초록 ▼

□ 연구의 목적 및 내용
1. 스마트시티 IoT 기상측정자료와 전산유체역학모델을 이용한 3차원 고해상도 기상 분석‧예측 시스템 원형 개발
2. IoT 측정자료와 PALM-MUSE 모델 기반 3차원 고해상도 기상 분석‧예측시스템 원형 개발
3. 도시규모 고해상도 기상장 가시화 기술 프로토타입 개발
4. 스마트시티를 위한 기상기후 융합기술 실증 설계 및 프로토타입 개발
5. 기상연구를 위한 공간정보 중심의 디지털트윈 기본설계

□ 연구 개발 성과
1.1 IoT 기반의 3차원 고해상도 기상분석장

□ 연구의 목적 및 내용
1. 스마트시티 IoT 기상측정자료와 전산유체역학모델을 이용한 3차원 고해상도 기상 분석‧예측 시스템 원형 개발
2. IoT 측정자료와 PALM-MUSE 모델 기반 3차원 고해상도 기상 분석‧예측시스템 원형 개발
3. 도시규모 고해상도 기상장 가시화 기술 프로토타입 개발
4. 스마트시티를 위한 기상기후 융합기술 실증 설계 및 프로토타입 개발
5. 기상연구를 위한 공간정보 중심의 디지털트윈 기본설계

□ 연구 개발 성과
1.1 IoT 기반의 3차원 고해상도 기상분석장 생산 기술과 프로토타입 개발
○ 도시규모 기상분석장 산출 관련 기술현황과 장단점 분석
○ 너징(Nudging) 기법을 포함하는 전산유체역학 모델을 이용한 3차원 기상분석장 생산 기술 개발
○ 수치모델자료(UM 등)와 전산유체역학 모델의 결합 기술 개발
- 국지기상예보시스템(LDAPS)이 제공하는 기상장과 지표면 온도 자료를 활용한 3차원 고해상도 풍속/기온 자료 생산 기술 개발
○ 도시 규모의 지형(건물, 지형 등)을 고려한 최적의 수평·연직 해상도 분석
- 1-m 해상도의 GIS를 기반으로 사용자가 공간해상도를 지정할 수 있는 수치 모델 지형‧건물 구축 알고리즘 개발
- 수평해상도(10 m, 20 m, 60 m)와 연직해상도(5 m, 10 m)에 대한 지형, 건물, 기상장 민감도 평가와 수평해상도와 연직해상도에 따른 장단점 분석
○ IoT 기반 3차원 고해상도 기상 분석장 초기결과 산출
- LDAPS 예보자료와 너징 기법을 이용한 기상 분석장 산출
○ 디지털트윈 기반 배경장을 이용한 가시화 기법 개발(미래기후)
○ 3차원 고해상도 기상 분석장 생산을 위한 기존 방법 개선, 새로운 기술적용 가능성 검토 등 개선 사항 제안
- 효과적인 너징 기법 적용을 위한 IoT 측정 지점 제시
- 스마트시티에 조성 예정인 수목 분포와 수목 항력 효과를 고려한 기상분석장 생산 기법 개발

1.2 IoT기반 고해상도 기상예측장 생산 기술과 프로토타입 개발
○ 신기술을 접목한 실시간 도시기상 예측 기술 조사
- 수치 모델 예측 자료 기반의 실시간 도시기상 예측 기술 조사
○ 수치모델자료와 전산유체역학 모델을 이용한 3차원 기상예측장 생산 기술 개발과 효용성 검증 방안
- LDAPS와 연계한 3차원 고해상도 기상예측장(수평해상도 60 m 이하)생산 기술 개발
- 전산자원의 효율적 활용과 계산 효율성 증대를 위한 MPI 병렬화 기반의 전산유체역학 모델 도입
- LDAPS 예보 자료를 이용하여 +3∼+6시간 기상 예측장 생산 기술 개발
- 수치모델 예측장(UM-LDAPS, +48 시간 예측) 상세화
- IoT 기상측정자료/LES모델자료와 비교를 통한 3차원 고해상도 기상 예측장(60 m 이내 수평 해상도, +48 시간 예측) 검증
○ 3차원 고해상도 기상예측장 생산을 위한 기존 방법 개선, 새로운 기술적용 가능성 검토 등 개선 사항 제안

