KR101107546B1 - Apparatus and method for measuring wave height with gps receiver - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A wave height measure system and method using GPS are provided to secure the safety on the sailing of ship by generating an emergency warning signal. CONSTITUTION: A wave height measure system is as follows. The precise positioning information of a buoy installed at marine is generated(S100). The determination pattern change of the buoy is analyzed based on the precise positioning information of the buoy. A plurality of wave frequency is generated(S200). A seismic sea wave or similarity disaster sea wave waves frequency is extracted from waves frequencies(S300). GPS satellite orbit error and satellite clock error information are collected from IGS. The positioning information is collected from the GPS receiver of the buoy. The real-time precise positioning information is generated by comparing IGS information to the measured value of the GPS receiver.

Description

ＧＰＳ를 이용한 파고 측정 장치 및 방법{Apparatus and Method for Measuring Wave Height with GPS Receiver}Apparatus and Method for Measuring Wave Height with GPS Receiver}

본 발명은 기존의 GPS와 관성센서를 결합하여 파도의 높이를 측정하는 부이(BOUY) 대신 관성센서의 도움 없이 정밀측위를 위한 보조 파라미터들과 단독의 GPS 수신기만으로 정밀측위를 수행하여 파고를 측정함으로써 해양재해로부터 인명?재산 피해를 절감하고 선박의 안전 피항을 효과적으로 유도할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention measures the wave height by performing the precise positioning with only the GPS receiver and auxiliary parameters for precise positioning without the aid of the inertial sensor instead of the BOUY to measure the height of the wave by combining the existing GPS and the inertial sensor The present invention relates to a device and a method capable of effectively reducing life and property damage from marine disasters and effectively inducing the safe evacuation of a ship.

현재 전 세계는 지구온난화 및 국지적 해수면 상승으로 인한 해양재난에 대한 인명피해와 재산피해가 점차 증가하고 있다. 특히 지진발생 후 지진해일이 발생할 것인가에 대한 확실한 증거를 찾는 데는 상당한 시간이 소요되므로 만일의 사태에 대비하여 해상에서 일정한 규모 이상의 지진이 발생하는 경우에도 "주의보" 또는 "경보"를 발표하는 것이 국제적인 관례이다.At present, the world's lives and property damages are gradually increasing due to global warming and local sea level rise. In particular, it takes considerable time to find solid evidence that a tsunami will occur after an earthquake, so in the event of an earthquake, it may be advisable to publish a "caution" or "alarm" even if there is a certain magnitude of earthquake. It is customary.

그러나 "주의보" 또는 "경보" 발표가 지진해일 발생으로 이어지는 확률이 낮고, 지진이 아닌 유사 재난해파에 대해선 경고할 수 없는 문제가 상존한다. 이런 이유로 장주기 특성을 갖는 쓰나미(tsunami)와 같은 지진해파 또는 유사 재난해파의 발생을 조기 검출하여 해양재해로부터 인명?재산 피해를 줄이고 선박의 안전 피항을 효과적으로 유도할 필요가 있다.However, there is a low probability that a "caution" or "alert" announcement leads to a tsunami, and there are problems that can't be warned about quasi-disaster rather than earthquakes. For this reason, early detection of seismic waves or similar disaster waves such as tsunami, which have long-term characteristics, needs to reduce human and property damage from marine disasters and effectively guide ship safety evacuation.

