초록 ▼

1. 계층구조를 이루는 개체 기반 생태계 모델
- 포식자-피식자-식물군의 계층구조를 가지는 격자 모델 설계.
- 시뮬레이션 내의 각 개체는 생존전략을 가질 수 있도록 설계.
- 각 개체군은 진화가 가능하도록 유전자 정보를 가지도록 설계.
2. 산불확산 수리모델 개발 연구
- 바람 세기의 변화에 따른 산불확산 패턴 분석.
- 서로 다른 연소 확률값을 갖는 나무의 밀도 변화에 따른 연소된 나무에 의한 산불확산 패턴 분석.
- 산림의 면적에 비례한 나무의 밀도 변화에 따른 산불확산 패턴 분석.

1. 계층구조를 이루는 개체 기반 생태계 모델
- 포식자-피식자-식물군의 계층구조를 가지는 격자 모델 설계.
- 시뮬레이션 내의 각 개체는 생존전략을 가질 수 있도록 설계.
- 각 개체군은 진화가 가능하도록 유전자 정보를 가지도록 설계.
2. 산불확산 수리모델 개발 연구
- 바람 세기의 변화에 따른 산불확산 패턴 분석.
- 서로 다른 연소 확률값을 갖는 나무의 밀도 변화에 따른 연소된 나무에 의한 산불확산 패턴 분석.
- 산림의 면적에 비례한 나무의 밀도 변화에 따른 산불확산 패턴 분석.
3. 흰개미터널 패턴 예측 소프트웨어기능개선과 응용연구
- 흰개미의 터널링 전략이 콜로니 간의 경쟁에 미치는 영향 규명.
- 종이 다른 흰개미 간의 테리토리 성장과 경쟁을 시뮬레이션 및 분석.
- 흰개미의 행동 특성을 모델링에 반영하기 위한 요소 실험 계획 및 수행.
4. 녹조 수리모델 연구
- 조류의 Life-cycle과 생물학적 지연시간을 고려한 새로운 수리모델 개발.
- 휴면포자를 형성하는 전략을 가진 녹조류의 population dynamics 분석.
- 온도, 초기밀도, 지연시간이 녹조 발생에 미치는 영향을 정량적으로 분 석.
5. 생물막 수리모델 연구
- 시뮬레이션 계산결과를 3차원 공간상에 구현하는 알고리즘 개발.
- 3종의 박테리아에 대한 시뮬레이션이 가능하도록 기능을 확장.
6. 어류군집 모델 연구
- 송사리 군집의 조류 포식자 모델에 대한 회피행동 분석.
- 포식자의 크기와 속도에 대한 회피행동 분석.
- 장애물과 어류 무리의 반응행동 분석.

Abstract ▼

Ⅳ. Results
[1] Research on the individual-based ecosystem model with hierachical structure
- Designing the lattice based model for predator-prey-plant ecosystems
- Designing the agents, representing predator and prey, with survival strategy.
- Developing the autonomous agents with gene i

Ⅳ. Results
[1] Research on the individual-based ecosystem model with hierachical structure
- Designing the lattice based model for predator-prey-plant ecosystems
- Designing the agents, representing predator and prey, with survival strategy.
- Developing the autonomous agents with gene information
[2] Research on the fire spread simulation model
- Pattern analysis on the fire spread in response to wind intensity.
- Pattern analysis on the fire spread according to the tree species.
- Simulation analysis on the fire spread pattern for different mixing ratio of two different tree species.
[3] Functional upgrade of termite tunnel pattern simulator
- Investigation for the effects of termite's tunneling strategy on the competition dynamics among termite colonies
- Simulation study on the termite territorial competition.
- Experimental design for revealing termite foraging behaivor in tunnel networks.
[4] Functioanl upgrade for the algal blooming model
- Incorporating Life-cycle algorithm for cysts and time-delay effect
- Simulation study on the effect of cyst activation on the algal blooming
- Quantitative analysis on the effect of temperature, algae initial density, and time-delay on the algal blooming
[5] Functional upgrade for the biofilm growth model
-Development of the new algorithm for the growth of a single bacteria into 3D space.
-Functional extention from 2D simulation to 3D simulation in bacterial growth.
[6] Functional upgrade for the simulation software for fish schooling behavior
- Analysis on the fish escaping behavior in response to the attack of model bird.
- Studies on the relationship between the attack speed of model bird and the fish escaping behavior
- Investigation for the relationship between obstacle size and fish response behavior.

