I. 제목
HF-Radar 실시간 자료처리 방법 고도화 및 통합자료관리 기법 연구(I)
II. 연구의 목적
이 사업은 국립해양조사원 해수유동 모니터링 시스템 확대 및 강화의 일환으로 동남서 권역별 HF-Radar 관측시스템 구축에 따른 양질의 실시간 관측자료와 재분석자료 서비스 및 향후 통합자료관리에 필요한 기법을 개발하는데 그 목적이 있다.
III. 연구내용
가. HF-Radar 방사(radial)유속자료 실시간 자료처리 방법 비교·제시
o 현재 국립해양조사원에서 사용 중인 미 CODAR사의 상업용 프로그램과 HFR-Prog 스크립트의 구성 및 장·단점을 파악하여 구체적으로 비교·제시한다.
o 이들 방법 외에 해양 선진국에서 사용하고 있는 방법을 파악하여 향상된 HF레이더 실시간 자료처리 방법의 개발 방향을 제시한다. 이를 위하여 각국의 전문가들이 모이는 HF-Radar 국제학회를 활용할 수 있다.
나. 방사유속자료를 유속백터장으로 생성하는 스크립트 개발 및 적용
o 제시한 개발 방향에 따라 방사유속자료를 유속벡터장으로 생성하는 새로운 방법을 설계 하고 개발한다.
- 보편적으로(universal) 사용가능한 함수를 고려하여 HF-Radar로 얻어지는 다양한 버전의 방사유속자료(lluv 파일, 버전 RDL5, RDL6, RDL7, RDL8, RDM1 등)를 읽어낼 수 있어야 한다. 단, 이 함수는 향후 각 레이더 사이트의 진단(diagnostic)을 위한 모듈에 적용 할 수 있어야 한다.
- 두 벡터 성분이 현저히 다른 분산(variance)을 가질 수 있는 연안 환경의 특성이 고려 될 수 있도록 기존(유속성분이 동일한 분산을 가진다고 가정)의 최적보간법을 확장한 새로운 방법을 개발한다.
다. 자료 품질관리와 최적보간법을 위한 파라미터 선정 및 시험적용
o 방사유속자료의 품질관리를 통해 HF-Radar 자체의 불확실성을 정의하고 이를 향후 유속벡터장 계산에 반영할 수 있는 알고리즘을 개발한다.
o 불확실성을 개선하기 위한 원인분석, HF-Radar 패턴에 따른 편향도 계산, 공간적으로 일관되지 않은 자료를 제거하는 기술을 개발한다. 이러한 기술을 국립해양조사원에서 운영하고 있는 HF-Radar 사이트 중 하나에 시험적으로 적용한다. 시험적용 대상 사이트 선정은 감독관과 협의하여 결정한다.
o 최적보간법에 필요한 비상관 길이 (decorrelation length scales), 관측지역에 대한 기대분산(expected variance) 및 오차분산(error variance)을 선정할 수 있어야 한다.
라. 후처리된 자료의 포맷 결정 및 향후 자료관리 방안 제시
o 생산된 자료의 파일 형식(ascii, Matlab, netcdf)과 유속벡터장의 해상도 (resolution, 0.5, 1, 2, 6 km)에 따른 저장 방식을 결정하고 HF-Radar 사이트별 통합 자료관리 방안을 제시한다.
o 향후 가시화와 일관성 있는 자료제공에 필요한 벡터장 계산을 위한 그리드 변형 등을 포함한 최적의 자료관리 방안을 제시한다. 단, HF-Radar 국제학회에 참석하였을 경우, 외국의 자료관리 현황을 파악하여 방안에 반영해야 한다.
