KR100838318B1

KR100838318B1 - 기상조절 실험용 자동 강설/우박 입자 영상 포착기

Info

Publication number: KR100838318B1
Application number: KR1020060115669A
Authority: KR
Inventors: 이명주; 장기호; 정기덕; 박균명; 오성남
Original assignee: 대한민국
Priority date: 2006-11-22
Filing date: 2006-11-22
Publication date: 2008-06-17
Also published as: KR20080046339A

Abstract

본 발명은 기상조절 실험용 자동 강설/우박 입자 영상 포착기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 대기 중의 강설/우박 입자를 자동으로 포집 촬영하여 이미지를 저장하는 기상조절 실험용 자동 강설/우박 입자 영상 포착기에 관한 것이다.

즉, 본 발명의 기상조절 실험용 자동 강설/우박 입자 영상 포착기의 구성을, 대기중의 강설/우박 입자를 강제 흡입하여 입자 영상을 출력하는 입자 포착수단; 상기 입자 포착수단과 연결되어 외부 공기를 흡입하도록 흡입력을 제공하는 흡입수단; 상기 입자 포착수단 및 흡입수단의 작동을 제어하는 제어수단; 및 상기 제어수단과 연결되어 입자 영상을 출력하고, 데이터로 저장하는 출력 저장수단; 을 포함하여 이루어진다.

기상조절, 실험, 강설/우박 입자, 영상, 포착

Description

기상조절 실험용 자동 강설/우박 입자 영상 포착기{AUTOMATIC ICE PARTICLE IMAGE CAPTURE FOR WEATHER MODIFICATION TEST}

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기상조절 실험용 자동 강설/우박 입자 영상 포착기를 도시한 사시도이다.

도 2는 상기 기상조절 실험용 자동 강설/우박 입자 영상 포착기의 입자 포착수단의 평단면도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

110: 입자 포착수단 112: 실험 챔버

114: 흡입구 115: 배출구

116: 포집판 118: 와이퍼

122: 카메라부 124: 게이트(Gate)

128: 관로 130: 흡입수단

140: 제어수단 150: 출력 저장수단

160: 촬영수단

산업화와 인구증가에 의한 자연환경의 이상변화가 전 세계에 발생하고 있으며, 이러한 이상기후현상은 직간접적으로 물질적, 경제적 손실을 유발하고 있다. 이상기후 변화를 대처하고 더 나아가 경제적 손실을 줄이는 등의 다양한 목적을 위하여 기상 선진국에서는 기상 조절(Weather modification)기술을 수행하고 있다.

이와 같이 공업용수나 생활용수를 획득하고 관개농업에 필요한 물 수요를 충족시키기 위한 인공증우(인공증설) 기술은 1940년대에 시작되어 미국과 러시아 등지에서는 이미 실용화되었고 그 밖의 여러 나라에서는 활발히 기술 개발 중에 있다.

그리고 공항이나 고속도로 등에서 발생한 안개에 의해서 생기는 사고로 인한 인명피해와 경제적 손실을 줄이기 위해서 안개 소산(Fog dispersal) 실험은 1930년대에 시작하여 검습물질을 사용하거나 연료 연소를 통한 열 가열 방법 등 실험이 행하여졌으며 현재 미국, 러시아, 중국과 우리나라 등의 여러 국가에서 인명피해와 경제적 손실을 줄이기 위해서 기상조절 연구가 활발히 이루어지고 있다.

최근 기상연구소에서 기상조절 실험인 인공강설 실험과 안개 소산 실험이 실시되었으며 인공강설 실험인 구름 씨 뿌리기는 강수를 유도하기 위해 응결핵(凝結核)으로 작용하는 여러 가지 입자물질을 인공적으로 살포하는 것으로 비행기, 로켓, 대포 및 지상 발생기를 이용하여 행해졌으며, 그로 인한 우박피해 감소, 안개 소산, 태풍의 세력 감쇄 및 낙뢰 억제 등의 목적으로 시도되고 있다.

상기 인공증우(인공증설)는 구름 내에 응결핵(Cloud Condensation Nuclei) 또는 빙정핵(Ice Nuclei)이 적어 구름 방울이 빗방울로 성장하지 못할 때 인위적으로 요오드화은(AgI)이나 드라이아이스 같은 비씨(Rain seed) 또는 눈씨(Snow seed)를 구름에 뿌려주어 특정지역에 강수(Precipitation) 또는 강설(Snowing)을 유도하는 기술이다.

