행시간이 증가함에 따라 관측 자료와의 상관계수가 감소하며, 평균제곱근오차는 증가하여 정확도가 감소하였으나, 선행시간 60분까지 상관계수가 0.5이상 유지되는 결과를 얻을 수 있었다. 또한 강우예측 자료 적용에 의한 도시유출 분석결과, 선행시간 증가에 따른 첨두유량과 유출체적의 감소가 발생하였으나, 첨두시간은 비교적 일치하는 것으로 분석되었다. 레이더 예측 강우 적용을 통한 도시유출 분석결과, 관측 자료와의 오차가 발생하나 이는 여러 가지 외부적인 요인으로 판단되며, 추후 강수 에코의 급격한 생성과 소멸현상 모의, 국지성 강우 예측 성능 향상 등 지속적인 알고리즘 개선과 강우-유출 모형 매개변수 검․보정이 필요할 것으로 사료된다. 본 연구의 결과는 도시하천 유역뿐만 아니라 관측이 어려운 미계측 지역의 수문자료 확보 및 실시간 홍수 예․경보시스템 구축에 확장이 가능하며, 다양한 관측자료 기반 Multi-Sensor 초단기 강우예측 기반기술로의 활용이 가능하다.

본 연구에서는 충주댐 유역을 대상으로 레이더 자료를 이용하여 호우의 산지효과 특성을 분석하였다. 먼저 적절한 무강우 기간과 절단값을 결정하여 독립호우사상을 선정하였다. 이러한 독립호우사상으로부터 산지효과의 발현 여부를 판단할 주요호우 사상을 선정하였다. 또 레이더 자료를 이용하여 전체 기간과 호우중심 기간의 평균반사도를 산정하고, 산지 부근의 반사도와 평균반사도를 비교하여 반사도의 변화를 분석하였다. 아울러 본 연구에서는 호우의 특성인자를 선정하고 로지스틱 회귀분석을 수행하여 충주댐 유역 호우의 산지효과 발현 조건을 확인하였다. 그 결과를 정리하면 다음과 같다. 먼저 산악 지역을 통과하는 호우의 이동선상에서의 반사도 변화를 검토한 결과 호우의 시작 지점에 비하여 산악 지역에서의 반사도가 증가한 것으로 확인되었 다. 둘째, 산지효과 발현 조건을 탐색하기 위해 로지스틱 회귀분석을 수행한 결과 충주댐 유역에서는 임계값이 호우의 이동속도 4 km/hr, 접근각도 90±5°, 강우강도 4 mm/hr인 경우에 산지효과의 발현 여부 적중률이 가장 높은 것으로 확인되었다.

본 연구에서는 이중편파 레이더 추정강우의 홍수예보 활용성을 평가하였다. 비슬산 강우레이더 100 km 반경 내 AWS(Automatic Weather System) 123개 관측소를 대상으로 레이더 추정강우의 오차를 레이더 반경 및 강우강도의 증가에 따라 평가하였다. 이중편파 레이더 추정강우가 단일편파 레이더 추정강우에 비해 오차가 작은 것으로 확인되었다. 또한, 이중편파 레이더 추정강우의 홍수예보 활용성 평가 및 적용을 위해 유역평균강우량을 산정하여 평가하였다. 평가 결과, 이중편파 레이더 추정강우가 단일편파 레이더 추정강우에 비해 관측치에 유사하게 나타났으며, 강우형태에 관계없이 강우 강도가 강한 부분에서 이중편파 레이더의 정확도가 향상됨을 보였다. 그러나 차등반사도를 통해 산정된 강우는 과대추정되는 경향이 나타났다. 연속형 저류함수모형인 SURR 모형에 적용하여 남강댐 유역에 대한 유출해석을 수행하였다. 이중편파 레이더 추정강우를 통한 유출량이 단일편파 레이더 추정강우에 비해 유출용적오차는 약 12∼63%, 첨두유량오차는 약 30∼42% 감소하였으며, 평균제곱근오차 또한 감소하는 것으로 나타났다. 또한 이중편파 레이더에 의해 산정된 유역평균강우량을 유출모형에 적용할 경우 AWS 강우로부터 추정된 유출결과보다 더 우수한 경우가 있어 향후 홍수예보 활용 시 예보의 정확도 향상에 기여하리라 판단된다.

