KR100894482B1 - 기상위성을 이용한 안개 탐지시스템 및 그를 사용한 안개탐지방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 안개와 하층운의 혼합된 날씨 상태에서 안개 지역만을 구별해 내기 위한 기상위성을 이용한 안개 탐지시스템 및 그를 사용한 안개 탐지방법을 제공한다. 이와 같은 안개 탐지시스템 및 그를 사용한 안개 탐지방법은 안개의 표면이 하층운의 표면보다 균질한 분포를 가지는 특성을 이용하여 정해진 관측지역의 휘도온도 분포에 대한 라플라시안을 산출하여 안개와 하층운을 구별할 수 있도록 함으로써 안개 탐지의 정확도가 높아지게 된다.
본 발명에 따른 기상위성을 이용한 안개 탐지시스템은 근적외선 채널용 관측센서와 적외선 채널용 관측센서가 구비되어 정해진 관측지역으로부터 복사되는 근적외선과 적외선의 세기 및 분포상태를 검출하는 정지궤도기상위성과; 해상풍 탐지센서가 구비되어 관측지역의 해상풍 풍속을 검출하는 지구관측위성와; 정지궤도기상위성 및 지구관측위성로부터 검출된 정보를 수신받는 위성신호수신기 및; 안개 탐지를 위한 분석알고리즘이 프로그래밍된 연산기와 정해진 관측지역의 휘도온도차 경계값, 휘도온도 분포에 대한 라플라시안 경계값, 해상풍 풍속 경계값이 저장된 메모리가 구비되어, 위성신호수신기로부터 정해진 관측지역의 근적외선과 적외선의 세기 및 분포상태, 해상풍의 풍속을 입력받아 정해진 관측지역의 휘도온도 분포 및 휘도온도 분포에 대한 라플라시안을 계산하고, 정해진 관측지역의 근적외선과 적외선의 휘도온도차, 휘도온도 분포에 대한 라플라시안, 해상풍 풍속을 연산기에 저장된 휘도온도차 경계값, 휘도온도 분포에 대한 라플라시안 경계값, 해상풍 풍속 경계값과 비교하여 안개발생지역을 추정하는 분석장치를 포함하여 이루어진다. 그리고, 본 발명에 따른 기상위성을 이용한 안개 탐지방법은 근적외선 채널용 관측센서, 적외선 채널용 관측센서, 해상풍 탐지센서를 구비하는 하나 이상의 기상위성으로부터 정해진 관측지역으로부터 복사되는 근적외선과 적외선의 세기 및 분포상태, 정해진 관측지역의 해상풍 풍속을 검출하는 기상정보 검출단계와; 위성신호수신기를 이용하여 기상위성으로부터 정해진 관측지역으로부터 복사되는 근적외선과 적외선의 세기 및 분포상태, 정해진 관측지역의 해상풍 풍속을 수신받는 기상정보 수신단계와; 정해진 관측지역으로부터 복사되는 근적외선과 적외선의 세기 및 분포상태를 입력받아, 정해진 관측지역의 근적외선의 휘도온도와 적외선의 휘도온도를 계산하여 휘도온도차를 산출하여, 이를 정해진 관측지역의 휘도온도차 경계값과 비교하여 휘도온도차 경계값보다 낮은 휘도온도차를 보이는 지역을 안개 또는 하층운 발생지역으로 판단하는 휘도온도차 판단단계와; 정해진 관측지역의 해상풍 풍속을 입력받아, 이를 정해진 관측지역의 해상풍 풍속 경계값과 비교하여 해상풍 풍속 경계값보다 낮은 해상풍 풍속을 보이는 지역을 안개 발생 의심지역으로 판단하는 해상풍 풍속 판단단계와; 휘도온도차 판단단계에서 계산된 정해진 관측지역의 근적외선 휘도온도 분포와 적외선 휘도온도 분포로부터 각각의 휘도온도 분포에 대한 라플라시안을 산출하여, 이를 정해진 관측지역의 휘도온도 분포에 대한 라플라시안과 비교하여 휘도온도 분포에 대한 라플라시안 경계값보다 낮은 라플라시안을 보이는 지역을 최종적으로 안개 발생지역으로 판단하는 라플라시안 판단단계를 포함하여 이루어진다.
