KR101636651B1 - Apparatus and method for estimation of hybrid surface rainfall based on radar - Google Patents
Apparatus and method for estimation of hybrid surface rainfall based on radar Download PDFInfo
- Publication number
- KR101636651B1 KR101636651B1 KR1020150063728A KR20150063728A KR101636651B1 KR 101636651 B1 KR101636651 B1 KR 101636651B1 KR 1020150063728 A KR1020150063728 A KR 1020150063728A KR 20150063728 A KR20150063728 A KR 20150063728A KR 101636651 B1 KR101636651 B1 KR 101636651B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- radar
- reflectivity
- altitude angle
- value
- characteristic variable
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
- G01S13/95—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for meteorological use
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
- G01S7/40—Means for monitoring or calibrating
- G01S7/4004—Means for monitoring or calibrating of parts of a radar system
- G01S7/4021—Means for monitoring or calibrating of parts of a radar system of receivers
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
- G01S7/41—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00 using analysis of echo signal for target characterisation; Target signature; Target cross-section
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
- Y02A90/10—Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 하이브리드 고도각 레이더강우 추정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기상레이더를 이용한 강우량 추정시 발생하는 오차요인을 최소화할 수 있는 하이브리드 고도각 레이더강우 추정 장치 및 방법 에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for estimating a hybrid altitude-specific radar rainfall, and more particularly, to an apparatus and method for estimating a hybrid altitude-specific radar rainfall, which can minimize errors caused in estimating a rainfall amount using a weather radar.
일반적으로 레이더 빔은 공중에 떠 있는 강수입자들을 관측하므로 실제 지상에 내리는 강수와는 차이가 생긴다. 따라서, 기상레이더로 강우량을 추정할 시 최대한 지상과 가까운 레이더 관측 자료를 사용하여야 한다. 그러나, 기상레이더는 빔이 지상과 가까울수록 지형에 의한 차폐 및 지형에코에 의해 기상레이더 자료가 오염될 수 있으며, 곤충이나 조류 및 밝은 띠에 의한 비강우에코로부터 오염될 수 있다.In general, radar beams observe importers floating in the air, so it is different from the actual precipitation on the ground. Therefore, when estimating the rainfall with the weather radar, it is necessary to use radar observation data as close as possible to the ground. However, the weather radar is more susceptible to contamination of weather radar data by terrain echoes and topographical echoes as the beam is closer to the ground, and from rainfall echoes due to insects or algae and bright bands.
그러므로 기상레이더를 이용한 정확한 지상 강우량 추정을 위해서는, 빔 차폐, 지형에코 및 비강우에코에 의해 오염되지 않으면서 지상에 가장 가까운 고도각을 사용하는 것이 중요하다.Therefore, for accurate ground-based rainfall estimation using weather radar, it is important to use the nearest elevation angle to the ground without being contaminated by beam shielding, topography echoes and non-rainfall echoes.
이에 따라, 종래에 지형에 의한 빔 차폐를 피하고, 지형에코 및 비강우에코에 의한 영향을 받지 않지 않을 수 있도록 빔 차폐 모의 및 지형에코지도를 이용하여 이중편파레이더의 HSR(Hybrid Surface Rainfall) 마스크를 생성하는 연구가 진행되었다.Thus, a Hybrid Surface Rainfall (HSR) mask of a dual polarized radar using a beam shielding simulation and a topographic echo map is used so that the beam shielding by the terrain is avoided in the past, and it is not affected by the terrestrial echo and non-rainfall echo The research to generate has proceeded.
그러나, 종래의 이중편파레이더의 HSR 마스크는 빔 차폐모의가 표준대기를 가정하여 수행되기 때문에 인공구조물이나 이상전파에 의해 발생되는 차폐를 판별하는데 한계가 있으며, 지형에코지도가 맑은 날의 반사도 자료를 기반으로 생성하였기 때문에 강우가 있는 날의 지형 에코 분포를 파악하기 어렵다는 문제점이 있다.However, since the HSR mask of the conventional dual polarized radar is performed assuming the standard ambience as the beam shielding simulation, there is a limitation in discriminating the shielding caused by the artificial structure or the abnormal radio waves, and the reflectivity data on the day when the terrestrial echo map is clear , It is difficult to grasp the topographic echo distribution of rainfall day.
