KR101396395B1 - 회귀분석을 이용한 설계풍속 산정 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 회귀분석을 이용하여 설계풍속을 산정하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 설계풍속 산정 장치는, 대상 영역 내 다수의 지점의 위치 정보, 표고 정보, 및 표고에 건물 높이가 반영된 전체 높이 정보를 획득하는 획득부; 상기 위치 정보 및 상기 표고 정보를 기반으로 회귀분석을 이용하여 회귀방정식을 산출하는 회귀방정식 산출부; 상기 회귀방정식에 상기 위치 정보를 대입하여 각 지점에 대한 지표면 높이를 산출하는 지표면 높이 산출부; 각 지점에 대하여 계산된 전체 높이와 지표면 높이 간의 차이값에 대한 도수분포를 산출하는 도수분포 산출부; 상기 도수분포의 계급에 지표면 조도를 할당하고, 상기 지표면 조도마다 설정된 파라미터값에 상기 도수분포를 기반으로 한 가중치를 적용하여, 상기 대상 영역의 파라미터값을 산출하는 파라미터값 산출부; 그리고 상기 산출된 파라미터값을 이용하여 상기 대상 영역의 설계풍속을 산정하는 설계풍속 산정부;를 포함할 수 있다.

Description

회귀분석을 이용한 설계풍속 산정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CALCULATING DESIGN WIND SPEED USING REGRESSION ANALYSIS}
본 발명은 회귀분석을 이용하여 설계풍속을 산정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
건축물 설계에 있어서 바람의 영향은 반드시 고려해야 할 항목 중 하나이다. 풍속 또는 풍향과 같은 바람의 특성은 주변 지역의 영향을 받을 수 있으며, 주변 지역에 의해 풍속이 빨라지는 경우 건물의 안전을 위협할 수 있다. 바람이 건물에 가하는 하중을 고려하기 위해, 건축물의 설계 시 풍하중을 계산하며, 풍하중을 계산하기 위해서는 설계풍속을 산정할 필요가 있다.
설계풍속을 산정하는 과정에서, 지표면의 거칠기를 나타내는 지표면 조도에 따라 설계풍속의 계산에 사용되는 파라미터값들이 결정된다. 종래에는 이러한 지표면 조도가 설계자의 주관적인 판단에 의해 결정되었으며, 그로 인해 상기 파라미터값들이 객관적이고 합리적으로 산정되지 못하는 문제가 있었다.
본 발명의 일 실시예는, 설계풍속의 계산에 사용되는 파라미터값을 보다 객관적이고 합리적으로 산출하여 적절한 설계풍속을 계산할 수 있는 설계풍속 산정 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 설계풍속 산정 장치는, 대상 영역 내 다수의 지점의 위치 정보, 표고 정보, 및 표고에 건물 높이가 반영된 전체 높이 정보를 획득하는 획득부; 상기 위치 정보 및 상기 표고 정보를 기반으로 회귀분석을 이용하여 회귀방정식을 산출하는 회귀방정식 산출부; 상기 회귀방정식에 상기 위치 정보를 대입하여 각 지점에 대한 지표면 높이를 산출하는 지표면 높이 산출부; 각 지점에 대하여 계산된 전체 높이와 지표면 높이 간의 차이값에 대한 도수분포를 산출하는 도수분포 산출부; 상기 도수분포의 계급에 지표면 조도를 할당하고, 상기 지표면 조도마다 설정된 파라미터값에 상기 도수분포를 기반으로 한 가중치를 적용하여, 상기 대상 영역의 파라미터값을 산출하는 파라미터값 산출부; 그리고 상기 산출된 파라미터값을 이용하여 상기 대상 영역의 설계풍속을 산정하는 설계풍속 산정부;를 포함할 수 있다.
상기 획득부는: 상기 지점이 건물에 위치하는 경우, 지면의 표고에 건물의 높이를 합산하여 해당 지점의 전체 높이로 산정하고, 상기 지점이 지면 또는 수면에 위치하는 경우, 지면 또는 수면의 표고를 해당 지점의 전체 높이로 산정할 수 있다.
상기 건물의 높이는 건물의 지상층수에 기 설정된 높이를 승산하여 산출될 수 있다.
상기 회귀방정식 산출부는: 상기 위치 정보를 독립변수로 설정하고, 상기 표고 정보를 종속변수로 설정하여, 상기 회귀방정식을 산출할 수 있다.
상기 회귀방정식 산출부는: 상기 다수의 지점 중에서 일부 지점의 위치 정보 및 표고 정보를 기반으로 상기 회귀방정식을 산출할 수 있다.
상기 회귀방정식 산출부는: 상기 다수의 지점 중에서 기 결정된 개수 또는 비율에 해당하는 지점의 위치 정보 및 표고 정보를 기반으로 상기 회귀방정식을 산출할 수 있다.
상기 회귀방정식 산출부는: 상기 다수의 지점의 표고에 대한 도수분포를 산출하고, 상기 도수분포에서 도수가 가장 큰 계급 또는 가장 낮은 계급에 속하는 표고를 갖는 지점을 선택하고, 상기 선택된 지점의 위치 정보 및 표고 정보를 기반으로 상기 회귀방정식을 산출할 수 있다.
상기 파라미터값 산출부는: 상기 계급의 계급값에 따라 상기 지표면 조도를 할당할 수 있다.
상기 파라미터값은 풍속고도분포계수, 지형계수, 난류강도, 풍속고도분포지수, 기준경도풍높이 및 대기경계층시작높이 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 파라미터값 산출부는: 각 계급의 상대도수를 계산하고, 상기 지표면 조도마다 설정된 파라미터값에 상기 상대도수를 곱하여 산출된 값을 합산할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 설계풍속 산정 방법은, 대상 영역 내 다수의 지점의 위치 정보, 표고 정보 및 건물 정보를 기반으로 산출된 데이터로 도수분포를 산출하고, 상기 도수분포를 기반으로 지표면 조도마다 설정된 파라미터값에 가중치를 적용하여 상기 대상 영역의 파라미터값을 산출하고, 상기 산출된 파라미터값을 이용하여 상기 대상 영역의 설계풍속을 산정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 설계풍속 산정 방법은, 대상 영역 내 다수의 지점의 위치 정보, 표고 정보, 및 표고에 건물 높이가 반영된 전체 높이 정보를 획득하는 단계; 상기 위치 정보 및 상기 표고 정보를 기반으로 회귀분석을 이용하여 회귀방정식을 산출하는 단계; 상기 회귀방정식에 상기 위치 정보를 대입하여 각 지점에 대한 지표면 높이를 산출하는 단계; 각 지점에 대하여 계산된 전체 높이와 지표면 높이 간의 차이값에 대한 도수분포를 산출하는 단계; 상기 도수분포의 계급에 지표면 조도를 할당하는 단계; 상기 지표면 조도마다 설정된 파라미터값에 상기 도수분포를 기반으로 한 가중치를 적용하여, 상기 대상 영역의 파라미터값을 산출하는 단계; 그리고 상기 산출된 파라미터값을 이용하여 상기 대상 영역의 설계풍속을 산정하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 획득하는 단계는: 상기 지점이 건물에 위치하는 경우, 지면의 표고에 건물의 높이를 합산하여 해당 지점의 전체 높이로 산정하는 단계; 그리고 상기 지점이 지면 또는 수면에 위치하는 경우, 지면 또는 수면의 표고를 해당 지점의 전체 높이로 산정하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 건물의 높이는 건물의 지상층수에 기 설정된 높이를 승산하여 산출될 수 있다.
