KR101255966B1 - Method and system for detecting bright band using three dimensional radar reflectivity - Google Patents

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KR101255966B1
KR101255966B1 KR1020120028965A KR20120028965A KR101255966B1 KR 101255966 B1 KR101255966 B1 KR 101255966B1 KR 1020120028965 A KR1020120028965 A KR 1020120028965A KR 20120028965 A KR20120028965 A KR 20120028965A KR 101255966 B1 KR101255966 B1 KR 101255966B1
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이규원
이수향
정성화
박종서
유철환
이윤정
한혜영
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대한민국(기상청장)
경북대학교 산학협력단
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Abstract

PURPOSE: A method for searching a bright band region using meteorological radar 3-D reflectivity data using a mean reflectivity vertical profile and a system thereof are provided to be utilized as a fundamental resource to classify a type of rainfall particle with altitude and a type of rainfall and as a fundamental resource for accurate ground precipitation estimation. CONSTITUTION: A bright band region search system(100) using meteorological radar three-dimensional reflectivity data includes a meteorological radar three-dimensional reflectivity data collection unit(110), a mean reflectivity vertical profile generation unit(120) and a bright band region search unit(130). The meteorological radar three-dimensional reflectivity data collection unit collects meteorological radar three-dimensional reflectivity data observed in a meteorological radar system. The mean reflectivity vertical profile generation unit generates a vertical profile displaying mean reflectivity spaced by a predetermined distance with altitude using the collected meteorological radar three-dimensional reflectivity data. The bright band region search unit generates a respective vertical profile of each parameter including the first derivative, the second derivative, the curvature and the first derivative of the curvature of the generated mean reflectivity vertical profile, or the logarithm of the generated mean reflectivity vertical profile and a respective vertical profile of each parameter including the first derivative, the second derivative, the curvature and the first derivative of the curvature. The bright band region search unit searches for a peak, an upper part and a lower part of the bright band region using the mean reflectivity vertical profile and the vertical profile of each parameter. [Reference numerals] (10) Meteorological radar system; (110) Meteorological radar three-dimensional reflectivity data collection unit; (120) Mean reflectivity vertical profile generation unit; (130) Bright band region search unit;

Description

기상레이더 3차원 반사도 자료를 이용한 밝은 띠 영역의 탐색 방법 및 그 시스템{Method and system for detecting bright band using three dimensional radar reflectivity}Method and system for detecting bright band using three dimensional radar reflectivity using meteorological radar three-dimensional reflectivity data

본 발명은 밝은 띠 영역의 탐색 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 기상레이더 3차원 반사도 자료를 이용하여 평균 반사도 연직 프로파일을 생성하고, 생성된 평균 반사도 연직 프로파일 또는 생성된 평균 반사도 연직 프로파일에 대한 로그값 각각의 일차 미분값, 이차 미분값, 곡률 및 곡률의 일차 미분값을 이용해 0℃(융해층) 고도를 추정하기 위한 밝은 띠 영역을 탐색할 수 있는 방법 및 그 시스템에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a search technique for bright band regions, and more particularly, to generate an average reflectivity vertical profile using weather radar three-dimensional reflectivity data, and to generate a generated average reflectance vertical profile or a generated average reflectance vertical profile. A method and system for searching a bright band region for estimating 0 ° C (melting layer) altitude using the first derivative of each logarithmic value, the second derivative, the curvature and the curvature, are provided.

일반적으로 기상(氣像) 레이더는 전자기파를 발사하여 기상학적 목표물에 반사 또는 산란되어 오는 전파신호의 크기를 계산하는 장비로써, 넓은 영역(유효관측반경: 240km)을 매우 빠르게(10분 간격) 감시할 수 있기 때문에 넓은 영역의 강수량을 산출하는 가장 효율적인 원격탐사장비 중 하나이다.In general, meteorological radar is a device that calculates the magnitude of radio signals reflected or scattered by meteorological targets by emitting electromagnetic waves, and monitoring a large area (effective observation radius: 240 km) very quickly (every 10 minutes). It is one of the most efficient remote sensing devices that can produce large areas of rainfall because it can.

목표물에 산란되어 오는 신호(반사도)는 기상 레이더에서 발사되는 펄스 볼륨 내에 존재하는 물방울의 크기 분포와 관계가 있으며, 지상에 떨어지는 강수량도 물방울의 크기 분포의 함수이므로 레이더 반사도와 지상 강수량과의 일정 관계식(Z-R 관계식: Z=aRb)을 사용하면 레이더 반사도로부터 지상 강수량을 추정해 낼 수 있다.The signal scattered to the target (reflectivity) is related to the size distribution of water droplets within the pulse volume emitted by the weather radar, and since the amount of precipitation falling to the ground is a function of the size distribution of the water droplets, the relation between radar reflectivity and ground precipitation is (ZR relation: Z = aR b ) can be used to estimate ground precipitation from radar reflectivity.

또한, 기상 레이더에서 관측된 레이더 반사도에 따르면, 0℃ 이하의 높은 고도에서 강설 입자들이 낙하하여 0℃ 등온층을 통과하면 강설 입자의 겉 표면이 녹기 시작하고 이 층에서 급격하게 반사도 값이 증가하는데 이는 입자의 유전율의 증가 및 크기 효과 때문이다. 그리고, 고도가 낮아지면서 거의 모든 강설 입자들이 융해되어 물방울을 형성하게 되고 반사도 값이 다시 감소하게 되는데, 이와 같이 반사도 값이 급격히 증가한 후 다시 감소하여 일정한 반사도가 나타나기 전까지 지역을 밝은 띠(Bright Band) 지역이라 하며, 0℃ 등온층을 강설 입자가 융해되기 시작하는 고도, 즉, 융해층 고도라고 한다. 이러한 융해층 고도 아래에서는 액체상의 입자가 존재하여 지상 강수량에 영향을 주게 된다. In addition, according to the radar reflectivity observed in the weather radar, when the snowfall particles fall at high altitudes below 0 ° C and pass through the 0 ° C isothermal layer, the outer surface of the snowfall particles begins to melt and the reflectance values increase rapidly in this layer. This is due to the effect of increasing the dielectric constant and size of the particles. As the altitude decreases, almost all the snow particles melt to form water droplets, and the reflectance value decreases again. As such, the reflectance value rapidly increases and then decreases again until the constant reflectivity appears. The region is called the 0 ° C isothermal layer, which is the altitude at which snow particles begin to melt, that is, the melting layer altitude. Below this level of melting, liquid particles are present, which affects ground precipitation.

따라서 온도의 직접적인 관측 없이 융해층의 고도를 파악하고 지상 강수량을 정확하게 추정하기 위해서는 밝은 띠 영역을 정확하게 탐색할 수 있는 기술이 필요하다.Therefore, in order to determine the altitude of the molten layer and to accurately estimate the ground precipitation without direct observation of temperature, a technique for accurately searching the bright band region is needed.

상술한 요구에 따라 본 발명은, 관측된 레이더 3차원 반사도 자료로 산출된 평균 반사도 연직 프로파일과 이의 일차 미분값, 이차 미분값, 곡률, 곡률의 일차 미분값에 대한 각각의 연직 프로파일을 이용하여 밝은 띠 영역의 상단부(BB_TOP), 최정점(BB_PEAK), 하단부(BB_BOTTOM)를 탐색하는 것에 의해 밝은 띠 영역을 탐색할 수 있는 방법 및 그 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다. In accordance with the above-described demands, the present invention provides a bright image using the average reflectance vertical profile calculated from the observed radar three-dimensional reflectivity data and the respective vertical profiles for the first derivative, the second derivative, the curvature, and the first derivative of curvature thereof. An object of the present invention is to provide a method and a system capable of searching for a bright band region by searching for an upper end portion BB_TOP, a peak point BB_PEAK, and a lower end portion BB_BOTTOM.

상기 목적을 이루기 위한 본 발명의 일 실시 형태는, a) 관측된 기상레이더 3차원 반사도 자료를 수집하는 단계; b) 수집된 기상레이더 3차원 반사도 자료를 이용해 평균 반사도 연직 프로파일을 생성하는 단계; c) 생성된 평균 반사도 연직 프로파일의 일차 미분값, 이차 미분값, 곡률 및 곡률의 일차 미분값을 포함하는 파라미터 각각의 연직 프로파일을 생성하거나 또는 생성된 평균 반사도 연직 프로파일에 대한 로그값과, 상기 로그값의 일차 미분값, 이차 미분값, 곡률 및 곡률의 일차 미분값을 포함하는 파라미터 각각의 연직 프로파일을 생성하는 단계; 및 (d) 생성된 평균 반사도 연직 프로파일과 파라미터별 연직 프로파일을 이용해 밝은 띠 영역의 최정점(BB_PEAK)을 찾고, 찾은 최정점(BB_PEAK)으로부터 상단부(BB_TOP) 및 하단부(BB_BOTTOM)를 찾아 밝은 띠 영역을 탐색하는 단계;를 포함하는 기상레이더 3차원 반사도 자료를 이용한 밝은 띠 영역 탐색 방법을 포함한다.One embodiment of the present invention for achieving the above object is a) collecting the observed weather radar three-dimensional reflectance data; b) using the collected weather radar three-dimensional reflectivity data to generate an average reflectance vertical profile; c) generating a vertical profile of each of the parameters including the first derivative of the generated mean reflectance vertical profile, the second derivative, the first derivative of curvature and curvature, or a log value for the generated mean reflectance vertical profile, and the log Generating a vertical profile of each of the parameters including the first derivative of the value, the second derivative, the curvature and the first derivative of the curvature; And (d) finding the highest point (BB_PEAK) of the bright band region by using the generated average reflectance vertical profile and the vertical profile per parameter, and searching for the bright band region by finding the top (BB_TOP) and the bottom (BB_BOTTOM) from the found peak (BB_PEAK). And a bright band region search method using the weather radar three-dimensional reflectivity data including the step of performing the above.

