KR101586018B1 - 지형계수를 고려한 풍하중 산출 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 지형계수를 고려하여 풍하중을 산출하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따르면, 지형이 바람에 미치는 영향을 정량적이고 합리적으로 반영하여 풍하중을 산출할 수 있다.

Description

지형계수를 고려한 풍하중 산출 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CALCULATING WIND LOAD CONSIDERING TOPOGRAPHIC FACTOR}
본 발명은 지형계수를 고려하여 풍하중을 산출하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
구조물 설계에 있어서 바람의 영향은 반드시 고려해야 할 항목 중 하나이다. 풍속 또는 풍향과 같은 바람의 특성은 주변 지형의 영향을 받을 수 있으며, 풍속이 주변 지형에 의해 빨라지는 경우 구조물의 안전을 위협할 수 있다. 따라서, 주변 지형에 따른 풍속의 변화를 고려하여 구조물 설계에 반영하는 작업이 요구된다.
지형에 의한 풍속의 변화를 고려하기 위해 설계풍속 산정 시 지형계수를 도입하고 있다. 지형계수는 평지와 같이 바람에 영향을 미치지 않는 지역에 대해서는 1.0으로 설정되지만, 산, 언덕 또는 경사지와 같이 풍속을 변화시키는 지역에 대해서는 1.0보다 큰 값이 설정된다.
지형계수는 주변 지형물에 대하여 바람이 부는 방향에 따라 지정된 풍상측 및 풍하측 경사면을 기준으로 계산된다. 하지만, 종래에는 지형계수의 산출 기준이 되는 주변 지형물이 설계자에 의해 주관적이고 임의적으로 결정되었다. 그 결과, 종래의 방식으로 산출된 지형계수는 지형이 바람에 미치는 영향을 충분히 반영하지 못하여, 풍하중이 너무 크거나 작게 계산되는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 실시예는, 지형이 바람에 미치는 영향을 정량적이고 합리적으로 반영할 수 있는 풍하중 산출 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 풍하중 산출 장치는, 구조물을 중심으로 제 1 타겟 영역 및 제 2 타겟 영역을 설정하는 타겟 영역 설정부; 상기 제 1 및 제 2 타겟 영역 내 다수의 지점에 대한 위치 정보 및 높이 정보를 획득하는 정보 획득부; 상기 위치 정보를 이용하여, 기 설정된 초기값에 상기 제 1 타겟 영역 내 각 지점과 상기 구조물 간의 수평거리를 감산하고, 상기 초기값에 상기 제 2 타겟 영역 내 각 지점과 상기 구조물 간의 수평거리를 가산하여, 각 지점에 대한 기준값을 산출하고; 상기 다수의 지점 중 타겟 지점을 선택하고, 상기 타겟 지점보다 상기 기준값이 작은 하나 이상의 지점과 상기 기준값이 큰 하나 이상의 지점을 선택하고; x축 좌표가 각 지점에 대한 기준값이고, y축 좌표가 각 지점의 높이인 2차원 좌표를 상기 선택된 지점들에 할당하고, 상기 선택된 지점들에 대한 2차원 좌표를 지나는 보간 방정식을 산출하고; 상기 방정식이 상기 선택된 지점들의 최소 x축 좌표와 최대 x축 좌표 사이에서 극대값을 갖는 경우, 상기 방정식의 극대값에 대응하는 x축 좌표를 기준값으로 갖고, 상기 극대값을 높이로 갖는 가상 지점을 정점으로 설정하고; 상기 다수의 지점 중 가장 낮은 지점을 지표면으로 설정하고; 상기 정점의 높이로부터 상기 지표면의 높이를 감산하여 상기 구조물에 가해지는 풍하중을 산출하기 위한 정점높이를 산정하는 정점높이 산정부를 포함하며, 상기 정점높이 산정부는: 상기 다수의 지점 중 상기 구조물 간의 수평거리가 짧은 순서대로 상기 타겟 지점을 선택하되, 상기 방정식이 상기 선택된 지점들의 최소 x축 좌표와 최대 x축 좌표 사이에서 극대값을 갖지 않는 경우, 해당 타겟 지점 다음으로 상기 수평거리가 긴 지점을 상기 타겟 지점으로 선택할 수 있다.
상기 제 1 타겟 영역 및 상기 제 2 타겟 영역은 상기 구조물을 중심으로 대칭될 수 있다.
상기 제 1 타겟 영역 및 상기 제 2 타겟 영역은 기 설정된 맞꼭지각을 갖는 두 개의 부채꼴 영역일 수 있다.
상기 맞꼭지각은 0 보다 크거나 같고, 180°보다 작거나 같을 수 있다.
상기 정보 획득부는: 상기 제 1 및 제 2 타겟 영역 내 다수의 지점에 대한 전자지도; 및 상기 제 1 및 제 2 타겟 영역 내 다수의 지점을 측량하여 얻은 측량 데이터; 중 적어도 하나로부터 상기 위치 정보 및 상기 높이 정보를 획득할 수 있다.
상기 정보 획득부는: 상기 제 1 및 제 2 타겟 영역에 대한 전자지도; 및 상기 제 1 및 제 2 타겟 영역에 대한 측량 데이터; 중 적어도 하나를 기반으로 보간법을 이용하여 상기 다수의 지점의 위치 정보 및 높이 정보를 획득할 수 있다.
상기 정보 획득부는: 상기 제 1 및 제 2 타겟 영역에 대한 전자지도, 및 상기 제 1 및 제 2 타겟 영역에 대한 측량 데이터 중 적어도 하나를 이용하여 상기 제 1 및 제 2 타겟 영역에 대한 수치 표고 모델을 생성하고, 상기 수치 표고 모델로부터 상기 다수의 지점의 위치 정보 및 높이 정보를 획득할 수 있다.
상기 정점높이 산정부는: 상기 다수의 지점 중 상기 타겟 지점의 기준값을 중심으로 상기 기준값의 내림차순으로 하나 이상의 지점을 선택하고, 상기 기준값의 오름차순으로 하나 이상의 지점을 선택할 수 있다.
상기 풍하중 산출 장치는 상기 정점높이를 기반으로 지형계수를 산출하는 지형계수 산출부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 풍하중 산출 방법은, 구조물을 중심으로 제 1 타겟 영역 및 제 2 타겟 영역을 설정하는 단계; 상기 제 1 및 제 2 타겟 영역 내 다수의 지점에 대한 위치 정보 및 높이 정보를 획득하는 단계; 상기 위치 정보를 이용하여, 기 설정된 초기값에 상기 제 1 타겟 영역 내 각 지점과 상기 구조물 간의 수평거리를 감산하고, 상기 초기값에 상기 제 2 타겟 영역 내 각 지점과 상기 구조물 간의 수평거리를 가산하여, 각 지점에 대한 기준값을 산출하는 단계; 상기 다수의 지점 중 타겟 지점을 선택하는 단계; 상기 타겟 지점보다 상기 기준값이 작은 하나 이상의 지점과 상기 기준값이 큰 하나 이상의 지점을 선택하는 단계; x축 좌표가 각 지점에 대한 기준값이고, y축 좌표가 각 지점의 높이인 2차원 좌표를 상기 선택된 지점들에 할당하고, 상기 선택된 지점들에 대한 2차원 좌표를 지나는 보간 방정식을 산출하는 단계; 상기 방정식이 상기 선택된 지점들의 최소 x축 좌표와 최대 x축 좌표 사이에서 극대값을 갖는 경우, 상기 방정식의 극대값에 대응하는 x축 좌표를 기준값으로 갖고, 상기 극대값을 높이로 갖는 가상 지점을 정점으로 설정하는 단계; 상기 다수의 지점 중 가장 낮은 지점을 지표면으로 설정하는 단계; 및 상기 정점의 높이로부터 상기 지표면의 높이를 감산하여 상기 구조물에 가해지는 풍하중을 산출하기 위한 정점높이를 산정하는 단계를 포함하며, 상기 타겟 지점 선택 시, 상기 다수의 지점 중 상기 구조물 간의 수평거리가 짧은 순서대로 상기 타겟 지점을 선택하되, 상기 방정식이 상기 선택된 지점들의 최소 x축 좌표와 최대 x축 좌표 사이에서 극대값을 갖지 않는 경우, 해당 타겟 지점 다음으로 상기 수평거리가 긴 지점을 상기 타겟 지점으로 선택할 수 있다.
