KR102386532B1 - Methods for learning and testing a multi-layer perceptron based marine environment information correction model for correcting marine environment information using wave prediction information and devices using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 파랑 예측 정보를 이용하여 해상 환경 정보를 보정하는 멀티-레이어 퍼셉트론 기반의 해상 환경 정보 보정 모델을 학습하는 방법과 테스팅 방법 및 이를 이용한 학습 장치와 테스팅 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and a testing method for learning a multi-layer perceptron-based marine environment information correction model that corrects marine environment information using wave prediction information, and a learning apparatus and a testing apparatus using the same.
기상청에서는 해양 및 기상 정보를 생산하고 제공하기 위한 다양한 기상 예보모델을 운용하고 있다. 그 중 동아시아 해역에서의 파랑 예측 모델인 RWW3(Regional Wave Watch-3)는 풍랑 예보의 기준 자료로써 매우 중요한 역할을 하고 있다. The Korea Meteorological Administration operates various weather forecasting models to produce and provide ocean and meteorological information. Among them, RWW3 (Regional Wave Watch-3), a wave prediction model in East Asian waters, plays a very important role as a reference data for storm forecasting.
현재 기상청에서는 풍속이 50.4 km/h(14 m/s) 이상인 해상풍이 3시간 이상 지속되거나 유의 파고의 크기가 3 m 이상일 경우에는 풍랑 주의보를 발효하고, 풍속이 75.6 km/h(21 m/s) 이상인 해상풍이 3시간 이상 지속되거나 유의 파고가 5 m 이상인 경우에는 풍랑 경보를 발효하고 있다. 이러한 특보가 발효 될 경우 관련법에 의거하여 선박의 운항이 제한되므로, 기상 예보에 오차가 존재하여 예보가 잘못되면 인명 및 재산 피해를 초래할 여지가 있어 기상청 예보모델에서 산출되는 예측 자료는 높은 정확도와 신뢰성이 요구된다. Currently, the Korea Meteorological Administration issues a wind warning when offshore winds with a wind speed of 50.4 km/h (14 m/s) or higher last for more than 3 hours or when the wave height is 3 m or more, and a wind speed of 75.6 km/h (21 m/s) is issued. ) or higher, a wind storm warning is in effect if the sea wind lasts for more than 3 hours or the height of the wave is 5 m or more. When such a warning goes into effect, the operation of ships is restricted in accordance with related laws, so there is an error in the weather forecast and if the forecast is wrong, there is a possibility that damage to human life and property may occur. this is required
이전에는 분위사상(QM, Quantile Mapping) 기법을 이용하여 파랑 예측 모델에서 산출되는 해상 파고 정보를 예측하는 방법을 택하였다. 다만, 분위사상 기법은 누적분포함수를 이용하여 모델의 예측자료를 보정하는 방법으로 파고 정보만을 사용하는 특징이 있으며, 학습에 사용되는 자료의 형태와 숫자에 매우 민감하여 자료의 숫자가 상대적으로 부족한 고파 구간에서는 예측된 해상 파고 정보가 보정되지 않고 오히려 오차가 커지는 문제가 발생하였다.Previously, the method of estimating the sea wave height information calculated from the wave prediction model was chosen using the quantile mapping (QM) technique. However, the quantile mapping technique uses only wave height information to correct the model's prediction data using the cumulative distribution function. In the high wave section, the predicted sea wave height information was not corrected, but rather an error occurred.
그래서 최근에는 파랑 예측 모델에서 발생하는 오차를 보정하기 위해 인공지능 기반의 학습모델을 이용하여 해상 파고 정보를 보정하는 방안이 대두되고 있다. 인공지능 기반의 학습모델은 시간의 흐름에 따라 파랑 및 기상 정보를 이용하여 학습이 이루어지기 때문에, 고파 구간의 샘플 수가 부족하더라도 유의 파고 정보만을 이용하여 예측 모델에서 산출되는 해상 파고 정보를 보정하는 분위사상 기법에 비해 안정적인 결과를 얻을 수 있어 많이 선호되는 추세이다.Therefore, recently, in order to correct the error occurring in the wave prediction model, a method of correcting sea wave height information using an artificial intelligence-based learning model is emerging. Since the AI-based learning model is trained using wave and weather information over time, even if the number of samples in the high wave section is insufficient, only the significant wave height information is used to correct the sea wave height information calculated from the predictive model. Compared to the mapping method, it is a popular trend because it can obtain stable results.
따라서, 본 출원인은 인공지능 기반의 최적의 학습모델로 파랑 예측 모델에서 예측되는 오차 값을 효과적으로 보정하는 알고리즘을 제공하고자 한다.Accordingly, the present applicant intends to provide an algorithm that effectively corrects the error value predicted by the wave prediction model as an artificial intelligence-based optimal learning model.
본 발명은 상술한 문제점을 모두 해결하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to solve all of the above problems.
또한, 본 발명은 멀티-퍼셉트론 기반의 해상 환경 정보 보정 모델을 이용하여 특정 지점의 파랑 예측 정보 및 관측 정보로 해상 환경 보정 정보를 예측하고 이를 학습하도록 하는 것을 다른 목적으로 한다.Another object of the present invention is to predict marine environment correction information using wave prediction information and observation information of a specific point using a multi-perceptron-based marine environment information correction model and to learn it.
또한, 본 발명은 이와 같은 학습이 완료된 상태에서, 멀티-퍼셉트론 기반의 해상 환경 정보 보정 모델에 검증용 파랑 예측 정보 및 검증용 관측 정보를 입력하여 검증용 환경 보정 정보를 예측하고, 검증용 파랑 예측 정보와 검증용 관측 정보를 참조하여 계산한 편차(Bias) 및 평균 제곱근 오차(RMSE, Root Mean Square Error)를 검증용 환경 보정 정보와 관측정보를 참조하여 계산한 편차 및 평균 제곱근 오차와 비교하여 해상 환경 보정 모델의 성능을 검증하는 것을 또 다른 목적으로 한다.In addition, the present invention predicts environmental correction information for verification by inputting verification wave prediction information and verification observation information to a multi-perceptron-based marine environment information correction model in a state where such learning is completed, and predicts verification wave prediction The deviation and root mean square error (RMSE, Root Mean Square Error) calculated by referring to the information and observation information for verification are compared with the deviation and root mean square error calculated by referring to the environmental correction information for verification and observation information to resolve Another purpose is to verify the performance of the environmental calibration model.
또한, 본 발명은 해상 환경 보정 모델의 성능 검증이 완료된 상태에서, 해상 환경 보정 모델에 학습하지 않은 특정 지점의 테스트용 파랑 예측 정보를 입력하였을 때, 출력되는 해상 환경 보정 정보를 이용하여 파랑 예측 모델에서 산출되는 테스트용 파랑 예측 정보의 오차가 보정되면, 테스트용 파랑 예측 정보의 정확도를 향상시켜 업데이트 함으로써 보다 정확한 파랑 예측 정보를 제공하거나 테스트용 파랑 예측 정보의 정확도를 평가하는 것을 또 다른 목적으로 한다.In addition, the present invention is a wave prediction model using the marine environment correction information that is output when the test wave prediction information for a specific point that has not been learned is input to the marine environment correction model in a state where the performance verification of the marine environment correction model is completed Another purpose is to provide more accurate wave prediction information or to evaluate the accuracy of the test wave prediction information by improving and updating the accuracy of the test wave prediction information when the error of the wave prediction information for the test is corrected. .
상기한 바와 같이 본 발명의 목적을 달성하고, 후술하는 본 발명의 특징적인 효과를 실현하기 위한, 본 발명의 특징적인 구성은 하기와 같다.In order to achieve the object of the present invention as described above and to realize the characteristic effects of the present invention to be described later, the characteristic configuration of the present invention is as follows.
본 발명의 일 태양에 따르면, 파랑 예측 정보를 이용하여 해상 환경 정보를 보정하는 멀티-레이어 퍼셉트론 기반의 해상 환경 정보 보정 모델을 학습하는 방법에 있어서, (a) 학습 장치가, 제1 과거시점 내지 제m - 상기 m은 2 이상의 정수임 - 과거 시점 각각에서, 특정 영역의 제1 대기 환경 정보 내지 제m 대기 환경 정보 각각을 이용하여 상기 특정 영역의 파랑을 예측한 제1 파랑 예측 정보 내지 제m 파랑 예측 정보와, 상기 특정 영역 내의 제1 지점 내지 제n - 상기 n은 2 이상의 정수임 - 지점 각각에서 해상 환경 정보를 관측한 제1_1 관측 정보 내지 제m_n 관측 정보를 참조하여, 제i - 상기 i는 1 이상이며 m 이하인 정수임 - 과거 시점의 제j - 상기 j는 1 이상이며 n 이하인 정수임 - 지점에서의 파랑 예측 정보인 제i_j 파랑 예측 정보와 이에 대응되는 관측 정보인 제i_j 관측 정보를 학습 데이터 셋으로 획득하는 단계; (b) 상기 학습 장치가, 상기 제i_j 파랑 예측 정보를 해상 환경 정보 보정 모델로 입력하여 상기 해상 환경 정보 보정 모델로 하여금 기설정된 파라메터를 이용하여 상기 제i_j 파랑 예측 정보를 신경망 연산하여 상기 제i 과거 시점의 제j 지점에서의 해상 환경 보정 정보의 보정 결과를 예측한 제i_j 해상 환경 보정 정보를 출력하도록 하는 단계; 및 (c) 상기 학습 장치가, 상기 제i_j 해상 환경 보정 정보와 상기 제i_j 관측 정보를 참조하여 로스를 생성하며, 상기 로스를 이용한 백프로파게이션을 통해 상기 해상 환경 정보 보정 모델의 상기 파라메터를 업데이트함으로써 상기 해상 환경 정보 보정 모델을 학습시키는 단계; 를 포함하는 방법이 개시된다.According to an aspect of the present invention, in a method for learning a multi-layer perceptron-based marine environment information correction model for correcting marine environment information using wave prediction information, (a) the learning apparatus includes: m th - The m is an integer greater than or equal to 2 - At each past time point, the first wave prediction information to the m th wave predicted by using each of the first atmospheric environment information to the m th atmospheric environment information of the specific region With reference to the prediction information and the first to n-th points within the specific region, where n is an integer greater than or equal to 2, the first to m_n-th observation information for observing marine environment information at each point, i-th i is It is an integer greater than or equal to 1 and less than or equal to m - The jth of the past time - The j is an integer greater than or equal to 1 and less than or equal to n - The i_j wave prediction information, which is the wave prediction information at the point, and the i_j observation information, which is the corresponding observation information, are used as a learning data set. to obtain; (b) the learning apparatus inputs the i_j wave prediction information into a marine environment information correction model, and causes the marine environment information correction model to perform a neural network operation on the i_j wave prediction information using a preset parameter to calculate the ith outputting the i_j th marine environment correction information that predicts the correction result of the marine environment correction information at the j th point in the past; and (c) the learning device generates a loss by referring to the i_jth marine environment correction information and the i_jth observation information, and updates the parameter of the marine environment information correction model through backpropagation using the loss learning the marine environment information correction model by doing so; A method comprising
일례로서, 상기 제i_j 관측 정보 및 상기 제i_j 해상 환경 보정 정보는 각각, 유의 파고 정보, 최대 파고 정보, 파랑 주기 정보, 및 풍속 정보 중 적어도 하나를 포함하는 방법이 개시된다.As an example, the i_jth observation information and the i_jth marine environment correction information each include at least one of significant wave height information, maximum wave height information, wave period information, and wind speed information.
일례로서, 상기 제i_j 관측 정보 및 상기 제i_j 해상 환경 보정 정보는 각각, 상기 제i_j 파랑 예측 정보가 RWW3(Regional Wave Watch-3)의 파랑 예측 모델에 대응될 경우에는 유의 파고 정보, 최대 파고 정보, 파랑 주기 정보, 및 풍속 정보를 포함하며, 상기 제i_j 파랑 예측 정보가 GWW3(Global Wave Watch-3)의 파랑 예측 모델에 대응될 경우에는 유의 파고 정보 및 풍속 정보를 포함하는 방법이 개시된다.As an example, the i_j observation information and the i_j sea environment correction information include significant wave height information and maximum wave height information, respectively, when the i_j wave prediction information corresponds to a wave prediction model of RWW3 (Regional Wave Watch-3). , wave period information, and wind speed information, and when the i_j wave prediction information corresponds to a wave prediction model of GWW3 (Global Wave Watch-3), a method including significant wave height information and wind speed information is disclosed.
일례로서, 상기 제i_j 파랑 예측 정보는, 유의 파고 정보, 파향 정보, 파랑 주기 정보, 풍속 정보, 수심 정보 및 최대 파고 정보 중 적어도 하나를 포함하는 방법이 개시된다.As an example, the i_j-th wave prediction information includes at least one of significant wave height information, wave direction information, wave period information, wind speed information, water depth information, and maximum wave height information.
일례로서, 파랑 예측 모델이 RWW3인 경우 최대 파고 정보는 상기 유의 파고 정보 및 상기 파랑 주기 정보를 참조하여 레일리 확률 밀도 함수(Rayleigh probability density function)에 적용해 산출되는 것을 특징으로 하는 방법이 개시된다.As an example, when the wave prediction model is RWW3, a method characterized in that the maximum wave height information is calculated by applying a Rayleigh probability density function with reference to the significant wave height information and the wave period information is disclosed.