따라서, 레이더 반사도 자료를 이용하여 정확한 강우량 추정을 위해 빔 차폐모의를 이용한 빔 차폐 판별 및 지형에코지도를 통해 지형 에코 판별의 한계점을 보완할 수 있는 HSR 마스크가 필요한 상황이다.Therefore, to accurately estimate the rainfall using radar reflectivity data, HSR mask, which can compensate the limitation of terrestrial echo discrimination by using beam shielding simulation and topographic echo mapping, is required.
본 발명의 일측면은 정확한 강우량 추정을 수행할 수 있도록 지형 에코에 의한 영향을 최소화하는 지형 에코 지도와 빔 차폐 영향을 최소화하는 빔 차폐 마스크를 결합하여 하이브리드 고도각 마스크를 생성하고, 생성한 하이브리드 고도각 마스크를 통해 강우량 추정을 수행하는 하이브리드 고도각 레이더강우 추정 장치 및 방법을 제공한다.One aspect of the present invention is to generate a hybrid altitude angle mask by combining a topographic echo map that minimizes the effect of the terrain echo and a beam shielding mask that minimizes the beam shielding effect so as to perform accurate rainfall amount estimation, And a rainfall estimation unit for estimating rainfall through each of the masks.
본 발명의 일측면에 따른 하이브리드 고도각 레이더강우 추정 장치는 기상레이더 반사도 자료를 수집하는 기상레이더 자료 수집부, 상기 기상레이더 자료 수집부를 통해 수집된 기상레이더 반사도 자료를 이용하여 지형 에코의 영향을 받지 않는 최저 고도각들로 구성된 지형 에코지도를 생성하는 지형 에코지도 생성부, 상기 기상레이더 자료 수집부를 통해 수집된 기상레이더 반사도 자료를 이용하여 빔 차폐 영향을 받지 않는 최저 고도각으로 구성된 빔 차폐 마스크를 생성하는 빔 차폐 마스크 생성부, 상기 지형 에코지도와 상기 빔 차폐 마스크를 결합하여 각 레이더 빈에서 빔 차폐 영역 및 지형 에코 영역이 모두 존재하지 않는 최저 고도각으로 구성된 하이브리드 고도각 마스크를 생성하는 하이브리드 고도각 마스크 생성부 및 상기 하이브리드 고도각 마스크를 통해 강우 추정을 수행하는 강우 추정부를 포함한다.The hybrid altitude radar rainfall estimating apparatus according to one aspect of the present invention includes a weather radar data collection unit for collecting weather radar reflectivity data and a weather radar data collection unit for collecting the weather radar reflectivity data, A topographic echo map generating unit for generating a topographic echo map composed of the minimum altitude angles at which the at least one altitude angle is lower than a predetermined altitude angle, and a meteorological shielding mask composed of the lowest altitude angle not affected by the beam shielding by using the meteorological radar reflectance data collected through the meteorological radar data collecting unit A hybrid altitude angle mask that combines the terrain echo map and the beam shielding mask to generate a hybrid altitude angle mask having a minimum altitude angle at which the beam shielded area and the terrain echo area are not present in each radar bin Each mask generation unit and the hybrid And a rainfall estimating unit that performs rainfall estimation through the altitude angle mask.
상기 기상레이더 자료 수집부를 통해 수집된 기상레이더 반사도 자료를 통계분석하여 레이더 빈 별로 FOR(Frequency of Occurrence of Reflectivity), MREF(Mean REFlectivity), RFOR(Relative of FOR), RREF(Relative of mean REFlectivity), VFOR(Vertical gradient of FOR) 및 VREF(Vertical gradient of REFlectivity)를 포함하는 특성변수를 산출하는 특성변수 산출부를 더 포함할 수 있다.The meteorological radar reflectance data collected through the meteorological radar data collecting unit is statistically analyzed to determine a frequency of occlusion of reflectivity (FOR), mean reflectivity (MREF), relativity of mean (REF) And a characteristic variable calculating unit for calculating a characteristic variable including a vertical gradient of FOR (VFOR) and a vertical gradient of REFlectivity (VREF).