상기 제 1 타겟 영역 및 제 2 타겟 영역을 설정하는 단계는: 상기 구조물을 중심으로 대칭되는 상기 제 1 타겟 영역 및 상기 제 2 타겟 영역을 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제 1 타겟 영역 및 제 2 타겟 영역을 설정하는 단계는: 상기 구조물을 중심으로 기 설정된 맞꼭지각을 갖는 두 개의 부채꼴 영역을 각각 상기 제 1 타겟 영역 및 상기 제 2 타겟 영역으로 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 맞꼭지각은 0보다 크거나 같고, 180°보다 작거나 같을 수 있다.
상기 위치 정보 및 높이 정보를 획득하는 단계는: 상기 제 1 및 제 2 타겟 영역 내 다수의 지점에 대한 전자지도; 및 상기 제 1 및 제 2 타겟 영역 내 다수의 지점을 측량하여 얻은 측량 데이터; 중 적어도 하나로부터 상기 위치 정보 및 상기 높이 정보를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 위치 정보 및 높이 정보를 획득하는 단계는: 상기 제 1 및 제 2 타겟 영역에 대한 전자지도, 및 상기 제 1 및 제 2 타겟 영역에 대한 측량 데이터 중 적어도 하나를 기반으로 보간법을 이용하여 상기 다수의 지점의 위치 정보 및 높이 정보를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 위치 정보 및 높이 정보를 획득하는 단계는: 상기 제 1 및 제 2 타겟 영역에 대한 전자지도, 및 상기 제 1 및 제 2 타겟 영역에 대한 측량 데이터 중 적어도 하나를 이용하여 상기 제 1 및 제 2 타겟 영역에 대한 수치 표고 모델을 생성하는 단계; 및 상기 수치 표고 모델로부터 상기 다수의 지점의 위치 정보 및 높이 정보를 획득하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 타겟 지점보다 기준값이 작은 하나 이상의 지점과 기준값이 큰 하나 이상의 지점을 선택하는 단계는: 상기 다수의 지점 중 상기 타겟 지점의 기준값을 중심으로 상기 기준값의 내림차순으로 하나 이상의 지점을 선택하고, 상기 기준값의 오름차순으로 하나 이상의 지점을 선택하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 풍하중 산출 방법은 상기 정점높이를 기반으로 지형계수를 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 풍하중 산출 방법은 컴퓨터로 실행될 수 있는 프로그램으로 구현되어, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 지형이 바람에 미치는 영향을 정량적이고 합리적으로 반영하여 풍하중을 산출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍하중 산출 장치를 나타내는 블록도다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 풍하중을 산출하기 위해 설정되는 제 1 및 제 2 타겟 영역의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 풍하중을 산출하기 위해 설정되는 제 1 및 제 2 타겟 영역의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 풍하중을 산출하기 위해 설정되는 제 1 및 제 2 타겟 영역의 또 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 5 내지 도 11는 본 발명의 일 실시예에 따라 정점을 결정하는 과정을 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 파라미터 계산 과정을 설명하기 위해 예시적으로 도시된 지형의 풍상측 및 풍하측 단면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따라 보간을 이용하여 지형의 풍상측 수평거리를 계산하는 과정을 설명하는 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따라 보간을 이용하여 지형의 풍하측 수직거리를 계산하는 과정을 설명하는 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍하중 산출 방법을 설명하는 흐름도다.
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.
본 명세서에서 사용되는 "구조물"은 건축물, 공작물, 구축물, 창호, 옥외광고물, 교량 등을 포괄하는 용어로서, 공간 상에 배치되어 바람에 의한 하중을 받는 모든 물건을 의미한다.
구조물 설계 시, 바람에 의한 설계하중을 계산하기 위해 설계풍속을 산출한다. 이에 대해, 건축구조기준(KBC) 2009에서 제시하는 설계풍속은 다음과 같은 수학식에 의해 계산될 수 있다:
Figure 112014024043631-pat00001
위 수학식에서 설계풍속을 계산하기 위해 사용되는 파라미터로서, V0는 지역별 기본풍속이며, Kzr은 풍속고도분포계수이며, Kzt는 지형의 영향을 고려하기 위한 지형계수, Iw는 구조물의 중요도계수이다.
풍속고도분포계수(Kzr)는 구조물이 위치한 지점의 지표면 조도와 그에 따른 대기경계층시작 높이(Zb), 기준경도풍높이(Zg) 및 풍속고도분포지수(α)를 고려하여 아래의 표 1과 같이 산정된다:
Figure 112014024043631-pat00002
또한, 대기경계층시작높이(Zb), 기준경도풍 높이(Zg) 및 풍속고도분포지수(α)는 지표면 조도에 따라 아래의 표 2와 같이 결정된다.
Figure 112014024043631-pat00003
건축구조기준(KBC) 2009에서 제시하고 있는 지표면 조도는 구조물이 위 치한 지점의 주변지역 지표면 상태에 따라 아래의 표 3과 같이 분류된다.
Figure 112014024043631-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 112014024043631-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 구조물이 위치하는 지역에 따라 다음과 같이 산정된다. 다만, 구조물이 등풍속선 사이에 위치한 경우에는 등풍속선 사이의 값을 보간하여 사용할 수 있다.
Figure 112014024043631-pat00006
중요도계수(Iw)는 구조물의 사용년수에 따른 안전율을 나타내는 계수로서, 구조물의 중요도를 고려하여 다음과 같이 산정된다:
Figure 112014024043631-pat00007
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍하중 산출 장치를 나타내는 블록도다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 풍하중 산출 장치(100)는 타겟 영역 설정부(111), 정보 획득부(112) 및 정점높이 산정부(113)를 포함할 수 있다.
상기 타겟 영역 설정부(111)는 구조물을 중심으로 제 1 타겟 영역 및 제 2 타겟 영역을 설정할 수 있다.
상기 정보 획득부(112)는 상기 제 1 및 제 2 타겟 영역 내 다수의 지점에 대한 위치 정보 및 높이 정보를 획득할 수 있다.