일례로서, (d) 상기 학습 장치가, (i) 상기 제1 과거시점 내지 상기 제m 과거 시점 각각에서, 상기 특정 영역의 상기 제1 대기 환경 정보 내지 상기 제m 대기 환경 정보 각각을 이용하여 상기 특정 영역의 파랑을 예측한 상기 제1 파랑 예측 정보 내지 상기 제m 파랑 예측 정보와, 상기 특정 영역 내의 상기 제1 지점 내지 상기 제n 지점 각각에서 상기 해상 환경 정보를 관측한 제1_1 관측 정보 내지 제m_n 관측 정보를 참조하여, 제s - 상기 s는 1 이상이며 m 이하인 정수임 - 과거 시점의 제t - 상기 t는 1 이상이며 n 이하인 정수임 - 지점에서의 파랑 예측 정보인 제s_t 파랑 예측 정보와 이에 대응되는 관측 정보인 제s_t 관측 정보를 검증 데이터 셋으로 획득하고, (ii) 상기 제s_t 파랑 예측 정보를 상기 해상 환경 정보 보정 모델로 입력하여 상기 해상 환경 정보 보정 모델로 하여금 업데이트된 파라메터를 이용하여 상기 제s_t 파랑 예측 정보를 신경망 연산하여 상기 제s 과거 시점의 제t 지점에서의 해상 환경 보정 정보의 보정 결과를 예측한 제s_t 해상 환경 보정 정보를 출력하도록 하며, 및 (iii) 상기 제s_t 파랑 예측 정보와 상기 제s_t 관측 정보를 참조하여 제1 편차(bias) 및 평균 제곱급 오차(RMSE)를 연산하고, 상기 제s_t 해상 환경 보정 정보와 상기 제s_t 관측 정보를 참조하여 제2 편차 및 평균 제곱근 오차를 연산하며, 상기 제1 편차 및 평균 제곱근 오차와 상기 제2 편차 및 평균 제곱근 오차를 참조하여 상기 해상 환경 정보 보정 모델의 성능을 검증하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법이 개시된다.As an example, (d) the learning device, (i) at each of the first past time point to the mth past time point, using each of the first atmospheric environment information to the mth atmospheric environment information of the specific area, The first wave prediction information to the m-th wave prediction information for predicting a wave in a specific area, and 1_1 observation information to the 1st_1st observation information to observing the marine environment information at each of the first point to the n-th point within the specific area With reference to m_n observation information, s - The s is an integer greater than or equal to 1 and less than or equal to m - The t th of the past time - The t is an integer greater than or equal to 1 and less than or equal to n - The s_t th wave prediction information, which is the wave prediction information at the point, and Acquire s_t observation information, which is the corresponding observation information, as a verification data set, (ii) input the s_t wave prediction information into the marine environment information correction model to cause the marine environment information correction model to use the updated parameters Neural network operation on the s_t wave prediction information to output the s_t sea environment correction information that predicts the correction result of the marine environment correction information at the t th point of the s th past time point, and (iii) the s_t wave A first bias and a mean squared error (RMSE) are calculated with reference to the prediction information and the s_t observation information, and a second deviation and average are calculated by referring to the s_t sea environment correction information and the s_t observation information. calculating a root-square error and verifying the performance of the marine environment information correction model with reference to the first deviation and root-mean-square error and the second deviation and root-mean-square error; Disclosed is a method characterized in that it further comprises.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 파랑 예측 정보를 이용하여 해상 환경 정보를 보정하는 멀티-레이어 퍼셉트론 기반의 해상 환경 정보 보정 모델을 테스팅하는 방법에 있어서, (a) 학습 장치에 의해, (i) 제1 과거시점 내지 제m - 상기 m은 2 이상의 정수임 - 과거 시점 각각에서, 학습용 특정 영역의 학습용 제1 대기 환경 정보 내지 학습용 제m 대기 환경 정보 각각을 이용하여 상기 학습용 특정 영역의 파랑을 예측한 학습용 제1 파랑 예측 정보 내지 학습용 제m 파랑 예측 정보와, 상기 특정 영역 내의 학습용 제1 지점 내지 학습용 제n - 상기 n은 2 이상의 정수임 - 지점 각각에서 해상 환경 정보를 관측한 학습용 제1_1 관측 정보 내지 학습용 제m_n 관측 정보를 참조하여, 제i - 상기 i는 1 이상이며 m 이하인 정수임 - 과거 시점의 제j - 상기 j는 1 이상이며 n 이하인 정수임 - 지점에서의 파랑 예측 정보인 학습용 제i_j 파랑 예측 정보와 이에 대응되는 관측 정보인 학습용 제i_j 관측 정보를 학습 데이터 셋으로 획득하는 프로세스; (ii) 상기 학습용 제i_j 파랑 예측 정보를 해상 환경 정보 보정 모델로 입력하여 상기 해상 환경 정보 보정 모델로 하여금 기설정된 파라메터를 이용하여 상기 학습용 제i_j 파랑 예측 정보를 신경망 연산하여 상기 제i 과거 시점의 제j 지점에서의 학습용 해상 환경 보정 정보의 보정 결과를 예측한 학습용 제i_j 해상 환경 보정 정보를 출력하도록 하는 프로세스, 및 (iii) 상기 학습용 제i_j 해상 환경 보정 정보와 상기 학습용 제i_j 관측 정보를 참조하여 로스를 생성하며, 상기 로스를 이용한 백프로파게이션을 통해 상기 해상 환경 정보 보정 모델의 상기 파라메터를 업데이트함으로써 상기 해상 환경 정보 보정 모델을 학습시키는 프로세스를 수행한 상태에서, 테스팅 장치가, 상기 특정 영역의 테스트용 대기 환경 정보를 이용하여 상기 특정 영역의 파랑을 예측한 테스트용 파랑 예측 정보를 획득하는 단계; 및 (b) 상기 테스팅 장치가, 상기 테스트용 파랑 예측 정보를 참조하여 상기 특정 영역 내의 테스트용 제1 지점 내지 테스트용 제k - 상기 k는 1 이상의 정수임 - 지점에서의 테스트용 제1 파랑 예측 정보 내지 테스트용 제k 파랑 예측 정보를 획득하고, 상기 테스트용 제1 파랑 예측 정보 내지 상기 테스트용 제k 파랑 예측 정보를 상기 해상 환경 정보 보정 모델에 입력하여 상기 해상 환경 정보 보정 모델로 하여금 업데이트된 파라메터를 이용하여 상기 테스트용 제1 파랑 예측 정보 내지 상기 테스트용 제k 파랑 예측 정보를 신경망 연산하여 상기 테스트용 제1 지점 내지 상기 테스트용 제k 지점 각각에 대응되는 테스트용 제1 해상 환경 보정 정보 내지 테스트용 제k 해상 환경 보정 정보를 출력하도록 하는 단계; 를 포함하는 방법이 개시된다.According to another aspect of the present invention, in a method for testing a multi-layer perceptron-based marine environment information correction model that corrects marine environment information using wave prediction information, (a) by a learning device, (i) 1 Past time point to m - The m is an integer greater than or equal to 2 - At each past time point, the wave of the specific area for learning is predicted using each of the first atmospheric environment information for learning or the mth atmospheric environment information for learning of the specific area for learning. 1st wave prediction information or m-th wave prediction information for learning, and a first point for learning within the specific area to n-th for learning - wherein n is an integer greater than or equal to 2 - 1 _1 observation information for learning or learning for observing marine environment information at each point With reference to m_n-th observation information, i-th i is an integer greater than or equal to 1 and less than or equal to m - j-th of the past time - the j is an integer greater than or equal to 1 and less than or equal to n - i_j wave prediction information for learning that is wave prediction information at a point and a process of acquiring i_j observation information for learning, which is observation information corresponding thereto, as a learning data set; (ii) input the i_j wave prediction information for learning into the marine environment information correction model to cause the marine environment information correction model to calculate the i_j wave prediction information for learning by using a preset parameter with a neural network of the i-th past time point a process of outputting the i_j-th marine environment correction information for learning that predicted the correction result of the marine environment correction information for learning at the j-th point, and (iii) refer to the i_j sea environment correction information for learning and the i_j observation information for learning to generate a loss, and in a state in which the process of learning the marine environment information correction model by updating the parameters of the marine environment information correction model through backpropagation using the loss is performed, the testing device is configured in the specific area obtaining test wave prediction information for predicting a wave in the specific area by using the test atmospheric environment information; And (b) the testing device, with reference to the wave prediction information for the test, the first point for the test to the k-th for testing within the specific area - The k is an integer greater than or equal to 1 - First wave prediction information for testing at the point to obtain the k-th wave prediction information for the test, and input the first wave prediction information for the test to the k-th wave prediction information for the test into the marine environment information correction model to cause the marine environment information correction model to update the parameters By using the neural network calculation of the first wave prediction information for the test to the k-th wave prediction information for the test, the first marine environment correction information for testing corresponding to each of the first point for the test to the k-th point for the test using outputting k-th marine environment correction information for testing; A method comprising
일례로서, (c) 상기 테스팅 장치가, 상기 테스트용 제1 해상 환경 보정 정보 내지 상기 테스트용 제k 해상 환경 보정 정보를 이용하여 상기 테스트용 파랑 예측 정보를 업데이트하거나, 상기 테스트용 제1 해상 환경 보정 정보 내지 상기 테스트용 제k 해상 환경 보정 정보를 참조하여 상기 테스트용 파랑 예측 정보의 정확도를 평가하는 단계; 를 더 포함하는 방법이 개시된다.As an example, (c) the testing device updates the wave prediction information for the test by using the first sea environment correction information for the test to the k-th sea environment correction information for the test, or the first sea environment for the test evaluating the accuracy of the blue prediction information for the test with reference to the correction information or the k-th marine environment correction information for the test; A method further comprising the is disclosed.
일례로서, 상기 테스트용 파랑 예측 정보는, 유의 파고 정보, 파향 정보, 파랑 주기 정보, 풍속 정보, 수심 정보 및 최대 파고 정보 중 적어도 하나를 포함하는 방법이 개시된다.As an example, the test wave prediction information, significant wave height information, wave direction information, wave period information, wind speed information, water depth information, and a method including at least one of the maximum wave height information is disclosed.
본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 파랑 예측 정보를 이용하여 해상 환경 정보를 보정하는 멀티-레이어 퍼셉션 기반의 해상 환경 정보 보정 모델을 학습하는 학습장치에 있어서, 인스트럭션들을 저장하는 적어도 하나의 메모리; 및 상기 인스트럭션들을 실행하기 위해 구성된 적어도 하나의 프로세서;를 포함하되, 상기 프로세서가, (I) 제1 과거시점 내지 제m - 상기 m은 2 이상의 정수임 - 과거 시점 각각에서, 특정 영역의 제1 대기 환경 정보 내지 제m 대기 환경 정보 각각을 이용하여 상기 특정 영역의 파랑을 예측한 제1 파랑 예측 정보 내지 제m 파랑 예측 정보와, 상기 특정 영역 내의 제1 지점 내지 제n - 상기 n은 2 이상의 정수임 - 지점 각각에서 해상 환경 정보를 관측한 제1_1 관측 정보 내지 제m_n 관측 정보를 참조하여, 제i - 상기 i는 1 이상이며 m 이하인 정수임 - 과거 시점의 제j - 상기 j는 1 이상이며 n 이하인 정수임 - 지점에서의 파랑 예측 정보인 제i_j 파랑 예측 정보와 이에 대응되는 관측 정보인 제i_j 관측 정보를 학습 데이터 셋으로 획득하는 프로세스; (II) 상기 제i_j 파랑 예측 정보를 해상 환경 정보 보정 모델로 입력하여 상기 해상 환경 정보 보정 모델로 하여금 기설정된 파라메터를 이용하여 상기 제i_j 파랑 예측 정보를 신경망 연산하여 상기 제i 과거 시점의 제j 지점에서의 해상 환경 보정 정보의 보정 결과를 예측한 제i_j 해상 환경 보정 정보를 출력하도록 하는 프로세스; 및 (III) 상기 제i_j 해상 환경 보정 정보와 상기 제i_j 관측 정보를 참조하여 로스를 생성하며, 상기 로스를 이용한 백프로파게이션을 통해 상기 해상 환경 정보 보정 모델의 상기 파라메터를 업데이트함으로써 상기 해상 환경 정보 보정 모델을 학습시키는 프로세스;를 수행하는 것을 특징으로 하는 학습 장치가 개시된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a learning apparatus for learning a multi-layer perception-based marine environment information correction model that corrects marine environment information using wave prediction information, comprising: at least one memory for storing instructions; and at least one processor configured to execute the instructions, wherein the processor comprises: (I) a first past time point to m th - wherein m is an integer greater than or equal to 2 - at each past time point, a first wait in a specific region 1st wave prediction information to mth wave prediction information for predicting a wave in the specific area using each of the environment information to mth atmospheric environment information, and 1st to nth - the n in the specific area, are integers greater than or equal to 2 - With reference to the 1st_1st observation information to m_nth observation information observing the marine environment information at each point, i - The i is an integer greater than or equal to 1 and less than or equal to m - The jth of the past time - The j is greater than or equal to 1 and less than or equal to n Integer - a process of acquiring, as a learning data set, i_j-th wave prediction information, which is wave prediction information at a point, and i_j-th observation information, which is observation information corresponding thereto; (II) input the i_j wave prediction information into a marine environment information correction model to cause the marine environment information correction model to perform a neural network operation on the i_j wave prediction information using a preset parameter to calculate the j-th of the i-th past time point a process of outputting the i_jth marine environment correction information in which the correction result of the marine environment correction information at the point is predicted; and (III) generating a loss with reference to the i_jth marine environment correction information and the i_j observation information, and updating the parameters of the marine environment information correction model through backpropagation using the loss. Disclosed is a learning apparatus characterized by performing; a process of learning a correction model.
일례로서, 상기 제i_j 관측 정보 및 상기 제i_j 해상 환경 보정 정보는 각각, 유의 파고 정보, 최대 파고 정보, 파랑 주기 정보, 및 풍속 정보 중 적어도 하나를 포함하는 학습 장치가 개시된다.As an example, the i_jth observation information and the i_jth marine environment correction information each include at least one of significant wave height information, maximum wave height information, wave period information, and wind speed information.
일례로서, 상기 제i_j 관측 정보 및 상기 제i_j 해상 환경 보정 정보는 각각, 상기 제i_j 파랑 예측 정보가 RWW3(Regional Wave Watch-3)의 파랑 예측 모델에 대응될 경우에는 유의 파고 정보, 최대 파고 정보, 파랑 주기 정보, 및 풍속 정보를 포함하며, 상기 제i_j 파랑 예측 정보가 GWW3(Global Wave Watch-3)의 파랑 예측 모델에 대응될 경우에는 유의 파고 정보 및 풍속 정보를 포함하는 학습 장치가 개시된다.As an example, the i_j observation information and the i_j sea environment correction information include significant wave height information and maximum wave height information, respectively, when the i_j wave prediction information corresponds to a wave prediction model of RWW3 (Regional Wave Watch-3). , wave period information, and wind speed information, and when the i_j wave prediction information corresponds to a wave prediction model of GWW3 (Global Wave Watch-3), a learning apparatus including significant wave height information and wind speed information is disclosed. .
일례로서, 상기 제i_j 파랑 예측 정보는, 유의 파고 정보, 파향 정보, 파랑 주기 정보, 풍속 정보, 수심 정보 및 최대 파고 정보 중 적어도 하나를 포함하는 학습 장치가 개시된다.As an example, the i_j wave prediction information, a learning apparatus including at least one of significant wave height information, wave direction information, wave period information, wind speed information, water depth information, and maximum wave height information is disclosed.
일례로서, 파랑 예측 모델이 RWW3인 경우 최대 파고 정보는 상기 유의 파고 정보 및 상기 파랑 주기 정보를 참조하여 레일리 확률 밀도 함수에 적용해 산출되는 것을 특징으로 하는 학습장치가 개시된다.As an example, when the wave prediction model is RWW3, the maximum wave height information is applied to a Rayleigh probability density function with reference to the significant wave height information and the wave period information, and a learning apparatus is disclosed.
일례로서, 상기 프로세서가, (IV) (i) 상기 제1 과거시점 내지 상기 제m 과거 시점 각각에서, 상기 특정 영역의 상기 제1 대기 환경 정보 내지 상기 제m 대기 환경 정보 각각을 이용하여 상기 특정 영역의 파랑을 예측한 상기 제1 파랑 예측 정보 내지 상기 제m 파랑 예측 정보와, 상기 특정 영역 내의 상기 제1 지점 내지 상기 제n 지점 각각에서 상기 해상 환경 정보를 관측한 제1_1 관측 정보 내지 제m_n 관측 정보를 참조하여, 제s - 상기 s는 1 이상이며 m 이하인 정수임 - 과거 시점의 제t - 상기 t는 1 이상이며 n 이하인 정수임 - 지점에서의 파랑 예측 정보인 제s_t 파랑 예측 정보와 이에 대응되는 관측 정보인 제s_t 관측 정보를 검증 데이터 셋으로 획득하고, (ii) 상기 제s_t 파랑 예측 정보를 상기 해상 환경 정보 보정 모델로 입력하여 상기 해상 환경 정보 보정 모델로 하여금 업데이트된 파라메터를 이용하여 상기 제s_t 파랑 예측 정보를 신경망 연산하여 상기 제s 과거 시점의 제t 지점에서의 해상 환경 보정 정보의 보정 결과를 예측한 제s_t 해상 환경 보정 정보를 출력하도록 하며, 및 (iii) 상기 제s_t 파랑 예측 정보와 상기 제s_t 관측 정보를 참조하여 제1 편차(bias) 및 평균 제곱급 오차(RMSE)를 연산하고, 상기 제s_t 해상 환경 보정 정보와 상기 제s_t 관측 정보를 참조하여 제2 편차 및 평균 제곱근 오차를 연산하며, 상기 제1 편차 및 평균 제곱근 오차와 상기 제2 편차 및 평균 제곱근 오차를 참조하여 상기 해상 환경 정보 보정 모델의 성능을 검증하는 프로세스를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 학습 장치가 개시된다.As an example, the processor (IV) (i) at each of the first past time point to the mth past time point, using each of the first atmospheric environment information to the mth atmospheric environment information of the specific area, The first wave prediction information to the m-th wave prediction information for predicting a wave of an area, and 1_1 first observation information to m_n-th observation information for observing the marine environment information at each of the first point to the n-th point within the specific area With reference to the observation information, s th - The s is an integer greater than or equal to 1 and less than or equal to m - The t th of the past time - The t is an integer greater than or equal to 1 and less than or equal to n - The s_t wave prediction information corresponding to the wave prediction information at the point Obtaining the s_t observation information, which is the observation information to be obtained as a verification data set, (ii) inputting the s_t wave prediction information into the marine environment information correction model to cause the marine environment information correction model to use the updated parameters Neural network operation on the s_t wave prediction information to output the s_t sea environment correction information that predicted the correction result of the marine environment correction information at the t th point of the s th past time point, and (iii) the s_t wave prediction A first bias and a mean squared error (RMSE) are calculated with reference to the information and the s_t observation information, and a second deviation and a root mean squared error are calculated with reference to the s_t sea environment correction information and the s_t observation information. An error is calculated, and a process of verifying the performance of the marine environment information correction model with reference to the first deviation and the root mean square error and the second deviation and the root mean square error is further performed. .