2.1 IoT 기반의 3차원 고해상도 기상분석장 생산 기술 설계 및 프로토타입 개발
○ IoT 측정자료와 PALM-MUSE 모델 기반 3차원 고해상도 기상분석장 생산기술 설계
- LDAPS 예측자료와 PALM-MUSE 모델을 결합한 3차원 고해상도 바람/기온 분석장 생산 기술 설계
○ IoT 측정자료와 PALM-MUSE 모델 기반 3차원 고해상도 기상분석장 생산기술 원형 개발
- IoT 관측자료, LDAPS 예측자료, PALM-MUSE 모델을 결합한 3차원 고해상도 기상분석장 생산 기술의 구현 (광화문 지역 시범 적용)

2.2 IoT 기반의 3차원 고해상도 기상예측장 생산 기술 설계 및 프로토타입 개발
○ IoT 측정자료와 PALM-MUSE 모델 기반 3차원 고해상도 기상예측장 생산기술 설계
- IoT 측정자료, LDAPS 예측자료, PALM-MUSE 모델을 결합한 3차원 고해상도 바람/기온 예측장 생산 기술 설계
○ IoT 측정자료와 PALM-MUSE 모델 기반 3차원 고해상도 기상예측장 생산기술 원형 개발
- LDPAS 예측자료를 이용한 IoT 측정자료와 PALM-MUSE 모델 기반의 초단기 (+6시간) 기상예측장 생산 기술 구현 (광화문 지역 시범 적용)
- LDAPS 예측자료의 PALM-MUSE 모델 기반 공간 상세화를 통한 +48시간 기상예측장 생산 기술 구현 (광화문 지역 시범 적용)
○ IoT 측정자료와 PALM-MUSE 모델 기반 고해상도 3차원 기상분석장/예측장 생산 시스템의 개선 및 현업 구현 방안 제안
- 3차원 고해상도 기상분석장/예측장 생산을 위한 개발 기술의 연차별 개선 방안 제시

3. 도시규모 고해상도 기상장 가시화 기술 프로토타입 개발
○ 도시규모 고해상도 3차원 기상장 가시화 기법 개발
- 도시규모 고해상도 3차원 기상장 가시화 기법 조사
- 도시규모 고해상도 3차원 기상장 가시화 기법 설계
- 도시자료 및 기상장 자료 전처리 기법 개발(추출, 형식변환, 압축)
- 도시정보 및 기상장 2차원 및 3차원 가시화 기법 개발
- 도시정보와 기상정보 3차원 동시 표출을 위한 블렌딩 기법 개발
○ 모델 간 기상 분석장·예측장 비교분석 기법 개발
- 모델 간 격자 내삽 기법 개발
- 모델 간 격자 차이 가시화 기법 개발
○ 디지털 트윈과의 호환성을 위한 데이터 체계·표출 기법 연구
- 디지털 트윈 데이터 체계 조사
- 디지털 트윈 데이터 체계 변환 기법 연구
- 디지털 트윈 데이터 체계 표출 기법 연구

