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목차

제1장 연구의 개요 18

1.1. 연구의 목적 18

1.2. 연구의 세부목표 18

1.2.1. 우리나라 연안 주요 조석 특이해역 파악 18

1.2.2. 조석 특이해역의 이상 해수면 높이를 분석·탐지·예측 기법 파악·제시 18

1.2.3. 기존에 수립한 해수면 높이 변화 분석·예측 알고리즘 및 사용 환경 개선 18

1.2.4. 해수면 높이 변화 예측을 위한 인공신경망 모델 시험 적용 18

1.3. 연구의 추진체계 19

1.4. 공정표 19

제2장 우리나라 연안 주요 조석 특이해역 파악 20

2.1. 이 연구에서 특이조석의 정의 20

2.1.1. 조석 비대칭 현상(tidal asymmetry) 22

2.1.2. 조석 해일 (tidal bore) 27

2.1.3. 항만 부진동(seiche, harbor oscillation) 27

2.1.4. 조석 병목 및 확폭 현상(tidal choking and amplification) 29

2.1.5. 기상해일 (Meteo-Tsunami, 해양 장파, 기상 조석) 31

2.2. 인포그래픽 제작안 36

제3장 조석 특이해역의 이상 해수면 높이 분석·탐지·예측 기법 파악·제시 40

3.1. 국내외 전문 학술지에 실린 관련 연구 성과 40

3.2. 현 국립해양조사원 조위 분석·예측 기술 수준 및 여건 비교 42

제4장 기존 해수면높이 변화 분석·예측 알고리즘 및 사용 환경 개선 44

4.1. 해수면높이 변화 분석·예측 알고리즘 개선 44

4.2. Response method 45

4.2.1. Response method의 일반 45

4.2.2. Response method의 적용 46

4.3. 일치법 (The species concordance method) 77

4.3.1. The species concordance method 이론 77

4.3.2. The species concordance method의 적용 78

4.3.3. 응답법, 조화종 일치법, 그리고 TASK2000 비교 81

4.4. 프로그램 GUI 구현 82

제5장 해수면 변화 예측을 위한 인공 신경망 모델 시험 적용 89

5.1. 인공 신경망 모델 89

5.2. TensorFlow에 의한 조위 예측 92

제6장 결론 및 제언 96

부록 A. 자문 회의 97

가. 중간 보고회 및 자문회의 결과 보고서 97

나. 전문가 서면 자문 102

다. 최종 보고회 및 자문회의 결과 보고서 107

부록 B. 프로그램 GUI 사용자 매뉴얼 111

가. Convert Data Format: 입력 자료를 변환하는 프로그램 111

나. Harmonic Analysis: 조화분석을 수행하는 프로그램 113

다. Response Method: 조화분석을 수행하고 조석을 예측하는 프로그램 119

라. Species Concordance Method 126

마. 인공지능 Python 프로그램 사용법 126

참고문헌 132

판권기 136

〈표 2-1〉 특이조석의 분류표 21

〈표 2-2〉 최종 특이조석의 분류표 21

〈표 3-1〉 조석 특이해역 관련 국내 연구 사례 40

〈표 3-2〉 조석 특이해역 관련 국외 연구 사례 41

〈표 4-1〉 조석 분석 방법 정리표 45

〈표 4-2〉 영종대교의 예측치 오차 분석표 56

〈표 4-3〉 VAV16 강화대교의 예측치 오차 분석표 58

〈표 4-4〉 VAV17 강화대교의 예측치 오차 분석표 61

〈표 4-5〉 TASK2000 강화대교의 예측치 오차 분석표 63

〈표 4-6〉 강화대교의 예측치 오차 분석표 66

〈표 4-7〉 5년 자료 분석 후 강화대교의 예측치 오차 분석표 67

〈표 4-8〉 전류리의 VAV16 예측치 오차 분석표 69

〈표 4-9〉 전류리의 VAV17 예측치 오차 분석표 71

〈표 4-10〉 전류리의 TASK2000 예측치 오차 분석표 73