이때, 상기 b)는, 수집된 기상레이더 3차원 반사도 자료를 일정 간격의 고도에 따라 평균 반사도의 연직 프로파일을 작성하는 단계이다. In this case, step b) is a step of creating a vertical profile of the average reflectivity of the collected weather radar three-dimensional reflectivity data according to the altitude of a predetermined interval.

또한, 상기 밝은 띠 영역의 최정점(BB_PEAK)은, 평균 반사도 연직 프로파일 또는 상기 평균 반사도 연직 프로파일의 로그값 연직 프로파일 각각의 일차 미분값의 최댓값 및 최솟값이 나타나는 고도 사이에서 상기 평균 반사도 연직 프로파일 또는 상기 평균 반사도 연직 프로파일의 로그값 연직 프로파일이 최댓값을 나타내는 지점을 찾는 것에 의해 결정된다. Further, the highest point BB_PEAK of the bright band region is the average reflectivity vertical profile or the average between the altitude at which the maximum value and the minimum value of the first derivative of each of the average reflectance vertical profile or the log value vertical profile of the average reflectance vertical profile appear. The reflectance log value of the vertical profile is determined by finding the point where the vertical profile shows the maximum value.

또한, 상기 밝은 띠 영역의 상단부(BB_TOP)는, 결정된 최정점(BB_PEAK)에서 고도가 증가하면서 곡률 값이 최대가 되는 지점을 곡률 연직 프로파일로부터 찾는 것에 의해 결정되고, 구체적으로, 상기 밝은 띠 영역의 상단부(BB_TOP)는, 이차 미분 값이 양수이고, 곡률의 일차 미분값이 양의 값이 되는 지점을 찾아 탐색시작지점으로 결정하고, 상기 탐색시작지점에서 곡률의 일차 미분값이 양수에서 음수로 변하는 지점을 찾아 탐색종료지점으로 결정하고, 상기 탐색시작지점에서 탐색종료지점 사이에서 곡률이 최댓값을 나타내는 지점으로 결정될 수 있다. In addition, the upper end portion BB_TOP of the bright band region is determined by finding, from the curvature vertical profile, a point where the curvature value is maximized as the altitude increases at the determined peak BB_PEAK, and specifically, the upper end portion of the bright band region. (BB_TOP) is a point where the second derivative is positive and the first derivative of the curvature is positive and determined as the search start point, and the first derivative of the curvature is changed from positive to negative at the search start point. It may be determined to be a search end point by searching for and to determine a point at which a curvature represents a maximum value between the search start point and the search end point.

또한, 상기 밝은 띠 영역의 하단부(BB_BOTTOM)는, 결정된 최정점(BB_PEAK)에서부터 고도가 감소하면서 곡률 값이 최대가 되는 지점을 곡률 연직 프로파일로부터 찾는 것에 의해 결정되고, 구체적으로, 상기 밝은 띠 영역의 하단부(BB_BOTTOM)는, 곡률의 일차 미분값이 음의 값이 되는 지점을 찾아 탐색시작지점으로 결정하고, 곡률의 일차 미분값이 음수에서 양수로 변하는 지점을 찾아 탐색종료지점으로 결정하고, 상기 탐색시작지점에서 탐색종료지점 사이에서 곡률이 최댓값을 나타내는 지점으로 결정될 수 있다.Further, the lower end portion BB_BOTTOM of the bright band region is determined by finding from the curvature vertical profile a point where the curvature value is maximized while decreasing altitude from the determined peak BB_PEAK, and specifically, the lower end portion of the bright band region. (BB_BOTTOM) finds a point where the first derivative of the curvature becomes a negative value and determines it as a search start point, finds a point where the first derivative of the curvature changes from a negative number to a positive number, and determines the search end point as the search start point. The point of curvature between the search end point at the point may be determined as the point indicating the maximum value.

또한, 본 방법은, (e) 탐색된 밝은 띠 영역 내에서 융해층의 고도를 검출하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
In addition, the method may further include (e) detecting the altitude of the melting layer within the searched bright band region.

한편, 상기 목적을 이루기 위한 본 발명의 다른 실시 형태는, 상술한 밝은 띠 영역 탐색 방법을 수행하기 위한 프로그램으로서 디지털 신호 처리 장치에 의해 판독되고 실행될 수 있는 프로그램을 기록한 기록매체를 포함한다.
On the other hand, another embodiment of the present invention for achieving the above object includes a recording medium on which a program that can be read and executed by a digital signal processing apparatus is recorded as a program for performing the above-described bright band region searching method.

한편, 상기 목적을 이루기 위한 본 발명의 또 다른 실시 형태는, 기상레이더 시스템에서 관측된 기상레이더 3차원 반사도 자료를 수집하는 기상레이더 3차원 반사도 자료 수집부; 수집된 기상레이더 3차원 반사도 자료로 일정 간격의 고도별 평균 반사도를 표시한 연직 프로파일을 생성하는 평균 반사도 연직 프로파일 생성부; 및 생성된 평균 반사도 연직 프로파일의 일차 미분값, 이차 미분값, 곡률 및 곡률의 일차 미분값을 포함하는 파라미터 각각의 연직 프로파일을 생성하거나 또는 생성된 평균 반사도 연직 프로파일에 대한 로그값과, 상기 로그값의 일차 미분값, 이차 미분값, 곡률 및 곡률의 일차 미분값을 포함하는 파라미터 각각의 연직 프로파일을 생성하고, 상기 평균 반사도 연직 프로파일과 파라미터별 연직 프로파일을 이용해 밝은 띠 영역의 최정점(BB_PEAK), 상단부(BB_TOP) 및 하단부(BB_BOTTOM)를 찾는 밝은 띠 영역 탐색부;를 포함하는 기상레이더 3차원 반사도 자료를 이용한 밝은 띠 영역 탐색 시스템을 포함한다.On the other hand, another embodiment of the present invention for achieving the above object, the weather radar three-dimensional reflectance data collector for collecting the weather radar 3D reflectance data observed in the weather radar system; An average reflectance vertical profile generator for generating a vertical profile displaying average reflectivity of each height at a predetermined interval using collected weather radar three-dimensional reflectivity data; And generating a vertical profile of each of the parameters including the first derivative, the second derivative, the curvature, and the first derivative of the curvature of the average reflectance vertical profile, or the log value for the generated average reflectance vertical profile, and the log value Create a vertical profile of each of the parameters, including the first derivative, the second derivative, the curvature and the first derivative of the curvature, and use the mean reflectivity vertical profile and the parametric vertical profile to peak the bright band region (BB_PEAK), top And a bright band region search unit for finding (BB_TOP) and a lower portion (BB_BOTTOM). The system includes a bright band region search system using weather radar three-dimensional reflectivity data.

본 발명에 따르면, 수집된 레이더 3차원 반사도 자료를 이용하여 밝은 띠 영역을 탐색함으로써 융해층 고도를 추정할 수 있어, 고도에 따른 강우입자의 형태 및 강우유형 구별의 기본 자료와 정확한 지상강수 추정을 위한 기초자료로 활용할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, it is possible to estimate the melting layer altitude by searching the bright band region using the collected radar three-dimensional reflectivity data, so that it is possible to estimate the basic data and to accurately estimate the ground precipitation according to the altitude. There is an effect that can be used as a basic data for.

