표제지

제출문

보고서 초록

요약문

SUMMARY

CONTENTS

목차

제1장 연구개발 과제의 개요 24

제2장 국내외 기술개발 현황 26

제3장 연구개발수행 내용 및 결과 29

제1절 동아시아 지진 및 발파 감시능력 개선 29

1. KEMS 실시간 분석 29

2. 지진관측자료 수신 및 분석 현황 35

3. 지진관측소 운영 59

4. 지진-음파 관측소 운영 및 공중음파 신호 분석 69

5. 네트워크 운영 74

6. 시스템 운영 90

제2절 지진원 요소 재결정 및 자동분석 시스템 구축 105

1. 모멘트 텐서 역산을 통한 지진원 요소 재결정 105

2. 모멘트 규모 결정 시스템의 준 자동화 108

제3절 시범 해안 대도시 지역의 지진위험도 구역화 113

1. 지반정보 시스템 구축 기법의 도입 적용 113

2. 지반정보 시스템 구축 121

3. 부지 주기의 공간 구역화를 통한 지진위험도 예측 127

제4절 지진동 모사 시스템 기반 구축 132

1. Spectral Element Method 이론 132

2. Spectral Element Method 수치 실험 141

제5절 한반도 피해 역사지진 평가 144

1. 1597년 백두산 화산성 지진 144

제6절 서울 지역 지반 데이터베이스 구축 150

1. 서울 지역 지반 데이터베이스 구축 개요 150

2. 지반 데이터베이스 구축 150

3. 지반 데이터베이스 관리 프로그램 개발 적용 160

제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 165

제5장 연구개발결과의 활용계획 168

제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 170

제7장 참고문헌 171

부록 176

부록 1. 2008년 11월 ~ 2009년 10월 지진의 스펙트럼 분석 결과 176

표 3-1-1. 한국지질자원연구원 지진관측소 현황 60

표 3-1-2. 한국지질자원연구원 배열식 지진관측소 현황 60

표 3-1-3. 한국지질자원연구원 종합, 광대역, 단주기 지진관측소 현황 61

표 3-1-4. 2009년 장비 교체 관측소 63

표 3-1-5. 2009년 관측소 이상 점검 주요 내역 64

표 3-1-6. 유지보수 계약 대상 시스템 현황. 93

표 3-1-7. 장애 발생 시 대체 할 시스템 목록. 93

표 3-1-8. 시기에 따른 정기점검 항목. 94

표 3-1-9. 시스템 H/W 교체 내역. 95

표 3-1-10. 2009년 유지보수 분기 점검 상세 내역. 96

표 3-1-11. 주요 시스템 가동률. 98

표 3-2-1. 2008년 11월부터 2009년 10월까지 발생한 지진의 진원요소 111

표 3-3-1. 지반-지식 기반 지반 정보 시스템 구축 과정 120

표 3-5-1. 원거리 격발 지진 사례 148

표 3-6-1. T_Project 152

표 3-6-2. T_Borehole 152

표 3-6-3. T_Layer 153

표 3-6-4. T_SPT 153

표 3-6-5. T_Borehole_Sum 154

표 3-6-6. T_Vs 155

표 3-6-7. T_CTX 155

표 3-6-8. T_RC 156

표 3-6-9. T_RC_Data 156

표 3-6-10. 서울시 지반정보 시스템으로부터 획득한 자료 157

표 3-6-11. 서울 지역에 대한 연구개발진의 기 확보 및 구축 지반 DB 구성 157

표 3-6-12. 기존 시추조사 자료의 오류 검사 항목과 발견 오류 자료 157

표 3-6-13. 기존 지반조사 자료 기반의 서울 지역 지반 DB 구성 158

표 3-6-14. 서울 지역 지반-지식 수집 자료의 지표면 부근 특성별 구성 159

표 3-6-15. 서울 지역에 대한 통합 지반 DB 구성 159

그림 3-1-1. 2008. 11. 1. - 2009. 10. 31. 기간 동안 KEMS에 의해 전 세계적으로 자동 분석된 12,312회의 event 분포도 30

