KR101531906B1 - 레이다를 이용한 해양정보 측정 방법 - Google Patents

레이다를 이용한 해양정보 측정 방법 Download PDF

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Abstract

본 명세서는 해양측정 장치를 개시한다. 상기 해양측정 장치는 소정 시간간격으로 2 이상의 레이다 영상을 수신하는 영상수신부; 상기 레이다 영상에서 파랑의 파봉선을 추출하고, 상기 추출된 파봉선의 이동에 근거하여 특정 지점에 대한 파속 및 파장을 계산하는 파속 및 파장 계산부; 상기 계산된 특정 지점의 파속 및 파장으로부터 상기 특정 지점에 대한 수심을 계산하는 수심 계산부;를 포함할 수 있다.

Description

레이다를 이용한 해양정보 측정 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MEASURING MARITIME INFORMATION USING RADAR}
본 명세서는 레이다를 이용한 해양정보 측정 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 레이다 영상을 분석하여 파속, 파장, 수심, 파고 등의 해양정보를 측정하는 방법 및 그에 사용되는 장치에 관한 것이다.
종래에 파고 등의 해양 정보를 측정하는 장치로는 부이(Buoy)형 파고계 등이 사용되었다. 부이형 파고계는 바다 위에 띄워진 부이가 파도에 따라 움직이는 것에 의하여 파랑정보를 측정하는 것이다. 이러한 부이형 파고계는 비교적 정확하게 파고를 측정할 수 있지만, 태풍이나 해일 등에 의하여 유실되기 쉽고 유지 보수에 어려움이 있었다.
또 다르게는 수심 5~15m 깊이에 설치하고, 수심에서 지상으로 연결된 케이블을 통해 VHF 통신이나 위성 통신으로 실시간 파고 데이터를 분석센터로 송신하는 파고계도 사용되었다. 이러한 구조는 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.
한편, 최근에는 계측과 관련된 기술의 발전에 의해서 가속도 센서나 초음파 센서를 이용한 부이나 수직형의 수면변위 계측 시스템 등도 개발되었다.
본 명세서는 레이다를 이용한 해양정보 측정 방법 및 장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다. 보다 구체적으로는 레이다 영상을 분석하여 파속, 파장, 수심, 파고 등의 해양정보를 측정하는 방법 및 그에 사용되는 장치를 제공하는 것에 목적이 있다.
본 명세서의 일 실시예에 따라 해양정보 측정장치가 제공된다. 상기 장치는 소정 시간간격으로 2 이상의 레이다 영상을 수신하는 영상수신부; 상기 레이다 영상에서 파랑의 파봉선을 추출하고, 상기 추출된 파봉선의 이동에 근거하여 특정 지점에 대한 파속 및 파장을 계산하는 파속 및 파장 계산부; 상기 계산된 특정 지점의 파속 및 파장으로부터 상기 특정 지점에 대한 수심을 계산하는 수심 계산부;를 포함할 수 있다.
본 명세서의 다른 실시예에 따라 레이다 영상을 이용하여 수심 및 파고를 측정하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 소정 시간간격으로 저장된 2 이상의 레이다 영상에서 파랑의 파봉선을 추출하는 단계; 상기 추출된 파봉선의 이동에 근거하여 특정 지점에 대한 파속 및 파장을 계산하는 단계; 상기 계산된 특정 지점의 파속 및 파장으로부터 상기 특정 지점에 대한 수심을 계산하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 명세서의 실시예들은 레이다 영상, 특히 연안에 설치된 레이다로부터 획득된 영상을 분석하여 파속, 파장, 수심, 파고 등의 해양 정보를 측정할 수 있으며, 특히 바람이 잔잔한 경우에 발생하는 너울성 고파랑을 관측할 수 있는 장점이 있다. 또한, 본 명세서의 실시예들을 통해 먼 바다의 상태를 예측할 수 있으므로, 그에 대비한 계획(예컨대, 오염물 유출 방지 등)을 수립하는 데에 유용한 정보를 제공할 수 있다.
도 1은 본 명세서의 일 실시예에 따른 해양정보 측정 시스템을 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 명세서의 일 실시예에 따른 레이다 영상이다.
도 3 내지 도 4는 본 명세서의 일 실시예에 따른 레이다 영상을 이용한 해양정보 측정방법을 설명하는 도면이다.
도 5는 본 명세서의 일 실시예에 따른 해양정보 측정장치를 나타낸 블록도이다.
도 6은 본 명세서의 일 실시예에 따른 레이다 영상을 이용한 해양정보 측정방법을 나타낸 흐름도이다.
본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니됨을 유의해야 한다. 본 발명의 사상은 첨부된 도면 외에 모든 변경, 균등물 내지 대체물에 까지도 확장되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 명세서의 일 실시예에 따른 해양정보 측정 시스템을 나타낸 개념도이다.