〈표 4-11〉 전류리의 예측치 오차 분석표 76

〈표 4-12〉 전류리의 일치법 예측치 오차 분석표 79

〈표 4-13〉 전류리의 응답법, 일치법 그리고 TASK에 의한 예측치 오차 분석표 81

〈표 5-1〉 인공 신경망 해양 분야 응용 국내사례 89

〈표 5-2〉 전류리의 인공지능 응용 및 입력 93

〈표 B-1〉 a_list_files.inp의 내용 119

〈표 B-2〉 초기화 파일 xxxx.ini의 내용(여기서는〈표 B-1〉의 youngjong.ini) 120

〈표 B-3〉 초기화 파일의 파라미터 124

〈표 B-4〉 천해분조의 정의 125

〈그림 2-1〉 해양 표면파의 개념적 주파수 스펙트럼 20

〈그림 2-2〉 전류리의 조위 관측소 23

〈그림 2-3〉 전류리의 조석 비대칭 23

〈그림 2-4〉 군산항의 조석 비대칭 23

〈그림 2-5〉 목포항의 조석 비대칭 24

〈그림 2-6〉 금강 하구의 조석 비대칭 24

〈그림 2-7〉 진폭비 공간분포 26

〈그림 2-8〉 위상차 공간분포 26

〈그림 2-9〉 필터된 영일만의 수위 시계열 29

〈그림 2-10〉 조석 병목 및 확폭 현상 30

〈그림 2-11〉 목포구에서 M₂ 분조 진폭변화 30

〈그림 2-12〉 목포구의 진폭변화 31

〈그림 2-13〉 2007년 해양장파 발생 시의 각 해역별 수위 변화... 32

〈그림 2-14〉 2007년 해양 장파 발생 시의 각 해역별 웨이브렛 스펙트럼 34

〈그림 2-15〉 Δ(H²L)/Δt의 누적 퍼센티지 곡선 36

〈그림 2-16〉 조석 특이해역의 인포그래픽안 예시 37

〈그림 2-17〉 인포그래픽 범례 37

〈그림 2-18〉 조석 특이해역의 인포그래픽 - 조석 비대칭(전류리) 38

〈그림 2-19〉 조석 특이해역의 인포그래픽 - 기상해일 38

〈그림 2-20〉 조석 특이해역의 인포그래픽 - 기상해일 정보 39

〈그림 3-1〉 국립해양조사원의 조위 자료 분석/예측 흐름도 43

〈그림 4-1〉 VAV16 입력 파라메타 47

〈그림 4-2〉 VAV17 입력 파라메타 47

〈그림 4-3〉 영종대교 조위 관측소의 관측 자료(2016.1.1 ~ 2016.12.31) 47

〈그림 4-4〉 VAV16 스펙트럼 분석 결과 48

〈그림 4-5〉 VAV17 스펙트럼 분석 결과 48

〈그림 4-6〉 VAV16 영종대교의 2017년 예측치와 관측치 비교 49

〈그림 4-7〉 VAV16 영종대교의 2017.1.1~2017.3.31 예측치와 관측치 비교 49

〈그림 4-8〉 VAV16 영종대교의 2017.4.1~2017.6.30 예측치와 관측치 비교 49

〈그림 4-9〉 VAV16 영종대교의 2017.7.1~2017.9.30 예측치와 관측치 비교 50

〈그림 4-10〉 VAV16 영종대교의 2017.10.1.~2017.12.31 예측치와 관측치 비교 50

〈그림 4-11〉 VAV16 영종대교의 대조기(2017.5.19~2017.6.5) 예측치와 관측치 비교 50

〈그림 4-12〉 VAV16 영종대교의 소조기(2017.6.5.~2017.6.20) 예측치와 관측치 비교 50

〈그림 4-13〉 VAV17 영종대교의 2017년 예측치와 관측치 비교 51

〈그림 4-14〉 VAV17 영종대교의 2017.1.1~2017.3.31 예측치와 관측치 비교 51

〈그림 4-15〉 VAV17 영종대교의 2017.4.1~2017.6.30 예측치와 관측치 비교 52

〈그림 4-16〉 VAV17 영종대교의 2017.7.1~2017.9.30 예측치와 관측치 비교 52

〈그림 4-17〉 VAV17 영종대교의 2017.10.1~2017.12.31 예측치와 관측치 비교 52

〈그림 4-18〉 VAV17 영종대교의 대조기(2017.5.19.~2017.6.5.) 예측치와 관측치 비교 53

〈그림 4-19〉 VAV17 영종대교의 소조기(2017.6.5.~2017.6.20) 예측치와 관측치 비교 53

〈그림 4-20〉 TASK2000 영종대교의 2017년 예측치와 관측치 비교 54