현재 사용되고 있는 파고계는 도 1과 같이 수심 5 ~ 15m 깊이에 설치하고, 수심에서 지상으로 연결된 케이블을 통해 VHF 통신이나 위성 통신으로 실시간 파고 데이터를 분석센터로 송신하는 구조로 되어 있다. 이렇게 육지에서 가깝게 설치되는 구조로 되어 있기 때문에 쓰나미와 같은 지진해파 또는 유사 재난해파가 발생했을 경우, 충분한 대피 시간을 제공해 주지 못하고 있다. 또한 GPS를 사용하는 파고계의 경우 고가의 관성센서와 결합하여 파고를 정밀하게 측정하지만, 파도의 상태에 따라 데이터의 끊김 현상이 종종 발생한다.Currently used crest meter is installed in the depth of 5 ~ 15m depth, as shown in Figure 1, and has a structure for transmitting real-time wave data to the analysis center by VHF communication or satellite communication through a cable connected to the ground at the depth. Since the structure is installed close to the land, sufficient evacuation time is not provided in case of earthquake or similar disasters such as tsunamis. In the case of GPS-based crestometer, the crest is measured precisely in combination with expensive inertial sensors, but data is often interrupted depending on the wave conditions.

본 발명의 목적은 육지로부터 가까운 곳에 설치해야하는 부담을 갖는 기존의 고비용의 파고 측정 장치를 대신하여, 충분한 대피시간 확보를 위해 육지로부터 가능한 멀리 설치하여 정밀측위를 위한 보조 파라미터들과 단독의 GPS 수신기만으로 정밀측위를 수행하여 파고를 측정함으로써 해양재해로부터 인명?재산 피해를 줄이고 선박의 안전 피항을 효과적으로 유도할 수 있는 본 발명에 따른 GPS를 이용한 파고 측정 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.The object of the present invention is to replace the existing expensive cost measuring apparatus having a burden to be installed close to the land, and to install as far as possible from the land to ensure sufficient evacuation time, with only the auxiliary parameters for precise positioning and the GPS receiver alone. The present invention provides an apparatus and method for measuring wave height using GPS according to the present invention, which can reduce life and property damage from marine disasters and effectively induce the safety port of a ship by measuring wave height by performing precise positioning.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 해양에 설치된 부이의 정밀측위 정보를 생성하는, 부이 정밀측위 정보 생성 단계와, 상기 부이의 정밀측위 정보를 기초로 부이의 측위 변화 패턴을 분석하여 다수개의 파도 주파수를 생성하는 단계 및 상기 파도 주파수들에서 지진해파, 또는 유사 재난해파를 야기하는 파도 주파수를 추출하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 GPS를 이용한 파고 측정 방법과, An object of the present invention as described above, the buoy precision positioning information generating step of generating the precision positioning information of the buoys installed in the ocean, and analyzes the positioning change pattern of the buoy based on the precision positioning information of the buoys a plurality of wave frequencies And generating a wave frequency from the wave frequencies and extracting a wave frequency causing seismic waves or similar disaster waves.

GPS 수신기가 장착된 부이와, IGS로부터 GPS 위성궤도 오차 및 위성시계 오차 정보를 수집하는 IGS 정보 수집기와, 상기 GPS 수신기의 측정값과 IGS 정보를 비교하여 부이의 실시간 정밀측위 정보를 생성하는, 부이 정밀측위 정보 생성 모듈 및 상기 부이의 정밀측위 정보를 기초로 부이의 측위 변화 패턴을 분석하여 다수개의 파도 주파수를 생성하고 상기 파도 주파수들에서 지진해파 또는 유사 재난해파를 야기하는 파도 주파수를 추출하는 파도 주파수 추출 모듈을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 GPS를 이용한 파고 측정 장치에 의해 달성된다.A buoy equipped with a GPS receiver, an IGS information collector that collects GPS satellite orbit error and satellite clock error information from the IGS, and a buoy which compares the measured value of the GPS receiver with the IGS information to generate real-time precision positioning information of the buoy. Waveform for generating a plurality of wave frequencies by analyzing the positioning change pattern of buoys based on the precision positioning information generation module and the buoy's precise positioning information and extracting wave frequencies that cause seismic waves or similar disaster waves from the wave frequencies It is achieved by a crest measurement device using GPS, characterized in that it comprises a frequency extraction module.