상기 해양정보 측정 시스템은 레이다(radar) 영상으로부터 파속, 파장, 수심, 파고 등의 해양정보를 측정하기 위한 것으로서, 레이다 장치(10) 및 해양정보 측정장치(100)을 포함하여 구성된다.
상기 레이다 장치(10)는 HF, X-band 등의 주파수 대역을 사용하여 해상을 탐지하며. 일정 시간동안 설정된 시간 간격으로 촬영된 영상을 저장/송신할수 있다.
상기 해양정보 측정장치(100)는 상기 레이다 장치(10)로부터 시계열 영상, 즉 소정 시간 간격으로 촬영된 레이다 영상을 수신한다. 상기 레이다 영상의 일 예는 도 2에 도시된 바와 같다.
상기 해양정보 측정장치(100)는 수신한 레이다 영상을 분석하여 파속, 파장, 수심, 파고 등의 해양정보를 획득할 수 있다. 이하에서는 상기 해양정보 측정장치(100)의 동작방법을 설명한다.
상기 해양정보 측정장치(100)는 소정 시간간격으로 저장된 2 이상의 레이다 영상에서 파랑의 파봉선을 추출한다. 도 3a는 연속되는 3장의 레이다 영상에서 파봉선을 추출한 예시도로서, 도 3a의 가장 왼쪽 도면은, 첫 번째 영상 이미지(t=t0)에서 추출된 파봉선이고, 가운데 도면은 첫 번째와 두 번째 영상 이미지(t=t0+Δt)에서 추출된 파봉선을 나타낸 도면이며, 가장 오른쪽 도면은 첫 번째, 두 번째 그리고 세 번째 영상 이미지(t=t0+2Δt)에서 추출된 파봉선을 나타낸 도면이다.
상기 해양정보 측정장치(100)는 추출한 파랑의 파봉선으로부터 파랑의 파속 및 파장을 계산한다. 예를 들어 도 3b를 참조하여 설명하면, 상기 해양정보 측정장치(100)는 연속되는 3장의 레이다 이미지에서 추출한 파봉선의 움직임(이동)에 근거하여 특정 지점(A)의 파속 및 파장을 계산한다. 이때 상기 해양정보 측정장치(100)는 하기의 수학식 1을 통해 계산할 수 있다,
Figure 112013093894023-pat00001
여기서 상기
Figure 112013093894023-pat00002
는 특정 지점(예: 도 3b에 표기된 A 지점)의 파속이고, 상기
Figure 112013093894023-pat00003
는 2 이상의 레이다 영상 비교 결과 나타난 파봉선의 이동 거리이고, 상기
Figure 112013093894023-pat00004
는 상기 2 이상의 레이다 영상 간의 시간 간격이다. 이러한 방법으로 파속을 구하는 방법이 도 3b의 좌측 도면에 도시되어 있다.
또한 상기
Figure 112013093894023-pat00005
은 상기 특정 지점(상기 A 지점)의 파장이고, 상기
Figure 112013093894023-pat00006
은 하나의 레이다 영상에서 보이는 전방 파봉선(상기 A 지점이 속한 파봉선의 앞에 위치한 파봉선)과의 거리이고,
Figure 112013093894023-pat00007
는 상기 하나의 레이다 영상에서 후방 파봉선(상기 A 지점이 속한 파봉선의 뒤에 위치한 파봉선)과의 거리이다.
특정 지점의 파속 및 파장이 계산되면, 상기 해양정보 측정장치(100)는 계산된 특정 지점의 파속 및 파장으로부터 상기 특정 지점에 대한 수심을 계산한다. 이때 하기 수학식 2와 같은 파속분산 관계식이 사용될 수 있다.
Figure 112013093894023-pat00008
여기서 상기
Figure 112013093894023-pat00009
는 상기 특정 지점(예: A 지점)의 파속이고, 상기
Figure 112013093894023-pat00010
는 중력가속도이고, 상기
Figure 112013093894023-pat00011
은 상기 특정 지점(예: A 지점)의 파장이고, 상기
Figure 112013093894023-pat00012
는 특정 지점의 수심(예: A 지점)이다.
도 3a 및 도 3b의 예에서는, 수학식 1을 통해 A 지점의 파속과 파장을 계산하고, 그 결과를 수학식 2에 대입하여 A 지점의 수심을 구할 수 있다.
장기간 수집한 레이다 영상을 바탕으로 상기 과정을 반복하여 특정 지점의 수심을 계산하고 그 결과를 통계 처리한다면, 관측 결과의 신뢰도를 더 높일 수 있다.
이후, 상기 해양정보 측정장치(100)는 파랑 스펙트럼의 관측 및 계산을 수행할 수 있다. 파랑 스펙트럼의 관측 및 계산 방법은 도 4를 참조하여 설명한다.
상기 해양정보 측정장치(100)는 외해 관측지점인 제1 지점(도 4의 A 지점) 및 내해 관측지점인 제2 지점(도 4의 B 지점)을 지정한다. 제1 지점은 외해에서의 파랑 관측 지역에서 선택되고, 제2 지점은 내해 파랑이 쇄파하는 지역에서 선택될 수 있다. 상기 해양정보 측정장치(100)는 레이다 영상의 푸리에 변환(Fourier Transform)을 통하여 두 지점에 대한 파랑 스펙트럼(
Figure 112013093894023-pat00013
