SMS    지표수 모델링 소프트웨어
 
 

  SMS

1. 소개

SMS (Surface Water Modeling System)는 수위, 유속, 오염물 이송확산, 유사 이동 및 퇴적, 상류-사류 흐름, 연안파랑 등의 복잡한 2차원 표면수의 흐름을 시뮬레이션할 수 있습니다. SMS는 1치원, 2차원, 3차원 동수역학적 모델링을 위한 편리한 도구입니다. 표면수 모델링과 설계를 위한 전처리 그리고 후처리를 수행합니다. SMS에는 2D 유한요소, 2D 유한차분, 3D 유한 요소 모델링 툴을 포함하고 있습니다. 미연방도로국(U.S. Federal Highway Administration)의 분석 패키지인 FESWMS를 지원합니다. 또한 지금은 홍수 분석, 파도 분석, 태풍 분석이 가능한 TUFLOW 수치모델도 지원됩니다.

다양한 모델들

SMS는 다음과 같은 다양한 모델들을 지원합니다.

  • ADCIRC 모델
  • BOUSS-2D 모델
  • CMS-Wave 모델
  • CGWAVE 모델
  • FESWMS 모델
  • GENESIS 모델
  • TUFLOW 모델
  • CMS-Flow 모델
  • RMA2 모델
  • RMA4 모델
  • STWAVE 모델
  • HYDRO AS-2D 모델

인터페이스 모듈들

SMS 인터페이스 모듈은 아래와 같습니다.

  • Map 모듈
  • Mesh 모듈
  • Cartesian Grid 모듈
  • Scatter Point 모듈

자동화된 Mesh / Grid 생성 기능

SMS는 하천이나 강하구, 만 또는 습지의 2D, 3D 유한요소 메쉬와 유한차분 그리드를 그리는데 사용될 수 있습니다. SMS - Mesh

GIS 도구

SMS - GIS SMS는 수리학 모델링을 위해 사용되는 모든 형태의 GIS 데이터를 사용할 수 있습니다. SMS의 Map 모듈은 GIS 벡터/래스터 데이터를 들여오기, 생성하기, 조작하기 위한 도구가 포함되어 있습니다. 더 이상 ArcGIS/ArcView 는 SMS의 컴포넌트를 요구하지 않습니다. ArcGIS 가 없더라도 GIS 데이터를 사용하여 SMS에서 작업할 수 있습니다.

모델 Coupling / Steering

수치적 시뮬레이션의 일부분으로써 수행되는 많은 작업들은 되풀이되고 많은 시간을 소비시킵니다. 예를 들어, 하나의 프로젝트는 "warm up" 또는 "spin down" 모드에서 여러차례 모델을 실행시키는 것이 일반적입니다. 이러한 과정을 손쉽게 해주는 것이 Steering 모듈로 언급된 도구입니다.
Steering 모듈의 주 목적은:

  • 모델들간의 데이터 공유를 단순화
  • 모델 실행을 모니터
  • 자동 반복에 의한 사용자 작업 시간을 단축
  • 모델들로부터 더 정확한 결과를 취득

해안 순환 / 파형(Wave) 모델링

SMS는 진보된 유한요소와 유한차분 모델을 사용한 해안 순환 모델링을 지원합니다.

  • ADCIRC - ADCIRC (ADvanced CIRCulation Multi-dimensional Hydrodynamic) 모델은 매우 체계화되지 못한 그리드를 관리하는 방정식의 일반화된 파방정식 공식을 이용한 솔루션을 기초로 최근에 만들어진 다차원 모델입니다.
  • CMS-Flow - 동수역학적 순환 모델 CMS-Flow는 2차원, 전수심 연속방정식과 운동량 방정식의 유한차분 수치 접근법입니다.
  • TUFLOW - TUFLOW는 홍수와 조석파 전파를 모의하기 위한 자유수면 흐름 방정식의 2차원 그리고 1차원 해석을 제공하는 수치계산 엔진입니다.
SMS - ADCIRC
ADCIRC 모델
SMS - CMS-Flow
CMS-Flow 모델

Wave 모델링이 SMS에서 지원되는데 유한차분 또는 유한요소 모델을 사용할 수 있습니다. 이러한 모델들은 파고와 파속을 예측하기 위한 파랑작용을 분석할 수 있습니다.