그림 3-1-2. 2008. 11. 1. - 2009. 10. 31. 기간 동안 전문분석자에 의해 전 세계적으로 정밀 분석된 6,367회의 event 분포도 30

그림 3-1-3. 2008. 11. 1. - 2009. 10. 31. 기간 동안 KEMS에 의해 한반도 인근의 자동 분석된 8,858회의 event 분포도 31

그림 3-1-4. 2008. 11. 1. - 2009. 10. 31. 기간 동안 전문분석자에 의해 한반도 인근의 정밀 분석된 4,586회의 event 분포도 32

그림 3-1-5. 2008. 11. 1. - 2009. 10. 31. 기간 동안 한국지질자원연구원 관측소 별 실시간 자동분석 및 정밀분석 시 사용된 빈도 33

그림 3-1-6. 원주 KSRS의 월별 실시간 지진자료 수신율 34

그림 3-1-7. 한국지질자원연구원 운영 지진관측망의 실시간 지진자료 수신율 34

그림 3-1-8. 지질자원연구원 지진관측소 분포 현황 59

그림 3-1-9. 명계리(MKL) 지진관측소 개선작업 전(좌) 및 후(우) 62

그림 3-1-10. 현재 운영 가능한 USN 장비(인터넷 검색) 67

그림 3-1-11. 온도 감시를 위한 USN 구성 mote와 base mote 및 데이터 수신 현황 68

그림 3-1-12. 당해연도 지진-음파 관측소 자료 수신율. 69

그림 3-1-13. 2007년 4월-2009년 4월까지 노천광산-철원(CHNAR), 노천광산-울릉도관측소(ULDAR)간 공중음파 신호의 주시 및 후방방위각 변화 특성. 71