,
Figure 112013093894023-pat00014
)을 구한다.
이때 상기 해양정보 측정장치(100)는 도 1 내지 도 3에서 설명한 방법으로 제1 지점 및 제2 지점의 파속, 파장, 수심을 계산해 둘 수 있다.
상기 해양정보 측정장치(100)는 제1 지점(A 지점)에서 구한 파랑 스펙트럼
Figure 112013093894023-pat00015
값과 제2 지점(B 지점)에서 구한 파랑 스펙트럼
Figure 112013093894023-pat00016
값을 비교하여 너울성 고파랑의 발생 여부를 판단할 수 있다.
보통 풍파인 경우에는
Figure 112013093894023-pat00017
값과
Figure 112013093894023-pat00018
값은 상관관계가 높으나, 바람이 잔잔한 경우에 발생하는 너울성 고파랑의 경우는
Figure 112013093894023-pat00019
값과
Figure 112013093894023-pat00020
값의 상관관계가 높지 않다. 이와 같이
Figure 112013093894023-pat00021
값과
Figure 112013093894023-pat00022
값 사이의 상관관계가 높지 않을 경우(즉, 소정 기준 이하인 경우), 이하의 과정을 통해 제1 지점(A 지점)의 파랑 스펙트럼 값
Figure 112013093894023-pat00023
를 보정할 수 있다.
먼저 상기 해양정보 측정장치(100)는 제2 지점(B 지점)의 파고를 계산한다. 이때 제2 지점(B 지점)의 파고(
Figure 112013093894023-pat00024
)는 이 지역에서 먼저 구해둔 수심(
Figure 112013093894023-pat00025
)과 쇄파의 파장(
Figure 112013093894023-pat00026
), 그리고 쇄파 관계식으로부터 도출될 수 있다. 상기 쇄파 관계식의 일 예는 아래 수학식 3과 같다.
Figure 112013093894023-pat00027
여기서 상기
Figure 112013093894023-pat00028
는 상기 제2 지점(B 지점)의 파고이고, 상기
Figure 112013093894023-pat00029
는 상기 제2 지점(B 지점)의 파장이고, 상기
Figure 112013093894023-pat00030
는 상기 제2 지점(B 지점)의 수심이다. 상기
Figure 112013093894023-pat00031
와
Figure 112013093894023-pat00032
는 상기 수학식 1, 2를 통해 계산될 수 있다.
이때 상기 해양정보 측정장치(100)는 상기 수학식 3을 통해 계산한 제2 지점의 파고
Figure 112013093894023-pat00033
를 사용하여 레이다 영상의 파랑 스펙트럼
Figure 112013093894023-pat00034
를 보정할 수도 있다. 이러한 보정을 하는 이유는, 레이다 영상 자체는 실제 파고를 잴 수 없고 단지 해수면의 파랑 패턴만 보여주므로, 여기서 구한 파랑 스펙트럼도 가상의 값이지 실제 값이 아니며, 실제로 측정한 파고 값을 가지고 가상의 파랑 스펙트럼을 실제 파랑 스펙트럼으로 보정해 줄 필요가 있기 때문이다.
한편, 상기 해양정보 측정장치(100)는 제1 지점(A 지점)의 파랑 스펙트럼을 계산한다. 이때 제1 지점(A 지점)의 파랑 스펙트럼은 제1 지점(A 지점), 제2 지점(B 지점)에서 각각 구해둔 수심(
Figure 112013093894023-pat00035
,
Figure 112013093894023-pat00036
)과 파장(
Figure 112013093894023-pat00037
,
Figure 112013093894023-pat00038
), 그리고 천해변형 관계식으로부터 도출될 수 있다. 상기 천해변형 관계식의 일 예는 아래 수학식 4와 같다.
Figure 112013093894023-pat00039
여기서 상기
Figure 112013093894023-pat00040
는 상기 제1 지점(A 지점)의 파랑 스펙트럼이고, 상기
Figure 112013093894023-pat00041
및
Figure 112013093894023-pat00042
는 상기 제1 지점(A 지점) 및 제2 지점(B 지점)의 파장이고, 상기
Figure 112013093894023-pat00043
및
Figure 112013093894023-pat00044
는 상기 제1 지점(A 지점) 및 제2 지점(B 지점)의 파군 속도이고, 상기
Figure 112013093894023-pat00045
는 상기 제2 지점(B 지점)의 파랑 스펙트럼이다.
한편, 상기 파군 속도는 하기 수학식 5로 계산될 수 있다.
Figure 112013093894023-pat00046
여기서
Figure 112013093894023-pat00047
는 파군 속도이고, 상기
Figure 112013093894023-pat00048