상기 회귀방정식을 산출하는 단계는: 상기 다수의 지점 중에서 일부 지점을 선택하는 단계; 그리고 상기 일부 지점의 위치 정보 및 표고 정보를 기반으로 상기 회귀방정식을 산출하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 다수의 지점 중에서 일부 지점을 선택하는 단계는: 상기 다수의 지점의 표고에 대한 도수분포를 산출하는 단계; 그리고 상기 도수분포에서 도수가 가장 큰 계급 또는 가장 낮은 계급에 속하는 표고를 갖는 지점을 선택하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 지표면 조도를 할당하는 단계는: 상기 계급의 계급값에 따라 상기 지표면 조도를 할당하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 파라미터는 풍속고도분포계수, 지형계수, 난류강도, 풍속고도분포지수, 기준경도풍높이 및 대기경계층시작높이 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 대상 영역의 파라미터값을 산출하는 단계는: 각 계급의 상대도수를 계산하는 단계; 그리고 상기 지표면 조도마다 설정된 파라미터값에 상기 상대도수를 곱하여 산출된 값을 합산하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 설계풍속 산정 방법은, 컴퓨터로 실행될 수 있는 프로그램으로 구현되어, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 설계자가 주관적으로 판단한 지표면 조도에 의해 설계풍속 계산에 사용되는 파라미터값이 부적절하게 결정되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 설계풍속이 지나치게 높거나 낮게 계산되는 것을 방지하여 건축물의 경제성 및 안전성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 설계풍속 산정 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 설계풍속이 산정되는 대상 영역의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 설계풍속이 산정되는 대상 영역의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 다수의 지점의 위치 정보를 획득하는 과정을 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 다수의 지점의 표고 정보 및 전체 높이 정보를 획득하는 과정을 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 대상 영역 내 다수의 지점의 표고에 대하여 산출된 도수분포를 나타내는 예시적인 도수분포도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 다수의 지점의 위치 정보 및 표고 정보를 기반으로 회귀방정식을 산출하는 과정을 설명하는 예시적인 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 회귀방정식을 이용하여 각 지점에 대한 지표면 높이를 산출하는 과정을 설명하는 예시적인 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 대상 영역 내 다수의 지점의 전체 높이와 지표면 높이 간의 차이값에 대한 도수분포를 나타내는 예시적인 도수분포도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라 지표면 조도마다 설정된 파라미터값을 예시적으로 나타내는 표이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 설계풍속 산정 방법을 설명하는 도면이다.
본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술 되는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적인 사전들에 의해 정의된 용어들은 관련된 기술 그리고/혹은 본 출원의 본문에 의미하는 것과 동일한 의미를 갖는 것으로 해석될 수 있고, 그리고 여기서 명확하게 정의된 표현이 아니더라도 개념화되거나 혹은 과도하게 형식적으로 해석되지 않을 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다' 및/또는 이 동사의 다양한 활용형들 예를 들어, '포함', '포함하는', '포함하고', '포함하며' 등은 언급된 조성, 성분, 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 조성, 성분, 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 본 명세서에서 '및/또는' 이라는 용어는 나열된 구성들 각각 또는 이들의 다양한 조합을 가리킨다.
한편, 본 명세서 전체에서 사용되는 '~부', '~기', '~블록', '~모듈' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미할 수 있다. 예를 들어 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미할 수 있다. 그렇지만 '~부', '~기', '~블록', '~모듈' 등이 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부', '~기', '~블록', '~모듈'은 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다.
따라서, 일 예로서 '~부', '~기', '~블록', '~모듈'은 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부', '~기', '~블록', '~모듈'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부', '~기', '~블록', '~모듈'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부', '~기', '~블록', '~모듈'들로 더 분리될 수 있다.
이하, 본 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.
건축물 설계 시, 바람에 의한 설계하중을 계산하기 위해 설계풍속을 산출한다. 이에 대해, 건축구조기준(KBC) 2009에서 제시하는 설계풍속은 다음과 같은 수학식에 의해 계산될 수 있다:
Figure 112013016272815-pat00001
위 수학식에서 설계풍속을 계산하기 위해 사용되는 파라미터로서, V0는 지역별 기본풍속이며, Kzr은 풍속고도분포계수이며, Kzt는 지형의 영향를 고려하기 위한 지형계수, Iw는 건물의 중요도계수이다.
풍속고도분포계수(Kzr)는 건물의 건설지점의 지표면 조도와 그에 따른 대기경계층시작 높이(Zb), 기준경도풍높이(Zg) 및 풍속고도분포지수(α)를 고려하여 아래의 표 1과 같이 산정된다:
Figure 112013016272815-pat00002
또한, 대기경계층시작높이(Zb), 기준경도풍 높이(Zg) 및 풍속고도분포지수(α)는 지표면 조도에 따라 아래의 표 2와 같이 결정된다.
Figure 112013016272815-pat00003
건축구조기준(KBC) 2009에서 제시하고 있는 지표면 조도는 건설지점 주변지역의 지표면 상태에 따라 아래의 표 3과 같이 분류된다.
Figure 112013016272815-pat00004
지형계수(Kzt)는 지형에 의한 풍속할증을 고려한 계수로서, 평지와 같이 바람에 영향을 미치지 않는 지역에서는 1.0으로 설정된다. 하지만, 산, 언덕 및 경사지와 같이 풍속할증이 필요한 지역에서는 지형계수가 다음과 같은 수학식에 의해 계산될 수 있다:
Figure 112013016272815-pat00005
기본풍속(V0)은 설계풍속을 구할 때 기본값으로 적용하는 지역별 풍속으로서, 지표면의 상태가 지표면 조도 C이고 평탄한 지형의 지상높이 10m에서 10분간 평균풍속의 재현기간 100년에 해당하는 풍속이다. 기본풍속은 건설지점이 위치하는 지역에 따라 다음과 같이 산정된다. 다만, 건설지점이 등풍속선 사이에 위치한 경우에는 등풍속선 사이의 값을 보간하여 사용할 수 있다.