그림 3-1-14. 공중음파 주시모델을 적용한 인공지진 위치결정 비교. 72

그림 3-1-15. 공중음파 신호에 대한 PMCC 분석. 73

그림 3-1-16. 공중음파 신호의 후방방위각 및 음원위치 결정. 73

그림 3-1-17. 지진연구센터 네트워크 구성도 74

그림 3-1-18. 지진연구센터 방화벽 75

그림 3-1-19. 방화벽 패킷량 그래프 76

그림 3-1-20. IPS(Intrusion Prevention System) 77

그림 3-1-21. IPS(Intrusion Prevention System) 78

그림 3-1-22. NMS(Network Monitoring System) 78

그림 3-1-23. cacti(트래픽 분석 서버) 79

그림 3-1-24. cacti 장비 목록 80

그림 3-1-25. Cisco Catalyst 3550-24 Switch GiGaEthernet Port 0/2 인터페이스 82

그림 3-1-26. Cisco Catalyst 2960-48TC-L Switch FastEthernet Port 0/47 인터페이스 83

그림 3-1-27. Cisco Catalyst 2960-48TC-L Switch FastEthernet Port 0/47 인터페이스 83

그림 3-1-28. Cisco Catalyst 2960-48TC-L Switch FastEthernet Port 0/47 인터페이스 84

그림 3-1-29. Cisco 2851 VPN Router GiGaEthernet Port 0/1 인터페이스 84

그림 3-1-30. Cisco 3640 Router FastEthernet Port 0/0 인터페이스 85

그림 3-1-31. Cisco Catalyst 2960-48TC-L Switch FastEthernet Port 0/47 인터페이스 85

그림 3-1-32. Cisco Catalyst 3550-24 Switch GiGaEthernet Port 0/2 인터페이스 86

그림 3-1-33. Cisco Catalyst 2960-48TC-L Switch FastEthernet Port 0/47 인터페이스 86

그림 3-1-34. 일반적인 VPN 관측소 구성도 87

그림 3-1-35. VPN 모니터링 화면 88

그림 3-1-36. VPN 설치 모습 88

그림 3-1-37. VPN 실시간 자료 전송 89

그림 3-1-38. 관측소 계측환경 변경에 따른 일련의 기반작업 프로세스 90

그림 3-1-39. 실시간 수신 및 자동분석에 추가된 양산(YSB), 명계리(MKL), 청송(CHS), 청도(CGD) 91

그림 3-1-40. 자동분석에 추가된 KINS 지진관측소 92

그림 3-1-41. 메모리 및 디스크교체 작업. 95

그림 3-1-42. 시스템 유지보수 작업. 96

그림 3-1-43. 유지보수 추진 계획 및 유지보수 실적 보고서. 97

그림 3-1-44. SMS 및 이메일을 이용한 전산장비 및 네트워크 장애 통지 97

그림 3-1-45. 지진분석A 시스템 성능표. 99

그림 3-1-46. 지진분석B 시스템 성능표. 99

그림 3-1-47. 공중음파분석 시스템 성능표. 100

그림 3-1-48. 수발신 시스템 성능표. 100

그림 3-1-49. DB_A 시스템 성능표. 101

그림 3-1-50. DB_B 시스템 성능표. 101

그림 3-1-51. 실시간 백업 구성도 102

그림 3-1-52. 실시간 백업 서버와 스토리지 102

그림 3-1-53. MHEP를 이용한 신속진앙 추정 프로그램 시험 화면 104

그림 3-2-1. 북한 2차 핵실험(2009.05.25)의 Full moment tensor inversion 결과 107

그림 3-2-2. 북한 2차 핵실험(2009.05.25)의 Isotropic moment tensor inversion 결과 107

그림 3-2-3. 안동지진(2009.05.02)의 Full moment tensor inversion 결과 108

그림 3-2-4. 안동지진(2009.05.02)의 진원스펙트럼 분석 결과 109

그림 3-2-5. 2008년 11월부터 2009년 10월까지 발생한 지진의 국지지진 규모와 모멘트 규모와의 상관관계 110

