R&D연구결과보고서

(1)

(딥뷰-3세부)환경 재난 ・재해의 조기 감지를 위한 다형 영상 및 복합 센서 데이터 기반의 분석 ・예측

기술 개발

계명대학교 산학협력단

정보통신기술진흥센터

SW컴퓨팅산업원천기술개발

(DeepView-3)Development of analysis and forecasting technology based on complex sensors and

multi images for environmental disaster early

perception

(2)

제 출 문

본 보고서를 “환경 재난·재해의 조기감지를 위한 다형영상 및 복합 센서데이터 기 반의 분석·예측 기술 개발”(개발기간：2015. 3. 1 ~ 2016. 2. 29)과제의 연차보 고서 10부를 제출합니다.

2016 . 1 . 31 .

주관기관명 ː 계명대학교 산학협력단 (대표자)박기현 (인) 참여기관명 ː 한국전자통신연구원 (대표자)이상훈 (인) 참여기관명 ː 한국환경정책평가연구원 (대표자)박광국 (인) 참여기관명 ː ㈜인스페이스 (대표자)최명진 (인) 참여기관명 ː ㈜유엔이 (대표자)박남희 (인) 참여기관명 ː ㈜주빅스 (대표자)정계명 (인) 참여기관명 ː ㈜텔레웍스 (대표자)김인배 (인) 참여기관명 ː ㈜평화엔지니어링 (대표자)권재원 (인)

총괄책임자 : 계명대학교 산학협력단 박상원 참여기관책임자 : 한국전자통신연구원 김세한 참여기관책임자 : 한국환경정책평가연구원 장훈 참여기관책임자 : ㈜인스페이스 최명진

참여기관책임자 : ㈜유엔이 박남희 참여기관책임자 : ㈜주빅스 정계명 참여기관책임자 : ㈜텔레웍스 서영광

참여기관책임자 : ㈜평화엔지니어링 김상태

(3)

연차보고서

사업명 SW컴퓨팅산업원천기술개발 과제번호 B0101-15-0432

과제명

(국문)( 딥뷰-3세부)환경 재난・재해의 조기 감지를 위한 다형 영상 및 복합 센서 데이터 기반의 분석・예측 기술 개발

(영문)( DeepView-3)Development of analysis and forecasting technology based on complex sensors and multi images for environmental disaster early perception.

주관기관 계명대학교 산학협력단 총괄책임자 박상원

참여기관 (책임자)

한국전자통신연구원(김세한), 한국환경정책평가연구원(장훈), 평화엔지니어링(김상태), U&E(박남희), 텔레웍스(서영광), 인스페이스(최병진), 주빅스(정계명)

총수행기간 2014. 4. 1. ~ 2024. 2. 29. ( 10 년)

협약기간 2015. 3. 1. ~ 2016. 2. 29. ( 1 년) 해당년도

수행기간 2015. 3. 1. ~ 2016. 2. 29. (12개월) 협약기간

총사업비(천원)

정 부

출연금 1,500,000 민 간 부담금

현금 20,300

계 2,000,000 현물 479,700

해당연도 사업비(천원)

정 부

출연금 1,500,000 민 간 부담금

현금 20,300

계 2,000,000 현물 479,700

키워드 (6 ~ 10개)

빅데이터수집·저장·관리·분석·예측, IoT, USN, SW, 지식처리, 직관적 시각화

정보통신·방송연구개발 관리규정 제33조에 의거하여 연차보고서 10부를 제출합니다.

2016 년 1월 31일

총괄책임자: 박 상 원 (인) 주관기관장: 박 기 현 (직인/인감)

미래창조과학부 장관 귀하

(4)

Ⅰ. 해당 연도 추진 현황

Ⅰ-1 기술개발 추진 일정

일련

번호 개발 내용 추진 일정(개월) 달성도

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 (%)

1

환경변화데이터 수집/저장 요소기술

설계 100%

2 조기감지상황모델

요소기술 설계 100%

3

공간상황변화분석예 측 및 시각화

4 국토환경 공간스캐닝

5

환경변화데이터 수집/저장 요소기술

개발 100%

6 조기감지상황모델

요소기술 개발 100%

7

공간상황변화분석예 측 및 시각화

8 국토환경 공간스캐닝

9 요소기술별테스트 100%

10 UNEP-Live 협의

및 연계구축 100%

※ 개발내용의 경우 사업계획서 내용에 근거하여 작성할 것

당초계획 개발내용

(5)

목 표 세 부 계 획 실 적

목표 달성도

(%)

사 유

(1) 환경변화 사전예측 센서

및 다형영상(위성 ) 데이터 수집

기술 개발

대규모 복합 센서 및 다형영상(위성) 데이터 분석을 위한 EDEN-i 플랫폼개발

◯ 대규모 복합 센서 및 다형영상(위성) 데이터 관리 기술 개발

- 빅데이터 클러스터 기반 복합센서 및 다형영상(위성)데이터 관리 기술 개발 - 복합센서 및 다형영상(위성) 데이터에

대한 시공간 메타데이터 관리 기술 개발

- SNS 기반 환경재난재해 분석 관리 기술 개발

◯ 자원 구성 관리 기술

- 환경재난재해 분석을 위한 다중센싱 정보(위성,복합센서,SNS) 수집을 위한 인터페이스 설계

- 환경 재난 재해 데이터 수집 장치 생명주기 관리 기능 기술 개발

◯ 데이터 융합 및 고속 활용 지원 인터페이스 개발

- 동일 센서간의 융합 또는 이종

센서간의 인과 관계를 분석하여 상황을 나타내는 새로운 정보 생성 기능 개발 - 실세계 센싱정보 수집에 따른 연관관계

분석, 동적상황정보 추출 및 관리 기술 개발

◯ 시맨틱 기반 정보 처리 기술 개발 - 자원의 동적 등록을 위한 시맨틱 정보

처리 기술 설계

- 온톨로지 변환을 위한 수집규칙 및 매핑 규칙 개발

- 변화결과에 대한 온톨로지 적재 모듈 개발

- 도메인별 온톨로지 구축 기술

100

복합 센서 데이터의 시계열 처리를 위한 핵심요소기술 개발

◯ 복합센서 데이터의 고속 저장 및 처리를 위한 하둡 기반 Agent 개발 - 실시간 스트리밍 데이터 처리 기술 - SQL을 이용한 데이터 처리 지원 기술