는 해당 파군 속도를 구할 지점의 파속이고, 상기
Figure 112013093894023-pat00049
은 해당 파군 속도를 구할 지점의 파장이고, 상기
Figure 112013093894023-pat00050
는 해당 파군 속도를 구할 지점의 수심이다.
이상 설명과 같이 본 명세서의 해양정보 측정장치(100)는 외해, 내해의 여러 지점의 파속, 파장, 수심 및 파고를 레이다 영상으로부터 계산해 낼 수 있으며, 이를 통하여 해양 예측 및 관측 자료를 생성할 수 있고, 특히 너울성 고파랑에 대한 정확한 예측을 할 수 있다.
도 5는 본 명세서의 일 실시예에 따른 해양정보 측정장치를 나타낸 블록도이다.
상기 해양정보 측정장치(100)는 영상수신부(110), 파속 및 파장 계산부(120), 수심 계산부(130)를 포함하여 구성될 수 있다. 또한 상기 해양정보 측정장치(100)는 파랑 계산부(140)를 더 포함할 수 있다.
상기 해양정보 측정장치(100)는 도 1 내지 도 4를 통하여 설명한 파속, 파장, 수심, 파고 등의 해양정보 측정을 수행한다. 즉, 상기 해양정보 측정장치(100)는 레이다 장치로부터 시계열 영상, 즉 소정 시간 간격으로 촬영된 레이다 영상을 수신하고, 수신한 레이다 영상을 분석하여 파속, 파장, 수심, 파고 등의 해양정보를 획득할 수 있다.
상기 영상수신부(110)는 소정 시간간격으로 2 이상의 레이다 영상을 수신할 수 있다. 이때 상기 영상수신부(110)는 레이다 영상 수신을 위하여 레이다 장치와의 유/무선 인터페이스를 구비할 수 있다.
상기 파속 및 파장 계산부(120)는 상기 레이다 영상에서 파랑의 파봉선을 추출하고, 상기 추출된 파봉선의 이동에 근거하여 특정 지점에 대한 파속 및 파장을 계산할 수 있다. 이때 상기 파속 및 파장 계산부(120)는 하기 수학식을 통해 상기 특정 지점에 대한 파속 및 파장을 계산할 수 있다.
Figure 112013093894023-pat00051
여기서 상기
Figure 112013093894023-pat00052
는 상기 특정 지점의 파속이고, 상기
Figure 112013093894023-pat00053
는 상기 2 이상의 레이다 영상 간에 파봉선이 움직인 거리이고, 상기
Figure 112013093894023-pat00054
는 상기 2 이상의 레이다 영상 간의 시간 간격이다. 한편, 상기
Figure 112013093894023-pat00055
은 상기 특정 지점의 파장이고, 상기
Figure 112013093894023-pat00056
은 하나의 레이다 영상에서 전방 파봉선과의 거리이고,
Figure 112013093894023-pat00057
는 상기 하나의 레이다 영상에서 후방 파봉선과의 거리이다.
상기 수심 계산부(130)는 상기 계산된 특정 지점의 파속 및 파장으로부터 상기 특정 지점에 대한 수심을 계산할 수 있다. 이때 상기 수심 계산부(130)는 하기 파속분산 관계식을 통해 상기 특정 지점에 대한 수심을 계산할 수 있다.
Figure 112013093894023-pat00058
여기서 상기
Figure 112013093894023-pat00059
는 상기 특정 지점의 파속이고, 상기
Figure 112013093894023-pat00060
는 중력가속도이고, 상기
Figure 112013093894023-pat00061
은 상기 특정 지점의 파장이고, 상기
Figure 112013093894023-pat00062
는 특정 지점의 수심이다.
한편, 상기 파랑 계산부(140)는 파고 및 파랑 스펙트럼을 계산할 수 있다. 이때 상기 파속 및 파장 계산부(120)와 상기 수심 계산부(130)는, 외해 관측지점인 제1 지점 및 내해 관측지점인 제2 지점에 대해 파속, 파장 및 수심 계산을 수행하며, 상기 파랑 계산부(140)는 상기 제1 지점 및 상기 제2 지점의 파랑 스펙트럼을 레이다 영상의 푸리에 변환(Fourier Transform)을 통해 계산하고,
상기 제1 지점 파랑 스펙트럼 및 상기 제2 지점의 파랑 스펙트럼 간의 상관관계가 소정 기준 이하인 경우, 쇄파 관계식을 통해 상기 제2 지점의 파고를 계산하고, 상기 계산된 제2 지점의 파고 및 천해변형 관계식을 통해 상기 제1 지점의 파랑 스펙트럼을 계산할 수 있다.
이때 상기 파랑 계산부(140)는 하기 쇄파 관계식을 통해 상기 제2 지점의 파고를 계산할 수 있다.
Figure 112013093894023-pat00063
여기서 상기
Figure 112013093894023-pat00064
는 상기 제2 지점의 파고이고, 상기
Figure 112013093894023-pat00065
는 상기 제2 지점의 파장이고, 상기
Figure 112013093894023-pat00066
는 상기 제2 지점의 수심이다.
상기 파랑 계산부(140)는 상기 수학식을 통해 계산한 제2 지점의 파고
Figure 112013093894023-pat00067