상기 정점높이 산정부(113)는 상기 위치 정보를 이용하여, 기 설정된 초기값에 상기 제 1 타겟 영역 내 각 지점과 상기 구조물 간의 수평거리를 감산하고, 상기 초기값에 상기 제 2 타겟 영역 내 각 지점과 상기 구조물 간의 수평거리를 가산하여, 각 지점에 대한 기준값을 산출할 수 있다.
그러고 나서, 상기 정점높이 산정부(113)는 상기 다수의 지점 중 타겟 지점을 선택할 수 있다. 그리고, 상기 정점높이 산정부(113)는 상기 타겟 지점보다 기준값이 작은 하나 이상의 지점과 기준값이 큰 하나 이상의 지점을 선택할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 정점높이 산정부(113)는 상기 다수의 지점 중 상기 타겟 지점의 기준값을 중심으로 상기 기준값의 내림차순으로 하나 이상의 지점을 선택하고, 상기 기준값의 오름차순으로 하나 이상의 지점을 선택할 수 있다.
그 뒤, 상기 정점높이 산정부(113)는, x축 좌표는 각 지점에 대한 기준값이고, y축 좌표는 각 지점의 높이인 2차원 좌표를 상기 선택된 지점들에 할당하고, 상기 선택된 지점들에 대한 2차원 좌표를 지나는 보간 방정식을 산출할 수 있다.
그러고 나서, 상기 정점높이 산정부(113)는 상기 방정식이 상기 선택된 지점들의 최소 x축 좌표와 최대 x축 좌표 사이에서 극대값을 갖는 경우, 상기 방정식의 극대값에 대응하는 x축 좌표를 기준값으로 갖고, 상기 극대값을 높이로 갖는 가상 지점을 정점으로 설정할 수 있다.
또한, 상기 정점높이 산정부(113)는 상기 다수의 지점 중 가장 낮은 지점을 지표면으로 설정할 수 있다.
그리고, 상기 정점높이 산정부(113)는 상기 정점의 높이로부터 상기 지표면의 높이를 감산하여 상기 구조물에 가해지는 풍하중을 산출하기 위한 정점높이를 산정할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 풍하중을 산출하기 위해 설정되는 제 1 및 제 2 타겟 영역의 일 예를 나타내는 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 타겟 영역 설정부(111)는 구조물(31)을 중심으로 제 1 타겟 영역(211) 및 제 2 타겟 영역(212)이 대칭되도록 타겟 영역을 설정할 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 타겟 영역(211, 212)은 기 설정된 형상과 크기를 가질 수 있다.
일 예로, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 타겟 영역 설정부(111)는 구조물(31)을 지나는 직선을 타겟 영역으로 설정하되, 상기 구조물(31)을 중심으로 일측에 위치한 직선은 제 1 타겟 영역(211)으로, 타측에 위치한 직선은 제 2 타겟 영역(212)으로 설정할 수 있다.
여기서, 상기 제 1 타겟 영역(211) 및 상기 제 2 타겟 영역(212) 각각의 길이는 상기 구조물(31)의 높이의 40 배와 3 km 중 작은 값일 수 있으나, 타겟 영역의 길이는 이에 제한되지 않는다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 풍하중을 산출하기 위해 설정되는 제 1 및 제 2 타겟 영역(211, 212)의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 타겟 영역 설정부(111)는 구조물(31)을 중심으로 서로 마주보는 두 개의 영역을 제 1 및 제 2 타겟 영역(211, 212)으로 설정할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제 1 및 제 2 타겟 영역(211, 212)은 기 설정된 반경 및 맞꼭지각을 갖는 부채꼴 형상을 가질 수 있다.
여기서, 상기 제 1 및 제 2 타겟 영역(211, 212)의 반경은 상기 구조물(31)의 높이의 40 배와 3 km 중 작은 값일 수 있으나 이에 제한되지 않으며, 맞꼭지각은 0보다 크거나 같고, 180°보다 작거나 같을 수 있다.
또한, 도 3에서 상기 제 1 및 제 2 타겟 영역(211, 212)은 부채꼴 형상으로 도시되었으나, 상기 제 1 및 제 2 타겟 영역(211, 212)이 구조물(31)을 중심으로 대칭되는 한 그 형상은 제한되지 않는다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 풍하중을 산출하기 위해 설정되는 제 1 및 제 2 타겟 영역(211, 212)의 또 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 타겟 영역 설정부(111)는 구조물(31)을 중심으로 기 설정된 형상과 크기를 갖는 영역을 타겟 영역으로 설정하되, 상기 타겟 영역을 반분하여 일 반부는 제 1 타겟 영역(211)으로 설정하고, 타 반부는 제 2 타겟 영역(212)으로 설정할 수 있다.
도 4에서 상기 타겟 영역은 원형으로 설정되었으나, 타겟 영역의 형상은 이에 제한되지 않고 임의의 형상, 예컨대 다각형, 타원형 등으로 설정될 수도 있다.
타겟 영역이 원형으로 설정되는 경우, 상기 타겟 영역의 반경은 상기 구조물(31)의 높이의 40 배와 3 km 중 작은 값일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
상기 정보 획득부(112)는 제 1 및 제 2 타겟 영역(211, 212) 내 다수의 지점(X)에 대한 위치 정보 및 높이 정보를 획득할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 정보 획득부(112)는 상기 다수의 지점(X)에 대한 전자지도(digital map), 및 상기 다수의 지점(X)을 측량하여 얻은 측량 데이터 중 적어도 하나로부터 지점의 위치 정보 및 높이 정보를 획득할 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 풍하중 산출 장치(100)는 저장부(12)를 더 포함할 수 있다. 상기 저장부(12)는 상기 다수의 지점(X)에 대한 위치 정보 및 높이 정보를 저장할 수 있다. 이 경우, 상기 정보 획득부(112)는 상기 저장부(12)에 저장된 정보를 불러와 상기 다수의 지점(X)의 위치 정보 및 높이 정보를 획득할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 풍하중 산출 장치(100)는 통신부(10)를 더 포함할 수 있다. 상기 통신부(10)는 상기 다수의 지점(X)에 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(112)는 상기 서버(200)로부터 상기 다수의 지점(X)에 대한 높이 정보를 획득할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 풍하중 산출 장치(100)는 입력부(13)를 더 포함할 수 있으며, 상기 다수의 지점(X)의 위치 정보 및 높이 정보는 상기 입력부(13)를 통해 사용자로부터 입력받을 수도 있다.
전술한 바와 같이, 상기 정보 획득부(112)는 전자지도 및 측량 데이터 중 적어도 하나로부터 상기 다수의 지점(X)의 높이 정보를 획득할 수 있으나, 실시예에 따라 전자지도 및 측량 데이터 중 적어도 하나를 기반으로 보간법을 이용하여 상기 다수의 지점(X)의 높이 정보를 획득할 수도 있다.
예를 들어, 상기 정보 획득부(112)는 상기 제 1 및 제 2 타겟 영역(211, 212)에 대한 전자지도, 및 상기 제 1 및 제 2 타겟 영역(211, 212)을 측량하여 얻은 측량 데이터 중 적어도 하나를 기반으로 보간법을 이용하여, 상기 다수의 지점(X)의 위치 정보 및 높이 정보를 획득할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 정보 획득부(112)는 제 1 및 제 2 타겟 영역(211, 212)의 수치 표고 모델(DEM)로부터 상기 다수의 지점(X)의 위치 정보 및 높이 정보를 획득할 수도 있다.