개발

◯ 대기 복합센서 정보 수집 기술 - 대기 복합센서 데이터 수집 통신 기술

100

Ⅰ-2 해당 연도 추진 실적

(6)

목표 달성도

(%)

사 유

- 대기 복합센서 내 시공간 데이터 구조 기술

- 대기 복합센서 설치

- 대기 복합센서 수집 처리 구성도 - 대기 복합센서 수신 처리

◯ 수질 복합 센서 데이터 내의 수집 기술 개발

- 복합 센서 데이터에 대한 시공간 메타데이터 정보관리

- 복합 센서 데이터 수집, 검색, 모니터링 관리

- 복합 센서 데이터 내의 시공간 미세 신호 처리 핵심 요소 기술 개발 - 복합 센서 데이터 마이닝 알고리즘

최적화

◯ 수질 센서 데이터 시계열 처리 기술 개발

- 복합센서 데이터 중복제어 - 이벤트 데이터 검출 - 비정상 센서 정보 검출

- 복합 센서 데이터를 통한 환경 변화 조건별 세부 결과의 정형화 기술 개발

◯ 복합 센서 데이터 시계열 분석 기술 개발

- 조건별 정형화된 결과의 시공간 미세 신호 변화 패턴 분석

- 복합 센서 데이터 내의 시공간 미세 신호 데이터 모형화를 통한 평가 - 시계열 데이터의 통계적 분석 모듈 - 시계열 데이터의 경향 분석 모듈 센서데이터 활용

정확도 향상을 위한 지리정보 고도화 기술 개발

◯ 위성 영상 기하보정 기술 개발

◯ 위치 데이터 정확도 개선을 위한 다중/대규모/복합 센서의 데이터를 활용한 통계적/상호연관적 오류 제거 기술 개발

- 관심지역에 대한 레퍼런스 확립

- 레퍼런스를 이용한 기하보정 알고리즘 개발

- 기하보정 알고리즘을 적용한 자동

100

(7)

목 표 세 부 계 획 실 적 달성도 (%)

사 유

기하보정 프로그램 개발 다양한 환경 데이터

소스에서 생성되는 이벤트의 누적 관리 및 다차원 검색 기술 핵심요소기술 개발

◯ 이벤트 누적 관리 기술 개발 - 이벤트 누적관리 상세 설계 - 이벤트 누적관리 모듈 개발

◯ 이벤트 시맨틱 추론 모델 개발 - 온톨로지 모델링

- 수집 및 모델링 결과를 시멘틱 변환/

온톨로지 기반 상황 감지 및 이벤트 추론 생성 모듈 개발

◯ 다차원 검색 기술 개발

- HTTP/Rest 기반 검색 Open API 개발 - EDEN-i 이벤트 저장 및 질의 기능

개발

100

(2) 재난·재해 조기 감지 상황 모델

개발

조기 경보 모델 알고리즘 개발

◯ 대기오염물질 조기감지 상황인지를 위한 기준 설정

- 시간 평균농도 미세먼지 위험상황 인지 기준에 기상정보를 결합한 기준으로 변경

◯ 대기오염물질 조기감지 상황인지를 위한 시나리오 작성

- 대기오염물질 조기감지 영향인자 분석 - 영향인자에 따른 온톨로지 기반

시나리오 제시

◯ 수질오염물질 조기감지 상황인지 기준 설정

- 현재 환경부 운영 중인 수질 및 녹조 예경보제를 보완 재구성

- 녹조 발생 영향 인자에 따른 상황인지 기준 설정

◯ 수질오염물질 조기감지 상황영향인자 분석 및 시나리오 작성

- 녹조 인지를 위한 복합센서 데이터와 미시적 수치모델링 결과 분석

- 녹조 발생 현황 및 조기감지에 대한 서비스 시나리오 개발

100

위험 상황을 감지하기 위한 공간 상황인지 모델 핵심요소기술 개발

◯ 대기오염물질 조기감지 위험 상황인지를 위한 영향인자 분석

- 대기오염물질 조기감지 상황인지를 위한 영향인자 상관성 및 기여도 분석 방법 정립

100

(8)

목표 달성도

(%)

사 유

◯ 대기오염물질 조기감지 상황인지를 위한 영향인자 상관성 및 기여도 분석 - 대기질 모사를 통한 주요 영향인자의

상관성 및 기여도 도출

- 고농도 미세먼지 이동 사례 분석 - 외부유입(국외) 기여도 분석

◯ 수질오염 빠른위험 상황감지 영향인자 분석

- 수질 및 수리 분석인자 상관성 분석을 통한 녹조 위험감지 영향 분석

- 공간변화 인자 시계열 분석을 통한 녹조 위험감지 영향 분석

◯ 수질오염 빠른위험 조기감지 알고리즘 개발

- 공간변화 인자를 통한 실시간 조기감지 알고리즘 개발

도메인별 공간 모델 및 시스템 설계(수질, 대기오염, SNS기반 환경재난재해)

◯ 대기환경 재난·재해 감지를 위한 공간 모델 설계

- 미소 공간 대기도메인 설정 알고리즘 기술

- 미소 공간의 오염원별 배원분류코드별 기본 배부 기술

- 미소 공간 대기 도메인 확산 구현 기술

◯ 수질환경 재난·재해 감지를 위한 공간모델 설계

- 미소 공간 수질 도메인 공간설정 및 격자 구성 기술

- 미소 공간 수질 도메인

100

(3) 공간상황 변화 분석·예측 및

시각화 기술 설계

공간상황변화 시각화 기술 개발(EDEN-s)

◯ 공간상황변화 시각화 기술 개발 - 공간상황변화 변화 시각화를 위한

메타데이터 가시화 방법 개발 - 공간상황 변화 감지를 위한 시계열

기반의 환경변화 가시화 기술 개발 - 다양한 미시적/거시적 정보를 레이어로

구축하여 가시화 하는 기능 모듈 개발

100

비주얼데이터 수집 및 그래픽 재구성을 통한 식별공간 구축 기술 개발(EDEN-s)

◯ 비주얼데이터 수집 및 그래픽 재구성을 통한 식별공간 구축기술 개발

- 공간상황 변화 시각화 기술의 EDEN-s 플랫폼 개발

- 3차원 공간정보 기반의 가시화 기술

100

(9)

