표제지
국문 요약
Abstract
목차
제1장 서론 14
1.1. 연구 배경 및 목적 14
1.2. 연구동향 20
1.2.1. 정성적 군집분석에 관한 연구 20
1.2.2. 머신러닝 기반의 군집분석에 관한 연구 24
1.2.3. 호우피해 예측에 관한 연구 27
1.3. 선행 연구의 시사점 도출 및 차별성 29
1.3.1. 계층적 군집을 활용한 호우피해 지역 군집 29
1.3.2. 연 단위의 티센망 구축 31
1.3.3. 딥러닝 모형을 활용한 호우피해 예측 모형 개발 31
1.3.4. 호우피해 예측 모형에 최적화 기법 적용 31
1.4. 연구 내용 및 범위 32
(1) 전국 호우피해 자료 수집 및 전처리 32
(2) 전국 기상자료 수집 및 전처리 34
(3) 계층적 군집분석을 활용한 행정구역 군집 34
(4) 군집별 강우에 의한 범주형 피해 금액 자료 산정 34
(5) 군집별 호우피해 예측 모형 개발 35
제2장 군집별 호우피해 예측 모형 개발을 위한 방법론 36
2.1. 계층적 군집분석 36
2.2. 다중선형회귀 모형 37
2.3. 머신러닝 기법 38
2.3.1. 랜덤 포레스트 38
2.3.2. 의사결정나무 39
2.4. 딥러닝 기법 40
2.4.1. 심층신경망 40
2.4.2. 장단기메모리 41
2.5. 유전 알고리즘 43
2.6. NRMSE 평가지표 44
제3장 머신러닝 기반의 시·군·구 지역 군집분석 46
3.1. 전국 행정구역 정보 47
3.2. 자료수집 및 전처리 50
3.2.1. NDMS 기반의 호우피해 자료수집 및 전처리 50
3.2.2. 기상자료 수집 및 전처리 56
3.3. 호우피해액 및 최대 강우강도를 이용한 머신러닝 기반의 군집분석 62
3.3.1. 군집분석을 위한 자료 63
3.3.2. 머신러닝 기반의 계층적 군집분석 65
제4장 군집별 호우피해 예측 모형 개발 95
4.1. 누적분포함수를 활용한 범주형 자료 산정 95
4.2. 호우피해 예측을 위한 독립변수 선정 99
4.3. 머신러닝 기반의 호우피해 예측 모형 개발 및 적용 103
4.3.1. 다중선형회귀 모형 104
4.3.2. 랜덤 포레스트 모형 105
4.3.3. 의사결정나무 모형 109
4.3.4. 심층신경망 모형 113
4.3.5. 장단기메모리 모형 118
4.3.6. 군집별 호우피해 예측 모형 결과 123
제5장 결론 125
참고 문헌 132
〈표 1.1〉 국내외 호우특보 발령기준 17
〈표 3.1〉 2021년 기준 전국 시·도 및 시·군·구 현황 49
〈표 3.2〉 2021년 광주광역시 서구 피해발생 현황(NDMS) 52
〈표 3.3〉 2013년 경기도 포천시 피해발생 현황(NDMS) 65
〈표 3.4〉 군집분석을 진행하기 위해 사용된 변수 65
〈표 3.5〉 지역명에 대한 지역코드 81
〈표 4.1〉 군집1 호우피해액 및 누적강우 누적분포함수 97
〈표 4.2〉 군집2 호우피해액 및 누적강우 누적분포함수 97
〈표 4.3〉 군집3 호우피해액 및 누적강우 누적분포함수 98
〈표 4.4〉 군집별 호우피해액 예측 모형 개발을 위한 변수 100
〈표 4.5〉 다중선형회귀 모형 예측결과 105
〈표 4.6〉 랜덤 포레스트 모형 예측결과 109
〈표 4.7〉 의사결정나무 모형 예측결과 112