Figure 112013016272815-pat00006
중요도계수(Iw)는 건물의 사용년수에 따른 안전율을 나타내는 계수로서, 건물의 중요도를 고려하여 다음과 같이 산정된다:
Figure 112013016272815-pat00007
본 발명의 일 실시예는, 회귀분석을 통해 산출된 지표면 높이를 반영하여, 설계풍속 산정에 사용되는 파라미터값을 산출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 설계풍속 산정 장치를 나타내는 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 설계풍속 산정 장치(100)는 획득부(111), 회귀방정식 산출부(112), 지표면 높이 산출부(113), 도수분포 산출부(114), 파라미터값 산출부(115) 및 설계풍속 산정부(116)를 포함할 수 있다.
상기 획득부(111)는 대상 영역 내 다수의 지점의 위치 정보, 표고 정보 및 표고에 건물 높이가 반영된 전체 높이 정보를 획득할 수 있다. 상기 회귀방정식 산출부(112)는 상기 위치 정보 및 상기 표고 정보를 기반으로 회귀분석을 이용하여 회귀방정식을 산출할 수 있다. 상기 지표면 높이 산출부(113)는 상기 회귀방정식에 상기 위치 정보를 대입하여 각 지점에 대한 지표면 높이를 산출할 수 있다. 상기 도수분포 산출부(114)는 각 지점에 대하여 계산된 전체 높이와 지표면 높이 간의 차이값에 대한 도수분포를 산출할 수 있다. 상기 파라미터값 산출부(115)는 상기 도수분포의 계급에 지표면 조도를 할당하고, 상기 지표면 조도마다 설정된 파라미터값에 상기 도수분포를 기반으로 한 가중치를 적용하여, 상기 대상 영역의 파라미터값을 산출할 수 있다. 상기 설계풍속 산정부(116)는 상기 산출된 파라미터값을 이용하여 상기 대상 영역의 설계풍속을 산정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 설계풍속 산정 장치(100)는 저장부(12)를 더 포함할 수 있다. 상기 저장부(12)는 상기 대상 영역에 대한 지리정보를 저장할 수 있다.
예를 들어, 상기 저장부(12)는 상기 대상 영역의 전자지도(digital map), 상기 대상 영역의 수치표고모델(DEM), 및 상기 대상 영역을 측량하여 얻은 측량 데이터 중 적어도 하나를 저장할 수 있다. 상기 측량 데이터는 지상측량, GPS 측량, 항공사진측량, 레이더(radar) 측량 및 라이더(LiDAR) 측량 중 적어도 하나를 사용하여 얻어진 데이터일 수 있으나, 상기 측량 데이터를 얻기 위한 측량방법은 이에 제한되지 않는다.
일 실시예에 따르면, 상기 획득부(111)는 상기 저장부(12)에 저장된 지리정보를 불러와 상기 대상 영역 내 다수의 지점의 위치 정보, 표고 정보 및 전체 높이 정보를 획득할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 설계풍속 산정 장치(100)는 통신부(10)를 더 포함할 수 있다. 상기 통신부(10)는 상기 대상 영역에 대한 지리정보를 제공하는 서버에 접속할 수 있다.
예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 통신부(10)는 유선 또는 무선 네트워크를 통해 지리정보를 제공하는 서버(200), 예컨대 GIS(Geographic Information System)에 접속할 수 있으며, 상기 획득부(111)는 상기 서버(200)로부터 대상 영역에 대한 지리정보를 수신하여 지점의 위치 정보, 표고 정보 및 전체 높이 정보를 획득할 수 있다.
상기 서버(200)가 제공하는 대상 영역에 대한 지리정보는, 상기 대상 영역의 전자지도(digital map), 상기 대상 영역의 수치표고모델(DEM), 및 상기 대상 영역을 측량하여 얻은 측량 데이터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 측량 데이터는 지상측량, GPS 측량, 항공사진측량, 레이더(radar) 측량 및 라이더(LiDAR) 측량 중 적어도 하나를 사용하여 얻어진 데이터일 수 있으나, 상기 측량 데이터를 얻기 위한 측량방법은 이에 제한되지 않는다.
실시예에 따라, 상기 설계풍속 산정 장치(100)는 입력부(13)를 더 포함할 수 있으며, 상기 대상 영역 내 다수의 지점의 위치 정보, 표고 정보 및 전체 높이 정보는 입력부(13)를 통해 사용자로부터 입력받을 수도 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 설계풍속 산정 시 고려되는 대상 영역의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 대상 영역(20)은 원형의 영역일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 대상 영역(20)은 기 결정된 지점(21)을 중심으로 소정의 반경을 갖는 원형의 영역일 수 있다.
예를 들어, 상기 대상 영역(20)은 건축물의 건설지점을 중심으로 건축물 높이의 40 배와 3 km 중 작은 길이를 반경으로 하는 원형의 영역일 수 있으나, 상기 영역의 모양이나 크기는 이에 제한되지 않고 임의의 형상 또는 크기를 가질 수 있다. 예컨대, 상기 대상 영역은 다각형의 영역일 수도 있으며, 부채꼴의 영역일 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 획득부(111)는 상기 대상 영역(20)에 일정한 간격으로 다수의 지점(X)을 할당하고, 상기 할당된 지점(X)의 위치 정보, 표고 정보 및 전체 높이 정보를 획득할 수 있다. 다시 말해, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 다수의 지점(X)은 상기 대상 영역(20) 내에서 균일하게 분포하도록 할당될 수 있다.
하지만, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 다수의 지점(X)은 대상 영역(20) 내에서 불균일하게 분포할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 입력부(13)는 사용자로부터 상기 대상 영역(20)을 설정하는 데이터를 입력받을 수 있다.
예를 들어, 도 2 또는 도 3에 도시된 대상 영역(20)을 설정하기 위해, 사용자는 입력부(13)를 통해 건축물의 건설지점을 지정하는 데이터, 예컨대 건설지점의 위도 및 경도 데이터를 입력하고, 상기 건축물의 높이를 입력할 수 있다. 그러고 나서, 상기 획득부(11)는 입력된 건설지점을 중심(21)으로 건축물 높이의 40 배 및 3 km 중 작은 길이를 반경으로 하는 원형의 영역을 설정할 수 있으나, 상기 영역의 모양이나 크기는 이에 제한되지 않는다. 실시예에 따라, 상기 대상 영역의 모양이나 크기는 입력부(13)를 통해 사용자로부터 입력받을 수도 있다.