본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 파랑 예측 정보를 이용하여 해상 환경 정보를 보정하는 멀티-레이어 퍼셉션 기반의 해상 환경 정보 보정 모델을 테스팅하는 테스팅 장치에 있어서, 인스트럭션들을 저장하는 적어도 하나의 메모리; 및 상기 인스트럭션들을 실행하기 위해 구성된 적어도 하나의 프로세서;를 포함하되, 상기 프로세서가, (I) 학습 장치에 의해, (i) 제1 과거시점 내지 제m - 상기 m은 2 이상의 정수임 - 과거 시점 각각에서, 학습용 특정 영역의 학습용 제1 대기 환경 정보 내지 학습용 제m 대기 환경 정보 각각을 이용하여 상기 학습용 특정 영역의 파랑을 예측한 학습용 제1 파랑 예측 정보 내지 학습용 제m 파랑 예측 정보와, 상기 특정 영역 내의 학습용 제1 지점 내지 학습용 제n - 상기 n은 2 이상의 정수임 - 지점 각각에서 해상 환경 정보를 관측한 학습용 제1_1 관측 정보 내지 학습용 제m_n 관측 정보를 참조하여, 제i - 상기 i는 1 이상이며 m 이하인 정수임 - 과거 시점의 제j - 상기 j는 1 이상이며 n 이하인 정수임 - 지점에서의 파랑 예측 정보인 학습용 제i_j 파랑 예측 정보와 이에 대응되는 관측 정보인 학습용 제i_j 관측 정보를 학습 데이터 셋으로 획득하는 프로세스; (ii) 상기 학습용 제i_j 파랑 예측 정보를 해상 환경 정보 보정 모델로 입력하여 상기 해상 환경 정보 보정 모델로 하여금 기설정된 파라메터를 이용하여 상기 학습용 제i_j 파랑 예측 정보를 신경망 연산하여 상기 제i 과거 시점의 제j 지점에서의 학습용 해상 환경 보정 정보의 보정 결과를 예측한 학습용 제i_j 해상 환경 보정 정보를 출력하도록 하는 프로세스, 및 (iii) 상기 학습용 제i_j 해상 환경 보정 정보와 상기 학습용 제i_j 관측 정보를 참조하여 로스를 생성하며, 상기 로스를 이용한 백프로파게이션을 통해 상기 해상 환경 정보 보정 모델의 상기 파라메터를 업데이트함으로써 상기 해상 환경 정보 보정 모델을 학습시키는 프로세스를 수행한 상태에서, 상기 특정 영역의 테스트용 대기 환경 정보를 이용하여 상기 특정 영역의 파랑을 예측한 테스트용 파랑 예측 정보를 획득하는 프로세스; 및 (II) 상기 테스트용 파랑 예측 정보를 참조하여 상기 특정 영역 내의 테스트용 제1 지점 내지 테스트용 제k - 상기 k는 1 이상의 정수임 - 지점에서의 테스트용 제1 파랑 예측 정보 내지 테스트용 제k 파랑 예측 정보를 획득하고, 상기 테스트용 제1 파랑 예측 정보 내지 상기 테스트용 제k 파랑 예측 정보를 상기 해상 환경 정보 보정 모델에 입력하여 상기 해상 환경 정보 보정 모델로 하여금 업데이트된 파라메터를 이용하여 상기 테스트용 제1 파랑 예측 정보 내지 상기 테스트용 제k 파랑 예측 정보를 신경망 연산하여 상기 테스트용 제1 지점 내지 상기 테스트용 제k 지점 각각에 대응되는 테스트용 제1 해상 환경 보정 정보 내지 테스트용 제k 해상 환경 보정 정보를 출력하도록 하는 프로세스;를 수행하는 테스팅 장치가 개시된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a testing apparatus for testing a multi-layer perception-based marine environment information correction model that corrects marine environment information using wave prediction information, comprising: at least one memory for storing instructions; and at least one processor configured to execute the instructions, wherein the processor is configured to: (I) by the learning device, (i) a first past time point to m th, wherein m is an integer greater than or equal to 2 - past time points, respectively In, the first wave prediction information for learning or the m-th wave prediction information for learning that predicted the wave of the specific area for learning using each of the first atmospheric environment information for learning and the m-th atmospheric environment information for learning of the specific area for learning, and the specific area 1st point for learning to nth for learning in - Where n is an integer of 2 or more It is an integer less than or equal to m - The jth of the past time - The j is an integer greater than or equal to 1 and less than or equal to n - The i_j wave prediction information for learning that is the wave prediction information at the point and the i_j observation information for learning that is the corresponding observation information are used as a learning data set the process of obtaining; (ii) input the i_j wave prediction information for learning into the marine environment information correction model to cause the marine environment information correction model to calculate the i_j wave prediction information for learning by using a preset parameter with a neural network of the i-th past time point a process of outputting the i_j-th marine environment correction information for learning that predicted the correction result of the marine environment correction information for learning at the j-th point, and (iii) refer to the i_j sea environment correction information for learning and the i_j observation information for learning to generate a loss, and in a state in which the process of learning the marine environment information correction model by updating the parameters of the marine environment information correction model through backpropagation using the loss is performed, the test standby of the specific area a process of obtaining wave prediction information for a test in which a wave of the specific area is predicted using environment information; and (II) the first point for testing to the k-th for testing within the specific area with reference to the wave prediction information for the test - The k is an integer greater than or equal to 1 - The first wave prediction information for testing at the point to the k-th for testing Obtaining wave prediction information, inputting the first wave prediction information for the test to the k-th wave prediction information for the test into the marine environment information correction model causes the marine environment information correction model to perform the test using the updated parameters For the first wave prediction information for the test, the neural network calculates the k-th wave prediction information for the test, and the first sea environment correction information for the test or the k-th sea for the test corresponding to each of the first point for the test to the k-th point for the test A testing apparatus for performing a process of outputting environmental correction information is disclosed.
일례로서, 상기 프로세서가, (III) 상기 테스트용 제1 해상 환경 보정 정보 내지 상기 테스트용 제k 해상 환경 보정 정보를 이용하여 상기 테스트용 파랑 예측 정보를 업데이트하거나, 상기 테스트용 제1 해상 환경 보정 정보 내지 상기 테스트용 제k 해상 환경 보정 정보를 참조하여 상기 테스트용 파랑 예측 정보의 정확도를 평가하는 프로세스; 를 더 수행하는 테스팅 장치가 개시된다.As an example, the processor (III) updates the wave prediction information for the test using the first sea environment correction information for the test to the k-th sea environment correction information for the test, or corrects the first sea environment for the test a process of evaluating the accuracy of the wave prediction information for the test with reference to the information or the k-th marine environment correction information for the test; A testing apparatus for further performing is disclosed.
일례로서, 상기 테스트용 파랑 예측 정보는, 유의 파고 정보, 파향 정보, 파랑 주기 정보, 풍속 정보, 수심 정보 및 최대 파고 정보 중 적어도 하나를 포함하는 테스팅 장치가 개시된다.As an example, the wave prediction information for the test, a testing apparatus including at least one of significant wave height information, wave direction information, wave period information, wind speed information, water depth information, and maximum wave height information is disclosed.
본 발명은 멀티-퍼셉트론 기반의 해상 환경 정보 보정 모델을 이용하여 특정 지점의 파랑 예측 정보 및 관측 정보로 해상 환경 보정 정보를 예측하고 이를 학습하도록 하는 효과가 있다.The present invention has an effect of predicting marine environment correction information using wave prediction information and observation information of a specific point using a multi-perceptron-based marine environment information correction model and learning it.
또한, 본 발명은 이와 같은 학습이 완료된 상태에서, 멀티-퍼셉트론 기반의 해상 환경 정보 보정 모델에 검증용 파랑 예측 정보 및 검증용 관측 정보를 입력하여 검증용 환경 보정 정보를 예측하고, 검증용 파랑 예측 정보와 검증용 관측 정보를 참조하여 계산한 편차(Bias) 및 평균 제곱근 오차(RMSE, Root Mean Square Error)를 검증용 환경 보정 정보와 관측정보를 참조하여 계산한 편차 및 평균 제곱근 오차와 비교하여 해상 환경 보정 모델의 성능을 검증하는 효과가 있다.In addition, the present invention predicts environmental correction information for verification by inputting verification wave prediction information and verification observation information to a multi-perceptron-based marine environment information correction model in a state where such learning is completed, and predicts verification wave prediction The deviation and root mean square error (RMSE, Root Mean Square Error) calculated by referring to the information and observation information for verification are compared with the deviation and root mean square error calculated by referring to the environmental correction information for verification and observation information to resolve It has the effect of verifying the performance of the environmental correction model.
또한, 본 발명은 해상 환경 보정 모델의 성능 검증이 완료된 상태에서, 해상 환경 보정 모델에 학습하지 않은 특정 지점의 테스트용 파랑 예측 정보를 입력하였을 때, 출력되는 해상 환경 보정 정보를 이용하여 파랑 예측 모델에서 산출되는 테스트용 파랑 예측 정보의 오차가 보정되면, 테스트용 파랑 예측 정보의 정확도를 향상시켜 업데이트 함으로써 보다 정확한 파랑 예측 정보를 제공하거나 테스트용 파랑 예측 정보의 정확도를 평가하는 효과가 있다.In addition, the present invention is a wave prediction model using the marine environment correction information that is output when the test wave prediction information for a specific point that has not been learned is input to the marine environment correction model in a state where the performance verification of the marine environment correction model is completed If the error of the wave prediction information for the test calculated from is corrected, the accuracy of the wave prediction information for the test is improved and updated, thereby providing more accurate wave prediction information or evaluating the accuracy of the wave prediction information for the test.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파랑 예측 정보를 이용하여 해상 환경 정보를 보정하기 위한 멀티-레이어 퍼셉트론 기반의 해상 환경 정보 보정 모델의 학습 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 학습 장치가 파랑 예측 정보를 이용하여 해상 환경 정보를 보정하기 위한 멀티-레이어 퍼셉트론 기반의 해상 환경 정보 보정 모델을 학습하는 흐름도를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파랑 예측 정보를 이용하여 해상 환경을 보정하는 멀티-레이어 퍼셉트론 기반의 해상 환경 보정 정보 모델이 학습되는 과정을 나타낸 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 파랑 예측 정보를 이용하여 해상 환경을 보정하는 멀티-레이어 퍼셉트론 기반의 해상 환경 보정 정보 모델의 학습 및 검증을 위해 선정된 특정 지점들의 리스트 예시를 나타낸 도면이다.
도 5a 내지 도 5f는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 환경 보정 정보 모델의 학습이 완료된 상태에서, 파랑 예측 모델이 RWW3일 때, 검증 지점별 및 예측 시간 별로 유의 파고, 최대 파고, 주기, 풍속에 대한 파랑 예측 모델과 해상 환경 정보 보정 모델의 편차 및 평균 제곱근 오차를 산출하여 해양 환경 보정 모델의 성능을 검증한 도면이다.
도 6a 내지 도 6f는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 환경 보정 정보 모델의 학습이 완료된 상태에서, 파랑 예측 모델이 GWW3일 때, 검증 지점별 및 예측 시간 별로 유의 파고, 풍속에 대한 파랑 예측 모델과 해상 환경 보정 정보 모델의 편차 및 평균 제곱근 오차를 산출하여 해양 환경 보정 모델의 성능을 검증한 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 파랑 예측 정보를 이용하여 해상 환경을 보정하는 멀티-레이어 퍼셉트론 기반의 해상 환경 보정 정보 모델의 미학습 지점의 검증을 위해 선정된 특정 지점들의 리스트 예시를 나타낸 도면이다.
도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 환경 보정 정보 모델의 학습이 완료된 상태에서, 파랑 예측 모델이 RWW3일 때, 미학습 지점 중 선정된 검증 지점별 및 예측 시간 별로 유의 파고에 대한 파랑 예측 모델과 해상 환경 보정 모델의 편차 및 평균 제곱근 오차를 산출하여 해양 환경 정보 보정 모델의 성능을 검증하는 것을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 파랑 예측 정보를 이용하여 해상 환경 정보를 보정하는 멀티-레이어 퍼셉트론 기반의 해상 환경 정보 보정 모델의 테스팅 장치를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 환경 보정 정보 모델의 검증이 완료된 상태에서, 파랑 예측 정보를 이용하여 해상 환경을 보정하는 멀티-레이어 퍼셉트론 기반의 해상 환경 보정 정보 모델을 테스팅하는 과정을 나타낸 도면이다.1 is a diagram illustrating an apparatus for learning a multi-layer perceptron-based marine environment information correction model for correcting marine environment information using wave prediction information according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a flow chart in which a learning apparatus according to an embodiment of the present invention learns a multi-layer perceptron-based marine environment information correction model for correcting marine environment information using wave prediction information.
3 is a diagram illustrating a process in which a multi-layer perceptron-based marine environment correction information model for correcting a marine environment using wave prediction information according to an embodiment of the present invention is learned.
4A and 4B are examples of a list of specific points selected for learning and verification of a multi-layer perceptron-based marine environment correction information model that corrects the marine environment using wave prediction information according to an embodiment of the present invention. the drawing shown.
5a to 5f show significant wave height, maximum wave height, period, wind speed for each verification point and prediction time when the wave prediction model is RWW3 in a state where the learning of the marine environment correction information model according to an embodiment of the present invention is completed; It is a diagram verifying the performance of the marine environment correction model by calculating the deviation and root mean square error of the wave prediction model and the marine environment information correction model for .
6a to 6f show a wave prediction model for significant wave height and wind speed by verification point and prediction time when the wave prediction model is GWW3 in a state where the learning of the marine environment correction information model according to an embodiment of the present invention is completed; It is a diagram verifying the performance of the marine environment correction model by calculating the deviation and root mean square error of the marine environment correction information model.
7A and 7B are diagrams illustrating an example of a list of specific points selected for verification of unlearned points of a multi-layer perceptron-based marine environment correction information model that corrects the marine environment using wave prediction information.
8a to 8d show significant wave heights for each selected verification point and prediction time among non-learning points when the wave prediction model is RWW3 in a state where the learning of the marine environment correction information model according to an embodiment of the present invention is completed. It is a diagram showing the verification of the performance of the marine environment information correction model by calculating the deviation and root mean square error between the wave prediction model and the marine environment correction model for Korea.
9 is a diagram illustrating an apparatus for testing a multi-layer perceptron-based marine environment information correction model that corrects marine environment information using wave prediction information according to an embodiment of the present invention.