지상 강우자료의 공간 변동특성은 돌발홍수 예측의 정도를 결정짓는 중요한 부분이다. 이에 본 연구에서는 지상 강우관측망의 공간적 분포특성이 레이더 보정에 미치는 영향을 검토하였다. 지상 강우관측소의 공간적 분포와 레이더 강우의 보정은 최근린 지수와 G/R 비를 이용하였으며, 이를 평창강 유역에 적용하였다. 대상유역 내에는 총 23개의 강우관측소가 위치해 있으며, 이중 10개의 강우관측소를 무작위로 선택하였다. 이때 선택된 강우관측소 조합(총 1,144,066개)을 최근린 지수를 이용하여 공간분포가 가장 좋은 경우와 가장 왜곡된 경우로 구분하고, 각 경우에 대한 레이더 보정 결과를 비교하였다. 보정된 레이더 강우와 지상 강우관측소의 차이는 ME(Mean Error)와 RMSE(Root Mean Squared Error)를 이용하여 비교하였다. 그 결과 공간분포가 우수한 경우 ME와 RMSE가 공간분포가 왜곡된 경우에 비해 상대적으로 작게 분석됨을 확인하였다. 이는 레이더 강우보정에 있어 유역내의 관측소의 개수뿐만 아니라 유역내의 관측소의 공간분포 역시 중요한 요소임을 확인하였다. 즉, 유역내의 관측소의 개수가 많더라도 공간적으로 왜곡된 경우 적절한 레이더 보정이 힘들어 지는 것을 의미한다. 아울러 공간적으로 잘 분포된 강우관측망을 이용하여 레이더 강우를 보정할 경우 편의와 불확실성은 유역 내 전체 지상 강우관측소를 이용한 경우만큼이나 충분히 줄일 수 있을 것으로 판단된다. 그러나 본 연구에서는 대상 강우관측소의 개수를 10개소로 한정하여 분석한 결과로 현재로서는 몇 개의 강우관측소를 선택하였을 때 레이더 보정 있어 가장 유리한지는 파악하기 쉽지 않다. 일반적으로 레이더 보정시 유역 내 전체 강우관측소를 대상으로 하는데 유역내의 전 강우자료를 적용하는 게 과연 적절한 방법인지에 대해서는 추후 논의할 필요가 있다. 아울러 본 연구의 성과는 기상관측소의 제한된 여건 속에서 관측망의 효율적 운영을 통해 강우자료의 품질 향상과 더불어 홍수예경보 시스템의 질적 향상에 기여할 수 있을 거라 판단된다.

본 연구에서는 레이더 자료를 이용하여 강우발생을 판단하는데 있어 그 정확성을 살펴보고, 이를 높이기 위한 방법으로 가강수량의 역할을 평가하고자 한다. 강우/무강우 정보는 재해 차원에서는 중요성이 덜하지만 농업, 건설 등의 산업분야나 우리의 일상생활에 많은 영향을 미치는 인자이다. 이러한 이유로 강우강도의 추정뿐만 아니라 강우발생 자체를 예측하는 기술도 기상예보의 중요한 부분을 차지하고 있다. 본 연구에서는 레이더 자료를 이용한 강우발생 판단의 정확성을 파악하기 위하여 관악산 레이더 자료와 레이더 반경 내 분포되어 있는 30개 지점의 AWS 강우자료를 분석하였다. 또한, 레이더를 이용한 강우발생 판단의 정확성에 가강수량이 미치는 영향을 분석하기 위하여 오산 고층기상관측소와 백령도 고층기상관측소 자료를 이용하여 산정한 가강수량을 적용하였다. 가강수량의 경우 오산 고층기상관측소와 백령도 고층기상관측소의 영향권 내에 위치한 AWS 지점에 적용하여 강우 발생 판단을 위한 월별 기준을 결정하였다. 이러한 연구를 통해 본 연구에서는 (1) 레이더 자료를 이용한 강우발생 판단의 정확성을 검토하고, (2) 강우발생 판단의 정확성에 미치는 가강수량의 영향을 분석하였다.

기상레이더의 발전과 더불어 국외에서는 오래전부터 레이더를 활용한 돌발적인 현상에 대한 기상현황 예측 기술 등에 대한 연구가 활발히 이루어져 왔다. 또한 이러한 기술력을 바탕으로 국가기관 단위로 재난ㆍ재해 예방 시스템 및 서비스를 구축하여 활용하고 있다. 더욱이 세계 각국에서는 다수의 레이더를 활용한 네트워크망 구성과 이를 활용한 기상변화 감시체계의 보편화를 위해 관련 인프라 구축에 있어서도 활발한 노력을 나타내고 있다. 하지만 국내의 경우 레이더 자료의 취득, 품질관리, 강우량 산출 등의 분야에만 연구가 집중되어 있으며, 레이더 자료를 활용한 수문/방재 분야에서의 활용 및 적용성 검토에 대한 연구는 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 레이더를 기반으로 운영되고 있는 국내외 수문 기상 모니터링 시스템의 전반적인 현황을 파악하고 제공되고 있는 정보의 수준 등의 분석하여 국내 국토관측센서 활용 수재해 통합 모니터링 시스템의 구축 방향을 제시하고자 한다.