예를 들어, 상기 정보 획득부(112)는 일차적으로 상기 제 1 및 제 2 타겟 영역(211, 212) 내 다수의 샘플 지점의 위치 정보 및 높이 정보를 획득한 뒤, 획득한 정보를 기반으로 제 1 및 제 2 타겟 영역(211, 212)에 대한 수치 표고 모델을 생성할 수 있다. 그러고 나서, 상기 정보 획득부(112)는 상기 수치 표고 모델로부터 상기 다수의 지점(X)의 위치 정보 및 높이 정보를 획득할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 다수의 지점(X)은 제 1 및 제 2 타겟 영역(211, 212) 내에 동일한 간격마다 위치할 수 있으나, 실시예에 따라 상기 다수의 지점(X)은 상이한 간격으로 배치될 수도 있다. 다시 말해, 상기 다수의 지점(X)은 제 1 및 제 2 타겟 영역(211, 212) 내에서 균일 또는 불균일하게 분포할 수 있다.
상기 정점높이 산정부(113)는 상기 다수의 지점(X)의 위치 정보를 이용하여, 기 설정된 초기값에 상기 제 1 타겟 영역(211) 내 각 지점과 상기 구조물(31) 간의 수평거리를 감산하고, 상기 초기값에 상기 제 2 타겟 영역(212) 내 각 지점과 상기 구조물(31) 간의 수평거리를 가산하여, 각 지점에 대한 기준값을 산출할 수 있다. 여기서, 상기 초기값은 양수 또는 음수로 설정될 수 있으나, 이에 제한되지 않고 0으로도 설정될 수도 있다.
다시 말해, 상기 제 1 타겟 영역(211) 내 지점의 기준값은 상기 초기값에 해당 지점의 수평거리를 감산한 값이며, 상기 제 2 타겟 영역(212) 내 지점의 기준값은 상기 초기값에 해당 지점의 수평거리를 가산한 값일 수 있다.
그러고 나서, 상기 정점높이 산정부(113)는 상기 다수의 지점(X) 중 타겟 지점을 선택할 수 있다. 그리고, 상기 정점높이 산정부(113)는 상기 타겟 지점보다 상기 기준값이 작은 하나 이상의 지점과, 상기 기준값이 큰 하나 이상의 지점을 선택할 수 있다.
그 뒤, 상기 정점높이 산정부(113)는 x축 좌표가 각 지점에 대한 기준값이고, y축 좌표가 각 지점의 높이인 2차원 좌표 (x, y)를 상기 선택된 지점들에 할당하고, 상기 선택된 지점들에 대한 2차원 좌표를 지나는 보간 방정식을 산출할 수 있다. 여기서, 상기 선택된 지점들의 개수가 n이면, 상기 선택된 지점들을 지나는 보간 방정식은 n-1차 다항식이 된다.
그러고 나서, 상기 정점높이 산정부(113)는 상기 방정식이 상기 선택된 지점들의 최소 x축 좌표와 최대 x축 좌표 사이에서 극대값을 갖는 경우, 상기 방정식의 극대값에 대응하는 x축 좌표를 기준값으로 갖고, 상기 극대값을 높이로 갖는, 가상 지점을 정점으로 설정할 수 있다.
도 5 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라 정점을 결정하는 과정을 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
먼저, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 정점높이 산정부(113)는 상기 제 1 및 제 2 타겟 영역(211, 212) 내 다수의 지점들 중 타겟 지점(*)을 선택할 수 있다. 그리고, 상기 정점높이 산정부(113)는 상기 타겟 지점(*)보다 상기 기준값이 작은 하나 이상의 지점 P1과, 상기 기준값이 큰 하나 이상의 지점 P2를 선택할 수 있다.
여기서, 상기 기준값이 작은 지점 P1은 상기 다수의 지점(X) 중 상기 타겟 지점(*) 다음으로 기준값이 작은 지점일 수 있으며, 상기 기준값이 큰 지점 P2은 상기 다수의 지점(X) 중 상기 타겟 지점(*) 다음으로 기준값이 큰 지점일 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 정점높이 산정부(113)는 정점 결정시 타겟 영역 내 지점들(X) 뿐만 아니라 구조물(31)이 위치하는 지점 P0까지도 고려할 수 있다.
그리고, 상기 정점높이 산정부(113)는 상기 선택된 지점들 P0, P1, P2에 각 지점에 대한 기준값을 x축 좌표로 할당하고, 각 지점의 높이를 y축 좌표로 할당하고, 상기 선택된 지점들 P0, P1, P2에 대한 2차원 좌표 P0(x0, y0), P1(x1, y1), P2(x2, y2)를 지나는 보간 방정식을 산출할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이 총 세 개의 지점 P0, P1, P2이 선택되는 경우, 이들의 2차원 좌표를 지나는 보간 방정식은 2차 다항식이 된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 보간 방정식이 상기 선택된 지점들 P0, P1, P2의 최소 x축 좌표(도 5에서는 x1)와 최대 x축 좌표(도 5에서는 x2) 사이에서 극대값을 갖는 경우, 상기 정점높이 산정부(113)는 상기 방정식의 극대값에 대응하는 x축 좌표를 기준값으로 갖고, 상기 극대값을 높이로 갖는 가상 지점을 정점으로 설정할 수 있다.
예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이 2차원 좌표 (x, y)가 할당된 지점들 P0, P1, P2를 지나는 보간 방정식은 x2와 x1 사이의 구간에서 극대값을 가지므로, 상기 정점높이 산정부(113)는 상기 보간 방정식의 극대값에 대응하는 x축 좌표를 기준값으로 갖고, 상기 극대값을 높이로 갖는 가상 지점을 정점으로 설정할 수 있다.
그러나, 상기 방정식이 상기 선택된 지점들 P0, P1, P2의 최소 x축 좌표인 x1과 최대 x축 좌표인 x2 사이에서 극대값을 갖지 않는 경우, 상기 정점높이 산정부(113)는 다수의 지점(X) 중 해당 타겟 지점(*)인 P0 다음으로 수평거리가 긴 지점을 다음 타겟 지점(*)으로 선택하고, 상기 타겟 지점(*)보다 기준값이 작은 하나 이상의 지점과 기준값이 큰 하나 이상의 지점을 선택하여 전술한 과정을 반복할 수 있다.
예를 들어, 도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 방정식이 상기 선택된 지점들 P0, P1, P2의 최소 x축 좌표인 x1과 최대 x축 좌표인 x2 사이에서 극대값을 갖지 않는 경우, 상기 정점높이 산정부(113) 도 10에 도시된 바와 같이 상기 타겟 지점(*)인 P0 다음으로 수평거리가 긴 지점 P1을 다음 타겟 지점(*)으로 선택하고, 상기 타겟 지점(*)인 P1보다 기준값이 작은 지점 P3와 기준값이 큰 지점 P0를 선택할 수 있다.
그러고 나서, 상기 정점높이 산정부(113)는 선택된 지점들 P0, P1, P3에 2차원 좌표 (x, y)를 할당하고, 보간 방정식을 구하고, 상기 방정식이 최소 x축 좌표와 최대 x축 좌표 사이의 구간에서 극대값을 갖는지 판별하여, 정점 결정 과정을 수행할 수 있다.