를 사용하여 레이다 영상의 파랑 스펙트럼
Figure 112013093894023-pat00068
를 보정할 수도 있다. 이러한 보정을 하는 이유는, 레이다 영상 자체는 실제 파고를 잴 수 없고 단지 해수면의 파랑 패턴만 보여주므로, 여기서 구한 파랑 스펙트럼도 가상의 값이지 실제 값이 아니며, 실제로 측정한 파고 값을 가지고 가상의 파랑 스펙트럼을 실제 파랑 스펙트럼으로 보정해 줄 필요가 있기 때문이다.
또한 상기 파랑 계산부(140)는 하기 천해변형 관계식을 통해 상기 제1 지점의 파랑 스펙트럼을 계산할 수 있다.
Figure 112013093894023-pat00069
여기서 상기
Figure 112013093894023-pat00070
는 상기 제1 지점의 파랑 스펙트럼이고, 상기
Figure 112013093894023-pat00071
및
Figure 112013093894023-pat00072
는 상기 제1 지점 및 제2 지점의 파장이고, 상기
Figure 112013093894023-pat00073
및
Figure 112013093894023-pat00074
는 상기 제1 지점 및 제2 지점의 파군 속도이고, 상기
Figure 112013093894023-pat00075
는 상기 제2 지점의 파랑 스펙트럼이며,
상기 파군 속도는
Figure 112013093894023-pat00076
로부터 도출될 수 있다.
도 6은 본 명세서의 일 실시예에 따른 레이다 영상을 이용한 해양정보 측정방법을 나타낸 흐름도이다.
상기 방법은 도 1 내지 도 5에서 설명한 해양정보 측정장치(100)에 의해 수행될 수 있다. 상기 해양정보 측정장치(100)는 도 1 내지 도 4를 통하여 설명한 파속, 파장, 수심, 파고 등의 해양정보 측정을 수행한다. 즉, 상기 해양정보 측정장치(100)는 레이다 장치로부터 시계열 영상, 즉 소정 시간 간격으로 촬영된 레이다 영상을 수신하고, 수신한 레이다 영상을 분석하여 파속, 파장, 수심, 파고 등의 해양정보를 획득할 수 있다.
상기 해양정보 측정장치(100)는 소정 시간간격으로 저장된 2 이상의 레이다 영상에서 파랑의 파봉선을 추출할 수 있다(S610).
상기 해양정보 측정장치(100)는 상기 추출된 파봉선의 이동에 근거하여 특정 지점에 대한 파속 및 파장을 계산 할 수 있다(S620). 이때 상기 해양정보 측정장치(100)는 하기 수학식을 통해 상기 특정 지점에 대한 파속 및 파장을 계산할 수 있다.
Figure 112013093894023-pat00077
여기서 상기
Figure 112013093894023-pat00078
는 상기 특정 지점의 파속이고, 상기
Figure 112013093894023-pat00079
는 상기 2 이상의 레이다 영상 간에 파봉선이 움직인 거리이고, 상기
Figure 112013093894023-pat00080
는 상기 2 이상의 레이다 영상 간의 시간 간격이다. 한편, 상기
Figure 112013093894023-pat00081
은 상기 특정 지점의 파장이고, 상기
Figure 112013093894023-pat00082
은 하나의 레이다 영상에서 전방 파봉선과의 거리이고,
Figure 112013093894023-pat00083
는 상기 하나의 레이다 영상에서 후방 파봉선과의 거리이다.
상기 해양정보 측정장치(100)는 상기 계산된 특정 지점의 파속 및 파장으로부터 상기 특정 지점에 대한 수심을 계산 할 수 있다(S630). 이때 상기 해양정보 측정장치(100)는 하기 파속분산 관계식을 통해 상기 특정 지점에 대한 수심을 계산할 수 있다.
Figure 112013093894023-pat00084
여기서 상기
Figure 112013093894023-pat00085
는 상기 특정 지점의 파속이고, 상기
Figure 112013093894023-pat00086
는 중력가속도이고, 상기
Figure 112013093894023-pat00087
은 상기 특정 지점의 파장이고, 상기
Figure 112013093894023-pat00088
는 특정 지점의 수심이다.
한편, 상기 해양정보 측정장치(100)는 S610 내지 S630 단계를 외해 관측지점인 제1 지점 및 내해 관측지점인 제2 지점에 대해 수행할 수 있으며,
이 경우 상기 해양정보 측정장치(100)는 상기 제1 지점 및 상기 제2 지점의 파랑 스펙트럼을 레이다 영상의 푸리에 변환을 통해 계산하고,
상기 제1 지점 파랑 스펙트럼 및 상기 제2 지점의 파랑 스펙트럼 간의 상관관계가 소정 기준 이하인 경우,
쇄파 관계식을 통해 상기 제2 지점의 파고를 계산하는 과정, 상기 계산된 제2 지점의 파고 및 천해변형 관계식을 통해 상기 제1 지점의 파랑 스펙트럼을 계산하는 과정을 더 수행할 수 있다.
이때 상기 제2 지점의 수심을 계산하는 과정은 하기 쇄파 관계식을 통해 수행될 수 있다.