또한, 상기 건축물의 건설지점을 지정하는 데이터는 건설지점의 위도 및 경도 데이터로 제한되지 않으며, 실시예에 따라 건설지점의 지번, GPS 데이터 등을 포함할 수도 있다.
전술한 바와 같이, 상기 획득부(111)는 대상 영역(20) 내 다수의 지점(X)의 위치 정보, 표고 정보 및 전체 높이 정보를 획득할 수 있다.
여기서, 지점의 위치 정보는 지점의 위도 및 경도 데이터로 구성된 절대 좌표를 포함할 수 있으나, 실시예에 따라 임의의 지점을 기준으로 한 상대 좌표를 포함할 수도 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 다수의 지점(X)의 위치 정보를 획득하는 과정을 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 다수의 지점(X)의 위치는 대상 영역(20)의 중심(21)을 원점으로 하는 2차원 직교좌표로 나타낼 수 있다. 이 경우, 상기 다수의 지점(X)의 좌표(x, y)는 원점으로부터의 거리 및 방향에 따라 결정될 수 있다.
도 4에서는 좌표계의 원점이 대상 영역(20)의 중심(21)으로 설정되었으나, 원점의 위치는 이에 제한되지 않고 대상 영역(20)의 안 또는 밖에 위치한 임의의 지점으로 설정될 수도 있다.
또한, 지점의 전체 높이는 지점의 표고에 건물 높이가 반영된 것으로, 일 실시예에 따르면 상기 전체 높이는 표고에 건물 높이가 합산된 값을 나타낼 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 획득부(111)는 지점이 건물에 위치하는 경우, 지면의 표고에 건물의 높이를 합산하여 해당 지점의 전체 높이를 산정할 수 있다. 또한, 상기 획득부(111)는 지점이 지면 또는 수면에 위치하는 경우, 상기 지면 또는 수면의 표고를 해당 지점의 전체 높이로 산정할 수 있다.
다시 말해, 상기 획득부(111)는 지점의 표고와 지점에 위치한 건물의 높이를 합산하여 해당 지점의 전체 높이를 산정하며, 상기 지점이 건물이 없는 지면 또는 수면에 해당하는 경우 건물의 높이를 0으로 하여 전체 높이를 산정할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 건물의 높이는 건물의 지상층수에 기 설정된 높이를 승산하여 산출될 수 있다. 건물의 지상층수에 곱해지는 높이는 건물 한 층에 해당하는 높이로서, 일 예로 3 m일 수 있으나 이에 제한되지 않고 3 m보다 높거나 낮게 설정될 수도 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 다수의 지점의 표고 정보 및 전체 높이 정보를 획득하는 과정을 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 5를 참조하여 설명하면, 지점 1은 건물에 위치하므로 상기 지점 1의 전체 높이는, 지면의 표고인 5 m와 건물의 지상층수 4층에 3 m를 곱하여 산출된 건물 높이 12 m를 더한 값인 17 m로 산정될 수 있다.
마찬가지로, 지점 2 역시 건물에 위치하므로 상기 지점 2의 전체 높이는, 지면의 표고인 11 m와 건물의 지상층수 3층에 3 m를 곱하여 산출된 건물 높이 9 m를 더한 값인 20 m로 산정될 수 있다.
반면, 지점 3은 건물이 없는 지면에 위치하므로 상기 지점 3의 전체 높이는 지면의 표고인 2 m로 산정될 수 있다.
상기 회귀방정식 산출부(112)는 지점의 위치 정보 및 표고 정보를 기반으로 회귀분석을 이용하여 회귀방정식을 산출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 회귀방정식 산출부(112)는 다수의 지점 중에서 일부 지점의 위치 정보 및 표고 정보를 기반으로 회귀방정식을 산출할 수 있다. 다시 말해, 상기 회귀방정식 산출부(112)는 상기 다수의 지점 중에서 일부에 대해서만 회귀분석을 수행할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 회귀방정식 산출부(112)는 상기 다수의 지점 중에서 기 결정된 개수 또는 비율에 해당하는 지점의 위치 정보 및 표고 정보를 기반으로 회귀방정식을 산출할 수 있다. 실시예에 따라, 사용자는 상기 입력부(13)를 통해 회귀분석에 사용되는 지점의 개수 또는 비율을 입력할 수도 있다.
다른 실시예에 따르면, 상기 회귀방정식 산출부(112)는 도수분포를 이용하여 상기 다수의 지점 중에서 회귀분석에 사용될 지점을 선택할 수 있다.
예를 들어, 상기 회귀방정식 산출부(112)는, 상기 다수의 지점의 표고에 대한 도수분포를 산출하고, 상기 도수분포에서 도수가 가장 큰 계급에 속하는 표고를 갖는 지점을 선택하고, 상기 선택된 지점의 위치 정보 및 표고 정보를 기반으로 회귀방정식을 산출할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 대상 영역(20) 내 다수의 지점(X)의 표고에 대하여 산출된 도수분포를 나타내는 도수분포도의 일 예이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 회귀방정식 산출부(112)는 다수의 지점(X)의 표고에 대하여 도수분포를 산출할 수 있다. 도 6에 도시된 도수분포도에 따르면, 다수의 지점(X)의 표고는 크기가 9 m인 계급으로 계급화되었으며, 네 개의 계급 중에서 계급 2의 도수가 가장 크다.
이 실시예에서, 상기 회귀방정식 산출부(112)는 다수의 지점(X) 중에서 도수가 가장 큰 계급인 계급 2에 속하는 표고를 갖는 지점을 선택할 수 있다. 그러고 나서, 상기 회귀방정식 산출부(112)는 선택된 지점의 위치 정보 및 표고 정보를 기반으로 회귀방정식을 산출할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 상기 회귀방정식 산출부(112)는 도수분포에서 가장 낮은 계급에 속하는 표고를 갖는 지점을 선택하고, 상기 선택된 지점의 위치 정보 및 표고 정보를 기반으로 회귀방정식을 산출할 수 있다.