목 표 세 부 계 획 실 적 달성도 (%)

사 유

개발 누적 복합센서 및

다형영상(위성) 데이터 변화에 따른 거시적 공간상황 변화 예측 기술개발

◯ 복합센서 및 다형영상(위성) 데이터 누 적에 따른 공간 상황 변화 예측 기술 분석 및 설계

- 다형영상 데이터 및 누적 복합데이터 상관관계 분석

- 녹조 및 미세먼지 예측 인자 도출 - 복합센서 및 다형영상(위성)분석기반

예측 기술 설계

◯ 다중시기 센서데이터를 활용한 거시적 공간변화 탐지분석 및 예측기술개발 - 데이터 분석을 위한 수질, 대기, 오염원

핵심 요소 선정

- 공간상황 변화 예측을 위한 변화 탐지 기술 개발

- 위성 영상을 이용한 식생지수 분석 개발 - 관심지역에 대한 식생지수 추출 기술

개발

100

공간 상황에서 미시적 변화를 감지하기 위한 변화 측정(감지) 기술 개발

◯ 미시적 공간변화 내용에 따른 미세먼지 측정 알고리즘 개발 - 미시적 공간변화를 위한 대기 확산

알고리즘 설계

- 미시적 공간변활를 위한 대기 확산 알고리즘 기술 개발

◯ 미시적 공간상황 수질 변화 측정 알고리즘 개발

- 기상 데이터와 복합 센서 데이터를 이용한 공간상의 수질 변화 측정

- 공간상의 미시적 수질 변화 측정을 위한 모델링과 분석

- 공간상의 미시적 수질 변화 측정 알고리즘 설계 및 개발

- 수질 복합 센서 내 시공간 데이터 구조 연구

- 수질(녹조) 측정 및 예측을 위한 복합센서 기술 분석

100

(4) 국토환경 공간스캐닝

모니터링 시스템 개발

복합센서 데이터 융합 및 고속 활용을 지원하는 인터페이스 개발

◯ 데이터 융합 및 고속활용을 지원 인터페이스 기술 개발

- 복합센서 데이터 융합 및 고속활용을 위한 LoD기법 개발

100

(10)

목표 달성도

(%)

사 유

환경 재난·재해 상황별 예측

시뮬레이터 SW 개발

◯ 웹기반 환경 재난재해 예측 시뮬레이터 개발

- 환경 재난/재해 조기감지 웹서비스를 위한 웹페이지 개발

- UNEP-Live 연계를 위한 프로토콜 개발

100

(5) 과제협의회

운영 및 UNEP-Live 연계 플랫폼

설계

과제협의회 운영 ◯ 2차년도 과제협의회 운영

- 2015. 6. 4. 문경STX에서 과제협의회 실시

- 환경부담당자/딥뷰총괄책임자/대구시 유관기관 등 전문가 참석

100

UNEP-Live 현황조사 ◯ UNEP-Live 구축 배경 및 소개

◯ UNEP-Live의 기능 및 관련 프로그램 검토

◯ UNEP-Live의 운영 및 개발현황 조사

100

UNEP-Live 연계된 지역 환경정보 시스템 성공사례 연구

◯ 환경정보네트워크 사례 분석

◯ 환경정보포털 사례 분석

100

아태지역

환경정보시스템 현황 ◯ 아태지역 환경정보 네트워크 및 포털 현황 분석

◯ 국가별 환경정보관리 포털 및 시스템 검토

◯ UNEP 아태지역 사무소와 협력관계 구축 및 확인을 위한 실무자 회의 참석 (2015.05, 방콕)

100

기술지원 국가 설정

및 협력방안 수립 ◯ 환경정보관리 동향 및 수요파악, 시스템 컨설팅을 위한 실무자 회의 참석 및 협력 방안 논의 (2015.06, 자카르타)

◯ 아태지역 UNEP-Live 구축 협조 및 지원계획을 공유하기 위한 전문가 회의(Eye on Earth Summit 2015) 참석 (2015.10, 아부다비)

◯ 기술지원 및 협력 대상국 선정 및 적용 방법론 도입

100

(11)

연구 내용 실적 세부설명 비 고 대규모 복합

센서 및 다형영상(위성) 데이터 분석을

위한 EDEN-i 플랫폼개발

◯ EDEN-i 정보 수집 모듈(미들웨어) 설계 및 개발

<EDEN-i 정보수집모듈 설계>

▷ 시공간 메타데이터 관리 기술

- 수집된 다형영상(위성)데이터, 복합센싱데이터, 공공 데이터에 대한 전처리 수행 및 데이터 분류를 통해 메타데이터 생성 및 관 리

▷ 환경재난재해 다중센싱 정보 수집 및 관련 인터페이스 기술 - 다형영상(위성)데이터 정보 수집/인터페이스 설계 및 기능 구 현

- 복합 센싱 데이터 정보수집/인터페이스 설계 및 기능구현 - 공공데이터 수집 기능 설계 및 구현

▷ 데이터 수집장치 생명주기 관리 기술

- 환경재난재해 데이터 수집을 위해 연결된 자원 관리 기능 수행 - 수집 정보 특성에 따른 다양한 형태의 자원으로부터의 정보 수 집 수행

<EDEN-i 정보수집모듈(미들웨어) 화면 – 위성영상 수집>

100%

나. 실적 세부설명

1) 환경변화 사전예측 센서 및 다형영상(위성) 데이터 수집 기술 설계

(12)

연구 내용 실적 세부설명 비 고

<EDEN-i 정보수집모듈(미들웨어) - 수질/대기 정보 수집>

▷ 복합센서 시뮬레이션 기능

- 정보수집 모듈 시험을 위한 복합센싱정보 생성 기능 수행 - 센서별 데이터 생성 및 주기 설정 기능 수행

<복합센서 시뮬레이션 기능 수행절차>

(13)

<복합센서 시뮬레이션 화면>

◯ EDEN-i 빅데이터 모듈 설계 및 개발

▷ 빅데이터 클러스터 기반 복합센서, 다형영상, SNS 및 공공 데 이터 관리

- 빅데이터 저장 관리를 위한 하둡 기반 분산 파일 시스템으로 데이터 관리

▷ 수집된 실세계 센싱정보의 수질/대기 모델링 활용을 위한 데이 터 인터페이스 기술

▷ 데이터 저장 및 표준화를 위한 인터페이스 설계 및 기능 구현 - 모델링 및 시맨틱 모듈 활용을 SQL 질의에 대한 데이터 처리 및 분산처리 기능 제공

