KR100457966B1 - 조류신호 시스템 및 그 조류 측정 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 조류 신호 시스템 및 그 조류 측정 방법에 관한 것으로, 조류가 빠른 항만 입구나 수로에 조류센서를 설치하여 현재의 유향과 유속을 측정한 다음 전광판을 통해 항만을 이용하는 선박에게 실시간으로 제공함으로써, 각종 해난사고를 미연에 방지할 수 있고, 각 항만에 대한 조류정보를 기록하여 해양 조류 자료에 활용할 수 있는 효과가 있다.
이를 위한 본 발명에 의한 조류 신호 시스템은 조류의 유속과 유향을 각각 측정하여 표시하는 제 1 내지 제 n 조류신호소; 상기 제 1 내지 제 n 조류신호소에서 전송된 조류정보 및 운영정보를 표시 및 감시하고 기록하며 상기 제 1 내지 제 n 조류신호소를 각각 제어하는 조류신호 운영센터; 및 상기 조류신호 운영센터에서 전송된 조류정보 및 운영정보를 표시 및 감시하고 기록하며 상기 조류신호 운영센터를 제어하는 관리 시스템을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 조류 신호 시스템 및 그 조류 측정 방법에 관한 것으로, 특히 조류가 빠른 항만 입구나 수로에 조류센서를 설치하여 현재의 유향과 유속을 측정한 다음 전광판을 통해 항만을 이용하는 선박에게 실시간으로 제공함으로써, 각종 해난사고를 미연에 방지할 수 있는 조류 신호 시스템 및 그 조류 측정 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 조류신호를 측정 및 표시하는 조류신호소에 관한 국제적 기준이나 국제항로표지협회(IALA)의 표준 또는 권고는 없는 실정이다. 그러나 많은 국가에서 조류에 관한 실측과 이에 관한 정보제공은 일반화되어 있는 실정이다.
조류정보의 제공방법은 여러 가지가 있으나 크게 3가지로 대별할 수 있다.
첫째, 가장 전통적이고 일반적인 방법으로서 수로국(우리나라의 경우에는 해양 조사원)에서 발행하는 조류도 및 조속표를 이용하는 방법이다.
둘째, 장기간에 걸친 조류 실측 데이터를 바탕으로 하여 특정 지점의 조류값으로 정보를 제공하는 방법이다.
세째, 알고자하는 특정 지점에 조류센서를 설치하여 실측한 조류값을 제공하는 방법이다.
조류도와 조석표와 같이 인쇄매체를 통하여 제공하는 것을 제외하고는, 환산된 조류값이나 실측 조류값을 무선 방식, 자동 응답 방식, 전광 표시판 방식, 형상 표지 또는 인터넷 방식을 이용하여 제공하고 있다.
하지만, 현재 한국에서는 특정 지점에 조류센서를 설치하여 실측한 조류값을 전광 표시 방식에 의해 조류정보를 제공 및 기록하는 조류 측정 시스템은 없는 상태이다.
따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 조류가 빠른 항만 입구나 수로에 조류센서를 설치하여 현재의 유향과 유속을 측정한 다음 전광판을 통해 항만을 이용하는 선박에게 실시간으로 제공함으로써, 각종 해난사고를 미연에 방지할 수 있는 조류 신호 시스템 및 그 조류 측정 방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 각 항만에 대한 조류정보를 기록하여 해양 조류 자료에 활용할 수 있는 조류 신호 시스템 및 그 조류 측정 방법을 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명에 의한 조류신호 시스템의 블록 구성도
도 2는 도 1에 도시된 제 1 내지 제 n 조류신호소(100)의 블록 구성도
도 3은 도 1에 도시된 조류신호 운영 센터(200)의 블록 구성도
도 4는 본 발명에서 사용된 도플러 효과를 설명하기 위한 도면
도 5는 본 발명에서 사용된 조류센서의 배열을 나타낸 도면
도 6은 도 5에서 x축 유향에 위치한 조류센서의 유속 벡터를 나타낸 도면
도 7은 해저에서 해수면까지 3개 층으로 분류하여 조류를 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면
도 8은 해저의 깊이에 따라 수신된 파형의 모양을 시간적으로 나타낸 도면
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100 : 제 1 내지 제 n 조류 신호소 111 : 조류 센서
112 : 송수신기 113 : 조류 측정 장치
120 : 조류신호 처리 시스템부
121 : 제 1 내지 제 n 신호처리 단말기
122 : GPS 안테나 123 : GPS 시계
130 : 조류신호 표시 시스템부 131 : 전구제어반
132 : 감시제어반 133 : 신호전원반
134 : 전시제어부 135 : 피뢰기
136 : 중계단자반 137 : 전광 표시판
140 : 조류신호 표시 기록기 150 : 프린터
160 : 네트워크 통신망 161 : 라우터
162 : 모뎀 163 : 라우터
164 : 모뎀 165 : 송수신부
166 : 안테나 200 : 조류신호 운영센터
210 : 운영 콘솔
211 : 제 1 내지 제 n 운영 단말기
212 : GPS 안테나 213 : GPS 시계
220 : 시스템 프린터 230 : 콘솔 프린터
240 : 운영 PC 250 : ARS 운영 PC
260 : ARS 시스템 270 : 네트워크 통신망
271 : 라우터
272 : 제 1 내지 제 n 모뎀 273 : 게이트웨이
274 : 모뎀
300 : 관리 기관 또는 관리 시스템
310 : 모뎀 320 : 게이트웨이
330 : 서버 컴퓨터
400 : 공중 전화 교환망(PSTN) 410 : 서비스 이용자
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 조류 신호 시스템은,
조류의 유속과 유향을 각각 측정하여 표시하는 제 1 내지 제 n 조류신호소;