예를 들어, 도 6에 도시된 도수분포도의 경우, 상기 회귀방정식 산출부(112)는 다수의 지점(X) 중에서 가장 낮은 계급인 계급 1에 속하는 표고를 갖는 지점을 선택할 수 있다. 그러고 나서, 상기 회귀방정식 산출부(112)는 선택된 지점의 위치 정보 및 표고 정보를 기반으로 회귀방정식을 산출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 회귀방정식 산출부(112)는 지점의 위치 정보를 독립변수로 설정하고, 지점의 표고 정보를 종속변수로 설정하여 회귀방정식을 산출할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 지점의 위치 정보 및 표고 정보를 기반으로 회귀방정식을 산출하는 과정을 설명하는 예시적인 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 회귀방정식 산출부(112)는 지점(P1 내지 P6)의 위치 및 표고 정보(x, y, z)를 회귀분석하여 다음과 같은 회귀방정식을 산출할 수 있다:
zi = a0 + a1xi + a2yi + ei
상기 회귀방정식은 도 7에 도시된 평면(30)을 나타내는 방정식일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 회귀방정식 산출부(112)는 다음과 같은 오차 ei의 제곱의 합을 최소로 하는 a0, a1, a2 를 계산할 수 있다:
Figure 112013016272815-pat00008
이를 위해, 상기 회귀방정식 산출부(112)는 Sr을 미지수 a0, a1, a2 각각에 대하여 편미분을 하여 다음과 같은 연립방정식을 구할 수 있다:
Figure 112013016272815-pat00009
Figure 112013016272815-pat00010
Figure 112013016272815-pat00011
상기 연립방정식은 아래와 같은 행렬식으로 표현될 수 있다:
Figure 112013016272815-pat00012
일 예로, 지점(P1 내지 P6)의 위치 및 표고 정보(x, y, z)가 P1(0, 0, 5), P2(2, 1, 10), P3(2.5, 2, 9), P4(1, 3, 0), P5(4, 6, 3), P6(7, 2, 27)으로 주어진 경우, 행렬을 구성하는 원소는 다음과 같이 계산될 수 있다:
지점 x y z x2 y2 xy xz yz
1 0 0 5 0 0 0 0 0
2 2 1 10 4 1 2 20 10
3 2.5 2 9 6.25 4 5 22.5 18
4 1 3 0 1 9 3 0 0
5 4 6 3 16 36 24 12 18
6 7 2 27 49 4 14 189 54
합계 16.5 14 54 76.25 54 48 243.5 100
계산된 원소를 행렬에 대입하면 다음과 같다:
Figure 112013016272815-pat00013
그리고 나서, Gauss 소거법을 이용하여 미지수 a0, a1, a2를 구하면 a0 = 5, a1 = 4, a2 = -3로 계산된다.
따라서, 상기 지점(P1 내지 P6)을 회귀분석하여 얻은 평면방정식은 다음과 같다:
z = 5 + 4x - 3y
이와 같이, 상기 회귀방정식 산출부(112)는 지점(P1 내지 P6)의 위치 정보(x, y)를 독립변수로 설정하고, 표고 정보(z)를 종속변수로 설정하여 회귀방정식을 산출할 수 있다. 산출된 회귀방정식은 후술하는 바와 같이 다수의 지점 각각에 대한 지표면 높이를 산정하기 위해 사용될 수 있다.
상기 지표면 높이 산출부(113)는 상기 회귀방정식에 지점의 위치 정보(x, y)를 대입하여 다수의 지점 각각에 대한 지표면 높이를 산출할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 회귀방정식을 이용하여 각 지점에 대한 지표면 높이를 산출하는 과정을 설명하는 예시적인 도면이다.
일 실시예에 따르면, 일부 지점의 위치 및 표고 정보를 기반으로 산출된 회귀방정식은 대상 영역(20)의 지표면을 나타내는 것으로 간주될 수 있으며, 이에 따라 상기 지표면 높이 산출부(113)는 상기 회귀방정식에 다수의 지점 각각의 위치 정보를 대입함으로써 각 지점에 대한 지표면 높이를 구할 수 있다.
예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 지표면 높이 산출부(113)는 회귀방정식 zi = a0 + a1x + a2y에 각 지점의 위치 정보(x, y)를 대입하여 각 지점에 대한 지표면 높이(z)를 계산할 수 있다. 본 발명의 일 실시예는 회귀방정식에 의해 표현되는 평면(30)이 대상 영역(20)의 지표면에 대응하는 것으로 간주하므로, 각 지점(P1 내지 P6)의 위치 정보(x, y)를 회귀방정식에 대입하여 얻은 높이 z는 각 지점의 지표면 높이에 해당할 수 있다.
도 7 및 도 8에 도시된 실시예에서는 평면(30)을 나타내는 회귀방정식을 이용하여 각 지점의 지표면 높이를 계산하였으나, 실시예에 따라 평면 대신 곡면을 나타내는 회귀방정식을 산출하여 각 지점의 지표면 높이를 계산할 수도 있다.
상기 도수분포 산출부(114)는 다수의 지점(X) 각각에 대하여 전체 높이와 지표면 높이 간의 차이값을 계산하고, 상기 차이값에 대하여 도수분포를 산출할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 대상 영역(20) 내 다수의 지점(X)의 전체 높이와 지표면 높이 간의 차이값에 대하여 산출된 도수분포를 나타내는 도수분포도의 일 예이다.
도 9에 도시된 도수분포도에서 대상 영역(20) 내 다수의 지점(X)의 전체 높이와 지표면 높이 간의 차이값은 네 개의 계급으로 구분되었으나, 상기 계급의 개수는 이에 제한되지 않고 실시예에 따라 넷보다 많거나 적을 수도 있다.
도 9에 도시된 도수분포도는 각 계급의 크기가 서로 다르게 설정되었으나, 실시예에 따라 도수분포를 구성하는 각 계급의 크기는 동일하게 설정될 수도 있다.
상기 파라미터값 산출부(115)는 상기 도수분포의 계급에 지표면 조도를 할당할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 파라미터값 산출부(115)는 상기 계급의 계급값에 따라 지표면 조도를 할당할 수 있다.
예를 들어, 도 9를 참조하여 설명하면, 상기 파라미터값 산출부(115)는 계급값이 가장 큰 계급인 계급 4에 대해 거칠기가 가장 큰 지표면 조도 A를 할당하고, 그 다음으로 계급값이 큰 계급인 계급 3에 대해 거칠기가 두 번째로 큰 지표면 조도 B를 할당하고, 그 다음으로 계급값이 큰 계급인 계급 2에 대해 거칠기가 세 번째로 큰 지표면 조도 C를 할당하고, 계급값이 가장 낮은 계급인 계급 1에 대해 거칠기가 가장 낮은 지표면 조도 D를 할당할 수 있다.
