KR100929237B1 - 적재 높이 측정 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 눈(雪), 물(水), 분말, 곡식, 자갈, 건축자재(이하 “적재물” 이라 칭함) 등이 적재되는 높이 변화를 무인으로 관측함에 있어, 신뢰성을 높일 수 있는 적재 높이 측정 장치를 제공하기 위한 것으로서, 바닥과 이격된 위치에 설치되어 적재물이 쌓여진 하측으로 레이저 빔을 방사하는 레이저부와, 상기 레이저부에서 방사된 레이저 빔의 형상을 촬영하고, 적재 높이에 따라 변화되는 레이저 빔의 크기를 산출하여 적재 높이에 따라 정의된 기준 레이저 빔의 크기와 상기 산출된 레이저 빔의 크기를 매칭시켜 바닥에 쌓인 적재물의 높이를 측정하는 적재물 측정부를 포함하는데 있다.

레이저 빔, 적설량, 카메라, 적재 높이, 적재물, 높이측정

Description

적재 높이 측정 장치{measuring apparatus of heights}

본 발명은 적재물(눈(雪), 물(水), 분말, 곡식, 자갈, 건축자재 등)의 적재 높이를 측정하는 장치에 관한 것으로, 특히 레이저 빔을 쌓인 눈에 조사하고 눈 위에 방사된 레이저 빔을 획득하여, 획득된 레이저 빔의 영상을 기반으로 쌓인 눈의 높이를 산출함으로써, 일정시간 동안 내린 적설량을 측정하는 적재 높이 측정 장치에 관한 것이다.

적설은 강우와 함께 강수를 구성하는 기상요소 중 하나로서, 통상 mm 단위로 측정되며, 강우나 온도, 습도, 풍속 등의 타 기상요소와는 달리 측정의 자동화가 용이하지 않아서, 대부분 목측(目測)에 의존하고 있는 실정이다. 적설은 기상분석은 물론 이수(利水) 및 치수(治水) 관련 계획수립 등에 매우 중요한 자료로 활용되며, 특히 봄철 하천유출 및 지하수 유출의 대부분을 차지하는 융설(融雪)을 예측 및 분석함에 있어서, 기초자료로서 매우 높은 중요성을 가진다.

이러한 적설의 중요성에도 불구하고, 타 기상요소에 비하여 정량화된 자동계측 및 이를 통한 전기신호로의 변환이 용이하지 않은 문제점이 있어 목측에 의존할 수밖에 없으며, 이로 인하여 관측소의 무인화를 통한 관측지점의 확대는 물론 실시 간 계측을 통한 양질의 관측자료 확보에 있어서도 많은 애로점이 있다.

위와 같이 겨울철 강수의 대부분을 차지하는 적설은 하천 상류의 산악지역 등의 오지에 다수의 관측지점을 확보하는 것이 매우 중요하고, 관측시설의 무인화 및 자동화 필요성이 매우 높다고 할 수 있는 바, 적설 관측시설의 무인화 및 자동화를 위하여 다양한 형태의 자동 적설계가 개발되었으며, 그 중 하나의 예로서, 도 1에서와 같이, 수직으로 배열된 다수의 발광소자(11) 및 수광소자(12)에 의하여 적설량을 관측하는 적설계를 들 수 있다.

도 1의 구성을 갖는 종래의 무인 적설계는 발광 소자에서 발광된 광선이 쌓인 눈에 반사되어 수광소자(12)에 입사되고, 이를 감지한 수광소자(12)가 전기신호를 발생함으로써 적설량의 관측이 이루어지는 방식을 취하고 있다. 그러나 자연 상태 또는 주변 인공물로부터 주사되는 외란 광에 의한 오작동 가능성이 있을 뿐 아니라, 인접한 발광소자(11)로부터의 직사광이나 감지부 전면에 설치된 광학필터에 의한 불요반사광이 수광소자에 입사되는 심각한 문제점이 있다.

다른 자동 적설계의 예로서, 도 2에서와 같이, 눈금이 그려진 직립된 측정자 및 이를 촬영하는 카메라에 의하여 적설량을 관측하는 적설계를 들 수 있다.

