KR102418064B1 - Method and Apparatus for Three Dimension Cloud Visualization Using Meteorological Data - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기상 자료를 이용한 3차원 구름 가시화 방법 및 장치에 관한 것으로, 전자장치가 기상자료를 수집하는 단계, 전자장치가 외부로부터 관심지역정보를 수신하는 단계, 전자장치가 관심지역정보에 대응되는 해당 영역에 대한 지표면 지도를 생성하는 단계, 전자장치가 해당 영역에 대응되는 3차원 구름이미지를 생성하는 단계 및 전자장치가 지표면 지도 및 3차원 구름이미지를 결합하여 가시화 이미지를 생성하는 단계를 포함하며 다른 실시 예로도 적용이 가능하다.The present invention relates to a three-dimensional cloud visualization method and apparatus using meteorological data, comprising the steps of: an electronic device collecting weather data; Generating a ground surface map for the corresponding area, the electronic device generating a three-dimensional cloud image corresponding to the corresponding area, and the electronic device generating a visualization image by combining the ground surface map and the three-dimensional cloud image, Other embodiments are also applicable.
Description
본 발명은 기상 자료를 이용한 3차원 구름 가시화 방법 및 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a three-dimensional cloud visualization method and apparatus using meteorological data.
구름은 태양복사 에너지를 반사 또는 흡수시키고 지구 복사에너지를 흡수 및 방출하며 대기의 상태를 변화시키는 중요한 기상요소로 대기 및 수문순환에 중요한 역할을 수행한다. 이러한 구름의 특성 및 공간 분포는 기상조절을 위한 인공증설(우) 실험과 구름 특성을 이용하는 다양한 연구에서 필수적인 기상정보이다. Clouds are important meteorological factors that reflect or absorb solar radiation, absorb and emit Earth's radiation, and change the state of the atmosphere, and play an important role in the atmospheric and hydrological cycle. These cloud characteristics and spatial distribution are essential meteorological information in various studies using cloud characteristics and artificial expansion (right) experiments for weather control.
이러한 인공증설(우) 실험은 따뜻한 구름에는 흡습성 물질인 염화칼슘과 같은 시딩(seeding) 물질을 살포하여 구름을 발달시키고, 차가운 구름에는 빙정핵 역할을 하는 요오드화은과 같은 시딩 물질을 살포하여 구름을 발달시켜 증우를 발생시킨다. 이를 위해, 현재에는 기상항공기, 무인기, 로켓, 드론 등의 비행체를 이용하여 시딩 물질을 구름에 살포한다. 그리고 인공증설(우) 실험 이전, 실험 중 및 실험 이후에 적절한 목표 지점과 고도 위치에 시딩 물질이 살포되었는지 등에 대한 수평 및 수직 분포 정보를 확인한다. In this artificial expansion (right) experiment, a seeding material such as calcium chloride, which is a hygroscopic material, is sprayed on warm clouds to develop the clouds, and a seeding material such as silver iodide, which acts as an ice nucleus, is sprayed on cold clouds to develop the clouds. generate precipitation. To this end, currently, the seeding material is sprayed on the clouds using a flying vehicle such as a weather aircraft, an unmanned aerial vehicle, a rocket, or a drone. And check the horizontal and vertical distribution information about whether the seeding material is sprayed at the appropriate target point and altitude position before, during, and after the artificial expansion (right) experiment.
이와 같은 인공증설(우) 실험의 결과를 확인하기 위해서 종래에는 대부분 2차원의 표면적인 자료인 위성, 지상 관측 및 수치모델 등과 같은 자료를 이용하기 때문에 사용자가 직관적인 구름의 특성 및 공간 분포를 파악하기 어려운 문제점이 있다.In order to confirm the results of the artificial expansion (right) experiment, users can intuitively grasp the characteristics and spatial distribution of clouds because data such as satellite, ground observation, and numerical models, which are mostly two-dimensional surface data, are used in the prior art. There is a problem that is difficult to do.
이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 실시 예들은 기상 자료를 이용하여 구름을 3차원으로 가시화함으로써 기상항공기, 무인기, 로켓, 드론을 포함하는 비행체의 시딩 경로와 구름을 직관적으로 확인할 수 있는 기상 자료를 이용한 3차원 구름 가시와 방법 및 장치를 제공하는 것이다. Embodiments of the present invention for solving these conventional problems are meteorological data that can intuitively check the seeding path and clouds of aircraft including meteorological aircraft, unmanned aerial vehicles, rockets, and drones by visualizing clouds in three dimensions using meteorological data. It is to provide a three-dimensional cloud visibility using data and a method and apparatus.
