[논문]항공 전투 시뮬레이션의 합성전장환경 구축을 위한 환경 데이터 관리 및 공급 방안

양가람; 함원경; 박상철

doi:10.9709/jkss.2013.22.3.007

[국내논문] 항공 전투 시뮬레이션의 합성전장환경 구축을 위한 환경 데이터 관리 및 공급 방안
Environmental Data Management and Supply Plan for Building Synthetic Battlefield Environment of Air Combat Simulation 원문보기

한국시뮬레이션학회논문지 = Journal of the Korea Society for Simulation, v.22 no.3, 2013년, pp.7 - 14

양가람 (아주대학교 산업공학과) , 함원경 (아주대학교 산업공학과) , 박상철 (아주대학교 산업공학과)

초록
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본 논문에서는 항공전장 환경의 구축을 통한 항공 무기체계의 가상시험에 환경적 영향을 반영하여 모의할 수 있도록 환경데이터를 제공하기 위한 내용을 수행하였다. 항공 전투 시뮬레이션에서 전투 개체들이 모의하는 작전은 환경 영향에 의하여 그 달성 결과가 달라져야 한다. 본 연구에서는 항공 전투 시뮬레이션 시스템에 합성전장환경 구축을 위해, 실제 항공 전장환경을 분석하여 합성전장환경을 설계한다. 설계한 합성전장환경의 구현을 위해 적합한 실제 환경 데이터를 수집하고, 수집된 환경데이터를 기반으로 합성전장환경 구축을 위해 공간 보간법(GIS, Geographic information system interpolation)을 활용하여 데이터를 가공한다. 본 논문의 최종 목적은 항공 전투 시뮬레이션에 환경 영향을 반영하기 위해 대기 환경 속성의 스펙트럼 중 시뮬레이션에서 요구하는 속성을 도출하여 합성전장환경을 설계하고, 실제 대기 데이터를 기반으로 설계된 합성전장환경을 구현한다. 구현된 합성전장환경을 분산 시뮬레이션 시스템에서 환경 데이터 요구에 대해 전장환경 데이터를 제공하여 시뮬레이션 시스템이 실제 환경 데이터에 기반한 합성전장환경을 시뮬레이션에 반영할 수 있게 한다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, there is a research for providing environmental data to reflect environmental effects to the simulation for the aviation weapon systems by the construction of the synthetic battlefield. The results of the aviation engagement simulation are able to differ by environmental effect. This paper analyzes the real aviation battlefield and designs the synthetic battlefield based on the analysis. In order to construct the designed synthetic battlefield, we collects the real environmental data for the atmosphere and structures the collected data using GIS (Geographic information system interpolation). The main objective of this paper is to design the synthetic battlefield based on the derived environmental factors from the analysis of the real aviation battlefield, and it constructs the designed synthetic battlefield by the collection of real atmosphere data. The constructed synthetic battlefield provides the environmental data which are requested from the distributed simulation system, and it makes the system reflect environmental effects to the simulation.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

두 가지 이상의 소규모 세력들이 대기 환경에서 교전을 수행 시에 합성전장환경 구성의 목표에 맞추어 환경 정보, 위치 정보를 추출하여 전달해 주는 것을 목적으로 하는 프로세스이다. 즉 ETS는 기상청 등에서 수집한 원시 대기 환경 데이터를 가공하여 보간법을 활용해 사용자가 요구하는 특정 기간과 지점에 대한 데이터를 추출해 주도록 설계되었다.
시뮬레이션에 반영할 원시 환경 데이터는, 불규칙적인 분포의 포인트로 구성되어있는 대용량의 자료이므로 시뮬레이터가 요구한 특정 위치의 자료를 검색하기 어려운 점이 있다. 따라서 본 연구는 시뮬레이터의 엔지니어가 원하는 환경 요소 정보의 신속한 공급을 위하여 불규칙적으로 분포된 대용량의 원시 환경 데이터를 입력 받아 엔지니어가 원하는 위치의 원하는 데이터를 빠르게 재가공하여 제공하는 프레임워크를 제안한다.
본 연구에서는 항공 무기체계에 영향을 주는 환경적 요소인 EPO를 도출하였고, 도출된 환경 요소를 시뮬레이터에 공급해 주기 위한 중간 프로세스를 제안하였다. 시뮬레이터에 공급해 주기 위한 불규칙적인 점 데이터를 효율적으로 공급해 주기 위하여 공급 과정에서 사용자의 요구 사항인 시간적 범위와 공간적 범위(경위도), 그리고 환경 요소를 선택하면, 그 요구사항을 받아 IDW와 Kriging 보간법을 이용해 도출한 값을 공급하였다.