마찬가지로, 상기 정점높이 산정부(113)는 타겟 지점(*)인 P1에 대한 정점 결정 과정을 수행한 결과 상기 방정식이 최소 x축 좌표와 최대 x축 좌표 사이의 구간에서 극대값을 갖지 않으면, 도 11에 도시된 바와 같이 다수의 지점(X) 중 상기 타겟 지점(*)인 P1 다음으로 수평거리가 긴 지점 P2를 다음 타겟 지점(*)으로 선택하고, 상기 타겟 지점(*)인 P2보다 기준값이 작은 지점 P0와 기준값이 큰 지점 P4를 선택하여 전술한 과정을 반복할 수 있다.
이와 같이, 상기 정점높이 산정부(113)는 다수의 지점(X) 중 수평거리가 짧은 순서대로 타겟 지점(*)을 선택하고, 상기 타겟 지점(*)을 중심으로 기준값이 작은 지점과 기준값이 큰 지점을 선택하여, 정점 결정 과정을 수행할 수 있다.
또한, 상기 정점높이 산정부(113)는 상기 다수의 지점(X) 중 가장 낮은 지점을 지표면으로 결정할 수 있다.
그러고 나서, 상기 정점높이 산정부(113)는 상기 정점의 높이로부터 상기 지표면의 높이를 감산하여, 상기 구조물(31)에 가해지는 풍하중을 산출하기 위해 사용되는 정점높이(H)를 산정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 정점높이 산정부(113)는 상기 산정된 정점높이(H)를 이용하여 풍하중을 산출하기 위한 다른 파라미터를 더 산정할 수 있다.
예를 들어, 상기 정점높이 산정부(113)는 풍하중을 산출하기 위한 파라미터로 풍상측 수평거리(Lu), 풍하측 수직거리(Hd) 및 구조물 정점 수평거리(X) 중 적어도 하나를 더 산정할 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 파라미터 계산 과정을 설명하기 위해 예시적으로 도시된 지형의 풍상측 및 풍하측 단면이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 정점높이 산정부(113)는 상기 정점의 높이와 상기 풍상측 경사면 상에 위치한 지점들 각각의 높이의 차를 계산할 수 있다. 예를 들어, 도 12를 참조하면, 상기 정점높이 산정부(113)는 정점(지점 9)과 풍상측 경사면 상에 위치한 지점들(지점 1 내지 지점 8) 각각 간의 높이 차(h9 - h1, h9 - h2, h9 - h3, h9 - h4, h9 - h5, h9 - h6, h9 - h7, h9 - h8)를 계산할 수 있다.
그러고 나서, 상기 정점높이 산정부(113)는 상기 계산된 높이 차가 정점의 높이와 지표면의 높이의 차(즉, 정점높이(H))의 절반에 가장 가까운 지점을 결정할 수 있다. 도 12를 참조하면, 정점(지점 9)과의 높이 차가 정점높이의 절반(H/2)에 가장 가까운 지점은 지점 6에 해당한다.
그러고 나서, 상기 정점높이 산정부(113)는 상기 결정된 지점과 정점 간의 수평거리를 계산하여 풍상측 수평거리(Lu)를 산정할 수 있다. 예를 들어, 도 12를참조하면, 상기 정점높이 산정부(113)는 지점 6과 정점인 지점 9 간의 수평거리를 계산하여 풍상측 수평거리(Lu)를 산정할 수 있다.
일 실시예에 따라 상기 지점들이 동일한 간격만큼 이격되어 위치하는 경우, 상기 간격의 배수를 계산하여 풍상측 수평거리(Lu)를 산정할 수 있다. 예를 들어, 도 2에서 지점들 간의 간격이 10 m로 설정된 경우, 상기 정점높이 산정부(113)는 10 × (9 - 6) = 30 m를 풍상측 수평거리(Lu)로 산정할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 정점높이 산정부(113)는 보간을 이용하여 높이 차가 H/2에 해당하는 지점을 결정할 수 있다.
이 실시예에 따르면, 상기 정점높이 산정부(113)는 정점의 높이와 풍상측 경사면 상에 위치한 지점들 각각의 높이의 차를 계산할 수 있다. 그러고 나서, 상기 정점높이 산정부(113)는 상기 높이 차가 정점의 높이와 지표면의 높이의 차의 절반(H/2)에 가장 가까운 제 1 지점 및 두 번째로 가까운 제 2 지점을 결정할 수 있다. 예를 들어, 도 12를 참조하면, 높이 차가 H/2에 가장 가까운 제 1 지점은 지점 6이고, 두 번째로 가까운 제 2 지점은 지점 7에 해당한다.
그러고 나서, 상기 정점높이 산정부(113)는 상기 제 1 지점 및 상기 제 2 지점으로부터 보간을 이용하여, 상기 정점과의 높이 차가 정점의 높이와 지표면의 높이의 차의 절반(H/2)에 해당하는 지점을 산정할 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따라 보간을 이용하여 지형의 풍상측 수평거리를 계산하는 과정을 설명하는 도면이다.
도 13에 도시된 바와 같이, 상기 정점높이 산정부(113)는 제 1 지점(지점 6) 및 제 2 지점(지점 7)으로부터 보간을 이용하여 정점(지점 9)과의 높이 차가 H/2에 해당하는 지점(65)을 산정할 수 있다. 예를 들어, 제 1 지점(지점 6)의 높이가 22 m이고, 제 2 지점(지점 7)의 높이가 29 m이고, 정점(지점 9)의 높이가 40 m이고, 지표면(지점 2)의 높이가 10 m이고, 제 1 지점(지점 6)과 제 2 지점(지점 7) 간의 수평거리가 10 m인 경우, 정점(지점 9)과의 높이 차가 H/2 = (h9 - h2)/2 = 15 m에 해당하는 지점(65)의 높이는 25 m이다. 일 실시예로 1차 함수를 사용하여 선형보간을 수행하는 경우, 지점(65)와 지점 7 간의 수평거리는 10 X (h7 - h65)/(h7 - h6) = 10 X (29 - 25)/(29 - 22) ≒ 5.7 m로 계산된다.
그러고 나서, 상기 정점높이 산정부(113)는 상기 지점(65)과 정점(지점 9) 간의 수평거리를 계산하여 상기 풍상측 수평거리(Lu)를 산정할 수 있다. 예를 들어, 상기 지점(65)과 지점 7 간의 수평거리가 5.7 m이고, 지점 7과 지점 9 간의 수평거리가 10 X (9 - 7) = 20 m이므로, 상기 정점높이 산정부(113)는 25.7 m를 상기 지형의 풍상측 수평거리(Lu)로 산정할 수 있다.
전술한 바와 같이, 상기 정점높이 산정부(113)는 다수의 지점의 위치 정보 및 높이 정보 중 적어도 하나를 사용하여 지형의 풍상측 수평거리(Lu)를 산정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 정점높이 산정부(113)는 상기 위치 정보 및 상기 높이 정보 중 적어도 하나를 사용하여 지형의 풍하측 수직거리(Hd)를 산정할 수도 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 정점높이 산정부(113)는 정점과 풍하측 경사면 상에 위치한 지점들 각각 사이의 직선거리를 계산할 수 있다. 예를 들어, 도 12를 참조하면, 상기 정점높이 산정부(113)는 정점(지점 9)과 풍하측 경사면 상에 위치한 지점들(지점 10 내지 지점 21) 각각 사이의 직선거리 L을 계산할 수 있다.