상기 제 1 내지 제 n 조류신호소에서 전송된 조류정보 및 운영정보를 표시 및 감시하고 기록하며 상기 제 1 내지 제 n 조류신호소를 각각 제어하는 조류신호운영센터; 및
상기 조류신호 운영센터에서 전송된 조류정보 및 운영정보를 표시 및 감시하고 기록하며 상기 조류신호 운영센터를 제어하는 관리 시스템을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 내지 제 n 조류신호소와 상기 조류신호 운영센터, 그리고 상기 조류신호 운영센터와 상기 관리 시스템은 각각 전용선으로 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 내지 제 n 조류신호소는 상기 조류의 유속 및 유향을 측정하는 조류 측정 시스템부; 상기 조류의 유속 및 유향을 표시하는 조류신호 표시 시스템부; 상기 조류 측정 시스템부로부터 수신된 조류 측정 데이터를 근거로 조류의 유속 및 유향을 연산 처리하여 상기 조류 측정 데이터와 함께 기록하고 상기 조류신호 표시 시스템부 및 상기 조류신호 운영 센터로 송출하는 조류신호 처리 시스템부; 및 상기 각 구성요소로 필요한 전원을 공급하는 전원 시스템부를 각각 포함하여 구성되며, 상기 각 구성요소들은 네트워크 통신망에 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 내지 제 n 조류신호소는 상기 조류신호 측정 시스템부에서 측정된 조류의 유속 및 유향을 기록하는 조류신호 표시 기록기와 프린터가 상기 네트워크 통신망에 추가로 각각 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 내지 제 n 조류신호소는 상기 조류신호 운영센터와의 통신을 위해 상기 네트워크 통신망에 라우터와 모뎀이 연결되어 있고, 다른 조류신호소 또는 전력 중계소와의 무선 통신을 위해 상기 네트워크 통신망에 라우터, 모뎀, 송수신부및 안테나가 각각 추가로 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 조류 측정 시스템부는 조류를 측정할 장소의 해저에 설치되며, 초음파를 수중으로 발사하여 반사된 초음파 펄스를 수신하여 전송하는 다수개의 조류 센서; 상기 조류 센서와 해저 케이블로 연결되며 트리거 신호를 수신하여 상기 조류 센서로 초음파 신호를 전송하며, 상기 조류 센서로부터 수신한 초음파 펄스를 주파수 변환 및 증폭하여 전송하는 송수신기; 및 상기 송수신기로 상기 트리거 신호를 송신함과 동시에 상기 송수신기로부터 수신된 초음파 펄스를 연산 처리하여 조류의 유속 및 방위를 산출하고 산출된 데이터를 상기 조류신호 처리 시스템부로 전송하는 조류 측정 장치를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 조류신호 처리 시스템부는 GPS 위성으로 부터 정확한 시간 정보를 수신하는 GPS 안테나; 및 상기 조류 측정 장치로부터 수신된 조류 측정 데이터를 근거로, 조류의 유속 및 유향을 연산 처리하여 상기 조류 측정 데이터와 함께 기록하고, 상기 연산 처리된 데이터를 상기 조류신호 표시 시스템부 및 조류신호 운영 센터로 송출하며, 상기 GPS 안테나를 통해 수신된 시간 정보를 근거로 일출 및 일몰 시간을 산출하여 전광 표시판의 램프의 밝기를 시간별로 조절하는 제 1 내지 제 n 신호처리 단말기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 조류신호 표시 시스템부는 상기 조류의 유속 및 유향을 포함한 정보를 나타내는 표시부; 및 상기 조류신호 처리 시스템부로부터 수신된 조류의 유속 및 유향에 대한 정보를 상기 표시부에 표시하도록 제어하는 전시 제어부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 표시부는 램프 유니트를 점 매트릭스(Dat Matrix) 방식으로 배열하여 조류의 유향과 유속을 문자, 숫자 및 기호로 표시하는 전광 표시판인 것을 특징으로 한다.
상기 전시 제어부는 상기 전광 표시판의 램프 유니트를 제어하여 조류의 유향, 유속 및 변화 추세를 표시하도록 제어하는 전구제어반; 상기 전구제어반 및 신호등 유니트의 상태를 감시 및 제어하는 감시제어반; 및 상기 전구제어반과 상기 감시제어반에 필요한 전원을 공급하는 신호전원반을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 조류신호 운영센터는 상기 제 1 내지 제 n 조류 신호소로부터 수신된 데이터를 화면에 표시 및 기록하고, 네트워크 통신망을 통해 상기 제 1 내지 제 n 조류 신호소의 운용에 필요한 각 기기를 제어하는 제 1 내지 제 n 운영 단말기로 구성된 운영 콘솔; 및 상기 제 1 내지 제 n 운영 단말기로 GPS 위성으로부터 수신된 시간 정보를 제공하는 GPS 안테나를 구비하며, 상기 제 1 내지 제 n 조류신호소와의 통신을 위해 상기 네트워크 통신망에 라우터와 모뎀이 연결되어 있고, 상기 관리 시스템과의 통신을 위해 상기 네트워크 통신망에 게이트웨이 및 모뎀이 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 내지 제 n 운영 단말기는 현재 시각, 조류의 유속 및 유향의 실측 표시치, 조류 신호 처리 이상, 전광판 점등, 전구의 광도 및 단심, 전원장치 동작여부를 나타내는 운용화면; 현재 시각, 조류의 유속 및 유향, 유속의 경향, 조류 곡선을 나타내는 실시간 조류 데이터화면; 데이터 시각, 조류표시 시스템 조작, 실측 표시치, 조류곡선, 측정치, 조류처리 시스템 상태, 설비 상태를 나타내는 기록 데이터 화면; 상기 제 1 내지 제 n 조류신호소에 설치된 각 시스템 및 각 설비 상태를 표시하여 감시하는 감시화면; 및 상기 제 1 내지 제 n 조류신호소에 설치된 시스템 및 설비에 대한 제어 상태를 표시 및 제어하는 원격제어화면을 구비한 것을 특징으로 한다.