제안 방법

데이터의 구성은 지점 번호(Station ID)로 시작해 관측 시각(년, 월, 일), 풍향, 풍속(m/s), 기온(℃), 이슬점 온도(℃), 습도(%), 증기압(hPa), 현지기압(hPa), 해면기압(hPa), 강수량(mm) 등으로 구성되어 있다.
본 연구에서 제안하는 프로세스는 ETS (Environment Tailoring System)으로, 지속적으로 데이터를 업데이트 할 수 있도록 설계하였다. Fig.
또한 기댓값이 공간적으로 변화한다고 가정하면 Kriging with a tend model로 대체 된다^[23]. 본 연구에서는 기본적으로 사용될 수 있는 단순 크리깅을 적용하였다. Fig.
본 연구에서는 항공 무기체계에 영향을 주는 환경적 요소인 EPO를 도출하였고, 도출된 환경 요소를 시뮬레이터에 공급해 주기 위한 중간 프로세스를 제안하였다. 시뮬레이터에 공급해 주기 위한 불규칙적인 점 데이터를 효율적으로 공급해 주기 위하여 공급 과정에서 사용자의 요구 사항인 시간적 범위와 공간적 범위(경위도), 그리고 환경 요소를 선택하면, 그 요구사항을 받아 IDW와 Kriging 보간법을 이용해 도출한 값을 공급하였다.
두 가지 이상의 소규모 세력들이 대기 환경에서 교전을 수행 시에 합성전장환경 구성의 목표에 맞추어 환경 정보, 위치 정보를 추출하여 전달해 주는 것을 목적으로 하는 프로세스이다. 즉 ETS는 기상청 등에서 수집한 원시 대기 환경 데이터를 가공하여 보간법을 활용해 사용자가 요구하는 특정 기간과 지점에 대한 데이터를 추출해 주도록 설계되었다.

대상 데이터

또한 우주전파센터에서는 2010~2012 년의 데이터를 수집하였다. 관측지점은 ASOS (Automatic Synoptic Observation System) 462개소와 AWS (Automatic Weather System) 462개소를 합하여 총 537개 지점에 설치되어 기온, 강수량, 풍향, 풍속 등을 관측하며, AWS은 산악지역이나 섬과 같은 무인지역에도 설치되어 호우, 태풍과 같은 위험 기상의 감시와 소규모 기상 파악에 이용된다.
본 연구에서는 기상청 대기 환경 데이터를 수집하였고, 자료의 시간 범위를 기후 데이터의 baseline인 30년으로 1982~2102 년으로 하였다. 또한 우주전파센터에서는 2010~2012 년의 데이터를 수집하였다. 관측지점은 ASOS (Automatic Synoptic Observation System) 462개소와 AWS (Automatic Weather System) 462개소를 합하여 총 537개 지점에 설치되어 기온, 강수량, 풍향, 풍속 등을 관측하며, AWS은 산악지역이나 섬과 같은 무인지역에도 설치되어 호우, 태풍과 같은 위험 기상의 감시와 소규모 기상 파악에 이용된다.
또한 지자기 데이터는 우주전파센터로부터 최초의 데이터 2010년 12월부터 2012년 1월까지의 제주지역의 데이터를 중심으로 이천, 강릉의 관측소 데이터를 수집하였다. 지자기데이터는 Time Tag와 전체 자기 세기(nano Tesla) 등 으로 구성되어 있다.
본 연구에서는 기상청 대기 환경 데이터를 수집하였고, 자료의 시간 범위를 기후 데이터의 baseline인 30년으로 1982~2102 년으로 하였다. 또한 우주전파센터에서는 2010~2012 년의 데이터를 수집하였다.
수집한 원시 환경 데이터는 Text file 형식이고, 연구영역은 경위도 124°54‘~131°6’, 33°9‘~38°45로 남한영역만을 선정하였다.
또한 지자기 데이터는 우주전파센터로부터 최초의 데이터 2010년 12월부터 2012년 1월까지의 제주지역의 데이터를 중심으로 이천, 강릉의 관측소 데이터를 수집하였다. 지자기데이터는 Time Tag와 전체 자기 세기(nano Tesla) 등 으로 구성되어 있다.