10 is a process of testing a multi-layer perceptron-based marine environment correction information model that corrects the marine environment using wave prediction information in a state in which verification of the marine environment correction information model according to an embodiment of the present invention is completed; the drawing shown.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS [0012] DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS [0010] DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS [0010] Reference is made to the accompanying drawings, which show by way of illustration specific embodiments in which the present invention may be practiced. These embodiments are described in sufficient detail to enable those skilled in the art to practice the present invention. It should be understood that the various embodiments of the present invention are different but need not be mutually exclusive. For example, certain shapes, structures, and characteristics described herein with respect to one embodiment may be implemented in other embodiments without departing from the spirit and scope of the invention. In addition, it should be understood that the location or arrangement of individual components within each disclosed embodiment may be changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Accordingly, the detailed description set forth below is not intended to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention, if properly described, is limited only by the appended claims, along with all scope equivalents as those claimed. Like reference numerals in the drawings refer to the same or similar functions throughout the various aspects.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings in order to enable those of ordinary skill in the art to easily practice the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파랑 예측 정보를 이용하여 해상 환경 정보를 보정하기 위한 멀티-레이어 퍼셉트론 기반의 해상 환경 정보 보정 모델의 학습 장치를 나타낸 도면이다. 1 is a diagram illustrating an apparatus for learning a multi-layer perceptron-based marine environment information correction model for correcting marine environment information using wave prediction information according to an embodiment of the present invention.
학습 장치(100)의 메모리(110)는 프로세서(120)에 의해 수행될 인스트럭션들을 저장할 수 있는데, 구체적으로, 인스트럭션들은 학습 장치(100)로 하여금 특정의 방식으로 기능하게 하기 위한 목적으로 생성되는 코드로서, 컴퓨터 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장될 수 있다. 인스트럭션들은 본 발명의 명세서에서 설명되는 기능들을 실행하기 위한 프로세스들을 수행할 수 있다.The
그리고, 학습 장치(100)의 프로세서(120)는 MPU(Micro Processing Unit) 또는 CPU(Central Processing Unit), 캐쉬 메모리(Cache Memory), 데이터 버스(Data Bus) 등의 하드웨어 구성을 포함할 수 있다. 또한, 운영체제, 특정 목적을 수행하는 애플리케이션의 소프트웨어 구성을 더 포함할 수도 있다.In addition, the
또한, 학습 장치(100)는 데이터베이스(미도시)와 연동될 수 있다. 여기서, 데이터베이스(미도시)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리), 램(Random Access Memory, RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(ReadOnly Memory, ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable ReadOnly Memory), PROM(Programmable ReadOnly Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있으며, 이에 한정되지 않으며 데이터를 저장할 수 있는 모든 매체를 포함할 수 있다. 또한, 데이터베이스(미도시)는 학습 장치(100)와 분리되어 설치되거나, 이와는 달리 학습 장치(100)의 내부에 설치되어 데이터를 전송하거나 수신되는 데이터를 기록할 수도 있고, 도시된 바와 달리 둘 이상으로 분리되어 구현될 수도 있으며, 이는 발명의 실시 조건에 따라 달라질 수 있다.Also, the
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 학습 장치가 파랑 예측 정보를 이용하여 해상 환경 정보를 보정하기 위한 멀티-레이어 퍼셉트론 기반의 해상 환경 정보 보정 모델을 학습하는 흐름도를 나타낸 도면이다.FIG. 2 is a diagram illustrating a flow chart in which a learning apparatus according to an embodiment of the present invention learns a multi-layer perceptron-based marine environment information correction model for correcting marine environment information using wave prediction information.
도 2를 참조하면, 상기 학습 장치(100)가, 제1 과거시점 내지 제m 과거 시점 각각에서, 특정 영역의 제1 대기 환경 정보 내지 제m 대기 환경 정보 각각을 이용하여 상기 특정 영역의 파랑을 예측한 제1 파랑 예측 정보 내지 제m 파랑 예측 정보와, 상기 특정 영역 내의 제1 지점 내지 제n 지점 각각에서 해상 환경 정보를 관측한 제1_1 관측 정보 내지 제m_n 관측 정보를 참조하여, 제i 과거 시점의 제j 지점에서의 파랑 예측 정보인 제i_j 파랑 예측 정보와 이에 대응되는 관측 정보인 제i_j 관측 정보를 학습 데이터 셋으로 획득할 수 있다(S210).Referring to FIG. 2 , the
그리고, 상기 제i_j 파랑 예측 정보를 해상 환경 정보 보정 모델로 입력하여 상기 해상 환경 정보 보정 모델로 하여금 기설정된 파라메터를 이용하여 상기 제i_j 파랑 예측 정보를 신경망 연산하여 상기 제i 과거 시점의 제j 지점에서의 해상 환경 보정 정보의 보정 결과를 예측한 제i_j 해상 환경 보정 정보를 출력할 수 있다(S220).Then, by inputting the i_j wave prediction information to the marine environment information correction model, the marine environment information correction model uses a preset parameter to perform a neural network operation on the i_j wave prediction information to the j-th point of the i-th past time point It is possible to output the i_j th marine environment correction information in which the correction result of the marine environment correction information is predicted ( S220 ).
또한, 상기 제i_j 해상 환경 보정 정보와 상기 제i_j 관측 정보를 참조하여 로스를 생성하며, 상기 로스를 이용한 백프로파게이션을 통해 상기 해상 환경 정보 보정 모델의 상기 파라메터를 업데이트함으로써 상기 해상 환경 정보 보정 모델을 학습할 수 있다(S230).In addition, the marine environment information correction model by generating a loss with reference to the i_j sea environment correction information and the i_j observation information, and updating the parameters of the marine environment information correction model through backpropagation using the loss can be learned (S230).
도 2에 대한 프로세스를 보다 구체적으로 설명하기 위하여, 이하에서는 도 3 내지 도 6f를 참조로 하여 설명하도록 한다.In order to describe the process of FIG. 2 in more detail, the following description will be made with reference to FIGS. 3 to 6F .
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파랑 예측 정보를 이용하여 해상 환경을 보정하는 멀티-레이어 퍼셉트론 기반의 해상 환경 보정 정보 모델이 학습되는 과정을 나타낸 도면이다.3 is a diagram illustrating a process in which a multi-layer perceptron-based marine environment correction information model for correcting a marine environment using wave prediction information according to an embodiment of the present invention is learned.
도 3을 참조하면, 해상 환경 정보 보정 모델(330)에 학습 데이터 셋으로 입력하는 파랑 예측 정보(310) 및 관측 정보(320)는, 제1 과거시점 내지 제m - 상기 m은 2 이상의 정수임 - 과거 시점 각각에서, 특정 영역의 제1 대기 환경 정보 내지 제m 대기 환경 정보 각각을 이용하여 상기 특정 영역의 파랑을 예측한 제1 파랑 예측 정보 내지 제m 파랑 예측 정보와, 상기 특정 영역 내의 제1 지점 내지 제n - 상기 n은 2 이상의 정수임 - 지점 각각에서 해상 환경 정보를 관측한 제1_1 관측 정보 내지 제m_n 관측 정보를 참조하여, 제i - 상기 i는 1 이상이며 m 이하인 정수임 - 과거 시점의 제j - 상기 j는 1 이상이며 n 이하인 정수임 - 지점에서의 파랑 예측 정보인 제i_j 파랑 예측 정보와 이에 대응되는 관측 정보인 제i_j 관측 정보로 구분할 수 있다.Referring to FIG. 3 , the
가령, 본 발명에서는 학습을 위한 상기 파랑 예측 정보(310) 및 상기 관측 정보(320)는 2017년부터 2019년까지의 데이터를 활용하였으며, 상기 j는 도 4a 및 도 4b를 참조하면 16일 수 있다. 상기 m 및 상기 j는 당업자의 판단에 따라 적절한 수로 가감하여 활용할 수 있다.For example, in the present invention, the
또한, 상기 파랑 예측 정보(310)는 유의 파고 정보, 파향 정보, 파랑 주기 정보, 풍속 정보, 수심 정보 및 최대 파고 정보 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 관측 정보(320)는 유의 파고 정보, 최대 파고 정보, 파랑 주기 정보, 및 풍속 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.In addition, the
상기 파랑 예측 정보(310)의 인자 중 상기 수심 정보는 상기 해상 환경 보정 모델(330)에 직접 입력하며, 상기 유의 파고 정보, 상기 파향 정보, 상기 파랑 주기 정보 및 상기 풍속 정보는 파랑 예측 모델에서 산출될 수 있다.Among the factors of the
또한, 상기 파랑 예측 모델이 RWW3(Regional Wave Watch-3)인 경우에 상기 최대 파고 정보는 상기 유의 파고 정보 및 상기 파랑 주기 정보를 참조하여 레일리 확률 밀도 함수(Rayleigh probability density function)에 적용하여 산출될 수 있다. In addition, when the wave prediction model is Regional Wave Watch-3 (RWW3), the maximum wave height information is to be calculated by applying to a Rayleigh probability density function with reference to the significant wave height information and the wave period information. can
상기 파랑 예측 정보(310) 및 상기 관측 정보(320)의 학습 데이터 셋이 입력되는 상기 해상 환경 보정 모델(330)은 멀티-레이어 퍼셉트론(MLP, Multi-Layer Perceptron) 기반의 딥러닝 모델을 적용하였으며 기설정된 파라메터를 이용하여 상기 파랑 예측 정보(310)를 신경망 연산하여 해상 환경 보정 정보의 보정 결과를 예측한 해상 환경 보정 정보(340)를 출력할 수 있다.The marine
출력되는 상기 해상 환경 보정 정보(340)는 상기 파랑 예측 모델이 상기 RWW3인 경우 유의 파고 정보, 최대 파고 정보, 파랑 주기 정보, 및 풍속 정보 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 파랑 예측 모델이 GWW3(Global Wave Watch-3)인 경우 유의 파고 정보 및 풍속 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The outputted marine
출력된 상기 해상 환경 보정 정보(340)는 로스 레이어(350)에서 상기 관측 정보(320)를 참조하여 로스를 생성하며, 상기 로스를 이용한 백프로파게이션을 통해 상기 해상 환경 정보 보정 모델(330)의 상기 파라메터를 업데이트하는 과정을 반복 수행하여 상기 파라미터가 최적화되면, 상기 해상 환경 정보 보정 모델(330)의 학습을 완료할 수 있다. The outputted marine
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 파랑 예측 정보를 이용하여 해상 환경을 보정하는 멀티-레이어 퍼셉트론 기반의 해상 환경 보정 정보 모델의 학습 및 검증을 위해 선정된 특정 지점들의 리스트 예시를 나타낸 도면이다.4A and 4B are examples of a list of specific points selected for learning and verification of a multi-layer perceptron-based marine environment correction information model that corrects the marine environment using wave prediction information according to an embodiment of the present invention. the drawing shown.
우선 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 학습을 위한 관측 지점(410)이 총 16개인 예시이며, 상기 관측 지점(410)각각에 대해 관측 지점 id, 지점명(영문명), 위도, 경도 및 관측 요소 정보 등을 확인할 수 있다.First, referring to FIGS. 4A and 4B , it is an example of a total of 16 observation points 410 for learning, and for each of the observation points 410, an observation point id, a point name (English name), latitude, longitude, and observation element information etc. can be checked.
상기 관측 요소의 경우, 유의 파고 정보, 최대 파고 정보, 평균 파고 정보, 주기 및 파향 등의 파랑 환경 정보와 풍향, 풍속, 기압, 습도, 기온 및 수온 등의 기상 환경 정보가 관측될 수 있다.In the case of the observation element, wave environment information such as significant wave height information, maximum wave height information, average wave height information, period and wave direction, and weather environment information such as wind direction, wind speed, atmospheric pressure, humidity, temperature and water temperature may be observed.
이와 같이 학습 데이터 셋을 이용하여 학습된 해상 환경 정보 보정 모델을 검증하기 위하여, 학습 장치 또는 이에 대응되는 검증 장치가, 상기 제1 과거시점 내지 상기 제m 과거 시점 각각에서, 상기 특정 영역의 상기 제1 대기 환경 정보 내지 상기 제m 대기 환경 정보 각각을 이용하여 상기 특정 영역의 파랑을 예측한 상기 제1 파랑 예측 정보 내지 상기 제m 파랑 예측 정보와, 상기 특정 영역 내의 상기 제1 지점 내지 상기 제n 지점 각각에서 상기 해상 환경 정보를 관측한 제1_1 관측 정보 내지 제m_n 관측 정보를 참조하여, 제s - 상기 s는 1 이상이며 m 이하인 정수임 - 과거 시점의 제t - 상기 t는 1 이상이며 n 이하인 정수임 - 지점에서의 파랑 예측 정보인 제s_t 파랑 예측 정보와 이에 대응되는 관측 정보인 제s_t 관측 정보를 검증 데이터 셋으로 획득할 수 있다.In order to verify the marine environment information correction model learned using the training data set as described above, a learning device or a verification device corresponding thereto, at each of the first past time point to the mth past time point, is the The first wave prediction information to the m-th wave prediction information for predicting a wave in the specific region using each of the first atmospheric environment information to the m-th atmospheric environment information, and the first point to the n-th point within the specific region With reference to the 1st_1st observation information to the m_nth observation information that observed the marine environment information at each point, s - the s is an integer greater than or equal to 1 and less than or equal to m - t of the past time - the t is greater than or equal to 1 and less than or equal to n Integer - It is possible to obtain s_t wave prediction information, which is wave prediction information at a point, and s_t-th observation information, which is observation information corresponding thereto, as a verification data set.
이때, 검증 데이터 셋은, 학습 데이터 셋을 샘플링한 동일한 학습 데이터 데이터베이스에서 샘플링함으로써 각각의 데이터 셋에서의 데이터 분류가 동일 또는 유사하도록 할 수 있다.In this case, the verification data set may be sampled from the same training data database from which the training data set is sampled so that data classification in each data set is the same or similar.
이후, 학습 장치 또는 검증 장치는, 상기 제s_t 파랑 예측 정보를 상기 해상 환경 정보 보정 모델로 입력하여 상기 해상 환경 정보 보정 모델로 하여금 업데이트된 파라메터를 이용하여 상기 제s_t 파랑 예측 정보를 신경망 연산하여 상기 제s 과거 시점의 제t 지점에서의 해상 환경 보정 정보의 보정 결과를 예측한 제s_t 해상 환경 보정 정보를 출력하도록 한다.Thereafter, the learning device or the verification device inputs the s_t wave prediction information to the marine environment information correction model to cause the marine environment information correction model to perform a neural network operation on the s_t wave prediction information using the updated parameters, and the The s_t th marine environment correction information, which predicts the correction result of the marine environment correction information at the t th point of the s th time in the past, is output.
그리고, 학습 장치 또는 검증 장치는, 상기 제s_t 파랑 예측 정보와 상기 제s_t 관측 정보를 참조하여 제1 편차(bias) 및 평균 제곱급 오차(RMSE)를 연산하고, 상기 제s_t 해상 환경 보정 정보와 상기 제s_t 관측 정보를 참조하여 제2 편차 및 평균 제곱근 오차를 연산하며, 상기 제1 편차 및 평균 제곱근 오차와 상기 제2 편차 및 평균 제곱근 오차를 참조하여 상기 해상 환경 정보 보정 모델의 성능을 검증할 수 있다.Then, the learning device or verification device calculates a first bias and a mean square error (RMSE) with reference to the s_t wave prediction information and the s_t observation information, and the s_t sea environment correction information and A second deviation and root mean square error are calculated with reference to the s_t observation information, and the performance of the marine environment information correction model is verified by referring to the first deviation and root mean square error and the second deviation and root mean square error. can
도 5a 내지 도 5f는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 환경 보정 정보 모델의 학습이 완료된 상태에서, 파랑 예측 모델이 RWW3일 때, 검증 지점별 및 예측 시간 별로 유의 파고, 최대 파고, 주기, 풍속에 대한 파랑 예측 모델과 해상 환경 정보 보정 모델의 편차 및 평균 제곱근 오차를 산출하여 해양 환경 보정 모델의 성능을 검증한 도면이다.5a to 5f show significant wave height, maximum wave height, period, wind speed for each verification point and prediction time when the wave prediction model is RWW3 in a state where the learning of the marine environment correction information model according to an embodiment of the present invention is completed; It is a diagram verifying the performance of the marine environment correction model by calculating the deviation and root mean square error of the wave prediction model and the marine environment information correction model for .