▷ 수집 다형영상의 연관관계 분석, 동적상황정보 추출 및 관리를 위한 데이터 변환 및 인터페이스 기술

▷ 결과 표현 및 시각화를 위한 인터페이스 기술

- EDEN-s에서의 결과 표현 및 시각화 지원을 위한 분석결과 및 수집 정보 교환을 위한 EDEN-s 인터페이스

(14)

<EDEN-i 빅데이터 모듈 설계>

<EDEN-i 빅데이터 모듈 화면 – 수집 저장데이터>

◯ EDEN-i SNS 분석 모듈 설계 및 개발

▷ SNS 기반 환경 재난재해(수질/대기오염) 분석 관리 기술

▷ SNS 정보 수집 및 분석 처리 기술 설계 및 개발

(15)

▷ 수질(녹조), 대기(대기질) 분야의 SNS 정보 수집 및 분석 기 능 개발

▷ 수질(녹조), 대기(대기질) 분야의 키워드 분석, SNS 워드 트렌 드 분석 수행

<EDEN-i SNS 분석 모듈 설계>

<EDEN-i SNS 분석 모듈 화면 – SNS 키워드 설정 및 결과>

(16)

◯ EDEN-i SNS 분석 모듈 설계 및 개발

▷ EDEN-i 플랫폼 상세설계서 3건 완료 - EDEN-i 플랫폼 정보수집 모듈 상세설계서 - EDEN-i 플랫폼 빅데이터 모듈 상세설계서 - SNS 분석 모듈 상세설계서

▷ EDEN-i 플랫폼 인터페이스 정의서 3건 - 센싱정보수집 인터페이스 정의서 - 모델링수행데이터 인터페이스 정의서 - 모델링 결과 인터페이스 정의서 복합 센서

데이터의 시계열 처리를

위한 핵심요소기술

개발

◯ 복합센서 데이터의 고속 저장 및 처리를 위한 빅데이터 기반 Agent 개발

▷ 실시간 스트리밍 데이터 처리 기술

- 빅데이터 기반(HDFS)데이터 저장/조회/생성/변경 기능 제공

▷ SQL을 이용한 데이터 처리 지원 기술 개발

<빅데이터 기반 Agent 기능 - SQL을 이용한 데이터 조회 화면>

◯ 대기 복합센서 정보 수집 기술

▷ 대기 복합센서 데이터 수집 통신 기술 - LTE 이동통신망을 이용한 TCP/IP 통신

(17)

▷ 대기 복합센서 내 시공간 데이터 구조 기술 - 자료 구조의 표준규격

- 자료 내용 : 필수 및 선택 관측 표준규격

(18)

▷ 대기 복합센서 설치

- 설치 장소 : 대구광역시 서구 염색공단천로 19길 24 ( 한경기술지원센터 내 2층 옥상 )

▷ 대기 복합센서 수집 처리 구성도

- 복합센서 관측자료 수신처리, 시간대별 대기질 데이터생성처리, 복합센서 설정 등록처리, 복합센서 원격제어 설정처리 등의 4가지 처리로 구성

▷ 대기 복합센서 수신 처리

- 대기 복합센서 수신데이터 결과 화면

(19)

- 대기 복합센서 수신데이터 분석 결과 화면

- 대기 복합센서 수신데이터 변환 완료 결과 화면

(20)

◯ 수질 복합 센서 데이터 내의 시공간 미세 신호 처리 핵심 요소 기술 개발

▷ 복합 센서 데이터 마이닝 알고리즘 최적화

▷ 복합 센서 데이터를 통한 환경 변화 조건별 세부 결과의 정형화 기술 개발

◯ 수질 복합 센서 데이터 수집 및 모니터링 시스템 및 구축

▷ 수질 복합센서 및 유관기관 데이터 수집/저장 모듈 개발

- 수질데이터 수집/저장 모듈 S/W 및 시스템 아이텍쳐설계서 작성 - 수질데이터 수집/저장 DataBase 테이블 및 인터페이스 설계서

작성

<수질 수집/저장 시스템 S/W 아키텍처>

<수질 수집/저장 시스템 네트워크 구성도>

(21)

▷ 복합수질센서에서 측정된 시계열 데이터를 수신 후 분석하여 DB에 저장하기 위한 서버엔진

▷ 복합수질센서에서 측정된 시계열 데이터를 서버엔진으로 전송하기 위한 시뮬레이터

센서데이터 활용 정확도 향상을 위한 지리정보 고도화 기술

개발

◯ 센서데이터를 활용한 위치 데이터 정확도 개선을 위한 핵심 요소 기 술 개발

▷ 위치 데이터 정확도 개선을 위한 다중/대규모/복합 센서의 데이터를 활용한 통계적/상호연관적 오류 제거 기술 개발

▷ 위치 데이터 정확도 개선 상세 설계

- 위치 데이터 정확도 개선 시스템 구조 설계 - 위치 데이터 정확도 개선 시퀀스 다이어그램 - 위치 데이터 정확도 개선 클래스 다이어그램

▷ 관심지역 분리 위한 Clipping 기능 - 레퍼런스 좌표값을 이용한 관심지역 분리

(22)

<원본영상>

<관심지역 추출 영상>

▷ Test-Bed 지역 공간정보 추출(자동기하보정을 위한 GCP Chip 활용)

(23)

▷ 레퍼런스를 이용한 서프 알고리즘 개발: SURF Geometric Correction 알고리즘 흐름도

▷ 서프 알고리즘을 통한 자동 기하보정 기능: RGB 밴드를 이용한 Color 영상 생성

<기하보정 완료>

▷ EDEN-i 기하보정 위성영상 저장 및 질의 기능 개발 - 테이블 설계

- CSV 형식 기하보정 위성영상 저장 기능 개발

(24)