따라서 본 발명은 기상청, 방재기관, 수문관련기관, 항공우주산업, 항공기상 산업에 필수적인 기초 기술에 적용될 수 있다.Therefore, the present invention can be applied to basic technologies essential for the Meteorological Agency, disaster prevention organization, hydrology related organizations, aerospace industry, aircraft industry.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기상레이더 3차원 반사도 자료를 이용한 밝은 띠 영역의 탐색 시스템을 개략적으로 나타낸 블럭도이다.
도 2는 고도별 관측된 기상레이더 3차원 반사도로부터 평균 반사도 연직 프로파일을 계산하고 밝은 띠 영역을 탐색하기 위한 개념을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기상레이더 3차원 반사도 자료를 이용한 밝은 띠 영역의 탐색 시스템의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는 도 3의 파라미터별 연직 프로파일 생성 과정을 상세하게 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5는 평균 반사도 연직 프로파일 및 각 파라미터의 연직 프로파일을 이용해 밝은 띠 영역을 탐색하는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.1 is a block diagram schematically illustrating a search system for a bright band region using weather radar three-dimensional reflectivity data according to an exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating a concept for calculating an average reflectivity vertical profile from altitude observed weather radar three-dimensional reflectivity and searching for a bright band region.
3 is a flowchart illustrating an operation of a bright band region search system using weather radar three-dimensional reflectivity data according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a flowchart illustrating a process of generating a vertical profile for each parameter of FIG. 3 in detail.
5 is an exemplary diagram for describing a process of searching for a bright band region using an average reflectance vertical profile and a vertical profile of each parameter.

이하, 본 발명의 실시 예에 대해 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 또한, 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다. 그리고, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙였다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. Further, in order to clearly illustrate the present invention in the drawings, portions not related to the description are omitted. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the similar part throughout the specification. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기상레이더 3차원 반사도 자료를 이용한 밝은 띠 영역의 탐색 시스템을 개략적으로 나타낸 블럭도이다.1 is a block diagram schematically illustrating a search system for a bright band region using weather radar three-dimensional reflectivity data according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 기상레이더 3차원 반사도 자료를 이용한 밝은 띠 영역 탐색 시스템(100)은 기상레이더 3차원 반사도 자료 수집부(110), 평균 반사도 연직 프로파일 생성부(120) 및 밝은 띠 영역 탐색부(130)를 포함한다. As illustrated in FIG. 1, the bright band region search system 100 using the weather radar 3D reflectance data according to the present embodiment includes a weather radar 3D reflectance data collector 110 and an average reflectance vertical profile generator 120. ) And the bright strip area search unit 130.

또한, 본 밝은 띠 영역 탐색 시스템(100)은 도시하지는 않았지만 융해층 고도 검출부를 더 포함하여 탐색된 밝은 띠 영역으로부터 융해층 고도를 추정할 수 있다.Also, although not shown, the bright band region search system 100 may further include a melting layer altitude detection unit to estimate the melting layer altitude from the found bright band region.

구체적으로, 기상레이더 3차원 반사도 자료 수집부(110)는 기상레이더 시스템(10)으로부터 과거 관측된 반사도 자료 및 실시간 관측된 반사도 자료를 수집하여 데이터베이스(미도시)에 저장한다. Specifically, the weather radar 3D reflectance data collection unit 110 collects the past observed reflectivity data and real-time observed reflectance data from the weather radar system 10 and stores in a database (not shown).

그리고, 평균 반사도 연직 프로파일 생성부(120)는 수집된 레이더 3차원 반사도 자료를 이용하여 평균 반사도 연직 프로파일을 작성한다. Then, the average reflectivity vertical profile generator 120 creates an average reflectance vertical profile using the collected radar three-dimensional reflectance data.

이때, 평균 반사도 연직 프로파일 생성부(120)는 수집된 레이더 3차원 반사도 자료에 대한 연직 방향으로 일정 간격의 고도별 반사도에 대한 평균 반사도를 산출하고, 산출된 평균 반사도를 일정 간격의 고도별로 표시한 평균 반사도 연직 프로파일을 생성한다. In this case, the average reflectance vertical profile generator 120 calculates an average reflectance of the reflectance for each height at a predetermined interval in the vertical direction with respect to the collected radar 3D reflectance data, and displays the calculated average reflectance for each elevation at a predetermined interval. Average reflectivity produces a vertical profile.

여기서, 고도 간격은 일정 간격(예를 들어, 0.05km)으로 사용자에 의해 설정될 수 있으며, 연직 프로파일의 시작 고도와 종료 고도를 지정할 수 있다. 모든 관측 고도각 혹은 선택된 고도각만을 사용하여 평균반사도 연직 프로파일을 생성할 수 있다.Here, the altitude interval may be set by the user at a predetermined interval (for example, 0.05 km), it is possible to specify the start and end altitude of the vertical profile. The average reflectance vertical profile can be generated using all observed elevation angles or only selected elevation angles.

한편, 기상레이더가 밝은 띠 영역 특성을 정확하게 나타내기 위해서는 고분해능의 연직 해상도가 필요하다. 그런데, 레이더빔은 거리가 증가할수록 폭이 커지게 되고 그 결과 원거리에서 관측된 반사도 값은 넓은 부피의 평균값이기 때문에 고분해능의 연직 프로파일 생성에는 적절하지 않다. 따라서 전파되는 빔 위치가 레이더로부터 R_MIN만큼 떨어진 지점에서부터 R_MAX 내에 포함되는 레이더 자료를 사용하여 평균 반사도 프로파일을 계산한다. 이 R_MAX와 R_MIN은 사용자에 의해 설정이 가능하며, 이를 적절히 활용하면 주변 지형 에코의 영향을 줄일 수 있고, 빔 폭 증가에 의한 영향을 줄일 수 있다.On the other hand, high resolution vertical resolution is necessary for the weather radar to accurately display the bright band region characteristics. However, the radar beam becomes wider as the distance increases, and as a result, the reflectance value observed at a long distance is an average value of a large volume, which is not suitable for generating a high resolution vertical profile. Therefore, the average reflectance profile is calculated using the radar data contained in R_MAX from the point where the propagating beam position is R_MIN away from the radar. The R_MAX and R_MIN can be set by the user. If used properly, the R_MAX and R_MIN can be used to reduce the influence of the surrounding terrain echo and to reduce the influence of the beam width increase.

그리고, 밝은 띠 영역 탐색부(130)는 크게 두 동작으로 나뉘며, 파라미터별 연직 프로파일 생성 동작과 밝은 띠 영역의 최정점, 상단부 및 하단부 탐색 동작을 수행한다. 즉, 밝은 띠 영역 탐색부(130)는 생성된 평균 반사도 연직 프로파일을 이용해 밝은 띠 영역의 탐색에 필요한 파라미터별 연직 프로파일을 생성한 후, 각 파라미터별 연직 프로파일을 이용해 밝은 띠 영역을 탐색한다.In addition, the bright strip area search unit 130 is largely divided into two operations, and performs a vertical profile generation operation for each parameter and a top, bottom and bottom search operations of the bright band area. That is, the bright band region search unit 130 generates a vertical profile for each parameter required for searching for the bright band region using the generated average reflectance vertical profile, and then searches for the bright band region using the vertical profile for each parameter.

먼저 밝은 띠 영역 탐색부(130)의 파라미터별 연직 프로파일 생성 동작을 설명하면, 생성된 평균 반사도 연직 프로파일의 로그값과, 상기 로그값의 일차 미분값, 이차 미분값, 곡률 및 곡률의 일차 미분값을 포함하는 파라미터별 연직 프로파일을 생성한다. First, the vertical profile generation operation for each parameter of the bright band region search unit 130 will be described. The log value of the generated average reflectance vertical profile, and the first derivative, the second derivative, the curvature, and the curvature of the logarithmic profile are calculated. Creates a vertical profile for each parameter including.

여기서, 본 실시 예에 있어서, 밝은 띠 영역 탐색부(130)는 평균 반사도 연직 프로파일의 일차 미분값, 이차 미분값, 곡률 및 곡률의 일차 미분값을 포함하는 파라미터별 연직 프로파일을 생성할 수도 있지만, 평균 반사도 연직 프로파일의 잡음을 줄이기 위해 생성된 평균 반사도 연직 프로파일에 대해 로그를 취한 값(로그값)을 사용하며, 로그값 외에도 이동평균과 같이 후처리된 평균반사도 프로파일이 사용 가능하다. 그리고, 평균 반사도 연직 프로파일의 일차 미분값, 이차 미분값, 곡률 및 곡률의 일차 미분값을 포함하는 파라미터별 연직 프로파일의 결과는 도 5에 도시된 평균 반사도 연직 프로파일의 로그값에 대한 파라미터별 연직 프로파일의 결과와 유사한 값을 나타낸다.Here, in the present embodiment, the bright band region search unit 130 may generate a vertical profile for each parameter including the first derivative, the second derivative, the curvature, and the first derivative of the curvature of the average reflectivity vertical profile. In order to reduce the noise of the average reflectance vertical profile, a logarithm of the generated average reflectance vertical profile is used. In addition to the log value, a post-processed average reflectance profile such as a moving average may be used. In addition, the result of the parametric vertical profile including the first derivative of the average reflectivity vertical profile, the second derivative, the curvature and the first derivative of curvature is the parameter-specific vertical profile with respect to the log value of the average reflectivity vertical profile shown in FIG. A value similar to the result is shown.

따라서, 본 실시 예에서는 평균 반사도 연직 프로파일의 로그값과, 상기 로그값의 일차 미분값, 이차 미분값, 곡률 및 곡률의 일차 미분값을 포함하는 파라미터별 연직 프로파일을 생성하는 과정에 대해 설명하도록 한다.Therefore, in the present exemplary embodiment, a process of generating a parameter-specific vertical profile including a log value of the average reflectance vertical profile and the first derivative value, the second derivative value, the curvature, and the first derivative value of the curvature will be described. .