목차 Contents

• 표 지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 요 약 문 ... 4
• Summary ... 7
• CONTENTS ... 11
• 목 차 ... 16
• 제 1 장. 연구과제의 개요 ... 21
• 제 1절 사업배경 ... 21
• 제 2절 사업의 목적 및 필요성 ... 21
• 제 3절 사업의 내용 및 범위 ... 21
• 1. 계층구조를 이루는 개체 기반 생태계 모델 ... 21
• 2. 산불확산 소프트웨어 개발 및 적용 ... 22
• 3. 흰개미 행동 수리모델 ... 22
• 4. 녹조 수리모델 ... 22
• 5. 생물막 수리모델 ... 22
• 6. 어류군집 모델 ... 23
• 제 4절 사업의 기대효과 ... 23
• 1. 계층구조를 이루는 개체 기반 생태계 모델 ... 23
• 2. 산불확산 소프트웨어 개발 및 적용 ... 23
• 3. 흰개미 행동 수리모델 ... 23
• 4. 녹조 수리모델 ... 23
• 5. 생물막 수리모델 ... 23
• 6. 어류군집 모델 ... 23
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 25
• 제 1절 계층구조를 이루는 개체 기반 생태계 모델 ... 25
• 제 2절 산림생태계 소프트웨어 개발 ... 25
• 1. 산림생태계 관련 기술 개발 현황 ... 26
• 2. 산불확산 시스템 국내 기술개발 현황 ... 27
• 가. 산불확산 시뮬레이션 관련 기술개발 현황 ... 27
• 나. 산불 발생 요소들에 의한 산불확산 속도 예측 시스템 ... 28
• 3. 산불확산 시스템 국외 기술개발 현황 ... 28
• 가. 미국 ... 28
• 나. 캐나다 ... 29
• 다. 호주 ... 29
• 라. EU ... 29
• 제 3절 흰개미 확산 소프트웨어 개발 ... 30
• 1. 국내 기술개발 현황 ... 30
• 가. 흰개미 시뮬레이션 관련 기술개발 현황 ... 30
• 나. 흰개미 탐지 관련 기술개발 현황 ... 30
• 다. 흰개미 방제 관련 기술개발 현황 ... 31
• 2. 국외 기술개발 현황 ... 31
• 가. 흰개미 시뮬레이션 관련 기술개발 현황 ... 31
• 나. 흰개미 탐지 관련 기술개발 현황 ... 33
• 제 4절 녹조 분석 및 예측 소프트웨어 개발 ... 34
• 1. 국내 기술개발 현황 ... 34
• 가. 유해조류 저감 및 예측 관련 기술 ... 34
• 2. 국외 기술개발 현황 ... 35
• 가. 유해조류 대번성 예측 관련 기술 ... 35
• 나. 유해조류 대번성 모니터링 기술 관련 ... 35
• 다. 참고도표 - 국내외 선행기술자료 조사서 ... 36
• 제 5절 생물막 수리모델 ... 38
• 1. 국내외 기술개발 현황 ... 38
• 제 6절 어류군집 모델 ... 40
• 제 3 장 연구수행 내용 및 결과 ... 41
• 제 1절 계층구조를 이루는 개체 기반 생태계 모델 ... 41
• 1. 피식자-포식자 계층 경쟁 구조를 가지는 생태계 모델 개발 ... 41
• 2. 포식자, 피식자, 그리고 식물 설계 ... 41
• 3. 시뮬레이션 모델 동작 ... 42
• 4. 시뮬레이션 결과 ... 44
• 5. 논의 및 결론 ... 46
• 제 2절 산불확산 수리모델 ... 47
• 1. 산불확산 예측 소프트웨어 개발 ... 47
• 가. 산불확산 수리모델의 연구목표 ... 47
• 나. 산불확산 수리모델의 확산 과정 ... 47
• 다. 산불확산 수리모델 동작 ... 49
• 라. 시뮬레이션 결과 ... 50
• 마. 연구의 결론 ... 53
• 제 3절 흰개미 행동 수리모델 ... 54
• 1. 흰개미 확산 소프트웨어 개발 및 테리토리 행동 연구 ... 54
• 가. 흰개미 확산 소프트웨어 개발 ... 54
• 나. 흰개미 테리토리 행동의 시뮬레이션 결과 ... 56
• 다. 테리토리 간 경쟁에 관한 수학적 지표 정의와 결과 분석 ... 58
• 라. 기존 테리토리 모델과의 비교 분석 ... 60
• 2. 흰개미 터널네트워크의 수학적 분석 ... 61
• 가. 네트워크 분석의 중요성 ... 61
• 나. 기존의 네트워크 분석 방법 ... 62
• 다. 네트워크 행렬과 고유치 스펙트럼의 생물학적 응용 ... 63
• 3. 흰개미 행동실험 설계 및 분석 ... 66
• 가. 터널 곡률에 따른 이동 효율 변화 ... 66
• 나. 너비 및 곡률이 서로 다른 터널 내에서의 탐색 행동에 대한 수리모델 적용 ... 71