본 발명의 실시 예에 따른 3차원 구름 가시화 방법은, 전자장치가 기상자료를 수집하는 단계, 상기 전자장치가 외부로부터 관심지역정보를 수신하는 단계, 상기 전자장치가 상기 관심지역정보에 대응되는 해당 영역에 대한 지표면 지도를 생성하는 단계, 상기 전자장치가 상기 해당 영역에 대응되는 3차원 구름이미지를 생성하는 단계 및 상기 전자장치가 상기 지표면 지도 및 상기 3차원 구름이미지를 결합하여 가시화 이미지를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.A three-dimensional cloud visualization method according to an embodiment of the present invention includes the steps of: collecting, by an electronic device, weather data; receiving, by the electronic device, area-of-interest information from the outside; generating a ground surface map for an area, the electronic device generating a 3D cloud image corresponding to the corresponding area, and generating a visualization image by combining the ground surface map and the 3D cloud image by the electronic device It is characterized in that it comprises a step.
또한, 기상자료를 수집하는 단계는, 수치모델과 위성자료를 포함하는 연직 상대습도 및 온도 자료를 포함하는 상기 기상자료를 수집하는 단계인 것을 특징으로 한다.In addition, the step of collecting the meteorological data is characterized in that it is a step of collecting the meteorological data including the vertical relative humidity and temperature data including the numerical model and the satellite data.
또한, 관심지역정보를 수신하는 단계는, 상기 3차원 구름을 가시화하고자 하는 위도, 경도 및 고도 정보를 포함하는 상기 관심지역정보와 상기 3차원 구름을 가시화하고자 하는 시간을 수신하는 단계인 것을 특징으로 한다.In addition, the step of receiving the region of interest information is a step of receiving the region of interest information including latitude, longitude and altitude information for visualizing the 3D cloud and the time for visualizing the 3D cloud, characterized in that do.
또한, 지표면 지도를 생성하는 단계는, 수치 표고 모델의 고도자료를 이용하여 상기 관심지역정보에 포함된 상기 위도 및 경도에 대응되는 표고 자료를 생성하는 단계, 상기 위도 및 경도에 대응되는 2차원 지표면 지도 이미지를 호출하는 단계 및 상기 2차원 지표면 지도 이미지를 상기 표고 자료에 결합하여 상기 지표면 지도를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the generating of the ground surface map includes generating elevation data corresponding to the latitude and longitude included in the region of interest information by using the altitude data of the numerical elevation model, and a two-dimensional ground surface corresponding to the latitude and longitude. It characterized in that it comprises the step of calling a map image and generating the ground surface map by combining the two-dimensional surface map image with the elevation data.
또한, 3차원 구름이미지를 생성하는 단계는, 상기 고도 정보에 따른 상기 위도 및 경도로 3차원 공간 내의 복셀(voxel) 격자를 생성하는 단계, 상기 구름을 형상화하기 위해 상대 습도 및 습수 중 적어도 하나를 경계값으로 설정하는 단계, 상기 복셀 격자 및 상기 경계값을 이용하여 상기 3차원 구름이미지를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, generating a three-dimensional cloud image includes generating a voxel grid in a three-dimensional space with the latitude and longitude according to the altitude information, and at least one of relative humidity and wet water to shape the cloud. Setting the boundary value, and generating the 3D cloud image using the voxel grid and the boundary value.
아울러, 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 구름 가시화 장치는, 관심지역정보를 수신하는 입력부 및 기상자료를 수집하고, 상기 관심정보에 대응되는 해당 영역에 대한 지표면 지도 및 상기 해당 영역에 대응되는 3차원 구름이미지를 생성하고, 상기 지표면 지도 및 상기 3차원 구름이미지를 결합하여 가시화 이미지를 생성하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the three-dimensional cloud visualization apparatus according to an embodiment of the present invention collects an input unit for receiving information on a region of interest and weather data, and provides a ground map for the region corresponding to the information of interest and a 3D map corresponding to the region. It is characterized in that it comprises a control unit for generating a three-dimensional cloud image, and generating a visualized image by combining the ground surface map and the three-dimensional cloud image.
또한, 제어부는, 수치모델과 위성자료를 포함하는 연직 상대습도 및 온도 자료를 포함하는 상기 기상자료를 수집하는 것을 특징으로 한다.In addition, the control unit is characterized in that it collects the meteorological data including the vertical relative humidity and temperature data including the numerical model and satellite data.
또한, 제어부는, 상기 입력부로부터 상기 3차원 구름을 가시화하고자 하는 위도, 경도 및 고도 정보를 포함하는 상기 관심지역정보와 상기 3차원 구름을 가시화하고자 하는 시간을 수신하는 것을 특징으로 한다.In addition, the control unit is characterized in that it receives, from the input unit, the region of interest information including latitude, longitude, and altitude information for visualizing the 3D cloud and the time at which the 3D cloud is to be visualized.
또한, 제어부는, 수치 표고 모델의 고도자료를 이용하여 상기 관심지역정보에 포함된 상기 위도 및 경도에 대응되는 표고 자료를 생성하고, 상기 위도 및 경도에 대응되는 2차원 지표면 지도 이미지를 호출하여 상기 2차원 지표면 지도 이미지와 상기 표고 자료를 결합하여 상기 지표면 지도를 생성하는 것을 특징으로 한다. In addition, the control unit generates elevation data corresponding to the latitude and longitude included in the region of interest information by using the elevation data of the numerical elevation model, and calls a two-dimensional surface map image corresponding to the latitude and longitude, and the The two-dimensional surface map image and the elevation data are combined to generate the surface map.
