유순영
수치프로그램연구팀
계산수리과학연구부
국가수리과학연구소
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Mathematicians, Physicists, and others(지구과학, 수공학)
Our aim to contribute science and technology, and economic development
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Interdisciplinary Research
공학해석
수치프로그램개발
(IDE and HPC)
금융 리스크
관리 시스템 개발
재난 리스크
평가/관리 연구
대용량 데이터를 통한
극한 천체 연구
유체 및 플라즈마
시뮬레이션
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Catastrophe risk modeling
- Loss estimation software
Numerical Simulation
- flood, landslide, tsunami, environmental contamination
Statistical analysis
- Earthquake frequency, rare event models
High dimensional interpolation
- Artificial neural network
Optimization, feedback control design
- Resilience Cost (리질리언스 비용, 방재력)
Agent-based models
- GIS and agent–based modeling of emergency evacuation
High performance computing
- Hardware acceleration
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지구과학 전공 (지구화학(석사), 지하수수치모델(박사))
 Understanding of the earth with quantitative tools
 Conversion of the scientific results into economic & social costs
e.g., 오염지역 재개발 사업에 내재하는 기술적/경제적 불확실성의 정량화
불확실성으로 인한 위험비용 계산
Hydrogeologic models
& financial/actuarial mathematics
(Yu et al., Allocating risk capital for a brownfields redevelopment project under hydrogeological and financial uncertainty, Journal of Environmental Management, 100, 96-108)
Study on Catastrophe Risk Models since 2010
 a computer-based loss estimation system
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재난 리스크 모델 (Desktop/Server/Website) 개발 및 관리

NIMSCAT Desktop
재난 위험도 평가
high level information
damage/loss module

NIMSCAT Server
재해지도
지리공간정보
damage/loss module
지리공간
Database

NIMSCAT Website
서버 정보 활용
Model components
Hazard
Inventory
Vulnerability Loss
재해지도
Financial Products
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목표
 국내외 재난 리스크 모델 동향 및 수요 조사
 수리과학(수치계산 및 소프트웨어포함)을 활용한 방재 연구 동향
 재난 리스크 모델 개발의 국가적, 경제적, 사회적 가치 분석
 재난 리스크 모델 개발 환경 연구
 GIS 기반 홍수 손실 평가 모형 연구 검토
 홍수위험도산정 수치모델 검토 및 개발
 운영체계, 재난평가모형과 지리정보시스템의 통합 방향, 데이터관리체계,
Graphic User Interface 개발 연구
 GIS 기반 홍수 손실 평가 모형 프로토타입 개발 시도
 재난 리스크 모델 개발을 위한 국내외 협력체계 구축
 수리과학기술을 활용한 재난 연구 홍보
 국내외 학회발표 및 논문발표
 워크샵/세미나/초청강연/외부강연
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선진국
• 재난 리스크 평가 기
관(EQECAT, RMS,
AIR Worldwide 등)
• US FEMA Hazus-
MH
• 2011년부터 캐나다,
싱가포르에서 사용
• 지진의 경우, 한국,
대만 등에서도 활용
• 재난 모델 학회
• 미국 국토안보부의
수리과학 기반 방재 연
구(FEMA, NISAC,
IMMS, SUMMIT 등)
• 재해지도 서비스
국내
• 대형손해보험사를 중
심으로 모델 개발 및 활
용
• 국가적으로 수행되는
재난 리스크 모델 개발
연구 없음
• Hazus 도입 검토
• 후속 연구 없음
• 없음.
• 과학방재의 중요성은
알고 있으나 시도되지
못하고 있음.
• 소프트웨어에 대한 신
뢰도 낮음.
• 홍수위험지도 미공개
• 국가바람지도 미공개
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• ArcGIS의 extension으로 개발
• Hazus training by ESRI
 22 Hazus-MH training options found at http://training.esri.com/gateway/index.cfm?fa=search.results&sear chterm=&search=Search&orderby=&softwareid=70070
 My Virtual Campus Training
HAZUS-MH Overview and Installation (for ArcGIS 9.2/MR3)
Integrating User-Supplied Hazard Data into the HAZUS-MH Flood
Model (for ArcGIS 9.2/MR3)
• Comprehensive Data Management System(CDMS)을 개발 제공
 사용자가 주(state) 전체의 자료를 관리
 효율적인 데이터베이스 갱신 및 관리
 Microsoftware SQL Server
 http://www.fema.gov/library/index.jsp
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• Singapore RQE Release Event in May 16, 2012
• Risk Quantification & Engineering (RQE) ← WORLDCATenterprise
 The RQE user interface is simply a view on the database!
 The modeler’s workflow often includes direct query to the database
• They are still talking about data format and consistency over data
• They need high performance computing to simulate thousands of scenarios