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 상기 도 4a 및 도 4b에서 학습에 적용한 관측 지점(410)과 동일한 지점에 대해 검증을 하였으며, 지점별로 유의 파고 정보에 대해 RWW3에서 예측한 파랑 예측 정보와 관측 정보를 참조하여 계산된 편차(Bias) 및 평균 제곱근 오차(RMSE, Root Mean Square Error) 값과 해상 환경 보정 정보와 상기 관측 정보를 참조하여 계산된 상기 편차 및 상기 평균 제곱근 오차 값 각각을 비교하여 해상 환경 보정 모델을 검증할 수 있다.5A and 5B, the same point as the
또한, 그래프를 확인하면, 지점별로 상기 해상 환경 보정 정보와 상기 관측 정보를 참조하여 계산된 상기 편차 및 상기 평균 제곱근 오차 값을 상기 RWW3에서 예측한 상기 파랑 예측 정보와 상기 관측 정보를 참조하여 계산된 상기 편차 및 상기 평균 제곱근 오차와 비교하면, 전체적으로 상기 해상 환경 보정 정보에서 계산된 상기 편차 및 상기 평균 제곱근 오차 값이 작기 때문에, 상기 해상 환경 보정 모델의 보정 성능을 확인할 수 있다.In addition, when checking the graph, the deviation and the root mean square error value calculated by referring to the marine environment correction information and the observation information for each point are calculated by referring to the wave prediction information and the observation information predicted by the RWW3 Comparing with the deviation and the root mean square error, since the deviation and the root mean square error calculated from the marine environment correction information as a whole are small, the correction performance of the marine environment correction model may be confirmed.
도 5c를 확인하면, 지점별로 최대 파고 정보, 주기 정보, 풍속 정보에 대해 RWW3에서 예측한 상기 파랑 예측 정보와 상기 관측 정보를 참조하여 계산된 상기 편차 및 상기 평균 제곱근 오차 값과 해상 환경 보정 정보와 상기 관측 정보를 참조하여 계산된 상기 편차 및 상기 평균 제곱근 오차 값 각각을 비교하여 상기 해상 환경 보정 모델을 검증할 수 있다.5C, the deviation and the root mean square error value calculated by referring to the wave prediction information predicted by RWW3 and the observation information for the maximum wave height information, period information, and wind speed information for each point, and marine environment correction information and The marine environment correction model may be verified by comparing each of the deviation calculated with reference to the observation information and the root mean square error value.
또한, 그래프를 확인하면, 상기 최대 파고 정보, 상기 주기 정보에 대해 상기 해상 환경 보정 정보와 상기 관측 정보를 참조하여 계산된 상기 편차를 상기 RWW3와 상기 관측 정보를 참조하여 계산된 상기 편차와 비교하였을 때, 대다수 지점에서 감소하였으며, 상기 풍속 정보는 상기 편차가 양의 값에서 음의 값으로 전환되는 특징을 보였고, 상기 평균 제곱근 오차 값을 비교하였을 때, 상기 최대 파고 정보, 상기 주기 정보, 상기 풍속 정보 모두 감소하여 상기 해상 환경 보정 모델의 보정 성능을 확인할 수 있다.In addition, when checking the graph, the deviation calculated by referring to the marine environment correction information and the observation information for the maximum wave height information and the period information was compared with the deviation calculated by referring to the RWW3 and the observation information. , decreased at most points, and the wind speed information showed a characteristic that the deviation was converted from a positive value to a negative value, and when the root mean square error value was compared, the maximum wave height information, the period information, and the wind speed All of the information is reduced, so that it is possible to confirm the correction performance of the marine environment correction model.
도 5d 및 도 5e를 참고하면, 유의 파고 구간별 및 예측 시간 별로 상기 유의 파고 정보에 대해 상기 RWW3에서 예측한 상기 파랑 예측 정보와 상기 관측 정보를 참조하여 계산된 상기 편차 및 평균 제곱근 오차 값과 상기 해상 환경 보정 정보와 상기 관측 정보를 참조하여 계산된 상기 편차 및 상기 평균 제곱근 오차 값 각각을 비교하여 상기 해상 환경 보정 모델을 검증할 수 있다.5D and 5E , the deviation and root mean square error values calculated by referring to the wave prediction information predicted by the RWW3 and the observation information for the significant wave height information for each significant wave height section and for each prediction time, and the The marine environment correction model may be verified by comparing each of the deviation and the root mean square error value calculated with reference to the marine environment correction information and the observation information.
또한, 그래프를 확인하면, 0~3m 및 전체 구간에서는 상기 해상 환경 보정 정보에서 보정된 예측 정보의 상기 편차가 소폭 증가하였으며, 3~5m 구간에서는 예측 초기에는 상기 편차가 소폭 증가하나 이후로 감소한 것을 확인할 수 있고, 5m 이상 구간에서는 예측 초기에는 상기 편차가 감소하였으나 시간이 지날수록 상기 편차가 증가한 것을 확인할 수 있다. 상기 평균 제곱근 오차 값은 모든 파고 구간에서 예측 시간 별로 감소하여 상기 해상 환경 보정 모델의 보정 성능을 확인할 수 있다.In addition, when checking the graph, the deviation of the prediction information corrected in the marine environment correction information increased slightly in the 0 to 3 m and entire section, and the deviation slightly increased at the beginning of the prediction in the 3 to 5 m section, but decreased thereafter It can be confirmed that, in the section of 5 m or longer, the deviation decreased at the beginning of the prediction, but it was confirmed that the deviation increased as time passed. The root mean square error value may decrease for each prediction time in all wave height sections, thereby confirming the correction performance of the marine environment correction model.
도 5f를 참조하면, 예측 시간 별로 최대 파고 정보, 주기 정보, 풍속 정보에 대해 상기 RWW3에서 예측한 상기 파랑 예측 정보와 상기 관측 정보를 참조하여 계산된 상기 편차 및 평균 제곱근 오차 값과 상기 해상 환경 보정 정보와 상기 관측 정보를 참조하여 계산된 상기 편차 및 상기 평균 제곱근 오차 값 각각을 비교하여 상기 해상 환경 보정 모델을 검증할 수 있다.Referring to FIG. 5F , the deviation and root mean square error values calculated by referring to the wave prediction information and the observation information predicted by the RWW3 for the maximum wave height information, period information, and wind speed information for each predicted time, and the marine environment correction The marine environment correction model may be verified by comparing each of the deviation and the root mean square error value calculated with reference to the information and the observation information.
또한, 그래프를 확인하면, 상기 최대 파고 정보, 상기 주기 정보, 상기 풍속 정보 모두 예측 시간에 관계없이 상기 편차 및 상기 평균 제곱근 오차 값이 감소하여 상기 해상 환경 보정 모델의 보정 성능을 확인할 수 있다.In addition, when the graph is checked, the deviation and the root mean square error value are reduced in all of the maximum wave height information, the period information, and the wind speed information regardless of the predicted time, thereby confirming the correction performance of the marine environment correction model.
도 6a 내지 도 6f는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 환경 보정 정보 모델의 학습이 완료된 상태에서, 파랑 예측 모델이 GWW3일 때, 검증 지점별 및 예측 시간 별로 유의 파고, 풍속에 대한 파랑 예측 모델과 해상 환경 보정 정보 모델의 편차 및 평균 제곱근 오차를 산출하여 해양 환경 보정 모델의 성능을 검증한 도면이다.6a to 6f show a wave prediction model for significant wave height and wind speed by verification point and prediction time when the wave prediction model is GWW3 in a state where the learning of the marine environment correction information model according to an embodiment of the present invention is completed; It is a diagram verifying the performance of the marine environment correction model by calculating the deviation and root mean square error of the marine environment correction information model.
도 6a를 참조하면, 상기 도 4a 및 도 4b에서 학습에 적용한 관측 지점(410)과 동일한 지점에 대해 검증을 하였으며, 지점별로 풍속 정보에 대해 GWW3에서 예측한 파랑 예측 정보와 관측 정보를 참조하여 계산된 편차 및 평균 제곱근 오차 값과 해상 환경 보정 정보와 상기 관측 정보를 참조하여 계산된 상기 편차 및 상기 평균 제곱근 오차 값 각각을 비교하여 해상 환경 보정 모델을 검증할 수 있다.Referring to FIG. 6A, the same point as the
또한, 그래프를 확인하면, 지점별로 상기 해상 환경 보정 정보와 상기 관측 정보를 참조하여 계산된 상기 편차 및 상기 평균 제곱근 오차 값을 상기 GWW3에서 예측한 상기 파랑 예측 정보와 상기 관측 정보를 참조하여 계산된 상기 편차 및 상기 평균 제곱근 오차와 비교하면, 상기 편차 값은 일부 지점에 한해 소폭 증가하였으나, 전체적으로 상기 해상 환경 보정 정보에서 계산된 상기 편차 및 상기 평균 제곱근 오차 값이 감소하여 상기 해상 환경 보정 모델의 보정 성능을 확인할 수 있다.In addition, when checking the graph, the deviation and the root mean square error value calculated by referring to the marine environment correction information and the observation information for each point are calculated by referring to the wave prediction information and the observation information predicted by the GWW3 Compared with the deviation and the root mean square error, the deviation value slightly increased only at some points, but the deviation calculated from the marine environment correction information and the root mean square error value decreased as a whole, so that the correction of the marine environment correction model You can check the performance.
도 6b 및 도 6c를 참조하면, 지점별로 유의 파고 정보에 대해 GWW3에서 예측한 파랑 예측 정보와 관측 정보를 참조하여 계산된 편차 및 평균 제곱근 오차 값과 해상 환경 보정 정보와 상기 관측 정보를 참조하여 계산된 상기 편차 및 상기 평균 제곱근 오차 값 각각을 비교하여 해상 환경 보정 모델을 검증할 수 있다.6b and 6c, the deviation and root mean square error values calculated by referring to the wave prediction information and observation information predicted by GWW3 for the significant wave height information for each point, and the marine environment correction information and the observation information are calculated by referring to the observation information The marine environment correction model may be verified by comparing each of the calculated deviation and the root mean square error value.
또한, 그래프를 확인하면, 상기 해상 환경 보정 정보와 상기 관측 정보를 참조하여 계산된 상기 편차 및 상기 평균 제곱근 오차 값을 상기 GWW3에서 예측한 상기 파랑 예측 정보와 상기 관측 정보를 참조하여 계산된 상기 편차 및 상기 평균 제곱근 오차와 비교하면, 모든 파고 구간에 대해 상기 해상 환경 보정 정보의 상기 편차 및 상기 평균 제곱근 오차 값이 감소하여 상기 해상 환경 보정 모델의 보정 성능을 확인할 수 있다.In addition, when checking the graph, the deviation calculated by referring to the marine environment correction information and the observation information and the wave prediction information predicted by the GWW3 for the root mean square error value and the deviation calculated by referring to the observation information and compared with the root mean square error, the deviation of the marine environment correction information and the root mean square error value are reduced for all wave height sections, thereby confirming the correction performance of the marine environment correction model.
도 6d 및 도 6e를 참조하면, 예측 시간 별로 상기 유의 파고 정보에 대해 상기 GWW3에서 예측한 상기 파랑 예측 정보와 상기 관측 정보를 참조하여 계산된 상기 편차 및 평균 제곱근 오차 값과 상기 해상 환경 보정 정보와 상기 관측 정보를 참조하여 계산된 상기 편차 및 상기 평균 제곱근 오차 값 각각을 비교하여 상기 해상 환경 보정 모델을 검증할 수 있다.6D and 6E, the deviation and root mean square error values calculated by referring to the wave prediction information predicted by the GWW3 with respect to the significant wave height information for each prediction time and the observation information, and the marine environment correction information and The marine environment correction model may be verified by comparing each of the deviation calculated with reference to the observation information and the root mean square error value.
또한, 그래프를 확인하면, 0~3m 구간에서는 상기 해상 환경 보정 정보에서 보정된 예측 정보의 상기 편차가 음의 값에서 양의 값으로 전환되었으며. 3~5m 구간에서는 예측 시간에 관계없이 상기 편차가 감소하였고, 5m 이상 구간에서는 예측 초기에는 상기 편차가 소폭 증가하였으나 시간이 지날수록 상기 편차가 감소한 것을 확인할 수 있다. 상기 평균 제곱근 오차 값은 모든 파고 구간에서 예측 시간 별로 감소하여 상기 해상 환경 보정 모델의 보정 성능을 확인할 수 있다.In addition, when checking the graph, the deviation of the prediction information corrected in the marine environment correction information was converted from a negative value to a positive value in the 0 to 3m section. In the interval of 3-5 m, the deviation decreased regardless of the prediction time, and in the interval of 5 m or longer, the deviation slightly increased at the beginning of the prediction, but it can be seen that the deviation decreased as time passed. The root mean square error value may decrease for each prediction time in all wave height sections, thereby confirming the correction performance of the marine environment correction model.
도 6f를 참조하면, 예측 시간 별로 상기 풍속 정보에 대해 상기 GWW3에서 예측한 상기 파랑 예측 정보와 상기 관측 정보를 참조하여 계산된 상기 편차 및 평균 제곱근 오차 값과 상기 해상 환경 보정 정보와 상기 관측 정보를 참조하여 계산된 상기 편차 및 상기 평균 제곱근 오차 값 각각을 비교하여 상기 해상 환경 보정 모델을 검증할 수 있다.6F, the deviation and root mean square error values calculated by referring to the wave prediction information predicted by the GWW3 and the observation information for the wind speed information for each prediction time, the marine environment correction information, and the observation information The marine environment correction model may be verified by comparing each of the calculated deviation and the root mean square error value with reference to each other.
또한, 그래프를 확인하면, 풍속 정보는 예측 시간에 관계없이 상기 편차 및 상기 평균 제곱근 오차 값이 감소하여 상기 해상 환경 보정 모델의 보정 성능을 확인할 수 있다.Also, when the graph is checked, the wind speed information reduces the deviation and the root mean square error value regardless of the predicted time, so that the correction performance of the marine environment correction model may be confirmed.
한편, 상기에서 검증한 이후 상기 각각의 지점 이외의 다른 지점에서도 해상 환경 보정 모델이 정확히 동작하는지를 확인할 수 있다.On the other hand, after the above verification, it can be confirmed whether the marine environment correction model operates correctly at points other than the respective points.
