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MATLAB을 이용한 개별파 분석 프로그램 개발
Development of Wave by Wave Analysis Program using MATLAB 원문보기

한국해안·해양공학회논문집 = Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers, v.29 no.5, 2017년, pp.239 - 246  

최혁진 (원광대학교 토목환경공학과) ,  정신택 (원광대학교 토목환경공학과) ,  조홍연 (한국해양과학기술원 해양자료과학실) ,  고동휘 (한국해양과학기술원 연안공학연구본부) ,  강금석 (한국전력공사 전력연구원)

초록
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현장에서 파고와 주기만을 관측한 경우 주로 개별파 분석법을 사용하여 다양한 파랑 특성을 산정한다. 본 논문에서는 MATLAB 언어를 이용하여 개별파 분석 프로그램을 개발하였다. 영점 상향 교차법과 영점 하향 교차법을 이용하여 1) 평균해면 보정, 2) 영점 교차 시간 산정, 3) 개별파고 산정, 4) 자료 관측기간 변화 등의 기능을 수행할 수 있다. 해모수 1호에 설치된 레이더(WaveGuide Radar)를 사용하여 관측된 시간간격 0.2초 자료를 대상으로 개발된 프로그램의 적용성을 검토하였다. 조석성분 제거 및 영점 교차 시간 산정은 선형 혹은 2차원으로 내삽하였다. 개별 파고 산정은 Goda 방법이 적정한 것으로 판단되었으며, 본 연구에서 제안한 방법은 차후 후속 연구를 통하여 개선할 여지가 있는 것으로 판단된다. 대표파의 특징은 샘플의 유한성 등으로 인하여 영점상향교차법과 영점하향교차법으로 산정한 결과가 상이하다는 것을 알 수 있다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In case of observing only wave height and period in the field, various wave characteristics are mainly calculated by wave by wave analysis method. In this paper, an wave by wave analysis program using MATLAB language is developed. It is possible to perform a function such as 1) correction for mean w...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 최근 해상풍력단지 건설, 조류 에너지 개발 등 연안역 개 발에 대한 관심이 고조되면서 파랑 및 조석 등 연안 기본적 환경에 대한 검토가 필요하다. 대상해역의 파랑을 측정함으로써 파랑의 제원을 산정하는 것이 연안공학자 및 해양학자가 수행하는 파랑관측의 목적이다. 파랑관측 자료는 항만의 정비, 해안보전, 해역의 이용 및 개발에 관련된 시설이나 구조물의 계획, 설계, 시공 등을 실시하기 위해 필요한 기초로 사용되고, 호안의 파손과 같은 다양한 재해에 대한 파랑의 영향을 해석함으로써 그 원인 규명 및 대책안을 수립한다.
  • 본 논문에서는 MATLAB 언어를 이용하여 개별파 분석 프로그램을 개발하였다. 영점상향 교차법과 영점하향 교차법을 이용하여 1) 평균해면 보정, 2) 영점 교차 시간 산정, 3) 개별파고 산정, 4) 자료 관측기간 변화 등의 기능을 수행할 수 있다.
  • 본 연구에서는 수치해석 및 프로그래밍 환경을 제공하는 MATLAB을 사용하여 파고 자료를 분석하는 개별파법 프로 그램을 개발하고, 해상기상탑 HeMOSU-1호의 파랑자료를 활 용하여 그 적용성을 검토하였다.

가설 설정

  • , 1994; IAHR, 1986), ② 관측치만을 사용하는 경우 실제 최대치를 과소평가할 수 있기 때문에 2차원 식을 이용하여 내삽한 결과를 사용하는 방법(Goda, 2000), ③ 본 연구에서 제안한 방법으로, 정현파형으로 가정하여 半波(half wave) 를 대상으로 최적 추정하는 방법을 사용하였다. 이 방법은 영점교차 시점 사이에 있는 수면변위 정보를 파형을 구성하는 자료 일부로 가정하고, 정현 파형으로 피팅(fitting)하여 개별 파고를 산정하는 방법으로 오차제곱합을 최소로 하는 파고를 추정하여 사용하였다. 이중 문제가 되는 파랑은 반파 주기가 1초 이하인 파랑으로 반파가 1개 존재하는 경우에는 이를 포함하고, 연속해서 2개 존재하는 경우에는 1개의 파랑으로 통합하여 평가하였다.
본문요약 정보가 도움이 되었나요?