재난 손실 평가 시스템 수요 증가
- 2010년 지구촌 재난 손실 $2180
억 (지구촌 GDB의 31%)
- 재난으로 국가 및 세계 위기 경험
- 재난리스크평가 기술이 국가 경쟁
력으로 부상
- 사전관리중심의 재난 정책 요구
- 과학방재의 중요성 부각
- 재난보험 및 재난금융 상품에 대
한 관심 증가
- 미국 Hazus 국내 도입 검토됨
재난 손실 평가 시스템 개발의 가치
- 재난 손실 줄임
- 국민생활 안정 및 지속가능한 국
가 발전에 기여
- 고부가가치의 재난손실평가 기술
수출
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다차원홍수피해산정방법
(건설교통부, 2004)
- 재난 손실 평가 시스템은 국내법
과 부합하는 것이 중요
- 홍수 손실 평가 시스템이 본격적
으로 개발될 경우, 국내 “다차원 홍
수피해산정방법” 에서 제시한 피해
액 산정 항목들을 우선적으로 고려
GIS 기반 재난(홍수) 손실 평가 모
형
- Web-GIS기반의 다차원 홍수피
해산정 시스템 개발 연구 (최현상
등, 2005, 대한토목학회 정기학술
대회)
- GIS 기술을 이용한 하천치수사
업관리 효율화 연구(이준우, 2007,
건설 기술정보 2007.11.)
- 홍수위험도평가 기술이 단순화되
었으며, 피해액 산정 과정이 모호함
(국내 규정 모호함)
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천수방정식 solver(GfsRiver) 검토
및 보완
자유소프트웨어 Gerris 사용
내외수 통합 도시 홍수 모형 검토
일본 교토대학교 방문
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 GIS 기반 홍수 손실 평가 모형 프로토타입 개발 시도
- Microsoft .Net Framework에서 ArcObjects를 프로그래밍하여 GUI 개발 연구 수행 (C#
사용)
- ArcObjects 프로그래밍을 위해 python 사용 가능
- ArcObjects의 Core가 공개되지 않아 프로그래밍에 어려움 경험
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 ArcObjects와 같은 상용 제품 사용의 경우, 개발된 소프트웨어 배포시 비용 발생
 ESRI의 ArcGIS objects를 이용하여 프로그램을 생산할 경우, 프로그램 사용자는
ESRI로부터 runtime license를 구매하여야 하는데, Desktop 사용자의 경우,
￦11,700,000(부가세 별도) 비용 발생.
 웹서비스의 경우, 사용자 비용은 없으나 개발자 비용이 발생. ArcGIS Server
Standard 4 Cores 기준 ￦78,000,000(무상공공서비스 기준, 부가세 별도) 비용 발
생.