연구 내용 실적 세부설명 비 고 - SQL 기반 기하보정 위성영상 조회 인터페이스

다양한 환경 데이터 소스에서 생성되는 이벤트의 누적 관리 및 다차원

검색 기술 핵심요소기술

개발

◯ 이벤트 누적 관리 기술 개발

▷ 이벤트 누적관리 상세 설계

- 이벤트 누적관리 소프트웨어 아키텍쳐 설계 - 이벤트 누적관리 시스템 구조 설계

- 이벤트 누적관리 시퀀스 다이어그램 - 이벤트 누적관리 클래스 다이어그램 - 이벤트 다차원 검색 인터페이스 설계

▷ 이벤트 누적관리 모듈 개발 - 이벤트 수집 기능

- 이벤트 필터링 기능 - 이벤트 Hadoop 저장 기능

<이벤트 누적 관리 모듈>

◯ 이벤트 시맨틱 추론 모델 개발

▷ 온톨로지 모델링 - 상위 온톨로지 모델링 - 시공간 모델링

(25)

<상위 온톨로지 및 시공간 온톨로지>

- 이벤트 모델링

<이벤트 온톨로지>

- 수질 및 대기 도메인 모델링

<수질 및 대기 온톨로지>

(26)

▷ 수집 및 모델링 결과를 시멘틱 변환/ 온톨로지 기반 상황 감지 및 이벤트 추론 생성 모듈 개발

- 시·공간 정보 생성 룰 - 도메인 정보 생성 룰

- 대기 미세먼지 실시간/예측 이벤트 생성 룰 - 수질 녹조 실시간/예측 이벤트 생성 룰 - 변환룰을 이용한 시멘틱 변환기 개발 - 시멘틱 저장소 구축

- 시멘틱 추론 아키텍쳐 구축

<이벤트 추론 모듈>

◯ 다차원 검색 기술 개발

▷ HTTP/Rest 기반 검색 Open API 개발 - SPARQL 질의 API

- 이벤트 검색 API

<이벤트 검색 요청 및 응답 json 형식>

▷ EDEN-i 이벤트 저장 및 질의 기능 개발

(27)

- 이벤트 테이블 설계

<이벤트 테이블>

- CSV 형식 이벤트 저장 기능 개발 - SQL 기반 이벤트 조회 인터페이스

(28)

연구 내용 실적 세부설명 비 고 조기 경보 모델

알고리즘 개발

◯ 대기오염물질 조기감지 상황인지를 위한 기준 설정

▷ 시간 평균농도 미세먼지 위험상황 인지 기준에 기상정보를 결합한 기준으로 변경

<새로운 기준을 반영한 상황인지 기준>

◯ 대기오염물질 조기감지 상황인지를 위한 시나리오 작성

▷ 대기오염물질 조기감지 영향인자 분석

2) 재난·재해 조기 감지 상황 모델 설계

(29)

▷ 영향인자에 따른 온톨로지 시나리오 제시

◯ 수질오염물질 조기감지 상황인지 기준 설정

▷ 현재 환경부 운영 중인 수질 및 녹조 예경보제를 보완 재구성

▷ 녹조 발생 영향 인자에 따른 상황인지 기준 설정

▷ WHO 건강기준을 반영하여 위험상황에 따른 즉각적인 이벤트 반영

<건강주의 단계 반영 경보기준 설정>

◯ 수질오염물질 조기감지 상황영향인자 분석 및 시나리오 작성

▷ 녹조 인지를 위한 복합센서 데이터와 미시적 수치모델링 결과 분석

▷ 녹조 발생 현황 및 조기감지에 대한 서비스 시나리오 개발

(30)

<수질 상황인지 시나리오>

위험 상황을 감지하기 위한 공간 상황인지

모델 핵심요소기술

개발

◯ 대기오염물질 조기감지 위험 상황인지를 위한 영향인자 분석

▷ 대기오염물질 조기감지 상황인지를 위한 영향인자 상관성 및 기여도 분석 방법 정립

- 주요 영향인자 별 상관성 도출 및 외부유입 영향에 따른 기여도 도출

- 대기 중 미세먼지 발생 요인 분석을 통한 인자분석 실시

▷ 대기오염물질 조기감지 상황인지를 위한 영향인자 상관성 및 기여도 분석

- 대기질 모사를 통한 주요 영향인자의 상관성 및 기여도 도출

(31)

- 상관성 및 기여도 분석 결과

<고농도 미세먼지 이동 사례 분석>

(32)

<외부유입(국외) 기여도 분석 1, 4월>

<외부유입(국외) 기여도 분석 7, 10월>

◯ 수질오염 빠른위험 상황감지 영향인자 분석

▷ 수질 및 수리 분석인자 상관성 분석을 통한 녹조 위험감지 영향 분석

(33)

지점

항목 ^왜관 ^다산 ^강창 ^고령 ^성서

수온 0.1383 0.09521 0.1673 0.01079 0.005937 pH 0.365 0.1964 0.05763 0.2148 0.0009506 DO 0.0625 0.02634 0.02711 0.0004465 0.002128 전기전도도 0.2919 0.1441 0.04305 0.07478 0.0005435

TOC 0.005382 0.05338 0.03482 0.007339 0.0002817

T-N - 0.00256 - 0.0003466 -

T-P - 0.04157 - 0.07277 -

- 수질 인자간의 상관성 분석

▷ 공간변화 인자 시계열 분석을 통한 녹조 위험감지 영향 분석 - 수직공간 녹조 분포 시뮬레이션 수행

- 핵심 영향 인자간 시계열 패턴 분석

<Chl-a와 수온의 시계열 변화(2013.3.1. ~ 2015.4.30.)>

◯ 수질오염 빠른위험 조기감지 알고리즘 개발

▷ 공간변화 인자를 통한 실시간 조기감지 알고리즘 개발 - 수층 내에서의 녹조 변화 알고리즘

여기서,

(34)

<수직 공간 수온 및 Chl-a 변화 연구>

도메인별 공간 모델 및 시스템

설계(수질, 대기오염, SNS기반 환경재난재해)

◯ 대기환경 재난·재해 감지를 위한 공간 플렛폼 설계

▷ 미소 공간 대기 도메인 설정 알고리즘 기술

- 환경부의 CAPSS(Clean AirPolicy Support System)기반 미소 공간 대기 도메인 모델링 배출량 산정

- 30 m x 30 m 단위의 미소공간의 토지피복데이터 토지피복분류코드를 대응시키어 오염원 매칭

<미소공간 대기확산 배출원 생성 알고리즘>

▷ 미소 공간의 오염원별 배원분류코드별 기본 배부 기술

- 지점오염원(대형굴뚝사업장) : CAPSS 점오염원 배출량(1km x 1km)을 국가토지피복도(한국지리정보시스템) 중분류 코드로 배부 ( CAPSS 배출원분류코드 : 01, 04, 05, 06, 09)