또한, 제어부는, 상기 고도 정보에 따른 상기 위도 및 경도로 3차원 공간 내의 복셀 격자를 생성하고, 상기 구름을 형상화하기 위해 상대 습도 및 습수 중 적어도 하나를 경계값으로 설정하고, 상기 복셀 격자 및 상기 경계값을 이용하여 상기 3차원 구름이미지를 생성하는 것을 특징으로 한다. In addition, the control unit generates a voxel grid in a three-dimensional space with the latitude and longitude according to the altitude information, sets at least one of relative humidity and wet water as a boundary value to shape the cloud, and sets the voxel grid and the It is characterized in that the three-dimensional cloud image is generated by using the boundary value.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 기상 자료를 이용한 3차원 구름 가시화 방법 및 장치는, 구름을 3차원으로 가시화하여 기상항공기, 무인기, 로켓, 드론을 포함하는 비행체의 시딩 경로와 구름을 직관적으로 확인함으로써 사용자가 직관적인 구름의 특성 및 공간 분포를 파악할 수 있는 효과가 있다.As described above, the three-dimensional cloud visualization method and apparatus using meteorological data according to the present invention provides a three-dimensional visualization of clouds to intuitively check the seeding path and clouds of air vehicles including weather aircraft, unmanned aerial vehicles, rockets, and drones. There is an effect that the user can intuitively grasp the characteristics and spatial distribution of clouds.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 구름 가시화를 수행하는 전자장치의 주요 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 구름 가시화를 수행하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 지표면 지도를 생성하는 방법을 설명하기 위한 상세순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 구름 자료를 생성하는 방법을 설명하기 위한 상세순서도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 구름 가시화를 나타낸 화면예시도이다.1 is a block diagram showing the main configuration of an electronic device for performing 3D cloud visualization according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating a method of performing 3D cloud visualization according to an embodiment of the present invention.
3 is a detailed flowchart for explaining a method of generating a ground surface map according to an embodiment of the present invention.
4 is a detailed flowchart for explaining a method of generating 3D cloud data according to an embodiment of the present invention.
5 is an exemplary screen view illustrating 3D cloud visualization according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략할 수 있고, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용할 수 있다.Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. DETAILED DESCRIPTION The detailed description set forth below in conjunction with the appended drawings is intended to describe exemplary embodiments of the present invention and is not intended to represent the only embodiments in which the present invention may be practiced. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts not related to the description may be omitted, and the same reference numerals may be used for the same or similar components throughout the specification.