상기 조류신호 운영센터는 상기 네트워크 통신망에 연결되며, 공중 전화 교환망(PSTN)을 통해 서비스 이용자에게 조류의 유속과 유향에 대한 정보를 ARS로 제공하는 ARS 운영 PC 및 ARS 시스템을 추가로 구비한 것을 특징으로 한다.
상기 관리 시스템은 상기 조류신호 운영센터와의 통신을 위해 모뎀, 게이트웨이 및 서버 컴퓨터를 구비한 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 조류 측정 방법은,
조류를 측정할 장소의 해저에 조류센서를 다수개 설치하는 단계;
상기 다수개의 조류센서를 통해 해수중으로 초음파를 발사하여 해저와 해수면 사이를 N등분한 반사체에 각각 반사된 초음파를 수신하는 단계;
상기 수신된 초음파를 도플러 효과를 이용하여 조류의 유속 및 유향을 측정하고 이를 데이터로 변환하는 단계; 및
상기 측정된 조류의 유속 및 유향 데이터를 연산 처리하여 저장하고 이를 전광 표지판에 실시간으로 나타내는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 의한 조류 신호 시스템의 블록 구성도이다.
상기 조류 신호 시스템은 도시된 바와 같이, 항만 입구나 수로의 조류를 각각 측정하여 표시하는 제 1 내지 제 n 조류신호소(100)와, 상기 제 1 내지 제 n 조류신호소(100)에서 전송된 조류정보 및 운영정보를 표시 및 감시하고 기록하며 상기 제 1 내지 제 n 조류신호소(100)를 각각 제어하는 조류신호 운영센터(200)와, 상기 조류신호 운영센터(200)에서 전송된 조류정보 및 운영정보를 표시 및 감시하고 기록하며 상기 조류신호 운영센터(200)를 제어하는 관리 기관(또는 관리 시스템)(300)으로 구성된다.
상기 제 1 내지 제 n 조류신호소(100)와 상기 조류신호 운영센터(200)는 모뎀을 통한 전용선(A-An)으로 각각 연결되어 있으며, 상기 조류신호 운영센터(200)와 상기 관리 시스템(300)도 모뎀을 통해 전용선(B)으로 연결되어 있다.
상기 제 1 내지 제 n 조류신호소(100)에 대해서는 도 2에서, 상기 조류신호 운영센터(200)에 대해서는 도 3에서 상세히 설명하기로 하고, 여기서는 도 1에 그 구성이 도시된 상기 관리 시스템(300)에 대해 설명하기로 한다.
상기 관리 시스템(300)은 우리나라의 지방해양수산청(예를 들면, 인천지방해양수산청)과 같은 기관에 해당되는 것으로, 도시된 바와 같이 상기 전용선(B)에 연결된 모뎀(310)과, 상기 모뎀(310)과 서버 컴퓨터(330) 사이에 연결된 게이트웨이(Gateway)(320)를 포함하여 구성된다. 따라서, 상기 관리 시스템(300)은 상기 조류신호 운영센터(200)에서 전송된 각 항만 및 수로의 조류정보 및 운영정보를 표시 및 감시하고 기록하며 상기 조류신호 운영센터(200)를 제어하는 역할을 한다.
도 2는 도 1에 도시된 제 1 내지 제 n 조류신호소(100)의 블록 구성도이다.
상기 제 1 내지 제 n 조류신호소(100)는 도시된 바와 같이, 조류의 유속 및 유향을 측정하는 조류 측정 시스템부(110)와, 조류의 유속 및 유향을 표시하는 조류신호 표시 시스템부(130)와, 상기 조류 측정 시스템부(110)로부터 수신된 조류 측정 데이터를 근거로 조류의 유속 및 유향을 연산 처리하여 상기 조류 측정 데이터와 함께 기록하고 상기 조류신호 표시 시스템부(130) 및 상기 조류신호 운영 센터(200)로 송출하는 조류신호 처리 시스템부(120)와, 전원을 공급하는 전원 시스템부(도시되지 않음)로 구성되며, 상기 조류 측정 시스템부(110)에서 측정된 조류의 유속 및 유향을 기록하는 조류신호 표시 기록기(140)와 프린터(150)를 추가로 구성하고 있다.
상기 제 1 내지 제 n 조류신호소(100)를 구성하고 있는 상기 각 구성요소들은 네트워크 통신망(160)에 의해 연결되어 있으며, 또한 상기 조류신호 운영센터(200)와의 통신을 위해 상기 네트워크 통신망(160)에 라우터(Router)(161)와 모뎀(Modem)(162)이 연결되어 있다. 그리고, 상기 제 1 내지 제 n 조류신호소(100)는 다른 지역에 설치된 조류신호소 또는 전력 중계소(도시되지 않음)와의 무선통신을 위해 상기 네트워크 통신망(160)에 모뎀(163), 라우터(164), 송수신부(165) 및 안테나(166)를 구비하고 있다.
상기 조류 측정 시스템부(110)는 도플러 효과를 이용하여 조류신호를 얻는 시스템으로, 도 2에 도시된 바와 같이 조류 센서(111), 송수신기(112) 및 조류 측정 장치(113)로 구성되며, 상기 조류 센서(111)는 조류를 측정할 장소의 해저에, 상기 송수신기(112)는 측정 장소 부근의 육상에, 상기 조류 측정 장치(113)는 장비실 내부에 각각 설치된다. 또한 상기 조류 센서(111)와 상기 송수신기(112) 사이에는 해저 케이블(cable)이 설치된다.