〈그림 4-21〉 TASK2000 영종대교의 2017.1.1~2017.3.31 예측치와 관측치 비교 54

〈그림 4-22〉 TASK2000 영종대교의 2017.4.1~2017.6.30 예측치와 관측치 비교 54

〈그림 4-23〉 TASK2000 영종대교의 2017.7.1~2017.9.30 예측치와 관측치 비교 54

〈그림 4-24〉 TASK2000 영종대교의 2017.10.1~2017.12.31 예측치와 관측치 비교 55

〈그림 4-25〉 TASK2000 영종대교의 대조기(2017.5.19~2017.6.5) 예측치와 관측치 비교 55

〈그림 4-26〉 TASK2000 영종대교의 소조기(2017.6.5~2017.6.20) 예측치와 관측치 비교 55

〈그림 4-27〉 영종대교의 조위(2017.5.25~2017.5.31) 예측치와 관측치 비교 56

〈그림 4-28〉 영종대교의 조위(2017.12.18~2017.12.23) 예측치와 관측치 비교 56

〈그림 4-29〉 VAV16 입력 파라메타 57

〈그림 4-30〉 VAV17 입력 파라메타 57

〈그림 4-31〉 강화대교 조위 관측소의 관측 자료(2016.1.1. ~ 2016.12.31) 57

〈그림 4-32〉 VAV16 강화대교 스펙트럼 분석 58

〈그림 4-33〉 VAV17 강화대교 스펙트럼 분석 58

〈그림 4-34〉 VAV16에 의한 강화대교의 2017년 예측치와 관측치 비교 58

〈그림 4-35〉 VAV16 강화대교의 2017.1.1~2017.3.31 예측치와 관측치 비교 59

〈그림 4-36〉 VAV16 강화대교의 2017.4.1~2017.6.30 예측치와 관측치 비교 59

〈그림 4-37〉 VAV16 강화대교의 2017.7.1~2017.9.30 예측치와 관측치 비교 59

〈그림 4-38〉 VAV16 강화대교의 2017.10.1~2017.12.31 예측치와 관측치 비교 60

〈그림 4-39〉 VAV16 강화대교의 대조기(2017.8.19.~2017.8.31) 예측치와 관측치 비교 60

〈그림 4-40〉 VAV16 강화대교의 소조기(2017.5.11.~2017.5.19) 예측치와 관측치 비교 60

〈그림 4-41〉 VAV16 강화대교의 2017.9.10.~2017.9.12 예측치와 관측치 비교 60

〈그림 4-42〉 VAV17 강화대교의 2017년 예측치와 관측치 비교 61

〈그림 4-43〉 VAV17 강화대교의 2017.1.1.~2017.3.31 예측치와 관측치 비교 62

〈그림 4-44〉 VAV17 강화대교의 2017.4.1~2017.6.30 예측치와 관측치 비교 62

〈그림 4-45〉 VAV17 강화대교의 2017.7.1~2017.9.30 예측치와 관측치 비교 62

〈그림 4-46〉 VAV17 강화대교의 2017.10.1~2017.12.31 예측치와 관측치 비교 62

〈그림 4-47〉 VAV17 강화대교의 대조기(2017.8.19.~2017.8.31) 예측치와 관측치 비교 63

〈그림 4-48〉 VAV17 강화대교의 소조기(2017.5.11.~2017.5.19) 예측치와 관측치 비교 63

〈그림 4-49〉 TASK2000 강화대교의 2017년 예측치와 관측치 비교 64

〈그림 4-50〉 TASK2000 강화대교의 2017.1.1~2017.3.31 예측치와 관측치 비교 64

〈그림 4-51〉 TASK2000 강화대교의 2017.4.1~2017.6.30 예측치와 관측치 비교 64

〈그림 4-52〉 TASK2000 강화대교의 2017.7.1~2017.9.30 예측치와 관측치 비교 64

〈그림 4-53〉 TASK2000 강화대교의 2017.10.1~2017.12.31 예측치와 관측치 비교 65

〈그림 4-54〉 TASK2000 강화대교의 대조기(2017.8.19.~2017.8.31) 예측치와 관측치 비교 65

〈그림 4-55〉 TASK2000 강화대교의 소조기(2017.5.11.~2017.5.19) 예측치와 관측치 비교 65

〈그림 4-56〉 강화대교의 2017.5.26~2017.5.30 예측치와 관측치 비교 66