본 발명의 일 실시 예에서, “또는”, “적어도 하나” 등의 표현은 함께 나열된 단어들 중 하나를 나타내거나, 또는 둘 이상의 조합을 나타낼 수 있다. 예를 들어, “A 또는 B”, “A 및 B 중 적어도 하나”는 A 또는 B 중 하나만을 포함할 수 있고, A와 B를 모두 포함할 수도 있다.In an embodiment of the present invention, expressions such as “or” and “at least one” may indicate one of the words listed together, or a combination of two or more. For example, “A or B” and “at least one of A and B” may include only one of A or B, or both A and B.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 구름 가시화를 수행하는 전자장치의 주요 구성을 나타낸 블록도이다. 1 is a block diagram showing the main configuration of an electronic device for performing 3D cloud visualization according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전자장치(100)는 통신부(110), 입력부(120), 표시부(130), 메모리(140) 및 제어부(150)를 포함한다. Referring to FIG. 1 , an
통신부(110)는 전자장치(100)의 외부에서 기상정보를 수집하여 전자장치(100)로 수치모델과 위성자료를 포함하는 연직 상대습도와 온도 자료를 포함하는 기상자료를 제공하는 외부서버(미도시) 또는 정지궤도위성 등과의 통신을 수행하고, 고도자료인 DEM(digital elevation model)을 제공하는 외부서버(미도시)와의 통신을 수행할 수 있다. The
또한, 전자장치(100)가 시딩 물질을 살포하는 기상항공기, 무인기, 로켓, 드론을 포함하는 비행체에 구비되지 않은 경우, 통신부(110)는 시딩 물질을 살포하는 비행체와의 통신을 통해, 비행체의 동작을 제어할 수 있다. 이를 위해, 통신부(110)는 5G(5th generation communication), LTE-A(long term evolution-advance), LTE 및 Wi-Fi(wireless fidelity) 등의 무선 통신을 수행할 수 있고, 라디오 통신 등을 수행할 수 있다. In addition, when the
입력부(120)는 전자장치(100)의 사용자의 입력에 대응하여 입력데이터를 발생시킨다. 이를 위해, 입력부(120)는 키보드(key board), 키패드(key pad), 돔 스위치(dome switch), 터치패널(touch panel), 터치 키(touch key), 마우스(mouse), 메뉴 버튼(menu button) 등의 입력수단을 포함할 수 있다.The
표시부(130)는 전자장치(100)의 동작에 따른 표시 데이터를 표시한다. 표시부(140)는 액정 디스플레이(LCD; liquid crystal display), 발광 다이오드(LED; light emitting diode) 디스플레이, 유기 발광 다이오드(OLED; organic LED) 디스플레이, 마이크로 전자기계 시스템(MEMS; micro electro mechanical systems) 디스플레이 및 전자 종이(electronic paper) 디스플레이를 포함한다. 표시부(130)는 입력부(120)와 결합되어 터치 스크린(touch screen)으로 구현될 수 있다.The
메모리(140)는 전자장치(100)의 동작 프로그램들을 저장한다. 또한, 메모리(140)는 사용자에 의해 설정된 관심영역정보, 3차원 구름 가시화 이미지를 확인하고자 하는 시간대 또는 특정 시각을 저장할 수 있다. 메모리(140)는 기상자료 및 고도자료를 기반으로 지표면 지도를 생성할 수 있는 알고리즘, 3차원 구름이미지를 생성할 수 있는 알고리즘 및 지표면 지도와 3차원 구름이미지를 결합하여 3차원으로 가시화된 구름이미지를 생성할 수 있는 알고리즘을 저장한다. The
제어부(150)는 입력부(120)로부터 수신된 3차원 구름 가시화 이미지 생성을 위한 생성신호에 따라 외부 서버와의 통신을 통해 수치모델과 위성자료를 포함하는 연직 상대습도와 온도 자료를 포함하는 기상자료를 수집한다. 예컨대, 수치모델은 UM(unified model), LDAPS(local data assimilation and prediction system)일 수 있고, 위성자료는 천리안 2호(GK-2A)와 같은 정지궤도위성으로부터 수집된 자료일 수 있다. 아울러, 제어부(150)는 연직 상대습도와 온도 자료가 포함된 기상자료를 일정 시간격으로 수집할 수 있다. 예를 들어, 수치모델은 10분에서 1시간 간격으로 1.5~100km의 공간해상도에 대한 자료를 수집할 수 있고, 위성자료는 2~10분 간격으로 0.5~2km의 공간해상도에 대한 자료를 수집할 수 있다.The
제어부(150)는 입력부(120)로부터 구름 가시화를 위한 3차원 공간에 대한 위도, 경도 및 고도 정보를 포함하는 관심영역정보를 입력받고, 3차원 구름 가시화 이미지를 확인하고자 하는 시간대를 분 단위로 입력받는다. 물론, 제어부(150)는 3차원 구름 가시화 이미지를 확인하고자 하는 특정 시각을 입력받을 수 있다. 이때, 관심영역정보는 비행체로 시딩 물질을 살포하고자 하는 영역에 대한 정보일 수 있으며, 시간대 또는 특정 시각(이하, 시점이라고 통칭함)은 시딩 물질을 살포하고자 하는 시점일 수 있다. 또한, 위도와 경도는 관심영역에 따라 한반도 전체 또는 국소지역의 설정이 가능하다. 제어부(150)는 수집된 기상자료에서 입력된 시점에 기상자료를 추출하는데, 제어부(150)는 입력된 시점과 가장 가까운 이전 시각과 이후 시각에 대한 기상자료를 추가적으로 추출하여 입력된 시점에 대응되는 기상자료와 선형 내삽할 수 있다.The
제어부(150)는 설정된 관심영역정보를 기반으로 해당 영역에 대한 지표면 지도를 생성하고 설정된 관심영역정보를 기반으로 해당 영역에 대한 3차원 구름이미지를 생성한다. 첫 번째로, 제어부(150)는 지표면 지도를 생성하기 위해서 고도자료를 호출한다. 이때, 고도자료는 DEM(digital elevation model)일 수 있으며, DEM은 전지구 지형고도 자료인 GSHHG(global self-consistent, hierarchical, high-resolution geography database), GTOPO30, SRTM(shuttle radar topography mission), 국지모델자료인 RDAPS(regional data assimilation and prediction system)와 LDAPS 등일 수 있다. 제어부(150)는 고도자료 및 설정된 관심지역정보와 관련된 위도 및 경도를 기반으로 위도 및 경도에 대응되는 표고 자료를 생성한다. The
