Just-In-Time 컴파일러를 이용한 파이썬 기반 지구동역학 코드 가속화 연구

박상진 ( Sangjin Park ) , 안수정 ( Soojung An ) , 소병달 ( Byung-dal So )  한국지구물리·물리탐사학회, 지구물리와 물리탐사 [2021] 제24권 제2호, 35~44페이지(총10페이지)

파이썬은 다른 정적 언어(예, C, C++, FORTRAN 등)에 비해 실행 속도가 느리기 때문에 대규모 반복이 필요한 지구동역학 코드를 작성하는데 적합하지 않은 것으로 인식되어 왔다. 그러나 파이썬의 계산 속도를 향상시키기 위해 Just-In-Time (JIT) 컴파일 등과 같은 많은 고속화 수단이 개발되었다. 우리는 파이썬을 기반으로 JIT 컴파일러에 최적화된 맨틀 유동 지구동역학 코드를 개발했다. 코드는 지구동역학 분야에서 널리 사용되는 PIC (Particle-In-Cell) 방법과 유한요소법을 결합하여 맨틀 대류를 수치 모사하며, 코드의 신뢰성을 정량적으로 평가하기 위해 잘 알려진 2차원 맨틀 대류 문제를 벤치마킹했다. 수치 모사 결과, 제곱근 평균 제곱 속도와 넛셀 수가 이전 연구와 거의 일치함을 확인했다. JIT 컴...

TAG 파이썬, JIT 컴파일러, 맨틀 대류, 코드 개발, 고속화, Python, JIT compiler, mantle convection, code development, boosting

리눅스 컨테이너와 버전 관리 시스템을 이용한 소프트웨어 연구 환경 구축

하완수 ( Wansoo Ha )  한국지구물리·물리탐사학회, 지구물리와 물리탐사 [2021] 제24권 제2호, 45~52페이지(총8페이지)

소프트웨어 기술 발달에 따라 점점 더 많은 과학자와 공학자들이 연구를 위해 컴퓨터 소프트웨어와 프로그래밍 도구들을 사용하고 있다. 소프트웨어를 이용한 연구에서는 환경 설정, 재현성 및 소스 코드 손실과 같은 문제들이 발생할 수 있다. 이 해설에서는 리눅스 컨테이너와 버전 관리 시스템을 사용하여 이러한 문제를 방지하는 방법에 대해 조사하였다. 연구 프로젝트 단위로 클라우드 저장소를 통해 코드를 관리하고 리눅스 컨테이너에 연구 환경을 구축하면 위의 문제들을 방지하고 협동 연구를 더 쉽게 만들 수 있다. 리눅스 컨테이너 사용 경험이 없는 연구자들을 위해 컨테이너 생성과 실행에 필요한 스크립트를 포함한 연구 프로젝트 템플릿 저장소를 공개하였다.

TAG 소프트웨어, 프로그래밍, 리눅스 컨테이너, 버전 관리, software, programming, Linux container, version control

심층 신경망을 이용한 탄성파 속도 모델 구축 사례 분석

조준현 ( Jun Hyeon Jo ) , 하완수 ( Wansoo Ha )  한국지구물리·물리탐사학회, 지구물리와 물리탐사 [2021] 제24권 제2호, 53~66페이지(총14페이지)

속도 모델 구축은 탄성파 탐사 자료처리에서 필수적인 절차이다. 주시 토모그래피나 속도 분석과 같은 기존 기법들은 하나의 속도 모델을 예측하는 데 계산 시간이 오래 걸리며 역산 결과의 품질이 전문가의 판단에 크게 의존한다. 전파형 역산 또한 초기 속도 모델에 크게 의존한다는 문제가 있다. 최근 심층 신경망 기법이 복잡하고 비선형적인 문제를 푸는데 적용되는 사례가 많아지면서 널리 보급되고 있다. 이 논문에서는 심층 신경망 기법을 이용한 탄성파 속도 모델 구축 사례들을 각 연구에 사용한 신경망에 따라 분류하며 조사하였다. 또한 훈련용 인공 속도 모델 생성 사례도 포함하였다. 심층 신경망은 대량의 데이터로부터 신경망을 훈련함으로써 모델 매개변수를 자동으로 최적화한다. 따라서 기존 기법들에 비해 역산 결과에 사람의 판단이 개입될 여지가 적으며 훈련을 마친 후 ...