〈그림 4-57〉 강화대교의 2017.10.7~2017.10.9 예측치와 관측치 비교. 66

〈그림 4-58〉 5년 자료 강화대교의 2017.5.26.~2017.5.30 예측치와 관측치 비교 67

〈그림 4-59〉 5년 자료 강화대교의 2017.10.7.~2017.10.9 예측치와 관측치 비교 67

〈그림 4-60〉 전류리의 2015년 관측조위 68

〈그림 4-61〉 전류리의 관측 조위 비대칭 예시(2015.10.12.~2015.10.14) 68

〈그림 4-62〉 VAV16 입력 파라메타 68

〈그림 4-63〉 VAV17 입력 파라메타 68

〈그림 4-64〉 VAV16 전류리 스펙트럼 분석 69

〈그림 4-65〉 VAV17 전류리 스펙트럼 분석 69

〈그림 4-66〉 VAV16 전류리의 2015년 예측치와 관측치 비교 70

〈그림 4-67〉 VAV16 전류리의 대조기 (2015.8.1~2015.8.5) 예측치와 관측치 비교 70

〈그림 4-68〉 VAV16 전류리의 소조기(2015.6.26~2015.6.30) 예측치와 관측치 비교 70

〈그림 4-69〉 VAV16 전류리의 예측치(2015.9.10~2015.9.12)와 관측치 비교 71

〈그림 4-70〉 VAV17 전류리의 2015년 예측치와 관측치 비교 71

〈그림 4-71〉 VAV17 전류리의 2015.1.1~2015.3.31 예측치와 관측치 비교 72

〈그림 4-72〉 VAV17 전류리의 2015.4.1~2015.6.30 예측치와 관측치 비교 72

〈그림 4-73〉 VAV17 전류리의 2015.7.1~2015.9.30 예측치와 관측치 비교 72

〈그림 4-74〉 VAV17에 의한 전류리의 2015.10.1~2015.12.31 예측치와 관측치 비교. 72

〈그림 4-75〉 VAV17에 의한 전류리의 대조기(2015.8.1~2015.8.5) 예측치와 관측치 비교 73

〈그림 4-76〉 VAV17에 의한 전류리의 소조기(2015.6.26~2015.6.30) 예측치와 관측치 비교 73

〈그림 4-77〉 TASK2000 전류리의 2015년 예측치와 관측치 비교 74

〈그림 4-78〉 TASK2000 전류리의 2015.1.1~2015.3.31 예측치와 관측치 비교 74

〈그림 4-79〉 TASK2000 전류리의 2015.4.1 ~2015.6.30 예측치와 관측치 비교 74

〈그림 4-80〉 TASK2000 전류리의 2015.7.1 ~2015.9.30 예측치와 관측치 비교 74

〈그림 4-81〉 TASK2000 전류리의 2015.10.1 ~2015.12.31 예측치와 관측치 비교 75

〈그림 4-82〉 TASK2000 전류리의 대조기(2015.8.1.~2015.8.5) 예측치와 관측치 비교 75

〈그림 4-83〉 TASK2000 전류리 소조기(2015.6.26.~2015.6.30) 예측치와 관측치 비교 75

〈그림 4-84〉 전류리의 2015.8.1~2015.8.5 예측치와 관측치 비교 76

〈그림 4-85〉 전류리의 2015.6.26~2015.6.30 예측치와 관측치 비교 76

〈그림 4-86〉 조위(cm)의 일치도 (x축은 기준 조위관측소 고조 또는 저조, y축은 보조... 77

〈그림 4-87〉 일치법에 의한 전류리의 2015년 예측치와 관측치 비교 79

〈그림 4-88〉 일치법에 의한 전류리의 2015.1.1~2015.3.31 예측치와 관측치 비교 79

〈그림 4-89〉 일치법에 의한 전류리의 2015.4.1~2015.6.30 예측치와 관측치 비교 79

〈그림 4-90〉 일치법에 의한 전류리의 2015.7.1~2015.9.30 예측치와 관측치 비교 80

〈그림 4-91〉 일치법에 의한 전류리의 2015.10.1~2015.12.31 예측치와 관측치 비교 80

〈그림 4-92〉 일치법에 의한 전류리의 대조기(2015.8.1~2015.8.5) 예측치와 관측치 비교 80

〈그림 4-93〉 일치법에 의한 전류리의 소조기(2015.6.26~2015.6.30) 예측치와 관측치 비교. 80