제어부(150)는 온라인에서 제공하는 구글어스, 네이버지도 등과 같은 지도데이터를 이용하여 설정된 관심지역정보와 관련된 위도 및 경도에 대한 2차원 지표면 지도 이미지를 호출한다. 제어부(150)는 생성된 표고 자료와 호출된 2차원 지표면 지도 이미지를 결합하여 관심지역정보의 지형지세를 포함한 지표면 지도를 생성한다. The
두 번째로, 제어부(150)는 3차원 구름이미지를 생성하기 위해서 관심영역정보와 관련된 고도에 따른 위도 및 경도를 기반으로 3차원 공간 내의 복셀(voxel) 격자를 생성한다. 이때, 복셀 격자를 정수배로 배열을 크게 설정하면, 해당 위도와 경도 내의 복셀 격자를 보다 상세히 나타낼 수 있다. Second, in order to generate a 3D cloud image, the
제어부(150)는 구름을 형상화하기 위해 상대 습도 및 습수 중 적어도 하나를 경계값으로 설정하고 설정된 경계값을 기반으로 3차원 구름이미지를 생성한다. 이를 위해, 제어부(150)는 상대습도를 80~100%로 설정하여 경계값을 설정하거나, 습수를 0~6K로 설정하여 경계값을 설정할 수 있다. 이때, 경계값은 상대습도를 경계조건으로 설정할 경우를 예컨대, 상대습도가 80% 이상인 경우의 복셀을 구름으로 가정하여 가시화하고, 습수를 경계 조건으로 설정할 경우 예컨대, 습수가 6K이하인 경우의 복셀을 구름으로 가정하여 가시화하기 위한 경계값을 의미하는 것이다. 경계값은 사용자가 임의로 설정할 수 있고, 지형 고도, 비행체의 유효 비행 고도, 자연 강수 유무 및 구름의 광학적인 특성으로 고려하는 것이 바람직하다. 아울러, 습수의 계산은 하기의 수학식 1 내지 수학식 4를 이용하여 설정할 수 있으며, 이는 하기에서 보다 구체적으로 설명하기로 한다. The
마지막으로 제어부(150)는 설정된 관심영역정보 및 시점에 따라 생성된 지표면 지도와 생성된 3차원 구름이미지를 동일한 3차원 공간 내에 결합하여 표시함으로써 3차원 구름 가시화 이미지를 생성한다. 제어부(150)는 생성된 3차원 구름 가시화 이미지를 표시부(130)에 표시한다. 이때, 제어부(150)는 입력부(120)의 입력에 따라 시야각(viewing angle)을 조절하여 측면, 정면, 천정 등의 방향에서 보는 것과 같은 이미지를 표시할 수 있다. Finally, the
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 구름 가시화를 수행하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 2 is a flowchart illustrating a method of performing 3D cloud visualization according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 201단계에서 제어부(150)는 입력부(120)로부터 3차원 구름 가시화 이미지를 생성하기 위한 생성신호의 수신여부를 확인한다. 201단계의 확인결과, 생성신호가 수신되면 제어부(150)는 203단계를 수행하고, 생성신호가 수신되지 않으면 제어부(150)는 생성신호의 수신을 대기한다. Referring to FIG. 2 , in
203단계에서 제어부(150)는 기상자료를 수집한다. 이때, 기상자료는 수치모델과 위성자료를 포함하는 연직 상대습도와 온도 자료를 포함한다. 예컨대, 수치모델은 UM(unified model), LDAPS(local data assimilation and prediction system)일 수 있고, 위성자료는 천리안 2호(GK-2A)와 같은 정지궤도위성으로부터 수집된 자료일 수 있다. 아울러, 제어부(150)는 연직 상대습도와 온도 자료가 포함된 기상자료를 일정 시간격으로 수집할 수 있다. 예를 들어, 수치모델은 10분에서 1시간 간격으로 1.5~100km의 공간해상도에 대한 자료를 수집할 수 있고, 위성자료는 2~10분 간격으로 0.5~2km의 공간해상도에 대한 자료를 수집할 수 있다. 이를 위해, 제어부(150)는 전자장치(100)의 외부에서 기상정보를 수집하는 외부 서버(미도시)와의 통신을 수행할 수 있다. In
205단계에서 제어부(150)는 입력부(120)로부터 관심영역정보를 입력받는다. 보다 구체적으로, 사용자는 구름 가시화를 위한 3차원 공간인 위도, 경도 및 고도 정보를 입력하고, 3차원 구름 가시화 이미지를 확인하고자 하는 시점 예컨대, 시간대를 분 단위로 입력할 수 있으며, 특정 시각을 입력할 수 있다. 이때, 위도와 경도는 관심영역에 따라 한반도 전체 또는 국소지역의 설정이 가능하다. 도시되지는 않았으나, 제어부(150)는 203단계에서 수집된 기상자료에서 입력된 시점에 기상자료를 추출한다. 아울러, 제어부(150)는 입력된 시점과 가장 가까운 이전 시각과 이후 시각에 대한 기상자료를 입력된 시점에 대응되는 기상자료와 선형 내삽할 수 있다.In
이어서, 207단계에서 제어부(150)는 설정된 관심영역정보를 기반으로 해당 영역에 대한 지표면 지도를 생성하고 209단계를 수행한다. 209단계에서 제어부(150)는 설정된 관심영역정보를 기반으로 해당 영역에 대한 3차원 구름이미지를 생성한다. 이때, 207단계 및 209단계는 각각 하기의 도 3 및 도 4에서 구체적으로 설명하기로 한다. Next, in
211단계에서 제어부(150)는 205단계에서 설정된 관심영역정보 및 시점에 따라 207단계에서 생성된 지표면 지도와 209단계에서 생성된 3차원 구름이미지를 동일한 3차원 공간 내에 결합하여 표시함으로써 3차원 구름 가시화 이미지를 생성한다. 이를 통해, 사용자는 비행체로 관심영역에 시딩 물질을 살포하기 전, 살포 시, 또는 살포 이후의 구름이 3차원으로 가시화된 이미지를 확인할 수 있다. In