안개, 안개, 하층운, 근적외선, 적외선, 휘도온도, 해상풍, 라플라시안
Description
본 발명은 안개와 하층운의 혼합된 날씨 상태에서 안개 지역만을 구별해 내기 위한 기상위성을 이용한 안개 탐지시스템 및 그를 사용한 안개 탐지방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 안개의 표면이 하층운의 표면보다 균질한 분포를 가지는 특성을 이용하여 정해진 관측지역의 휘도온도 분포에 대한 라플라시안을 산출하여 안개와 하층운을 구별할 수 있도록 함으로써 안개 탐지의 정확도가 높아지는 기상위성을 이용한 안개 탐지시스템 및 그를 사용한 안개 탐지방법에 관한 것이다.
우리나라는 삼면이 바다로 이루어져 있고, 대부분 주요 공항이 해안에 인접해 있다. 따라서, 연안지역에 발생하는 안개는 해상교통과 더불어 항공교통에도 상당한 인명피해와 경제적 손실을 가져오고 있으며, 그중에서도 서해안과 남해안은 섬이 많고 지형이 복잡하여 정확한 안개 지역의 탐지가 요구된다.
이와 같은 안개 지역의 탐지방법으로는 수치모델을 이용한 방법, 지상관측을 통한 방법, 기상위성을 통한 방법 등이 있다.
안개는 그 형성 원인에 따른 분류(예. 이류무와 복사무 등)에서 보는 바와 같이 다양한 조건 하에서 발생하므로, 수치모델을 안개탐지에 활용하는 데는 상당한 한계가 있었다. 더욱이 해상지역에서 발생하는 안개에 대한 수치실험은 해상에서의 관측자료의 부족, 그리고 수치모델 이류항에 의한 비선형 효과로 인하여 안개 탐지의 정확성이 낮았다. 또한 수치모델을 통한 안개 예보는 소요 시간이 길고 미세한 물리 과정을 다루어야 하는 어려움을 내포하고 있었다.
그리고, 지상관측을 통한 안개 탐지는 관측이 가능한 협소한 지역에서만 안개를 탐지할 수 있어 한계가 있었다.
이와 같은 수치모델이나 지상관측을 통한 안개 탐지에 비하여, 기상위성을 통한 방법은 광범위한 지역의 안개 정보를 단시간 내에 제공할 수 있는 반면에, 그 정확성에 있어서는 여전히 많은 개선의 여지가 있었다.
기상위성이 발달하기 시작한 1970년대 이후, 안개를 탐지하기 위한 방법들이 선진국들을 중심으로 활발하게 연구되어 왔고, 위성의 적외선 채널과 근적외선 채널의 휘도온도 차이를 이용한 탐지방법(DCD 방법)이 실용화되었다. 하지만 이 방법은 안개와 하층운을 구별하지 못함으로써 정확도가 상당히 떨어져서 미국, 유럽 등에서는 이 문제점을 해결하기 위한 다양한 연구가 진행중이다.
따라서 본 발명은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 개선하여, 정해진 관측지역의 해상풍 풍속을 안개 탐지의 판단인자로 사용함으로써 안개 탐지의 정확도가 높아질 수 있는 새로운 형태의 기상위성을 이용한 안개 탐지시스템 및 그를 사용한 안개 탐지방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
특히, 본 발명은 안개의 표면이 하층운의 표면보다 균질한 분포를 가지는 특성을 이용하여 정해진 관측지역의 휘도온도 분포에 대한 라플라시안을 산출하여 안개와 하층운을 구별할 수 있도록 함으로써 안개 탐지의 정확도가 높아질 수 있는 새로운 형태의 기상위성을 이용한 안개 탐지시스템 및 그를 사용한 안개 탐지방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명은 근적외선 채널용 관측센서와 적외선 채널용 관측센서가 구비되어 정해진 관측지역으로부터 복사되는 근적외선과 적외선의 세기 및 분포상태를 검출하는 정지궤도기상위성과; 해상풍 탐지센서가 구비되어 관측지역의 해상풍 풍속을 검출하는 지구관측위성와; 상기 정지궤도기상위성 및 지구관측위성로부터 검출된 정보를 수신받는 위성신호수신기 및; 안개 탐지를 위한 분석알고리즘이 프로그래밍된 연산기와 정해진 관측지역의 휘도온도차 경계값, 휘도온도 분포에 대한 라플라시안 경계값, 해상풍 풍속 경계값이 저장된 메모리가 구비되어, 상기 위성신호수신기로부터 정해진 관측지역의 근적외선과 적외선의 세기 및 분포상태, 해상풍의 풍속을 입력받아 정해진 관측지역의 휘도온도 분포 및 휘도온도 분포에 대한 라플라시안을 계산하고, 정해진 관측지역의 근적외선과 적외선의 휘도온도차, 휘도온도 분포에 대한 라플라시안, 해상풍 풍속을 상기 연산기에 저장된 휘도온도차 경계값, 휘도온도 분포에 대한 라플라시안 경계값, 해상풍 풍속 경계값과 비교하여 안개발생지역을 추정하는 분석장치를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징에 의하면, 본 발명은 기상위성을 이용한 안개 탐지방법에 있어서, 근적외선 채널용 관측센서, 적외선 채널용 관측센서, 해상풍 탐지센서를 구비하는 하나 이상의 