상기 안개 소산은 연료를 연소시키는 과정에서 공기를 가열하여 안개를 일시적으로 증발시키거나 수증기를 흡수하여 큰 물방울을 형성시켜서 물방울을 낙하시킨다.

특히, 헬리콥터, 제트엔진 등을 이용하여 경계층 내의 공기를 강제로 혼합시켜서 역전 층을 파괴하고 따뜻한 공기의 혼합에 의해서 안개를 증발시키는 기술이다.

이와 같이 많은 물질들이 응결핵으로 사용되었으나 드라이아이스와 요오드화은(이론상으론 요오드화은 1g을 태우면 약 1천조 개의 구름 씨를 만들 수 있다.)이 가장 좋은 효과를 나타냈다. 과냉각된 구름(어는 점 이하의 온도에서 존재하는 물방울로 이루어진 구름)에 응결핵을 뿌리면 이것을 중심으로 빗방울이 병합(倂合)된다. 우박을 방지하기 위해서도 이 같은 응결핵이 사용된다.

현재 비씨(Rain seed)는 세 가지 방법으로 만들어지고 있다. 먼저, 과냉각 물방울이 있는 구름 속에 곱게 부순 드라이아이스를 종자로 뿌리는 방법이다. 고체 탄산가스로 영하 79℃에서 기화하는 드라이아이스에 접촉하는 공기는 영하 40℃ 아 래로 냉각된다. 드라이아이스에 접촉된 공기 중의 물방울이 결빙돼 무거워져 지상으로 떨어지면서 비가 되는 것이다. 드라이아이스를 뿌린 뒤 인공강우 여부를 확인하는 것은 성분분석으로 파악하기 힘들다. 구름의 변화를 관측해 예보량과 실제량의 차이를 파악하는 수밖에 없다. 그만큼 자연강우와 차이가 없기에 환경에 끼치는 영향도 거의 없다.

다음으로, 얼음의 결정구조와 비슷한 요오드화은 같은 화학물질을 구름 속에 살포하는 방법이다. 요오드화은이 연소했을 때 나오는 미립자가 영하 5℃ 이하에서 빙정으로 작용하는 것이다. 최근에는 요오드화은 대신 나트륨 마그네슘 염화칼슘 등을 혼합해 빙정핵을 만들기도 한다.

마지막으로 비행기에 물을 싣고 공중에 살포하는 방법이 있다. 과냉각층이 없는 구름지대에서 사용하는 이 방법은 상승기류가 격렬한 구름 밑바닥이나 구름 밑바닥 바로 위에 직접 큰 물방울을 넣어 강력한 비를 유도한다. 경제성이 떨어질 것으로 보이지만 이론상으로 1t의 물을 구름에 분무하면 100만t의 비를 내리게 할 수 있다고 한다.

종래의 강설/우박 입자와 같은 미립자 관측장비는 도면에는 도시하지 않았지만 필름방식 샘플링과 광학센서를 이용한 방식이 주로 사용된다. 그러나 필름방식은 포집용 필름의 소모품을 계속 교체해야 단점을 가져 많은 입자샘플링이 필요한 입자 포집에 구조적 어려움을 가지고 있고, 광학센서는 고가의 장비이며 강설입자의 형태를 분석할 수 없는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 용이하게 강설/우박 입자를 대량으로 샘플링할 수 있으면서 반영구적으로 사용이 가능할 수 있게 한 기상조절 실험용 자동 강설/우박 입자 영상 포착기를 제공함에 있다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 대기중의 강설/우박 입자를 강제 흡입하여 입자 영상을 출력하는 입자 포착수단; 상기 입자 포착수단과 연결되어 외부 공기를 흡입하도록 흡입력을 제공하는 흡입수단; 상기 입자 포착수단 및 흡입수단의 작동을 제어하는 제어수단; 및 상기 제어수단과 연결되어 입자 영상을 출력하고, 데이터로 저장하는 출력 저장수단; 을 포함하여 이루어짐으로써, 상기 흡입수단에 의해 입자 포착수단 내부로 유입된 강설/우박 입자의 영상을 출력하고 이 영상을 상기 출력 저장수단으로 저장하고 데이터화하여 용이하게 강설/우박 입자의 영상을 얻을 수 있고 반 영구적으로 사용할 수 있으므로 바람직하다.