  • STWAVE - STWAVE (STeady State Irregular WAVE) 모델은 수치계산에 효율적인 정상 스펙트럼(steady state spectral) 파에너지 전파 모델입니다.
  • CGWAVE - CGWAVE 모델은 먼 바다의 상태나 항만 형상과 인위적 구조물(즉 교각, 방파제, 선박)을 고려한 반응을 모델링하는 유한요소 모델입니다.
  • BOUSS2D - BOUSS-2D는 Boussinesq 방정식의 시간영역 해석에 근거한 근해지역과 항만에서 파형의 전달과 변형을 모의하기 위한 포괄적인 수치 모델입니다.
  • CMS-Wave - WABED (Wave-Action Balance Equation with Diffraction) 모델로 CMS-Wave 모델은 근해 파형의 변형 모델로 파형의 회절과 반향을 나타낼 수 있습니다.

SMS - CGWAVE

하천 모델링

하천 동수역학은 몇몇 2D 모델, FESWMS, RMA2, TUFLOW 중 하나를 사용하여 모델화될 수 있습니다.

하천 모델은 항만, 하구, 하천구간이 포함된 복잡한 수로에서 수심과 유속을 예측할 수 있습니다. 자연적이고 인위적인 조건이 SMS의 전처리, 후처리 도구를 사용하여 상세한 모의가 가능합니다.

SMS - River

수질 / 유사 이송 모델링

동수역학에 더해 SMS는 하천에서 오염물질 및 유사이송의 분석 기능을 제공합니다.


  • RMA4 - RMA4는 2차원 오염물 이송확산 해석을 위한 수심평균, 자유수면, 송유한 요소 모델로서 RMA2에서 계산된 수리 동력학적 인자들을 입력 자료로 사용하게 됩니다. 오염물 모델링을 하기 위해서는, 사용자가 원하는 지점에 오염원의 질량이나 농도로 부하를 입력하고 각각의 성분에 대한 감쇠비율도 함께 입력합니다. 오염원의 수는 제한이 없으며 사용자의 입력이 끝나면 RMA4 모델은 지정된 계산 시간 동안 오염물 각각의 성분의 이동 및 확산을 계산합니다.
  • FESWMS - FESWMS는 유사이송에 관한 2차원 수리 동력학적 유한요소 해석엔진에 대한 그래픽 인터페이스를 제공하고 있습니다.

2. 특징

SMS는 다음과 같은 뛰어난 장점 덕에 전세계의 많은 사용자들이 이용하고 있습니다.

SMS 모델

SMS는 다음과 같은 모델들을 지원합니다.