기상위성으로부터 정해진 관측지역으로부터 복사되는 근적외선과 적외선의 세기 및 분포상태, 정해진 관측지역의 해상풍 풍속을 검출하는 기상정보 검출단계와; 위성신호수신기를 이용하여 상기 기상위성으로부터 정해진 관측지역으로부터 복사되는 근적외선과 적외선의 세기 및 분포상태, 정해진 관측지역의 해상풍 풍속을 수신받는 기상정보 수신단계와; 정해진 관측지역으로부터 복사되는 근적외선과 적외선의 세기 및 분포상태를 입력받아, 정해진 관측지역의 근적외선의 휘도온도와 적외선의 휘도온도를 계산하여 휘도온도차를 산출하여, 이를 정해진 관측지역의 휘도온도차 경계값과 비교하여 상기 휘도온도차 경계값보다 낮은 휘도온도차를 보이는 지역을 안개 또는 하층운 발생지역으로 판단하는 휘도온도차 판단단계와; 정해진 관측지역의 해상풍 풍속을 입력받아, 이를 정해진 관측지역의 해상풍 풍속 경계값과 비교하여 상기 해상풍 풍속 경계값보다 낮은 해상풍 풍속을 보이는 지역을 안개 발생 의심지역으로 판단하는 해상풍 풍속 판단단계와; 상기 휘도온도차 판단단계에서 계산된 정해진 관측지역의 근적외선 휘도온도 분포와 적외선 휘도온도 분포로부터 각각의 휘도온도 분포에 대한 라플라시안을 산출하여, 이를 정해진 관측지역의 휘도온도 분포에 대한 라플라시안과 비교하여 상기 휘도온도 분포에 대한 라플라시안 경계값보다 낮은 라플라시안을 보이는 지역을 최종적으로 안개 발생지역으로 판단하는 라플라시안 판단단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 기상위성을 이용한 안개 탐지방법에서 상기 기상위성은 근적외선 채널용 관측센서와 적외선 채널용 관측센서를 구비하는 정지궤도기상위성과 해상풍 탐지센서를 구비하는 지구관측위성이 이용되되, 상기 정지궤도기상위성은 정지궤도기상위성의 관할범위 지역 전체를 스캔하는 시간 간격으로 정해진 관측지역의 근적외선과 적외선의 세기 및 분포상태를 주기적으로 검출하도록 하는 것을 특징으로 한다.
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이와 같은 본 발명에 따른 기상위성을 이용한 안개 탐지방법에서 상기 정해진 관측지역의 해상풍 풍속 경계값은 한반도의 서해 남부지역에 대하여 8m/s인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의해 기상위성을 이용한 안개 탐지시스템 및 그를 사용한 안개 탐지방법에 의하면, 정해진 관측지역의 휘도온도 분포에 대한 라플라시안을 산출하여 안개와 하층운을 구별할 수 있도록 함으로써 안개 탐지의 정확도가 높아지고 있고, 이에 따라 안개를 신속하고 정확하게 판별하여 기상예보를 할 수 있게 된다.
본 발명에 따른 기상위성을 이용한 안개 탐지시스템 및 그를 사용한 안개 탐지방법은 안개를 탐지하기 위한 것으로, 특히 안개와 하층운의 혼합된 날씨 상태에서 안개 지역만을 구별해 내기 위한 안개 탐지시스템 및 안개 탐지방법을 제공하는 데 기술적 특징이 있다. 이와 같은 본 발명에 따른 기상위성을 이용한 안개 탐지시스템 및 그를 사용한 안개 탐지방법은 연안지역에서 발생하는 안개인 해무의 탐지에도 적용되어 선박의 운항이나, 해안에 인접해 있는 공항에서의 항공기의 이착륙 시 신속하고 정확한 안개발생정보가 제공되도록 한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면 도 1과 도 2에 의거하여 상세히 설명한다. 한편, 도면과 상세한 설명에서 일반적인 기상위성을 이용한 안개 탐지시스템 및 그를 사용한 안개 탐지방법으로부터 이 분야의 종사자들이 용이하게 알 수 있는 구성 및 작용에 대한 도시 및 언급은 간략히 하거나 생략하였다. 특히 도면의 도시 및 상세한 설명에 있어서 본 발명의 기술적 특징과 직접적으로 연관되지 않는 요소의 구체적인 기술적 구성 및 작용에 대한 상세한 설명 및 도시는 생략하고, 본 발명과 관련되는 기술적 구성만을 간략하게 도시하거나 설명하였다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기상위성을 이용한 안개 탐지시스템을 나타내는 블록개념도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기상위성을 이용한 안개 탐지방법을 나타내는 블록개념도이며, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기상위성을 이용한 안개 탐지방법에서 사용되는 분석알고리즘의 예시도이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기상위성을 이용한 안개 탐지시스템은 도 1과 같이 정지궤도기상위성과, 지구관측위성과, 위성신호수신기 및 분석장치를 포함하여 이루어진다.