그림 3-3-1. 베리오그램과 코베리언스 115

그림 3-3-2. 대표적인 베리오그램 모델 116

그림 3-3-3. 지반 정보 시스템의 전체 구성 118

그림 3-3-4. 지층 구성 및 자료 보간을 통한 공간 지층 정보 가시화 흐름 119

그림 3-3-5. 지진재해 예측을 위한 지반 정보 시스템의 재구성 121

그림 3-3-6. 부산 지역 지반 DB 관리 시스템의 초기 구성 화면 자료 분포 122

그림 3-3-7. 대상 부산 지역의 확장 영역과 연구 영역의 좌표 및 영역 크기 123

그림 3-3-8. 부산 확장 영역 공간 지반지층 정보로부터 연구 영역 정보 추출 123

그림 3-3-9. 부산 연구 영역의 단면 지층 구성 124

그림 3-3-10. 부산 연구 영역의 지표 지형 변화 124

그림 3-3-11. 부산 연구 영역에서의 기반암 상부 주요 지반지층 두께 분포 126

그림 3-3-12. 부산 연구 영역에서의 기반암 심도 분포 127

그림 3-3-13. 부지 주기를 이용한 지진위험도 공간 구역화 구성 절차 128

그림 3-3-14. 부산에서의 부지 주기 토대의 지진위험도 구역화 정보 129

그림 3-3-15. 부산에서의 내진 활용을 위한 부지 분류 및 증폭 계수 분포 130

그림 3-4-1. 요소들의 격자점들 139

그림 3-4-2. 2차원 모형에 의한 지진동 모사 결과 141

그림 3-4-3. 2차원 모형에 의한 지진동 모사 결과 142

그림 3-4-4. 3차원 모형에서 지표면에서의 수직 성분 지진동 스냅 샷 143

그림 3-5-1. 1957년 10월 6일부터 8일까지 발생한 지진의 감진 지역 145

그림 3-6-1. 지진공학적 지반정보 데이터베이스 구조 151

그림 3-6-2. 서울 지역의 기존 지반조사 자료 분포 현황 158

그림 3-6-3. 서울 지역의 기존 지반조사 자료 및 지반-지식 자료 분포 현황 159

그림 3-6-4. 지반 데이터베이스 관리 시스템 프로그램 구성 160

그림 3-6-5. 지반 데이터베이스 관리 프로그램의 메인 화면 161

그림 3-6-6. 지반 데이터베이스 관리 프로그램의 자료 입력 162

그림 3-6-7. 지반 데이터베이스 관리 프로그램의 자료 조회 162

그림 3-6-8. 지반 데이터베이스 관리 프로그램의 DB/FTP Server 설정 163

그림 3-6-9. 지반 데이터베이스 관리 프로그램의 참고 배경 지도 입력 164

I. 제목

실시간 지진관측 및 대도시 지진위험도 예측 기술 개발

II. 연구개발의 목적 및 필요성

○ 한국지질자원연구원에서는 국내 지진발생 특성을 연구하기 위하여 효동리종합관측소(HDB)와 김포, 간성, 울릉도 등지의 지진-공중음파 관측소 등 41개소의 지진관측망을 주요 단층대 지역 등에 설치하여 운영하고 있으며 실시간 지진분석을 위하여 "지진자료 수집 및 분석시스템(KEMS: KIGAM's Earthquake Monitoring System)"을 운영하고 있음. 지진연구 및 지진방재를 위한 양질의 지진자료를 얻기 위해서는 무엇보다 지진관측망의 안정적인 운영 및 실시간 지진분석 시스템의 운영 기술을 지속적으로 개발하여야 함.

○ 지진 관측을 통한 실시간 분석 기술의 고도화는 공중음파 관측 분석 기술의 고도화와 지하 핵실험 등 인공지진을 탐지하고 식별할 수 있는 효과적인 방법으로 적응되므로 국가 안보적 측면의 관련 기술 고도화가 반드시 이루어져야 함.

○ 선도적 국내 정보기술과 지진공학 전문 지식과의 복합 활용을 통해 차별적 정보기술 기반의 지반 정보 시스템 구축을 통한 국내 고유의 부지 효과 반영의 지진 위험의 정량적 예측 시스템 기술 관련 연구 개발이 필요함.

○ 산업 기반의 다각화 및 정밀화에 따라 체계적 지진 대응을 위하여 지형 및 단층면을 고려한 3차원 정밀 지진동 모사 기술 및 피해 평가 지진동 자료가 필요함.

III. 연구개발의 내용 및 범위

○ 동아시아 지진 및 발파 감시 능력 개선

- 지진관측소 및 네트워크 운영

- 실시간 지진자료 수·발신 및 분석 시스템의 안정적 운영

(지진자료 연간 획득률 97%, 시스템 연간 가동률 98% 확보)