Figure 112013093894023-pat00089
여기서 상기
Figure 112013093894023-pat00090
는 상기 제2 지점의 파고이고, 상기
Figure 112013093894023-pat00091
는 상기 제2 지점의 파장이고, 상기
Figure 112013093894023-pat00092
는 상기 제2 지점의 수심이다.
이때 상기 해양정보 측정장치(100)는 상기 수학식을 통해 계산한 제2 지점의 파고
Figure 112013093894023-pat00093
를 사용하여 레이다 영상의 파랑 스펙트럼 E(B)를 보정할 수도 있다. 이러한 보정을 하는 이유는, 레이다 영상 자체는 실제 파고를 잴 수 없고 단지 해수면의 파랑 패턴만 보여주므로, 여기서 구한 파랑 스펙트럼도 가상의 값이지 실제 값이 아니며, 실제로 측정한 파고 값을 가지고 가상의 파랑 스펙트럼을 실제 파랑 스펙트럼으로 보정해 줄 필요가 있기 때문이다.
또한, 상기 제1 지점의 파랑 스펙트럼을 계산하는 과정은 하기 천해변형 관계식을 통해 수행될 수 있다.
Figure 112013093894023-pat00094
여기서 상기
Figure 112013093894023-pat00095
는 상기 제1 지점의 파랑 스펙트럼이고, 상기
Figure 112013093894023-pat00096
및
Figure 112013093894023-pat00097
는 상기 제1 지점 및 제2 지점의 파장이고, 상기
Figure 112013093894023-pat00098
및
Figure 112013093894023-pat00099
는 상기 제1 지점 및 제2 지점의 파군 속도이고, 상기
Figure 112013093894023-pat00100
는 상기 제2 지점의 파랑 스펙트럼이며,
상기 파군 속도는
Figure 112013093894023-pat00101
로부터 도출될 수 있다.
한편, 본 명세서의 방법은, 상기 도 6에서 서술한 각 단계를 수행하는 명령들을 포함하는 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체로 구현될 수도 있다. 컴퓨터로 판독 가능한 매체는 기계로 판독 가능한 저장 장치, 기계로 판독 가능한 저장 기판, 메모리 장치, 기계로 판독 가능한 전파형 신호에 영향을 미치는 물질의 조성물 혹은 이들 중 하나 이상의 조합일 수 있다.
본 명세서에서 설명하는 기능적인 동작과 주제의 구현물들은 디지털 전자 회로로 구현되거나, 본 명세서에서 개시하는 구조 및 그 구조적인 등가물들을 포함하는 컴퓨터 소프트웨어, 펌웨어 혹은 하드웨어로 구현되거나, 이들 중 하나 이상의 결합으로 구현 가능하다. 본 명세서에서 설명하는 주제의 구현물들은 하나 이상의 컴퓨터 프로그램 제품, 다시 말해 처리 시스템의 동작을 제어하기 위하여 혹은 이것에 의한 실행을 위하여 유형의 프로그램 저장매체 상에 인코딩된 컴퓨터 프로그램 명령에 관한 하나 이상의 모듈로서 구현될 수 있다.
컴퓨터 프로그램(프로그램, 소프트웨어, 소프트웨어 어플리케이션, 스크립트 혹은 코드로도 알려져 있음)은 컴파일되거나 해석된 언어나 선험적 혹은 절차적 언어를 포함하는 프로그래밍 언어의 어떠한 형태로도 작성될 수 있으며, 독립형 프로그램이나 모듈, 컴포넌트, 서브루틴 혹은 컴퓨터 환경에서 사용하기에 적합한 다른 유닛을 포함하여 어떠한 형태로도 전개될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 파일 시스템의 파일에 반드시 대응하는 것은 아니다. 프로그램은 요청된 프로그램에 제공되는 단일 파일 내에, 혹은 다중의 상호 작용하는 파일(예컨대, 하나 이상의 모듈, 하위 프로그램 혹은 코드의 일부를 저장하는 파일) 내에, 혹은 다른 프로그램이나 데이터를 보유하는 파일의 일부(예컨대, 마크업 언어 문서 내에 저장되는 하나 이상의 스크립트) 내에 저장될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 하나의 사이트에 위치하거나 복수의 사이트에 걸쳐서 분산되어 통신 네트워크에 의해 상호 접속된 다중 컴퓨터나 하나의 컴퓨터 상에서 실행되도록 전개될 수 있다.
한편, 컴퓨터 프로그램 명령어와 데이터를 저장하기에 적합한 컴퓨터로 판독 가능한 매체는, 예컨대 EPROM, EEPROM 및 플래시메모리 장치와 같은 반도체 메모리 장치, 예컨대 내부 하드디스크나 외장형 디스크와 같은 자기 디스크, 자기광학 디스크 및 CD-ROM과 DVD-ROM 디스크를 포함하여 모든 형태의 비휘발성 메모리, 매체 및 메모리 장치를 포함할 수 있다. 프로세서와 메모리는 특수 목적의 논리 회로에 의해 보충되거나, 그것에 통합될 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
100 : 해양측정 장치
110 : 영상수신부
120: 파속 및 파장 계산부;
130 : 수심 계산부
140 : 파랑 계산부