ADCIRC 모델
ADCIRC (ADvanced CIRCulation Multi-dimensional Hydrodynamic) 모델은 Depth-integrated, Barotropic time-dependent long wave 및 유체역학적 순환을 설명하는 모델입니다. 심해, 대륙붕, 연안 및 소규모의 만을 망라하여 적용할 수 있으며 수개월에서 수년에 이르기는 시뮬레이션을 수행할 수 있습니다.
SMS - ADCIRC 모델
TUFLOW 모델
TUFLOW는 유한 차분법을 사용하는 2D와 1D 홍수 및 조수 해석 소프트웨어이며, 2D와 1D 자유 수면 방정식을 사용하여 수체의 동수역학을 해석합니다. 본질적으로 자연에서는 2D 흐름이어야 하지만, 이것을 모의하는 것은 아직 불가능하며, 1D 모델을 바탕으로 해석할 수 밖에 없습니다. 이런 배경으로 TUFLOW는 해안에서의 조수위의 영향, 강과 강어귀, 그리고 범람원을 모델링합니다.
SMS - TUFLOW 모델
BOUSS-2D 모델
BOUSS-2D는 Boussinesq 방정식의 시간영역 해석에 근거한 근해지역과 항만에서 파형의 전달과 변형을 모의하기 위한 포괄적인 수치 모델입니다.
SMS - BOUSS-2D 모델
CMS-Flow 모델
CMS-Flow는 기존의 M2D 모델의 엔진을 기반으로 개발된 2차원 순환 모델로서, 연속방정식과 운동량 방정식에 대한 유한 차분 수치 모델입니다. 홍수나 건기에 대한 계산, 파력, 풍속, 마찰 계수, 이류, 혼합, 비선형 연속 방정식 등을 포함하고 있습니다. 유체 역학적인 힘으로 고려하는 항목은 수위, 분조류, 유량, 파력 및 바람 등입니다.
SMS - CMS-Flow 모델
CMS-Wave 모델
WABED로 더 알려져 있는 CMS-WAVE는 2차원 스펙트럼 변환 모델입니다. CMS-WAVE는 위상-평균 모델이며, 출력 파랑의 정보로부터 파랑과 근해에서 발생하는 다른 현상을 분석할 때 파 위상의 변화를 무시합니다. 이것은 오직 파의 에너지 밀도에서 발생하는 변화만을 나타냅니다. CMS-WAVE는 파의 회절과 반사 둘 다에 대한 이론적으로 정립된 개략 값들을 포함하고 있습니다. 따라서, 해안 유입구에서 파랑에 대한 시뮬레이션을 수행하는데 매우 적합니다.
SMS - CMS-Wave 모델
RMA2 모델
RMA2는 2차원 수리 동력학적 해석을 위한 수심평균, 자유수면, 유한 요소 모델입니다. RMA2는 유한 요소 망으로 표현된 수체(강, 항구, 하구 등)의 각 절점에서 상류(常流) 흐름일 경우의 수위 및 유속을 계산할 수 있습니다. 하상에 의한 마찰, 바람, 난류, 지구 자전력 등의 효과도 고려할 수 있을 뿐만 아니라, 유입 유량곡선, 조류, 해일 등으로 인한 부정류 상태의 시뮬레이션도 가능합니다.
SMS - RMA2 모델
RMA4 모델
RMA4는 2차원 오염물 이송확산 해석을 위한 수심평균, 자유수면, 유한 요소 모델로서 RMA2에서 계산된 수리 동력학적 인자들을 입력 자료로 사용하게 됩니다. 오염물 모델링을 하기 위해서는, 사용자가 원하는 지점에 오염원의 질량이나 농도로 부하를 입력하고 각각의 성분에 대한 감쇠비율도 함께 입력합니다. 오염원의 수는 제한이 없으며 사용자의 입력이 끝나면 RMA4 모델은 지정된 계산 시간 동안 오염물 각각의 성분의 이동 및 확산을 계산합니다.
CGWAVE 모델
CGWAVE 모델은 먼 바다의 상태나 항만 형상과 인위적 구조물(즉 교각, 방파제, 선박)을 고려한 반응을 모델링하는 유한요소 모델입니다.
SMS - CGWAVE 모델
FESWMS 모델
FESWMS 모델은 2차원 수리 동력학적 유한요소 해석엔진에 대한 그래픽 인터페이스를 제공하고 있습니다. FESWMS 사용자 인터페이스 역시 모델 유한 요소 망에 경계 조건 및 초기 조건 인자들을 입력하는데 쓰입니다.
SMS - FESWMS 모델
STWAVE 모델
STWAVE는 정상 상태의 유한 차분 스펙트럼 모델로써 파의 움직임에 관한 균형 방정식에 기초해 있으며 주로 항내 정온도 등의 프로젝트에 사용되고 있습니다. STWAVE는 파와 조류의 굴절과 간섭, 쇄파, 회절, 바람으로 인한 파의 성장, 재분배와 소산 에너지 등의 문제를 다룹니다. 주로 연안의 바람과 파도의 성장과 그에 대한 예측을 하는 데 있어서 적용하기 쉽고, 융통성이 있는 환경을 제공합니다.
SMS - STWAVE 모델
GENESIS 모델
GENESIS 모델은 해안선 반응 수치 모델링 시스템입니다. 이 모델은 미 공병단(The U.S. Army Corps of Engineers)에서 공식적으로 해안선 변형 모델로써 채택되었습니다. 연안의 유사 이송 경사에 의한 해안선 변형에 대해 평가합니다.
SMS - GENESIS 모델
HYDRO AS-2D 모델
HYDRO AS-2D는 수체의 2D 모델링을 수행합니다. HYDRO AS-2D는 유한 체적 법에 의한 2D 조류 공식의 수치모형 결과를 기반으로 합니다. HYDRO AS-2D는 2D 조류 모의 외에도, 오염물과 유사의 이동 또한 모의합니다. (transport module 별도 구매)
SMS - HYDRO AS-2D 모델

SMS 모듈

SMS 인터페이스는 몇개의 모듈들로 구분되어 있습니다. 이 모듈들은 다른 데이터 형태로부터 모델을 작성하고 조작하는 기능들을 가지고 있습니다. 네가지 인터페이스 모듈들은 다음과 같습니다.