상기 지형 에코지도 생성부는, 상기 레이더 빈 별로 산출한 FOR(Frequency of Occurrence of Reflectivity) 및 MREF(Mean REFlectivity)와 미리 설정된 문턱값을 비교하여 상기 FOR(Frequency of Occurrence of Reflectivity) 및 MREF(Mean REFlectivity) 중 하나 이상이 상기 미리 설정된 문턱값 미만이면 해당 레이더 빈의 고도각을 해당 레이더 빈의 최저 고도각으로 선택하고, 선택한 최저 고도각으로 상기 지형 에코지도를 생성할 수 있다.Wherein the terrain echo map generating unit compares a frequency of occlusion of reflectivity (FOR) and a mean reflexivity (MREF) calculated for each radar bin with a predetermined threshold value to calculate a frequency of occlusion of reflectivity (FOR) and a mean reflexivity (MREF) The altitude angle of the radar bin may be selected as the lowest altitude angle of the corresponding radar bin, and the terrain echo map may be generated at the selected altitude angle.
상기 지형 에코지도 생성부는, 상기 레이더 빈 별로 산출한 FOR(Frequency of Occurrence of Reflectivity) 및 MREF(Mean REFlectivity)와 미리 설정된 문턱값을 비교하여 상기 FOR(Frequency of Occurrence of Reflectivity) 및 MREF(Mean REFlectivity)가 모두 상기 미리 설정된 문턱값 이상이면 해당 레이더 빈의 고도각을 증가시켜 최저 고도각을 선택하고, 선택한 최저 고도각으로 상기 지형 에코지도를 생성할 수 있다.Wherein the terrain echo map generating unit compares a frequency of occlusion of reflectivity (FOR) and a mean reflexivity (MREF) calculated for each radar bin with a predetermined threshold value to calculate a frequency of occlusion of reflectivity (FOR) and a mean reflexivity (MREF) The altitude angle of the radar bin may be increased to select the lowest altitude angle, and the terrain echo map may be generated at the selected altitude angle.
상기 지형 에코지도 생성부는, 상기 해당 레이더 빈의 고도각을 한 단계 높은 고도각으로 증가시키고, 증가시킨 고도각에 따라 FOR(Frequency of Occurrence of Reflectivity) 및 MREF(Mean REFlectivity)를 재산출하고, 상기 재산출한 FOR(Frequency of Occurrence of Reflectivity) 및 MREF(Mean REFlectivity)를 상기 미리 설정된 문턱값과 비교하여 상기 재산출한 FOR(Frequency of Occurrence of Reflectivity)과 MREF(Mean REFlectivity) 중 하나 이상이 상기 미리 설정된 문턱값 미만이면 증가시킨 고도각을 해당 레이더 빈의 최저 고도각으로 선택하고, 상기 재산출한 FOR(Frequency of Occurrence of Reflectivity)과 MREF(Mean REFlectivity)가 모두 상기 미리 설정된 문턱값 이상이면 FOR(Frequency of Occurrence of Reflectivity)과 MREF(Mean REFlectivity) 중 적어도 하나가 상기 미리 설정된 문턱값 미만이 될 때까지 고도각을 증가시켜 최저 고도각을 선택할 수 있다.The terrain echo map generation unit may increase the elevation angle of the corresponding radar bin to a higher elevation angle and recalculate the frequency of occlusion of reflectivity and mean reflexibility according to the increased elevation angle, (OF) and Mean Reflectivity (MREF) are compared with the preset threshold value to determine whether or not at least one of a Frequency of Occurrence of Reflectivity (FOR) and a Mean Reflectivity (MREF) (Frequency of Occurrence of Reflection) and MREF (Mean Reflectivity) are both equal to or less than the predetermined threshold value, the frequency elevation angle of Reflectivity (MREF) and Mean Reflectivity (MREF) is less than the preset threshold value, Can be selected.
상기 빔 차폐 마스크 생성부는, 상기 특성변수를 이용하여 빔 차폐 영역이 존재하지 않는 최저 고도각을 선택할 수 있는 종합 소속값을 산출하고, 산출한 종합 소속값과 미리 설정된 문턱값을 비교하여 최저 고도각을 선택하고, 선택한 최저 고도각과 빔 차폐모의를 통해 선택된 고도각으로 상기 빔 차폐 마스크를 생성할 수 있다.The beam shield mask generation unit may calculate an integrated membership value capable of selecting a minimum altitude angle at which the beam shielding region does not exist using the characteristic variable, compare the calculated overall membership value with a predetermined threshold value, And generate the beam shielding mask at a selected elevation angle through a selected minimum altitude angle and beam shielding simulation.
