KR101000534B1 - 항공라이다 데이터를 이용한 양수발전소 수량 예측 시스템 및 그 방법 - Google Patents

항공라이다 데이터를 이용한 양수발전소 수량 예측 시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 항공라이다 데이터를 이용한 양수발전소 수량 예측 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 입력받은 항공라이다 데이터에 포함된 지형 데이터의 등고선 레이어 및 표고점 레이어를 토대로 TIN 삼각망정보를 생성하는 불규칙삼각망 생성모듈; 임의의 수위에 따른 수량을 계산하기 위하여 TIN 삼각망정보 내의 각 삼각망을 임의의 수위 높이에 투영한 투영단면적 정보를 생성하는 단면적 생성모듈; 및 TIN 삼각망정보의 투영단면적 정보를 인가받아 각각 삼각형의 면적을 밑면으로 한 삼각기둥을 생성하고, 생성된 삼각기둥 각각에 대한 체적 계산하며, 계산된 값들을 합산하여 항공라이다 데이터에 대한 수량정보를 생성하는 체적 계산모듈;을 포함한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 항공 라이다 데이터를 이용하여 양수발전소의 수량을 수위에 따라 정량적으로 예측하고, 단면도를 추출하여 토공량 산출을 정확하게 하며, 양수발전소의 수량을 수위에 따라 정량적으로 예측하고, 정확한 토공량 산출을 제공함으로써, 양수발전소의 범람을 미리 예측하고 대비할 수 있으며, 재해재난을 미연에 방지하는 효과가 있다.

Description

항공라이다 데이터를 이용한 양수발전소 수량 예측 시스템 및 그 방법{SYSTEM FOR PREDICTING AMOUNT OF WATER PUMPING-UP POWER GENERATION USING AERIAL LIDAR DATA AND METHOD THEREFOR}
본 발명은 항공라이다 데이터를 이용한 양수발전소 수량 예측 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 항공 라이다 데이터를 이용하여 구축된 지형자료를 이용하여 양수발전소 건설 시 정확한 토공량을 산출할 수 있으며, 3차원 분석이 가능하여 정확한 수량예측이 가능하여 발전량을 산출하는 기술에 관한 것이다.
일반적으로 3차원 지리 정보 시스템(GIS)은 3차원 모형화 기술을 적용한 지리 정보 시스템으로서, 지형과 인공시설물을 3차원 정보로 구축하고 지리 정보 시스템 및 증강 현실 기술과 연동하여 공간 정보를 저장, 처리, 가공, 분석하는 시스템이다.
현행 양수발전소 시공측량에서는 토탈스테이션 등의 지상측량장비를 이용한 현황측량으로 실시되고 있는데, 이러한 측량방법은 작업자의 숙련도에 따라 성과가 달라지며, 접근이 어려운 지역에 대한 데이터 획득이 어렵다.
또한, 불연속적인 소량의 성과는 정밀한 지형의 형상을 재현해 내는데 한계를 가지고 있어 정확한 수량을 예측할 수 없다.
즉, 불연속적인 측량성과를 이용하여 지형자료를 재현해 내는 데는 한계가 있으며, 부정확한 자료를 이용하여 종횡단법으로 토공량을 산출하므로 부정확한 결과를 얻게 되며, 수많은 단면을 수작업으로 생성하여야 하기 때문에 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다.
반면에, 항공레이저데이터를 이용하여 구축된 고 정밀 3지형데이터를 이용하여 3차원분석을 실시하는 경우, 빠른 시간에 수몰지역의 수량분석 단면분석을 가능하게 한다.
따라서, 본 발명에서 저수위에 따른 수량, 면적을 분석하고, 댐 설계데이터를 실제 지형자료와 중첩하여 댐 건설 후의 정확한 환경분석을 가능하도록 한다.
본 발명의 목적은, 정확한 항공 라이다 데이터를 이용하여 양수발전소의 수량을 3차원적으로 예측하고 토공량 산출을 위한 종횡단면도를 자동으로 추출하여 정확한 설계 데이터를 제작할 수 있도록 함에 있다.