또한, 본 발명에서의 상기 입자 포착수단은, 투명 재질로 형성되며 진공/대기압 상태로 전환되는 실험 챔버; 상기 실험 챔버내 일측면에 구비되어 그 표면에 강설/우박 입자가 안착되는 포집판; 상기 포집판과 대향된 상기 실험 챔버내 타측면에 형성된 흡입구를 개폐하는 게이트; 및 상기 포집판과 대향된 상기 실험 챔버내 상기 포집판에 안착된 강설/우박 입자를 촬영하는 카메라부; 로 이루어짐으로써, 상기 실험 챔버의 흡입구를 통해 내부로 강제 흡입된 강설/우박 입자를 포집판 에 포집한 상태에서 상기 카메라부로 입자 영상을 촬영하여 입자 영상의 획득이 용이하므로 바람직하다.

또한, 본 발명에서의 상기 포집판에는 그 표면에 묻은 이물질을 제거할 수 있도록 와이퍼가 구비됨으로써, 강설/우박 입자가 실험 챔버 내부로 유입되기 전에 기존에 포집판에 묻어있는 먼지 등과 같은 이물질을 제거함에 따라 실험 효율을 향상시킬 수 있으므로 바람직하다.

또한, 본 발명에서의 상기 포집판은 촬영시 안착된 강설/우박 입자의 식별성이 향상되도록 흑색막이 도포되고, 플라스틱 또는 유리판 중 선택되는 어느 하나로 구비됨으로써, 상기 포집판에 구비된 와이퍼의 작동으로 이 포집판 표면의 이물질 제거율이 향상되므로 바람직하다.

또한, 본 발명에서의 상기 흡입구는 그 직경이 증감되도록 조절됨으로써, 상기 실험 챔버 내부로 유입되는 강설/우박 입자의 흡입량을 실험자가 임의대로 조절할 수 있으므로 바람직하다.

또한, 본 발명에서는 상기 입자 포착수단을 향하도록 승강대의 상단에 촬영수단이 더 구비됨으로써, 영상 포착기의 작동 상태를 파악할 수 있고 야간에 실험이 가능하므로 바람직하다.

이하, 본 발명의 기상조절 실험용 자동 강설/우박 입자 영상 포착기를 도면을 참조하여 일 실시 예를 들어 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 기상조절 실험용 자동 강설/우박 입자 영상 포착기는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 지주(102), 입자 포착수단(110), 흡입수단(130), 제어수단(140), 출력 저장수단(150) 및 촬영수단(160)으로 이루어진다.

상기 지주(102)는 직립된 상태로 그 하단이 베이스(100)에 고정되며 후술할 입자 포착수단(110)과 제어수단(140)의 사이 공간에 수평바(104)가 구비되고 상기 수평바(104)의 일단에는 온도센서(106)가 구비되고 타단에는 강우량 감지센서(108)가 구비된다.

여기서, 상기 온도센서(106) 및 강우량 감지센서(108)는 주위 온도가 설정 온도에 도달하고 강우(눈, 비)가 감지되면 영상 포착기가 자동으로 작동되도록 한다.

상기 입자 포착수단(110)은 상기 지주(102)의 중심부에 구비되되 대기 중의 강설/우박 입자를 강제 흡입하고 입자 영상을 촬영하여 출력하는 기능을 하며, 실험 챔버(112), 포집판(116), 와이퍼(118), 카메라부(122) 및 게이트(124)로 세분화하여 이루어진다.

상기 실험 챔버(112)는 6면이 투명 재질의 아크릴 판으로 형성된 박스 형상 으로 그 내부가 진공과 대기압 상태가 전환되며 전면에 흡입구(114)가 형성되고 일측면에 배출구(114)가 형성된다.

그리고 상기 배출구(114)는 후술할 흡입수단(130)과 관로(128)에 의해 연결되고 상기 관로(128)의 도중에 밸브(도면에 미도시)를 구비하여 관로의 개폐량을 조절할 수 있다.

