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다목적 유전자알고리즘을 이용한 Tank 모형 매개변수 최적화(I): 방법론과 모형구축
Optimization of Tank Model Parameters Using Multi-Objective Genetic Algorithm (I): Methodology and Model Formulation 원문보기

韓國水資源學會論文集 = Journal of Korea Water Resources Association, v.40 no.9 = no.182, 2007년, pp.677 - 685  

김태순 (연세대학교 사회환경시스템공학부) ,  정일원 (세종대학교 토목환경공학과) ,  구보영 (남원건설엔지니어링) ,  배덕효 (세종대학교 물자원연구소.토목환경공학과)

초록
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본 연구의 목적은 개념적인 강우-유출모형인 Tank 모형매개변수를 산정하기 위한 다목적 유전자알고리즘의 적용성을 평가하는 것이다. 다목적 유전자알고리즘 기법으로는 최근에 가장 많이 사용되는 기법중의 하나인 NSGA-II를 채택하여 Tank 모형과 결합하였으며, 4가지 목적함수(유출용적오차, 평균제곱근 오차, 고수유량 평균제곱근 오차 및 저수유량 평균제곱근 오차)값을 최소화하는 형태의 목적함수를 적용하였다. NSGA-II는 목적함수의 개수가 많아지면 한 번의 실행에 의해 굉장히 많은 수의 파레토최적해를 구하는 단점을 가지고 있기 때문에 구해진 파레토최적해 중에서 어떤 해가 최우선해 인지를 결정해야 할 필요가 있으며, 이러한 고차원적인 의사결정을 위하여 선호적순서화(preference ordering) 기법을 적용하였다. NSGA-II를 이용하여 Tank모형의 매개변수를 추정할 때 초기조건이 최적화과정에 미칠 수 있는 영향을 최소화하기 위해 세대수(generation number)와 개체군의 크기(population size)에 대한 민감도분석을 수행하였다. 분석결과 Tank모형의 매개변수 최적화를 위한 세대수와 개체군 크기의 초기 값을 각각 900번과 1000개로 선정하는 것이 적합한 것으로 나타났다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The objective of this study is to evaluate the applicability of multi-objective genetic algorithm(MOGA) in order to calibrate the parameters of conceptual rainfall-runoff model, Tank model. NSGA-II, one of the most imitating MOGA implementations, is combined with Tank model and four multi-objective ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 강우-유출모형 (rainfall-runoff model)의 목적 중에하나는 강우-유출이라는 자연현상을 이해하고, 이를 통해 다양한 수자원 문제에 요구되는 신뢰성 높은 유출량 자료를 산정하는데 있다. 이와 같은 유출모형은 복잡한 실세계를 단순한 형태로 개념화하여 표현하는데, 이러한 과정에서 많은 매개변수들이 필요하게 되며, 정확하고 신뢰성 있는 모형의 매개변수 산정은 강우-유출모형을 이용한 유출분석에 있어서 매우 중요한 과정이라 할 수 있다
  • 본 연구에서는 다목적 최적화방법인 NSGA-Ⅱ를 이용하여 개념적 유출모형인 Tank 모형의 매개변수를 보다 신뢰성 있게 추정할 수 있는 방법을 제안하였다. 관측 유량에 대한 모의유량의 적합도를 향상시키기 위해 유출 용적 오차(V0와 평균제곱근오차(RMSE)를 목적함수로 선정하였으며, 홍수기 첨두유량 모의와 갈수기의 저수 유량 모의 정확도 개선을 위해 저수유량 및 고수 유량 평균제곱근오차(L & H_RMSE)도 목적함수로 고려하였다.
  • 본 연구에서는 이를 해결하기 위한 방안의 하나로써, 다목적 유전자알고리즘 기법중의 하나인 NSGA-H (Non-dominated Sorting Genetic Algorithm-Ⅱ; Deb et. al., 2002) 와 선호적순서화 방법을 적용하여 Tank 모형의 매개변수를 추정하는 방법론을 제시하고 적용 결과를 분석하고자 한다.
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참고문헌 (17)

  1. 건설교통부 (2000). 수자원장기종합계획(water vision 2020) 보고서 

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  3. Deb, K, Pratap, A., Agarwal, S., and Meyarivan, T. (2002). 'A fast and elitist multiobjective genetic algorithm: NSGA-II', IEEE Transactions on Evolutionary Computation, Vol. 6(2), pp. 182-197 

  4. Duan, Q. (1991). A global optimization strategy for efficient and effective calibration of hydrologic models, PhD dissertation, University of Arizona, Tucson 

  5. Duan, Q. (2002). 'Global optimization for watershed model calibration', Calibration of Watershed Models, Q. Duan, H. V. Gupta, S. Sorooshian, A. N. Rousseau, and R. Turcotte, eds., American Geophysical Union 

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  11. NeIder, J.A., and Mead, R.A. (1965). 'Simplex method for function minimization', Computer Journal, Vol. 7, pp. 308-313 

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  15. Van Veldhuizen, D.A., and Lamont, G.B. (2000). 'Multiobjective evolutionary algorithms: Analyzing the state-of-the-art', Evolutionary Computation, Vol. 8(2), pp. 125-147 

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  17. Yokoo, Y., Kazama, S., Sawamoto, M., and Nishimura, H. (2001). 'Regionalization of lumped water balance model parameters based on multiple regression', Journal of Hydrology, Vol. 246(1-4), pp. 209-222 

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