도 2의 구성을 갖는 종래의 무인 적설계는 눈금이 그려진 직립된 측정자(20)를 기준으로 그 둘레에 쌓인 눈과 함께 상기 측정자(20)를 카메라(21)가 촬영하고, 상기 카메라(21)에서 촬영된 화상 데이터를 영상처리기법을 사용하여 화상 처리함으로써, 적설자료를 통해 적설량의 관측이 이루어지는 방식을 취하고 있다. 그러나 외부의 영향, 즉 바람 등에 의해 눈 또는 주변 낙엽 등이 휫날리는 경우로 상기 측 정자에 눈 또는 주변 차단물이 붙어 측정자 눈금의 촬영이 어려운 경우에는 정확한 측정이 곤란한 경우가 발생되어 카메라에서 촬영된 영상을 통해서 이루어지는 적설량의 측정에 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 적재물(눈(雪), 물(水), 분말, 곡식, 자갈, 건축자재 등)의 높이 변화 등을 무인으로 관측함에 있어, 신뢰성을 높일 수 있는 적재 높이 측정 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 바람 등의 외적 환경에 영향을 받지 않는 적재 높이 측정방법으로 오측 가능성을 배제함으로써 관측 자료의 정확성을 향상시키고 무인화 또한 가능하도록 하는 적재 높이 측정 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 산간이나 도서 벽지와 같이 측정인이 상주하기 곤란한 오지에서의 적설량을 측정하여 기상청이나 방송국과 같은 목적지로 송신할 수 있는 적재 높이 측정 장치를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 적재 높이 측정 장치의 특징은 바닥과 이격된 위치에 설치되어 적재물(눈(雪), 물(水), 분말, 곡식, 자갈, 건축자재 등)이 쌓여진 하측으로 레이저 빔을 방사하는 레이저부와, 상기 레이저부에서 방사된 레이저 빔의 형상을 촬영하고, 적재 높이에 따라 변화되는 레이저 빔 의 크기를 산출하여 적재 높이에 따라 정의된 기준 레이저 빔의 크기와 상기 산출된 레이저 빔의 크기를 매칭시켜 바닥에 쌓인 적재물의 높이를 측정하는 적재물 측정부를 포함하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 적재 높이 측정 장치의 다른 특징은 바닥과 수직방향으로 설치된 지주와, 상기 지주의 상단부분에 가로 방향으로 설치된 가로대와, 상기 가로대 끝부분에 설치되고 적재물이 쌓여진 하측으로 레이저 빔을 방사하는 레이저부와, 카메라를 구비하며, 상기 레이저부에서 방사된 레이저 빔의 형상을 촬영하고, 빛의 확산성의 특성으로 거리에 따라 변화되는 레이저 빔의 크기를 산출하여 상기 촬영된 레이저 빔의 영상과 상기 산출된 레이저 빔의 크기를 매칭시켜 적재물의 적재 높이 또는 적재량을 중앙관측소에 전송하는 적재물 측정부를 포함하는데 있다.

바람직하게 상기 레이저부에서 방사되는 레이저 빔의 형상은 직선 또는 원, 다각형의 도형 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 적재물 측정부는 상기 레이저부에서 바닥으로 방사된 레이저 빔의 형상을 촬영하는 카메라와, 상기 카메라로부터 촬영된 화상 자료를 디지털화하는 A/D 컨버터와, 상기 A/D 컨버터의 화상 데이터를 에지탐지를 포함한 영상처리기법을 사용하여 레이저 빔의 크기를 검출하는 영상 처리부와, 빛의 확산성의 특성으로 레이저부와 바닥과의 거리에 따라 변화되는 레이저 빔 형상의 크기를 데이터베이스화하여 저장하고 있는 메모리부와, 상기 영상 처리부에서 검출된 레이저 빔의 크기를 상기 메모리부에 저장된 거리별 레이저 빔의 크기와 매칭시켜 적재물 의 적재 높이 또는 적재량을 산출하는 적재 산출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 적재 높이 측정 장치는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 상단에서 직각으로 레이저 빔을 조사하여 적재물 윗면에 나타나는 레이저 빔의 길이 또는 끝점 간의 거리를 이용하여 누설량을 측정함에 따라, 외부 환경에 영향을 받지 않고 정확한 적설량을 연속해서 인식할 수 있어, 오측을 방지하고 관측치의 정확성을 획기적으로 향상시킬 수 있다.

