홍수는 일반적으로 짙은 구름, 폭우, 거센 바람과 같은 다양한 악천후 조건과 함께 발생합니다.
GPU 기반 데이터 사이언스 시스템은 이제 연구원과 비상 홍수 대응 팀이 이 모두를 꿰뚫어 볼 수 있도록 도울 수 있습니다.
영국 리버풀 대학 지리 데이터 사이언스 랩의 존 머레이(John Murray) 객원 교수는 유럽 우주국의 레이더 데이터를 사용하여 지상 상태를 모니터링할 수 있는 플랫폼인 cuSAR을 개발했습니다.
cuSAR는 위성 데이터를 사용하여 악천후 상황에서 지상에서 일어나는 일에 대한 정확한 지리 정보를 나타내는 이미지를 생성합니다.
머레이 교수는 레이더 비전(radar vision) 플랫폼 구축을 위해 NVIDIA RAPIDS 소프트웨어 라이브러리 제품군과 CUDA 병렬 컴퓨팅 플랫폼, NVIDIA GPU를 사용했습니다.
홍수 비상대응
이 플랫폼은 원래 부동산 보험 부문을 위해 설계됐습니다. 주택 담보대출과 보험 제공 업체는 홍수를 포함하여 부동산에 영향을 미치는 위험을 평가해야 하기 때문이죠.
이러한 방식으로 위성 데이터를 사용하려면 지면에 대한 명확한 이미지가 필요하지만, 분석 가능한 이미지를 얻으려면 영국의 악명 높은 구름이 걷히기까지 몇 주가 걸릴 수도 있습니다. 하지만 cuSAR 사용자는 거의 실시간으로 통찰력을 얻을 수 있습니다.
레이더 비전 플랫폼의 사용 사례는 이제 안전 분야까지 확장됐습니다.
영국 노스웨일즈 지역 비상 계획 서비스는 몇 년 전 디 밸리(Dee Valley)에서 발생한 심각한 홍수에 대한 도움을 받기 위해 지리 데이터 사이언스 연구소에 먼저 연락했습니다. 낮고 빽빽한 구름이 계곡 위로 드리워져 팀이 헬리콥터를 조종할 수 없는 상황이었고, 드론은 강 주변의 홍수터가 어떠한 상태인지에 대한 충분한 정보를 제공할 수 없었죠.
머레이 교수는 NVIDIA GPU 기반 이미지 분석 플랫폼을 사용해 매일 홍수가 발생한 지역의 고품질 렌더링을 제공할 수 있었습니다. 비상 계획 서비스는 이 정보를 사용하여 제한된 자원을 중요한 지역에 할당하고 홍수의 상태에 따라 조치를 조정했습니다.
작년에 이 연구소는 수위 상승으로 위험에 처한 백신 공장을 모니터링하기 위해 레이더 데이터를 제공했는데요. 비상대응 팀은 이번에는 기상 조건이 허용되어 헬리콥터를 홍수에 가장 잘 대처할 수 있는 정확한 위치로 보낼 수 있었습니다.
왜곡된 뷰 수정
레이더 데이터에서 분석 가능한 이미지를 생성하는 것은 간단한 작업이 아닙니다.
지구의 곡률로 인해 위성 이미지의 원근이 왜곡됩니다. 이러한 왜곡은 정확한 지리적 위치 파악을 위해 러버시팅(rubbersheeting)이라는 프로세스를 사용하여 수학적으로 수정되고 위치 데이터와 중첩돼야 합니다.
일반적인 레이더 매니페스트에는 그리드로 표시되는 5억 개의 데이터 포인트가 포함됩니다.
머레이 교수는 “단순히 레이더 데이터를 가져와서 이미지를 만들 수는 없습니다. 많은 프로세싱과 수학이 관련되기 때문에 바로 GPU가 필요합니다”라고 말했습니다.
머레이 교수는 레이더와 위치 데이터를 매끄럽게 일치시키는 NVIDIA RAPIDS와 파이썬(Python) Numba CUDA를 사용해 cuSAR용 코드를 작성했습니다.
기존의 자바(Java)나 파이썬 코드는 일반적으로 출력을 제공하는 데 약 40분이 걸립니다. NVIDIA GPU를 사용하면 단 4초가 소요되죠.
데이터가 프로세싱 되면 플랫폼은 Ordnance Survey 그리드 좌표에 해당하는 정확한 지리 정보가 포함된 이미지를 출력합니다.
위성 데이터 수신 후 15분 이내에 긴급 구조 팀에 빠르게 변화하는 지상 상황에 효과적으로 대응할 수 있는 정보를 제공할 수 있습니다.
미래의 홍수 대응
지난 10년 동안 영국은 역대 가장 습한 날씨를 수차례 기록했는데요. 특히, 2020년은 기록상 가장 따뜻한 날씨, 가장 습한 날씨, 가장 화창한 날씨 등 세 가지 주요 날씨 순위에서 모두 상위 10위에 든 첫 해였습니다. 영국 기상청은 심각한 돌발 홍수가 50년 안에 5배 더 자주 발생할 것으로 예측했습니다.
cuSAR과 같은 기술은 연구원과 비상 대응 팀이 재난을 적시에 모니터링하고 대응할 수 있도록 하여 악화되는 기상 조건에 가장 취약한 가정과 기업을 보호합니다.
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이미지 제공: ESA CC BY-SA 3.0에서 프로세스된 코페르니쿠스 센티넬(Copernicus Sentinel) 데이터