본 발명에 의하면, 쓰나미와 같은 지진해파 또는 유사 재난해파에 대한 신뢰성 있는 조기 경보를 발령할 수 있고, 이로 인해 생명과 재산 보호 및 선박의 안전 피항과 유도를 통한 해상 안전을 확보할 수 있으며, 관련 기업의 기술 개발을 적극적으로 유도하여 새로운 시장 창출이 가능하다.According to the present invention, it is possible to issue a reliable early warning of seismic or similar disasters such as tsunamis, thereby ensuring marine safety through the protection of life and property and the safety of the ship and induction, It is possible to create new markets by actively inducing company's technology development.

도 1은 종래의 파고 측정 장치를 나타낸 도면,
도 2는 본 발명에 따른 GPS를 이용한 파고 측정 방법을 나타낸 도면,
도 3은 본 발명에 따른 부이 정밀측위 정보 생성 방법을 나타낸 도면,
도 4는 본 발명에 따른 GPS를 이용한 파고 측정 장치의 구성도.1 is a view showing a conventional wave height measuring apparatus,
2 is a view showing a wave height measurement method using GPS according to the present invention,
3 is a view showing a buoy precision positioning information generation method according to the present invention,
4 is a block diagram of a wave height measuring apparatus using a GPS according to the present invention.

본 발명은, 네트워크로부터 IGS(International GNSS Service, 이하 IGS라 함)의 GPS 위성궤도 오차 및 위성시계 오차 정보를 수집하고, GPS 수신기의 원시정보와의 실시간 처리를 통해 정밀측위 정보를 생성하게 되며, 이때 GPS 신호의 수신 단절을 방지하기 위한 안테나 수직 유지장치 및 파도의 주파수를 분석하여 측위 정보로부터 지진해파 또는 유사 재난해파를 추출하는 것을 특징으로 한다.
The present invention collects GPS satellite orbit error and satellite clock error information of IGS (International GNSS Service, hereinafter referred to as IGS) from a network, and generates precise positioning information through real-time processing with raw information of a GPS receiver. At this time, it is characterized by extracting the earthquake wave or similar disaster wave from the positioning information by analyzing the antenna vertical maintenance device and the frequency of the wave to prevent the disconnection of the GPS signal.

이를 위해, 본 발명은 GPS를 이용한 파고 측정 방법과, GPS를 이용한 파고 측정 장치를 설명한다.To this end, the present invention describes a crest measurement method using GPS, and a crest measurement apparatus using GPS.

GPS를 이용한 파고 측정 방법은, 도 2에 도시한 바와 같이 해양에 설치된 부이의 정밀측위 정보를 생성하는 부이 정밀측위 정보 생성 단계(S100)와, 상기 부이의 정밀측위 정보를 기초로 부이의 측위 변화 패턴을 분석하여 다수개의 파도 주파수를 생성하는 단계(S200) 및 상기 파도 주파수들에서 지진해파, 또는 유사 재난해파를 야기하는 파도 주파수를 추출하는 단계(S300)를 포함한다.In the method of measuring wave height using GPS, buoy precision positioning information generation step (S100) of generating precision positioning information of buoys installed in the ocean as shown in Fig. 2, and positioning of buoys based on the precision positioning information of the buoys Generating a plurality of wave frequencies by analyzing the pattern (S200) and extracting a wave frequency (S300) causing seismic waves or similar disaster waves in the wave frequencies.

부이 정밀측위 정보 생성 단계(S100)는, 도 3에 도시한 바와 같이 해양에 설치된 부이의 정밀측위 정보를 생성하는 단계로서, IGS로부터 GPS 위성궤도 오차 및 위성시계 오차 정보를 수집하는 IGS 정보 수집 단계(S110)와, 부이의 GPS 수신기로부터 측위정보를 수집하는 GPS 정보 수집 단계(S120) 및 상기 IGS 정보와 GPS 수신기의 측정값을 비교하여 실시간 정밀측위 정보를 생성하는 단계(S130)를 포함한다.Buoy precision positioning information generation step (S100), as shown in Figure 3 to generate the precision positioning information of the buoy installed in the ocean, IGS information collection step of collecting GPS satellite orbit error and satellite clock error information from the IGS (S110), the GPS information collecting step of collecting positioning information from the GPS receiver of the buoy (S120) and comparing the measured value of the IGS information and the GPS receiver to generate the real-time precision positioning information (S130).