여기서, 상기 흡입구(114)는 강설/우박 입자의 흡입량 조절이 가능하도록 그 직경이 증감되되 수동에 의해 조절될 경우 직경이 다른 다수개의 링을 구비하고 상기 링을 중첩되게 하여 직경을 조절할 수 있다. 즉, 상기 흡입구(114)에 링을 삽입하지 않으면 최대 직경을 갖으며 이 흡입구(114)에 직경이 축소되는 링을 중첩시키면 시킬수록 직경이 감소되는 것이다.

상기 포집판(116)은 상기 실험 챔버(112)의 후단 내벽에 고정되어 그 표면에 강설/우박 입자가 안착되는 장소로 입자 영상의 촬영시 안착된 강설/우박 입자의 식별성이 향상되도록 흑색막이 후면에 도포되고, 표면이 매끄러운 플라스틱 또는 유리판 중 선택되는 어느 하나로 구비되어 이물질의 제거율이 향상된다.

상기 와이퍼(118)는 상기 포집판(116)의 상단에 위치되며 이 포집판(116)의 표면을 따라 좌우 회동되도록 상단에 구동모터인 구동부(120)가 구비된다.

여기서, 상기 와이퍼(118)는 상기 포집판(116)의 표면에 묻은 이물질을 제거하는 기능을 하며 강설/우박 입자의 촬영 모드로 전환되면 기존에 잔류되는 먼지 등의 이물질을 제거하는 기능을 한다.

상기 카메라부(122)는 상기 포집판(116)과 대향된 상기 실험 챔버(112)의 선 단 내벽에 고정되되 이 포집판(116)에 강제 흡착되어 안착된 강설/우박 입자의 이미지를 얻기 위해 촬영하는 기능을 하며, 디지털 접사 카메라이다.

상기 게이트(124)는 상기 실험 챔버(112)의 전면에 형성된 흡입구(114)를 개폐하며 구동부(126)의 수직방향 구동에 의해 이 실험 챔버(112)를 개방 또는 폐쇄시키는 기능을 한다.

여기서, 상기 실험 챔버(112)는 강설/우박 입자의 영상 획득시 그 내부는 진공 상태를 유지해야 하므로 이 실험 챔버(112)의 흡입구(114)에 접하는 상기 게이트(124)의 접촉 면에 기밀유지부재(도면에 미도시)가 개재된다.

상기 흡입수단(130)은 상기 입자 포착수단(110)의 하측에 위치되어 상기 실험 챔버(112)의 배출구(115)와 관로(128)에 의해 연결되며 상기 관로(128)의 도중에 밸브(도면에 미도시)가 구비되어 이 관로(128)의 개폐량을 조절함과 동시에 진공 도달 시간 및 입자 공급량 등을 조절할 수 있다.

그리고 상기 흡입수단(130)은 상기 실험 챔버(112)의 흡입구(114)를 통해 대기 중의 강설/우박 입자를 강제 흡입시키고 흡입 완료 후 이 실험 챔버(112) 내부를 진공 상태로 전환시키는 기능을 한다. 이때, 상기 게이트(124)가 흡입구(114)를 폐쇄한 상태이다.

상기 제어수단(140)은 상기 흡입수단(130)의 상측에 구비되되 상기 와이퍼(118)를 구동시키는 구동부(120)와, 카메라부(122)와, 게이트(124)를 구동시키는 구동부(126) 및 흡입수단(130)을 제어하는 기능을 한다.

상기 출력 저장수단(150)은 상기 제어수단(140)과 전기적으로 연결되어 상기 카메라부(122)로 촬영한 입자 영상을 출력하고, 데이터로 저장하는 기능을 하며 일 예로 노트북 컴퓨터 등이 주로 사용된다.

더욱이, 상기 출력 저장수단(150)에는 출력된 영상을 확대하여 강설/우박 입자별 지름 사이즈를 각각 측정한 후 각각의 측정값을 출력할 수 있도록 특정 알고리즘(Algorithm)에 의해 프로그래밍(Programming)이 되어있다.

상기 촬영수단(160)은 상기 베이스(100)의 일측에 구비된 승강대(166)의 상단에 마련되되 카메라(162)와 조명등(164)으로 세분화하여 구성된다.