본 연구에서는 강우레이더강우자료의 수문학적 적용성을 평가하기 위하여 지상강우자료와 강우레이더자료를 준분포형 수문모형인 SWAT모형에 강우입력자료로 이용하여 낙동강 감천 유역에 대한 일유출모의를 수행하였다. 강우레이더자료는 단일편파레이더변수(Z)를 이용한 강우자료(RZ)와 이중편파레이더변수(Z,ZDR,KDP)를 이용한 강우자료(RKDP)두 가지 형태로 생성하였다. 분석기간은 2010년부터 2013년 7월까지로 각각 보정기간(2010년), 검증기간(2011년), 모의기간(2012년~2013년 7월)으로 구분하여 모의를 수행하였다. 10분단위의 지상강우자료와 2.5분 단위의 강우레이더자료를 SWAT모형에 입력자료로 활용하기 위하여 일강우자료로 변환하여 강우량을 비교한 결과 6월~9월(집중호우 및 태풍이 발생하는 우기)에는 강우발생특성을 잘 반영하고 있으나, 10월~5월(겨울 및 건기)에는 레이더관측강우가 과대추정하는 경향를 보여주었다. 그리고 지상강우자료와 강우레이더자료가 SWAT 모형의 일유출량에 미치는 영향에 대해 분석결과 지상강우자료가 강우레이더자료보다 유출특성을 더 잘 반영하였고, 레이더강우자료에서는 RKDP가 RZ보다 더 나은 결과를 나타냈다. 그러나 강우레이더강우자료의 활용에 앞서 보정과 실시간 알고리즘 적용 등 정확도 확보가 우선되어야 할 것으로 판단된다.

본 연구에서는 확률 대응법의 적용성을 평가하고, 이를 적용하여 실제 호우사상에 적합한 레이더 강우 추정관계식을 결정하였다. 먼저, 확률 대응법의 과정을 새로 정리하여 zT나 rT 등의 임계값을 결정하였다. 둘 째, 확률 대응법에 적용할 자료의 수가 매개변수 결정에 미치는 영향에 대하여 모의 자료를 이용하여 민감도 분석을 수행하였다. 셋 째, 확률을 나타낼 반사도와 강우강도 히스토그램의 구간 간격이 매개변수 결정에 미치는 영향에 대해 민감도 분석을 수행하였다. 그 결과, 확률대응법으로 매개변수를 결정할 경우 확률대응법에 2시간 정도 누적된 반사도와 강우 쌍을 적용하는 것이 적합함을 확인하였다. 아울러 확률대응에는 반사도와 강우강도의 누가확률 차이보다 1차 모멘트 차이를 이용하는 것이 양호한 결과를 얻을 수 있고, 30~100% 구간을 대응하는 것이 적합하다는 것을 확인하였다. 본 연구에서는 이러한 결과를 바탕으로 비슬산 레이더로 관측한 실제 호우사상에 대해 확률대응법으로 매개변수를 결정하였다. 또한, 매개변수를 이용하여 레이더 강우를 추정하였고, 이를 지상강우와 비교하였다. 전체적으로 레이더 강우가 지상강우보다 크게 산정되었지만, 레이더 강우와 지상 강우를 쉽게 대응하기 어려운 기존의 연구 결과를 고려하여 본 연구에서 평가한 확률대응법이 비교적 호우사상에 적합한 레이더 강우를 산정할 수 있다고 판단하였다.

One of main benefits of a dual polarization radar is improvement of quantitative rainfall estimation. In this paper, performance of two representative rainfall estimation methods for a dual polarization radar, JPOLE and CSU algorithms, have been compared by using data from a MOLIT S-band dual polarization radar. In addition, this paper presents evaluation of specific differential phase (Kdp) retrieval algorithm proposed by Lim et al. (2013). Current Kdp retrieval methods are based on range filtering technique or regression analysis. However, these methods can result in underestimating peak Kdp or negative values in convective regions, and fluctuated Kdp in low rain rate regions. To resolve these problems, this study applied the Kdp distribution method suggested by Lim et al. (2013) and evaluated by adopting new Kdp to JPOLE and CSU algorithms. Data were obtained from the Mt. Biseul radar of MOLIT for two rainfall events in 2012. Results of evaluation showed improvement of the peak Kdp and did not show fluctuation and negative Kdp values. Also, in heavy rain (daily rainfall > 80 mm), accumulated daily rainfall using new Kdp was closer to AWS observation data than that using legacy Kdp, but in light rain(daily rainfall < 80 mm), improvement was insignificant, because Kdp is used mostly in case of heavy rain rate of quantitative rainfall estimation algorithm.