이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 항공라이다 데이터를 이용한 양수발전소 수량 예측 시스템은, 입력받은 항공라이다 데이터에 포함된 지형 데이터의 등고선 레이어 및 표고점 레이어를 토대로 TIN 삼각망정보를 생성하는 불규칙삼각망 생성모듈; 임의의 수위에 따른 수량을 계산하기 위하여 TIN 삼각망정보 내의 각 삼각망을 임의의 수위 높이에 투영한 투영단면적 정보를 생성하는 단면적 생성모듈; 및 TIN 삼각망정보의 투영단면적 정보를 인가받아 각각 삼각형의 면적을 밑면으로 한 삼각기둥을 생성하고, 생성된 삼각기둥 각각에 대한 체적 계산하며, 계산된 값들을 합산하여 항공라이다 데이터에 대한 수량정보를 생성하는 체적 계산모듈;을 포함한다.
그리고, 상술한 시스템을 기반으로 하는 항공라이다 데이터를 이용한 양수발전소 수량 예측 방법은, 불규칙삼각망 생성모듈이 입력받은 항공라이다 데이터에 포함된 지형 데이터의 등고선 레이어 및 표고점 레이어를 토대로 TIN 삼각망정보를 생성하는 (a) 단계; 단면적 생성모듈이 TIN 삼각망정보 내의 각 삼각망을 임의의 수위 높이에 투영한 투영단면적 정보를 생성하는 (b) 단계; 체적 계산모듈이 TIN 삼각망정보의 투영단면적 정보를 인가받아 각각 삼각형의 면적을 밑면으로 한 삼각기둥을 생성하고, 생성된 삼각기둥 각각에 대한 체적 계산하며, 계산된 값들을 합산하여 상기 항공라이다 데이터에 대한 수량정보를 생성하는 (c) 단계;를 포함한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 항공 라이다 데이터를 이용하여 양수발전소의 수량을 수위에 따라 정량적으로 예측하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 단면도를 추출하여 토공량 산출을 정확하게 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 양수발전소의 수량을 수위에 따라 정량적으로 예측하고, 정확한 토공량 산출을 제공함으로써, 양수발전소의 범람을 미리 예측하고 대비할 수 있으며, 재해재난을 미연에 방지하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 항공라이다 데이터를 이용한 양수발전소 수량 예측 시스템을 도시한 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 항공라이다 데이터를 이용한 양수발전소 수량 예측 시스템의 TIN 삼각망 모델과 항공라이다 데이터를 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 항공라이다 데이터를 이용한 양수발전소 수량 예측 시스템의 TIN 삼각망의 종류를 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 항공라이다 데이터를 이용한 양수발전소 수량 예측 시스템의 TIN 삼각망에 대한 체적의 분할을 예시한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 항공라이다 데이터를 이용한 양수발전소 수량 예측 시스템의 체적 계산모듈에 따라 수위에 따른 수량 예측을 도시한 도면.
도 6은 본 발명에 따른 항공라이다 데이터를 이용한 양수발전소 수량 예측 시스템의 체적 계산모듈에 따라 수위에 따른 수량의 정량적 예측 결과를 산출한 것을 도시한 도면.
도 7은 본 발명에 따른 항공라이다 데이터를 이용한 양수발전소 수량 예측 시스템의 종횡단면도 생성모듈이 생성한 종횡단면도를 도시한 도면.
도 8은 본 발명에 따른 항공라이다 데이터를 이용한 양수발전소 수량 예측 방법을 도시한 순서도.
도 9는 본 발명에 따른 항공라이다 데이터를 이용한 양수발전소 수량 예측 방법의 제S30단계의 세부과정을 도시한 순서도.
본 발명의 구체적인 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 항공라이다 데이터를 이용한 양수발전소 수량 예측 시스템(100)은 불규칙삼각망(TIN: Triangular Irregular Network) 생성모듈(110), 단면적 생성모듈(120), 체적 계산모듈(130) 및 종횡단면도 생성모듈(140)을 포함하여 구성된다.
구체적으로, 불규칙삼각망 생성모듈(110)은 입력받은 항공라이다 데이터에 포함된 지형 데이터의 등고선 레이어 및 표고점 레이어를 토대로 도 2에 도시된 바와 같은 TIN 삼각망정보를 생성한다.
본 발명에 따른 TIN 삼각망은 도 3에 도시된 바와 같이, 3가지 경우로 구분되는데, 각 절점의 표고가 모두 다른 경우와 각 두 점의 표고가 같은 경우가 있으며, 본 발명에 따른 TIN 삼각망정보는 각각 X축 좌표, Y축 좌표 및 Z축 좌표를 가지는 3개의 절점으로 구성되어 불규칙하게 위치한 좌표점의 표고에 대한 정보들로 구성된다.