상기 파라미터값 산출부(115)는 지표면 조도마다 설정된 파라미터값에 상기 도수분포를 기반으로 한 가중치를 적용하여 대상 영역(20)의 파라미터값을 산출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 파라미터값은 설계풍속 산정에 사용되는 파라미터값 중에서 지표면 조도마다 값이 상이하게 설정되는 파라미터값일 수 있다. 예를 들어, 상기 파라미터값은 풍속고도분포계수(Kzr), 지형계수(Kzt), 난류강도(Iz), 풍속고도분포지수(α), 기준경도풍높이(Zg) 및 대기경계층시작높이(Zb) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 파라미터값 산출부(115)는 도수분포를 구성하는 각 계급의 상대도수를 계산하고, 상기 지표면 조도마다 설정된 파라미터값에 상기 상대도수를 곱하여 산출된 값을 합산함으로써, 상기 영역에 대한 파라미터값을 산출할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라 지표면 조도마다 설정된 파라미터값을 예시적으로 나타내는 표이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 풍속고도분포계수(Kzr), 지형계수(Kzt), 난류강도(Iz), 풍속고도분포지수(α), 기준경도풍높이(Zg) 및 대기경계층시작높이(Zb)는 각 지표면 조도마다 서로 다른 값으로 설정될 수 있다.
상기 대상 영역(20)에 대한 파라미터값을 구하기 위해, 상기 파라미터값 산출부(115)는 먼저 도수분포를 구성하는 각 계급의 상대도수를 계산한다. 예를 들어, 도 9에 도시된 도수분포도를 참조하면, 상기 파라미터값 산출부(115)는 다음과 같이 각 계급의 상대도수를 계산할 수 있다:
계급 1: 상대도수 1 = 3 / 40 = 0.075
계급 2: 상대도수 2 = 5 / 40 = 0.125
계급 3: 상대도수 3 = 28 / 40 = 0.7
계급 4: 상대도수 4 = 4 / 40 = 0.1
그러고 나서, 상기 파라미터값 산출부(115)는 상기 지표면 조도마다 설정된 파라미터값에 상기 상대도수를 곱하고, 그로부터 얻은 값을 합산하여 대상 영역(20)의 파라미터값을 계산할 수 있다. 예를 들어, 대상 영역(20)의 풍속고도분포계수(Kzr), 지형계수(Kzt), 난류강도(Iz), 풍속고도분포지수(α), 기준경도풍높이(Zg) 및 대기경계층시작높이(Zb)는 다음과 같이 계산될 수 있다:
Kzr = 0.58 × 0.1 + 0.81 × 0.7 + 1.0 × 0.125 + 1.13 × 0.075 = 0.83475
Kzt = 1.28 × 0.1 + 1.20 × 0.7 + 1.17 × 0.125 + 1.13 × 0.075 = 1.199
Iz = 0.23 × 0.1 + 0.22 × 0.7 + 0.19 × 0.125 + 0.15 × 0.075 = 0.212
α = 0.33 × 0.1 + 0.22 × 0.7 + 0.15 × 0.125 + 0.10 × 0.075 = 0.21325
Zg = 500 × 0.1 + 400 × 0.7 + 300 × 0.125 + 250 × 0.075 = 386.25
Zb = 20 × 0.1 + 15 × 0.7 + 10 × 0.125 + 5 × 0.075 = 14.125
상기 설계풍속 산정부(116)는 상기 파라미터값을 이용하여 대상 영역(20)에 대한 설계풍속을 산정할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 설계풍속 산정부(115)는 설계풍속을 산정하기 위해 필요한 기본풍속 V0, 풍속고도분포계수 Kzr, 지형계수 Kzt, 및 중요도계수 Iw를 계산하거나 입력받고, 전술한 수학식 1에 따라 대상 영역(20)을 지나는 바람의 설계풍속을 산출할 수 있다.
전술한 획득부(111), 회귀방정식 산출부(112), 지표면 높이 산출부(113), 도수분포 산출부(114), 파라미터값 산출부(115) 및 설계풍속 산정부(116)는 설계풍속을 산정하기 위한 프로그램을 실행하여 설계풍속 산정 작업을 수행하는 프로세서, 예컨대 CPU로 구성될 수 있다. 또한, 상기 설계풍속을 산정하기 위한 프로그램은 저장부(12)에 저장되어 있을 수 있고, 상기 설계풍속 산정 장치(100)는 상기 저장부(12)로부터 프로그램을 불러와 실행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 설계풍속 산정 장치(100)는 출력부(14)를 더 포함할 수 있다. 상기 출력부(14)는 본 발명의 일 실시예에 따라 산정된 설계풍속 또는 상기 설계풍속 산정에 사용되는 파라미터값을 출력하여 사용자에게 제공할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 출력부(14)는 소정의 정보를 시각적으로 표시하는 디스플레이, 예컨대 LCD, PDP를 포함할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 설계풍속 산정 방법을 설명하는 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 설계풍속 산정 방법은, 대상 영역 내 다수의 지점의 위치 정보, 표고 정보 및 건물 정보를 기반으로 산출된 데이터로 도수분포를 산출하고, 상기 도수분포를 기반으로 지표면 조도마다 설정된 파라미터값에 가중치를 적용하여 상기 대상 영역의 파라미터값을 산출하고, 상기 산출된 파라미터값을 이용하여 상기 대상 영역의 설계풍속을 산정할 수 있다.
예를 들어, 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 설계풍속 산정 방법(300)은, 대상 영역(20) 내 다수의 지점(X)의 위치 정보, 표고 정보 및 표고에 건물 높이가 반영된 전체 높이 정보를 획득하는 단계(S31), 상기 위치 정보 및 상기 표고 정보를 기반으로 회귀분석을 이용하여 회귀방정식을 산출하는 단계(S32), 상기 회귀방정식에 상기 위치 정보를 대입하여 각 지점에 대한 지표면 높이를 산출하는 단계(S33), 각 지점에 대하여 계산된 전체 높이와 지표면 높이 간의 차이값에 대한 도수분포를 산출하는 단계(S34), 상기 도수분포의 계급에 지표면 조도를 할당하는 단계(S35), 상기 지표면 조도마다 설정된 파라미터값에 상기 도수분포를 기반으로 한 가중치를 적용하여 상기 대상 영역(20)의 파라미터값을 산출하는 단계(S36), 및 상기 산출된 파라미터값을 이용하여 상기 대상 영역(20)의 설계풍속을 산정하는 단계(S37)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 획득하는 단계(S31)는, 저장부(12)에 저장된 대상 영역(20)에 대한 지리정보를 불러오는 단계를 포함할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 상기 획득하는 단계(S31)는, 대상 영역(20)에 대한 지리정보를 제공하는 서버(200)에 접속하는 단계, 및 상기 서버(200)로부터 대상 영역(20)에 대한 지리정보를 수신하는 단계를 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 획득하는 단계(S31)는 입력부(13)를 통해 사용자로부터 상기 대상 영역(20)에 대한 지리정보를 입력받는 단계를 포함할 수도 있다.