이러한 부이 정밀측위 정보 생성 단계(S100)는 GPS 수신기 단독으로도 부이의 측위를 알 수 있으나, IGS 정보가 활용됨으로써 정밀한 측위를 생성할 수 있고, 또 GPS 수신기의 이상 유무를 판별할 수 있기 때문이다.This buoy precision positioning information generation step (S100) is because the position of the buoy can be known by the GPS receiver alone, but because IGS information can be used to generate a precise positioning, and can determine whether there is an abnormality of the GPS receiver. .

다수개의 파도 주파수를 생성하는 단계(S200)는, 상기 부이의 정밀측위 정보를 기초로 부이의 측위 변화 패턴을 분석하여 다수개의 파도 주파수를 생성하는 단계로서, 이러한 파도 주파수는 실제 해양환경 정보(조위 정보, 조석 예보 정보, 파고 정보 등)와 무한 반복적으로 비교하여 해당 파도 주파수에 대한 해양환경 정보를 규정화할 수 있는 장점이 있다. 즉, 어떠한 파도 주파수를 얻었을 때 이러한 파도 주파수는 지진해파 파도 주파수인지, 일시적으로 파고가 높게 형성된 파도 주파수인지 알 수 있고, 상기 단계(S300)를 통해 파도 주파수가 지진해파, 또는 유사 재난해파를 야기하는 파도 주파수인 경우에는 경보를 발령하는 단계(S400)를 포함시킬 수 있다.
Generating a plurality of wave frequencies (S200) is a step of generating a plurality of wave frequencies by analyzing the positioning change pattern of the buoy based on the precise positioning information of the buoy, the wave frequency is the actual marine environment information (tide) Information, tidal forecast information, crest information, etc.) and infinite repetitive comparison has the advantage of defining the marine environment information for the wave frequency. That is, when a certain wave frequency is obtained, such a wave frequency is a seismic wave frequency or a wave frequency temporarily formed with a high wave height. Through the step S300, the wave frequency is a seismic wave or similar disaster wave. In the case of causing the wave frequency, it may include a step (S400) for alerting.

한편, GPS를 이용한 파고 측정 장치는, 도 4에 도시한 바와 같이 GPS 수신기(11)가 장착된 부이(10)와, IGS로부터 GPS 위성궤도 오차 및 위성시계 오차 정보를 수집하는 IGS 정보 수집기(20)와, 상기 GPS 수신기(11)의 측정값과 IGS 정보를 비교하여 부이(10)의 실시간 정밀측위 정보를 생성하는 부이 정밀측위 정보 생성 모듈(30) 및 상기 부이(10)의 정밀측위 정보를 기초로 부이(10)의 측위 변화 패턴을 분석하여 다수개의 파도 주파수를 생성하고 상기 파도 주파수들에서 지진해파, 또는 유사 재난해파를 야기하는 파도 주파수를 추출하는 파도 주파수 추출 모듈(40)을 포함한다.Meanwhile, the apparatus for measuring wave height using GPS includes a buoy 10 equipped with a GPS receiver 11 and an IGS information collector 20 for collecting GPS satellite orbit error and satellite clock error information from the IGS, as shown in FIG. 4. ) And the buoy precision positioning information generation module 30 and the buoy 10 that accurately compare the measured values of the GPS receiver 11 and IGS information to generate real-time precision positioning information of the buoy 10. A wave frequency extraction module 40 which analyzes the location change pattern of the buoy 10 to generate a plurality of wave frequencies and extracts wave frequencies that cause seismic waves or similar disaster waves at the wave frequencies. .