- 지선오염원(이동오염원) : CAPSS 이동오염원 배출량(1km x

1km)을 국가토지피복도(한국지리정보시스템) 중분류 코드로 배부 ( CAPSS 배출원분류코드 : 07 )

(35)

- 지면오염원(소형굴뚝사업장 및 비사업장) : CAPSS 면오염원 배출량(1km x 1km)을 국가토지피복도(한국지리정보시스템)

중분면류 코드 (124)로 배부 ( CAPSS 배출원분류코드 : 07) CAPSS 배출원분류코드 국가토지피복도 중분류코드에 해당되는 면오염원 합계를 국가토지피복도로 배부

<토지피복 항목 (환경부 기준 반영)>

▷ 미소 공간 대기 도메인 확산 구현 기술

- 대구지역에서 4 km x 4 km 영역의 모델링 수행 대상 도메인 설정

(36)

<대기질 모델링 도메인 생성>

<토지 피복 결과> <토지 고도 결과>

- 30m x 30m 격자 크기의 토지피복항목의 교통지역 중분류로 설정한 이동오염원 영역 설정

<모델링 3D 지형> <도로오염원 설정>

(37)

- 미소공간 모델링을 위한 30m x 30m 토지피복도를 활용한 대기오염물질 배출량산정 로직을 사용한 모델링 결과

<미소공간모델링 결과> <기존 모델링 결과>

◯ 수질환경 재난·재해 감지를 위한 공간모델 설계

▷ 미소 공간 수질 도메인 공간 분석

- 모델링 구간 공간 설정을 위한 대상 영역 수문분석

<왜관 수위표 기준 수위유량 관계 분석>

- 수질 도메인 미소 공간 분할을 위한 하천 종/횡단면 분석

(38)

<하천 종단도: 대상지역 평균 하상경사: 1/4600>

<하천횡단도: 대상지역 평균 횡단면>

- 미소 공간 수질 도메인 공간설정 및 격자 구성 기술(30m x 30m)

<모델링 미소 격자 입력 파일 생성>

(39)

연구 내용 실적 세부설명 비 고 공간상황변화

시각화 기술 개발(EDEN-s)

◯ 공간상황변화 변화 시각화 기술 개발

▷ 공간상황변화 변화 시각화를 위한 메타데이터 가시화 방법 개발 - 공간정보 상에 각 도메인 별로 수집한 다양한 형태의 정보를 표출

하기 위한 가시화 모듈 개발(POI, Disc, Bar Chart 형태 등)

- 공간정보 상에 각 도메인 별로 분석/예측한 정보를 표출하기 위한 가시화 모듈 개발(Smoke, Polygon 형태 등)

<다양한 환경정보 시각화 기술 개발>

▷ 공간상황 변화 감지를 위한 시계열 기반의 환경변화 가시화 기술 개발

- 미시적/거시적 공간상황 변화 감지를 위한 시계열 기반의 공간변화 가시화 타임라인 모듈 개발

- 사용자가 원하는 특정시점 및 특정시간 범위를 설정할 수 있는 타 임라인 기능 개발

- 특정시점을 따라 타임라인을 이동하면 화면상에 해당 시점의 정보 를 가시화

- 특정시간 범위를 설정하고 해당 시간동안의 환경정보의 변화값을 시뮬레이션하여 가시화

<특정시점 및 시간범위를 설정하는 타임라인 모듈 개발>

▷ 다양한 환경정보의 시각화를 위한 레이어별 가시화 기능 개발 - 다양한 미시적/거시적 정보를 레이어로 구축하여 가시화 하는 기능

모듈 개발

3) 공간상황 변화 분석·예측 및 시각화 기술 설계

(40)

<레이어 기반의 환경정보 가시화 기능 개발>

비주얼데이터 수집 및 그래픽

재구성을 통한 식별공간 구축

기술 개발(EDEN-s)

◯ 비주얼데이터 수집 및 그래픽 재구성을 통한 식별공간 구축기술 개발

▷ 공간상황 변화 시각화 기술의 EDEN-s 플랫폼 개발

- 환경정보 가시화를 위한 Unity 기반의 3차원 식별공간 구축 자체 엔진 개발

<EDEN-s 플랫폼 설계>

<식별공간 구축 엔진 개발>

- EDEN-i로부터 수집된 정보를 연동하는 데이터연동모듈 개발 - Web Service를 위한 API 개발

(41)

API 이름 기능 function void AddPoi(string valueList) POI 데이터를 추가 function string GetPoiList(string poiType) POI 리스트 반환 function void DeletePoi(string poiID) POI 삭제

function void AddSNS(string snsList) SNS 데이터를 추가 function string GetSNSList() SNS 리스트 반환 function void DeleteSNS(string snsId) SNS 삭제

function void AddOverlay(string

overlayInfo) Overlay 정보 추가 function void DeleteOverlay(string

overlayId) Overlay 삭제

function string GetOverlsyList() Overlay리스트 반환

▷ 3차원 공간정보 기반의 가시화 기술 개발

- 환경정보 가시화를 위한 그래픽 재구성 요소기술 개발

- 구축한 식별공간을 가시화 하고 다양한 맵을 가시화하는 공간정보 가시화 모듈 개발

<다양한 맵 가시화>

누적 복합센서 및 다형영상(위성) 데이터 변화에

따른 거시적 공간상황 변화 예측 기술개발

◯ 복합센서 및 다형영상(위성) 데이터 누적에 따른 공간 상황 변화 예측 기술 분석 및 설계

▷ 다형영상 데이터 및 누적 복합데이터 상관관계 분석

▷ 녹조 및 미세먼지 예측 인자 도출

▷ 녹조 분석을 위한 다형영상 활용 수온 추출

- Landsat TIR(Thermal InfraRed) 센서를 이용한 수온 산출식 적용 →NASA의 경험식을 이용해 복사휘도 변환 후 밝기온도 산출 →산출식에 사용되는 계수들은 메타데이터를 통해 취득 →복사휘도 산출식은 다음과 같음

__×__

→여기서 _은 밴드 고유의 배수 환산계수, _은 DN값, _은 밴드 고 유의 가산 환산계수

→밴드 고유의 배수 환산계수는 메타데이터 상에서 RADIANCE_MULT_BAND_x, 밴드 고유의 가산환산계수는 RADIANCE_ADD_BAND_x 형식으로 표시