〈그림 4-94〉 응답법, 일치법, TASK 2015년 전류리 예측치와 관측치 비교 81

〈그림 4-95〉 응답, 일치, TASK 2015년 전류리의 예측치와 관측치 비교(2015.3.6.~2015.3.12.) 81

〈그림 4-96〉 응답, 일치, TASK 2015년 전류리의 예측치와 관측치... 81

〈그림 4-97〉 조화 예측 프로그램의 실행 초기 화면 82

〈그림 4-98〉 자료 처리기(Convert Data Format)의 초기 화면 83

〈그림 4-99〉 자료 처리기(Convert Data Format)의 결과 화면 #1 83

〈그림 4-100〉 자료 처리기(Convert Data Format)의 결과 화면 #2 84

〈그림 4-101〉 자료 처리기(Convert Data Format)의 결과 화면 #3 84

〈그림 4-102〉 조화 분조수 결정 메시지 85

〈그림 4-103〉 Both Analysis and Prediction의 초기 화면 85

〈그림 4-104〉 조화 분조수의 선택 메시지 86

〈그림 4-105〉 조화 분조의 결과 출력 86

〈그림 4-106〉 비조화 상수 조위의 출력 화면 87

〈그림 4-107〉 조석 형태수의 출력 화면 87

〈그림 4-108〉 조석 예측의 입력/출력 화면 88

〈그림 4-109〉 조석 예측 결과의 출력 화면 88

〈그림 5-1〉 인공 신경망 개념 90

〈그림 5-2〉 피드 포워드 네트워크 90

〈그림 5-3〉 LSTM의 모식도 92

〈그림 5-4〉 인공지능 학습에 사용한 전류리의 조석 자료 93

〈그림 5-5〉 인공지능 학습 결과의 검증 94

〈그림 5-6〉 인공지능 예측 결과 94

〈그림 5-7〉 인공지능 예측 결과(상세) 95

〈그림 B-1〉 조화예측 프로그램 실행... 111

〈그림 B-2〉 프로그램 선택 버튼 111

〈그림 B-3〉 자료 변환 프로그램 실행 초기 화면 112

〈그림 B-4〉 자료 변환 버튼 메뉴 112

〈그림 B-5〉 자료 변환 중 입력 자료 내용 확인 창 112

〈그림 B-6〉 자료 변환 결과 도식 창 113

〈그림 B-7〉 자료 변환 결과 zoom 113

〈그림 B-8〉 국립해양조사원 조석 자료 113

〈그림 B-9〉 변환된 조석 자료 113

〈그림 B-10〉 조화분석 초기 화면 114

〈그림 B-11〉 작업 선택 메시지 메뉴 박스 114

〈그림 B-12〉 조화분석 초기 화면 114

〈그림 B-13〉 조화분석 메뉴 버튼 114

〈그림 B-14〉 입력 파일 선택 창 115

〈그림 B-15〉 입력 파일 이름 및 저장 위치 115

〈그림 B-16〉 조화분석 완료 화면 115

〈그림 B-17〉 조화분조 표 115

〈그림 B-18〉 조화분석 완료 화면 116

〈그림 B-19〉 조화분석에 의한 조위면도 116

〈그림 B-20〉 최종 조화분석 결과 창 및 분석 자료 파일 정보 116

〈그림 B-21〉 조화분석 초기 화면 117

〈그림 B-22〉 작업 선택 메시지 메뉴 박스 117

〈그림 B-23〉 분석 예측 초기 화면 117

〈그림 B-24〉 분석 예측 초기 화면 메뉴 117

〈그림 B-25〉 예측 조위 화면 118

〈그림 B-26〉 예측 조위 확대 화면 118

〈그림 B-27〉 분석 예측 초기 화면 118

〈그림 B-28〉 분석 예측 초기 화면 메뉴 118

〈그림 B-29〉 1-Year Harmonic Analysis 최종 화면 119

〈그림 B-30〉 응답법 분석 메인 화면 121

〈그림 B-31〉 응답법 메뉴 121

〈그림 B-32〉 응답법 분석 입력 파일 정보 화면 121

〈그림 B-33〉 응답법 분석 과정 출력 화면 122

〈그림 B-34〉 응답법에 의한 조위 예측 결과 122

〈그림 B-35〉 응답법에 의한 관측값과 예측값 비교 123

〈그림 B-36〉 응답법에 의한 관측값과 예측값 비교(확대) 123

〈그림 B-37〉 응답법에 의한 관측값과 예측값, 오차값 124