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요약문
SUMMARY
목차
제1장 서론 16
제2장 국내외 기술개발 현황 18
제1절 국내 지진관측망 구축 및 운영 기술 현황 18
제2절 국외 기술 현황 22
제3장 연구개발수행 내용 및 결과 25
제1절 지진연구망 관측소 증설 및 네트워크 확충 25
제2절 지진통합네트워크 기반 지진신속경보시스템 실용화 48
제3절 지진자료 형식 105
제4절 실시간 계기진도 표출시스템(RTICOM)과 2007년 1월 20일 오대산 지진 112
제5절 관측소 정보 및 이력관리 시스템 프로토타입 구축 121
제6절 지진조기경보(EEW) 기술, ElarmS 적용 분석 131
제4장 연구개발목표 달성도 및 대외기여도 137
제5장 연구개발 결과의 활용계획 139
제6장 참고문헌 140
표 3.1.1. 한국지질자원연구원 지진연구망 관측소 현황 (2009년 2월 현재). 29
표 3.1.2. 제주도(JJB) 관측소 정보 31
표 3.1.3. 제주도(JJB) 관측소에 기록되는 채널별 특성 32
표 3.1.4. 화순(HWSB) 관측소 정보 37
표 3.1.5. 화순(HWSB) 관측소에 기록되는 채널별 특성 38
표 3.1.6. 양산(YSB) 관측소 정보 42
표 3.2.1. DSS 패킷에 포함된 정보 52
표 3.2.2. CMG-DCM와 CMG-DM24의 주요 특징 55
표 3.2.3. CMG-DM24의 Information Block 61
표 3.2.4. Information Block 항목 설명 62
표 3.2.5. Type of Strong Motion Calculation 63
표 3.2.6. 3가지 형태의 Status Packet 68
표 3.2.7. Unified Status Packet 69
표 3.2.8. Clock Status 정보 71
표 3.2.9. Unified Status Packet 안의 Clock Status 정보 71
표 3.2.10. GPS Receiver Status 정보 72
표 3.2.11. Unified Status Packet 안의 GPS Receiver Status 정보 73
표 3.2.12. RTICOM의 이벤트 대응 83
표 3.2.13. 지자체 지진신속경보시스템 모니터링 PC의 바탕화면 설명 87
표 3.2.14. 이벤트 발생 시 Fortress 대응 93
표 3.2.15. WatchDog의 기능버튼 96
표 3.3.1. CD형식에서 정의된 106
표 3.3.2. KSED 자료 형식(헤더 구조) 108
표 3.5.1. 원자력안전기술원 관측망 124
표 3.5.2. CSS3.0의 site 정보 125
표 3.5.3. CSS3.0의 sitechan 정보 125
표 3.5.4. CSS3.0의 instrument 정보 126
표 3.5.5. CSS3.0의 sensor 정보 126
표 3.5.6. 관측소 기본 정보 스키마 127
표 3.5.7. 기록계 정보 스키마 128
표 3.5.8. 센서 정보 스키마 128
표 3.5.9. 이력관리 스키마 129
그림 2.1.1. 지진관측망 구축 개념도 19
그림 2.1.2. 기상청 및 유관기관 지진관측소 분포 (기상청 제공) 20
그림 2.1.3. 국가 통합지진관측망(국가통합지진네트워크) 모식도 21
그림 2.2.1. 일본과 대만의 지진조기경보 기술 개발 과정 24
그림 2.2.2. 미국 켈리포니아 지역의 지진조기경보 기술 개발 추진 계획 24
그림 3.1.1. 지진관측기관협의회 기관별 누적 관측소 증설 현황 26
그림 3.1.2. 국가통합 지진네트워크 구성도. 26
그림 3.1.3. 오대산지진의 실시간 계기 진도도. 27