상기 대상 영역에 대한 지리정보는 대상 영역의 전자지도(digital map), 상기 대상 영역의 수치표고모델(DEM), 및 상기 대상 영역을 측량하여 얻은 측량 데이터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 측량 데이터는 지상측량, GPS 측량, 항공사진측량, 레이더(radar) 측량 및 라이더(LiDAR) 측량 중 적어도 하나를 사용하여 상기 대상 영역을 측량함으로써 얻어진 데이터일 수 있으나, 상기 측량방법은 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 획득하는 단계(S31)는, 상기 지점이 건물에 위치하는 경우, 지면의 표고에 건물의 높이를 합산하여 해당 지점의 전체 높이로 산정하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 상기 획득하는 단계(S31)는, 상기 지점이 지면 또는 수면에 위치하는 경우, 상기 지면 또는 수면의 표고를 해당 지점의 전체 높이로 산정하는 단계를 포함할 수 있다.
다시 말해, 상기 지점의 전체 높이는 지점의 표고에, 지점에 위치하는 건물의 높이를 더한 값으로 나타낼 수 있으며, 지면 또는 수면과 같이 건물이 없는 지점에서 건물 높이는 0으로 산정될 수 있다.
상기 회귀방정식을 산출하는 단계(S32)는, 다수의 지점 중에서 일부 지점을 선택하는 단계, 및 상기 일부 지점의 위치 정보 및 표고 정보를 기반으로 회귀방정식을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 다수의 지점 중에서 일부 지점을 선택하는 단계는, 상기 다수의 지점 중에서 기 결정된 개수 또는 비율에 해당하는 지점을 선택하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 개수 또는 비율은 지표면 조도 산정 장치(100)에 미리 설정되어 있거나, 입력부(13)를 통해 사용자로부터 입력받을 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 다수의 지점 중에서 일부 지점을 선택하는 단계는, 상기 다수의 지점의 표고에 대한 도수분포를 산출하는 단계, 및 상기 도수분포에서 도수가 가장 큰 계급에 속하는 표고를 갖는 지점을 선택하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 다수의 지점 중에서 일부 지점을 선택하는 단계는, 상기 다수의 지점의 표고에 대한 도수분포를 산출하는 단계, 및 상기 도수분포에서 가장 낮은 계급에 속하는 표고를 갖는 지점을 선택하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 회귀방정식을 산출하는 단계(S32)는, 지점의 위치 정보(x, y)를 독립변수로 설정하고, 높이 정보(z)를 종속변수로 설정하여 회귀방정식을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 상기 회귀방정식을 대상 영역(20)의 지표면을 나타내는 방정식으로 가정하고, 이에 따라 상기 회귀방정식에 지점의 위치 정보(x, y)를 대입하여 각 지점에 대한 지표면 높이를 산정할 수 있다. 그러고 나서, 본 발명의 일 실시예는 다수의 지점 각각에 대하여 전체 높이에서 지표면 높이를 감산한 차이값을 계산하고, 상기 차이값에 대하여 도수분포를 산출할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 도수분포를 구성하는 계급의 개수는 지표면 조도의 등급의 개수와 일치할 수 있다. 예를 들어, 표 3과 같이 지표면 조도가 4 개의 등급으로 구분되어 있으면, 상기 도수분포를 산출하는 단계(S34)는 다수의 지점(X)의 차이값을 4 개의 계급으로 계열화한 도수분포를 산출할 수 있다. 하지만, 실시예에 따라 지표면 조도는 넷보다 많거나 적은 개수의 등급으로 구분될 수도 있으며, 이에 따라 상기 도수분포의 계급의 개수 역시 넷보다 많거나 적게 설정될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 지표면 조도를 할당하는 단계(S35)는, 도수분포를 구성하는 계급의 계급값에 따라 지표면 조도를 각 계급에 할당하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 지표면 조도를 할당하는 단계(S35)는, 계급값이 클수록 거칠기가 큰 지표면 조도를 할당할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 파라미터값을 산출하는 단계(S36)는, 도수분포를 구성하는 각 계급의 상대도수를 계산하는 단계, 및 지표면 조도마다 설정된 파라미터값에 상기 상대도수를 곱하여 얻은 값을 합산하는 단계를 포함할 수 있다.
앞서 도 10을 참조하여 설명한 바와 같이, 설계풍속을 계산하기 위해 필요한 파라미터 중 풍속고도분포계수(Kzr), 지형계수(Kzt), 난류강도(Iz), 풍속고도분포지수(α), 기준경도풍높이(Zg) 및 대기경계층시작높이(Zb)와 같은 파라미터는 지표면 조도마다 다른 값이 설정되어 있다. 본 발명의 일 실시예는, 대상 영역(20)의 파라미터값을 지표면 조도별로 획일적으로 결정하는 대신, 대상 영역(20) 내 다수의 지점(X)의 높이에 대한 정보를 이용하여 합리적이고 객관적인 수치를 제공할 수 있다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시예는 도수분포의 각 계급마다 지표면 조도를 할당하고, 지표면 조도별로 설정된 파라미터값에 각 계급의 상대도수를 가중치로 곱하고 이를 합산하여, 대상 영역(20)의 최종 파라미터를 산출할 수 있다.
전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 설계풍속 산정 방법(300)은 컴퓨터에서 실행되기 위한 프로그램으로 제작되어 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체에 저장될 수 있다. 상기 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 저장 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있다.
이상, 대상 영역 내 다수의 지점의 위치 정보, 표고 정보 및 건물 정보를 기반으로 산출된 데이터로 도수분포를 산출하고, 상기 도수분포를 기반으로 지표면 조도마다 설정된 파라미터값에 가중치를 적용하여 상기 대상 영역의 파라미터값을 산출하고, 상기 산출된 파라미터값을 이용하여 상기 대상 영역의 설계풍속을 산정하는 장치 및 방법이 설명되었다.