Claims (12)

  1. 소정 시간간격으로 2 이상의 레이다 영상을 수신하는 영상수신부;
    상기 레이다 영상에서 파랑의 파봉선을 추출하고, 상기 추출된 파봉선의 이동에 근거하여 특정 지점에 대한 파속 및 파장을 계산하는 파속 및 파장 계산부;
    상기 계산된 특정 지점의 파속 및 파장으로부터 상기 특정 지점에 대한 수심을 계산하는 수심 계산부;를 포함하며,
    상기 파속 및 파장 계산부는
    하기 수학식을 통해 상기 특정 지점에 대한 파속 및 파장을 계산하며,
    Figure 112015005139996-pat00102

    여기서 상기
    Figure 112015005139996-pat00103
    는 상기 특정 지점의 파속이고, 상기
    Figure 112015005139996-pat00104
    는 상기 2 이상의 레이다 영상 간에 파봉선이 움직인 거리이고, 상기
    Figure 112015005139996-pat00105
    는 상기 2 이상의 레이다 영상 간의 시간 간격이고,
    상기
    Figure 112015005139996-pat00106
    은 상기 특정 지점의 파장이고, 상기
    Figure 112015005139996-pat00107
    은 하나의 레이다 영상에서 전방 파봉선과의 거리이고,
    Figure 112015005139996-pat00108
    는 상기 하나의 레이다 영상에서 후방 파봉선과의 거리인 것을 특징으로 하는 해양측정 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 수심 계산부는
    하기 파속분산 관계식을 통해 상기 특정 지점에 대한 수심을 계산하며,
    Figure 112015005139996-pat00109

    여기서 상기
    Figure 112015005139996-pat00110
    는 상기 특정 지점의 파속이고, 상기
    Figure 112015005139996-pat00111
    는 중력가속도이고, 상기
    Figure 112015005139996-pat00112
    은 상기 특정 지점의 파장이고, 상기
    Figure 112015005139996-pat00113
    는 특정 지점의 수심인 것을 특징으로 하는 해양측정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 파속 및 파장 계산부와 상기 수심 계산부는, 외해 관측지점인 제1 지점 및 내해 관측지점인 제2 지점에 대해 파속, 파장 및 수심 계산을 수행하며,
    상기 해양측정 장치는,
    상기 제1 지점 및 상기 제2 지점의 파랑 스펙트럼을 레이다 영상의 푸리에 변환을 통해 계산하고,
    상기 제1 지점 파랑 스펙트럼 및 상기 제2 지점의 파랑 스펙트럼 간의 상관관계가 소정 기준 이하인 경우,
    쇄파 관계식을 통해 상기 제2 지점의 파고를 계산하고,
    상기 계산된 제2 지점의 파고 및 천해변형 관계식을 통해 상기 제1 지점의 파랑 스펙트럼을 계산하는 파랑 계산부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해양측정 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 파랑 계산부는
    하기 쇄파 관계식을 통해 상기 제2 지점의 파고를 계산하며,
    Figure 112013093894023-pat00114

    여기서 상기
    Figure 112013093894023-pat00115
    는 상기 제2 지점의 파고이고, 상기
    Figure 112013093894023-pat00116
    는 상기 제2 지점의 파장이고, 상기
    Figure 112013093894023-pat00117
    는 상기 제2 지점의 수심인 것을 특징으로 하는 해양측정 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 파랑 계산부는
    하기 천해변형 관계식을 통해 상기 제1 지점의 파랑 스펙트럼을 계산하며,
    Figure 112013093894023-pat00118

    여기서 상기
    Figure 112013093894023-pat00119
    는 상기 제1 지점의 파랑 스펙트럼이고, 상기
    Figure 112013093894023-pat00120
    및
    Figure 112013093894023-pat00121
    는 상기 제1 지점 및 제2 지점의 파장이고, 상기
    Figure 112013093894023-pat00122
    및
    Figure 112013093894023-pat00123
    는 상기 제1 지점 및 제2 지점의 파군 속도이고, 상기
    Figure 112013093894023-pat00124
    는 상기 제2 지점의 파랑 스펙트럼이며,
    상기 파군 속도는
    Figure 112013093894023-pat00125