213단계에서 제어부(150)는 생성된 3차원 구름 가시화 이미지를 표시부(130)에 표시한다. 이때, 제어부(150)는 입력부(120)의 입력에 따라 시야각(viewing angle)을 조절하여 측면, 정면, 천정 등의 방향에서 보는 것과 같은 이미지를 표시할 수 있다. 이어서, 215단계에서 제어부(150)는 입력부(120)로부터 가시화 이미지의 생성을 종료하기 위한 종료신호가 수신되면 상기 프로세스를 종료하고, 종료신호가 수신되지 않으면 203단계로 회귀하여 상기의 동작을 재수행할 수 있다. In
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 지표면 지도를 생성하는 방법을 설명하기 위한 상세순서도이다. 3 is a detailed flowchart for explaining a method of generating a ground surface map according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 301단계에서 제어부(150)는 고도자료를 호출한다. 이때, 고도자료는 DEM(digital elevation model)일 수 있으며, DEM은 전지구 지형고도 자료인 GSHHG(global self-consistent, hierarchical, high-resolution geography database), GTOPO30, SRTM(shuttle radar topography mission), 국지모델자료인 RDAPS(regional data assimilation and prediction system)와 LDAPS 등일 수 있다. 이를 위해, 제어부(150)는 고도자료를 제공하는 외부 서버(미도시)와 통신을 수행할 수 있다. 303단계에서 제어부(150)는 고도자료 및 도 2의 205단계에서 설정된 관심지역정보와 관련된 위도 및 경도를 기반으로 위도 및 경도에 대응되는 표고 자료를 생성한다. Referring to FIG. 3 , in
이어서, 305단계에서 제어부(150)는 온라인에서 제공하는 구글어스, 네이버지도 등과 같은 지도데이터를 이용하여 도 2의 205단계에서 설정된 관심지역정보와 관련된 위도 및 경도에 대한 2차원 지표면 지도 이미지를 호출한다. 307단계에서 제어부(150)는 303단계에서 생성된 표고 자료와 305단계에서 호출된 2차원 지표면 지도 이미지를 결합하여 관심지역정보의 지형지세를 포함한 지표면 지도를 생성하여 도 2의 209단계로 리턴한다. 이를 통해, 지표면 지도는 관심지역정보에 대응되는 해당 영역의 지형과 고도를 가시화하여 표시할 수 있고, 사용자는 이를 통해 구름의 수평과 연직 위치 파악을 용이하게 수행할 수 있다. Next, in
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 구름 자료를 생성하는 방법을 설명하기 위한 상세순서도이다. 4 is a detailed flowchart for explaining a method of generating 3D cloud data according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 401단계에서 제어부(150)는 관심영역정보를 기반으로 3차원 공간 내의 복셀(voxel) 격자를 생성한다. 보다 구체적으로, 제어부(150)는 도 2의 205단계에서 설정된 관심지역정보와 관련된 고도에 따른 위도 및 경도를 3차원 공간 내의 복셀 격자로 생성할 수 있다. 복셀 격자를 정수배로 배열을 크게 설정하면, 해당 위도와 경도 내의 복셀 격자를 보다 상세히 나타낼 수 있다. 예컨대, 배열을 3배로 설정할 경우 3차원 공간 내의 배열의 크기는 27배로 증가될 수 있다. Referring to FIG. 4 , in
이어서, 403단계에서 제어부(150)는 구름을 형상화하기 위해 상대 습도 및 습수 중 적어도 하나를 경계값으로 설정하고 405단계를 수행한다. 보다 구체적으로, 403단계에서 제어부(150)는 상대습도를 80~100%로 설정하여 경계값을 설정하거나, 습수를 0~6K로 설정하여 경계값을 설정할 수 있다. 이때, 경계값은 상대습도를 경계조건으로 설정할 경우를 예컨대, 상대습도가 80% 이상인 경우의 복셀을 구름으로 가정하여 가시화하고, 습수를 경계 조건으로 설정할 경우 예컨대, 습수가 6K이하인 경우의 복셀을 구름으로 가정하여 가시화하기 위한 경계값을 의미하는 것이다. 경계값은 사용자가 임의로 설정할 수 있고, 지형 고도, 비행체의 유효 비행 고도, 자연 강수 유무 및 구름의 광학적인 특성으로 고려하는 것이 바람직하다. 아울러, 습수의 계산은 하기의 수학식 1 내지 수학식 4를 이용하여 설정할 수 있다. Next, in
(단, 는 수증기압을 의미하며, 기층의 온도에 따라 (0℃ 이상)와 (0℃ 미만)로 구분된다. RH는 상대습도, P는 해당 기층의 압력을 의미한다. 아울러, 수증기압, 기층의 온도, 상대습도 및 해당 기층의 압력은 도 2에서 추출된 기상자료에 따라 설정될 수 있다. 또한, 상기 기층은 추출된 기상자료에 따라 해면 기압 수준의 1013.25hPa 기층부터 0.01hPa 수준의 대기 상층까지 여러 기층으로 구성될 수 있다.)(only, is the water vapor pressure, depending on the temperature of the substrate (above 0℃) and (less than 0℃). RH stands for relative humidity, and P stands for pressure of the corresponding substrate. In addition, the water vapor pressure, the temperature of the base layer, the relative humidity and the pressure of the base layer may be set according to the meteorological data extracted in FIG. 2 . In addition, the base layer may be composed of several base layers from the 1013.25 hPa base at sea level to the upper atmosphere at the 0.01 hPa level, depending on the extracted meteorological data.)