정지궤도기상위성은 적도상공 35800km 고도에서 지구의 자전속도와 같은 각속도로 지구주위를 공전하며 지구상의 정해진 일정지역의 기상정보를 연속적으로 관측하는 위성으로, 기상정보를 관측하기 위한 각종 관측센서가 장착되는데, 본 발명에 따른 안개 탐지시스템에서는 정지궤도기상위성에 구비된 근적외선 채널용 관측센서와 적외선 채널용 관측센서에 의해 관측된 기상정보를 이용하게 된다. 즉, 근적외선 채널용 관측센서와 적외선 채널용 관측센서에 의해, 정해진 관측지역으로부터 복사되는 근적외선과 적외선의 세기 및 분포상태를 정지궤도기상위성이 검출하게 된다.
이와 같은 정지궤도기상위성은 지구 지표면의 약 1/4에 해당하는 지역 전체에 대하여 복수개의 단위격자로 균등하게 분할하여, 각각의 단위격자에 해당하는 지역의 기상정보를 구분하여 검출하게 된다.
여기서, 근적외선 채널용 관측센서에서는 일정 파장범위 내의 근적외선을 검출하고, 적외선 채널용 관측센서에서는 일정 파장범위 내의 적외선을 검출한다. 예를 들어, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 정지궤도기상위성에서는 7μm파장의 근적외선이 검출되고, 11μm파장의 근적외선을 검출하게 된다.
이와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 정지궤도기상위성은 상기 근적외선 채널용 관측센서를 통해서는 정해진 관측지역을 구성하는 단위격자 각각으로부터 복사되는 3.7μm파장의 근적외선의 세기를 검출하는 동시에, 각각의 단위격자에서 검출된 근적외선의 세기를 종합하여 근적외선의 분포상태를 검출하게 된다.
마찬가지로, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 정지궤도기상위성은 상기 적 외선 채널용 관측센서를 통해서는 정해진 관측지역을 구성하는 단위격자 각각으로부터 복사되는 11μm파장의 근적외선의 세기를 검출하는 동시에, 각각의 단위격자에서 검출된 적외선의 세기를 종합하여 근적외선의 분포상태를 검출하게 된다.
여기서, 한반도 지역에 대한 근적외선의 세기 및 분포상태, 적외선의 세기 및 분포상태를 검출하는 경우, 동경 155도에서 현재 관측을 수행하고 있는 GOES-9 정지궤도기상위성을 사용하게 되는데, GOES-9 정지궤도기상위성은 3.8~4.0μm파장의 근적외선과, 10.2~11.2μm파장의 적외선을 검출하게 된다.
이와 같은 GOES-9 정지궤도기상위성은 30분의 시간주기로 정해진 관측지역에 대한 기상정보를 반복적으로 검출함에 따라 안개발생지역의 판단이 보다 신속하게 이루어질 수 있게 된다. 물론, GOES-9 정지궤도기상위성의 후속위성인 MTSAT-1R 정지궤도기상위성이 정상운용될 경우에는 MTSAT-1R 정지궤도기상위성이 GOES-9 정지궤도기상위성의 역할을 대체하게 된다.
지구관측위성은 기상정보를 비롯하여 지구에서 일어나고 있는 각종 물리, 화학현상을 관측하는 위성으로, 다양한 종류의 지구관측위성이 현재 지구궤도를 돌며 활동하고 있는데, 본 발명에 따른 안개 탐지시스템에서는 해상풍 탐지센서가 구비된 지구관측위성을 사용하여 정해진 관측지역의 해상풍 풍속과 풍향을 검출하게 된다.