그림 3.1.4. 한국지질자원연구원-대학 지진연구망 관측소 분포도. 30
그림 3.1.5. 제주 종합지진관측소 위치 33
그림 3.1.6. 제주 종합지진관측소 시추공 설치 및 GPS 설치대 공사 34
그림 3.1.7. 제주 종합지진관측소 부지 조성 및 접지 34
그림 3.1.8. 제주 종합지진관측소 속도와 가속도 센서 설치 35
그림 3.1.9. 제주 종합지진관측소 전경 35
그림 3.1.10. 제주 종합지진관측소 기록실 내부 36
그림 3.1.11. 제주 종합지진관측소 GPS 설치 36
그림 3.1.12. 화순 종합지진관측소 위치 39
그림 3.1.13. 화순 종합지진관측소 심부공 설치 및 GPS 설치대 설치 39
그림 3.1.14. 화순 종합지진관측소 기초공사 및 접지시설 40
그림 3.1.15. 화순 종합지진관측소 속도와 가속도 센서 설치 40
그림 3.1.16. 화순 종합지진관측소 전경 41
그림 3.1.17. 화순 종합지진관측소 GPS 안테나 및 내부 모습 41
그림 3.1.18. 양산 종합지진관측소 위치 선정 43
그림 3.1.19. 양산 종합지진관측소 위치 및 부지 전경 44
그림 3.1.20. 양산 종합지진관측소 시추공 설치 및 GPS 설치대 공사 44
그림 3.1.21. 양산 종합지진관측소 접지 시설 공사 45
그림 3.1.22. 양산 종합지진관측소 시추공 방수점검 수압 시험 45
그림 3.1.23. 양산 종합지진관측소 속도와 가속도 센서 설치 46
그림 3.1.24. 양산 종합지진관측소 전경 46
그림 3.1.25. 양산 종합지진관측소 기록실 내부 시설 47
그림 3.2.1. 지진통합네트워크 구성도 49
그림 3.2.2. 지진통합네트워크를 기반으로 구축된 DSS 네트워크 구성도 51
그림 3.2.3. 실데이터와 DSS 데이터의 수신 시각 53
그림 3.2.4. 실 지진동 데이터와 DSS 데이터 53
그림 3.2.5. Guralp 지진계측기의 일반적 구성 56
그림 3.2.6. CMG-DM24 내부 구성 개요 56
그림 3.2.7. CMG-DM24의 Packet 전송 개요 57
그림 3.2.8. CMG-DM24S6의 6-channel 모드 57
그림 3.2.9. CMG-DM24S6의 두 가지 모드 58
그림 3.2.10. CMG-DM24S6의 serial2 모드 59
그림 3.2.11. Scream!을 통한 serial2 모드 변경 60
그림 3.2.12. Scream!에서의 Strong Motion Stream 63
그림 3.2.13. Cross-Correlation 데이터의 활용 예 68
그림 3.2.14. Scream!에서의 Unified Status Stream 69
그림 3.2.15. 웹페이지를 통한 CMG-DCM의 clock-drift 허용치 설정 70
그림 3.2.16. FIR 필터와 데이터 전송 관계 74
그림 3.2.17. GMG-DCM의 데이터 흐름도 75
그림 3.2.18. deMux through data-conv-gcf-if 76
그림 3.2.19. QSCD20R(이미지참조) 패킷 구조 77
그림 3.2.20. QSCD20R(이미지참조) 지원을 위한 데이터 흐름도 78
그림 3.2.21. KGCircle 80
그림 3.2.22. KGEvent 81
그림 3.2.23. KGCircle과 KGEvent의 평상시 화면 82
그림 3.2.24. KGCircle과 KGEvent의 이벤트 감지시 동작 화면 83
그림 3.2.25. 이벤트 발생시 캡쳐 이미지 84
그림 3.2.26. 이벤트 발생시 보고서 작성 84
그림 3.2.27. 지방자체단체 지진신속경보시스템 데이트 흐름도 85
그림 3.2.28. 지자체 지진신속경보시스템 모니터링 PC의 바탕화면 86