성능/효과

이 방법의 대표적인 것이 Kriging이며 현재 많은 분야에서 폭넓게 활용되고 있다^[1]. 그러므로 본 연구에서 제안한 프로세스에 적용시킨 보간법은 IDW와 Kriging이다.

후속연구

향후 연구로는 보다 신뢰성 높은 연구를 위하여 고해상도의 기후정보를 생산하고, 보다 정확한 결과 값의 공급을 위해서 다른 보간법의 적용 및 비교 연구의 필요성이 있다. 또한 여러 상용 프로세스에 적용할 수 있도록 추출 데이터의 파일 형식의 확장성 및 데이터의 신속한 제공을 위해 정규화된 데이터가공을 보완할 예정에 있다.
향후 연구로는 보다 신뢰성 높은 연구를 위하여 고해상도의 기후정보를 생산하고, 보다 정확한 결과 값의 공급을 위해서 다른 보간법의 적용 및 비교 연구의 필요성이 있다. 또한 여러 상용 프로세스에 적용할 수 있도록 추출 데이터의 파일 형식의 확장성 및 데이터의 신속한 제공을 위해 정규화된 데이터가공을 보완할 예정에 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	보간이란?	보간(Interpolation)은 내삽이라고도 하며, 미 관측 지점의 데이터를 알기 위하여 주변의 관측 지점의 값들을 이용하여 연속적인 공간 분포 자료형태로 만드는 것이다[9]. 이때, 미 관측 지점에 대한 추정치의 산정은 응용 목적에 따라 입력 자료로 직접 사용되지 때문에 자료가 획득되지 않은 지점에서의 값 예측에 수반되는 불확실성 혹은 오차는 이후 분석에 영향을 미치게 된다.
	공중전의 주축이 되는 전투 무기 체계는?	실제 공중에서는 항공 무기를 이용하여 제공권 장악이나 호위 등을 위한 공대공 전투, 지상의 목표를 공중에서 타격하는 공대지 전투, 해상의 적함을 타격하여 제해권 장악을 지원하는 공대함 전투 등 현대의 공중전은 광범위한 전장을 구축하고 있다. 이러한 공중전의 주축이 되는 전투 무기 체계로는 전투기, 폭격기, 등을 포함하는 항공기가 있으며, 주공격 수단이 되는 무기체계는 미사일이 존재한다. 이러한 항공 무기체계에는 물체를 감지하고, 그 문제가 관측자로부터 어떤 상대적인 위치에 있는가를 분석해 내는 일종의 원격탐사 장비이며 레이더(RAdio Detecting And Ranging)의 전자파를 이용한다.
	공간 보간과 관련한 여러 기법들의 문제점은?	이러한 공간 보간의 대표적인 방법론으로는 IDW (Inverse Distance Weighting : 거리 역 비계 가중치법), 지역 경향면 모델(Local trend surface model), 불규칙 삼각망(Triangulated irregular network), Kriging 등 다양하게 존재한다[2, 11]. 그러나 이들 방법들은 단순히 면적 비 또는 거리를 추정인자로 사용하기 때문에 지반 조사 자료들이 보이는 공간변동의 통계적인 특성을 적절히 반영하지 못하는 단점이 있다. 이러한 방법들의 대안으로 사용되는 것이 지구통계학적 또는 공간통계학적 분석방법이다.

참고문헌 (23)

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상세보기
P. Goovaerts, 1997, Geostatistics for Natural Resources Evaluation, pp. 483, Oxford University Press, New York.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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