여기서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지구관측위성은 상기의 정지궤도기상위성과 마찬가지로 정해진 관측지역을 복수개의 단위격자로 균등하게 분할하여, 각각의 단위격자에 해당하는 지역의 해상풍 풍속과 풍향 정보를 구분하여 검출하게 된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지구관측위성으로는 미국 NASA에서 개발되어 1999년에 발사되어 현재 활동중인 QuikSCAT 위성이 이용되는데, 이와 같은 QuikSCAT 위성은 마이크로웨이브 레이더로 이루어진 해상풍 탐지센서를 이용하여 해상풍의 풍속과 풍향을 관측하고 있다.
위성신호수신기는 지상의 관측소에 설치되는 것으로, 상기 정지궤도기상위성 및 지구관측위성로부터 검출된, 정해진 관측지역의 근적외선 세기 및 분포상태, 적외선 세기 및 분포상태 정보를 수신받게 된다.
분석장치는 상기 위성신호수신기와 연결되는 상기 위성신호수신기로부터 상기 정지궤도기상위성 및 지구관측위성로부터 검출된, 정해진 관측지역의 근적외선 세기 및 분포상태, 적외선 세기 및 분포상태 정보를 입력받게 된다.
이와 같은 분석장치에는 안개 탐지를 위한 분석알고리즘이 프로그래밍된 연산기와, 정해진 관측지역의 휘도온도차 경계값, 휘도온도 분포에 대한 라플라시안 경계값, 해상풍 풍속 경계값이 저장된 메모리가 구비되어 있다.
여기서, 연산기에 프로그래밍된 안개탐지를 위한 분석알고리즘은 정해진 관측지역의 근적외선과 적외선의 세기 정보를 입력받아 정해진 관측지역의 근적외선 휘도온도 및 적외선 휘도온도를 계산하여 근적외선 휘도온도와 적외선 휘도온도 간 의 휘도온도차를 산출하는 단계, 상기에서 산출된 휘도온도차를 메모리에 저장된 정해진 관측지역에 대한 휘도온도차 경계값과 비교하는 단계, 정해진 관측지역의 해상풍의 풍속 정보를 입력받아 이를 메모리에 저장된 정해진 관측지역에 대한 해상풍 풍속 경계값과 비교하는 단계, 정해진 관측지역에 대한 근적외선 휘도온도 분포 및 적외선 휘도온도 분포에 대한 라플라시안을 계산하는 단계, 상기에서 계산된 휘도온도 분포에 대한 라플라시안을 메모리에 저장된 정해진 관측지역의 휘도온도 분포에 대한 라플라시안 경계값과 비교하는 단계를 포함하여 이루어진다. 도 3에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 분석알고리즘이 예시되어 있다.
이와 같은 분석장치는 상기의 단계로 이루어진 분석알고리즘을 거쳐 안개발생지역을 보다 신속하고 정확하게 추정하게 된다.
여기서, 해상풍 풍속을 이용한 안개발생지역 추정은 연안지역에서 발생하는 해무의 탐지에 한정된다.
상기와 같이 구성된 기상위성을 이용한 안개 탐지시스템을 사용한 안개 탐지방법은 도 2에 도시되어 있는데, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기상위성을 이용한 안개 탐지방법은 기상정보 검출단계, 기상정보 수신단계, 휘도온도차 판단단계, 해상풍 풍속 판단단계, 휘도온도 분포 라플라시안 판단단계를 포함하여 이루어진다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기상정보 검출단계는 근적외선 채널용 관 측센서와 적외선 채널용 관측센서가 구비된 기상위성으로부터 정해진 관측지역으로부터 복사되는 근적외선과 적외선의 세기 및 분포상태를 검출하고, 해상풍 관측센서가 구비된 보조 기상위성으로부터 정해진 관측지역의 해상풍 풍속을 검출하는 단계이다.
여기서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기상위성은 GOES-9, MTSAT-1R과 같은 정지궤도기상위성이 이용되는데, 이와 같은 정지궤도기상위성은 지구 지표면의 약 1/4에 해당하는 관할 지역 전체의 기상정보를 근적외선 채널용 관측센서와 적외선 채널용 관측센서 등의 관측센서로 스캔하는데 약 30분의 시간이 걸리므로, 근적외선 채널용 관측센서와 적외선 채널용 관측센서는 약 30분의 시간 간격으로 정해진 관측지역의 근적외선과 적외선의 세기 및 분포상태를 주기적으로 검출하게 된다. 물론, 정지궤도기상위성의 종류에 따라 전체 관할 지역의 기상정보를 스캔하는 시간이 달라지면, 근적외선 채널용 관측센서와 적외선 채널용 관측센서에 의한 기상정보 검출 주기 또한 달라지게 된다.