(이때, 는 이슬점 온도를 의미한다.)(At this time, is the dew point temperature.)
여기서, 수학식 2는 따뜻한 구름 예컨대, 0℃ 이상인 조건에 적용되고, 수학식 3은 차가운 구름 예컨대, 0℃ 미만인 조건에 적용된다. 최종적으로 습수는 하기의 수학식 4와 같이 온도와 이슬점 온도의 차이로 계산된다. Here, Equation 2 is applied to a warm cloud, for example, a condition of 0° C. or higher, and Equation 3 is applied to a cold cloud, for example, a condition less than 0° C. Finally, the damp water is calculated as the difference between the temperature and the dew point temperature as shown in Equation 4 below.
(이때, 는 각 기층의 온도이고 와의 차이는 습수로 정의된다.)(At this time, is the temperature of each substrate The difference with is defined as wet water.)
이어서, 405단계에서 제어부(150)는 설정된 경계값을 기반으로 3차원 구름이미지를 생성하고 도 2의 211단계로 리턴한다. 이때, 경계값은 상대습도 또는 습수를 사용할 수 있으며, 설정된 상대습도의 경계값 이상일 경우 또는 설정된 습수의 경계값 이하일 경우의 복셀을 구름으로 가정하여 가시화한다.Next, in
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 구름 가시화를 나타낸 화면예시도이다.5 is an exemplary screen view illustrating 3D cloud visualization according to an embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 도 5의 (a)는 도 2의 211단계에서 생성된 3차원 구름 가시화 이미지를 동남향 각도에서 표시한 이미지이고, 도 5의 (b)는 도 2의 211단계에서 생성된 3차원 구름 가시화 이미지를 남향 각도에서 표시한 이미지이다. 이미지의 고도는 지위고도(km) 또는 기압(hPa)으로 표기할 수 있다. 이와 같이, 사용자는 도 2의 205단계에서 설정된 시점에 대응되는 구름이미지를 확인하되, 관심영역정보로 설정한 해당 영역의 고도, 경도 및 위도를 기준으로 3차원으로 가시화된 구름이미지를 확인할 수 있고, 시야각을 조절하여 동남향, 남향 등 다양한 각도에서 구름이미지를 확인할 수 있다. Referring to FIG. 5 , (a) of FIG. 5 is an image of the 3D cloud visualization image generated in
본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 따라서 본 발명의 범위는 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상을 바탕으로 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The embodiments of the present invention disclosed in the present specification and drawings are merely provided for specific examples to easily explain the technical content of the present invention and help the understanding of the present invention, and are not intended to limit the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should be construed as including all changes or modifications derived based on the technical spirit of the present invention in addition to the embodiments disclosed herein are included in the scope of the present invention.