그림 3.2.29. Fortress의 평상시 동작 화면 92
그림 3.2.30. 이벤트 발생시 Fortress 화면 94
그림 3.2.31. 이벤트 발생 후 자동 캡쳐된 이미지 94
그림 3.2.32. 이벤트 종료 후 도출된 PGAwave 95
그림 3.2.33. 이벤트 종료 후 작성된 보고서 95
그림 3.2.34. ControlTower 96
그림 3.2.35. PGAreview 101
그림 3.2.36. PGAwave를 이용한 이벤트 파일 접근 103
그림 3.3.1. CD 자료 형식 송수신 방식 105
그림 3.3.2. CD Data Frame 자료 형식 106
그림 3.3.3. KSED의 파일 구조 107
그림 3.3.4. GEODEVICE EDAS 자료 형식 109
그림 3.3.5. CD2SEED 개념도 110
그림 3.3.6. CD2SEED 자료 처리 흐름도 110
그림 3.3.7. CD2SEED PSEUDO CODE 111
그림 3.4.1. 오대산지진의 실시간 계기 진도도. 112
그림 3.4.2. 지진관측소 위치도 113
그림 3.4.3. 오대산지진의 진앙 위치와 추정 단층면 해 115
그림 3.4.4. 오대산지진의 단층면 해 115
그림 3.4.5. 오대산 지진과 월정사 단층과의 관계 116
그림 3.4.6. 가속도관측소 최대 가속도 값을 이용한 계기 진도 분포 117
그림 3.4.7. 오대산지진 최대 가속도 관측값과 추정값의 비교 118
그림 3.4.8. 지진규모 결정방법과 파형의 속도와 가속도간의 주파수대역 관계 118
그림 3.4.9. 오대산지진의 가속도 파형과 응답스펙트럼 (response spectrum) 119
그림 3.5.1. 기상청 지진관측망 122
그림 3.5.2. 지질자원(연) 지진관측망 123
그림 3.5.3. 전력연구원 지진관측망 123
그림 3.5.4. 관측소 정보 및 이력관리 시스템의 정보 구조 127
그림 3.5.5. 관측소 정보 및 이력관리 예시 화면 - 초기 공지화면 129
그림 3.5.6. 관측소 정보 및 이력관리 예시 화면 - 관측소 조회 130
그림 3.5.7. 관측소 정보 및 이력관리 예시 화면 - 정보 다운로드 130
그림 3.6.1. ElarmS 적용 사례 132
그림 3.6.2. 오대산 지진 자료를 이용하여 ElarmS에 적용한 결과. (진원시로부터 1초, 3초이후 시간에 계산된 결과) 134
그림 3.6.3. 오대산 지진 자료를 이용하여 ElarmS에 적용한 결과. (진원시로부터 8초, 30초이후 시간에 계산된 결과) 135
그림 3.6.4. 시간에 따른 관측값과 규모 추정 결과 135
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I. 제목
지진연구망 구축 및 네트워크 운영기술 개발
II. 연구개발의 목적 및 필요성
최근에는 지진방재 측면에서 지진관측의 중요성이 제기되고 있다. 지진발생 시 지진재해 지역의 신속한 파악을 위해서 중앙재해대책본부와 같은 방재센터에 지진 조기경보시스템 또는 신속대응시스템을 구축하게 된다. 이때 지진관측이 선결조건이며, 지역별 토양심도, 인구밀집도, 구조물 형태 등의 자료가 추가되어 예상 재해도가 지진발생 후 10초에서 1분 이내에 방재센터의 실시간 모니터링 화면에 등고선 형태로 도식화하여 신속한 대피 및 복구 조처가 가능하도록 해야한다.
지진관측은 이와 같이 지진관련분야의 기초로 이에 필요한 지진관측소 구축은 우선적으로 가능한 빨리 이루어져야 한다. 일본의 경우 지진관련 기관과 대학이 각각 전국적 규모의 관측망을 설치·운영하여 현재 관측소가 총 3600개소 정도가 되며, 대만의 경우 약 1500개소 정도이다.