IV. 사업결과
가. HF-Radar 방사 유속자료의 자료처리 방법
고주파 레이더의 방사 유속자료의 자료 처리 방법은 후처리 및 근실시간 모드로 구분지을 수 있다. CODAR사의 상업용 프로그램은 8개 미만의 사이트에 제한적으로 사용이 가능하며, 제작사 개발로 인한 업그레이드등 장기 시스템 유지에 어려움이 있고, 자료의 후처리 또는 새로운 맵핑을 도입하는데 극히 제한적이다. 또한 고주파 레이더 커뮤니티에서 사용하는 HFR_Prog의 경우 내부 연산 코드의 효율이 낮고, 일반적인 관측 지형을 대상으로 보급형으로 제공된 것으로 국립해양조사원의 관측 목표에 맞는 소프트웨어 개발에는 다소 제한적인 자원으로 판단된다. 단위 모듈로 구성된 방사자료의 후처리 소프트 웨어는 근 실시간 시스템에 적용할 수 있도록 개발되었으며, 업그레이드 및 새로운 기능의 추가 삭제가 용이하여 향후 대형 시스템 적용에 주요한 역할을 할 것이다.
나. 벡터 유속장 생성을 위한 스크립트 개발
방사 유속자료에서 유속 벡터장을 생성하기 전 단계로 다양한 포맷의 방사자료를 읽어들이고 벡터장 생성시 내부 연산 자원을 효과적으로 사용하기 위해 최적의 방사자료구조를 제안하여 스크립트를 개발하였다. 이 단위 스크립트는 근실시간 점검 (diagnostic)에 사용할 수 있으며 방사각 분석 (Direction of Arrival)에도 적용가능하도록 설계하였다.
다. 최적보간법올 위한 파라미터 선정
방사 유속자료에서 유속 벡터장을 생성하는데 있어 방사 유속자료를 효율적으로 활용하고 현실적인 공간 구조함수를 이용하는 최적보간법을 구현하여 스크립트를 개발하였다. 또한 최적 보간법에 요구되는 파라미터 선정을 위해 여수해만의 장기 관측자료를 테스트 자료로 분석하였다. 레이더 자체의 불확정성과 관측 및 이상패턴 방사자료에 의한 공간적 편향성, 최적보간법의 잔여값 (residual) 등을 이용하여 방사자료의 초기 자료검증 및 품질관리 (QAQC)를 수행하였다.
라. 후처리자료의 포맷 및 향후 자료 관리 방안
고주파 레이더로 관측된 표층해류를 제공하는데 있어 세가지 포맷 (ascii, Matlab, Netcdf)이 해양커뮤니티 및 일반사용자에가 적합한 것으로 판단되며, 한반도 전체의 표층해류를 현재 각 지역별 별개의 자료로 생산하는 것을 고도화하여 매시간 자료를 단일 파일에 기 정의된 그리드에 맵핑하여 효율적이고 일관된 관리를 할 수 있도록 제안하였다.
V. 결론 및 제언
본 연구를 통해 고주파 레이더로 관측된 표층해류의 실시간 및 후처리를 위한 소프트웨어를 개발하였다. 다양한 포맷의 방사자료를 효과적으로 읽어 들이고, 내부 연산의 효율을 높이고, 수정 보완이 용이하도록 각 연산 단계별 모듈화를 구현하였으며, 현실적인 공간구조 함수를 이용하여 백터 유속자료를 계산할 수 있도록 최적보간법을 이용하였다. 최적보간법의 파라미터는 여수해만의 장기 관측 자료로부터 추출하였으며, 이와 함께 방사자료의 자료 검증을 위한 다수의 테스트를 진행하였다. 향후 대형 레이더 관측망 도입시 자료의 효율적인 관리 및 제공을 위한 최종 결과물의 포맷과 자료 관리 방안에 대한 제언을 하였다. 본 연구는 근 실시간 해수 유동 관측망 구축 뿐만아니라 전 세계적으로 연안관측 시스템 구축의 근간이 되는 것으로 타 관측 시스템으로의 확장 및 종합 관측망 구현도 가능하도록 할 수 있겠다.