Claims (10)
상기 전자장치가 시딩 물질을 살포하고자 하는 위도, 경도 및 고도 정보를 포함하는 관심지역정보와 상기 시딩 물질을 살포하고자 하는 시점을 외부로부터 수신하는 단계;
상기 전자장치가 상기 관심지역정보에 대응되는 해당 영역에 대한 지표면 지도를 생성하는 단계;
상기 전자장치가 상기 기상자료 중 상기 시점에 대응하는 기상자료를 추출하여 상기 해당 영역에 대응되는 3차원 구름이미지를 생성하는 단계; 및
상기 전자장치가 상기 지표면 지도 및 상기 3차원 구름이미지를 결합하여 가시화 이미지를 생성하는 단계;
를 포함하고,
상기 3차원 구름이미지를 생성하는 단계는,
상기 고도 정보에 따른 상기 위도 및 경도로 3차원 공간 내의 복셀(voxel) 격자를 생성하는 단계;
상기 구름을 형상화하기 위해 상대 습도 및 습수 중 적어도 하나를 경계값으로 설정하는 단계;
상기 기상자료에 기초하여 상기 경계값에 포함되는 상대 습도 및 습수 중 적어도 하나를 가지는 복셀 격자를 구름으로 가시화하여 상기 3차원 구름이미지를 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 구름 가시화 방법. collecting, by the electronic device, meteorological data including vertical relative humidity and temperature data including numerical models and satellite data;
receiving, by the electronic device, information on the region of interest including latitude, longitude, and altitude information at which the seeding material is to be sprayed and a time point at which the seeding material is to be sprayed from the outside;
generating, by the electronic device, a ground surface map for a corresponding region corresponding to the region of interest information;
generating, by the electronic device, a three-dimensional cloud image corresponding to the corresponding area by extracting the weather data corresponding to the time point from among the weather data; and
generating, by the electronic device, a visualized image by combining the ground surface map and the three-dimensional cloud image;
including,
The step of generating the three-dimensional cloud image,
generating a voxel grid in a three-dimensional space with the latitude and longitude according to the altitude information;
setting at least one of relative humidity and wet water as a boundary value to shape the cloud;
generating the 3D cloud image by visualizing a voxel grid having at least one of relative humidity and wet water included in the boundary value as a cloud based on the meteorological data; .
상기 지표면 지도를 생성하는 단계는,
수치 표고 모델의 고도자료를 이용하여 상기 관심지역정보에 포함된 상기 위도 및 경도에 대응되는 표고 자료를 생성하는 단계;
상기 위도 및 경도에 대응되는 2차원 지표면 지도 이미지를 호출하는 단계; 및
상기 2차원 지표면 지도 이미지를 상기 표고 자료에 결합하여 상기 지표면 지도를 생성하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 구름 가시화 방법. According to claim 1,
The step of generating the ground surface map comprises:
generating elevation data corresponding to the latitude and longitude included in the region of interest information by using the elevation data of the numerical elevation model;
calling a two-dimensional surface map image corresponding to the latitude and longitude; and
generating the ground surface map by combining the two-dimensional surface map image with the elevation data;
A three-dimensional cloud visualization method comprising a.
수치모델과 위성자료를 포함하는 연직 상대습도 및 온도 자료를 포함하는 기상자료를 수집하고, 상기 관심지역정보에 대응되는 해당 영역에 대한 지표면 지도를 생성하고, 상기 기상자료 중 상기 시점에 대응하는 기상자료를 추출하여 상기 해당 영역에 대응되는 3차원 구름이미지를 생성하고, 상기 지표면 지도 및 상기 3차원 구름이미지를 결합하여 가시화 이미지를 생성하는 제어부;
를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 고도 정보에 따른 상기 위도 및 경도로 3차원 공간 내의 복셀 격자를 생성하고, 상기 구름을 형상화하기 위해 상대 습도 및 습수 중 적어도 하나를 경계값으로 설정하고, 상기 기상자료에 기초하여 상기 경계값에 포함되는 상대 습도 및 습수 중 적어도 하나를 가지는 복셀 격자를 구름으로 가시화하여 상기 3차원 구름이미지를 생성하는 것을 특징으로 하는 3차원 구름 가시화 장치.an input unit for receiving, from the outside, information on the region of interest including latitude, longitude, and altitude information at which the seeding material is to be sprayed and the timing at which the seeding material is to be sprayed; and
It collects meteorological data including vertical relative humidity and temperature data including numerical models and satellite data, generates a surface map for the corresponding area corresponding to the area of interest information, and weather data corresponding to the time point among the meteorological data a control unit that extracts data to generate a three-dimensional cloud image corresponding to the corresponding area, and generates a visualized image by combining the ground surface map and the three-dimensional cloud image;
including,
The control unit is
Create a voxel grid in a three-dimensional space with the latitude and longitude according to the altitude information, set at least one of relative humidity and wet water as a boundary value to shape the cloud, and set the boundary value to the boundary value based on the weather data 3D cloud visualization apparatus, characterized in that the 3D cloud image is generated by visualizing a voxel grid having at least one of included relative humidity and damp water as a cloud.
상기 제어부는,
수치 표고 모델의 고도자료를 이용하여 상기 관심지역정보에 포함된 상기 위도 및 경도에 대응되는 표고 자료를 생성하고, 상기 위도 및 경도에 대응되는 2차원 지표면 지도 이미지를 호출하여 상기 2차원 지표면 지도 이미지와 상기 표고 자료를 결합하여 상기 지표면 지도를 생성하는 것을 특징으로 하는 3차원 구름 가시화 장치. 7. The method of claim 6,
The control unit is
Elevation data corresponding to the latitude and longitude included in the area of interest information is generated using the altitude data of the numerical elevation model, and the 2D surface map image is called by calling the 2D surface map image corresponding to the latitude and longitude. 3D cloud visualization device, characterized in that by combining the elevation data and generating the ground surface map.
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