상기 조류 센서(111)는 상기 송수신기(112)로부터 수신된 초음파 펄스를 해수중에 발사하여, 미립자 및 기포 등에 의하여 반사된 도플러 편이를 받은 초음파 펄스를 수신하여 상기 송수신기(112)로 전송한다. 이 때, 조류측정은 도 4에 도시된 바와 같이 수면하 3곳의 조류를 측정하며, 그 측정방법에 대해서는 도 4에서 상세히 설명하기로 한다.
상기 조류 센서(111)는 도플러 소나(초음파식 도플러 다층 유속계: ADCP)를 이용한 센서로서, 조류 신호 시스템에서 가장 중요한 장치이다. 상기 조류 센서(111)는 해저에 설치됨에 따라 고정 및 유실 방지를 위해 해저기초시설을 싱커 및 파일방식으로 설치한다.
상기 송수신기(112)는 상기 조류 측정 장치(113)에서 트리거 신호를 받아 초음파 펄스를 상기 조류 센서(111)로 송출함과 동시에 상기 조류 센서(111)로부터 수신한 초음파 펄스를 주파수 변환하고 일정 레벨까지 증폭한 다음 상기 조류 측정 장치(113)로 전송한다.
해저에 설치된 상기 조류 센서(111)와 육상에 설치된 송수신기(112)를 연결하는 해저 케이블은 철선 2중 외장으로 구성되는 9dB/km의 특성을 갖는 특수 제작사양으로서 해저에서 1m 이상 매설하여 저인망 어선 및 해수로 인한 케이블 유실을막는다.
상기 조류 측정 장치(113)는 초음파 송신을 위한 트리거 신호를 상기 송수신기(112)에 송신함과 동시에 상기 송수신기(112)로부터 수신된 신호를 연산 처리하여 조류의 유속 및 방위를 산출하고, 발생된 조류 측정 데이터를 상기 조류신호 처리 시스템부(120)로 전송한다.
좀더 자세히 설명하면, 상기 조류 측정 장치(113)는 초음파 송신을 위하여 트리거 신호를 상기 송수신기(112)로 송출함과 동시에 일정 시간(예를 들어, 2초)마다 얻어지는 각층(도 4 참조)의 측정 데이터에 대하여 전일 측정된 데이터와 비교하고, 이상 데이터를 제거하며, 측정 데이터를 평균 처리하여 수평 성분의 유속을 산출하고, 수평 성분의 유속에서 각 층의 유속 및 유향을 산출하여 이를 보정하고, 또한 해수온도에 따른 초음파 전반유속를 보정한다. 또한, 조류 센서(111) 이상, 전원 이상, 데이터 이상 등을 현재 시각에 대한 산출 데이터를 일정 시간(예를 들어, 20초)마다 하드디스크(HDD)에 저장하고 상기 조류신호 처리 시스템부(120)로 데이터를 송출한다.
상기 조류신호 처리 시스템부(120)는 육상의 장비실에 설치하며, 상기 조류 측정 장치(113)로부터 수신된 조류 측정 데이터를 근거로 상기 제 1 내지 제 n 조류신호소(100)의 운용에 필요한 각종 데이터를 자동 처리하며, 상기 조류신호 운용센터(200)에 조류신호소 경보를 송신한다. 또한, 상기 조류 신호 처리 시스템부(120)는 상기 조류신호 운용센터(200)와 상호 연동하여 상기 조류 측정 시스템부(110) 및 상기 조류신호 표시 시스템부(130)를 제어 및 감시하고, 상기 조류측정 장치(113)로부터 수신된 조류 측정 데이터를 상기 조류신호 표시 시스템부(130)로 전송하여 측정된 조류의 유향 및 유속을 표시하도록 한다.
상기 조류신호 처리 시스템부(120)는 도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 내지 제 n 신호처리 단말기(121)와, GPS(Global Positioning System) 안테나(122) 및 GPS 시계(123)로 구성된다.
상기 제 1 내지 제 n 신호처리 단말기(121)는 상기 조류 측정 장치(113)로부터 수신된 조류 측정 데이터를 근거로, 조류의 유속 및 유향을 연산 처리하여 조류 측정 데이터와 함께 기록하고, 상기 연산 처리된 데이터를 상기 조류신호 표시 시스템부(130) 및 조류신호 운영 센터(200)로 송출한다.
또한, 상기 GPS 안테나(122)를 통해 수신된 시간을 근거로, 일출 및 일몰 시각을 산출하여 광도의 제어 데이터를 생성하며, 이 제어 데이터를 상기 조류신호 표시 시스템부(130)로 전송하여 전광 표시판(137)의 램프(Lamp)의 밝기가 주간에는 고광도, 야간에는 저광도, 일출 및 일몰시에는 중광도가 되도록 제어한다.
상기 GPS 시계(123)는 상기 GPS 안테나(122)를 통해 연월일시초를 정확히 수신하여 상기 제 1 내지 제 n 신호처리 단말기(121)로 시간정보를 전송하여 현재의 운영 상태를 알수 있도록 한다.
상기 조류신호 표시 시스템부(130)는 입출항 선박에 대하여 조류 정보(유향 및 유속)를 전광 문자로 표시하여 시각적으로 제공하기 위한 시스템으로, 그 구성은 도 2에 도시된 바와 같이, 전시 제어부(134)와 표시부(138)로 구성된다.
상기 전시 제어부(134)는 상기 조류신호 처리 시스템부(120)로부터 수신된조류의 유속 및 유향에 대한 정보를 전광 표시판(137)에 표시하도록 제어하는 시스템으로, 전구제어반(131), 감시제어반(132), 신호전원반(133)으로 구성된다.