즉, 밝은 띠 영역 탐색부(130)는 생성된 평균 반사도 연직 프로파일에 로그를 취한 로그값(log(Ze))의 연직 프로파일을 생성하고, 생성된 로그값(log(Ze))의 일차, 이차 미분값을 이용하여 곡률 연직 프로파일을 구하고, 로그값(log(Ze))의 연직 프로파일의 변곡점에서 곡률이 최대인 것을 알 수 있으므로(도 5 참조), 이를 이용하여 밝은 띠 영역의 상단부(BB_TOP) 및 하단부(BB_BOTTOM)를 찾을 수 있다. 여기서, 밝은 띠 영역의 상단부(BB_TOP)는 융해가 시작되는 고도와 근접하고, 밝은 띠 영역의 하단부(BB_BOTTOM)는 거의 모든 입자들이 융해된 고도와 근접하다. 이에 대해서는 하기 도 2를 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.That is, the bright band region search unit 130 generates a vertical profile of the log value log (Z e ) that logs the generated average reflectance vertical profile, and first of the generated log value log (Z e ). Since the curvature vertical profile is obtained using the second derivative and the curvature is the maximum at the inflection point of the vertical profile of the log value log (Z e ), the upper part of the bright band region is used. You can find (BB_TOP) and bottom (BB_BOTTOM). Here, the upper end portion BB_TOP of the bright band region is close to the altitude at which melting begins, and the lower end portion BB_BOTTOM of the bright band region is close to the altitude at which almost all particles are fused. This will be described in detail with reference to FIG. 2.

구체적으로, 밝은 띠 영역 탐색부(130)는 최대 곡률 고도를 찾기 위하여 평균 반사도 연직 프로파일에 로그를 취한 로그값(log(Ze))에 대한 일차 미분값(f'(h))과 이차 미분값(f"(h))을 구하고, 구해진 일차 미분값(f'(h))과 이차 미분값(f"(h))을 이용해 고도에 따른 곡률 값(C(h))을 구한다. Specifically, the bright band region search unit 130 performs a first derivative (f '(h)) and a second derivative with respect to the log value log (Z e ), which logs the average reflectance vertical profile to find the maximum curvature altitude. The value f "(h) is obtained, and the curvature value C (h) according to the altitude is obtained using the obtained first derivative f '(h) and the second derivative f" (h).

로그값(log(Ze))에 대한 일차 미분 값(f'(h))을 구하기 위한 식은 하기 수학식 1과 같다.The equation for obtaining the first derivative value f '(h) with respect to the log value log (Z e ) is shown in Equation 1 below.

Figure 112012022973505-pat00001
Figure 112012022973505-pat00001

로그값(log(Ze))에 대한 이차 미분 값(f"(h))을 구하기 위한 식은 하기 수학식 2와 같다.The equation for obtaining the second derivative value f "(h) with respect to the log value log (Z e ) is shown in Equation 2 below.

Figure 112012022973505-pat00002
Figure 112012022973505-pat00002

로그값(log(Ze))에 대한 고도별 곡률 값(C(h))을 구하기 위한 식은 하기 수학식 3과 같다.The equation for obtaining the curvature value (C (h)) for each altitude with respect to the log value log (Z e ) is shown in Equation 3 below.

Figure 112012022973505-pat00003
Figure 112012022973505-pat00003

여기서, 각 미분 값들은 중앙 유한 차분법(Centered finite difference method)을 사용하였고, h는 고도이며 △h는 일차, 이차 미분값 생성시 평균 반사도 연직 프로파일에 의한 잡음을 줄이기 위해 적절히 조절해야 한다. 이는 잡음이 적은 일차, 이차 미분 프로파일이 생성되어야 밝은 띠 영역의 상단부(BB_TOP) 및 하단부(BB_BOTTOM) 부분에서 곡률이 최대값을 나타내는 이상적인 곡률 연직 프로파일을 산출할 수 있기 때문이다.Here, each derivative value uses the centered finite difference method, h is altitude, and Δh is appropriately adjusted to reduce noise due to the vertical reflectivity when generating the first and second derivatives. This is because a low noise primary and secondary differential profile must be generated to yield an ideal curvature vertical profile in which the curvature exhibits a maximum value at the top (BB_TOP) and bottom (BB_BOTTOM) portions of the bright band region.

따라서, 밝은 띠 영역 탐색부(130)는 구해진 로그값(log(Ze)), 로그값(log(Ze))의 일차 미분 값(f'(h)), 이차 미분 값(f"(h)) 및 곡률 값(C(h)), 곡률의 일차 미분 값(C'(h)) 각각의 연직 프로파일을 이용하여 밝은 띠 영역을 탐색한다. Accordingly, the bright band region search unit 130 obtains the first derivative value f '(h) of the obtained log value log (Z e ), the log value log (Z e ), and the second derivative value f " h)), the curvature value C (h) and the first derivative of the curvature C '(h), respectively, are used to find the bright band region.

다음으로, 밝은 띠 영역 탐색부(130)의 밝은 띠 영역의 최정점(BB_PEAK), 상단부(BB_TOP) 및 하단부(BB_BOTTOM) 탐색 동작을 설명하면, 본 실시 예에서는 밝은 띠 영역의 최정점(BB_PEAK)을 먼저 탐색한 후 탐색된 최정점(BB_PEAK)을 이용해 상단부(BB_TOP) 및 하단부(BB_BOTTOM)를 탐색한다.Next, the searching operation of the peak BB_PEAK, the upper part BB_TOP, and the lower part BB_BOTTOM of the bright band area of the bright band area search unit 130 will be described. In this embodiment, the highest point BB_PEAK of the bright band area search unit 130 will be described first. After searching, the uppermost part BB_TOP and lower part BB_BOTTOM are searched using the found vertex BB_PEAK.

구체적으로, 밝은 띠 영역 탐색부(130)는 먼저 밝은 띠 영역의 최정점(BB_PEAK)을 탐색한다. 로그값(log(Ze))의 일차 미분 값(f'(h))의 최댓값, 최솟값이 나타나는 고도 사이에서 로그값(log(Ze))이 최댓값을 나타내는 지점을 찾는다. 이 지점을 밝은 띠 영역의 최정점(BB_PEAK)으로 결정한다. In detail, the bright band region search unit 130 first searches for the peak BB_PEAK of the bright band region. The point where the log value log (Z e ) represents the maximum value between the maximum value of the first derivative value f '(h) of the log value log (Z e ) and the minimum value is found. This point is determined as the peak of the bright band area (BB_PEAK).

한편, 찾아진 로그값(log(Ze))이 최댓값을 나타내는 지점의 반사도 값이 10 dBZ를 넘지 않으면 밝은 띠로 간주하지 않으며, 무효값(null)으로 처리하고, 밝은 띠 영역의 최정점(BB_PEAK)을 찾지 못할 경우에는 상단부(BB_TOP)와 하단부(BB_BOTTOM)을 탐색하지 않으며 모두 무효값으로 처리한다.On the other hand, if the reflectance value of the point where the found log value log (Z e ) is the maximum value does not exceed 10 dBZ, it is not regarded as a bright band, it is treated as a null value, and the highest point of the bright band region (BB_PEAK) If not found, the upper part (BB_TOP) and the lower part (BB_BOTTOM) are not searched and both are treated as invalid values.

또한, 밝은 띠 영역 탐색부(130)는 탐색된 최정점(BB_PEAK)에서 고도가 증가하면서 곡률(C(h)) 값이 최대가 되는 지점을 찾고, 이 지점이 밝은 띠 영역의 상단부(BB_TOP)로 결정한다.In addition, the bright band area search unit 130 finds a point where the curvature C (h) value is maximized as the altitude increases from the found peak BB_PEAK, and this point is the upper end part BB_TOP of the bright band area. Decide

즉, 밝은 띠 영역 탐색부(130)는 밝은 띠 영역의 상단부(BB_TOP) 탐색시 최정점(BB_PEAK)의 위쪽으로 곡률(C(h))의 최댓값이 나타나는 고도를 찾기 위해 이차 미분 값(f"(h))이 양수이며, 곡률의 일차 미분 값(C'(h))이 양의 값이 되는 지점, 즉 곡률이 다시 증가하기 시작하는 지점을 찾아 탐색시작지점으로 결정하고, 그런 다음, 탐색시작지점을 시작으로 고도가 증가함에 따라 곡률이 증가하였다가 감소하는 지점, 즉, 곡률의 일차 미분 값(C'(h))이 양수에서 음수로 변하는 지점을 찾아 음을 나타내는 지점을 탐색종료지점으로 결정한다. 그러면, 밝은 띠 영역 탐색부(130)는 탐색종료지점이 정해지면 탐색시작지점에서 탐색종료지점 사이에서 곡률(C(h))이 최댓값을 나타내는 지점을 상단부(BB_TOP)로 결정한다.That is, the bright band area search unit 130 searches for the second derivative value f " to find the altitude at which the maximum value of the curvature C (h) appears above the peak BB_PEAK when searching for the upper part BB_TOP of the bright band area. h)) is positive, and the search start point is determined by finding the point where the first derivative value of curvature (C '(h)) becomes positive, that is, the point at which the curvature starts to increase again. The point where the curvature increases and decreases as the altitude increases, starting with the point, that is, the point where the first derivative of the curvature (C '(h)) changes from positive to negative, is the point where the sound is negative. Then, when the search end point is determined, the bright band region search unit 130 determines a point at which the curvature C (h) indicates the maximum value between the search start point and the search end point as the upper end portion BB_TOP.