상기 카메라(162)는 장비의 작동상태를 감시하도록 실험자가 실시간으로 모니터링 할 수 있는 기능을 하고, 상기 조명등(164)은 상기 카메라(162)의 하측에 구비되어 야간에도 실험할 수 있도록 실험 위치를 조명하는 기능을 한다.

그러므로 본 발명의 기상조절 실험용 자동 강설/우박 입자 영상 포착기의 작동 상태는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 먼저, 상기 강우량 감지센서(108)가 대기중의 강우(눈, 우박)를 감지하고 온도가 영하 4℃ 이하일 때 작동 모드로 전환된다.

다음으로, 영상 포착기의 작동 모드로 전환되면 상기 실험 챔버(112)의 흡입구(114)를 게이트(124)가 하강하여 개방함과 동시에 상기 포집판(116)에 잔류된 이물질을 상기 와이퍼(118)가 작동하여 제거한다.

다음으로, 상기 흡입수단(130)이 작동하여 상기 흡입구(114)를 통해 대기 중의 강설/우박 입자들이 상기 실험 챔버(112)로 흡입되며 상기 포집판(116)의 표면 에 포집된다.

여기서, 상기 흡입구(114)의 크기를 강설/우박 입자의 흡입량에 따라 조절하며, 상기 포집판(116)에 강설/우박 입자가 포집되면 상기 실험 챔버(112)의 흡입구(114)를 게이트(124)가 밀폐시키고 흡입수단(130)에 의해 상기 실험 챔버(112) 내부가 진공 상태로 전환한다.

다음으로, 상기 포집판(116)의 표면에 포집된 강설/우박 입자의 영상을 촬영하기 위해 상기 카메라부(122)를 작동시켜 촬영된 입자 이미지를 제어수단(140)을 통해 출력 저장수단(150)으로 출력되고 데이터로 저장한다.

여기서, 강설/우박 입자의 영상은 영상처리 프로그램에 의해 입자별 사이즈를 각각 측정한 후 각각의 측정값을 출력한다.

더욱이, 상기 포집판(116)에 포집된 강설/우박 입자의 촬영이 완료되면 상기 와이퍼(118)를 작동시켜 이 포집판(116)에 잔류되는 입자 및 이물질을 제거하고 재차 강설/우박 입자를 강제 흡입한 후 영상을 획득한다.

이와 같은 본 발명의 기상조절 실험용 자동 강설/우박 입자 영상 포착기는 용이하게 강설/우박 입자를 대량으로 샘플링할 수 있으면서 반영구적으로 사용할 수 있는 효과가 있다.

Claims

대기중의 강설/우박 입자를 강제 흡입하여 입자 영상을 출력하되 투명 재질로 형성되어 진공/대기압 상태로 전환되며 외부에 실험 위치의 온도를 감지하는 온도센서 및 강우량 감지센서가 더 구비되는 실험 챔버와, 상기 실험 챔버내 일측면에 구비되어 그 표면에 강설/우박 입자가 안착되는 포집판과, 상기 포집판과 대향된 상기 실험 챔버내 타측면에 형성된 흡입구를 개폐하는 게이트 및 상기 포집판과 대향된 상기 실험 챔버내 상기 포집판에 안착된 강설/우박 입자를 촬영하는 카메라부로 구성되는 입자 포착수단;

상기 입자 포착수단과 연결되어 외부 공기를 흡입하도록 흡입력을 제공하여 진공 도달 시간 및 입자 공급량을 조절하는 흡입수단;

상기 입자 포착수단 및 흡입수단의 작동을 제어하는 제어수단; 및

상기 제어수단과 연결되어 입자 영상을 출력하고, 데이터로 저장하는 출력 저장수단; 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동 강설/우박 입자 영상 포착기.
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제 1항에 있어서,

상기 포집판에는 그 표면에 묻은 이물질을 제거할 수 있도록 와이퍼가 구비되는 것을 특징으로 하는 자동 강설/우박 입자 영상 포착기.
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제 1항에 있어서,

상기 흡입구는 그 직경이 증감되도록 조절되는 것을 특징으로 하는 자동 강설/우박 입자 영상 포착기.
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