[논문]확장 칼만 필터를 활용한 Z-R 관계식의 매개변수 실시간 결정

김정호; 유철상

doi:10.3741/jkwra.2014.47.2.119

확장 칼만 필터를 활용한 Z-R 관계식의 매개변수 실시간 결정
Using Extended Kalman Filter for Real-time Decision of Parameters of Z-R Relationship 원문보기

Journal of Korea Water Resources Association = 한국수자원학회논문집, v.47 no.2, 2014년, pp.119 - 133

김정호 (고려대학교 공과대학 건축사회환경공학부) , 유철상 (고려대학교 공과대학 건축사회환경공학부)

초록
AI-Helper

본 연구에서는 Z-R 관계식의 매개변수를 안정적인 값으로 실시간 예측하고자 확장 칼만 필터기법을 적용하였다. 이를 위해 Z-R 관계식의 비선형을 고려하여 확장 칼만필터로 매개변수 결정모형을 구축하였다. 상태-공간모형은Adamowski and Muir (1989)의 연구를 기반으로 구축하였다. 상태-공간 모형의 상태변수는 Z-R 관계식의 두 매개변수로 설정하였다. 결과적으로 칼만이득과 상태변수가 발산하지 않는 안정적인 모형을 구축하였다. 주목할 점으로는 기존 방법으로 추정된 과대 혹은 과소한 매개변수가 필터링 되어 일부 제거되었다는 것이다. 부적절한 매개변수의 적용은 물리적으로 비현실적인 강우강도 추정 결과를 불러일으키는 원인이기 때문에 이러한 결과는 정량적 강수량 추정측면에서 효과가 크다고 할 수 있다. 또한 확장 칼만 필터로 예측한 매개변수로 레이더 강우를 추정한 결과, 편의보정계수가 1.0에 근사하게 나타나 편의보정과정 없이도 지상 강우강도와의 평균적인 차이는 근소한 것으로 나타났다. 또한 기존 방법으로 레이더 강우를 추정한 결과보다 전반적으로 정확도 높은 강우 추정이 가능한 것으로 나타났다.

Abstract ▼ AI-Helper

The study adopted extended Kalman filter technique in an effort to predict Z-R relationship parameter as a stable value in real-time. Toward this end, a parameter estimation model was established based on extended Kalman filter in consideration of non-linearity of Z-R relationship. A state-space model was established based on a study that was conducted by Adamowski and Muir (1989). Two parameters of Z-R relationship were set as state variables of the state-space model. As a result, a stable model where a divergence of Kalman gain and state variables are not generated was established. It is noteworthy that overestimated or underestimated parameters based on a conventional method were filtered and removed. As application of inappropriate parameters might cause physically unrealistic rain rate estimation, it can be more effective in terms of quantitative precipitation estimation. As a result of estimation on radar rainfall based on parameters predicted with the extended Kalman filter, the mean field bias correction factor turned out to be around 1.0 indicating that there was a minor difference from the gauge rain rate without the mean field bias correction. In addition, it turned out that it was possible to conduct more accurate estimation on radar rainfall compared to the conventional method.

주제어

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	수문분야에서 레이더 강우는 어디에 이용되고 있나?	고해상도(high resolution)의 연속형 자료인 레이더 강우의 활용이 가능하였기 때문이다(Legates, 2000). 수문분야에서 레이더 강우는 주로 홍수범람 및 돌발홍수 예측을 목적으로 분포형 강우-유출 모형의 입력자료로 이용되고 있다. 이러한 레이더 강우는 지상우량 계로 관측된 강우보다 정량적 정확도는 상대적으로 떨어지나 광범위한 강우의 공간분포를 연속적으로 고려할 수 있다.
	레이더 강우는 어떻게 추정되나?	레이더 강우는 기상레이더로부터 송신된 전자파가 강수입자에 반사되어 되돌아온 신호세기인 반사도(reflectivity, Z)로부터 추정된다. 강수입자에 대한 반사도는 지상강우강도(ground rain rate, R)와의 관계를 일련의 멱함수(power function)로 표현한 Z-R 관계식(Z=ARb, 식에서 매개변수 A는 상수항, b는 지수항)을 이용하여 강우강도로 변환된다.
	정량적 강수량 추정에서 중요한 것은 무엇인가?	QPE 과정에서 무엇보다 중요한 것은 Z-R 관계식의 매개변수 추정이다(Krajewski and Smith, 2002). 이와 관련된 연구는 1900년대 중반부터 시작되었으며, 처음에는 강수의 입자직경분포(Drop Size Distribution, DSD)로부터 매개 변수를 추정하였다(Marshall and Palmer, 1948; Twomey, 1952; Blanchard, 1953; Jones, 1956; Battan, 1973).

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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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