상기 빔 차폐 마스크 생성부는, 상기 특성변수를 이용하여 차폐 영역과 비차폐 영역을 분류하고, 상기 차폐 영역 및 비차폐 영역 별로 상기 특성변수의 NFD(Normalize Frequency Distribution)를 산출하고, 상기 특성변수의 NFD(Normalize Frequency Distribution)를 이용하여 상기 특성변수의 가중치 및 MF(Membership Function)의 특성변수 별 차폐 영역 소속값(Membership value)을 산출하고, 상기 특성변수의 가중치 및 MF(Membership Function)의 특성변수 별 차폐 영역 소속값(Membership value)을 이용하여 상기 종합 소속값을 산출할 수 있다.Wherein the beam shield mask generation unit classifies a shielded area and a non-shielded area using the characteristic variable, calculates a normalized frequency distribution (NFD) of the characteristic variable for each of the shielded area and the non-shielded area, A membership value of a characteristic variable of the characteristic variable and a membership variable value of a characteristic variable of an MF are calculated by using a normalized frequency distribution and a weight of the characteristic variable and a characteristic parameter of an MF The total membership value can be calculated using the membership value of the shielded area.
상기 가중치는 상기 차폐 영역에서 특성변수의 NFD(Normalize Frequency Distribution)와 상기 비차폐 영역에서 특성변수의 NFD(Normalize Frequency Distribution)가 중첩된 영역의 넓이를 이용하여 산출할 수 있으며, 아래 수학식에 의해 산출될 수 있다.The weight can be calculated using the normalized frequency distribution (NFD) of the characteristic variable in the shielding region and the width of the region in which the normalized frequency distribution (NFD) of the characteristic variable in the non-shielded region is superimposed. Can be calculated.
여기서, i는 특성변수의 유형을 의미하며, 는 특성변수의 가중치를 나타내며, 는 i번째 특성변수에 대한 차폐 영역과 비차폐 영역의 NFD(Normalize Frequency Distribution) 값의 중첩 영역의 넓이를 의미하며, S는 로 나타내며, m은 사용한 특성변수의 개수를 의미한다.Here, i means the type of the characteristic variable, Represents the weight of the characteristic variable, Is the width of the overlap region of the NFD (Normalize Frequency Distribution) values of the shielded region and the non-shielded region for the i-th characteristic variable, and S And m denotes the number of the used characteristic variables.
상기 MF(Membership Function)의 특성변수 별 차폐 영역 소속값(Membership value)은 특성변수의 임의의 값에서 차폐 영역의 NFD(Normalize Frequency Distribution)와 비차폐 영역의 NFD(Normalize Frequency Distribution)의 합과 차폐 영역의 NFD(Normalize Frequency Distribution)의 비로 정의되며, 아래 수학식에 의해 산출될 수 있다.The membership value of each characteristic variable of the MF (Membership Function) is a sum of the Normalized Frequency Distribution (NFD) of the shielded region and the Normalized Frequency Distribution (NFD) of the non-shielded region at any value of the characteristic variable, Is defined as the ratio of the normalized frequency distribution (NFD) of the region, and can be calculated by the following equation.
여기서, 는 MF(Membership Function)의 특성변수 별 차폐 영역 소속값(Membership value)을 나타내며, p는 특성변수의 임의의 값을 의미하며, 는 차폐 영역에 해당하는 임의의 레이더 빈 위치에서 i번째 특성변수의 NFD(Normalize Frequency Distribution)를 나타내고, 는 비차폐 영역에 해당하는 임의의 레이더 빈 위치에서 i번째 특성변수의 NFD(Normalize Frequency Distribution)를 나타낸다.here, Denotes Membership value of the shielding zone for each characteristic variable of the MF (Membership Function), p denotes an arbitrary value of the characteristic variable, Represents a normalized frequency distribution (NFD) of an i-th characteristic variable at an arbitrary radar bin corresponding to the shielded area, Denotes the Normalized Frequency Distribution (NFD) of the i-th characteristic variable at an arbitrary radar bin corresponding to the non-shielded region.