둘째, 산간이나 도서 벽지와 같이 측정인이 상주하기 곤란한 오지에서의 그 순간의 적재량, 시간당 적재량, 현재의 누적 적재량 등 각종 데이터를 얻을 수 있다.

셋째, 양질의 관측자료 확보 및 관측지점의 확대에 있어서 획기적인 개선을 이룰 수 있고, 또한 정확하고 방대한 적재 관측 자료의 확보가 가능해짐에 따라 자연재해의 예측 뿐 아니라, 장기적으로 볼 때 수자원의 안정적 확보측면에서도 큰 효과를 얻을 수 있다.

넷째, 적재량의 실시간적인 측정이 가능하여 폭설, 폭우 및 대설 등에 따른 기상변화의 신속한 정보 전달과 효과적인 대처를 통해 발생되는 재해를 최소화 할 수 있다.

본 발명의 다른 목적, 특성 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

본 발명에 따른 적재 높이 측정 장치의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 이하에서 설명되는 적재 높이의 측정으로 설명의 용이성 및 정확성을 위해 적설량을 측정하는 것으로 한정하여 설명한다. 그러나 이는 설명을 위한 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록하며 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 적설량 측정 장치의 사시도이다.

도 3과 같이, 적설량 측정 장치는 바닥과 수직방향으로 설치된 지주(300)와, 상기 지주(300)의 상단부분에 가로 방향으로 설치된 가로대(400)와, 상기 가로대(400) 끝부분에 설치되고 눈이 쌓여지는 하측으로 레이저 빔을 방사하는 레이저부(200)와, 카메라를 구비하며, 상기 레이저부(200)에서 방사된 레이저 빔의 형상을 촬영하고, 빛의 확산성의 특성으로 거리에 따라 변화되는 레이저 빔의 크기를 산출하여 적설량에 따라 정의된 기준 레이저 빔의 크기와 상기 산출된 레이저 빔의 크기를 매칭시켜 바닥에 쌓인 눈의 적설량을 중앙관측소(500)에 전송하는 적재물 측정부(100)를 포함한다. 이때 상기 기준 레이저 빔의 크기는 바닥에 눈이 쌓이기 전에 측정된 레이저 빔의 크기인 것이 바람직하다.

이때, 상기 레이저부(200)에서 방사되는 레이저 빔의 형상은 점, 선, 도형(원, 삼각, 사각 등) 등 다양한 형상을 나타내는데, 레이저 빔은 빛이 확산되는 특성을 가지기 때문에 눈이 많이 쌓일수록 바닥과 레이저부(200)의 거리가 가까워지기 때문에 레이저 빔의 형상도 점점 작아지게 된다. 즉, 레이저 빔의 형상이 도 3과 같이 선(210)인 경우는 눈이 많이 쌓일수록 그 선의 총 길이가 점점 짧아지게 되고, 레이저 빔의 형상이 도 4와 같이 도형(220)의 경우는 눈이 많이 쌓일수록 그 면적이 점점 작아지게 된다.

본 발명에서는 레이저 빔의 형상이 도 3과 같이 선(210)인 경우로 설명한다. 그러나 상기 레이저부(200)에서 방사되는 레이저 빔의 형상이 선의 형상을 갖는 것으로 한정하여 설명하는 것은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술하기 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하야여 한다. 그리고 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

따라서 상기 적재물 측정부(100)는 상기 레이저부(200)에서 방사된 레이저 빔(210)의 길이를 기반으로 쌓인 눈의 높이(량)를 산출할 수 있게 된다.

도 5 는 본 발명에 따른 적설량 측정 장치내의 적재물 측정부를 상세히 설명하기 위한 블록도이다.

도 5와 같이, 적재 측정부(100)는 카메라(110)와, A/D 컨버터(120)와, 영상 처리부(130)와, 메모리부(140)와, 적재 산출부(150)와, 송신부(160)를 포함한다.