그러고 나서, 상기 정점높이 산정부(113)는 상기 직선거리가 정점의 높이와 지표면의 높이의 차의 다섯 배(5H)에 가장 가까운 지점을 결정할 수 있다. 도 12를 참조하면, 정점(지점 9)과의 직선거리가 정점높이의 다섯 배(5H)에 가장 가까운 지점은 지점 21에 해당한다.
그러고 나서, 상기 정점높이 산정부(113)는 상기 결정된 지점의 높이와 상기 정점의 높이의 차를 계산하여 풍하측 수직거리(Hd)를 산정할 수 있다. 도 12를 참조하면, 상기 정점높이 산정부(113)는 지점 21과 정점(지점 9) 간의 높이 차를 구하여 풍하측 수직거리(Hd)를 산정할 수 있다. 예를 들어, 지점 21의 높이가 11 m인 경우, 상기 정점높이 산정부(113)는 h9 - h21 = 40 - 11 = 29 m를 풍하측 수직거리(Hd)로 산정할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 정점높이 산정부(113)는 보간을 이용하여 직선거리가 5H에 해당하는 지점을 결정할 수 있다.
이 실시예에 따르면, 상기 정점높이 산정부(113)는 정점과 풍하측 경사면 상에 위치한 지점들 각각 사이의 직선거리 L를 계산할 수 있다. 그러고 나서, 상기 직선거리가 정점의 높이와 지표면의 높이의 차의 다섯 배(5H)에 가장 가까운 제 1 지점 및 두 번째로 가까운 제 2 지점을 결정할 수 있다. 예를 들어, 도 12를 참조하면, 직선거리가 5H에 가장 가까운 제 1 지점은 지점 21이고, 두 번째로 가까운 제 2 지점은 지점 20에 해당한다.
그러고 나서, 상기 정점높이 산정부(113)는 상기 제 1 지점 및 상기 제 2 지점으로부터 보간을 이용하여, 상기 정점과의 직선거리 L가 정점의 높이와 지표면의 높이의 차의 다섯 배(5H)에 해당하는 지점을 산정할 수 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따라 보간을 이용하여 지형의 풍하측 수직거리를 계산하는 과정을 설명하는 도면이다.
도 14에 도시된 바와 같이, 상기 정점높이 산정부(113)는 제 1 지점(지점 21) 및 제 2 지점(지점 20)으로부터 보간을 이용하여 정점(지점 9)과의 직선거리가 5H에 해당하는 지점(205)을 산정할 수 있다. 예를 들어, 제 1 지점(지점 21)의 높이가 11 m이고, 제 2 지점(지점 20)의 높이가 13 m이고, 정점(지점 9)의 높이가 40 m이고, 지표면(지점 2)의 높이가 10 m이고, 제 1 지점(지점 21)과 제 2 지점(지점 20) 간의 수평거리가 10 m이고, 정점(지점 9)과 제 1 지점(지점 21) 간의 직선거리 L21가 152 m이고, 정점(지점 9)과 제 2 지점(지점 20) 간의 직선거리 L20가 146 m인 경우, 상기 정점높이 산정부(113)는 다음과 같이 지점 20과 지점(205) 간의 높이 차 h를 구할 수 있다:
h = (L205 - L20)/(L21 - L20) × (h20 - h21) = (150 - 146)/(152 - 146) × (13 - 11) ≒ 1.3 m
그러고 나서, 상기 정점높이 산정부(113)는 상기 지점(205)과 정점(지점 9) 간의 수직거리를 계산하여 상기 풍하측 수직거리(Hd)를 산정할 수 있다. 예를 들어, 전술한 바와 같이 상기 지점 20과 지점 205 간의 수직거리가 1.3 m이고, 지점 9와 지점 20 간의 수직거리가 h9 - h20 = 40 - 13 = 27 m 이므로, 상기 정점높이 산정부(113)는 28.3 m를 상기 지형의 풍하측 수직거리(Hd)로 산정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 정점높이 산정부(113)는 정점과 구조물에 가장 가까운 지점 간의 수평거리를 계산하여 구조물 정점 수평거리(X)를 산정할 수 있다. 예를 들어, 도 12에서 구조물에 가장 가까운 지점이 지점 18인 경우, 상기 정점높이 산정부(113)는 10 × (18 - 9) = 90 m를 구조물 정점 수평거리(X)로 산정할 수 있다. 실시예에 따라, 상기 구조물이 두 지점 사이에 위치하는 경우, 상기 정점높이 산정부(113)는 상기 두 지점으로부터 보간을 이용하여 구조물 정점 수평거리(X)를 산정할 수도 있다.
다시 도 1을 참조하면, 상기 풍하중 산출 장치(100)는 지형계수 산출부(114)를 더 포함할 수 있다.
상기 지형계수 산출부(114)는 상기 산정된 파라미터를 기반으로 지형계수를 산출할 수 있다. 상기 지형계수 산출부(114)는 상기 산정된 H, Lu, Hd, x와 설계풍속을 계산할 지표면으로부터의 높이 z를 전술한 수학식 2에 대입시켜 지형계수를 계산할 수 있다.
전술한 타겟 영역 설정부(111), 정보 획득부(112), 정점높이 산정부(113) 및 지형계수 산출부(114)는 풍하중을 산출하는 프로그램을 실행하여 풍하중 산출 작업을 수행하는 프로세서, 예컨대 CPU로 구성될 수 있다. 또한, 상기 프로그램은 저장부(12)에 저장되어 있을 수 있고, 상기 풍하중 산출 장치(100)는 상기 저장부(12)로부터 상기 프로그램을 불러와 실행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 풍하중 산출 장치(100)는 출력부(14)를 더 포함할 수 있다. 상기 출력부(14)는 본 발명의 일 실시예에 따라 산출된 파라미터 또는 풍하중을 출력하여 사용자에게 제공할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 출력부(14)는 소정의 정보를 시각적으로 표시하는 디스플레이, 예컨대 LCD, PDP를 포함할 수 있다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍하중 산출 방법을 설명하는 흐름도다.