상기 전구제어반(131)은 전광 표시판(137)의 램프 유니트(도시되지 않음)를 제어하여 조류의 유향, 유속 및 변화 추세를 표시하도록 제어하며, 상기 감시제어반(132)은 신호등 유니트(도시되지 않음) 및 상기 전구제어반(131)의 상태를 감시 및 제어하며, 상기 신호전원반(133)은 상기 전구제어반(131)과 상기 감시제어반(132)에 전원을 공급한다.
상기 표시부(138)는 도시된 바와 같이 피뢰기(135), 중계단자반(136), 전광 표시판(137)으로 구성된다.
상기 전광 표시판(137)은 점 매트릭스(Doat Matrix) 방식으로 램프를 종횡으로 배열하여 조류의 유향과 유속을 문자, 숫자 및 기호로 표시한다. 상기 전광 표시판(137)은 등화시 3km의 거리에서 인지할 수 있도록 설치하며, 60m/s의 풍력에도 견딜 수 있는 구조로 제작한다. 또한, 상기 전광 표시판(137)의 램프(Lamp)는 주간에는 고광도, 야간에는 저광도, 일출 및 일몰시에는 중광도가 되도록 밝기를 3단계로 제어한다.
상기 전광 표시판(137)에 설치된 램프 유니트(Lamp Unit)는 예를 들어, 2개의 램프를 1개의 유니트로 구성하여 124개의 램프 유니트로 구성하여 조류정보를 2초간 점등 2초간 소등의 4초 주기로 3회 반복하고, 1주기 점등시 영문 2문자로 된 조류의 유향을 8방위로 전시하며, 제 2 주기에는 소수점을 표시하고 제 3 주기에는 조류의 변화 추세(증가/감소)를 상향 및 하향의 화살표로 표시한다.
상기 중계단자반(136)은 상기 전구제어반(131)과 상기 전광 표시판(137)의 램프 유니트 중간에 설치되며, 내부에 램프 유니트 전원을 온(ON)/오프(OFF) 할 수 있는 방수 구조로 되어 있다.
상기 피뢰기(135)는 낙뢰로부터 상기 조류신호 표시 시스템부(130)를 보호하기 위한 장치이다.
한편, 상기 제 1 내지 제 n 조류신호소(100)는 도 2에는 도시되지 않았지만 상기 제 1 내지 제 n 조류신호소(100)의 각 장비에 전원을 공급하는 전원 시스템부를 각각 구비하고 있다. 상기 전원 시스템부는 무정전 시스템(UPS) 장치와 전원 입력장치를 포함하고 있다. 여기서, 상기 무정전 시스템 장치는 정전시 조류측정 및 전광표시를 연속적으로 할 수 있게 전원을 공급한다.
도 3은 도 1에 도시된 조류신호 운영 센터(200)의 블록 구성도이다.
상기 조류신호 운영 센터(200)는 도 3에 도시된 바와 같이, 제 1 내지 제 n 운영 단말기(211)로 구성된 운영 콘솔(Console)(210)과, 시스템 프린터(220)와, 콘솔 프린터(230)와, 운영 PC(240) 및 ARS 운영 PC(250)가 네트워크 통신망(270)에 각각 연결되어 구성된다. 그리고, 상기 조류신호 운영 센터(200)는 상기 제 1 내지 제 n 운영 단말기(211)에 연결된 GPS 시계(213)와, 상기 GPS 시계(213)에 연결된 GPS 안테나(212)와, 상기 ARS 운영 PC(250)와 공중 전화 교환망(PSTN)(400) 사이에 연결된 ARS 시스템(260)을 포함하여 구성하고 있다. 또한, 상기 조류신호 운영 센터(200)는 상기 제 1 내지 제 n 조류신호소(100)의 모뎀(162)과 연결하는 제 1 내지 제 n 모뎀(272)이 라우터(271)를 통해 상기 네트워크 통신망(270)에 연결되어 있고, 상기 관리 시스템(300)의 모뎀(310)과 연결하는 모뎀(274)이 게이트웨이(273)를 통해 상기 네트워크 통신망(270)에 연결되어 있다.
상기 구성을 갖는 상기 조류신호 운영 센터(200)는 상기 제 1 내지 제 n 조류신호소(100)의 조류신호 처리 시스템부(120)로부터 조류 측정 데이터, 시스템 상태 및 설비상태 등의 감시신호를 수신하여, 이를 표시 및 기록하고, 상기 제 1 내지 제 n 조류신호소(100)의 운용에 필요한 각 기기를 제어한다.
상기 제 1 내지 제 n 운영 단말기(211)의 표시화면에는 예를 들어, 운용화면, 실시간 조류 데이터화면, 기록 데이터 화면, 감시화면, 제어화면의 5개 화면을 나타낸다.
이때, 상기 운용화면에는 현재 시각, 조류 실측 표시치(유향 및 유속), 조류 신호 처리 이상, 전광판 점등, 전구의 광도 및 단심, 전원장치 등을 표시한다.
상기 실시간 조류 데이터화면에는 현재 시각, 조류 데이터(유향, 유속 및 유속의 경향), 조류곡선 등을 표시한다.
상기 기록 데이터 화면에는 데이터 시각, 조류표시 시스템 조작, 실측 표시치, 조류곡선, 측정치, 조류처리 시스템 상태, 설비 상태 등을 나타낸다.
상기 감시화면에는 상기 제 1 내지 제 n 조류신호소(100)에 설치된 각 시스템 및 각 설비 상태를 표시하여 감시한다.
상기 제어화면에는 상기 제 1 내지 제 n 조류신호소(100)에 설치된 시스템 및 설비에 대한 제어 상태를 표시하며, 이를 제어한다.
상기 조류신호 운영 센터(200)는 상기 공중 전화 교환망(PSTN)(400)을 통해접속한 서비스 이용자(410)에게 상기 ARS 시스템(260)을 이용하여 조류의 유속 및 유향에 대한 정보를 제공한다.