지진연구망구축 및 네트워크 운영기술개발 사업이 1997년부터 시작된 이후로 한국지질자원연구원은 국내에서는 처음으로 지진예지연구를 위한 지자장, GPS, 시추공 지진계를 운영하는 효동리종합지진관측소를 2000년 3월에 설치하였다. 지진관측망 현대화 사업의 추진 이후에 본격적으로 구축되어진 한국지질자원연구원의 지진연구망과 기상청에서 구축한 국가지진망뿐만 아니라 모든 독립적으로 운영되던 기관들의 지진관측망을 통합하여 범국가적인 지진네트워크 및 데이터베이스구축의 필요성이 대두됨으로써 2002년 부터는 국가통합지진네트워크인 KISS 시스템이 본격적으로 가동되기 시작하였다. 체계적인 관측소설립뿐만 아니라 지진예지를 위한 기초로 질 높은 지진자료 관측, 지자장 및 GPS관측을 할 수 있는 종합관측소의 필요성이 더욱 높아졌고 또한 규모 2.0이상의 지진의 관측이 지역적으로 왜곡되지 않게 관측할 수 있는 지진연구망 확보가 필요하였다.
따라서 이번 연구 기간에서는 기존 관측망을 보완 할 수 있고 지역별 표준 관측소로 활용될 수 있는 3개의 시추공 지진관측소를 확충 하였다. 또한 전 단계에서 구축된 지진통합네트워크(KISS)를 기반으로 실제 지진신속대응시스템의 기반기술이 되는 실시간 진표표출시스템의 실용화 기술을 개발하여 현장적용이 가능하도록 하였다.
III. 연구개발의 내용 및 범위
본 연구에서는 위와 같은 연구목적을 달성하기 위하여 크게 다음과 같은 연구를 수행하였다.
(1) 지역적 왜곡을 최소화 하는 거점 시추공 및 종합 지진관측소 확충
(2) 타기관 자료간의 효율적인 공유를 위한 통합지진네트워크 시스템(KISS) 구축을 바탕으로한 DSS 서비스 모듈 확장을 통한 QSCD2.0 규약 개발
(3) 지진발생시 피해를 최소화 할 수 있는 지진신속피해평가시스템 구축에 필요한 기반 소프트웨어(RTICOM) 모듈 성능 업그래이드
(4) 지방자치단체의 가속도 지진동 감시/경보 프로그램 개발 및 보급
(5) 관측소 정보 및 이력관리 시스템 프로토타입 구축
(6) 지진조기경보(EEW) 기술, ElarmS 적용 분석
IV. 연구개발결과
본 연구의 최종 목표는 규모 2.0 이상의 지진을 지역적으로 왜곡되지 않게 관측할 수 있는 지진연구망을 확보하는 것과 국내의 통합 지진네트워크를 구축하고 정보화 시스템 체제를 확립하는 것이다. 이를 위하여 다음과 같은 목표를 설정하였다.