일례로 도 7a 및 도 7b는 파랑 예측 정보를 이용하여 해상 환경을 보정하는 멀티-레이어 기반의 해상 환경 보정 정보 모델의 미학습 지점의 검증을 위해 선정된 특정 지점들의 리스트 예시를 나타낸 도면이다.As an example, FIGS. 7A and 7B are diagrams illustrating an example of a list of specific points selected for verification of unlearned points of a multi-layer-based marine environment correction information model that corrects the marine environment using wave prediction information.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 상기 학습 및 검증을 위해 사용한 총 16개 관측 지점(410)을 확인할 수 있고, 추가로 미학습 지점의 검증을 위해 12곳을 선정하였으며, 그 중 10곳은 해양조사원 관측 지점(710)이고, 나머지 2곳은 기상청 관측 지점(720)이다. 상기 해양조사원 관측 지점(710) 및 상기 기상청 관측 지점(720) 각각에 대해 관측 지점 id, 지점명(영문명), 위도, 경도 정보 등을 확인할 수 있다.Referring to FIGS. 7A and 7B , a total of 16 observation points 410 used for the learning and verification can be identified, and 12 additionally selected non-learning points are selected for verification of non-learning points, of which 10 are the oceans. The
도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 환경 보정 정보 모델의 학습이 완료된 상태에서, 파랑 예측 모델이 RWW3일 때, 미학습 지점 중 선정된 검증 지점별 및 예측 시간 별로 유의 파고에 대한 파랑 예측 모델과 해상 환경 보정 모델의 편차 및 평균 제곱근 오차를 산출하여 해양 환경 정보 보정 모델의 성능을 검증하는 것을 나타낸 도면이다.8a to 8d show significant wave heights for each selected verification point and prediction time among non-learning points when the wave prediction model is RWW3 in a state where the learning of the marine environment correction information model according to an embodiment of the present invention is completed. It is a diagram showing the verification of the performance of the marine environment information correction model by calculating the deviation and root mean square error between the wave prediction model and the marine environment correction model for Korea.
도 8a 및 도 8b를 참조하면, 상기 도 7a 및 도 7b에서 선정한 상기 12곳의 상기 해양조사원 관측 지점(710) 및 상기 기상청 관측 지점(720)에 대해 검증 하였으며, 지점별로 유의 파고 정보에 대해 RWW3에서 예측한 파랑 예측 정보와 관측 정보를 참조하여 계산된 편차 및 평균 제곱근 오차 값과 해상 환경 보정 정보와 상기 관측 정보를 참조하여 계산된 상기 편차 및 상기 평균 제곱근 오차 값 각각을 비교하여 해상 환경 보정 모델의 보정 성능을 확인할 수 있다.Referring to FIGS. 8A and 8B , the 12 marine surveyor observation points 710 and the Korea Meteorological Administration observation points 720 selected in FIGS. 7A and 7B were verified, and RWW3 for significant wave height information for each point A marine environment correction model by comparing the deviation and root mean square error values calculated with reference to the wave prediction information predicted in the can check the calibration performance.
또한, 그래프를 확인하면, 상기 해양조사원 관측 지점(710) 및 상기 기상청 관측 지점(720)별로 상기 해상 환경 보정 정보와 상기 관측 정보를 참조하여 계산된 상기 편차 및 상기 평균 제곱근 오차 값을 상기 RWW3에서 예측한 상기 파랑 예측 정보와 상기 관측 정보를 참조하여 계산된 상기 편차 및 상기 평균 제곱근 오차와 비교하면, 0~1m, 1~2m 구간에서 상기 편차 값이 소폭 증가하였으며, 고파 구간으로 갈수록 상기 편차 값이 감소하는 경향을 확인할 수 있다. 또한, 0~1m, 1~2m, 2~3m 구간에서 상기 평균 제곱근 오차 값이 소폭 증가하였으며, 고파 구간으로 갈수록 상기 평균 제곱근 오차 값이 더 크게 감소하는 경향이 확인되어 상기 해상 환경 보정 모델의 보정 성능을 검증할 수 있다.In addition, when checking the graph, the deviation and the root mean square error value calculated with reference to the marine environment correction information and the observation information for each of the
도 8c 및 도 8d를 참조하면, 예측 시간 별로 상기 유의 파고 정보에 대해 상기 RWW3에서 예측한 상기 파랑 예측 정보와 상기 관측 정보를 참조하여 계산된 편차 및 평균 제곱근 오차 값과 해상 환경 보정 정보와 상기 관측 정보를 참조하여 계산된 상기 편차 및 상기 평균 제곱근 오차 값 각각을 비교하여 해상 환경 보정 모델의 보정 성능을 확인할 수 있다.8C and 8D , the deviation and root mean square error values calculated by referring to the wave prediction information predicted by the RWW3 and the observation information for the significant wave height information for each prediction time, and the marine environment correction information and the observation The correction performance of the marine environment correction model may be confirmed by comparing each of the deviation calculated with reference to the information and the root mean square error value.
또한, 그래프를 확인하면, 예측 시간 별로 상기 해양조사원 관측 지점(710) 및 상기 기상청 관측 지점(720)에서 상기 해상 환경 보정 정보와 상기 관측 정보를 참조하여 계산된 상기 편차 및 상기 평균 제곱근 오차의 평균 값을 상기 RWW3에서 예측한 상기 파랑 예측 정보와 상기 관측 정보를 참조하여 계산된 상기 편차 및 상기 평균 제곱근 오차의 평균 값과 비교하면, 0~3m 구간에서는 예측 시간에 관계없이 상기 편차 및 상기 평균 제곱근 오차의 평균 값 모두 소폭 증가하였으며, 3~5m 구간에서는 상기 편차의 평균 값의 경우 예측 초기에 소폭 증가하다가 36시간 이후로 감소하였고, 상기 평균 제곱근 오차의 평균 값의 경우는 감소한 것을 확인할 수 있다. 또한, 5m 이상 구간에서도 3m 구간과 유사하게 예측 초기에는 상기 편차의 평균 값이 소폭 증가하다가 일정 시간 이후에 감소하는 경향을 확인하였으며, 상기 평균 제곱근 오차의 평균 값은 예측 시간과 관계없이 감소하는 경향이 확인되어 상기 해상 환경 보정 모델의 보정 성능을 확인할 수 있다.In addition, when checking the graph, the average of the deviation and the root mean square error calculated by referring to the marine environment correction information and the observation information at the
결과적으로 본 발명에 따른 해상 환경 정보 보정 모델은 상기 특정 영역 전체에 대해서 상기 파랑 예측 모델보다 파랑에 대한 특정 요소들에 대해서는 더 정확한 보정 값을 출력하는 것을 알 수 있다.As a result, it can be seen that the marine environment information correction model according to the present invention outputs a more accurate correction value for specific elements of the wave than the wave prediction model for the entire specific region.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 파랑 예측 정보를 이용하여 해상 환경 정보를 보정하는 멀티-레이어 퍼셉트론 기반의 해상 환경 정보 보정 모델의 테스팅 장치를 나타낸 도면이다.9 is a diagram illustrating a testing apparatus for a multi-layer perceptron-based marine environment information correction model that corrects marine environment information using wave prediction information according to an embodiment of the present invention.
테스팅 장치(900)의 메모리(910)는 프로세서(920)에 의해 수행될 인스트럭션들을 저장할 수 있는데, 구체적으로, 인스트럭션들은 테스팅 장치(900)로 하여금 특정의 방식으로 기능하게 하기 위한 목적으로 생성되는 코드로서, 컴퓨터 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장될 수 있다. 인스트럭션들은 본 발명의 명세서에서 설명되는 기능들을 실행하기 위한 프로세스들을 수행할 수 있다.The
그리고, 테스팅 장치(900)의 프로세서(920)는 MPU(Micro Processing Unit) 또는 CPU(Central Processing Unit), 캐쉬 메모리(Cache Memory), 데이터 버스(Data Bus) 등의 하드웨어 구성을 포함할 수 있다. 또한, 운영체제, 특정 목적을 수행하는 애플리케이션의 소프트웨어 구성을 더 포함할 수도 있다.In addition, the
또한, 테스팅 장치(900)는 데이터베이스(미도시)와 연동될 수 있다. 여기서, 데이터베이스(미도시)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리), 램(Random Access Memory, RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(ReadOnly Memory, ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable ReadOnly Memory), PROM(Programmable ReadOnly Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있으며, 이에 한정되지 않으며 데이터를 저장할 수 있는 모든 매체를 포함할 수 있다. 또한, 데이터베이스(미도시)는 테스팅 장치(900)와 분리되어 설치되거나, 이와는 달리 테스팅 장치(900)의 내부에 설치되어 데이터를 전송하거나 수신되는 데이터를 기록할 수도 있고, 도시된 바와 달리 둘 이상으로 분리되어 구현될 수도 있으며, 이는 발명의 실시 조건에 따라 달라질 수 있다.Also, the
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 환경 보정 정보 모델의 검증이 완료된 상태에서, 파랑 예측 정보를 이용하여 해상 환경을 보정하는 멀티-레이어 기반의 해상 환경 보정 정보 모델을 테스팅하는 과정을 나타낸 도면이다.10 is a diagram illustrating a process of testing a multi-layer-based marine environment correction information model that corrects the marine environment using wave prediction information in a state where verification of the marine environment correction information model according to an embodiment of the present invention is completed; It is a drawing.
도 10을 참조하면, 해상 환경 보정 모델(330)은 학습 및 검증이 완료된 상태에서, 테스팅 장치가, 상기 특정 영역의 테스트용 대기 환경 정보를 이용하여 상기 특정 영역의 파랑을 예측한 테스트용 파랑 예측 정보를 획득할 수 있다.Referring to FIG. 10 , the marine
그리고, 테스팅 장치가, 상기 테스트용 파랑 예측 정보를 참조하여 상기 특정 영역 내의 테스트용 제1 지점 내지 테스트용 제k - 상기 k는 1 이상의 정수임 - 지점에서의 테스트용 제1 파랑 예측 정보 내지 테스트용 제k 파랑 예측 정보를 획득하고, 상기 테스트용 제1 파랑 예측 정보 내지 상기 테스트용 제k 파랑 예측 정보를 상기 해상 환경 정보 보정 모델에 입력하여 상기 해상 환경 정보 보정 모델로 하여금 업데이트된 파라메터를 이용하여 상기 테스트용 제1 파랑 예측 정보 내지 상기 테스트용 제k 파랑 예측 정보를 신경망 연산하여 상기 테스트용 제1 지점 내지 상기 테스트용 제k 지점 각각에 대응되는 테스트용 제1 해상 환경 보정 정보 내지 테스트용 제k 해상 환경 보정 정보를 출력하도록 할 수 있다.And, the testing device, with reference to the wave prediction information for the test, the first point for the test in the specific area to the k-th for the test - the k is an integer greater than or equal to 1 - the first wave prediction information for the test at the point Obtain the k-th wave prediction information, and input the first wave prediction information for the test to the k-th wave prediction information for the test into the marine environment information correction model to cause the marine environment information correction model to use the updated parameters Neural network calculation of the first wave prediction information for the test to the k-th wave prediction information for the test, and the first marine environment correction information for the test corresponding to each of the first point for the test to the k-th point for the test k It is possible to output marine environment correction information.
이때, 테스트용 제1 지점 내지 테스트용 제k 지점은, 상기 특정 영역의 그리드에서의 각각의 격자에 대응되는 지점일 수 있다.In this case, the first point for the test to the kth point for the test may be points corresponding to each grid in the grid of the specific area.
또한, 테스트용 제1 지점 내지 테스트용 제k 지점은, 학습 데이터 셋에서 관측 정보를 획득한 각각의 지점들을 포함하는 상기 특정 영역의 그리드에서 샘플링된 지점들일 수 있다.In addition, the first point for the test to the k-th point for the test may be points sampled from the grid of the specific region including the respective points at which observation information is obtained from the training data set.
또한, 상기 테스트용 파랑 예측 정보(1010)는 유의 파고 정보, 파향 정보, 파랑 주기 정보, 풍속 정보, 수심 정보 및 최대 파고 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.In addition, the test
상기 테스트용 파랑 예측 정보(1010)의 인자 중 상기 수심 정보는 상기 해상 환경 보정 모델(330)에 직접 입력하며, 상기 유의 파고 정보, 상기 파향 정보, 상기 파랑 주기 정보 및 상기 풍속 정보는 파랑 예측 모델에서 산출될 수 있다.Among the factors of the test
또한, 상기 파랑 예측 모델이 RWW3인 경우에 상기 최대 파고 정보는 상기 유의 파고 정보 및 상기 파랑 주기 정보를 참조하여 레일리 확률 밀도 함수에 적용하여 산출될 수 있다.Also, when the wave prediction model is RWW3, the maximum wave height information may be calculated by applying the Rayleigh probability density function with reference to the significant wave height information and the wave period information.
출력된 테스트용 해상 환경 보정 정보(1020)는 상기 테스트용 파랑 예측 정보(1010)을 업데이트 하기 위해 이용할 수 있다.The outputted test marine
즉, 상기 테스트용 해상 환경 보정 정보(1020)를 이용하여 상기 파랑 예측 모델에서 산출되는 상기 테스트용 파랑 예측 정보(1010)의 오차가 보정되면, 상기 테스트용 파랑 예측 정보의 정확도를 향상시켜 업데이트함으로써 보다 정확한 파랑 예측 정보를 제공할 수 있게 된다.That is, when the error of the test
또한, 출력된 상기 테스트용 해상 환경 보정 정보(1020)는 파랑 예측 정보의 정확도를 평가하는 데 이용될 수 있다.In addition, the outputted test marine
즉, 상기 테스트용 해상 환경 보정 정보(1020)를 이용하여 파랑 예측 정보를 검증하여 파랑 예측 정보의 정확성이 어느 정도인지를 확인하며, 파랑 예측 정보에 따른 파랑 정보를 제공할 것인지 여부를 판단할 수 있고, 이에 더하여, 파랑 예측 정보의 성능을 저하시키는 요인을 확인하여 파랑 예측 정보를 제공하는 파랑 예측 모델을 업데이트하도록 할 수 있다.That is, by verifying the wave prediction information using the marine
본 발명에 따른 인공지능 기반 보정 정보 산출 프로세스는 아래와 같은 이점을 제공할 수 있다.The artificial intelligence-based correction information calculation process according to the present invention may provide the following advantages.
구체적으로, (i) 종래의 파랑 예측 모델 산출자료보다 정확도가 향상된 보정 정보를 통해 신뢰성 높은 예측 정보를 제공 가능할 수 있고, (ii) 파랑 예측모델 산출 자료 중 상대적으로 정확도가 낮은 요소의 정확도를 향상시킬 수 있으며, (iii) 파랑은 바람에 의해 발생하고 성장하므로 보정 프로세스를 통해 풍속의 정확도를 향상시킨 다음 이를 파랑 예측모델의 외력으로 입력한다면 보다 정확한 파랑 예측을 기대할 수도 있을 것이다.Specifically, (i) it may be possible to provide reliable prediction information through correction information with improved accuracy than the conventional wave prediction model calculation data, and (ii) improve the accuracy of relatively low accuracy elements among the wave prediction model calculation data (iii) Since waves are generated and grown by wind, more accurate wave prediction can be expected if the accuracy of wind speed is improved through the correction process and then input as an external force of the wave prediction model.
즉, 본 발명에서 파랑 예측 정보를 상기 해상 환경 보정 모델(330)에 입력하여 해상 환경 보정 정보를 산출하는 프로세스를 대기 예측 모델에 적용할 수 있다.That is, in the present invention, the process of calculating the marine environment correction information by inputting the wave prediction information into the marine
가령, 상기 대기 예측 모델은 대기 중의 풍속 정보를 예측하는 모델로서, 현재까지는 수치해석 방법을 활용하여 산출하였으며, 본 발명의 인공지능 모델을 활용한 보정 프로세스를 상기 대기 예측 모델에 적용한다면 산출되는 상기 풍속 정보의 정확도를 향상시킬 수 있다.For example, the atmospheric prediction model is a model for predicting wind speed information in the atmosphere, and has been calculated using a numerical analysis method until now, and is calculated if the correction process using the AI model of the present invention is applied to the atmospheric prediction model. The accuracy of wind speed information can be improved.
또한, 산출된 상기 풍속 정보를 상기 파랑 예측 모델에 입력하면, 산출되는 상기 파랑 예측 정보의 정확도가 향상되어 보다 정확한 파랑 예측을 기대할 수 있다.In addition, when the calculated wind speed information is input to the wave prediction model, the accuracy of the calculated wave prediction information is improved, and more accurate wave prediction can be expected.