도 15에 도시된 바와 같이, 상기 풍하중 산출 방법(300)은, 구조물(31)을 중심으로 제 1 타겟 영역(211) 및 제 2 타겟 영역(212)을 설정하는 단계(S310), 상기 제 1 및 제 2 타겟 영역(211, 212) 내 다수의 지점(X)에 대한 위치 정보 및 높이 정보를 획득하는 단계(S320), 상기 위치 정보를 이용하여, 기 설정된 초기값에 상기 제 1 타겟 영역(211) 내 각 지점과 상기 구조물(31) 간의 수평거리를 감산하고, 상기 초기값에 상기 제 2 타겟 영역(212) 내 각 지점과 상기 구조물(31) 간의 수평거리를 가산하여, 각 지점에 대한 기준값을 산출하는 단계(S330), 상기 다수의 지점(X) 중 타겟 지점(*)을 선택하는 단계(S340), 상기 타겟 지점(*)보다 상기 기준값이 작은 하나 이상의 지점과 상기 기준값이 큰 하나 이상의 지점을 선택하는 단계(S350), x축 좌표가 각 지점에 대한 기준값이고, y축 좌표가 각 지점의 높이인 2차원 좌표 (x, y)를 상기 선택된 지점들에 할당하고, 상기 선택된 지점들 P0, P1, P2에 대한 2차원 좌표를 지나는 보간 방정식을 산출하는 단계(S360), 상기 방정식이 상기 선택된 지점들 P0, P1, P2의 최소 x축 좌표와 최대 x축 좌표 사이에서 극대값을 갖는 경우(S370에서 예), 상기 방정식의 극대값에 대응하는 x축 좌표를 기준값으로 갖고, 상기 극대값을 높이로 갖는 가상 지점을 정점으로 설정하는 단계(S380), 상기 다수의 지점(X) 중 가장 낮은 지점을 지표면으로 설정하는 단계(S390), 및 상기 정점의 높이로부터 상기 지표면의 높이를 감산하여 상기 구조물(31)에 가해지는 풍하중을 산출하기 위한 정점높이(H)를 산정하는 단계(S400)를 포함할 수 있다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍하중 산출 방법(300)은, 타겟 지점(*) 선택 시, 상기 다수의 지점(X) 중 수평거리가 짧은 순서대로 상기 타겟 지점(*)을 선택하되, 상기 방정식이 상기 선택된 지점들의 최소 x축 좌표와 최대 x축 좌표 사이에서 극대값을 갖지 않는 경우(S370에서 아니오), 해당 타겟 지점(*) 다음으로 수평거리가 긴 지점을 상기 타겟 지점(*)으로 선택(S410)하여 정점 설정 과정을 반복할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제 1 타겟 영역 및 제 2 타겟 영역을 설정하는 단계(S310)는, 상기 구조물(31)을 중심으로 대칭되는 제 1 타겟 영역(211) 및 제 2 타겟 영역(212)을 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제 1 타겟 영역 및 제 2 타겟 영역을 설정하는 단계(S310)는 상기 구조물(31)을 중심으로 기 설정된 맞꼭지각을 갖는 두 개의 부채꼴 영역을 각각 상기 제 1 타겟 영역(211) 및 상기 제 2 타겟 영역(212)으로 설정하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 맞꼭지각은 0보다 크거나 같고, 180°보다 작거나 같을 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 위치 정보 및 높이 정보를 획득하는 단계(S320)는, 상기 제 1 및 제 2 타겟 영역(211, 212) 내 다수의 지점(X)에 대한 전자지도, 및 상기 제 1 및 제 2 타겟 영역(211, 212) 내 다수의 지점(X)을 측량하여 얻은 측량 데이터 중 적어도 하나로부터 상기 위치 정보 및 높이 정보를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 상기 위치 정보 및 높이 정보를 획득하는 단계(S320)는, 상기 제 1 및 제 2 타겟 영역(211, 212)에 대한 전자지도, 및 상기 제 1 및 제 2 타겟 영역(211, 212)에 대한 측량 데이터 중 적어도 하나를 기반으로 보간법을 이용하여, 상기 다수의 지점(X)의 위치 정보 및 높이 정보를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 위치 정보 및 높이 정보를 획득하는 단계(S320)는, 상기 제 1 및 제 2 타겟 영역(211, 212)에 대한 전자지도, 및 상기 제 1 및 제 2 타겟 영역(211, 212)에 대한 측량 데이터 중 적어도 하나를 이용하여 상기 제 1 및 제 2 타겟 영역(211, 212)에 대한 수치 표고 모델을 생성하는 단계, 및 상기 수치 표고 모델로부터 상기 다수의 지점(X)의 위치 정보 및 높이 정보를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 타겟 지점(*)보다 기준값이 작은 하나 이상의 지점과 기준값이 큰 하나 이상의 지점을 선택하는 단계(S350)는, 상기 다수의 지점(X) 중 상기 타겟 지점(*)의 기준값을 중심으로 상기 기준값의 내림차순으로 하나 이상의 지점을 선택하고, 상기 기준값의 오름차순으로 하나 이상의 지점을 선택하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 풍하중 산출 방법(100)은 정점높이(H)를 기반으로 지형계수를 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
전술한 본 발명의 실시예에 따른 풍하중 산출 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.
상기 풍하중 산출 장치 및 방법에 따르면, 풍하중 산출 기준이 되는 주변 지형물이 설계자의 주관적인 판단에 의해 결정되지 않고 객관적이고 정량적으로 결정될 수 있다. 그 결과, 구조물의 주변 지형이 바람에 미치는 영향을 합리적으로 반영한 풍하중이 산출될 수 있어, 구조물의 안전성 및 경제성이 향상될 수 있다.
100: 풍하중 산출 장치
10: 통신부
11: 처리부
12: 저장부
13: 입력부
14: 출력부
111: 타겟 영역 설정부
112: 정보 획득부
113: 정점높이 산정부
114: 지형계수 산출부

Claims (19)

  1. 구조물을 중심으로 제 1 타겟 영역 및 제 2 타겟 영역을 설정하는 타겟 영역 설정부;
    상기 제 1 및 제 2 타겟 영역 내 다수의 지점에 대한 위치 정보 및 높이 정보를 획득하는 정보 획득부;
    상기 위치 정보를 이용하여, 기 설정된 초기값에 상기 제 1 타겟 영역 내 각 지점과 상기 구조물 간의 수평거리를 감산하고, 상기 초기값에 상기 제 2 타겟 영역 내 각 지점과 상기 구조물 간의 수평거리를 가산하여, 각 지점에 대한 기준값을 산출하고; 상기 다수의 지점 중 타겟 지점을 선택하고, 상기 타겟 지점보다 상기 기준값이 작은 하나 이상의 지점과 상기 기준값이 큰 하나 이상의 지점을 선택하고; x축 좌표가 각 지점에 대한 기준값이고, y축 좌표가 각 지점의 높이인 2차원 좌표를 상기 선택된 지점들에 할당하고, 상기 선택된 지점들에 대한 2차원 좌표를 지나는 보간 방정식을 산출하고; 상기 방정식이 상기 선택된 지점들의 최소 x축 좌표와 최대 x축 좌표 사이에서 극대값을 갖는 경우, 상기 방정식의 극대값에 대응하는 x축 좌표를 기준값으로 갖고, 상기 극대값을 높이로 갖는 가상 지점을 정점으로 설정하고; 상기 다수의 지점 중 가장 낮은 지점을 지표면으로 설정하고; 상기 정점의 높이로부터 상기 지표면의 높이를 감산하여 상기 구조물에 가해지는 풍하중을 산출하기 위한 정점높이를 산정하는 정점높이 산정부; 및
    상기 정점높이를 기반으로 지형계수를 산출하는 지형계수 산출부를 포함하며,
    상기 정점높이 산정부는:
    상기 다수의 지점 중 상기 구조물 간의 수평거리가 짧은 순서대로 상기 타겟 지점을 선택하되, 상기 방정식이 상기 선택된 지점들의 최소 x축 좌표와 최대 x축 좌표 사이에서 극대값을 갖지 않는 경우, 해당 타겟 지점 다음으로 상기 수평거리가 긴 지점을 상기 타겟 지점으로 선택하는 풍하중 산출 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 타겟 영역 및 상기 제 2 타겟 영역은 상기 구조물을 중심으로 대칭되는 풍하중 산출 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 타겟 영역 및 상기 제 2 타겟 영역은 기 설정된 맞꼭지각을 갖는 두 개의 부채꼴 영역인 풍하중 산출 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 맞꼭지각은 0 보다 크거나 같고, 180°보다 작거나 같은 풍하중 산출 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 정보 획득부는:
    상기 제 1 및 제 2 타겟 영역 내 다수의 지점에 대한 전자지도; 및
    상기 제 1 및 제 2 타겟 영역 내 다수의 지점을 측량하여 얻은 측량 데이터;
    중 적어도 하나로부터 상기 위치 정보 및 상기 높이 정보를 획득하는 풍하중 산출 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 정보 획득부는:
    상기 제 1 및 제 2 타겟 영역에 대한 전자지도; 및
    상기 제 1 및 제 2 타겟 영역에 대한 측량 데이터;
    중 적어도 하나를 기반으로 보간법을 이용하여 상기 다수의 지점의 위치 정보 및 높이 정보를 획득하는 풍하중 산출 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 정보 획득부는:
    상기 제 1 및 제 2 타겟 영역에 대한 전자지도, 및 상기 제 1 및 제 2 타겟 영역에 대한 측량 데이터 중 적어도 하나를 이용하여 상기 제 1 및 제 2 타겟 영역에 대한 수치 표고 모델을 생성하고,
    상기 수치 표고 모델로부터 상기 다수의 지점의 위치 정보 및 높이 정보를 획득하는 풍하중 산출 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 정점높이 산정부는:
    상기 다수의 지점 중 상기 타겟 지점의 기준값을 중심으로 상기 기준값의 내림차순으로 하나 이상의 지점을 선택하고, 상기 기준값의 오름차순으로 하나 이상의 지점을 선택하는 풍하중 산출 장치.