상기 설계풍속 산정 장치 및 방법에 따르면, 지표면 조도마다 획일적으로 설정된 파라미터값을 사용하는 대신, 대상 영역의 객관적인 정보를 바탕으로 해당 영역에 적합한 파라미터값 및 설계풍속을 산정할 수 있다. 또한, 설계자의 주관적인 판단에 의해 결정된 대상 영역의 지표면 조도에 의해 설계풍속이 부적절하게 계산되어, 건축물의 안전성 및 경제성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
100: 설계풍속 산정 장치
10: 통신부
111: 획득부
112: 회귀방정식 산출부
113: 지표면 높이 산출부
114: 도수분포 산출부
115: 파라미터값 산출부
116: 설계풍속 산정부
12: 저장부
13: 입력부
14: 출력부

Claims (20)

  1. 대상 영역 내 다수의 지점의 위치 정보, 표고 정보, 및 표고에 건물 높이가 반영된 전체 높이 정보를 획득하는 획득부;
    상기 위치 정보 및 상기 표고 정보를 기반으로 회귀분석을 이용하여 회귀방정식을 산출하는 회귀방정식 산출부;
    상기 회귀방정식에 상기 위치 정보를 대입하여 각 지점에 대한 지표면 높이를 산출하는 지표면 높이 산출부;
    각 지점에 대하여 계산된 전체 높이와 지표면 높이 간의 차이값에 대한 도수분포를 산출하는 도수분포 산출부;
    상기 도수분포의 계급에 지표면 조도를 할당하고, 상기 지표면 조도마다 설정된 파라미터값에 상기 도수분포를 기반으로 한 가중치를 적용하여, 상기 대상 영역의 파라미터값을 산출하는 파라미터값 산출부; 그리고
    상기 산출된 파라미터값을 이용하여 상기 대상 영역의 설계풍속을 산정하는 설계풍속 산정부;
    를 포함하는 설계풍속 산정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 획득부는:
    상기 지점이 건물에 위치하는 경우, 지면의 표고에 건물의 높이를 합산하여 해당 지점의 전체 높이로 산정하고,
    상기 지점이 지면 또는 수면에 위치하는 경우, 지면 또는 수면의 표고를 해당 지점의 전체 높이로 산정하는 설계풍속 산정 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 건물의 높이는 건물의 지상층수에 기 설정된 높이를 승산하여 산출되는 설계풍속 산정 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 회귀방정식 산출부는:
    상기 위치 정보를 독립변수로 설정하고, 상기 표고 정보를 종속변수로 설정하여, 상기 회귀방정식을 산출하는 설계풍속 산정 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 회귀방정식 산출부는:
    상기 다수의 지점 중에서 일부 지점의 위치 정보 및 표고 정보를 기반으로 상기 회귀방정식을 산출하는 설계풍속 산정 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 회귀방정식 산출부는:
    상기 다수의 지점 중에서 기 결정된 개수 또는 비율에 해당하는 지점의 위치 정보 및 표고 정보를 기반으로 상기 회귀방정식을 산출하는 설계풍속 산정 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 회귀방정식 산출부는:
    상기 다수의 지점의 표고에 대한 도수분포를 산출하고,
    상기 도수분포에서 도수가 가장 큰 계급 또는 가장 낮은 계급에 속하는 표고를 갖는 지점을 선택하고,
    상기 선택된 지점의 위치 정보 및 표고 정보를 기반으로 상기 회귀방정식을 산출하는 설계풍속 산정 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 파라미터값 산출부는:
    상기 계급의 계급값에 따라 상기 지표면 조도를 할당하는 설계풍속 산정 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 파라미터값은 풍속고도분포계수, 지형계수, 난류강도, 풍속고도분포지수, 기준경도풍높이 및 대기경계층시작높이 중 적어도 하나를 포함하는 설계풍속 산정 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 파라미터값 산출부는:
    각 계급의 상대도수를 계산하고, 상기 지표면 조도마다 설정된 파라미터값에 상기 상대도수를 곱하여 산출된 값을 합산하는 설계풍속 산정 장치.
  11. 삭제
  12. 대상 영역 내 다수의 지점의 위치 정보, 표고 정보, 및 표고에 건물 높이가 반영된 전체 높이 정보를 획득하는 단계;
    상기 위치 정보 및 상기 표고 정보를 기반으로 회귀분석을 이용하여 회귀방정식을 산출하는 단계;
    상기 회귀방정식에 상기 위치 정보를 대입하여 각 지점에 대한 지표면 높이를 산출하는 단계;
    각 지점에 대하여 계산된 전체 높이와 지표면 높이 간의 차이값에 대한 도수분포를 산출하는 단계;
    상기 도수분포의 계급에 지표면 조도를 할당하는 단계;
    상기 지표면 조도마다 설정된 파라미터값에 상기 도수분포를 기반으로 한 가중치를 적용하여, 상기 대상 영역의 파라미터값을 산출하는 단계; 그리고
    상기 산출된 파라미터값을 이용하여 상기 대상 영역의 설계풍속을 산정하는 단계;
    를 포함하는 설계풍속 산정 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 획득하는 단계는:
    상기 지점이 건물에 위치하는 경우, 지면의 표고에 건물의 높이를 합산하여 해당 지점의 전체 높이로 산정하는 단계; 그리고
    상기 지점이 지면 또는 수면에 위치하는 경우, 지면 또는 수면의 표고를 해당 지점의 전체 높이로 산정하는 단계;
    를 포함하는 설계풍속 산정 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 건물의 높이는 건물의 지상층수에 기 설정된 높이를 승산하여 산출되는 설계풍속 산정 방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 회귀방정식을 산출하는 단계는:
    상기 다수의 지점 중에서 일부 지점을 선택하는 단계; 그리고
    상기 일부 지점의 위치 정보 및 표고 정보를 기반으로 상기 회귀방정식을 산출하는 단계;
    를 포함하는 설계풍속 산정 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 다수의 지점 중에서 일부 지점을 선택하는 단계는:
    상기 다수의 지점의 표고에 대한 도수분포를 산출하는 단계; 그리고
    상기 도수분포에서 도수가 가장 큰 계급 또는 가장 낮은 계급에 속하는 표고를 갖는 지점을 선택하는 단계;
    를 포함하는 설계풍속 산정 방법.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 지표면 조도를 할당하는 단계는:
    상기 계급의 계급값에 따라 상기 지표면 조도를 할당하는 단계를 포함하는 설계풍속 산정 방법.
  18. 제 12 항에 있어서,
    상기 파라미터는 풍속고도분포계수, 지형계수, 난류강도, 풍속고도분포지수, 기준경도풍높이 및 대기경계층시작높이 중 적어도 하나를 포함하는 설계풍속 산정 방법.
  19. 제 12 항에 있어서,
    상기 대상 영역의 파라미터값을 산출하는 단계는:
    각 계급의 상대도수를 계산하는 단계; 그리고
    상기 지표면 조도마다 설정된 파라미터값에 상기 상대도수를 곱하여 산출된 값을 합산하는 단계;
    를 포함하는 설계풍속 산정 방법.
  20. 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 있어서,
    제 12 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 따른 설계풍속 산정 방법을 실행하는 프로그램이 기록된 기록매체.
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