그리고, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 보조 기상위성은 QuikSCAT과 같은 지구관측위성이 이용된다.
기상정보 수신단계는 지상의 관측소에 설치되는 위성신호수신기를 이용하여 상기 기상위성으로부터 정해진 관측지역으로부터 복사되는 근적외선과 적외선의 세기 및 분포상태와, 정해진 관측지역이 연안지경이나 해상지역일 경우 해상풍 풍속을 수신받는 단계이다.
휘도온도차 판단단계는 먼저, 정해진 관측지역으로부터 복사되는 근적외선과 적외선의 세기 및 분포상태를 입력받아, 현재 공개되어 있는 휘도온도 계산법을 적용하여 정해진 관측지역의 근적외선의 휘도온도와 적외선의 휘도온도를 계산하게 된다.
다음으로, 근적외선의 휘도온도와 적외선의 휘도온도에 대한 휘도온도차를 산출하여, 이를 미리 계산되어 저장되어 있는 정해진 관측지역의 휘도온도차 경계값과 비교하게 되는데, 정해진 관측지역에서, 상기 휘도온도차 경계값보다 낮은 휘도온도차를 보이는 지역을 안개 또는 하층운 발생지역으로 판단하게 된다.
이와 같이 휘도온도차를 이용하여 안개 및 하층운 발생지역을 판단하는 방법을 DCD(Dual Channel Difference) 방법이라고 하는데, 이와 같은 DCD 방법은 현재 공개되어 있다.
여기서, 휘도온도차 경계값은 정해진 관측지역에 대하여 과거의 장기간에 걸친 안개관측결과를 토대로 통계적인 방법으로 산출되는데, 해무의 발생이 빈번한 한반도의 서해 및 남해지역에 대한 휘도온도차 경계값은 통상적으로 -2.0가 사용된다.
이와 같은 휘도온도차 판단단계에서는 안개와 하층운의 구분이 어려워 실제 안개가 발생되었는지 여부를 제대로 판단할 수 없음에 따라, 다음의 단계를 추가적으로 수행하게 된다.
먼저, 정해진 관측지역이 연안지경이나 해상지역일 경우일 경우 수행되는 해상풍 풍속 판단단계는 정해진 관측지역의 해상풍 풍속을 입력받아, 이를 미리 계산되어 저장되어 있는 정해진 관측지역의 해상풍 풍속 경계값과 비교하게 되는데, 정해진 관측지역에서, 상기 해상풍 풍속 경계값보다 낮은 해상풍 풍속을 보이는 지역을 안개 발생 의심지역으로 판단하게 된다.
여기서, 상기 정해진 관측지역의 해상풍 풍속 경계값은 정해진 관측지역에 대하여 과거의 장기간에 걸친 해상풍 관측결과를 토대로 통계적인 방법으로 산출되는데, 해무의 발생이 빈번한 한반도의 서해 및 남해지역에 대한 해상풍 풍속 경계값으로는 8m/s를 사용하는 것이 바람직하다.
이는 1993년부터 2002년까지 10년 동안의 한반도의 서해 및 남해지역에 대한 해상풍 풍속과 해무의 발생과 관련된 관측자료를 바탕으로 산출된 것으로, 다음의 <표 1>은 해상풍 풍속값(m/s)에 대한 일년간 안개발생빈도(time/year)를 1993년부터 2002년까지 10년 동안의 한반도의 서해 및 남해지역에 대하여 평균한 그래프이다.
<표 1> 해상풍 풍속과 평균안개발생빈도
그리고, 2004년 4월 7일 00시부터 2004년 4월 8일 24시까지 증기안개의 발생 전후를 관측하여 해상풍 풍속과 시정거리의 상관관계를 도시한 도 4와, 2005년 6월 10일 00시부터 2005년 6월 11일 24시까지 이류안개의 발생 전후를 관측하여 해상풍 풍속과 시정거리의 상관관계를 도시한 도 5(도 5에 도시되어 있는 그래프에서는 해상풍 풍속이 8m/s이상임에도 05시부터 21시까지시정이 계속 낮게 나타나는데, 이는 05시부터 21시까지의 시간대의 비가 내렸기 때문이다.)에서도 그 근거를 확인할 수 있다.
도 4와 도 5의 그래프에서 실선은 해상풍 풍속을 나타내고, 히스토그램은 시정거리를 나타낸다.
상기 휘도온도 분포 라플라시안 판단단계는 먼저, 상기 휘도온도차 판단단계 에서 계산된 정해진 관측지역의 근적외선 휘도온도 분포와 적외선 휘도온도 분포로부터 각각의 휘도온도 분포에 대한 라플라시안을 산출하게 된다.