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
개별파법는 어디에 활용되는가? , 1994). 개별파법은 유의파법, 최대파법, 확률분포법 등으로 활용되며, 스펙트럼법은 개별파법과의 관계를 이용하여 방파제 설계, 해양 구조물의 응답해석, 파랑변형 수치모형 등에 사용된다. 천해역의 경우 쇄파 등의 파랑변형으로 인하여 개별파법을 사용하는 것이 적절하다(Mizuguchi, 1982; Buckley et al.
연안역 개 발에 대한 관심이 고조되면서 어떠한 검토가 필요한가? 최근 해상풍력단지 건설, 조류 에너지 개발 등 연안역 개 발에 대한 관심이 고조되면서 파랑 및 조석 등 연안 기본적 환경에 대한 검토가 필요하다. 대상해역의 파랑을 측정함으로써 파랑의 제원을 산정하는 것이 연안공학자 및 해양학자가 수행하는 파랑관측의 목적이다.
파랑관측 자료는 어디에 활용되는가? 파랑관측 자료는 항만의 정비, 해안보전, 해역의 이용 및 개발에 관련된 시설이나 구조물의 계획, 설계, 시공 등을 실시하기 위해 필요한 기초로 사용되고, 호안의 파손과 같은 다양한 재해에 대한 파랑의 영향을 해석함으로써 그 원인 규명 및 대책안을 수립한다. 또한 계류선박이나 항행 선박 혹은 해양시설을 관리 · 운용하는데 있어서의 안전 확보, 효율적인 운영을 위한 자료로 활용된다.
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참고문헌 (15)

  1. Buckley, W.H., Pierce, R.D., Peters, J.B. and Davis, M.J. (1984). Use of the half-cycle analysis method to compare measured wave height and simulated Gaussian data having the same variance spectrum. Ocean Engineering, 11, 423-445. 

  2. Forristall, G.Z. (1978). On the statistical distribution of wave heights in a storm. Journal of Geophysical Research Oceans, 83, C5, 2253-2358. 

  3. Goda, Y. (2010). Random Seas and Design of Maritime Structures, World Scientific Pub., 3rd edition. 

  4. Hoekstra, G.W., Boere, L., A.J.M. van der Vlugt and T. van Rijn (1994). Mathematical Description of the Standard Wave Analysis Package. 

  5. Holthuijsen, L.H. (2009). Waves in Oceanic and Coastal Waters, Cambridge University Press. 

  6. Horikawa, K. (1978). Coastal Engineering, An Introduction to Ocean Engineering, Univ. of Tokyo Press. 

  7. IAHR (1986). List of Sea State Parameters. 

  8. Korea Institute of Ocean Science and Technology (KIOST) (2014). Observation and utilization of waves - wave, tsunami, storm surge, GPS ocean buoy, Coastal wave measurement system. 

  9. Mizuguchi, M. (1982). Individual Wave Analysis of Irregular Wave Deformation in the Nearshore Zone. Proc. 18th Int. Conf. Coastal Engrg., pp 486-504. 

  10. Postacchini, M. and Brocchini, M. (2014). A wave-by-wave analysis for the evaluation of the breaking-wave celerity. Applied Ocean Research, 46, 15-27. 

  11. Sorensen, R.M. (1993). Basic wave mechanics for coastal and ocean engineers. 

  12. Stansell, P., Wolfram, J. and Linfoot, B. (2002). Effect of sampling rate on wave height statistics. Ocean Engineering, 29, 1023-1047. 

  13. Tayfun, A. (1993). Sampling-rate errors in statistics of wave heights and periods. J. of Waterway, Port, Coast, and Ocean Engineering, 119(2), 172-192. 

  14. MathWorks (2017). https://kr.mathworks.com (in Korean). 

  15. Zheng, G., Cong, P. and Pei, Y. (2006). On the improvements to the wave statistics of narrow-banded waves when applied to broadbanded waves. J. of Geophysical Research, 111(C11016), DOI:10.1029/2005JC003106. 

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