또한, 단면적 생성모듈(120)은 불규칙삼각망 생성모듈(110)로부터 TIN 삼각망정보를 인가받고, 임의의 수위에 따른 수량을 계산하기 위하여 TIN 삼각망정보 내의 각 삼각망을 임의의 수위 높이에 투영한 투영단면적 정보를 생성한다.
또한, 체적 계산모듈(130)은 단면적 생성모듈(120)로부터 TIN 삼각망정보의 투영단면적 정보를 인가받아 각각 삼각형의 면적을 밑면으로 한 삼각기둥을 생성하고, 생성된 삼각기둥 각각에 대한 체적 계산하며, 계산된 값들을 합산하여 상기 항공라이다 데이터에 대한 수량정보를 생성한다.
이때, 삼각기둥 각각에 대한 체적 계산은 도 4에 도시된 바와 같이, 삼각기둥의 형태와 삼각뿔의 형태로 구분하여 계산되되, 삼각기둥의 체적(Vo)은 아래의 [수학식1]과 같이 밑면적(A0)와 높이(H1)를 곱하여 계산할 수 있으며, 삼각뿔의 체적(Vs)은 [수학식2]와 같이 밑면적(A0)와 높이(H2+H3)를 곱한 값에 1/3을 곱하여 계산된다.
[수학식1]
Figure 112010060760611-pat00001
[수학식2]
Figure 112010060760611-pat00002
즉, 항공라이다 데이터에 대한 수량정보를 토대로 도 5에 도시된 바와 같이 수위에 따른 수량 예측이 가능하며, 도 6에 도시된 바와 같이 수위에 따른 수량의 정량적 예측 결과를 산출할 수 있다.
또한, 종횡단면도 생성모듈(140)은 상기 TIN 삼각망정보에 포함된 3차원 높이 값인 Z축 좌표들 각각을 선형의 단면으로 연결하여 상기 항공라이다 데이터에 대한 종횡단면도를 생성하며, 도 7에 도시된 바와 같이 생성된 종횡단면도를 토대로 토공량을 정량적으로 산출할 수 있다.
이하, 도 8을 참조하여 본 발명에 따른 항공라이다 데이터를 이용한 양수발전소 수량 예측 방법에 대해 살피면 아래와 같다.
먼저, 도 8에 도시된 바와 같이, 불규칙삼각망 생성모듈(110)이 입력받은 항공라이다 데이터에 포함된 지형 데이터의 등고선 레이어 및 표고점 레이어를 토대로 TIN 삼각망정보를 생성한다(S10).
이어서, 단면적 생성모듈(120)이 상기 TIN 삼각망정보 내의 각 삼각망을 임의의 수위 높이에 투영한 투영단면적 정보를 생성한다(S20).
뒤이어, 체적 계산모듈(130)이 TIN 삼각망정보의 투영단면적 정보를 인가받아 각각 삼각형의 면적을 밑면으로 한 삼각기둥을 생성하고, 생성된 삼각기둥 각각에 대한 체적 계산하며, 계산된 값들을 합산하여 상기 항공라이다 데이터에 대한 수량정보를 생성한다(S30).
그리고, 종횡단면도 생성모듈(140)이 상기 TIN 삼각망정보에 포함된 3차원 높이 값인 Z축 좌표들 각각을 선형의 단면으로 연결하여 상기 항공라이다 데이터에 대한 종횡단면도를 생성한다(S40).
도 9를 참조하여 본 발명에 따른 항공라이다 데이터를 이용한 양수발전소 수량 예측 방법의 제S30단계의 세부과정을 살피면 아래와 같다.
체적 계산모듈(130)이 TIN 삼각망정보의 투영단면적 정보를 인가받아 각각 삼각형의 면적을 밑면으로 한 삼각기둥을 생성한다(S31).
이어서, 체적 계산모듈(130)이 삼각기둥의 체적(Vo)을 밑면적(A0)와 높이(H1)를 곱하여 계산한다(S32).
뒤이어, 체적 계산모듈(130)이 삼각뿔의 체적(Vs)을 밑면적(A0)와 높이(H2+H3)를 곱한 값에 1/3을 곱해하여 계산한다(S33).
그리고, 체적 계산모듈(130)이 각각의 삼각기둥의 체적(Vo) 및 삼각뿔의 체적(Vs)들을 합산하여 상기 항공라이다 데이터에 대한 수량정보를 생성한다(S34).