이는, 안개의 표면이 하층운의 표면보다 균질한 분포를 가지는 특성을 이용한 것으로, 안개지역의 적외선 휘도온도 분포에 대한 라플라시안이 도시된 도 6의 (a)와, 안개지역의 근적외선 휘도온도 분포에 대한 라플라시안이 도시된 도 6의 (c)에 대하여, 하층운 지역의 적외선 휘도온도 분포에 대한 라플라시안이 도시된 도 6의 (b)와, 하층운 지역의 근적외선 휘도온도 분포에 대한 라플라시안이 도시된 도 6의 (d)에서 안개의 표면이 하층운의 표면보다 균질한 분포를 가지는 특성을 확인할 수 있다.
여기서, 휘도온도 분포에 대한 라플라시안은 다음의 수학식으로 계산된다.
(수학식)
여기서, BT는 일정크기의 단위격자로 균등하게 분할된 정해진 관측지역에 대하여 각각의 단위격자에 해당하는 지역의 휘도온도 분포함수이다.
그리고, x는 경도 위치변수이고, y는 위도 위치변수이다.
또한, i는 정해진 관측지역을 분할하고 있는 단위격자에 대해 x 방향 격자점을 나타내고, j는 정해진 관측지역을 분할하고 있는 단위격자에 대해 y 방향 격자점을 나타낸다.
상기와 같이 산출된 정해진 관측지역의 휘도온도 분포에 대한 라플라시안은 이를 미리 계산되어 저장되어 있는 정해진 관측지역의 휘도온도 분포에 대한 라플라시안과 비교하게 되는데, 정해진 관측지역에서, 상기 휘도온도 분포에 대한 라플라시안 경계값보다 낮은 휘도온도 분포에 대한 라플라시안을 보이는 지역을 최종적으로 안개발생지역으로 판단하게 된다.
여기서, 상기 정해진 관측지역의 휘도온도 분포에 대한 라플라시안 경계값은 정해진 관측지역에 대하여 과거의 장기간에 걸친 해상풍 관측결과를 토대로 통계적인 방법으로 산출되는데, 해무의 발생이 빈번한 한반도의 서해 및 남해지역에 대한 휘도온도 분포에 대한 라플라시안 경계값으로는 0.1을 사용하는 것이 바람직하다.
이는 2004년부터 2007년까지 한반도의 서해 및 남해지역에 대한 휘도온도 분포에 대한 라플라시안과 해무의 발생과 관련된 관측자료를 바탕으로 산출된 것이다.
다음의 <표 2>는 2004년부터 2007년까지 한반도의 서해 및 남해지역에서 안개발생시의 휘도온도 분포에 대한 라플라시안 경계값을 사례별로 예시된 것이다.
<표 2> 안개발생시의 휘도온도 분포에 대한 라플라시안 경계값
상기와 같이 본 발명에 따른 기상위성을 이용한 안개 탐지시스템 및 그를 사용한 안개 탐지방법은 정해진 관측지역에 대한 해상풍 풍속 경계값과, 휘도온도 분포에 대한 라플라시안 경계값을 이용하여, 안개발생지역을 판단함에 따라, 안개와 하층운을 보다 명확하게 구별할 수 있게 되어 안개 탐지의 정확도가 높아지고 있고, 이로써 안개를 신속하고 정확하게 판별하여 기상예보를 할 수 있게 된다.
상술한 바와 같은, 본 발명의 실시예에 따른 기상위성을 이용한 안개 탐지시스템 및 그를 사용한 안개 탐지방법을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기상위성을 이용한 안개 탐지시스템을 나타내는 블록개념도;
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기상위성을 이용한 안개 탐지방법을 나타내는 블록개념도;
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기상위성을 이용한 안개 탐지방법에서 사용되는 분석알고리즘의 예시도;
도 4는 2004년 4월 7일 00시부터 2004년 4월 8일 24시까지 증기안개의 발생 전후를 관측하여 해상풍 풍속과 시정거리의 상관관계를 도시한 그래프;
도 5는 2005년 6월 10일 00시부터 2005년 6월 11일 24시까지 이류안개의 발생 전후를 관측하여 해상풍 풍속과 시정거리의 상관관계를 도시한 그래프;
도 6의 (a)는 안개지역의 적외선 휘도온도 분포에 대한 라플라시안이 도시된 그래프;
도 6의 (b)는 하층운 지역의 적외선 휘도온도 분포에 대한 라플라시안이 도시된 그래프;
도 6의 (c)는 안개지역의 근적외선 휘도온도 분포에 대한 라플라시안이 도시된 그래프;
도 6의 (d)는 하층운 지역의 근적외선 휘도온도 분포에 대한 라플라시안이 도시된 그래프이다.