다음은, 본 발명에 의한 조류 측정 방법에 대해 설명하기로 한다.
본 발명에 의한 조류 측정 방법은 해저에 설치된 조류센서(111)를 통해 초음파를 발사하여 바다에서 움직이는 물체(반사체)들로부터 반사된 파를 수신하고 이 수신된 반사파를 도플러 효과(Doppler effect)를 이용하여 조류의 유향과 유속을 측정한다.
먼저, 본 발명을 설명하기 전에 도플러 효과에 대해 도 4를 참조하여 간단히 설명한다.
일반적으로, 도플러 효과는 파원(반사체)과 관측점(조류센서) 사이의 전파로(傳播路)의 실효 길이가 시간에 따라 변하기 때문에 관측된 파의 주파수가 변하는 현상이다.
반사체의 이동유속(V)에 의해 수신주파수(fr)는 f0±△f로 변화된다(f0는 송신주파수, △f는 주파수 변화율). 이때, 상기 수신주파수(fr)는 반사체의 이동유속이 증가할 때 증가(+)하고, 감소할 때 감소(-)된다.
상기 반사체의 이동유속(V)는,
이다. 여기서, C는 소리의 수중전파속도(1.522m/sec, 수온 20℃)이다.
도 5는 본 발명에 의한 조류센서(111)의 배열을 나타낸 도면이고, 도 6은 조류의 유속 및 유향을 계산하는 방법을 설명하기 위해 x축 유향의 조류센서에 수신된 유속 벡터를 나타낸 도면이다.
상기 조류센서(111)는 도 4에 도시된 바와 같이, x축과 y축을 갖는 평면인 해저에 4개의 센서{제 1 내지 제 4 조류센서(111a-111d)}로 거치되며 z축 유향으로 θ°만큼 기울어져 있다.
x 유향인 제 1 및 제 3 조류센서(111a)(111c) 유향에서 도플러 효과에 의해 조류 x의 성분 Vx, z의 성분 Vz가 발생한다. 마찬가지로, Vy, Vz가 발생한다.
도 6을 참조하면, x축 상의 제 1 조류센서(111a) 및 제 3 조류센서(111c)에 의한 유속 V1과 V3은 다음식과 같다.
같은 방법으로, y축 상의 제 2 조류센서(111b) 및 제 4 조류센서(111d)에 의한 유속 V2와 V4도 다음과 같이 구할 수 있다.
상기 식으로 부터 Vx와 Vy를 구할 수 있다.
여기서, Vx : x방향에 설치된 조류센서에서 측정된 유속
Vy : y방향에 설치된 조류센서에서 측정된 유속
∴
여기서, C : 음속(물속에서),: 송신주파수,: 수신주파수
: 빔(beam)의 유향 각도
이때, 조류의 유향()를 구하면,
상기와 같은 방법에 의해, 조류의 유향과 유속를 구할 수 있다.
도 7은 해저에서 해수면까지를 3개 층으로 분류하여 조류를 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 8은 해저의 깊이에 따라 수신된 파형의 모양을 시간적으로 나타낸 도면이다.
수심 차이에 의한 조류의 유향 및 유속은 앞에서 설명한 방법을 이용하여 측정한다. 상기 제 1 내지 제 4 조류센서(111a 내지 111d)에서 송신된 송신파형이 각 층(Layer)(A층, B층, C층)에서 반사되어 다시 수신되기 까지의 시간은 각 층에 따라 다르다. 즉, 상기 제 1 내지 제 4 조류센서(111a 내지 111d)에 수신된 수신파형의 시간을 이용하여 깊이를 결정하고 조류의 유향과 유속은 도 5및 도 6과 동일한 방법으로 측정한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 해저에서 해수면까지를 3개 층(A층, B층, C층)으로 나눈다. 그리고, 해저에서 A층 까지의 깊이를 D1m, B층 까지의 깊이를 D2m, C층 까지의 깊이를 D3m라 하고, 상기 제 1 내지 제 4 조류센서(111a 내지 111d)에서 A층 까지의 초음파 도달 거리를 L1m, B층 까지의 초음파 도달 거리를 L2m, C층 까지의 초음파 도달 거리를 L3m라 가정한다.
이때, 상기 제 1 내지 제 4 조류센서(111a 내지 111d)에서 송신된 파형이 A층에서 반사되어 돌아오는 시간을 t1, B층에서 반사되어 돌아오는 시간을 t2, C층에서 반사되어 돌아오는 시간은 t3, 해수면에서 반사되어 돌아오는 시간을 t4라 하면, t1 내지 t4는 다음과 같다.
상기와 다른 방법으로, 조류의 깊이(D)와 초음파 도달 거리(L)를 계산하는 방법은 다음과 같다.
만약, 해저에서 해수면까지의 거리를,,m(깊이에 대한 변수)라 하고, 샘플링(sampling) 시간을 다음과 같이 주었을 때, 상기,,m에서 반사된 파형이 상기 제 1 내지 제 4 조류센서(111a 내지 111d)에 수신되는 시간은 다음과 같다.
그러므로, 각각의 시간차에 의해 각 깊이에 따른 조류의 유속과 유향 측정이 가능하다.
상기 조류센서를 사용하여 초음파를 이용한 조류의 유속과 유향을 측정하는 방법은 상기의 방법 이외에 여러가지가 있으며, 이들 방법은 이미 공지된 기술이므로 여기서는 상세하게 다루지는 않았다.