○ 지역 거점 시추공 지진관측소 및 지진종합관측소 확충
○ 타기관 자료간의 효율적인 공유를 위한 통합지진네트워크 시스템(KISS) 구축을 바탕으로한 DSS 서비스 모듈 확장을 통한 QSCD2.0 규약 개발
○ 통합지진관측망(KISS)를 활용한 실시간 가속도 지진동 표출 자료 제공
○ 실시간 가속도 지진동 표출(RTICOM)을 이용한 지방자치단체의 가속도 지진동 감시/경보 프로그램 개발 및 보급
○ Web Base 관측소 정보 및 이력관리 시스템 프로토타입 구축
○ 지진조기경보(EEW) 기술, Elarms 적용 분석
1. 지역 거점 시추공 지진관측소 및 지진종합관측소 확충
지진연구망 구축의 최종 단계 목표는 12개 권역에 대한 시추공 지진관측소 구축이며 본 연구 단계에서는 지진종합관측소를 포함하여 시추공 관측소 3개소 확충이 목표였다. 연구 수행 결과 제주도 돌문화공원의 제주종합관측소, 전라남도 화순종합관측소, 경상남도 양산종합관측소 즉 총 3개소를 확충하였고 1997년부터 연구 결과를 종합하면 총 10개소의 시추공 관측소가 구축된 것이다. 양구, 제주도, 화순종합지진관측소는 GPS 설치를 완료하였고 나머지 양산 종합관측소에는 GPS 설치 기반시설을 구축하고 GPS 시스템 설치는 차기 단계에서 실시하도록 계획하였다. 상기와 같이 계획하였던 목표를 모두 달성하였다.
2. 통합지진관측망(KISS)를 활용한 실시간 가속도 지진동 표출 자료 제공
통합지진관측망(KISS)에 연결된 지진관측소에서 매초 실시간 전송되는 DSS(Data Subscription Service)를 활용한 실시간 지진동 표출(RTICOM)을 모듈을 더욱 확장하여 QSCD2.0 프로토콜을 개발하였으며 타 기관에서 활용할 수 있도록 하였다. 그 결과 RTICOM을 소방방재청, 국가안전보상회의 상황실 국가정보원 상황실에 분배 모듈을 보급 설치하였다.
3. 실시간 가속도 지진동 표출(RTICOM)을 이용한 지방자치단체 실용화 및 보급
지방자치단체의 자체 가속도 시스템 감시를 위하여 지자체지진감시 및 경보용 프로그램을 개발 하여 지자체 방재업무에 사용될 수 있도록 하였다.
4. Web Base 관측소 정보 및 이력관리 시스템 프로토타입 구축
지진자료 공유, 저장, 제공을 위하여 Web Base 관측소 이력관리 시스템에 대한 프로토타입 시스템 설계와 이에 대한 테스트를 성공적으로 수행 하였다.
5. 지진조기경보(EEW) 기술, ElarmS 적용 분석
지진조기경보 시스템으로 개발 중에 있는 미국의 ElarmS에 대한 프로그램 분석과 국내 오대산지진(2007년 1월20일 규모4.8)에 대한 적용 가능성을 시험 분석 하였다.
V. 연구개발결과의 활용계획
지역거점 시추공관측소 지진자료는 그 배경잡음이 매우 낮고 기반암반에 설치되어 있기 때문에 계기 진도 결정시 주변 관측자료의 기준 값으로 활용됨으로써 신속 지진피해평가시스템 및 지진조기경보 시스템 구축의 기준 관측소로 활용 될 것 이다.
실시간 지진동 감시 기술은 대규모 지진 발생시 신속한 진앙지 및 피해판단을 제공하기 때문에 이 기술이 보급된 소방방재청, 국가안전보상회의 상황실 국가정보원 상황실에서는 국가 재난 대응에 적극 활용할 것이다.
지방자치단체의 방재팀에서는 자체적인 가속도 감시 시스템과 기술이 없다. 따라서 본 연구에서 개발 보급된 프로그램을 활용하여 자체 보유 가속도 관측소의 지진동 수준을 모니터링 하고 경보 발령 근거로 삼을 수 있으며 인접지역의 가속도 관측소 값도 네트워크를 연결하며 모니터링이 가능 하도록 하였으므로 현장 활용이 기대 된다.
다수의 지진관측소를 운영하는 기관에서는 관측소 정보 뿐아니라 유지 보수에 따른 이력관리를 Web을 통하여 관리할 수 있으므로 지진관측기관에서 활용 될 수 있다.
지진조기경보 기술은 국내에 적용 여부를 모색하는 단계이며 기상청 등의 기관에서 관련 정책 수립에 본 연구 결과가 활용 될 것이다.
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