APEC기후센터 이승수 박사(선임연구원) 연구팀의 논문인‘레이저 거리측정 센서(LiDAR)와 복합적 병렬처리를 활용한 고해상도 1차원과 2차원 도시 침수해석 모델링’이 지난 2018년 5월 24일과 25일 양일간 경북 경주시의 경주화백컨벤션센터에서 열린 2018년도 한국수자원학회 학술발표회에서 ‘우수발표 논문상’을 받았다.

이승수 박사 연구팀의 연구논문은 국지성 호우로 인한 도심지나 도로주변의 침수상태나 위험을 사람들에게 지도상의 정보로 빠른 시간 내에 알려줄 수 있게 하는 도심지 침수해석 모델링(어떤 물리현상을 특정한 목적에 맞추어 이용하기 쉬운 형식으로 표현하는 일) 기술의 발전에 크게 기여한 것으로 평가받고 있다.

이승수 박사 연구팀은 이번 연구논문에서 도시와 도심지 주변의 복잡한 배수 시스템 내에 물의 움직임을 예측하기 위해서 물의 한 방향 흐름만을 나타낸 1차원과 물의 두 방향 흐름(예: X축과 Y축)을 나타낸 2차원을 결합한 모델링을 사용하였다. 그리고 고해상도의 지형입력 자료를 사용하고 도심의 배수시스템 내 물의 1차원과 2차원적 흐름을 복합적으로 분석·파악하여 도심침수 해석 모델링을 가능하게 하는 H12를 개발하였다.

H12는 ‘멀티코어 프로그래밍 라이브러리(Open MP)’와 ‘메시지 전달 인터페이스(MPI)‘를 결합·활용함으로써 도시 내 작은 도로까지도 인식하는 고해상도 컴퓨터 모의실험(Simulation)이 가능해진다.

참고로 ‘멀티코어 프로그래밍 라이브러리(Open MP)’는 다중병렬처리를 프로그램으로 구현하기 위한 파일들을 말한다. 반면에 ‘메시지 전달 인터페이스(Message Passing Interface: MPI)‘는 분산 및 병렬처리에서 정보의 교환에 대해 기술하는 표준이다. 그리고 분산 및 병렬처리는 여러 개의 장치가 병렬 및 비동기(앞에서 연산이 완료된 신호를 받고 비로소 특정한 연산이 시작되는 방식)적으로 서로 도와가며 작업을 처리하는 방식이다.

도심 침수해석 모델링을 위해 H12는 지도에서 위치를 나타내기 위한 기준선망인 그리드(grid)의 크기를 변화시켜 효과적인 연산뿐만 아니라 도시 지표면을 기하학적으로 세밀하게 나타낼 수 있다.

이번 연구에서 이승수 박사 연구팀은 H12의 능력과 효과를 평가·검증하기 위해 미국 텍사스 알링턴(Arlington)에 있는 존슨만 저수지(Johnson Creek Catchment, ~40Km2)에 대한 컴퓨터 모의실험도 수행하였다.

이번 침수 모델링 개발 연구에서 레이저 거리측정 센서(LiDAR)에 기반을 둔 수치표고(평균해면으로부터 지표 위 어느 점까지의 연직거리)모델과 1m의 거리도 인식할 수 있게 하는 지표 지도가 도시의 지형과 특성을 반영하기 위해 활용되었다.

또한 이승수 박사 연구팀의 고해상도 컴퓨터 모의실험에서 ‘멀티 코어 프로그래밍 라이브러리(Open MP)’와 ‘메세지 전달 인터페이스(MPI)’가 복합적 병렬로 처리되도록 했다. 이렇게 함으로써 이승수 박사 연구팀은 멀티코어 프로그래밍 라이브러리(Open MPI)와 메시지 전달 인터페이스(MPI)를 연속으로 실행(serial run) 할 때 보다 고해상도 컴퓨터 모의실험에 소요되는 시간을 79배나 단축시킬 수 있었다. 또한 멀티코어 프로그래밍 라이브러리(Open MPI)와 메시지 전달 인터페이스(MPI) 중의 하나만으로 고해상도 컴퓨터 모의실험을 했을 때 보다 이들 두 개를 복합적 병렬로 처리하는 것이 더 효과적이라는 것도 밝혔다.

이승수 박사 연구팀의 논문에 나온 연구성과는 도심지의 갑작스러운 침수상태를 사람들이 이해하기 쉬운 지도정보로 빠른 시간 내에 도시의 주민들에게 알려줄 있는 도심지 침수 예측시스템의 개발에 필요한 핵심기반 기술로 활용될 수 있다.

한편 한국수자원학회는 물 관련 학술과 기술을 발전시켜 사회공익에 기여하기 위해 1967년에 창립된 국내 최고, 최대 수준의 물 관련학회이다.