〈표 4.8〉 심층신경망 모형 예측결과 117
〈표 4.9〉 장단기메모리 모형 예측결과 122
〈표 4.10〉 예측 모형의 최종 결과 123
〈그림 1.1〉 연구흐름도 33
〈그림 2.1〉 계층적 군집 구조 37
〈그림 2.2〉 랜덤 포레스트 구조 39
〈그림 2.3〉 의사결정나무 구조 40
〈그림 2.4〉 심층신경망 구조 41
〈그림 2.5〉 장단기메모리 구조 42
〈그림 2.6〉 유전 알고리즘 구조 44
〈그림 3.1〉 전국 행정구역 48
〈그림 3.2〉 호우피해액 히스토그램 55
〈그림 3.3〉 호우피해액 히스토그램(log10) 56
〈그림 3.4〉 2023년 기준 운영되고 있는 종관기상관측 58
〈그림 3.5〉 2023년 기준 운영되고 있는 방재기상관측 60
〈그림 3.6〉 2021년 기준 운영되고 있는 기상관측소에 대한 티센다각형 61
〈그림 3.7〉 2013년 호우사상에 의한 최대 호우피해액 덴드로그램 67
〈그림 3.8〉 2013년 호우사상에 의한 최대 호우피해액 군집1 덴드로그램 67
〈그림 3.9〉 2013년 호우사상에 의한 최대 호우피해액 군집2 덴드로그램 68
〈그림 3.10〉 2013년 호우사상에 의한 최대 호우피해액 군집3 덴드로그램 68
〈그림 3.11〉 2014년 호우사상에 의한 최대 호우피해액 덴드로그램 68
〈그림 3.12〉 2014년 호우사상에 의한 최대 호우피해액 군집1 덴드로그램 69
〈그림 3.13〉 2014년 호우사상에 의한 최대 호우피해액 군집2 덴드로그램 69
〈그림 3.14〉 2014년 호우사상에 의한 최대 호우피해액 군집3 덴드로그램 70
〈그림 3.15〉 2017년 호우사상에 의한 최대 호우피해액 덴드로그램 70
〈그림 3.16〉 2017년 호우사상에 의한 최대 호우피해액 군집1 덴드로그램 71
〈그림 3.17〉 2017년 호우사상에 의한 최대 호우피해액 군집2 덴드로그램 71
〈그림 3.18〉 2017년 호우사상에 의한 최대 호우피해액 군집3 덴드로그램 72
〈그림 3.19〉 2020년 호우사상에 의한 최대 호우피해액 덴드로그램 72
〈그림 3.20〉 2020년 호우사상에 의한 최대 호우피해액 군집1 덴드로그램 73
〈그림 3.21〉 2020년 호우사상에 의한 최대 호우피해액 군집2 덴드로그램 73
〈그림 3.22〉 2020년 호우사상에 의한 최대 호우피해액 군집3 덴드로그램 74
〈그림 3.23〉 2013년 호우사상에 의한 최대 강우강도 덴드로그램 74
〈그림 3.24〉 2013년 호우사상에 의한 최대 강우강도 군집1 덴드로그램 74
〈그림 3.25〉 2013년 호우사상에 의한 최대 강우강도 군집2 덴드로그램 75
〈그림 3.26〉 2013년 호우사상에 의한 최대 강우강도 군집3 덴드로그램 75
〈그림 3.27〉 2014년 호우사상에 의한 최대 강우강도 덴드로그램 76
〈그림 3.28〉 2014년 호우사상에 의한 최대 강우강도 군집1 덴드로그램 76
〈그림 3.29〉 2014년 호우사상에 의한 최대 강우강도 군집2 덴드로그램 76
〈그림 3.30〉 2014년 호우사상에 의한 최대 강우강도 군집3 덴드로그램 77
〈그림 3.31〉 2017년 호우사상에 의한 최대 강우강도 덴드로그램 77