또한, 밝은 띠 영역 탐색부(130)는 탐색된 최정점(BB_PEAK)에서부터 고도가 감소하면서 곡률(C(h)) 값이 최대가 되는 지점을 찾고, 이 지점을 밝은 띠 영역의 하단부(BB_BOTTOM)로 결정한다.In addition, the bright band area search unit 130 finds a point where the curvature C (h) is maximized as the altitude decreases from the detected peak point BB_PEAK, and moves the point to the lower end of the bright band area BB_BOTTOM. Decide

즉, 밝은 띠 영역 탐색부(130)는 밝은 띠 영역의 하단부(BB_BOTTOM) 탐색시 최정점(BB_PEAK)의 아래쪽으로 곡률(C(h))의 최댓값이 나타나는 고도를 찾기 위해 먼저 고도가 감소함에 따라 곡률이 다시 증가하는 지점, 즉 곡률의 일차 미분 값이 음의 값이 되는 지점을 찾아 탐색시작지점으로 결정하고, 곡률이 증가한 후 감속하여 지역적 최댓값을 나타내는 지점, 즉 곡률의 일차 미분 값이 음수에서 양수로 변하는 지역을 탐색하여 양을 나타내는 지점을 찾아 탐색종료지점으로 결정한다. 그러면, 밝은 띠 영역 탐색부(130)는 탐색시작지점에서 탐색종료지점 사이에서 곡률이 최댓값을 나타내는 지점을 하단부(BB_BOTTOM)로 결정한다.That is, the bright band region search unit 130 first curvature as the altitude decreases to find an altitude at which the maximum value of the curvature C (h) appears below the peak BB_PEAK when searching for the lower end portion BB_BOTTOM of the bright band region. This is the point where the increase, that is, the first derivative of curvature becomes negative, is determined as the search start point, and after the curvature increases, it decelerates to indicate the local maximum, that is, the first derivative of curvature is positive. Search for an area that changes to find a point that represents a quantity, and determine the end point for searching. Then, the bright band area search unit 130 determines a point at which the curvature shows the maximum value between the search start point and the search end point as the lower portion BB_BOTTOM.

이때, 본 실시 예에서는 탐색된 최정점(BB_PEAK)으로부터 ±1.5km 이내에서 상단부(BB_TOP)와 하단부(BB_BOTTOM)를 탐색한다. 이 조건은 밝은 띠 영역의 두께가 최대 3 km 임을 나타내며, ±1.5 km의 조건은 변경 가능하다. In this embodiment, the upper end portion BB_TOP and the lower end portion BB_BOTTOM are searched within ± 1.5 km from the found peak BB_PEAK. This condition indicates that the bright band region has a maximum thickness of 3 km, and the condition of ± 1.5 km can be changed.

이처럼 밝은 띠 영역 탐색부(130)는 밝은 띠 영역의 최정점(BB_PEAK), 상단부(BB_TOP) 및 하단부(BB_BOTTOM)을 탐색하는 것에 의해 밝은 띠 영역의 탐색을 완료한다.As such, the bright band area search unit 130 completes the search of the bright band area by searching for the peak point BB_PEAK, the upper part BB_TOP, and the lower part BB_BOTTOM of the bright band area.

한편, 본 발명의 융해층 고도 검출부(미도시)는 탐색된 밝은 띠 영역 내에서 융해층의 고도를 결정한다.
On the other hand, the melting layer altitude detection unit (not shown) of the present invention determines the altitude of the melting layer within the searched bright band region.

도 2는 고도별 관측된 기상레이더 3차원 반사도로부터 밝은 띠 영역을 탐색하기 위한 개념을 설명하기 위한 개념도로, (a)는 고도별 강우 입자 형태에 의해 형성되는 밝은 띠 영역의 개념을 설명하기 위한 개념도, (b)는 고도별 강수 입자 형태에 따라 관측된 레이더 반사도 자료에 의해 생성된 평균 반사도 연직 프로파일을 나타낸 예시도이다. 여기서, 레이더는 전파를 발사하여 비나 눈 등에 의해 반사, 산란되어 돌아오는 신호를 분석해 강수 구름의 위치와 이동상태 등을 관측한다. FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating a concept for searching for a bright band region from altitude observed weather radar three-dimensional reflectivity, and (a) illustrates a concept of a bright band region formed by altitude rainfall particle shapes. The conceptual diagram (b) is an exemplary diagram showing the average reflectivity vertical profile generated by the radar reflectivity data observed according to the type of precipitation particles for each height. The radar emits radio waves and analyzes signals that are reflected and scattered by rain, snow, etc., and observes the location and movement of precipitation clouds.

도 2의 (a) 및 (b)를 참조하면, 0℃ 이하의 높은 고도에서 강설 입자들(A)이 낙하하여 0℃ 등온층(X)을 통과하면, 강설 입자(A)의 겉 표면이 녹기 시작한다(C). Referring to (a) and (b) of FIG. 2, when the snow particles A fall at a high altitude of 0 ° C. or lower and pass through the 0 ° C. isothermal layer X, the outer surface of the snow particles A melts. Start (C).

레이더 관측시 0℃ 등온층(X)에서 급격하게 반사도 값이 증가하는데, 이는 유전율의 증가 및 입자 크기의 효과 때문이다. 즉, 0℃ 등온층(X)에서 강설 입자들(A)이 녹기 시작하면서 입자 크기는 유지하면서 표면이 물 입자로 둘러 쌓여(C의 붉은 색 선) 유전율이 커지기 때문이다. 다시 말해, 레이더 수신 파워는 유전상수에 비례하며, 물은 얼음보다 큰 유전율이 있으므로, 융해층에서는 빗방울(B)보다 입자의 크기가 크고 유전율이 높은 입자가 많이 존재하기 때문에 레이더 반사도가 크게 나타나게 된다. 이 지역을 밝은 띠(Bright Band) 영역이라 하고, 고도가 낮아지면서 반사도 값이 급격히 증가하기 시작하는 지점을 상단부(BB_TOP), 반사도 값이 최고에 도달하는 지점을 최정점(BB_PEAK), 반사도 값이 다시 감소하여 일정한 반사도가 나타나기 시작하는 지점을 하단부(BB_BOTTOM)라 정의한다. In the radar observation, the reflectance value is rapidly increased in the 0 ° C isothermal layer (X) due to the increase in dielectric constant and the effect of particle size. That is, because the snow particles (A) in the 0 ℃ isothermal layer (X) begins to melt, while maintaining the particle size, the surface is surrounded by water particles (red line of C) increases the dielectric constant. In other words, the radar reception power is proportional to the dielectric constant, and since water has a dielectric constant greater than that of ice, the radar reflectivity is large because there are many particles having a larger particle size and higher dielectric constant than raindrops (B) in the melting layer. . This area is called the bright band area, the upper part (BB_TOP) where the reflectivity value starts to increase rapidly as the altitude decreases, the highest point (BB_PEAK), and the reflectance value again. The lower point (BB_BOTTOM) is defined as the point where the decrease and the constant reflectivity starts to appear.

그리고, 밝은 띠 영역의 상단부(BB_TOP)는 융해가 시작되는 고도와 근접하고, 밝은 띠 영역의 하단부(BB_BOTTOM)는 거의 모든 입자들이 융해된 고도와 밀접한 관계가 있다고 정의한다.The upper end of the bright band region (BB_TOP) is close to the altitude at which melting begins, and the lower end of the bright band region (BB_BOTTOM) is defined as closely related to the altitude at which almost all particles are fused.

이러한 밝은 띠 지역의 고도로 융해층(0℃) 고도를 추측하여 강수 추정의 정확성을 향상시킬 수 있다.
Higher melting layer (0 ° C) altitudes in these brighter bands can be estimated to improve the accuracy of precipitation estimation.

도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기상레이더 3차원 반사도 자료를 이용한 밝은 띠 영역의 탐색 시스템의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다. 여기서, 본 밝은 띠 영역의 탐색 시스템은 레이더 3차원 반사도 자료를 이용하여 평균 반사도 연직 프로파일을 생성하고, 이를 이용해 밝은 띠 영역의 상단부(BB_TOP), 최정점(BB_PEAK), 하단부(BB_BOTTOM)를 탐색한다.3 is a flowchart illustrating an operation of a bright band region search system using weather radar three-dimensional reflectivity data according to an embodiment of the present invention. Here, the bright band region search system generates an average reflectivity vertical profile using the radar three-dimensional reflectivity data, and searches for the upper part (BB_TOP), the highest point (BB_PEAK), and the lower part (BB_BOTTOM) of the bright band region.