부이(10)는, 해양에 부유하는 구성으로, GPS 수신기(11)와 안테나(12) 및 GPS 신호의 수신 단절을 방지하기 위해 안테나(12)를 수직으로 유지하는 GPS 안테나 수직 유지장치(13)를 포함한다.The buoy 10 is a configuration floating in the ocean, the GPS antenna 11 and the antenna 12 and the GPS antenna vertical holding device 13 for holding the antenna 12 vertically to prevent disconnection of the GPS signal It includes.

IGS 정보 수집기(20)는, 네트워크를 통해 IGS로부터 GPS 위성궤도 오차 및 위성시계 오차 정보를 수집하는 구성이다.The IGS information collector 20 is configured to collect GPS satellite orbit error and satellite clock error information from the IGS via a network.

부이 정밀측위 정보 생성 모듈(30)은, GPS 수신기(11)의 측정값과 IGS 정보를 비교하여 부이(10)의 실시간 정밀측위 정보를 생성하는 구성으로, GPS 수신기(11) 단독으로도 부이(10)의 측위를 알 수 있으나, 신뢰성 있는 IGS 정보가 활용됨으로써 정밀한 측위를 생성할 수 있고, 또 GPS 수신기의 이상 유무를 판별할 수 있다.The buoy precision positioning information generation module 30 is configured to generate real-time precision positioning information of the buoy 10 by comparing the measured value of the GPS receiver 11 with the IGS information. 10) can be known, but accurate IGS information can be generated by using reliable IGS information, and it is possible to determine the abnormality of the GPS receiver.

파도 주파수 추출 모듈(40)은 상기 부이(10)의 정밀측위 정보를 기초로 부이(10)의 측위 변화 패턴을 분석하여 다수개의 파도 주파수를 생성하고 상기 파도 주파수들에서 지진해파, 또는 유사 재난해파를 야기하는 파도 주파수를 추출하는 구성으로, 지진해파, 또는 유사 재난해파를 야기하는 파도 주파수의 추출은 다수개의 파도 주파수들을 실제 해양환경 정보(조위 정보, 조석 예보 정보, 파고 정보 등)와 무한 반복적으로 비교하여 해당 파도 주파수에 대한 해양환경 정보를 규정화함으로써 얻어질 수 있다. 따라서, 지진해파, 또는 유사 재난해파를 야기하는 파도 주파수가 추출될 경우 경보 발령으로 인명피해 및 재산피해를 최소화할 수 있고, 선박의 안전 피항과 유도를 통한 해상안전을 확보할 수 있다.
The wave frequency extraction module 40 analyzes the positioning change pattern of the buoy 10 based on the precise positioning information of the buoy 10 to generate a plurality of wave frequencies, and seismic waves or similar disaster waves at the wave frequencies. In this configuration, the wave frequency causing the seismic wave or similar disaster wave is extracted by infinite ocean repetition. By comparison, it can be obtained by defining marine environment information for the wave frequency. Therefore, when wave frequencies causing seismic waves or similar disaster waves are extracted, it is possible to minimize human and property damages by issuing an alarm, and to ensure maritime safety through safety and guidance of ships.

이상 본 발명이 양호한 실시예와 관련하여 설명되었으나, 본 발명의 기술 분야에 속하는 자들은 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에 다양한 변경 및 수정을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 진정한 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is evident that many alternatives, modifications, and variations will readily occur to those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the invention. Therefore, it should be understood that the disclosed embodiments are to be considered in an illustrative rather than a restrictive sense, and that the true scope of the invention is indicated by the appended claims rather than by the foregoing description, and all differences within the scope of equivalents thereof, .