〈그림 3.32〉 2017년 호우사상에 의한 최대 강우강도 군집1 덴드로그램 77
〈그림 3.33〉 2017년 호우사상에 의한 최대 강우강도 군집2 덴드로그램 78
〈그림 3.34〉 2017년 호우사상에 의한 최대 강우강도 군집3 덴드로그램 78
〈그림 3.35〉 2020년 호우사상에 의한 최대 강우강도 덴드로그램 79
〈그림 3.36〉 2020년 호우사상에 의한 최대 강우강도 군집1 덴드로그램 79
〈그림 3.37〉 2020년 호우사상에 의한 최대 강우강도 군집2 덴드로그램 79
〈그림 3.38〉 2020년 호우사상에 의한 최대 강우강도 군집3 덴드로그램 80
〈그림 3.39〉 2013년 호우사상에 의한 최대 호우피해액 군집결과 83
〈그림 3.40〉 2013년 호우사상에 의한 최대 강우강도 군집결과 84
〈그림 3.41〉 2014년 호우사상에 의한 최대 호우피해액 군집결과 85
〈그림 3.42〉 2014년 호우사상에 의한 최대 강우강도 군집결과 86
〈그림 3.43〉 2017년 호우사상에 의한 최대 호우피해액 군집결과 87
〈그림 3.44〉 2017년 호우사상에 의한 최대 강우강도 군집결과 88
〈그림 3.45〉 2020년 호우사상에 의한 최대 호우피해액 군집결과 89
〈그림 3.46〉 2020년 호우사상에 의한 최대 강우강도 군집결과 90
〈그림 3.47〉 최종 군집분석 결과 93
〈그림 4.1〉 군집1 12시간 누적강우 및 호우피해액에 대한 누적분포함수 96
〈그림 4.2〉 군집2 12시간 누적강우 및 호우피해액에 대한 누적분포함수 96
〈그림 4.3〉 군집3 12시간 누적강우 및 호우피해액에 대한 누적분포함수 97
〈그림 4.4〉 변수들의 시간개념 101
〈그림 4.5〉 종속변수에 대한 독립변수들의 상관성 분석 102
〈그림 4.6〉 군집1 랜덤 포레스트 모형의 하이퍼 파라미터 최적화 결과 106
〈그림 4.7〉 군집2 랜덤 포레스트 모형의 하이퍼 파라미터 최적화 결과 107
〈그림 4.8〉 군집3 랜덤 포레스트 모형의 하이퍼 파라미터 최적화 결과 107
〈그림 4.9〉 통합 랜덤 포레스트 모형의 하이퍼 파라미터 최적화 결과 108
〈그림 4.10〉 군집1 의사결정나무 모형의 하이퍼 파라미터 최적화 결과 110
〈그림 4.11〉 군집2 의사결정나무 모형의 하이퍼 파라미터 최적화 결과 110
〈그림 4.12〉 군집3 의사결정나무 모형의 하이퍼 파라미터 최적화 결과 111
〈그림 4.13〉 통합 의사결정나무 모형의 하이퍼 파라미터 최적화 결과 111
〈그림 4.14〉 군집1 심층신경망 모형의 하이퍼 파라미터 최적화 결과 113
〈그림 4.15〉 군집2 심층신경망 모형의 하이퍼 파라미터 최적화 결과 114
〈그림 4.16〉 군집3 심층신경망 모형의 하이퍼 파라미터 최적화 결과 115
〈그림 4.17〉 통합 심층신경망 모형의 하이퍼 파라미터 최적화 결과 116
〈그림 4.18〉 군집1 장단기메모리 모형의 하이퍼 파라미터 최적화 결과 119
〈그림 4.19〉 군집2 장단기메모리 모형의 하이퍼 파라미터 최적화 결과 119
〈그림 4.20〉 군집3 장단기메모리 모형의 하이퍼 파라미터 최적화 결과 120
〈그림 4.21〉 통합 장단기메모리 모형의 하이퍼 파라미터 최적화 결과 121