TAG 속도 모델 구축, 심층 신경망, 탄성파 탐사, velocity model building, deep neural networks, seismic exploration

원판형 이상체에 의한 벡터 중력 및 중력 변화율 텐서 반응식

임형래 ( Hyoungrea Rim )  한국지구물리·물리탐사학회, 지구물리와 물리탐사 [2021] 제24권 제1호, 1~5페이지(총5페이지)

이 논문에서는 축 방향 대칭성을 가지면서 두께를 무시할 수 있는 원판형 이상체 대한 벡터 중력과 중력 변화율 텐서 반응식을 유도하였다. 밀도가 일정한 원판형 이상체의 중력 포텐셜을 원통 좌표계를 이용하여 정의한 후, 미분을 통하여 벡터 중력의 r 성분과 z 성분을 유도하였다. 벡터 중력 r 성분을 직교 좌표계에서 2개의 수평 성분으로 분해하여 벡터 중력을 구한다. 원판형 이상체의 중력 변화율 텐서는 직교 좌표계로 표현된 벡터 중력을 각 성분 방향으로 미분하여 유도하였다.

TAG 중력 포텐셜, 벡터 중력, 중력 변화율 텐서, 원판형 이상체, gravity potential, vector gravity, gravity gradient tensor, circular disk

완전 참조 이미지 품질 평가를 이용한 지하 매질 물성 정보 도출 알고리즘의 정확성 평가

최승표 ( Seungpyo Choi ) , 전형구 ( Hyunggu Jun ) , 신성렬 ( Sungryul Shin ) , 정우근 ( Wookeen Chung )  한국지구물리·물리탐사학회, 지구물리와 물리탐사 [2021] 제24권 제1호, 6~19페이지(총14페이지)

탄성파 탐사는 속도와 밀도 같은 지하 매질 물성 정보를 파악하고 지하 지층 구조를 영상화 할 수 있으며, 이를 위한 다양한 알고리즘 개발이 이루어지고 있다. 이러한 알고리즘의 성능 검증을 위해 다양한 기준 모델이 사용되며, 정확도의 경우 참 물성 데이터와의 평균 제곱근 오차(Root Mean Squre Error, RMSE)를 통해 정량적으로 평가할 수 있다. RMSE는 수치적으로 단순하다는 장점이 있지만 구조적인 품질과의 상관도가 높지 않다는 한계가 있다. 이러한 한계를 보완하기 위해 인간지각시스템을 반영한 FR-IQA (Full Reference Image Quality Assessment) 기법이 연구되고 있으며, 지하 물성 정보 데이터를 다룰 수 있는 FR-IQA 기법들을 선정하였다. 본 연구는 물성 정보 도출 알고리즘으로...

TAG 인간 지각 시스템, 완전 참조 이미지 품질 평가, 탄성파 파형 역산, 정확성 평가, human visual system, full-reference image quality assessment, waveform inversion, accuracy evaluation

감마선 검층자료를 이용한 국내 대심도 시추공 암반의 열생산율 평가

조영욱 ( Yeonguk Jo ) , 김명선 ( Myung Sun Kim ) , 이근수 ( Keun-soo Lee ) , 박인화 ( In Hwa Park )  한국지구물리·물리탐사학회, 지구물리와 물리탐사 [2021] 제24권 제1호, 20~27페이지(총8페이지)