또한, 이상 설명된 본 발명에 따른 실시예들은 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록되는 프로그램 명령어는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령어를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령어의 예에는, 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함된다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명에 따른 처리를 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.In addition, the embodiments according to the present invention described above may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer components and recorded in a computer-readable recording medium. The computer-readable recording medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. The program instructions recorded on the computer-readable recording medium may be specially designed and configured for the present invention, or may be known and available to those skilled in the computer software field. Examples of the computer-readable recording medium include a hard disk, a magnetic medium such as a floppy disk and a magnetic tape, an optical recording medium such as a CD-ROM and DVD, and a magneto-optical medium such as a floppy disk. media), and hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include not only machine language codes such as those generated by a compiler, but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware device may be configured to operate as one or more software modules for carrying out the processing according to the present invention, and vice versa.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.In the above, the present invention has been described with specific matters such as specific components and limited embodiments and drawings, but these are provided to help a more general understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the above embodiments. , various modifications and variations can be devised from these descriptions by those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Accordingly, the spirit of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, and not only the claims described below, but also all modifications equivalently or equivalently to the claims described below belong to the scope of the spirit of the present invention. will do it
Claims (18)
(a) 학습 장치가, 제1 과거시점 내지 제m - 상기 m은 2 이상의 정수임 - 과거 시점 각각에서, 특정 영역의 제1 대기 환경 정보 내지 제m 대기 환경 정보 각각을 이용하여 상기 특정 영역의 파랑을 예측한 제1 파랑 예측 정보 내지 제m 파랑 예측 정보와, 상기 특정 영역 내의 제1 지점 내지 제n - 상기 n은 2 이상의 정수임 - 지점 각각에서 해상 환경 정보를 관측한 제1_1 관측 정보 내지 제m_n 관측 정보를 참조하여, 제i - 상기 i는 1 이상이며 m 이하인 정수임 - 과거 시점의 제j - 상기 j는 1 이상이며 n 이하인 정수임 - 지점에서의 파랑 예측 정보인 제i_j 파랑 예측 정보와 이에 대응되는 관측 정보인 제i_j 관측 정보를 학습 데이터 셋으로 획득하는 단계;
(b) 상기 학습 장치가, 상기 제i_j 파랑 예측 정보를 해상 환경 정보 보정 모델로 입력하여 상기 해상 환경 정보 보정 모델로 하여금 기설정된 파라메터를 이용하여 상기 제i_j 파랑 예측 정보를 신경망 연산하여 상기 제i 과거 시점의 제j 지점에서의 해상 환경 보정 정보의 보정 결과를 예측한 제i_j 해상 환경 보정 정보를 출력하도록 하는 단계; 및
(c) 상기 학습 장치가, 상기 제i_j 해상 환경 보정 정보와 상기 제i_j 관측 정보를 참조하여 로스를 생성하며, 상기 로스를 이용한 백프로파게이션을 통해 상기 해상 환경 정보 보정 모델의 상기 파라메터를 업데이트함으로써 상기 해상 환경 정보 보정 모델을 학습시키는 단계;
를 포함하는 방법.A method of learning a multi-layer perceptron-based marine environment information correction model that corrects marine environment information using wave prediction information, the method comprising:
(a) the learning apparatus uses each of the first to mth atmospheric environment information of the specific area in each of the past points in time - the first past time point to the mth - where m is an integer greater than or equal to 2 - the blue wave of the specific area 1st wave prediction information to m-th wave prediction information that predicted With reference to the observation information, i - the i is an integer greater than or equal to 1 and less than or equal to m - j th of the past time - the j is an integer greater than or equal to 1 and less than or equal to n - i_j wave prediction information, which is wave prediction information at the point, and its correspondence obtaining, as a learning data set, i_j observation information, which is observation information to be used;
(b) the learning apparatus inputs the i_j wave prediction information into a marine environment information correction model, and causes the marine environment information correction model to perform a neural network operation on the i_j wave prediction information using a preset parameter to calculate the ith outputting the i_j th marine environment correction information that predicts the correction result of the marine environment correction information at the j th point in the past; and
(c) the learning device generates a loss with reference to the i_jth marine environment correction information and the i_jth observation information, and updates the parameter of the marine environment information correction model through backpropagation using the loss learning the marine environment information correction model;
How to include.
상기 제i_j 관측 정보 및 상기 제i_j 해상 환경 보정 정보는 각각, 유의 파고 정보, 최대 파고 정보, 파랑 주기 정보, 및 풍속 정보 중 적어도 하나를 포함하는 방법.According to claim 1,
The i_jth observation information and the i_jth marine environment correction information each include at least one of significant wave height information, maximum wave height information, wave period information, and wind speed information.
상기 제i_j 관측 정보 및 상기 제i_j 해상 환경 보정 정보는 각각, 상기 제i_j 파랑 예측 정보가 RWW3(Regional Wave Watch-3)의 파랑 예측 모델에 대응될 경우에는 유의 파고 정보, 최대 파고 정보, 파랑 주기 정보, 및 풍속 정보를 포함하며, 상기 제i_j 파랑 예측 정보가 GWW3(Global Wave Watch-3)의 파랑 예측 모델에 대응될 경우에는 유의 파고 정보 및 풍속 정보를 포함하는 방법.According to claim 1,
The i_j observation information and the i_j sea environment correction information are significant wave height information, maximum wave height information, and wave period, respectively, when the i_j wave prediction information corresponds to a wave prediction model of RWW3 (Regional Wave Watch-3). information and wind speed information, and when the i_j wave prediction information corresponds to a wave prediction model of GWW3 (Global Wave Watch-3), a method of including significant wave height information and wind speed information.
상기 제i_j 파랑 예측 정보는, 유의 파고 정보, 파향 정보, 파랑 주기 정보, 풍속 정보, 수심 정보 및 최대 파고 정보 중 적어도 하나를 포함하는 방법.According to claim 1,
The i_j wave prediction information includes at least one of significant wave height information, wave direction information, wave period information, wind speed information, water depth information, and maximum wave height information.
파랑 예측 모델이 RWW3인 경우 최대 파고 정보는 상기 유의 파고 정보 및 상기 파랑 주기 정보를 참조하여 레일리 확률 밀도 함수(Rayleigh probability density function)에 적용해 산출되는 것을 특징으로 하는 방법.5. The method of claim 4,
When the wave prediction model is RWW3, the maximum wave height information is calculated by applying a Rayleigh probability density function with reference to the significant wave height information and the wave period information.
(d) 상기 학습 장치가, (i) 상기 제1 과거시점 내지 상기 제m 과거 시점 각각에서, 상기 특정 영역의 상기 제1 대기 환경 정보 내지 상기 제m 대기 환경 정보 각각을 이용하여 상기 특정 영역의 파랑을 예측한 상기 제1 파랑 예측 정보 내지 상기 제m 파랑 예측 정보와, 상기 특정 영역 내의 상기 제1 지점 내지 상기 제n 지점 각각에서 상기 해상 환경 정보를 관측한 제1_1 관측 정보 내지 제m_n 관측 정보를 참조하여, 제s - 상기 s는 1 이상이며 m 이하인 정수임 - 과거 시점의 제t - 상기 t는 1 이상이며 n 이하인 정수임 - 지점에서의 파랑 예측 정보인 제s_t 파랑 예측 정보와 이에 대응되는 관측 정보인 제s_t 관측 정보를 검증 데이터 셋으로 획득하고, (ii) 상기 제s_t 파랑 예측 정보를 상기 해상 환경 정보 보정 모델로 입력하여 상기 해상 환경 정보 보정 모델로 하여금 업데이트된 파라메터를 이용하여 상기 제s_t 파랑 예측 정보를 신경망 연산하여 상기 제s 과거 시점의 제t 지점에서의 해상 환경 보정 정보의 보정 결과를 예측한 제s_t 해상 환경 보정 정보를 출력하도록 하며, 및 (iii) 상기 제s_t 파랑 예측 정보와 상기 제s_t 관측 정보를 참조하여 제1 편차(bias) 및 평균 제곱급 오차(RMSE)를 연산하고, 상기 제s_t 해상 환경 보정 정보와 상기 제s_t 관측 정보를 참조하여 제2 편차 및 평균 제곱근 오차를 연산하며, 상기 제1 편차 및 평균 제곱근 오차와 상기 제2 편차 및 평균 제곱근 오차를 참조하여 상기 해상 환경 정보 보정 모델의 성능을 검증하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.According to claim 1,
(d) the learning apparatus, (i) at each of the first past time point to the mth past time point, using each of the first atmospheric environment information to the mth atmospheric environment information of the specific area, The first wave prediction information to the mth wave prediction information for predicting a wave, and 1_1st observation information to m_nth observation information for observing the marine environment information at each of the first point to the nth point within the specific area With reference to, s-th - s is an integer greater than or equal to 1 and less than or equal to m - th of a past time - t is an integer greater than or equal to 1 and less than or equal to n - s_t wave prediction information and corresponding observations that are wave prediction information at a point Obtaining s_t observation information, which is information, as a verification data set, (ii) inputting the s_t wave prediction information into the marine environment information correction model to cause the marine environment information correction model to use the updated parameter to make the s_t Neural network operation on the wave prediction information to output the s_t sea environment correction information that predicts the correction result of the marine environment correction information at the t th point of the s th past time point, and (iii) the s_t wave prediction information and A first bias and a mean square error (RMSE) are calculated with reference to the s_t observation information, and a second deviation and a root mean square error are calculated with reference to the s_t sea environment correction information and the s_t observation information. calculating and verifying the performance of the marine environment information correction model with reference to the first deviation and root mean square error and the second deviation and root mean square error;
Method, characterized in that it further comprises.
(a) 학습 장치에 의해, (i) 제1 과거시점 내지 제m - 상기 m은 2 이상의 정수임 - 과거 시점 각각에서, 학습용 특정 영역의 학습용 제1 대기 환경 정보 내지 학습용 제m 대기 환경 정보 각각을 이용하여 상기 학습용 특정 영역의 파랑을 예측한 학습용 제1 파랑 예측 정보 내지 학습용 제m 파랑 예측 정보와, 상기 특정 영역 내의 학습용 제1 지점 내지 학습용 제n - 상기 n은 2 이상의 정수임 - 지점 각각에서 해상 환경 정보를 관측한 학습용 제1_1 관측 정보 내지 학습용 제m_n 관측 정보를 참조하여, 제i - 상기 i는 1 이상이며 m 이하인 정수임 - 과거 시점의 제j - 상기 j는 1 이상이며 n 이하인 정수임 - 지점에서의 파랑 예측 정보인 학습용 제i_j 파랑 예측 정보와 이에 대응되는 관측 정보인 학습용 제i_j 관측 정보를 학습 데이터 셋으로 획득하는 프로세스; (ii) 상기 학습용 제i_j 파랑 예측 정보를 해상 환경 정보 보정 모델로 입력하여 상기 해상 환경 정보 보정 모델로 하여금 기설정된 파라메터를 이용하여 상기 학습용 제i_j 파랑 예측 정보를 신경망 연산하여 상기 제i 과거 시점의 제j 지점에서의 학습용 해상 환경 보정 정보의 보정 결과를 예측한 학습용 제i_j 해상 환경 보정 정보를 출력하도록 하는 프로세스, 및 (iii) 상기 학습용 제i_j 해상 환경 보정 정보와 상기 학습용 제i_j 관측 정보를 참조하여 로스를 생성하며, 상기 로스를 이용한 백프로파게이션을 통해 상기 해상 환경 정보 보정 모델의 상기 파라메터를 업데이트함으로써 상기 해상 환경 정보 보정 모델을 학습시키는 프로세스를 수행한 상태에서, 테스팅 장치가, 상기 특정 영역의 테스트용 대기 환경 정보를 이용하여 상기 특정 영역의 파랑을 예측한 테스트용 파랑 예측 정보를 획득하는 단계; 및
(b) 상기 테스팅 장치가, 상기 테스트용 파랑 예측 정보를 참조하여 상기 특정 영역 내의 테스트용 제1 지점 내지 테스트용 제k - 상기 k는 1 이상의 정수임 - 지점에서의 테스트용 제1 파랑 예측 정보 내지 테스트용 제k 파랑 예측 정보를 획득하고, 상기 테스트용 제1 파랑 예측 정보 내지 상기 테스트용 제k 파랑 예측 정보를 상기 해상 환경 정보 보정 모델에 입력하여 상기 해상 환경 정보 보정 모델로 하여금 업데이트된 파라메터를 이용하여 상기 테스트용 제1 파랑 예측 정보 내지 상기 테스트용 제k 파랑 예측 정보를 신경망 연산하여 상기 테스트용 제1 지점 내지 상기 테스트용 제k 지점 각각에 대응되는 테스트용 제1 해상 환경 보정 정보 내지 테스트용 제k 해상 환경 보정 정보를 출력하도록 하는 단계;
를 포함하는 방법.A method of testing a multi-layer perceptron-based marine environment information correction model that corrects marine environment information using wave prediction information, the method comprising:
(a) by the learning device, (i) the first past time point to the mth - wherein m is an integer greater than or equal to 2 - At each of the past time points, each of the first atmospheric environment information for learning to the mth atmospheric environment information for learning of a specific area for learning The first wave prediction information for learning to the m-th wave prediction information for learning that predicted the wave of the specific region for learning by using the With reference to the first observation information for learning observing the environmental information and the m_n-th observation information for learning, i - the i is an integer greater than or equal to 1 and less than or equal to m - j-th of the past time - the j is an integer greater than or equal to 1 and less than or equal to n - point a process of obtaining, as a training data set, i_j-th wave prediction information for learning, which is wave prediction information, and i_j-th observation information for learning, which is observation information corresponding thereto; (ii) input the i_j wave prediction information for learning into the marine environment information correction model to cause the marine environment information correction model to calculate the i_j wave prediction information for learning by using a preset parameter with a neural network of the i-th past time point a process of outputting the i_j-th marine environment correction information for learning that predicted the correction result of the marine environment correction information for learning at the j-th point, and (iii) refer to the i_j sea environment correction information for learning and the i_j observation information for learning to generate a loss, and in a state in which the process of learning the marine environment information correction model by updating the parameters of the marine environment information correction model through backpropagation using the loss is performed, the testing device is configured in the specific area obtaining test wave prediction information for predicting a wave in the specific area by using the test atmospheric environment information; and
(b) the testing device, with reference to the wave prediction information for the test, the first point for the test within the specific area to the k-th for the test - the k is an integer greater than or equal to 1 - the first wave prediction information for the test at the point Obtain the k-th wave prediction information for testing, and input the first wave prediction information for the test to the k-th wave prediction information for the test into the marine environment information correction model to cause the marine environment information correction model to update the parameters By using the neural network calculation of the first wave prediction information for the test to the k-th wave prediction information for the test, the first marine environment correction information or test for the test corresponding to each of the first point for the test to the k-th point for the test for outputting k-th marine environment correction information;
How to include.
(c) 상기 테스팅 장치가, 상기 테스트용 제1 해상 환경 보정 정보 내지 상기 테스트용 제k 해상 환경 보정 정보를 이용하여 상기 테스트용 파랑 예측 정보를 업데이트하거나, 상기 테스트용 제1 해상 환경 보정 정보 내지 상기 테스트용 제k 해상 환경 보정 정보를 참조하여 상기 테스트용 파랑 예측 정보의 정확도를 평가하는 단계;
를 더 포함하는 방법.8. The method of claim 7,
(c) the testing device updates the wave prediction information for the test by using the first sea environment correction information for the test to the k-th sea environment correction information for the test, or the first sea environment correction information for the test evaluating the accuracy of the wave prediction information for the test with reference to the k-th marine environment correction information for the test;
How to include more.
상기 테스트용 파랑 예측 정보는, 유의 파고 정보, 파향 정보, 파랑 주기 정보, 풍속 정보, 수심 정보 및 최대 파고 정보 중 적어도 하나를 포함하는 방법.8. The method of claim 7,
The test wave prediction information includes at least one of significant wave height information, wave direction information, wave period information, wind speed information, water depth information, and maximum wave height information.