    로부터 도출되는 것을 특징으로 하는 해양측정 장치,
  7. 레이다 영상을 이용하여 수심 및 파고를 측정하는 방법으로서,
    소정 시간간격으로 저장된 2 이상의 레이다 영상에서 파랑의 파봉선을 추출하는 단계;
    상기 추출된 파봉선의 이동에 근거하여 특정 지점에 대한 파속 및 파장을 계산하는 단계;
    상기 계산된 특정 지점의 파속 및 파장으로부터 상기 특정 지점에 대한 수심을 계산하는 단계;를 포함하며,
    상기 파속 및 파장을 계산하는 단계는
    하기 수학식을 통해 상기 특정 지점에 대한 파속 및 파장을 계산하는 단계이며,
    Figure 112015005139996-pat00126

    여기서 상기
    Figure 112015005139996-pat00127
    는 상기 특정 지점의 파속이고, 상기
    Figure 112015005139996-pat00128
    는 상기 2 이상의 레이다 영상 간에 파봉선이 움직인 거리이고, 상기
    Figure 112015005139996-pat00129
    는 상기 2 이상의 레이다 영상 간의 시간 간격이고,
    상기
    Figure 112015005139996-pat00130
    은 상기 특정 지점의 파장이고, 상기
    Figure 112015005139996-pat00131
    은 하나의 레이다 영상에서 전방 파봉선과의 거리이고,
    Figure 112015005139996-pat00132
    는 상기 하나의 레이다 영상에서 후방 파봉선과의 거리인 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 삭제
  9. 제7항에 있어서,
    상기 수심을 계산하는 단계는
    하기 파속분산 관계식을 통해 상기 특정 지점에 대한 수심을 계산하는 단계이며,
    Figure 112015005139996-pat00133

    여기서 상기
    Figure 112015005139996-pat00134
    는 상기 특정 지점의 파속이고, 상기
    Figure 112015005139996-pat00135
    는 중력가속도이고, 상기
    Figure 112015005139996-pat00136
    은 상기 특정 지점의 파장이고, 상기
    Figure 112015005139996-pat00137
    는 특정 지점의 수심인 것을 특징으로 하는 방법,
  10. 제7항에 있어서,
    상기 파속 및 파장을 계산하는 단계와 상기 수심을 계산하는 단계는, 외해 관측지점인 제1 지점 및 내해 관측지점인 제2 지점에 대해 수행되는 단계이며,
    상기 방법은,
    상기 제1 지점 및 상기 제2 지점의 파랑 스펙트럼을 레이다 영상의 푸리에 변환을 통해 계산하는 단계;
    상기 제1 지점 파랑 스펙트럼 및 상기 제2 지점의 파랑 스펙트럼 간의 상관관계가 소정 기준 이하인 경우,
    쇄파 관계식을 통해 상기 제2 지점의 파고를 계산하는 단계;
    상기 계산된 제2 지점의 파고 및 천해변형 관계식을 통해 상기 제1 지점의 파랑 스펙트럼을 계산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제2 지점의 수심을 계산하는 단계는
    하기 쇄파 관계식을 통해 상기 제2 지점의 파고를 계산하는 단계이며,
    Figure 112013093894023-pat00138

    여기서 상기
    Figure 112013093894023-pat00139
    는 상기 제2 지점의 파고이고, 상기
    Figure 112013093894023-pat00140
    는 상기 제2 지점의 파장이고, 상기
    Figure 112013093894023-pat00141
    는 상기 제2 지점의 수심인 것을 특징으로 하는 방법,
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제1 지점의 파랑 스펙트럼을 계산하는 단계는
    하기 천해변형 관계식을 통해 상기 제1 지점의 파랑 스펙트럼을 계산하는 단계이며,
    Figure 112013093894023-pat00142

    여기서 상기
    Figure 112013093894023-pat00143
    는 상기 제1 지점의 파랑 스펙트럼이고, 상기
    Figure 112013093894023-pat00144
    및
    Figure 112013093894023-pat00145
    는 상기 제1 지점 및 제2 지점의 파장이고, 상기
    Figure 112013093894023-pat00146
    및
    Figure 112013093894023-pat00147
    는 상기 제1 지점 및 제2 지점의 파군 속도이고, 상기
    Figure 112013093894023-pat00148
    는 상기 제2 지점의 파랑 스펙트럼이며,
    상기 파군 속도는
    Figure 112013093894023-pat00149

    로부터 도출되는 것을 특징으로 하는 방법,
KR1020130124087A 2013-10-17 2013-10-17 레이다를 이용한 해양정보 측정 방법 KR101531906B1 (ko)

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