상기 종합 소속값은 상기 가중치와 상기 MF(Membership Function)의 특성변수 별 차폐 영역 소속값(Membership value) 간 곱들의 합으로 정의되며, 아래 수학식에 의해 산출될 수 있다.The total membership value is defined as a sum of products obtained by multiplying the weights by the membership values of the characteristic variables of the MF (Membership Function), and can be calculated by the following equation.
여기서, 은 종합 소속값을 나타내며, 는 특성변수의 가중치를 나타내며, 는 차폐 영역에 해당하는 임의의 레이더 빈 위치에서 i번째 특성변수에 대한 MF(Membership Function)의 소속값을 나타내며, p는 특성변수의 임의의 값을 의미한다.here, Represents the total affiliation value, Represents the weight of the characteristic variable, Denotes the membership value of the membership function (MF) for the i-th characteristic variable at an arbitrary radar bin corresponding to the shielded area, and p denotes an arbitrary value of the characteristic variable.
상기 빔 차폐 마스크 생성부는, 상기 종합 소속값과 미리 설정된 문턱값을 비교하여 상기 종합 소속값이 상기 미리 설정된 문턱값 미만이면 해당 레이더 빈의 고도각을 해당 레이더 빈의 최저 고도각으로 선택하고, 상기 종합 소속값이 상기 미리 설정된 문턱값 이상이면 해당 레이더 빈의 고도각을 한 단계 높은 고도각으로 증가시키고, 증가시킨 고도각에 따라 종합 소속값을 재산출하고, 상기 재산출한 종합 소속값을 상기 미리 설정된 문턱값과 비교하여 상기 재산출한 종합 소속값이 상기 미리 설정된 문턱값 미만이면 증가시킨 고도각을 해당 레이더 빈의 최저 고도각으로 선택하고, 상기 재산출한 종합 소속값이 상기 미리 설정된 문턱값 이상이면 종합 소속값이 상기 미리 설정된 문턱값 미만이 될 때까지 고도각을 증가시켜 최저 고도각을 선택할 수 있다.Wherein the beam shield mask generation unit compares the integrated membership value with a preset threshold value and selects the altitude angle of the radar bin as the lowest altitude angle of the corresponding radar bin if the integrated membership value is less than the preset threshold value, If the total belonging value is greater than or equal to the preset threshold value, raising the altitude angle of the radar bin to a higher altitude angle, re-calculating the total belonging value according to the increased altitude angle, If the total affiliation value of the property is less than the preset threshold value, the altitude angle is increased to a minimum altitude angle of the corresponding radar bin, and if the integrated belonging value is not less than the predetermined threshold value The altitude angle is increased until the total belonging value becomes less than the preset threshold value, and the minimum altitude angle is selected .
본 발명의 일 측면에 따른 하이브리드 고도각 레이더강우 추정 방법은 기상레이더 시스템에 마련된 기상레이더 자료 수집부가 기상레이더 반사도 자료를 수집하고, 지형 에코지도 생성부가 상기 수집된 기상레이더 반사도 자료를 이용하여 지형 에코의 영향을 받지 않는 최저 고도각들로 구성된 지형 에코지도를 생성하고, 빔 차폐 마스크 생성부가 상기 수집된 기상레이더 반사도 자료를 이용하여 빔 차폐 영향을 받지 않는 최저 고도각으로 구성된 빔 차폐 마스크를 생성하고, 하이브리드 고도각 마스크 생성부가 상기 지형 에코지도와 상기 빔 차폐 마스크를 결합하여 최적 다중 고도각으로 구성된 하이브리드 고도각 마스크를 생성하고, 강우 추정부가 상기 하이브리드 고도각 마스크를 통해 강우 추정을 수행할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method for estimating a hybrid altitude radar rainfall using a weather radar data collection unit provided in a weather radar system, And the beam shield mask generator uses the collected weather radar reflectivity data to generate a beam shield mask composed of the lowest altitude angles not affected by beam shielding , A hybrid altitude angle mask generation unit combines the topographic echo map and the beam shield mask to generate a hybrid altitude angle mask composed of the optimal multiple altitude angles, and the rainfall estimator can perform rainfall estimation through the hybrid altitude angle mask .