도 3을 참조하면, 본 밝은 띠 영역의 탐색 시스템은 기상레이더 시스템으로부터 관측된 과거 반사도 자료 및 실시간 관측된 기상레이더 3차원 반사도 자료를 수집한다(S310). Referring to FIG. 3, the bright band region search system collects historical reflectance data and real-time observed weather radar 3D reflectance data observed from the weather radar system (S310).

그런 다음, 수집된 기상레이더 3차원 반사도 자료로 평균 반사도 연직 프로파일을 산출한다(S320).Then, the average reflectivity vertical profile is calculated from the collected weather radar three-dimensional reflectivity data (S320).

이어서, 산출된 평균 반사도 연직 프로파일로부터 파라미터별 연직 프로파일을 각각 생성한다(S330). 여기서, 파라미터는 평균 반사도에 대한 로그값, 로그값의 일차 미분값, 이차 미분값, 곡률 및 곡률의 일차 미분값이며, 산출된 평균 반사도 연직 프로파일에 로그(log)를 취한 로그값(log(Ze)=f(h))의 연직 프로파일을 생성하고, 로그값(log(Ze))의 연직 프로파일을 이용하여 일차 미분 값, 이차 미분 값, 곡률 그리고 곡률의 일차 미분 값에 대한 연직 프로파일을 각각 생성한다. Subsequently, a vertical profile for each parameter is generated from the calculated average reflectance vertical profile (S330). Here, the parameters are log values for the average reflectivity, the first derivative of the log value, the second derivative value, the first derivative of the curvature and curvature, and the log value (log (Z) in which the log is taken to the calculated average reflectivity vertical profile. e ) = f (h)) and create a vertical profile for the first derivative, the second derivative, the curvature and the first derivative of the curvature using the vertical profile of the log value log (Z e ). Create each.

그런 다음, 파라미터별 연직 프로파일을 이용해 밝은 띠 영역의 최정점(BB_PEAK)을 검색한 후(S340), 검색된 최정점(BB_PEAK)의 위쪽으로 또는 아래쪽으로 밝은 띠 영역의 상단부(BB_TOP) 및 하단부(BB_BOTTOM)을 각각 검색한다(S350). 즉, 평균 반사도 연직 프로파일의 평균 반사도와 일차 미분 값으로 최정점(BB_PEAK)을 찾고, 이차 미분값과 곡률 및 곡률의 일차 미분값으로 상단부(BB_TOP) 및 하단부(BB_BOTTOM)를 찾는다. Then, after searching for the highest point (BB_PEAK) of the bright band area using the vertical profile for each parameter (S340), the upper part (BB_TOP) and the lower part (BB_BOTTOM) of the bright band area above or below the detected maximum point (BB_PEAK) are searched. Each search (S350). That is, the mean reflectance is found at the peak (BB_PEAK) as the average reflectivity and the first derivative value of the vertical profile, and the top (BB_TOP) and the bottom (BB_BOTTOM) as the first derivative of the second derivative and curvature and curvature.

다시 말해, 일차 미분 연직 프로파일의 일차 미분 값이 최댓값, 최솟값을 나타내는 고도 범위 내에서 평균 반사도 연직 프로파일의 실제 평균 반산도값이 최대값을 가지는 지점을 검색하여 밝은 띠 영역의 최정점(BB_PEAK)으로 결정한다. 그리고, 검색된 최정점(BB_PEAK)을 기준으로 아래로 검색하면서 곡률 연직 프로파일의 곡률이 최댓값을 나타내는 지점을 검색하여 하단부(BB_BOTTOM)로, 위로 검색하여 곡률값이 최댓값을 나타내는 지점을 검색하여 상단부(BB_TOP)로 결정한다.In other words, within the altitude range where the first derivative value of the first derivative vertical profile is the maximum value and the minimum value, the point where the actual average half-acidity value of the average reflectance vertical profile has the maximum value is determined as the peak of the bright band region (BB_PEAK). do. Then, while searching downward based on the found peak (BB_PEAK), the point where the curvature of the curvature vertical profile indicates the maximum value is searched to the lower part (BB_BOTTOM), and the upper part is searched for the point where the curvature value indicates the maximum value. Decide on

이어서, 검색된 최정점(BB_PEAK), 상단부(BB_TOP) 및 하단부(BB_BOTTOM)를 이용해 밝은 띠 영역을 탐색한다(S360). 즉, 검색된 상단부(BB_TOP), 하단부(BB_BOTTOM)는 이차 미분값이 양수인지, 최정점(BB_PEAK)은 음수 인지 확인하고, 최정점(BB_PEAK)에서부터 상단부(BB_TOP)와 하단부(BB_BOTTOM)까지 거리가 사용자에 의해 정의된 일정 범위(예를 들어, ± 1.5km) 이내 일 때만 밝은 띠 영역으로 최종적으로 탐색한다.Subsequently, the bright band region is searched using the found peak BB_PEAK, the top portion BB_TOP, and the bottom portion BB_BOTTOM (S360). That is, the searched upper (BB_TOP) and lower (BB_BOTTOM) checks whether the second derivative is positive and the peak (BB_PEAK) is negative. Only within the defined range (eg ± 1.5 km) is the final search for bright bands.

그런 다음, 탐색된 밝은 띠 영역 내에서 융해층의 고도를 추정한다(S370).
Then, the altitude of the molten layer in the searched bright band region is estimated (S370).

도 4는 도 3의 파라미터별 연직 프로파일 생성 과정을 상세하게 설명하기 위한 흐름도이다. 여기서, 본 실시예에서는, 평균 반사도 연직 프로파일만을 가지고 각 파라미터를 생성하여도 무관하지만, 평균 반사도 연직 프로파일의 잡음을 최소화하기 위하여 평균 반사도 연직 프로파일의 로그값을 이용하였다.FIG. 4 is a flowchart illustrating a process of generating a vertical profile for each parameter of FIG. 3 in detail. Here, in the present embodiment, each parameter may be generated using only the average reflectance vertical profile, but the log value of the average reflectance vertical profile is used to minimize the noise of the average reflectance vertical profile.

도 4를 참조하면, 기상레이더 3D 반사도 관측 자료를 이용해 산출된 평균반사도 연직 프로파일에 로그(log)를 취한 로그값(log(Ze)=f(h))의 연직 프로파일을 생성한다(S331).Referring to FIG. 4, a vertical profile of a log value (log (Z e ) = f (h)) having a log in a mean reflectance vertical profile calculated using weather radar 3D reflectance observation data is generated (S331). .

그런 다음, 로그값의 연직 프로파일에 대한 일차 미분 값(f'(h))의 연직 프로파일을 생성하고(S332), 로그값의 연직 프로파일에 대한 이차 미분 값(f"(h))의 연직 프로파일 생성한다(S333). 여기서, 미분은 중앙 유한 차분법(Centered finite difference method)을 사용하고 간격은 평균 반사도 연직 프로파일의 고도 해상도에 따라 사용자에 의해 설정할 수 있도록 설계하였다.Then, a vertical profile of the first derivative value f '(h) for the vertical profile of the log value is generated (S332), and a vertical profile of the second derivative value f "(h) for the vertical profile of the log value. Here, the derivative is designed to be set by the user according to the altitude resolution of the mean reflectivity vertical profile using the centered finite difference method.

여기서, 로그값(log(Ze))에 대한 일차 미분 값(f'(h))을 구하기 위한 식은 수학식 1과 같고, 로그값(log(Ze))에 대한 이차 미분 값(f"(h))을 구하기 위한 식은 수학식 2와 같다.Here, the logarithmic value (log (Z e)) a first derivative value for a (f '(h)) expression is the same as equation (1) for obtaining a, logarithm (log (Z e)) (the second derivative values for f " The equation for obtaining (h)) is shown in Equation 2.

이어서, 로그값의 곡률(C(h)) 연직 프로파일을 생성한 후(S334), 생성한 곡률 연직 프로파일에 대한 곡률의 일차 미분(C'(h))에 대한 연직 프로파일을 생성한다(S335).Subsequently, the vertical profile of the curvature C (h) of the log value is generated (S334), and the vertical profile of the first derivative C '(h) of the curvature of the generated curvature vertical profile is generated (S335). .

여기서, 로그값(log(Ze))에 대한 고도별 곡률 값(C(h))을 구하기 위한 식은 수학식 3과 같다.
Here, the equation for obtaining the curvature value C (h) for each altitude with respect to the log value log (Z e ) is shown in Equation 3 below.