이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등 물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
100: 항공라이다 데이터를 이용한 양수발전소 수량 예측 시스템
110: 불규칙삼각망 생성모듈 120: 단면적 생성모듈
130: 체적 계산모듈 140: 종횡단면도 생성모듈

Claims (7)

  1. 항공라이다 데이터를 이용한 양수발전소 수량 예측 시스템에 있어서,
    입력받은 항공라이다 데이터에 포함된 지형 데이터의 등고선 레이어 및 표고점 레이어를 토대로 TIN 삼각망정보를 생성하는 불규칙삼각망 생성모듈;
    임의의 수위에 따른 수량을 계산하기 위하여 상기 TIN 삼각망정보 내의 각 삼각망을 임의의 수위 높이에 투영한 투영단면적 정보를 생성하는 단면적 생성모듈; 및
    상기 TIN 삼각망정보의 투영단면적 정보를 인가받아 각각 삼각형의 면적을 밑면으로 한 삼각기둥을 생성하고, 생성된 삼각기둥 각각에 대한 체적 계산하며, 계산된 값들을 합산하여 상기 항공라이다 데이터에 대한 수량정보를 생성하는 체적 계산모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 항공라이다 데이터를 이용한 양수발전소 수량 예측 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 TIN 삼각망은,
    각 절점의 표고가 모두 다른 경우 및 각 두 점의 표고가 같은 경우를 포함하며, 각각 X축 좌표, Y축 좌표 및 Z축 좌표를 가지는 3개의 절점으로 구성되어 불규칙하게 위치한 좌표점의 표고에 대한 정보들로 구성되는 것을 특징으로 하는 항공라이다 데이터를 이용한 양수발전소 수량 예측 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 삼각기둥 각각에 대한 체적 계산은,
    삼각기둥의 형태와 삼각뿔의 형태로 구분하여 계산되되,
    삼각기둥의 체적은 밑면적과 높이를 곱하여 계산되고, 삼각뿔의 체적은 밑면적과 높이를 곱한 값에 1/3을 곱하여 계산되는 것을 특징으로 하는 항공라이다 데이터를 이용한 양수발전소 수량 예측 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 TIN 삼각망정보에 포함된 3차원 높이 값인 Z축 좌표들 각각을 선형의 단면으로 연결하여 상기 항공라이다 데이터에 대한 종횡단면도를 생성하는 종횡단면도 생성모듈;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 항공라이다 데이터를 이용한 양수발전소 수량 예측 시스템.
  5. 항공라이다 데이터를 이용한 양수발전소 수량 예측 방법에 있어서,
    (a) 불규칙삼각망 생성모듈이 입력받은 항공라이다 데이터에 포함된 지형 데이터의 등고선 레이어 및 표고점 레이어를 토대로 TIN 삼각망정보를 생성하는 단계;
    (b) 단면적 생성모듈이 상기 TIN 삼각망정보 내의 각 삼각망을 임의의 수위 높이에 투영한 투영단면적 정보를 생성하는 단계;
    (c) 체적 계산모듈이 TIN 삼각망정보의 투영단면적 정보를 인가받아 각각 삼각형의 면적을 밑면으로 한 삼각기둥을 생성하고, 생성된 삼각기둥 각각에 대한 체적 계산하며, 계산된 값들을 합산하여 상기 항공라이다 데이터에 대한 수량정보를 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 항공라이다 데이터를 이용한 양수발전소 수량 예측 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 (c) 단계는,
    (c-1) 상기 체적 계산모듈이 TIN 삼각망정보의 투영단면적 정보를 인가받아 각각 삼각형의 면적을 밑면으로 한 삼각기둥을 생성하는 단계;
    (c-2) 상기 체적 계산모듈이 삼각기둥의 체적을 밑면적과 높이를 곱하여 계산하는 단계;
    (c-3) 상기 체적 계산모듈이 삼각뿔의 체적을 밑면적과 높이를 곱한 값에 1/3을 곱하여 계산하는 단계; 및
    (c-4) 상기 체적 계산모듈이 각각의 삼각기둥의 체적 및 삼각뿔의 체적들을 합산하여 상기 항공라이다 데이터에 대한 수량정보를 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 항공라이다 데이터를 이용한 양수발전소 수량 예측 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 (c) 단계 이후,
    (d) 종횡단면도 생성모듈이 상기 TIN 삼각망정보에 포함된 3차원 높이 값인 Z축 좌표들 각각을 선형의 단면으로 연결하여 상기 항공라이다 데이터에 대한 종횡단면도를 생성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 항공라이다 데이터를 이용한 양수발전소 수량 예측 방법.
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