상기 카메라(100)는 레이저부(200)에서 바닥으로 방사된 레이저 빔(210)을 촬영하는데, 이때 상기 카메라(100)는 산간이나 도서 벽지와 같이 측정인이 상주하기 곤란한 오지에서의 적설량을 측정하는 것을 감안할 때 혹독한 기후 조건(영상 50℃ ~ 영하 40℃)에서도 견딜 수 있는 산업용 CCTV를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 A/D 컨버터(120)는 상기 카메라(110)로부터 촬영된 화상 자료를 디지털화하는 것으로, 상기 카메라(110)가 디지털 카메라를 사용하는 경우에는 해당 기능이 카메라 내에 내장되어 있으므로 별도의 A/D 컨버터(120)는 사용할 필요가 없을 것이다.

상기 영상 처리부(130)는 상기 A/D 컨버터(120)의 화상 데이터를 스무딩(smooding), 필터링 또는 히스토그램(histogram)을 이용하여 레이저 빔의 첫 단과 끝단을 검출하는 에지탐지를 포함한 영상처리기법을 사용하여 레이저 빔의 총 길이를 검출한다.

상기 메모리부(140)는 영상 처리부(130)에서 처리된 영상 데이터를 저장함과 동시에, 상기 레이저부(200)와 바닥과의 거리에 따라 변화된 레이저 빔(210)의 길이를 데이터베이스화하여 미리 저장하고 있다. 즉, 레이저 빔은 빛이 확산되는 특성을 가지기 때문에 눈이 많이 쌓일수록 바닥과 레이저부(200)의 거리가 가까워지기 때문에 레이저 빔(210)의 길이도 점점 짧아지게 되며, 이러한 특성을 통해 거리별 레이저 빔의 크기로 정의되어 데이터베이스화하여 저장하고 있다.

상기 적재 산출부(150)는 상기 영상 처리부(130)에서 검출된 레이저 빔(210)의 길이를 상기 메모리부(140)에 저장된 거리별 빔의 길이와 매칭시켜 실시간으로 바닥에 쌓인 눈의 적설량을 산출한다.

상기 적재 산출부(150)에서 산출하는 바람직한 실시예를 살펴보면 다음과 같이 산출할 수 있다. 이하에서 설명하는 산출 방법은 이에 한정하는 것이 아니며 측정값의 정확성을 확보하기 위한 산출 방법의 일 실시예로 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해하여야 한다.

먼저, 레이저부(200)에서 바닥으로 방사될 때의 레이저 빔의 첫 단과 끝단을 검출하는 에지탐지를 포함한 영상처리기법을 사용하여 검출되는 레이저 빔의 길이(이하 “원점 빔의 길이”라 칭함)와, 상기 원점 빔의 길이를 실측한 길이(이하 “원점에 대한 실측 길이”라 칭함)를 측정하여 정의한다.

그리고 이하 수학식 1을 이용하여 실재 측정되어 적재물 측정부(100)내의 영상 처리부(130)를 통해 검출된 레이저 빔의 길이(이하 “측정 빔의 길이”)를 상기 정의된 원점 빔의 길이 및 원점에 대한 실측 길이와 비례 계산하여 정확한 실제 길이를 산출한다.

원점 빔의 길이 : 원점에 대한 실측길이 = 측정 빔의 길이 : 측정 길이

상기 수학식 1과 같이 촬영된 영상에서 측정된 빔의 길이와 실재 바닥에 표시되는 빔의 길이의 차이를 비례식을 통해 산출함으로써, 표시되는 실제 길이를 보다 정확하게 산출할 수 있게 된다.

이렇게 실측된 측정 길이가 산출되면, 측정 길이 별로 적설량이 정의되어 미 리 저장된 표준정보 데이터베이스에 상기 산출된 측정 길이를 매칭시켜 해당되는 측정 길이에 대한 적설량을 선정하여 최종적인 적설량을 산출한다.

그리고 상기 송신부(160)는 상기 적재 산출부(150)에서 산출된 적설량에 대한 수치데이터를 실시간 또는 설정된 시간단위로 중앙관측소(500)에 전송한다.

그러면 중앙관측소(500)는 상기 송신부(160)로부터 입력되는 적설량을 수신부(510)를 통해 수신하고, 중앙 관측 컴퓨터(520)는 이처럼 각 지역으로부터 전송된 관측 자료를 기반으로 종합적으로 저장 및 분석하여 기상 관측 및 예측을 수행한다. 그리고 이렇게 수행된 관측 및 예측자료는 영상단말(530)을 통해 해당 관리자에게 표시된다. 참고로 상기 중앙관측소(500)는 기상청이나 방송국 등을 말한다.