도 5는 평균 반사도 연직 프로파일 및 각 파라미터의 연직 프로파일을 이용해 밝은 띠 영역을 탐색하는 과정을 설명하기 위한 예시도로, (a) 내지 (d)는 기상레이더 3차원 반사도 자료를 이용하여 생성한 파라미터별 연직 프로파일, 즉, 평균 반사도, 평균 반사도의 로그값에 대한 일차 미분값 및 이차 미분값, 곡률 값 각각에 대한 연직 프로파일을 나타낸 것이며, (e)는 평균 반사도 연직 프로파일과 곡률 연직 프로파일에서 밝은 띠 영역의 최정점(BB_PEAK), 상단부(BB_TOP) 및 하단부(BB_BOTTOM)를 나타낸 예시도이다.5 is an exemplary view illustrating a process of searching for a bright band region using an average reflectance vertical profile and a vertical profile of each parameter, and (a) to (d) are for each parameter generated using weather radar 3D reflectance data. The vertical profile, that is, the first and second derivatives of the mean and logarithmic values of the mean and reflectivity, and the perpendicular profile for each of the curvature values, and (e) shows bright band regions in the mean reflectivity vertical and curvature vertical profiles. An exemplary view showing the peak (BB_PEAK), the upper end (BB_TOP) and the lower end (BB_BOTTOM) of the.

도 5의 (a) 및 (e)에 도시된 바와 같이, 평균 반사도의 로그값에 대한 일차 미분 값이 최댓값, 최솟값을 나타내는 고도 범위 내에서 평균 반사도의 연직 프로파일의 실제 평균 반산도 값이 최댓값을 가지는 지점을 탐색하여 밝은 띠 영역의 최정점(BB_PEAK)으로 결정하고, 결정한 최정점(BB_PEAK)을 기준으로 아래로 검색하면서 곡률이 최댓값을 나타내는 지점을 탐색하여 하단부(BB_BOTTOM)로 결정하고, 결정한 최정점(BB_PEAK)을 기준으로 위로 검색하여 곡률값이 최댓값을 나타내는 지점을 탐색하여 상단부(BB_TOP)로 결정한다.
As shown in (a) and (e) of FIG. 5, the actual average half-acidity value of the vertical profile of the average reflectance within the altitude range where the first derivative with respect to the log value of the average reflectance is the maximum value and the minimum value is the maximum value. The branch is searched to determine the highest point of the bright band area (BB_PEAK), the bottom point (BB_BOTTOM) is determined by searching for the point where the curvature shows the maximum value while searching down based on the determined peak point (BB_PEAK), and determining the determined peak point (BB_PEAK). ) Is searched upward based on) to search for the point where the curvature value represents the maximum value, and is determined as the upper part (BB_TOP).

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들을 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 한다.So far I looked at the center of the preferred embodiment for the present invention. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Accordingly, the disclosed embodiments are to be considered in an illustrative rather than a restrictive sense, and all differences within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the present invention.

또한, 본 발명에 따른 장치 및 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.Further, the apparatus and method according to the present invention can be embodied as computer readable codes on a computer-readable recording medium. A computer-readable recording medium includes all kinds of recording apparatuses in which data that can be read by a computer system is stored. Examples of the recording medium include a ROM, a RAM, a CD-ROM, a magnetic tape, a floppy disk, an optical data storage device, and the like, and also include a carrier wave (for example, transmission through the Internet). The computer readable recording medium can also be distributed over network coupled computer systems so that the computer readable code is stored and executed in a distributed fashion.

10. 기상레이더 시스템 100. 밝은 띠 영역 탐색 시스템10. Weather Radar System 100. Bright Band Area Search System

Claims (16)