Claims (6)
- 근적외선 채널용 관측센서와 적외선 채널용 관측센서가 구비되어 정해진 관측지역으로부터 복사되는 근적외선과 적외선의 세기 및 분포상태를 검출하는 정지궤도기상위성과;해상풍 탐지센서가 구비되어 관측지역의 해상풍 풍속을 검출하는 지구관측위성와;상기 정지궤도기상위성 및 지구관측위성로부터 검출된 정보를 수신받는 위성신호수신기 및;안개 탐지를 위한 분석알고리즘이 프로그래밍된 연산기와 정해진 관측지역의 휘도온도차 경계값, 휘도온도 분포에 대한 라플라시안 경계값, 해상풍 풍속 경계값이 저장된 메모리가 구비되어, 상기 위성신호수신기로부터 정해진 관측지역의 근적외선과 적외선의 세기 및 분포상태, 해상풍의 풍속을 입력받아 정해진 관측지역의 휘도온도 분포 및 휘도온도 분포에 대한 라플라시안을 계산하고, 정해진 관측지역의 근적외선과 적외선의 휘도온도차, 휘도온도 분포에 대한 라플라시안, 해상풍 풍속을 상기 연산기에 저장된 휘도온도차 경계값, 휘도온도 분포에 대한 라플라시안 경계값, 해상풍 풍속 경계값과 비교하여 안개발생지역을 추정하는 분석장치를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 기상위성을 이용한 안개 탐지시스템.
- 기상위성을 이용한 안개 탐지방법에 있어서,근적외선 채널용 관측센서, 적외선 채널용 관측센서, 해상풍 탐지센서를 구비하는 하나 이상의 기상위성으로부터 정해진 관측지역으로부터 복사되는 근적외선과 적외선의 세기 및 분포상태, 정해진 관측지역의 해상풍 풍속을 검출하는 기상정보 검출단계와;위성신호수신기를 이용하여 상기 기상위성으로부터 정해진 관측지역으로부터 복사되는 근적외선과 적외선의 세기 및 분포상태, 정해진 관측지역의 해상풍 풍속을 수신받는 기상정보 수신단계와;정해진 관측지역으로부터 복사되는 근적외선과 적외선의 세기 및 분포상태를 입력받아, 정해진 관측지역의 근적외선의 휘도온도와 적외선의 휘도온도를 계산하여 휘도온도차를 산출하여, 이를 정해진 관측지역의 휘도온도차 경계값과 비교하여 상기 휘도온도차 경계값보다 낮은 휘도온도차를 보이는 지역을 안개 또는 하층운 발생지역으로 판단하는 휘도온도차 판단단계와;정해진 관측지역의 해상풍 풍속을 입력받아, 이를 정해진 관측지역의 해상풍 풍속 경계값과 비교하여 상기 해상풍 풍속 경계값보다 낮은 해상풍 풍속을 보이는 지역을 안개 발생 의심지역으로 판단하는 해상풍 풍속 판단단계와;상기 휘도온도차 판단단계에서 계산된 정해진 관측지역의 근적외선 휘도온도 분포와 적외선 휘도온도 분포로부터 각각의 휘도온도 분포에 대한 라플라시안을 산출하여, 이를 정해진 관측지역의 휘도온도 분포에 대한 라플라시안과 비교하여 상기 휘도온도 분포에 대한 라플라시안 경계값보다 낮은 라플라시안을 보이는 지역을 최종적으로 안개 발생지역으로 판단하는 라플라시안 판단단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 기상위성을 이용한 안개 탐지방법.
- 제 2항에 있어서,상기 기상위성은 근적외선 채널용 관측센서와 적외선 채널용 관측센서를 구비하는 정지궤도기상위성과 해상풍 탐지센서를 구비하는 지구관측위성이 이용되되,상기 정지궤도기상위성은 정지궤도기상위성의 관할범위 지역 전체를 스캔하는 시간 간격으로 정해진 관측지역의 근적외선과 적외선의 세기 및 분포상태를 주기적으로 검출하도록 하는 것을 특징으로 하는 기상위성을 이용한 안개 탐지방법.
- 제 2항 또는 제 3항에 있어서,상기 정해진 관측지역의 해상풍 풍속 경계값은 한반도의 서해 지역에 대하여 8m/s인 것을 특징으로 하는 기상위성을 이용한 안개탐지방법.
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