(42)

연구 내용 실적 세부설명 비 고 →위의 복사휘도 산출식을 통해 처리된 영상은 밝기온도 산출식으로 재계

산

→밝기온도 산출식은 다음과 같음

_{ }

ln_

_

 

_

→ 여기서 _은 열변환상수 K1 _는 열변환상수 K2

→_은 K1_CONSTANT_BAND_x, _는 K2_CONSTANT_BAND_x로 표시 →밝기온도 산출식을 통해 계산된 영상은 절대온도(Kelvin, K)의 단위를

가지므로 섭씨온도로 재계산

 

→landsat-8은 thermal 밴드가 두 개(10번, 11번 밴드)이므로 각각의 밴드 에 대해 온도를 산출 후 평균값 산정

- 수온 추출 결과

◯ 다중시기 센서데이터를 활용한 거시적 공간변화 탐지분석 및 예측기 술개발

▷ 데이터 분석을 위한 수질, 대기, 오염원 핵심 요소 선정

▷ 공간상황 변화 예측을 위한 변화 탐지 기술 개발

▷ 식생지수 계산 완료

(43)

▷ 관심지역(낙동강)만 추출하는 마스킹 기능

<녹조지수 대상 추출>

(44)

▷ 녹조지수영상 결과 테이블 제공

- CSV 형식 녹조지수 위성영상 저장 기능 개발 - SQL 기반 녹조지수 조회 인터페이스

▷ 녹조지수수치값 저장 테이블 제공

- CSV 형식 녹조 수치값 저장 기능 개발 - SQL 기반 녹조 수치값 조회 인터페이스

▷ 변화탐지 기술 적용

- 원격탐사에서 변화탐지(change detection) 기술은 다중시기에 취득된 위성영상, 항공사진 등의 원격탐사 자료를 활용하여 대상물이나 국토의 지형변화를 탐지, 추출하는 것을 의미 - 대상물의 분광학적 특성을 기록하는 위성영상은 센서보정과

대기의 상태, 태양-센서-목표물 간의 기하학적 관계 등 여러 가지 원인들로 인해 동일한 지역이라 하더라도 촬영시기가 다르면 동일한 밝기값을 기대하기 어려움

- 영상 대수와 영상 변환과 같은 변화탐지 기법들은

토지이용/토지피복의 변화가 발생한 지역과 그렇지 않은 지역을 구분하는 임계치의 설정이 필요하지만, 위성영상의 특성에 따라 달라지며, 지역전문가와 분석가에 따라서 주관적으로 이루어질 수 있음

- 또한, 대부분의 변화탐지 기법들은 위성영상의 기하적인 특성에 민감하며, 기복변위 등에 의한 영상 왜곡이 발생할 경우에는 변화탐지 기법을 적용하기 어려울 수 있고, 본 연구 내에서 변화탐지의 자동화를 위하여 무감독 분류기법을 활용한 낙동강 지역 내 녹조 변화탐지를 수행

(45)

▷ 변화탐지 결과

<2013. 07. 26>

<2014. 08. 15>

<2015. 09. 26>

- 녹조의 변화탐지를 위해서는 동일 시기(녹조 발령-해제 기간 ) 내 동일 위성센서를 통해 수집된 정보를 활용하는 것이 효율적이나, Landsat 위성의 경우 재방문주기가 16-28일 정도로 동일 시기내 촬영된 위성영상의 획득이 어려움

- 따라서 본 연구에서는 다중시기 위성영상을 활용하였으나, 추후 다중위성 영상 활용시 시간해상도 개선 및 타 탑재체 데이터 분해능 별 연구가 추가적으로 진행되어야 함

공간 상황에서 미시적 변화를 감지하기 위한 변화 측정(감지)

기술 개발

◯ 미시적 공간변화 내용에 따른 미세먼지 측정 알고리즘 개발

▷ 미시적 공간변화를 위한 대기 확산 알고리즘 설계 - 미시적 대기 확산 알고리즘 개괄적 설계

(46)

<미시적 대기확산 개괄적 시스템>

- 미시적 대기 확산 시스템 구성

대기확산 수집관리/대기확산 설정관리/대기확산 실행관리/

기초정보관리

<미시적 대기확산 구성도>

- 미시적 대기 확산 알고리즘 개괄적 설계 흐름

<미시적 대기확산 개괄적 흐름도>

(47)

- 미시적 대기확산 모델링 시스템 엔티티

(48)

연구 내용 실적 세부설명 비 고 - 미시적 대기확산 모델링 시스템 엔티티 관계도(ERD)

(49)

- 미시적 공간변화의 대기 확산 모델링 설정 처리 설계

<미시적 공간변화의 대기확산 모델링 설정 흐름도>

- 미시적 공간변화의 대기 확산 모델링 실행 처리 설계

<미시적 공간변화의 대기확산 기본 모델링 실행 흐름도>

<그미시적 공간변화의 대기확산 모델링 실행 흐름도>

(50)

▷ 미시적 공간변활를 위한 대기 확산 알고리즘 기술 개발 - 미시적 공간변화의 대기 확산 모델링 설정 기술

대기확산모델링설정등록

지형가시화 결과

대기확산모델링기상설정등록

점오염원배출원설정등록

선오염원배출원설정등록

특정지점설정등록

모델링실시간대기확산모델링실행

모델링개별모델링모니터링가시화

모델링결과챠트현황

◯ 미시적 공간상황 수질 변화 측정 알고리즘 개발

▷ 기상 데이터와 복합 센서 데이터를 이용한 공간상의 수질 변화 측정 분석

- 현장의 실시간 기상정보와 수질/수리 데이터 기반의

(51)

수질변화모델링 구성

▷ 공간상의 미시적 수질 변화 측정을 위한 모델링과 분석

- 3차원 수치모델(EFDC)과 부영양화모델(WASP) 결합 수정모델 활용

▷ 공간상의 미시적 수질 변화 측정 알고리즘 설계 및 개발

<미소공간 수질모델링 시스템 구조>

<수질모델링 입력파일 구조>

<수질모델링 시스템 메뉴 구성>

(52)

▷ 수질(녹조) 측정 및 예측을 위한 복합센서 기술 분석 - 복합수질센서 장치 관리

- 센서타입설정

(53)

- 수질(녹조) 시뮬레이터 개발

- 복합수질센서 수집서버 원격 제어

-

▷ 복합수질센서 측정데이터

- 복합수질센서에서 전송한 수질 측정 데이터를 실시간으로 조회해서 관리 기능

- 측정 데이터로는 수소이온농도, 용존산소, ORP, 전도도, 수심, 수온, 질산성 질소, 암모니아성 질소, 총 질소, 인산염 인, 총 인, 혼탁도, 염록소 등이 있다.

