저유속 구간에서의 유속 보정 필터 적용 및 성능 평가

Application and Performance Assessment of Velocity Correction Filter under Low-Velocity Regime

본 연구는 대하천에서 H-ADCP (Horizontal Acoustic Doppler Current Profiler)로 계측된 유속 시계열 자료의 품질 향상을 위해 사분위수(Interquartile Range, IQR) 기반 이상치 제거와 확장 칼만 필터(Extended Kalman Filter, EKF)를 결합한 후처리 기법을 제안하였다. 한강과 낙동강의 3개 교량 지점에서 2024년 10월에 측정된 10분 단위 유속자료를 대상으로, 유속 0.10 m/s 이상 및 미만 구간으로 구분하여 필터 적용 효과를 평가하였다. 분석 결과, 0.10 m/s 미만 구간에서 평균 22.8%, 최대 33.7%의 변동계수(CV) 감소가 나타났으며, 일부 0.10 m/s 이상 구간에서도 최대 16.7%의 개선이 확인되었다. 기준유속과 비교한 RMSE 및 결정계수(R2) 평가에서도 대부분의 지점에서 정확성과 상관성이 향상되었다. 본 연구는 실측 기반 유속 자료의 품질 향상을 위한 EKF 필터 적용 가능성을 제시하며, 향후 실시간 유속 품질 진단 및 자동 보정 시스템 개발의 기초자료로 활용될 수 있다.

The case analysis of an extended Kalman filter (EKF) application presented in this paper improves the quality of velocity measurements using a horizontal acoustic Doppler current profiler (H-ADCP). Field measurements were conducted at three river sites: Gwangjin Bridge, Yeoju Bridge, and Hoguk Bridge. Rather than applying the filter across the entire dataset, EKF was selectively applied to segments with coefficient of variation (CV) exceeding a predefined threshold, which indicated unstable velocity patterns. In the absence of a reference velocity, the filtering performance was evaluated based on changes in CV rather than conventional metrics such as or root mean square error (RMSE). The results demonstrate that EKF effectively reduces the signal variability in unstable segments while preserving the physical characteristics of the time series. This research highlights the potential of selective EKF-based filtering in enhancing the reliability of in-situ velocity measurements and provides a basis for developing real-time quality assessment and automatic correction systems in hydraulic monitoring.