이상과 같은 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 수정, 부가 등이 가능할 것이며, 이러한 수정 수정 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 조류 신호 시스템 및 그 조류 측정 방법에 의하면, 조류가 빠른 항만 입구나 수로에 조류센서를 설치하여 현재의 유향과 유속을 측정한 다음 전광판을 통해 항만을 이용하는 선박에게 실시간으로제공함으로써, 각종 해난사고를 미연에 방지할 수 있다.
즉, 선박의 항해상 주요지정일 뿐만 아니라 해난사고가 빈발하고 있는 특정 지점의 조류를 장기간에 걸쳐 측정할 수 있게 됨에 따라 당해 지점에 대한 실측 조류 데이터 베이스를 구축할 수 있어 여러 가지 용도로 이용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 수요자가 요구하는 정보를 적기, 적소에 제공하게 됨으로써 대 국민 서비스의 질을 높일 수 있으며, 우리나라 항만을 찾는 외국 선박에 대해서도 이미지를 제고할 수 있게 된다.
또한, 강한 조류 때문에 항해에 어려움을 겪고 있는 선박에게 실시간 조류정보를 제공하여 선박의 조정에 도움을 주고, 긍정적으로는 조류로 인한 해난사고를 미연에 예방할 수 있게 됨에 따라 귀중한 인명과 재산상의 손실예방은 물론, 선박사고로 인한 환경오염 피해를 줄일 수 있는 효과가 있다.
Claims (18)
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- (1) 조류의 유속과 유향을 각각 측정하여 표시하는 제 1 내지 제 n 조류신호소;(2) 상기 제 1 내지 제 n 조류신호소에서 전송된 조류정보 및 운영정보를 표시 및 감시하고 기록하며 상기 제 1 내지 제 n 조류신호소를 각각 제어하는 조류신호 운영센터; 및(3) 상기 조류신호 운영센터에서 전송된 조류정보 및 운영정보를 표시 및 감시하고 기록하며 상기 조류신호 운영센터를 제어하는 관리 시스템을 포함하고,상기 제 1 내지 제 n 조류신호소와 상기 조류신호 운영센터, 그리고 상기 조류신호 운영센터와 상기 관리 시스템은 각각 전용선으로 연결되며,상기 제 1 내지 제 n 조류신호소는:(1-1) 상기 조류의 유속 및 유향을 측정하는 조류 측정 시스템부;(1-2) 상기 조류의 유속 및 유향을 표시하는 조류신호 표시 시스템부;(1-3) 상기 조류 측정 시스템부로부터 수신된 조류 측정 데이터를 근거로 조류의 유속 및 유향을 연산 처리하여 상기 조류 측정 데이터와 함께 기록하고 상기 조류신호 표시 시스템부 및 상기 조류신호 운영 센터로 송출하는 조류신호 처리 시스템부;(1-4) 상기 각 구성요소로 필요한 전원을 공급하는 전원 시스템부;(1-5) 상기 조류 측정 시스템부에서 측정된 조류의 유속 및 유향을 기록하는 조류신호 표시 기록기와 프린터; 및(1-6) 상기 각 구성요소들이 연결되는 네트워크 통신망;을 포함하며,상기 제 1 내지 제 n 조류신호소는 상기 조류신호 운영센터와의 통신을 위해 상기 네트워크 통신망에 라우터와 모뎀이 연결되어 있고 다른 조류신호소 또는 전력 중계소와의 무선 통신을 위해 상기 네트워크 통신망에 라우터, 모뎀, 송수신부 및 안테나가 각각 추가로 구성되며,상기 조류 측정 시스템부는:(2-1) 조류를 측정할 장소의 해저에 설치되며, 초음파를 수중으로 발사하여 반사된 초음파 펄스를 수신하여 전송하는 다수개의 조류 센서;(2-2) 상기 조류 센서와 해저 케이블로 연결되며 트리거 신호를 수신하여 상기 조류 센서로 초음파 신호를 전송하며, 상기 조류 센서로부터 수신한 초음파 펄스를 주파수 변환 및 증폭하여 전송하는 송수신기; 및(2-3) 상기 송수신기로 상기 트리거 신호를 송신함과 동시에 상기 송수신기로부터 수신된 초음파 펄스를 연산 처리하여 조류의 유속 및 방위를 산출하고 산출된 데이터를 상기 조류신호 처리 시스템부로 전송하는 조류 측정 장치를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 조류 신호 시스템.
- 제 6 항에 있어서, 상기 조류신호 처리 시스템부는,GPS 위성으로 부터 정확한 시간 정보를 수신하는 GPS 안테나; 및상기 조류 측정 장치로부터 수신된 조류 측정 데이터를 근거로, 조류의 유속 및 유향을 연산 처리하여 상기 조류 측정 데이터와 함께 기록하고, 상기 연산 처리된 데이터를 상기 조류신호 표시 시스템부 및 조류신호 운영 센터로 송출하며, 상기 GPS 안테나를 통해 수신된 시간 정보를 근거로 일출 및 일몰 시간을 산출하여 전광 표시판의 램프의 밝기를 시간별로 조절하는 제 1 내지 제 n 신호처리 단말기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 조류 신호 시스템.
- 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 조류신호 표시 시스템부는,상기 조류의 유속 및 유향을 포함한 정보를 나타내는 표시부; 및상기 조류신호 처리 시스템부로부터 수신된 조류의 유속 및 유향에 대한 정보를 상기 표시부에 표시하도록 제어하는 전시 제어부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 조류 신호 시스템.
- 제 8 항에 있어서,상기 표시부는 램프 유니트를 점 매트릭스(Doat Matrix) 방식으로 배열하여 조류의 유향과 유속을 문자, 숫자 및 기호로 표시하는 전광 표시판인 것을 특징으로 하는 조류 신호 시스템.