암석의 열생산율은 구성 광물 내 방사성 동위원소의 방사성 붕괴와 감마선 방출에 의한 열에너지에 기인하며, 그 크기는 주요 방사성 동위원소인 U, Th, K의 함량에 지배적이다. 그러므로 암반의 열생산율은 암석의 밀도와 주요 동위원소의 함량에 기반해 평가할 수 있다. 심부 암반의 열생산율 평가에 필요한 방사성 동위원소의 농도는 시추공에서 회수된 암추 또는 암편에 대한 질량분석을 통해 파악할 수 있는데, 대심도 시추공의 경우 요구되는 분석량과 그에 따른 시간 및 비용의 문제로 적용이 제한적일 수 밖에 없다. 시추공을 대상으로 하는 물리검층 중 암반의 감마선 스펙트럼으로부터 U, Th, K의 함량을 유추할 수 있는 기술이 있지만, 열생산율 평가를 위해 별개의 밀도검층 자료를 필요로 하며, 상용화된 장비의 적용 심도 또한 아직은 제한적이다. 이에 대한 대...

TAG 열생산율, 방사성 동위원소, 시추공 물리검층, 감마검층, 대심도 시추공, heat production, radioactive isotope, borehole geophysical logging, gamma-ray logging, deep borehole

소형 루프 전자탐사에서 기하학적 수직탐사와 주파수 수직탐사

조인기 ( In-ky Cho ) , 안경찬 ( Kyoung-chan Ahn )  한국지구물리·물리탐사학회, 지구물리와 물리탐사 [2020] 제23권 제4호, 223~229페이지(총7페이지)

소형 루프 전자탐사법은 효과적인 물리탐사법으로 다양한 목적으로 천부 조사에 널리 사용되고 있다. 소형 루프 전자탐사에서는 기하학적 수직탐사와 주파수 수직탐사가 적용되고 있으나, 주파수 수직탐사의 경우 그 유효성 대하여 논란이 지속되고 있다. 이 연구에서는 소형 루프 전자탐사에 대한 1차원 모델링을 통하여 기하학적 수직탐사와 주파수 수직탐사의 유효성을 검증하고자 하였다. 수치 실험 결과 기하학적 수직탐사는 효과적으로 지하의 심도에 따른 지하의 정보 해석이 가능한 것으로 나타났다. 반면 주파수 수직탐사는 송수신 간격이 비교적 클 경우, 즉 유도상수가 크다는 조건을 만족해야만 유효한 해석이 가능하며, 그렇지 못할 경우 하부 지층의 정보해석이 불가능한 것으로 나타났다.

TAG 소형 루프 전자탐사, 기하학적 수직탐사, 주파수 수직탐사, small-loop electromagnetic, geometric sounding, frequency sounding

Random Forest 기법을 이용한 도심지 MT 시계열 자료의 차량 잡음 분류

권형석 ( Hyoung-seok Kwon ) , 류경호 ( Kyeongho Ryu ) , 심익현 ( Ickhyeon Sim ) , 이춘기 ( Choon-ki Lee ) , 오석훈 ( Seokhoon Oh )  한국지구물리·물리탐사학회, 지구물리와 물리탐사 [2020] 제23권 제4호, 230~242페이지(총13페이지)

2 01 6년 9월에 발생한 경주지진원 구역에 대한 정밀 지질구조 규명을 위해 MT 탐사를 적용하였다. 경주지역의 MT 측정자료는 조사지역 인근의 지하철, 전력선, 공장, 주택, 농경지에서 발생된 전기적 잡음과 철도, 도로에서의 차량잡음 등으로 인해 측정자료 왜곡이 심하게 발생되었다. 이 연구에서는 고속철도 및 고속도로와 인접한 4개소의 MT 탐사자료에 기계학습 기법을 적용하여 차량잡음이 포함된 시계열을 분류하였다. 고속열차 잡음이 포함된 시계열에 대해서는 확률적 경사 하강법, 서포트 벡터 머신과 랜덤 포레스트 3가지의 분류모델을 적용하여 그 결과를 비교하였다. 대형트럭 잡음이 포함된 시계열 자료에 대해서는 Hx 성분, Hy 성분과 Hx & Hy 합성성분 크기에 대한 3가지의 샘플 자료를 준비하였으며 랜덤 포레스트 분류모델을 구성하여 그 성능...