인스트럭션들을 저장하는 적어도 하나의 메모리; 및
상기 인스트럭션들을 실행하기 위해 구성된 적어도 하나의 프로세서;를 포함하되,
상기 프로세서가, (I) 제1 과거시점 내지 제m - 상기 m은 2 이상의 정수임 - 과거 시점 각각에서, 특정 영역의 제1 대기 환경 정보 내지 제m 대기 환경 정보 각각을 이용하여 상기 특정 영역의 파랑을 예측한 제1 파랑 예측 정보 내지 제m 파랑 예측 정보와, 상기 특정 영역 내의 제1 지점 내지 제n - 상기 n은 2 이상의 정수임 - 지점 각각에서 해상 환경 정보를 관측한 제1_1 관측 정보 내지 제m_n 관측 정보를 참조하여, 제i - 상기 i는 1 이상이며 m 이하인 정수임 - 과거 시점의 제j - 상기 j는 1 이상이며 n 이하인 정수임 - 지점에서의 파랑 예측 정보인 제i_j 파랑 예측 정보와 이에 대응되는 관측 정보인 제i_j 관측 정보를 학습 데이터 셋으로 획득하는 프로세스; (II) 상기 제i_j 파랑 예측 정보를 해상 환경 정보 보정 모델로 입력하여 상기 해상 환경 정보 보정 모델로 하여금 기설정된 파라메터를 이용하여 상기 제i_j 파랑 예측 정보를 신경망 연산하여 상기 제i 과거 시점의 제j 지점에서의 해상 환경 보정 정보의 보정 결과를 예측한 제i_j 해상 환경 보정 정보를 출력하도록 하는 프로세스; 및 (III) 상기 제i_j 해상 환경 보정 정보와 상기 제i_j 관측 정보를 참조하여 로스를 생성하며, 상기 로스를 이용한 백프로파게이션을 통해 상기 해상 환경 정보 보정 모델의 상기 파라메터를 업데이트함으로써 상기 해상 환경 정보 보정 모델을 학습시키는 프로세스;를 수행하는 것을 특징으로 하는 학습 장치.A learning apparatus for learning a multi-layer perception-based marine environment information correction model that corrects marine environment information using wave prediction information,
at least one memory storing instructions; and
at least one processor configured to execute the instructions;
The processor, (I) a first past time point to mth - where m is an integer greater than or equal to 2 - At each past time point, the blue wave of the specific area using each of the first atmospheric environment information to the mth atmospheric environment information of the specific area 1st wave prediction information to m-th wave prediction information that predicted With reference to the observation information, i - the i is an integer greater than or equal to 1 and less than or equal to m - j th of the past time - the j is an integer greater than or equal to 1 and less than or equal to n - i_j wave prediction information, which is wave prediction information at the point, and its correspondence a process of acquiring i_j observation information, which is the observation information to be used, as a learning data set; (II) input the i_j wave prediction information into a marine environment information correction model to cause the marine environment information correction model to perform a neural network operation on the i_j wave prediction information using a preset parameter to calculate the j-th of the i-th past time point a process of outputting the i_jth marine environment correction information that predicts the correction result of the marine environment correction information at the point; and (III) generating a loss with reference to the i_jth marine environment correction information and the i_j observation information, and updating the parameters of the marine environment information correction model through backpropagation using the loss. A learning apparatus characterized by performing; a process of learning the correction model.
상기 제i_j 관측 정보 및 상기 제i_j 해상 환경 보정 정보는 각각, 유의 파고 정보, 최대 파고 정보, 파랑 주기 정보, 및 풍속 정보 중 적어도 하나를 포함하는 학습 장치.11. The method of claim 10,
The i_j observation information and the i_j sea environment correction information each include at least one of significant wave height information, maximum wave height information, wave period information, and wind speed information.
상기 제i_j 관측 정보 및 상기 제i_j 해상 환경 보정 정보는 각각, 상기 제i_j 파랑 예측 정보가 RWW3(Regional Wave Watch-3)의 파랑 예측 모델에 대응될 경우에는 유의 파고 정보, 최대 파고 정보, 파랑 주기 정보, 및 풍속 정보를 포함하며, 상기 제i_j 파랑 예측 정보가 GWW3(Global Wave Watch-3)의 파랑 예측 모델에 대응될 경우에는 유의 파고 정보 및 풍속 정보를 포함하는 학습 장치.11. The method of claim 10,
The i_j observation information and the i_j sea environment correction information are significant wave height information, maximum wave height information, and wave period, respectively, when the i_j wave prediction information corresponds to a wave prediction model of RWW3 (Regional Wave Watch-3). Information and wind speed information, and when the i_j wave prediction information corresponds to a wave prediction model of GWW3 (Global Wave Watch-3), a learning apparatus including significant wave height information and wind speed information.
상기 제i_j 파랑 예측 정보는, 유의 파고 정보, 파향 정보, 파랑 주기 정보, 풍속 정보, 수심 정보 및 최대 파고 정보 중 적어도 하나를 포함하는 학습 장치.11. The method of claim 10,
The i_j wave prediction information is a learning apparatus including at least one of significant wave height information, wave direction information, wave period information, wind speed information, water depth information, and maximum wave height information.
파랑 예측 모델이 RWW3인 경우 최대 파고 정보는 상기 유의 파고 정보 및 상기 파랑 주기 정보를 참조하여 레일리 확률 밀도 함수에 적용해 산출되는 것을 특징으로 하는 학습장치.14. The method of claim 13,
When the wave prediction model is RWW3, the maximum wave height information is calculated by applying the Rayleigh probability density function with reference to the significant wave height information and the wave period information.
상기 프로세서가, (IV) (i) 상기 제1 과거시점 내지 상기 제m 과거 시점 각각에서, 상기 특정 영역의 상기 제1 대기 환경 정보 내지 상기 제m 대기 환경 정보 각각을 이용하여 상기 특정 영역의 파랑을 예측한 상기 제1 파랑 예측 정보 내지 상기 제m 파랑 예측 정보와, 상기 특정 영역 내의 상기 제1 지점 내지 상기 제n 지점 각각에서 상기 해상 환경 정보를 관측한 제1_1 관측 정보 내지 제m_n 관측 정보를 참조하여, 제s - 상기 s는 1 이상이며 m 이하인 정수임 - 과거 시점의 제t - 상기 t는 1 이상이며 n 이하인 정수임 - 지점에서의 파랑 예측 정보인 제s_t 파랑 예측 정보와 이에 대응되는 관측 정보인 제s_t 관측 정보를 검증 데이터 셋으로 획득하고, (ii) 상기 제s_t 파랑 예측 정보를 상기 해상 환경 정보 보정 모델로 입력하여 상기 해상 환경 정보 보정 모델로 하여금 업데이트된 파라메터를 이용하여 상기 제s_t 파랑 예측 정보를 신경망 연산하여 상기 제s 과거 시점의 제t 지점에서의 해상 환경 보정 정보의 보정 결과를 예측한 제s_t 해상 환경 보정 정보를 출력하도록 하며, 및 (iii) 상기 제s_t 파랑 예측 정보와 상기 제s_t 관측 정보를 참조하여 제1 편차(bias) 및 평균 제곱급 오차(RMSE)를 연산하고, 상기 제s_t 해상 환경 보정 정보와 상기 제s_t 관측 정보를 참조하여 제2 편차 및 평균 제곱근 오차를 연산하며, 상기 제1 편차 및 평균 제곱근 오차와 상기 제2 편차 및 평균 제곱근 오차를 참조하여 상기 해상 환경 정보 보정 모델의 성능을 검증하는 프로세스를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 학습 장치.11. The method of claim 10,
the processor, (IV) (i) in each of the first past time point to the mth past time point, using each of the first atmospheric environment information to the mth atmospheric environment information of the specific area, the blue wave of the specific area The first wave prediction information to the m-th wave prediction information that predicted For reference, s th - the s is an integer greater than or equal to 1 and less than or equal to m - th of the past time - t is an integer greater than or equal to 1 and less than or equal to n - s_t th wave prediction information at a point and corresponding observation information s_t observation information is obtained as a verification data set, and (ii) the s_t wave prediction information is input to the marine environment information correction model to cause the marine environment information correction model to use the updated parameter to make the s_t wave Neural network calculation of the prediction information to output the s_t-th marine environment correction information that predicts the correction result of the marine environment correction information at the t-th point of the s-th past time point, and (iii) the s_t wave prediction information and the A first bias and a mean square error (RMSE) are calculated with reference to the s_t observation information, and a second deviation and a root mean square error are calculated with reference to the s_t sea environment correction information and the s_t observation information. and a process of verifying the performance of the marine environment information correction model with reference to the first deviation and root mean square error and the second deviation and root mean square error.
인스트럭션들을 저장하는 적어도 하나의 메모리; 및
상기 인스트럭션들을 실행하기 위해 구성된 적어도 하나의 프로세서;를 포함하되,
상기 프로세서가, (I) 학습 장치에 의해, (i) 제1 과거시점 내지 제m - 상기 m은 2 이상의 정수임 - 과거 시점 각각에서, 학습용 특정 영역의 학습용 제1 대기 환경 정보 내지 학습용 제m 대기 환경 정보 각각을 이용하여 상기 학습용 특정 영역의 파랑을 예측한 학습용 제1 파랑 예측 정보 내지 학습용 제m 파랑 예측 정보와, 상기 특정 영역 내의 학습용 제1 지점 내지 학습용 제n - 상기 n은 2 이상의 정수임 - 지점 각각에서 해상 환경 정보를 관측한 학습용 제1_1 관측 정보 내지 학습용 제m_n 관측 정보를 참조하여, 제i - 상기 i는 1 이상이며 m 이하인 정수임 - 과거 시점의 제j - 상기 j는 1 이상이며 n 이하인 정수임 - 지점에서의 파랑 예측 정보인 학습용 제i_j 파랑 예측 정보와 이에 대응되는 관측 정보인 학습용 제i_j 관측 정보를 학습 데이터 셋으로 획득하는 프로세스; (ii) 상기 학습용 제i_j 파랑 예측 정보를 해상 환경 정보 보정 모델로 입력하여 상기 해상 환경 정보 보정 모델로 하여금 기설정된 파라메터를 이용하여 상기 학습용 제i_j 파랑 예측 정보를 신경망 연산하여 상기 제i 과거 시점의 제j 지점에서의 학습용 해상 환경 보정 정보의 보정 결과를 예측한 학습용 제i_j 해상 환경 보정 정보를 출력하도록 하는 프로세스, 및 (iii) 상기 학습용 제i_j 해상 환경 보정 정보와 상기 학습용 제i_j 관측 정보를 참조하여 로스를 생성하며, 상기 로스를 이용한 백프로파게이션을 통해 상기 해상 환경 정보 보정 모델의 상기 파라메터를 업데이트함으로써 상기 해상 환경 정보 보정 모델을 학습시키는 프로세스를 수행한 상태에서, 상기 특정 영역의 테스트용 대기 환경 정보를 이용하여 상기 특정 영역의 파랑을 예측한 테스트용 파랑 예측 정보를 획득하는 프로세스; 및 (II) 상기 테스트용 파랑 예측 정보를 참조하여 상기 특정 영역 내의 테스트용 제1 지점 내지 테스트용 제k - 상기 k는 1 이상의 정수임 - 지점에서의 테스트용 제1 파랑 예측 정보 내지 테스트용 제k 파랑 예측 정보를 획득하고, 상기 테스트용 제1 파랑 예측 정보 내지 상기 테스트용 제k 파랑 예측 정보를 상기 해상 환경 정보 보정 모델에 입력하여 상기 해상 환경 정보 보정 모델로 하여금 업데이트된 파라메터를 이용하여 상기 테스트용 제1 파랑 예측 정보 내지 상기 테스트용 제k 파랑 예측 정보를 신경망 연산하여 상기 테스트용 제1 지점 내지 상기 테스트용 제k 지점 각각에 대응되는 테스트용 제1 해상 환경 보정 정보 내지 테스트용 제k 해상 환경 보정 정보를 출력하도록 하는 프로세스;를 수행하는 테스팅 장치.In the testing apparatus for testing a multi-layer perception-based marine environment information correction model that corrects marine environment information using wave prediction information,
at least one memory storing instructions; and
at least one processor configured to execute the instructions;
The processor, (I) by the learning device, (i) the first past time point to the m-th - The m is an integer greater than or equal to 2 - At each of the past time points, the first standby environment information for learning or the m-th standby for learning of the specific area for learning The first wave prediction information for learning to the m-th wave prediction information for learning that predicted the wave of the specific area for learning by using each of the environmental information, and the first point for learning and the n-th for learning within the specific area - The n is an integer of 2 or more - With reference to the first 1_1 observation information for learning to the m_n-th observation information for learning that observed the marine environment information at each point, i - the i is an integer greater than or equal to 1 and less than or equal to m - the jth of the past time - the j is greater than or equal to 1 and n an integer equal to or less than - a process of acquiring, as a learning data set, i_j wave prediction information for learning that is wave prediction information at a point and i_j observation information for learning that is observation information corresponding thereto; (ii) input the i_j wave prediction information for learning into the marine environment information correction model to cause the marine environment information correction model to calculate the i_j wave prediction information for learning by using a preset parameter with a neural network of the i-th past time point a process of outputting the i_j-th marine environment correction information for learning that predicted the correction result of the marine environment correction information for learning at the j-th point, and (iii) refer to the i_j sea environment correction information for learning and the i_j observation information for learning to generate a loss, and in a state in which the process of learning the marine environment information correction model by updating the parameters of the marine environment information correction model through backpropagation using the loss is performed, the test standby of the specific area a process of obtaining wave prediction information for a test in which a wave of the specific area is predicted using environment information; and (II) the first point for testing to the k-th for testing within the specific area with reference to the wave prediction information for the test - The k is an integer greater than or equal to 1 - The first wave prediction information for testing at the point to the k-th for testing Obtaining wave prediction information, inputting the first wave prediction information for the test to the k-th wave prediction information for the test into the marine environment information correction model causes the marine environment information correction model to perform the test using the updated parameters For the first wave prediction information for the test, the neural network calculates the k-th wave prediction information for the test, and the first sea environment correction information for the test or the k-th sea for the test corresponding to each of the first point for the test to the k-th point for the test A testing device that performs a process for outputting environmental correction information.
상기 프로세서가, (III) 상기 테스트용 제1 해상 환경 보정 정보 내지 상기 테스트용 제k 해상 환경 보정 정보를 이용하여 상기 테스트용 파랑 예측 정보를 업데이트하거나, 상기 테스트용 제1 해상 환경 보정 정보 내지 상기 테스트용 제k 해상 환경 보정 정보를 참조하여 상기 테스트용 파랑 예측 정보의 정확도를 평가하는 프로세스; 를 더 수행하는 테스팅 장치.17. The method of claim 16,
The processor (III) updates the wave prediction information for the test by using the first sea environment correction information for the test to the k-th sea environment correction information for the test, or the first sea environment correction information for the test or the test a process of evaluating the accuracy of the wave prediction information for the test with reference to the k-th marine environment correction information for the test; A testing device to perform further.
상기 테스트용 파랑 예측 정보는, 유의 파고 정보, 파향 정보, 파랑 주기 정보, 풍속 정보, 수심 정보 및 최대 파고 정보 중 적어도 하나를 포함하는 테스팅 장치.17. The method of claim 16,
The test wave prediction information includes at least one of significant wave height information, wave direction information, wave period information, wind speed information, water depth information, and maximum wave height information.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN117909666A (en) * | 2024-03-19 | 2024-04-19 | 青岛哈尔滨工程大学创新发展中心 | Intelligent sea wave correction method and system integrating numerical mode and deep learning |
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