a) 관측된 기상레이더 3차원 반사도 자료를 수집하는 단계;
b) 수집된 기상레이더 3차원 반사도 자료를 이용해 평균 반사도 연직 프로파일을 생성하는 단계;
c) 생성된 평균 반사도 연직 프로파일의 일차 미분값, 이차 미분값, 곡률 및 곡률의 일차 미분값을 포함하는 파라미터 각각의 연직 프로파일을 생성하거나 또는 생성된 평균 반사도 연직 프로파일에 대한 로그값과, 상기 로그값의 일차 미분값, 이차 미분값, 곡률 및 곡률의 일차 미분값을 포함하는 파라미터 각각의 연직 프로파일을 생성하는 단계; 및
(d) 생성된 평균 반사도 연직 프로파일과 파라미터별 연직 프로파일을 이용해 밝은 띠 영역의 최정점(BB_PEAK)을 찾고, 찾은 최정점(BB_PEAK)으로부터 상단부(BB_TOP) 및 하단부(BB_BOTTOM)를 찾아 밝은 띠 영역을 탐색하는 단계;를 포함하는 기상레이더 3차원 반사도 자료를 이용한 밝은 띠 영역 탐색 방법.a) collecting observed weather radar three dimensional reflectivity data;
b) using the collected weather radar three-dimensional reflectivity data to generate an average reflectance vertical profile;
c) generating a vertical profile of each of the parameters including the first derivative of the generated mean reflectance vertical profile, the second derivative, the first derivative of curvature and curvature, or a log value for the generated mean reflectance vertical profile, and the log Generating a vertical profile of each of the parameters including the first derivative of the value, the second derivative, the curvature and the first derivative of the curvature; And
(d) Using the generated average reflectance vertical profile and the vertical profile for each parameter, find the peak of the bright band region (BB_PEAK), and search the bright band region by finding the top (BB_TOP) and the bottom (BB_BOTTOM) from the found peak (BB_PEAK). Bright band region search method using the weather radar three-dimensional reflectivity data comprising a. 제1항에 있어서,
상기 b)는, 수집된 기상레이더 3차원 반사도 자료를 일정 간격의 고도에 따라 평균 반사도의 연직 프로파일을 작성하는 단계인 것을 특징으로 하는 기상레이더 3차원 반사도 자료를 이용한 밝은 띠 영역 탐색 방법.The method of claim 1,
B) is a bright band region search method using the weather radar three-dimensional reflectivity data, characterized in that the step of creating a vertical profile of the average reflectivity according to the altitude of the predetermined weather radar three-dimensional reflectivity data. 제1항에 있어서,
상기 밝은 띠 영역의 최정점(BB_PEAK)은, 평균 반사도 연직 프로파일 또는 상기 평균 반사도 연직 프로파일의 로그값 연직 프로파일 각각의 일차 미분값의 최댓값 및 최솟값이 나타나는 고도 사이에서 상기 평균 반사도 연직 프로파일 또는 상기 평균 반사도 연직 프로파일의 로그값 연직 프로파일이 최댓값을 나타내는 지점을 찾는 것에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 기상레이더 3차원 반사도 자료를 이용한 밝은 띠 영역 탐색 방법.The method of claim 1,
The peak of the bright band region BB_PEAK is the average reflectance vertical profile or the average reflectance vertical between the average reflectance vertical profile or the logarithmic vertical profile of the average reflectance vertical profile between the maximum and minimum elevations of the first derivative of each of the derivatives. The logarithmic value of the profile. A method for searching for bright bands using weather radar three-dimensional reflectivity data, characterized by finding a point where the vertical profile exhibits a maximum value. 제3항에 있어서,
상기 밝은 띠 영역의 상단부(BB_TOP)는, 결정된 최정점(BB_PEAK)에서 고도가 증가하면서 곡률 값이 최대가 되는 지점을 곡률 연직 프로파일로부터 찾는 것에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 기상레이더 3차원 반사도 자료를 이용한 밝은 띠 영역 탐색 방법.The method of claim 3,
The upper end portion BB_TOP of the bright band region is determined by finding a point from the curvature vertical profile at which the maximum curvature value increases at an altitude at the determined peak BB_PEAK, using the weather radar three-dimensional reflectivity data. How to search for bright bands. 제4항에 있어서,
상기 밝은 띠 영역의 상단부(BB_TOP)는, 이차 미분 값이 양수이고, 곡률의 일차 미분값이 양의 값이 되는 지점을 찾아 탐색시작지점으로 결정하고, 상기 탐색시작지점에서 곡률의 일차 미분값이 양수에서 음수로 변하는 지점을 찾아 탐색종료지점으로 결정하고, 상기 탐색시작지점에서 탐색종료지점 사이에서 곡률이 최댓값을 나타내는 지점으로 결정되는 것을 특징으로 하는 기상레이더 3차원 반사도 자료를 이용한 밝은 띠 영역 탐색 방법.5. The method of claim 4,
The upper end portion BB_TOP of the bright band region is determined as a search start point by finding a point where the second derivative value is positive and the first derivative value of the curvature becomes a positive value, and the first derivative value of the curvature is determined from the search start point. Searching for a bright band region using weather radar three-dimensional reflectivity data, characterized in that it is determined as a search end point by finding a point that changes from positive to negative, and is determined as a point where the curvature shows the maximum value between the search start point and the search end point. Way. 제3항에 있어서,
상기 밝은 띠 영역의 하단부(BB_BOTTOM)는, 결정된 최정점(BB_PEAK)에서부터 고도가 감소하면서 곡률 값이 최대가 되는 지점을 곡률 연직 프로파일로부터 찾는 것에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 기상레이더 3차원 반사도 자료를 이용한 밝은 띠 영역 탐색 방법.The method of claim 3,
The lower end portion BB_BOTTOM of the bright band region is determined by finding the point where the curvature value is maximized while decreasing the altitude from the determined peak BB_PEAK, using the weather radar three-dimensional reflectivity data. How to search for bright bands. 제6항에 있어서,
상기 밝은 띠 영역의 하단부(BB_BOTTOM)는, 곡률의 일차 미분값이 음의 값이 되는 지점을 찾아 탐색시작지점으로 결정하고, 아래로 검색하면서 곡률의 일차 미분값이 음수에서 양수로 변하는 지점을 찾아 탐색종료지점으로 결정하고, 상기 탐색시작지점에서 탐색종료지점 사이에서 곡률이 최댓값을 나타내는 지점으로 결정되는 것을 특징으로 하는 기상레이더 3차원 반사도 자료를 이용한 밝은 띠 영역 탐색 방법.The method according to claim 6,
The lower end of the bright band region BB_BOTTOM finds a point where the first derivative of the curvature becomes a negative value and determines it as a search start point, and searches for a point where the first derivative of the curvature changes from negative to positive while searching downward. And a search end point, and determine the point where the curvature represents the maximum value between the search start point and the search end point. 제1항에 있어서,
(e) 탐색된 밝은 띠 영역 내에서 융해층의 고도를 검출하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기상레이더 3차원 반사도 자료를 이용한 밝은 띠 영역 탐색 방법.The method of claim 1,
(e) detecting the altitude of the molten layer in the searched bright band region. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 수행하기 위한 프로그램으로서 디지털 신호 처리 장치에 의해 판독되고 실행될 수 있는 프로그램을 기록한 기록매체.A recording medium having recorded thereon a program which can be read and executed by a digital signal processing apparatus as a program for performing the method according to any one of claims 1 to 8. 기상레이더 시스템에서 관측된 기상레이더 3차원 반사도 자료를 수집하는 기상레이더 3차원 반사도 자료 수집부;
수집된 기상레이더 3차원 반사도 자료로 일정 간격의 고도별 평균 반사도를 표시한 연직 프로파일을 생성하는 평균 반사도 연직 프로파일 생성부; 및
생성된 평균 반사도 연직 프로파일의 일차 미분값, 이차 미분값, 곡률 및 곡률의 일차 미분값을 포함하는 파라미터 각각의 연직 프로파일을 생성하거나 또는 생성된 평균 반사도 연직 프로파일에 대한 로그값과, 상기 로그값의 일차 미분값, 이차 미분값, 곡률 및 곡률의 일차 미분값을 포함하는 파라미터 각각의 연직 프로파일을 생성하고, 상기 평균 반사도 연직 프로파일과 파라미터별 연직 프로파일을 이용해 밝은 띠 영역의 최정점(BB_PEAK), 상단부(BB_TOP) 및 하단부(BB_BOTTOM)를 찾는 밝은 띠 영역 탐색부;를 포함하는 기상레이더 3차원 반사도 자료를 이용한 밝은 띠 영역 탐색 시스템.A weather radar 3D reflectance data collection unit for collecting weather radar 3D reflectance data observed in the weather radar system;
An average reflectance vertical profile generator for generating a vertical profile displaying average reflectivity of each height at a predetermined interval using collected weather radar three-dimensional reflectivity data; And
Generating a vertical profile of each of the parameters including the first derivative, the second derivative, the curvature and the first derivative of the curvature of the average reflectivity vertical profile generated or the log value for the generated average reflectance vertical profile and the log value Create a vertical profile of each parameter including the first derivative, the second derivative, the curvature, and the first derivative of curvature, and use the average reflectivity vertical profile and the per-parameter vertical profile to peak at the bright band region (BB_PEAK), top ( BB_TOP) and bright band region search unit for finding the lower end (BB_BOTTOM); bright band region search system using a weather radar three-dimensional reflectivity data. 제10항에 있어서,
상기 밝은 띠 영역 탐색부는, 평균 반사도 연직 프로파일 또는 상기 평균 반사도 연직 프로파일의 로그값 연직 프로파일 각각의 일차 미분값이 최댓값 및 최솟값을 나타내는 고도 사이에서 상기 평균 반사도 연직 프로파일 또는 상기 평균 반사도 연직 프로파일의 로그값 연직 프로파일의 최댓값을 나타내는 지점을 찾아 상기 밝은 띠 영역의 최정점(BB_PEAK)으로 결정하는 것을 특징으로 하는 기상레이더 3차원 반사도 자료를 이용한 밝은 띠 영역 탐색 시스템.The method of claim 10,
The bright band area search section is a log value of the average reflectivity vertical profile or the average reflectivity vertical profile between an average reflectance vertical profile or a logarithmic vertical profile of the average reflectivity vertical profile and the first derivative of each profile exhibits a maximum value and a minimum value. A bright band region search system using weather radar three-dimensional reflectivity data, characterized by finding a point representing the maximum value of the vertical profile and determining the peak point of the bright band region (BB_PEAK). 제11항에 있어서,
상기 밝은 띠 영역 탐색부는, 결정된 최정점(BB_PEAK)에서 고도가 증가하면서 곡률 값이 최대가 되는 지점을 곡률 연직 프로파일에서 찾아 상기 밝은 띠 영역의 상단부(BB_TOP)로 결정하는 것을 특징으로 하는 기상레이더 3차원 반사도 자료를 이용한 밝은 띠 영역 탐색 시스템.The method of claim 11,
The bright band region search unit is a weather radar three-dimensional, characterized in that to find the point in the curvature vertical profile the maximum curvature value increases the altitude at the determined peak (BB_PEAK) as the upper end (BB_TOP) of the bright band region Bright band region search system using reflectance data. 제12항에 있어서,
상기 밝은 띠 영역 탐색부는, 이차 미분 값이 양수이고, 곡률의 일차 미분값이 양의 값이 되는 지점을 찾아 탐색시작지점으로 결정하고, 상기 탐색시작지점에서 곡률의 일차 미분값이 양수에서 음수로 변하는 지점을 찾아 탐색종료지점으로 결정하고, 상기 탐색시작지점에서 탐색종료지점 사이에서 곡률이 최댓값을 나타내는 지점을 상기 밝은 띠 영역의 상단부(BB_TOP)로 결정하는 것을 특징으로 하는 기상레이더 3차원 반사도 자료를 이용한 밝은 띠 영역 탐색 시스템.The method of claim 12,
The bright band region search unit determines a search start point by finding a point where the second derivative value is positive and the first derivative value of the curvature becomes a positive value, and the first derivative of the curvature from the search start point is positive to negative. The weather radar three-dimensional reflectivity data, characterized by finding the changing point to determine the end of the search point, the point of curvature between the search start point and the end point to the maximum point (BB_TOP) of the bright band region. Bright band region search system using 제11항에 있어서,
상기 밝은 띠 영역 탐색부는, 결정된 최정점(BB_PEAK)에서부터 고도가 감소하면서 곡률 값이 최대가 되는 지점을 곡률 연직 프로파일에서 찾아 상기 밝은 띠 영역의 하단부(BB_BOTTOM)로 결정하는 것을 특징으로 하는 기상레이더 3차원 반사도 자료를 이용한 밝은 띠 영역 탐색 시스템.The method of claim 11,
The bright band region searcher is a weather radar three-dimensional, characterized in that to find the point in the curvature vertical profile of the maximum curvature value decreases the altitude from the determined peak (BB_PEAK) as the lower end (BB_BOTTOM) of the bright band region Bright band region search system using reflectance data. 제14항에 있어서,
상기 밝은 띠 영역 탐색부는, 곡률의 일차 미분값이 음의 값이 되는 지점을 찾아 탐색시작지점으로 결정하고, 아래로 검색하면서 곡률의 일차 미분값이 음수에서 양수로 변하는 지점을 찾아 탐색종료지점으로 결정하고, 상기 탐색시작지점에서 탐색종료지점 사이에서 곡률이 최댓값을 나타내는 지점을 상기 밝은 띠 영역의 하단부(BB_BOTTOM)로 결정하는 것을 특징으로 하는 기상레이더 3차원 반사도 자료를 이용한 밝은 띠 영역 탐색 시스템.15. The method of claim 14,
The bright band search unit finds a point where the first derivative of the curvature becomes a negative value and determines it as a search start point, and searches for a point where the first derivative of the curvature changes from negative to a positive number as a search end point. And determining, at the lower end of the bright band region (BB_BOTTOM), the point of curvature between the search start point and the search end point as the lower end portion (BB_BOTTOM) of the bright radar region. 제10항에 있어서,
탐색된 밝은 띠 영역 내에서 융해층의 고도를 검출하는 융해층 고도 검출부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기상레이더 3차원 반사도 자료를 이용한 밝은 띠 영역 탐색 시스템.The method of claim 10,
And a melting layer altitude detection unit for detecting the altitude of the melting layer in the searched bright band region.
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