Map 모듈
이 모듈을 사용하면, 지형도를 스캔하여 얻은 TIFF 이미지 파일을 배경 화면으로 불러들여 작업할 수 있습니다. 물론, 화면상에서 수치화시킬 수도 있습니다. 또한, 이미지를 등록하여 이미지 셀 좌표를 실제 측량 좌표와 일치시킬 수 있습니다.
Map 모듈은 AutoCAD나 MicroStation의 DXF 파일에서 바로 불러 올 수도 있고 DXF 파일로 변환할 수도 있습니다. 즉, 3차원 수심자료를 불러들이거나 모델링 결과를 DXF 파일 형태로 출력할 수 있게 됩니다.
SMS - Map 모듈
Mesh 모듈
유한요소망(Mesh) 모듈은 유한요소망을 자동으로 생성하는 도구들로 구성되어 있습니다. 다양한 대화식의 편집 도구들이 제공되므로 사용자는 방파제, 사주, 섬, 인공구조물 등 복잡한 지형도 손쉽게 모델링할 수 있도록 도와 줍니다. 예로서, 특정한 지역에 대해서 유한요소망을 세분하거나 합칠 수 있어서 특별한 모델링이 필요한 상황에도 사용자가 쉽게 대처할 수 있습니다. SMS에서 2D Mesh는 TABS(RMA2, RMA4), FESWMS, ADCIRC, CGWAVE, HYDRO-AS 2D를 사용하여 분석합니다.
Cartesian Grid 모듈
Grid 모듈은 2차원 Cartesian 유한 차분망을 모델링 하는 데 사용하며 STWAVE, WABED, M2D, TUFLOW, BOUSS-2D 모델을 지원합니다. 또한, 사각형의 선형 좌표 시스템과 연동되어 데이터를 보다 신속하게 정의하고 수치 모델을 수행하도록 돕습니다. 컬러 컨투어링이나 벡터 플롯 그리고 다중 시간격을 이용한 시뮬레이션도 이 모듈을 이용하여 수행합니다.
Scatter Point 모듈
측량자료 입력(Scatter Point) 모듈은 측량자료를 유한요소망으로 변환하는 2차원 내삽 도구입니다. 크리깅을 비롯한 여러가지 내삽 방법들이 지원되어 측량자료들을 모델에 입력할 수 있는 형태의 자료로 손쉽게 변환하는 것이 가능합니다.
SMS - Scatter Point 모듈

그래픽 / 가시화

SMS는 모델을 만들고 결과를 가시화할 수 있는 강력한 그래픽 도구입니다. 모델은 전자 지도와 참조용 고도모델 그리고 출처 자료를 사용하여 만들 수 있습니다. 가장 돋보이는 시각화 기능이라면 단연 애니메이션 기능입니다. 어떤 데이터 세트에 대해서도 시간에 따른 변화를 애니메이션 필름 기법으로 만들어 내며 SMS 자체에서 재생할 수도 있고 윈도우용 비디오 파일인 AVI 파일을 위에 보이는 것과 같이 만들어서 웹 페이지나 파워포인트 프리젠테이션에 응용할 수도 있습니다.

SMS - Flow Trace
흐름 추적 애니메이션
SMS - Transient
천이(Transient) 모델 애니메이션

3. 자주 찾는 질문

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  • 남원건설엔지니어링
  • 우대기술단
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  • 경희대학교
  • 경북대학교
  • 대불대학교
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  • 서울대학교
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Q.
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여기에 링크되어 있는 문서는 SMS를 사용하는 사용자들이 본사 및 사용자 그룹에 질문한 내용 및 그 답변으로 이루어져 있습니다. 이 문서는 영문이며, 아래 파일은 원래 HTML 문서이나 사이즈가 커서 압축되어 있습니다..

4. 다운로드

분류 파일 내용 파일 종류 파일 크기
매뉴얼 RMA2 매뉴얼 pdf 1,517Kb
RMA4 매뉴얼 pdf 645Kb
HIVEL2D 매뉴얼 pdf 208Kb
SED2D 매뉴얼 pdf 189Kb
FESWMS 매뉴얼 pdf 5,433Kb
M2D 매뉴얼 pdf 328Kb
STWAVE 매뉴얼 pdf 2,686Kb
CGWAVE 매뉴얼 pdf 2,932Kb
e-카탈로그 SMS 브로셔(영문) pdf 487Kb

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