- 제 9 항에 있어서, 상기 전시 제어부는,상기 전광 표시판의 램프 유니트를 제어하여 조류의 유향, 유속 및 변화 추세를 표시하도록 제어하는 전구제어반;상기 전구제어반 및 신호등 유니트의 상태를 감시 및 제어하는 감시제어반; 및상기 전구제어반과 상기 감시제어반에 필요한 전원을 공급하는 신호전원반을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 조류 신호 시스템.
- 제 6 항에 있어서, 상기 조류신호 운영센터는,상기 제 1 내지 제 n 조류 신호소로부터 수신된 데이터를 화면에 표시 및 기록하고, 네트워크 통신망을 통해 상기 제 1 내지 제 n 조류 신호소의 운용에 필요한 각 기기를 제어하는 제 1 내지 제 n 운영 단말기로 구성된 운영 콘솔; 및상기 제 1 내지 제 n 운영 단말기로 GPS 위성으로부터 수신된 시간 정보를 제공하는 GPS 안테나를 구비하며,상기 제 1 내지 제 n 조류신호소와의 통신을 위해 상기 네트워크 통신망에 라우터와 모뎀이 연결되어 있고,상기 관리 시스템과의 통신을 위해 상기 네트워크 통신망에 게이트웨이 및 모뎀이 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 조류 신호 시스템.
- 제 11 항에 있어서, 상기 제 1 내지 제 n 운영 단말기는,현재 시각, 조류의 유속 및 유향의 실측 표시치, 조류 신호 처리 이상, 전광판 점등, 전구의 광도 및 단심, 전원장치 동작여부를 나타내는 운용화면;현재 시각, 조류의 유속 및 유향, 유속의 경향, 조류 곡선을 나타내는 실시간 조류 데이터화면;데이터 시각, 조류표시 시스템 조작, 실측 표시치, 조류곡선, 측정치, 조류처리 시스템 상태, 설비 상태를 나타내는 기록 데이터 화면;상기 제 1 내지 제 n 조류신호소에 설치된 각 시스템 및 각 설비 상태를 표시하여 감시하는 감시화면; 및상기 제 1 내지 제 n 조류신호소에 설치된 시스템 및 설비에 대한 제어 상태를 표시 및 제어하는 원격제어화면을 구비한 것을 특징으로 하는 조류 신호 시스템.
- 제 11 항에 있어서, 상기 조류신호 운영센터는,상기 네트워크 통신망에 연결되며, 공중 전화 교환망(PSTN)을 통해 서비스 이용자에게 조류의 유속과 유향에 대한 정보를 ARS로 제공하는 ARS 운영 PC 및 ARS 시스템을 추가로 구비한 것을 특징으로 하는 조류 신호 시스템.
- 제 6 항에 있어서, 상기 관리 시스템은,상기 조류신호 운영센터와의 통신을 위해 모뎀, 게이트웨이 및 서버 컴퓨터를 구비한 것을 특징으로 하는 조류 신호 시스템.
- 제 6 항의 조류 신호 시스템의 조류 측정 방법에 있어서,조류를 측정할 장소의 해저에 조류센서를 다수개 설치하는 단계;상기 다수개의 조류센서를 통해 해수중으로 초음파를 발사하여 해저와 해수면 사이를 N등분한 반사체에 각각 반사된 초음파를 수신하는 단계;상기 수신된 초음파를 도플러 효과를 이용하여 조류의 유속 및 유향을 측정하고 이를 데이터로 변환하는 단계; 및상기 측정된 조류의 유속 및 유향 데이터를 연산 처리하여 저장하고 이를 전광 표지판에 실시간으로 나타내는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 조류 측정 방법.
- 제 15 항에 있어서,상기 반사체의 이동유속(V)은{여기서,C : 소리의 수중전파속도(1.522m/sec, 수온 20℃),: 송신주파수,: 수신주파수}인 것을 특징으로 하는 조류 측정 방법.
- 제 16 항에 있어서,상기 조류의 유향()은{여기서, Vx : x 방향에 설치된 조류 센서에서 측정된 유속Vy : y 방향에 설치된 조류 센서에서 측정된 유속: 센서의 설치 유향 각도,∴여기서, C : 음속(물속에서),: 송신주파수,: 수신주파수,: 빔(beam)의 유향 각도}인 것을 특징으로 하는 조류 측정 방법.
- 제 17 항에 있어서,상기 다수개의 조류센서에 반사된 초음파가 수신되는 시간은,해저에서 해수면까지의 거리를,,라 하고, 초음파가 반사된 반사체의 깊이를 D, 초음파 도달 거리를 L이라 할 때,이고,인 것을 특징으로 하는 조류 측정 방법.
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR10-2004-0014413A KR100457966B1 (ko) | 2004-03-03 | 2004-03-03 | 조류신호 시스템 및 그 조류 측정 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100457966B1 (ko) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101043055B1 (ko) | 2010-10-12 | 2011-06-21 | (주)리노 | 초음파 선박 항로 유도 시스템 및 장치 |
| KR101486409B1 (ko) * | 2014-01-20 | 2015-01-27 | 한국로봇융합연구원 | 조류 흐름 변화 관측을 통한 수중 장애물 감지 및 경로계획 시스템 |
| KR101544478B1 (ko) | 2014-01-20 | 2015-08-17 | 한국로봇융합연구원 | 주위 정보를 이용하여 수중 운동체의 조류영향을 분석하는 시스템 및 분석하는 방법 |
| KR20230159088A (ko) | 2022-05-13 | 2023-11-21 | 주식회사 매크론 | 조류의 속도 및 방향 도출방법 |
-
2004
- 2004-03-03 KR KR10-2004-0014413A patent/KR100457966B1/ko active IP Right Grant
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|---|---|---|---|---|
| KR101043055B1 (ko) | 2010-10-12 | 2011-06-21 | (주)리노 | 초음파 선박 항로 유도 시스템 및 장치 |
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