  9. 삭제
  10. 구조물을 중심으로 제 1 타겟 영역 및 제 2 타겟 영역을 설정하는 단계;
    상기 제 1 및 제 2 타겟 영역 내 다수의 지점에 대한 위치 정보 및 높이 정보를 획득하는 단계;
    상기 위치 정보를 이용하여, 기 설정된 초기값에 상기 제 1 타겟 영역 내 각 지점과 상기 구조물 간의 수평거리를 감산하고, 상기 초기값에 상기 제 2 타겟 영역 내 각 지점과 상기 구조물 간의 수평거리를 가산하여, 각 지점에 대한 기준값을 산출하는 단계;
    상기 다수의 지점 중 타겟 지점을 선택하는 단계;
    상기 타겟 지점보다 상기 기준값이 작은 하나 이상의 지점과 상기 기준값이 큰 하나 이상의 지점을 선택하는 단계;
    x축 좌표가 각 지점에 대한 기준값이고, y축 좌표가 각 지점의 높이인 2차원 좌표를 상기 선택된 지점들에 할당하고, 상기 선택된 지점들에 대한 2차원 좌표를 지나는 보간 방정식을 산출하는 단계;
    상기 방정식이 상기 선택된 지점들의 최소 x축 좌표와 최대 x축 좌표 사이에서 극대값을 갖는 경우, 상기 방정식의 극대값에 대응하는 x축 좌표를 기준값으로 갖고, 상기 극대값을 높이로 갖는 가상 지점을 정점으로 설정하는 단계;
    상기 다수의 지점 중 가장 낮은 지점을 지표면으로 설정하는 단계;
    상기 정점의 높이로부터 상기 지표면의 높이를 감산하여 상기 구조물에 가해지는 풍하중을 산출하기 위한 정점높이를 산정하는 단계; 및
    상기 정점높이를 기반으로 지형계수를 산출하는 단계를 포함하며,
    상기 타겟 지점 선택 시, 상기 다수의 지점 중 상기 구조물 간의 수평거리가 짧은 순서대로 상기 타겟 지점을 선택하되, 상기 방정식이 상기 선택된 지점들의 최소 x축 좌표와 최대 x축 좌표 사이에서 극대값을 갖지 않는 경우, 해당 타겟 지점 다음으로 상기 수평거리가 긴 지점을 상기 타겟 지점으로 선택하는 풍하중 산출 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 타겟 영역 및 제 2 타겟 영역을 설정하는 단계는:
    상기 구조물을 중심으로 대칭되는 상기 제 1 타겟 영역 및 상기 제 2 타겟 영역을 설정하는 단계를 포함하는 풍하중 산출 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 타겟 영역 및 제 2 타겟 영역을 설정하는 단계는:
    상기 구조물을 중심으로 기 설정된 맞꼭지각을 갖는 두 개의 부채꼴 영역을 각각 상기 제 1 타겟 영역 및 상기 제 2 타겟 영역으로 설정하는 단계를 포함하는 풍하중 산출 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 맞꼭지각은 0보다 크거나 같고, 180°보다 작거나 같은 풍하중 산출 방법.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 위치 정보 및 높이 정보를 획득하는 단계는:
    상기 제 1 및 제 2 타겟 영역 내 다수의 지점에 대한 전자지도; 및
    상기 제 1 및 제 2 타겟 영역 내 다수의 지점을 측량하여 얻은 측량 데이터;
    중 적어도 하나로부터 상기 위치 정보 및 상기 높이 정보를 획득하는 단계를 포함하는 풍하중 산출 방법.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 위치 정보 및 높이 정보를 획득하는 단계는:
    상기 제 1 및 제 2 타겟 영역에 대한 전자지도, 및 상기 제 1 및 제 2 타겟 영역에 대한 측량 데이터 중 적어도 하나를 기반으로 보간법을 이용하여 상기 다수의 지점의 위치 정보 및 높이 정보를 획득하는 단계를 포함하는 풍하중 산출 방법.
  16. 제 10 항에 있어서,
    상기 위치 정보 및 높이 정보를 획득하는 단계는:
    상기 제 1 및 제 2 타겟 영역에 대한 전자지도, 및 상기 제 1 및 제 2 타겟 영역에 대한 측량 데이터 중 적어도 하나를 이용하여 상기 제 1 및 제 2 타겟 영역에 대한 수치 표고 모델을 생성하는 단계; 및
    상기 수치 표고 모델로부터 상기 다수의 지점의 위치 정보 및 높이 정보를 획득하는 단계;
    를 포함하는 풍하중 산출 방법.
  17. 제 10 항에 있어서,
    상기 타겟 지점보다 기준값이 작은 하나 이상의 지점과 기준값이 큰 하나 이상의 지점을 선택하는 단계는:
    상기 다수의 지점 중 상기 타겟 지점의 기준값을 중심으로 상기 기준값의 내림차순으로 하나 이상의 지점을 선택하고, 상기 기준값의 오름차순으로 하나 이상의 지점을 선택하는 단계를 포함하는 풍하중 산출 방법.
  18. 삭제
  19. 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 있어서,
    제 10 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 따른 풍하중 산출 방법을 실행하는 프로그램이 기록된 기록매체.
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