Transcript 한국형 HAZUS 개발 및 활용 검토연구

한국형 Hazus 개발 & 활용 검토 연구
- 연구 배경 및 결과 -
유순영
수치프로그램연구팀
계산수리과학연구부
국가수리과학연구소
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국가수리과학연구소
Mathematicians, Physicists, and others(지구과학, 수공학)
Our aim to contribute science and technology, and economic development
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수치프로그램연구팀
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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정량적인 재난 리스크 평가/관리 기술 연구
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
과학방재 실현을
위한 수리과학기술
연구
- 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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발표자
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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최종 연구목표
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
재해지도
Hazard
Vulnerability
Inventory
Loss
Financial Products
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2011년 재난 리스크 모델 개발 환경 연구
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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결과 (1) - 국내외 재난 리스크 모델 동향
선진국
국내
• 재난 리스크 평가 기
관(EQECAT, RMS,
AIR Worldwide 등)
• 대형손해보험사를 중
심으로 모델 개발 및 활
용
• US FEMA HazusMH
• 2011년부터 캐나다,
싱가포르에서 사용
• 지진의 경우, 한국,
대만 등에서도 활용
• 국가적으로 수행되는
재난 리스크 모델 개발
연구 없음
• Hazus 도입 검토
• 후속 연구 없음
• 재난 모델 학회
• 없음.
• 미국 국토안보부의
수리과학 기반 방재 연
구(FEMA, NISAC,
IMMS, SUMMIT 등)
• 과학방재의 중요성은
알고 있으나 시도되지
못하고 있음.
• 소프트웨어에 대한 신
뢰도 낮음.
• 재해지도 서비스
• 홍수위험지도 미공개
• 국가바람지도 미공개
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결과 (2) - Hazus-MH
• ArcGIS의 extension으로 개발
• Hazus training by ESRI
 22 Hazus-MH training options found at
http://training.esri.com/gateway/index.cfm?fa=search.results&sea
rchterm=&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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결과 (3) – EQECAT RQE
• 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
결과 (4) - 국내외 재난 리스크 모델 수요 조사
재난 손실 평가 시스템 수요 증가
재난 손실 평가 시스템 개발의 가치
- 2010년 지구촌 재난 손실 $2180
억 (지구촌 GDB의 31%)
- 재난 손실 줄임
- 재난으로 국가 및 세계 위기 경험
- 국민생활 안정 및 지속가능한 국
가 발전에 기여
- 재난리스크평가 기술이 국가 경쟁
력으로 부상
- 사전관리중심의 재난 정책 요구
- 과학방재의 중요성 부각
- 재난보험 및 재난금융 상품에 대
한 관심 증가
- 고부가가치의 재난손실평가 기술
수출
- 미국 Hazus 국내 도입 검토됨
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결과 (5) - 기존 홍수피해 산정 방법 검토
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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결과 (6) - 홍수 위험도 산정 수치 모델 검토
천수방정식 solver(GfsRiver) 검토
및 보완
내외수 통합 도시 홍수 모형 검토
- 자유소프트웨어 Gerris 사용
- 일본 교토대학교 방문
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결과 (7) - 재난 리스크 모델 개발 환경 연구
 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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결과 (8) - 재난 리스크 모델 개발 환경 연구
 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
중. :
 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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결과 (9) - 수리과학을 이용한 재난 연구
• 행위자기반 대피 모형 구축
- 도시정보활용
- 행위자 대피 패턴 가정
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기대효과
• 사용자 중심의 기대성과
정부기관 : 사전예방 중심의 재난 관리
금융/보험 : 재난 금융 시장의 활성화
•
•
•
•
•
•
•
•
시나리오 평가
최적의 예방/대비/대응/복구 계획
고부가가치의 재해 저감 기술
소프트웨어를 이용한 비구조적 방재 연구
재난 손실 추정
재난 금융/보험상품의 시장 가격화
재난금융상품 개발
재난 리스크 거래 위험 관리
재난리스크모델
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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2011년 재난 리스크 모델 개발 환경 연구 결과 요약
국내외 재난 리스크 모델 동향 및
수요 조사
• 국내 수리과학 기술을 기반으로
재난 리스크 모델 개발 필요
재난 리스크 모델 개발 환경 연구
• 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
국내외 연구협력체계 구축
• 수리과학을 이용한 방재연구 홍보 필요
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2012년 재난 리스크 저감을 위한 수리과학기술 연구
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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Why Catastrophe Risk Modeling at NIMS?
Mathematics
Direct
damage
Induced
damage
Direct
Losses
- has been used for
Indirect
Scenario
understanding natural and manLosses
Damage/Loss
Planning
Estimation
made disasters
- can be used for mitigation as Feedback
Historical
Control
Catastrophe
risk modeling
well
Optimization
- An integrated platform of a Mathematical
modeling
Real time
variety of
CAT Model Event
scientific/engineering
Forecasting
information and
Tsunami
Scenario
social/economic facts with
advanced mathematics
Flood
- many mathematicians work
Stress
Hazard
test
All
for wants
catastrophe modeling in
Earth
Mathematical
quake
the
world and speed that
model
- Accuracy
mathematical sciences can bring
Typhoon Environ.
Disaster
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Korean mathematicians interested in getting involved in
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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방재선진국의 과학계산환경 연구사례 - IMMS/SUMMIT
 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 “whatif” 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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SUMMIT linked Hazus
DHS S&T
Infrastructure Protection & Disaster
Management Division
IMMS
DHS FEMA
NESE
Integrating Modeling,
Mapping & Simulation
Program
National Exercise
& Simulation
Center
SUMMI
T
Mod/
Sim
Sandia National
Laboratories
HazusMH
National Institute of
Building Sciences
 generate and refine scenario data
 visualize scenario data
 view scenario data in a virtual world
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Numerical models accepted by FEMA
 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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요약
 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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요약
 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 불확실성
은 손실평가(in loss module) 과정에서 서로 상쇄되거나 증폭됨. 어떠한 경우라도
손실 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 널리
사용되기 위해서는 재난 손실 평가를 법적으로 의무화할 필요가 있음.
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감사합니다.