10: 부이 11: GPS 수신기
12: 안테나 13: GPS 안테나 수직 유지장치
20: IGS 정보 수집기 30: 부이 정밀측위 정보 생성 모듈
40: 파도 주파수 추출 모듈10: buoy 11: GPS receiver
12: antenna 13: GPS antenna vertical hold
20: IGS information collector 30: buoy precision positioning information generation module
40: wave frequency extraction module

Claims (5)

해양에 설치된 부이의 정밀측위 정보를 생성하는, 부이 정밀측위 정보 생성 단계(S100);
상기 부이의 정밀측위 정보를 기초로 부이의 측위 변화 패턴을 분석하여 다수개의 파도 주파수를 생성하는 단계(S200); 및
상기 파도 주파수들에서 지진해파, 또는 유사 재난해파를 야기하는 파도 주파수를 추출하는 단계(S300);를 포함하며,
상기 부이 정밀측위 정보 생성 단계(S100)는,
IGS로부터 GPS 위성궤도 오차 및 위성시계 오차 정보를 수집하는, IGS 정보 수집 단계(S110);
부이의 GPS 수신기로부터 측위정보를 수집하는, GPS 정보 수집 단계(S120); 및
상기 IGS 정보와 GPS 수신기의 측정값을 비교하여 실시간 정밀측위 정보를 생성하는 단계(S130);
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 GPS를 이용한 파고 측정 방법.Buoy precision positioning information generating step (S100) of generating precision positioning information of buoys installed in the ocean;
Generating a plurality of wave frequencies by analyzing a positioning change pattern of the buoy based on the precise positioning information of the buoy (S200); And
And (S300) extracting a wave frequency causing seismic waves or similar disaster waves at the wave frequencies.
The buoy precision positioning information generation step (S100),
Collecting IGS information (S110) for collecting GPS satellite orbit error and satellite clock error information from the IGS;
Collecting positioning information from the GPS receiver of the buoy, GPS information collecting step (S120); And
Comparing the IGS information with measurement values of the GPS receiver to generate real-time precision positioning information (S130);
Crest height measurement method using GPS, characterized in that comprises a. 제 1항에 있어서,
상기 단계(S300)를 통해 파도 주파수가 지진해파, 또는 유사 재난해파를 야기하는 파도 주파수인 경우에는 경보를 발령하는 단계(S400);
가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 GPS를 이용한 파고 측정 방법.The method of claim 1,
An alarm (S400) when the wave frequency is a wave frequency causing a seismic wave or a similar disaster wave through the step (S300);
Crest height measurement method using a GPS, characterized in that it further comprises. GPS 수신기(11)가 장착된 부이(10);
IGS로부터 GPS 위성궤도 오차 및 위성시계 오차 정보를 수집하는, IGS 정보 수집기(20);
상기 GPS 수신기(11)의 측정값과 IGS 정보를 비교하여 부이(10)의 실시간 정밀측위 정보를 생성하는, 부이 정밀측위 정보 생성 모듈(30); 및
상기 부이(10)의 정밀측위 정보를 기초로 부이(10)의 측위 변화 패턴을 분석하여 다수개의 파도 주파수를 생성하고, 상기 파도 주파수들에서 지진해파, 또는 유사 재난해파를 야기하는 파도 주파수를 추출하는, 파도 주파수 추출 모듈(40);
을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 GPS를 이용한 파고 측정 장치.Buoy 10 equipped with GPS receiver 11;
An IGS information collector 20 for collecting GPS satellite orbit error and satellite clock error information from the IGS;
A buoy precision positioning information generation module (30) for comparing real-time precision positioning information of the buoy (10) by comparing the measured value of the GPS receiver (11) with IGS information; And
Analyze the positioning change pattern of the buoy 10 based on the precise positioning information of the buoy 10 to generate a plurality of wave frequencies, and extract wave frequencies that cause seismic waves or similar disaster waves from the wave frequencies. Wave frequency extraction module 40;
Crest height measurement device using GPS, characterized in that configured to include. 제 3항에 있어서,
상기 부이(10)는 GPS 수신기(11)의 안테나(12)를 수직으로 유지하는, GPS 안테나 수직 유지장치(13)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 GPS를 이용한 파고 측정 장치.The method of claim 3,
The buoy (10) further comprises a GPS antenna vertical holding device (13) for holding the antenna (12) of the GPS receiver (11) vertically using a GPS measurement apparatus. 삭제delete
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