TAG MT 시계열 자료, 차량잡음 제거, 고속열차 잡음, 대형트럭 잡음, 랜덤 포레스트, MT time series, traffic noise, high-speed train, HST, noise, truck noise, random forest

시추공 공곡 측정의 원리 - 좌표계 변환의 응용

송윤호 ( Yoonho Song )  한국지구물리·물리탐사학회, 지구물리와 물리탐사 [2020] 제23권 제4호, 243~252페이지(총10페이지)

이 논문에서는 시추공을 이용한 탐사나 자료 해석 시에 중요한 시추공 궤적 정보 획득 방법에 대한 이해를 공유하고자, 깊이에 따른 시추공의 좌표를 구하는 시추공 공곡 측정 문제를 좌표계 변환 공식에 기초하여 수학적으로 정리하였다. 먼저, 철재 케이싱이 설치되어 있지 않은 시추공에 적용 가능한 방법으로서 3성분 가속도계와 3성분 자력계를 함께 이용하여 시추공의 방위각, 편차각 그리고 센서회전각을 구하는 원리를 정리하였다. 다음으로, 철재 케이싱이 설치되어 있을 경우에 자이로스코프에서 3성분 각속도가 측정되었을 때, 좌표계 변환 행렬의 시간 미분 관계식에 기초해 각속도의 시간에 따른 적분을 통해 요-피치-롤 각을 구하는 수학적 이론을 정리하고 지구 자전의 영향을 제거함으로써 측정자료의 시간 적분에 의해 시추공의 궤적을 구하는 방법을 설명하였다. 오차가 포함...

TAG 시추공 공곡 측정, 방위각, 편차, 센서회전, 가속도계, 자력계, 자이로스코프, borehole deviation survey, azimuth, deviation, tool face rotation, accelerometer, magnetometer, gyroscope

의성 탑리리 오층석탑 기단부 전기비저항 탐사

오현덕 ( Hyundok Oh ) , 권문희 ( Moonhee Kwon )  한국지구물리·물리탐사학회, 지구물리와 물리탐사 [2020] 제23권 제4호, 253~260페이지(총8페이지)

경상북도 의성군 탑리리 오층석탑은 상부구조가 불안정하고 지대석과 기단부의 구조적 변형이 심각한 상태였다. 탑의 기단부 보수공사를 위해서 기단 내부에 석재가 존재하는지를 파악하여 탑을 안전하게 받치고 있는지를 조사하기 위하여 전기비저항 탐사를 실시하였다. 탑의 기단부는 면석을 모두 제거하여 흙과 깬 돌이 노출된 상태이다. 사용한 전극 배열법은 쌍극자 간격을 다변화시킨 변형된 홑극-쌍극자 배열법 II를 사용하였으며 일반적인 홑극-쌍극자 배열법과 함께 사용하여 비교 분석하였다. 그리고 이 연구에서는 직각측선과 같은 심한 지형기복에 의한 왜곡현상을 포함하는 데이터의 신뢰도 검사를 위하여 축소모형실험을 수행하였다. 탐사결과 의성 탑리리 오층석탑의 기단부는 보강 채움 토 내부에 기초석이 존재하고 탑신의 기둥 직하부에 위치하여 탑을 받치고 있는 것을 확인하였다.

TAG 의성 탑리리 오층석탑, 기단부, 기초석, 전기비저항 탐사, 변형된 홑극-쌍극자 배열법 II, 축소모형실험, tamni-ri five-story stone pagoda, stylobate, base stones, resistivity, modified pole-dipole arrayII, physical scaledown modeling

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