• 다. Y-자 갈림길에서 흰개미의 행동분석 및 방향선택 연구 ... 73
• 라. 터널 교차로에서의 방향 선택 및 통과 시간 연구 ... 77
• 마. 터널 내의 Irregularity에 대한 흰개미의 행동 분석 ... 80
• 4. 흰개미 탐지기법 개발을 위한 생물음향 연구 ... 83
• 가. 생물음향 실험장비 구축 ... 83
• 나. 생물학의 음향학적 접근의 중요성 및 워크샵 개최성과 ... 84
• 제 4절 녹조 수리모델 ... 85
• 1. 녹조 분석 및 예측 소프트웨어 개발 ... 85
• 가. 녹조 수리모델의 연구목표 ... 85
• 나. 녹조 수리모델의 구성 및 실행결과 요약 ... 86
• 다. 녹조 예측 소프트웨어의 구성 요약 ... 88
• 2. 녹조수리모델의 이론 및 수치해석적 검증 ... 89
• 가. 단순화된 녹조모델의 수학적 예측식 (Di Toro, 1974) ... 89
• 나. 소프트웨어의 검증 예제 및 예측 결과 ... 90
• 3. 연구의 의의 ... 94
• 제 5절 생물막 수리모델 ... 94
• 1. 연구개발 내용과 결과 ... 94
• 2. 생물막 모델 플로우차트 ... 94
• 3. 영양입자의 운동 시뮬레이션 1 ... 95
• 4. 영양입자의 운동 시뮬레이션 2 ... 96
• 5. 생물막 모델 알고리즘 ... 97
• 6. 생물막 성장 시뮬레이션 ... 98
• 제 6절 어류군집 모델 ... 98
• 1. 이론적 배경 ... 98
• 2. 실험 방법 ... 101
• 3. 연구 내용 ... 102
• 가. 송사리와 금붕어의 무리 크기와 군집행동 ... 102
• 나. 뉴턴의 운동 제 2 법칙을 이용한 물고기 행동 모델 개발 ... 104
• 다. 피식자-포식자(prey-predator) 관계 ... 105
• 4. 연구 결과 ... 106
• 가. 무리의 크기와 군집행동 분석 ... 106
• 나. 뉴턴의 운동 제 2 법칙을 이용한 물고기 행동 모델 개발 ... 108
• 다. 피식자-포식자(prey-predator) 관계 ... 109
• 제 4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 111
• 1. 연구개발목표의 달성도 ... 111
• 2. 대외기여도 ... 112
• 제 5 장 연구결과의 활용계획 ... 113
• 제 1절 계층구조를 이루는 개체 기반 생태계 모델 ... 113
• 1. 환경교란에 대한 생태계 안정성 확보 방안 마련에 활용 ... 113
• 2. 유전자 진화에 대한 수리-물리적 이해에 활용 ... 113
• 제 2절 산불확산 수리모델 ... 113
• 1. 소프트웨어 업그레이드 및 타 연구로의 응용방안 ... 113
• 2. 국내외 산불확산 시뮬레이션 연구의 리더 역할 ... 114
• 제 3절 흰개미 행동 수리모델 ... 114
• 1. 소프트웨어 업그레이드 및 타 연구로의 응용방안 ... 114
• 2. 국내외 흰개미 시뮬레이션 연구의 리더 역할 ... 115
• 제 4절 녹조 수리모델 ... 115
• 1. 모델링 관련 추가연구 주제 ... 116
• 2. 수리모델을 이용한 녹조연구의 국제협력 ... 116
• 제 5절 생물막 수리모델 ... 116
• 1. 생물막모델의 의료문제 해결에 활용 ... 116
• 2. 생물막 모델의 공학적문제 해결에 활용 ... 117
• 제 6절 어류군집 모델 ... 117
• 1. 어류행동에 대한 생물학적 연구에 활용 ... 117
• 2. 어류분포 예측에 활용 ... 117
• 3. 수환경오염의 감시에 대한 연구에 활용 ... 117
• 4. 양식장 어류의 피식 피해 방지 ... 118
• 제 6 장 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 119
• 1. 일본 교토(京都)대학 생존권연구소 거주권환경공생분야 연구실 (Professor: Tsuyoshi Yoshimura; 이하 요시무라 연구실) 방문 시(2011.11.18) 수집한 흰개미의 목재 식해 연구 관련 정보 ... 119
• 2. 생물 개체 자동 인식 시스템 개발 현황 ... 119
• 제 7 장 참고문헌 ... 122
• 1. 계층구조를 이루는 개체 기반 생태계 모델 ... 122
• 2. 산림생태계 연구 ... 123
• 3. 흰개미 행동 수리모델 연구 ... 124
• 4. 녹조 수리모델 연구 ... 124
• 5. 생물막 수리모델 연구 ... 125
• 6. 어류군집 모델 연구 ... 126
• 끝페이지 ... 128