 국내 많은 공공기관이 비용을 지불하고도 AcrGIS Engine/AcrGIS server를 사용
대안 :
 ESRI와 공동 개발. ESRI와 공동 개발한 HAZUS의 경우, 배포시 ArcView 평가판
이 함께 제공. ESRI는 HAZUS 교육에도 관여하고 있음.
 사용자가 ArcGIS의 인터페이스 사용 여부를 선택하게 모델 개발.
 GIS 모델을 순수 개발하거나, open source의 자유 GIS 소프트웨어(Postgis,
GRASS GIS 등)를 활용.
 결론 :
 Python으로 ArcObjects를 프로그래밍하여 재난 손실 평가 프로토타입을 개발하
면서 점차 ArcObjects에의 의존도를 줄여 나갈 예정
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• 행위자기반 대피 모형 구축
- 도시정보활용
- 행위자 대피 패턴 가정
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사용자 중심의 기대성과
정부기관 : 사전예방 중심의 재난 관리
• 시나리오 평가
• 최적의 예방/대비/대응/복구 계획
• 고부가가치의 재해 저감 기술
• 소프트웨어를 이용한 비구조적 방재 연구
금융/보험 : 재난 금융 시장의 활성화
• 재난 손실 추정
• 재난 금융/보험상품의 시장 가격화
• 재난금융상품 개발
• 재난 리스크 거래 위험 관리
개인 및 기업 : 자산 손실 평가
• 자발적인 재난 대비책 강구
• 기업 재난 관리의 법제화/표준화 대비
• 고부가가치 서비스 산업
(재난 리스크 평가) 창출
국가수리과학연구소 : 리스크 평가 기관
• 고부가가치의 재난 리스크 평가 관리 기술
보유 기관
• 국내 재난 리스크 평가 주도
• 국내 재난 리스크 모델 검증 기관
• 국내 경험을 바탕으로 세계 재난 평가 자문
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국내외 재난 리스크 모델 동향 및
수요 조사
재난 리스크 모델 개발 환경 연구
국내외 연구협력체계 구축
• 국내 수리과학 기술을 기반으로
재난 리스크 모델 개발 필요
• ArcObjects를 이용한 GUI 개발 가능
• 개별 요소 기술 중요
• 재난 관리에 사용되는 기술 정보들의
호환성과 접근성을 높여 재난 관리를 위
한 소프트웨어 사용 지원 필요
• 수리과학을 이용한 방재연구 홍보 필요
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목표
 홍수/산사태 위험도 평가 기술 개발
 재난 리스크 모델의 활용 방안 연구
 리질리언스 연구 (방재력 정량화 연구)
 수리과학기술을 활용한 최적의 예방/대비/대응/복구 전략 연구
 최적화 이론과 feedback control design 연구
 수리과학기술을 활용한 재해 저감 연구 홍보
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Mathematics
has been used for understanding natural and man-made disasters
can be used for mitigation as well
Catastrophe risk modeling
Scenario
Planning
Feedback
Control
An integrated platform of a variety of scientific/engineering
Direct damage
Induced damage
Direct
Losses
Damage/Loss
Estimation
Optimization
Mathematical modeling
Indirect
Losses
Historical
Real time
Event
Forecasting information and social/economic facts with
Tsunami
Scenario advanced mathematics
many mathematicians work for catastrophe modeling in
Accuracy and speed that mathematical sciences can bring
Flood
Earth quake
Hazard
Typhoon Environ.
Disaster
Mathematical model
Stress test
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NIMS newsletter (2012 vol. 06) Daily newspaper (2012.04.20)
유체 및 플라즈마 시뮬레이션 연구팀
Shallow Water Equations in depth
Volcanic Ash Modeling
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 Integrated Modeling, Mapping, &
Simulation (IMMS) by DHS S&T IDD
 a simulation and collaboration environment for linking together existing and future modeling and simulation tools
 supports emergency managers and responders with 1) conducting “what-if” analyses and exercises, and 2) verifying responses tactics, plans and procedures.
 Standard Unified Modeling, Mapping & Integration Toolkit (SUMMIT)
 To leverage the nation’s extensive suite of existing datasets, models, and simulation tools as an integrated system, the IMMS program is developing SUMMIT, a software framework for rapidly linking together these resources, and supporting collaboration across user communities.
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DHS S&T
Infrastructure Protection & Disaster
Management Division
IMMS
Integrating Modeling,
Mapping & Simulation
Program
SUMMIT
DHS FEMA
NESE
National Exercise
& Simulation
Center
Mod/
Sim
Sandia National
Laboratories
Hazus-
MH
National Institute of
Building Sciences
 generate and refine scenario data
 visualize scenario data
 view scenario data in a virtual world
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 All computer models have to meet the requirements of Subparagraph
65.6(a)(6) of the National Flood Insurance Program (NFIP) regulations that explain conditions by which a computer model may be used for flood hazard mapping.
 Policy for Accepting Numerical Models for Use in the NFIP.
 Conditional Permission to Disclose Source Codes and Users Manual
 Clarification of NFIP Criteria for Certification of Coastal, Hydrologic, and Hydraulic Models.
 Policy for Accepting GIS Tools for Flood Hazard Mapping in the NFIP.
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 Hazus는 방재자료(in inventory/vulnerability module)와 재난모형의 결과
(in hazard module) 가 하나의 시스템에 통합된 소프트웨어
 방재자료 및 재난모형의 결과를 불러들여 안정적으로 손실을 계산하기 위해
서는 호환성, 접근성 연구와 함께 workflow(작업흐름) 설계가 중요
 Database management system 중요
 다양한 형태의 대용량 방재자료와 재난모형의 결과가 하나의 시스템에
서 운영될 수 있도록 자료형식과 모형에 대한 전반적인 검토(이해) 필요
 대량의 방재자료를 이용한 고정확도의 수치계산을 위해 초기부터 대용량 계
산 시스템을 고려할 필요가 있음.
 재난 이전 많은 시나리오 평가
 재난 직후 방재자원분배 등 대응 전략에 활용되기 위해서는 빠른 계산이 요구됨.
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 방재자료 및 재난모형 등의 신뢰도 문제로 인해 모델 개발 보다 검증에 더
많은 시간이 소요될 것으로 판단됨
 재난모형(in hazard module), 방재자료(in inventory module), 취약성정보(in vulnerability module) 등에 정확도 문제가 있을 수 있으며, 이들 자료의 불확실성은
손실평가(in loss module) 과정에서 서로 상쇄되거나 증폭됨. 어떠한 경우라도 손
실 평가의 신뢰도에 악영향을 미침.
 방재 전문가들이 지속적으로 모델을 사용하게 하기 위해서는 사용자 인터페
이스에 대한 고민도 필요.
 Hazus의 경우, ArcGIS를 사용하였으나, 국내 IT/GIS 기술을 고려했을 때, 다른
방안도 검토 할 수 있음. ArcGIS의 경우, 외국 기술에 종속될 수 있음.
 Hazus의 경우, 방재전문가보다 리스크 평가 기관에서 대신 운영해주는 경우 많
음.
 재난 손실 평가 시스템은 국내 재난 관련법에 부합되어야 하며, 차츰 기존의
재난(홍수) 손실 평가법을 대치해 나가야 할 것으로 보임. 한국형 hazus가 널
리 사용되기 위해서는 재난 손실 평가를 법적으로 의무화할 필요가 있음.
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