4. 스마트시티를 위한 기상기후 융합기술 실증 설계 및 프로토타입 개발
○ 도시데이터와 신기술을 융합한 건강생활기상정보 실증 설계 및 프로토타입 개발
- 식중독, 감기, 피부염, 천식, 눈병 등 관심도가 높은 5대질병에 초점을 맞추어 건강생활기상 프로토타입 개발
○ 인공지능 등 신기술을 접목한 도로위험기상정보 산출 및 프로토타입 개발
- 공공데이터로 제공되는 도로 CCTV 영상 기반 데이터셋 생성
- 심층학습 모델을 기반으로 도로 CCTV 영상을 분석하여 도로의 안개,강우, 강설, 적설 현황을 파악.
○ 인공지능 기반 안개 감시 및 예측 기술연구
- 심층학습 모델을 기반으로 천리안2호 위상 영상을 분석하여 전국 안개현황을 추정.
○ 스마트시티에 적용 가능한 기상기후 선별 및 서비스 방안 제안
- 스마트시티에 핵심 전략 서비스에 부합하는 기상기후 서비스 제시 및 실증방안 마련

5. 기상연구를 위한 공간정보 중심의 디지털트윈 기본설계
○ 스마트시티 관측자료 및 수치모델자료 등을 활용하여 디지털트윈 기본설계안 제시
○ 기상 연구용 디지털 트윈 공간정보 플랫폼 설계
○ 디지털 트윈 활용을 위한 통합 운영 프로그램 개발 방안 제시

□ 연구 개발 성과의 활용계획 (기대효과)
○ 스마트시티 계획 지구 (부산 에코델타시티, 세종시 5-1 생활권) 특화 3차원 고해상도 바람/기온 분석장 및 예측장 생산
○ 도시 규모 고해상도 고품질 기상정보 서비스 (폭염, 동파, 강풍, 도로 기상 등)
○ 도심 스마트 에너지 설계 및 기상재해 대응을 통한 사회/경제적 비용 절감
○ 스마트시티에 특화된 상세한 건물 구조와 지형을 고려할 수 있는 고해상도 기상 분석장과 예측장 생산
○ 스마트시티 기상정보 가시화를 위한 개발 방법론과 발전 방향 제시
○ 도시 단위의 직관적인 기상 분석장·예측장 가시화로 스마트시티 의사결정지원 시스템에 정보 제공, 기상재해 대비를 위한 시간적/경제적 비용 절감
○ 다양한 고해상도 기상정보의 가시화 기법을 개발하고 플랫폼화 함으로써 향후 새로운 도시, 지역, 공단 등에 확장

(출처 : 요약문 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 국문 요약문 ... 4
• 목차 ... 7
• 표목차 ... 8
• 그림목차 ... 10
• 제1장 연구 개발과제의 개요 ... 21
• 제1절 연구개발 목표 ... 21
• 제2절 연구개발 필요성 ... 22
• 제3절 연구의 주요 내용 ... 23
• 제2장 연구수행 내용 및 결과 ... 30
• 제1절 IoT 기반의 3차원 고해상도 기상분석장 생산 기술과 프로토 타입 개발 ... 30
• 제2절 IoT 고해상도 기상예측장 생산기술 설계 및 프로토타입 개발 ... 58
• 제3절 IoT 기반의 3차원 고해상도 기상분석장 생산 기술과 프로토타입 개발(PALM-MUSE 모델 기반) ... 76
• 제4절 IoT 기반의 3차원 고해상도 기상예측장 생산 기술 설계 및 프로토타입 개발(PALM-MUSE 모델 기반) ... 100
• 제5절 도시규모 고해상도 기상장 가시화 기술 프로토타입 개발 ... 108
• 제6절 스마트시티를 위한 기상기후 융합기술 실증 설계 및 프로토 타입 개발 ... 177
• 제7절 기상연구를 위한 공간정보 중심의 디지털트윈 기본설계 ... 226
• 제3장 목표 달성도 및 관련 분야 기여도 ... 344
• 제1절 목표 달성도 ... 344
• 제2절 관련 분야 기여도 ... 346
• 제4장 연구결과의 활용계획 ... 348
• 제1절 연구 개발 성과의 활용 방안 ... 348
• 제2절 기대효과 ... 348
• 제5장 연구 개발결과의 보안등급 ... 350
• 제6장 참고문헌 ... 351
• 끝페이지 ... 356