- To-Be 네트워크 모델 제시

- 관측소 운영 환경 감시 기술 개발 및 시범 운영

○ 인공지진 식별기술 개발

- 2년간 획득한 발파검증자료 분석으로 공중음파 전파특성 연구

- 주변국 대규모 인공지진(핵실험) 탐지 및 신호분석

○ 시범 해안 대도시 지역의 지진위험도 구역화

- GIS 기법을 적용한 시범 선정 부산 지역의 삼차원 지반지층 정보 시스템 구축 제시

- 해안 대도시 부산 지역 지진위험도 예측 대응의 다각적 공간 구역화 수행

○ 지진동 모사 시스템 기반 구축

- 정밀한 지진동 모사 소프트웨어 개발

- 대도심 지역의 지형 및 토양에 의한 지진동 증폭 효과 수행

○ 지진 모멘트 텐서 역산 및 모멘트 규모 결정기술 준 자동화 기반 구축

- 시간영역 파형 역산법을 이용한 지진원 모멘트 텐서 역산 기술 개선

- 진원스펙트럼 분석을 통한 모멘트 규모 결정 알고리즘 안정화

- 모멘트 규모 분석 시스템의 준 자동화

○ 주요 역사지진 평가

- 1597년 백두산 화산성 지진의 격발지진 가능성 연구

○ 서울 지역 지반 DB 구축

- 전문가 지식 기반의 통합 지반 DB 설계 및 서울 지역 유용 가능 지반 자료 수집 분석

- 서울 지역 수집 자료에 대한 통합 DB 구축 및 관리 소프트웨어 개발

IV. 연구개발결과

○ 동아시아 지진 및 발파 감사 능력 개선

- 실시간 지진자료 획득률 97% 이상 확보

- 시스템 가동률 99% 이상 확보

- 12,312회 자동 event 분석, 6,367회 event 수동 분석

- 노후 지진관측소 개보수 및 VPN 관측소 확충

- 관측소 운영 환경 감시 기술 시험

- 신속 진앙추정 프로그램 개발 및 시험 운영

○ 지진-음파 관측소 운영 및 인공지진 식별기술 개발

- 철원, 간성, 백령도, 김포, 대전, 울릉도, 양구 공중음파 관측소 운영

- 계절에 따른 공중음파 주시변화 모델 관측

- 북한 핵실험으로부터 발생한 공중음파 신호 분석

○ 시범 해안 대도시 지역의 지진위험도 구역화

- 대표적 해안 대도시 부산 지역에 대한 지반 DB 토대의 지반정보 시스템 구축을 통해 도출한 공간 지반지층 정보

- 부산 지역의 지진위험도 예측 및 지진 대응을 위해 작성한 부지 주기 기반의 공간 구역화 정보

○ 지진동 모사 시스템 기반 구축

- 지진동 모사용 리녹스 클러스트 시스템 구축

- 지형을 고려한 2차원 지진동 모사 및 3차원 알고리듬 개발

○ 지진원 요소 재결정 및 자동분석 시스템 구축

- 모멘트 텐서 역산법 개선을 통한 주요 지진원 요소 정밀 분석

- 모멘트 규모 결정 알고리즘 안정화 시험 및 준 자동화 분석시스템 구축

○ 주요 역사지진 평가

- 1597년 백두산 화산성 지진의 진원 및 거리에 따른 지반운동 분포 추정

○ 서울 지역 지반 DB 구축

- 서울 지역 및 주변에 대해 수집된 22,000 여공의 시추조사 자료 및 추가 획득한 지반-지식 자료

- 서울 지역에 대해 구축된 통합 지반 DB 및 이의 지속적 체계화를 위해 개발한 지반 DB 관리 소프트웨어

V. 연구개발결과의 활용계획

○ 통합 가속도 지진네트워크를 이용한 도시가스, 대형 댐과 같은 라이프라인을 지진재해로부터 보호할 수 있는 지진 방재 시스템 개발. 불필요한 지진 관측소의 중복설치 및 신설로 인한 예산 절감

○ 통합 지진 네트워크 및 데이터베이스를 이용한 지진연구 및 국내 지진환경에 맞는 내진설계 기준 개발에 활용

○ 지진 자동분석시스템 연동을 통한 신속한 지진모멘트 정보 전달

○ 지진동모사를 통한 대도심의 지형 및 지반 특성에 의한 지진동의 증폭 효과에 의한 피해 영향 평가에 활용

○ 지반 지질 특성 자료와 부지고유 지진응답 특성과의 지역적 관계 규명을 통한 국내 고유 내진 설계 기법의 종합 개발에 활용

○ 국가 종합 지진방재 시스템에 대한 기본 프레임 및 고급 지반 특성 정보 제공을 통해 방재 시스템의 합리적 효율화에 적극 활용

○ 지진 자동분석시스템 연동을 통한 신속한 지진모멘트 정보 전달