(54)

- 수질(녹조) 시뮬레이션 처리: 녹조 예측 값의 레벨 가시화

(55)

연구 내용 실적 세부설명 비 고 복합센서

데이터 융합 및 고속 활용을

지원하는 인터페이스

개발

◯ 데이터 융합 및 고속활용을 지원 인터페이스 기술 개발

▷ 복합센서 데이터 융합 및 고속활용을 위한 LoD기법 개발

- 복합센서 수집 데이터의 융합 및 가시화된 데이터의 고속 활용 지 원하고 공간정보 LOD와 수집 정보/예측 정보를 연계하기 위한 LOD기법 개발

- 구축한 식별공간 엔진에 LoD 기법 도입 - LoD 레벨 : 11단계

환경 재난·재해 상황별 예측 시뮬레이터 SW

개발

◯ 웹기반 환경 재난재해 예측 시뮬레이터 개발

▷ 환경 재난/재해 조기감지 웹서비스를 위한 웹페이지 개발 - 공간정보 상에 환경정보를 가시화하기 위하여 유사 사이트 분석 - UNEP-Live, Globe 사이트 분석

<UNEP-Live> <Globe>

<유사 사이트 분석>

- 공간정보 상에 환경정보를 가시화하기 위한 다양한 사례 조사

<다양한 가시화 사례 조사>

4) 국토환경 공간스캐닝 모니터링 시스템

(56)

연구 내용 실적 세부설명 비 고 - Unity 3D를 활용한 WebGL기반의 3D Client 지도

- 환경 재난/재해 상황별 예측 및 조가감지 웹서비스를 위한 기능 설 계 및 개발

<환경 재난재해 웹서비스를 위한 화면 설계>

<환경 재난재해 웹서비스 개발>

▷ UNEP-Live 연계를 위한 프로토콜 개발

- EDEN-s 는 OGS (Open Geo Spatial)의 WMS(Web Map Service), WMT(Web Map Tile Service)프로토콜을 지원

- 이 기능을 사용하여 UNEP Map Server에 WMS 및 WMT프로토 콜을 통한 데이터 공유 가능

<UNEP-Live 연계 방안 마련>

(57)

연구 내용 실적 세부설명 비 고 과제협의회

운영

◯ 2차년도 과제협의회 운영

▷ 2015. 6. 4. 문경STX에서 과제협의회 실시

▷ 환경부담당자/딥뷰총괄책임자/대구시 유관기관 등 전문가 참석 - 기존의 Remote Sensing 및 환경오염감시와 차별화된 연구진행이

이루어져야 함을 주요 내용으로 하는 전문가 의견이 있었음

<2차년도 EDEN 과제협의회>

UNEP-Live 현황조사

◯ UNEP-Live 구축 배경 및 소개

▷ 지구 웹기반 통합 플랫폼 제공을 위해 UNEP-Live 출시 (2014.1)

▷ 환경지표 등의 데이터 제공, 환경평가 실시, 모니터링․분석 및 조기 경보 수행, 인적네트워크 형성 및 협력 추진, 역량강화 및

기술지원의 역할을 수행

▷ 따라서 국가, 지역, 세계의 데이터 및 지표, 보고서, 지도 등 다양한 형태의 환경정보를 대중과 정책결정자에게 제공

▷ 기본원칙

- UNEP-Live에서 제공하는 환경 데이터와 정보는 사용자와 정책결정자들이 쉽게 온라인에서 접근할 수 있도록 해야 함 - 제공되는 환경 정보는 전 세계에서 공유를 위해 조화 및

표준화되어야 함

- 전 세계 환경 데이터 및 정보는 주제 및 공간별로 분류되고, 데이터 검색과 활용은 사용자 요구에 맞추어 제공되어야 함 - 환경데이터 및 정보는 지속적으로 검증되고 업데이트되어야 함 - 데이터의 원활한 공급과 교환을 위해 국제적 네트워크와 기반

구조가 제공되어야 함

◯ UNEP-Live의 기능 및 관련 프로그램 검토

▷ 지속가능발전목표(SDGs)의 실행 지원을 위한 Sustainable Development Goals Portal은 UNEP-Live의 대표적인 기능을 담당하며, 다양한 Citizen Science 프로젝트를 소개

▷ 그 밖에도 Mapping, Select Country/Region/Global, Select Theme,

5) 과제협의회 운영 및 UNEP-Live 연계 플랫폼 설계

(58)

플랫폼/소프트웨어 웹 설명

Eye on Earth Summit 2015에서 접근 공개한 시민과학 프로젝트

TheOpenTreeMap https://www.op entreemap.org/

오픈 소스 플랫폼으로서 크라우드 소싱 트리 인벤토리, 생태계서비스산정, 도시산림분석, 커뮤니티 참여

Scistarter http://scistarter .com/

시민 과학 플랫폼으로서 1,100개가 넘는 시민 과학 프로젝트의 데이터베이스를 보유하고 있음. 이는 시민과학의 발굴, 조직, 참여 확대를 가능하게 할 것임.

ESRI Citizen Science Manager

http://solutions.

arcgis.com/stat e-government/

help/citizen-sci ence/

ESRI 시민과학 매니저는 야생 동식물 관찰 보고를 위한 지도를 제공함. 사용자는 익명으로 새로운 보고를 제출하고 기존의 보고를 검토하며 타 사용자의 보고에 대한 논평을 함. 또한 사용자가 소셜미디어, ArcGIS credential 등을 통해 보고의 진위를 증명할 수 있고 보고한 내용의 관찰 현황을 추적할 수 있음.

Communities of Practice 등 다양한 기능을 수행

Sustainable Development Goals Portal UNEP Live Web Intelligence

UNEP Live’s Citizen Science portal UNEP Live Select Country/Regional/Global

UNEP Live Select Theme UNEP Live Communities of Practice

<UNEP-Live의 기능>