강수량·강수 유무 관측 오차범위 줄였다

KAIST 연구팀, 새로운 기계학습 제안

[아이뉴스24 정종오 기자] 강수량의 정확한 파악은 지구의 물 순환을 이해하고 수자원과 재해 대응을 위해 중요하다. 강수량 추정을 위한 알고리즘에는 다양한 방법이 있는데 최근에는 기계학습을 이용한 방법들이 많이 제안되고 있다.

한국과학기술원(KAIST, 총장 이광형)는 문술미래전략대학원(건설및환경공학과 및 녹색성장지속가능대학원 겸임) 김형준 교수와 도쿄대 등으로 구성된 국제 공동연구팀이 인공위성에 탑재된 마이크로파 라디오미터의 관측값을 이용해 지상 강수량, 강수 유무 등을 추정하는 새로운 기계학습 방법을 제안했다.

연구팀은 기존의 방법과 비교해 전 강수량에 대해 오차(RMSE)를 최소 15.9%에서 최대 42.5%까지 줄이는 데 성공했다.

비 오는 날, 시민들이 우산을 쓰고 이동하고 있다. [사진=뉴시스]

단순한 데이터 주도(data-driven)모델은 대량의 훈련 데이터가 필요하고 물리적 일관성이 보장되지 않으며 결과의 원인 분석이 어렵다는 등의 문제가 있었다.

연구팀은 이번 연구에서 위성 강수량 추정에 대한 분야 지식을 명시적으로 포함함으로써 학습 모델 내의 상호 의존적 지식 교환을 구현했다. 멀티태스크 학습(multitask learning)이라는 심층 학습 기법을 이용해 강수 여부를 인식하는 분류 모델과 강수 강도를 추정하는 회귀 모델을 통합하고 동시에 학습시켰다.

이 외에도 다양한 물리적 메커니즘을 포함할 수 있다. 예를 들어, 비 또는 눈, 진눈깨비 등 강수 종류의 분류와 상승 기류 또는 층상 구름 유형 등 강수를 일으키는 구름 유형의 분류를 포함함으로써 앞으로 추정의 정확도가 더 향상될 것으로 기대된다.

KAIST 김형준 교수의 이번 연구 결과(논문명: Multi-Task Learning for Simultaneous Retrievals of Passive Microwave Precipitation Estimates and Rain/No-Rain Classification)는 국제 학술지 ‘지구물리 연구 레터(Geophysical Research Letters)’에 지난 4월 16일자로 실렸다.

/정종오 기자(ikokid@inews24.com)