이에 따라 중앙관측소(500)는 적설 관련 데이터를 영상단말(530)을 통해 실시간으로 확인할 수 있음과 아울러 긴급 상황을 즉각적으로 확인 가능하여 상황별로 신속하고 단계적인 대처가 가능하게 된다.

상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술적 분야의 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

도 1 은 종래의 적설량 측정 장치를 나타낸 실시예

도 2 는 종래의 적설량 측정 장치를 나타낸 다른 실시예

도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 적설량 측정 장치의 사시도

도 4 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 적설량 측정 장치의 사시도

도 5 는 본 발명에 따른 적설량 측정 장치내의 적재물 측정부를 상세히 설명하기 위한 블록도

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100 : 적재물 측정부 110 : 카메라

120 : A/D 컨버터 130 : 영상 처리부

140 : 메모리부 150 : 적재 산출부

160 : 송신부 200 : 레이저부

300 : 지주 400 : 가로대

500 : 중앙관측소 510 : 수신부

520 : 중앙관측컴퓨터 530 : 영상단말

Claims (6)

1. 바닥과 이격된 위치에 설치되어 적재물이 쌓여진 하측으로 레이저 빔을 방사하는 레이저부와,

   상기 레이저부에서 방사된 레이저 빔의 형상을 촬영하고, 적재 높이에 따라 변화되는 레이저 빔의 크기를 산출하여 적재 높이에 따라 정의된 기준 레이저 빔의 크기와 상기 산출된 레이저 빔의 크기를 매칭시켜 바닥에 쌓인 적재물의 높이를 측정하고, 측정된 적재 높이 정보를 중앙서버에 유선 또는 무선 통신 방식을 통해 실시간 또는 미리 설정된 시간 단위로 전송하는 적재물 측정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 적재 높이 측정 장치.
2. 삭제
3. 바닥과 수직방향으로 설치된 지주와,

   상기 지주의 상단부분에 가로 방향으로 설치된 가로대와,

   상기 가로대 끝부분에 설치되고 적재물이 쌓여지는 하측으로 레이저 빔을 방사하는 레이저부와,

   카메라를 구비하며, 상기 레이저부에서 방사된 레이저 빔의 형상을 촬영하고, 빛의 확산성의 특성으로 거리에 따라 변화되는 레이저 빔의 크기를 산출하여 적재 높이에 따라 정의된 기준 레이저 빔의 크기와 상기 산출된 레이저 빔의 크기를 매칭시켜 바닥에 쌓인 적재물의 높이를 측정하고, 측정된 적재 높이 정보를 중앙서버에 유선 또는 무선 통신 방식을 통해 실시간 또는 미리 설정된 시간 단위로 전송하는 적재물 측정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 적재 높이 측정 장치.
4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,

   상기 레이저부에서 방사되는 레이저 빔의 형상은 직선 또는 원, 다각형의 도형 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 적재 높이 측정 장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 레이저부와 적재물이 쌓여진 바닥까지의 거리가 가까울수록 레이저 빔의 크기는 직선인 경우는 짧아지고, 도형인 경우는 작아지는 것을 특징으로 하는 적재 높이 측정 장치.
6. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 적재물 측정부는

   상기 레이저부에서 바닥으로 방사된 레이저 빔의 형상을 촬영하는 카메라와,

   상기 카메라로부터 촬영된 화상 자료를 디지털화하는 A/D 컨버터와,

   상기 A/D 컨버터의 화상 데이터를 에지탐지를 포함한 영상처리기법을 사용하여 레이저 빔의 크기를 검출하는 영상 처리부와,

   빛의 확산성의 특성으로 레이저부와 바닥과의 거리에 따라 변화되는 레이저 빔 형상의 크기를 데이터베이스화하여 저장하고 있는 메모리부와,

   상기 영상 처리부에서 검출된 레이저 빔의 크기를 상기 메모리부에 저장된 거리별 레이저 빔의 크기와 매칭시켜 바닥에 쌓인 적재물의 높이를 산출하는 적재 산출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 적재 높이 측정 장치.

Images