상기 최적 다중 고도각은 각 레이더 빈에서 빔 차폐 영역 및 지형 에코 영역이 모두 존재하지 않는 최저 고도각일 수 있다.The optimal multi-elevation angle may be the lowest altitude angle at which there is no both a beam-shielded area and a terrain echo area in each radar bin.
상기 지형 에코지도를 생성하는 것은, 상기 수집된 기상레이더 반사도 자료를 통계분석하여 레이더 빈 별로 FOR(Frequency of Occurrence of Reflectivity), MREF(Mean REFlectivity)를 산출하고, 상기 FOR(Frequency of Occurrence of Reflectivity)과 MREF(Mean REFlectivity)를 이용하여 상기 지형 에코지도를 생성할 수 있다.The generation of the terrain echo map is performed by statistically analyzing the collected weather radar reflectivity data to calculate a frequency of occlusion of reflectivity (FOR) and a mean reflexivity (MREF) for each radar bin, and calculating a frequency of occlusion of reflectivity (FOR) And MREF (Mean Reflectivity) to generate the terrain echo map.
상기 FOR(Frequency of Occurrence of Reflectivity)과 MREF(Mean REFlectivity)를 이용하여 상기 지형 에코지도를 생성하는 것은, 상기 레이더 빈 별로 산출한 FOR(Frequency of Occurrence of Reflectivity) 및 MREF(Mean REFlectivity)와 미리 설정된 문턱값을 비교하여 상기 반사도 FOR(Frequency of Occurrence of Reflectivity) 및 MREF(Mean REFlectivity) 중 하나 이상이 상기 미리 설정된 문턱값 미만이면 해당 레이더 빈의 고도각을 해당 레이더 빈의 최저 고도각으로 선택하고, 선택한 최저 고도각으로 상기 지형 에코지도를 생성할 수 있다.The generation of the terrain echo map using the Frequency of Occurrence of Reflectivity (FOR) and the Mean Reflectivity (MREF) is performed by setting a frequency of occlusion of reflectivity (FOR) and mean reflectivity (MREF) And selecting an altitude angle of the radar bin as a minimum altitude angle of the corresponding radar bin if at least one of the frequency of occlusion of reflectivity (FOR) and the mean reflexivity (MREF) is less than the preset threshold value, The terrain echo map can be generated at the selected minimum altitude angle.
상기 FOR(Frequency of Occurrence of Reflectivity)와 MREF(Mean REFlectivity)를 이용하여 상기 지형 에코지도를 생성하는 것은, 상기 레이더 빈 별로 산출한 FOR(Frequency of Occurrence of Reflectivity) 및 MREF(Mean REFlectivity)와 미리 설정된 문턱값을 비교하여 상기 FOR(Frequency of Occurrence of Reflectivity) 및 MREF(Mean REFlectivity)가 모두 상기 미리 설정된 문턱값 이상이면 해당 레이더 빈의 고도각을 증가시켜 최저 고도각을 선택하고, 선택한 최저 고도각으로 상기 지형 에코지도를 생성할 수 있다.The generation of the terrain echo map using the Frequency of Occurrence of Reflectivity (FOR) and Mean Reflectivity (MREF) is performed by setting a frequency of occlusion of reflectivity (FOR) and an average reflectivity (MREF) If the frequency of occlusion of reflectivity (FOR) and mean reflexivity (MREF) are both equal to or greater than the predetermined threshold value, the altitude angle of the radar bin is increased to select the lowest altitude angle. The terrain echo map can be generated.
상기 FOR(Frequency of Occurrence of Reflectivity)와 MREF를 이용하여 상기 지형 에코지도를 생성하는 것은, 상기 레이더 빈 별로 산출한 FOR(Frequency of Occurrence of Reflectivity) 및 MREF(Mean REFlectivity)와 미리 설정된 문턱값을 비교하여 상기 FOR(Frequency of Occurrence of Reflectivity) 및 MREF(Mean REFlectivity)가 모두 상기 미리 설정된 문턱값 이상이면 해당 레이더 빈의 고도각을 증가시켜 최저 고도각을 선택하고, 선택한 최저 고도각으로 상기 지형 에코지도를 생성할 수 있다.The generation of the terrain echo map using the Frequency of Occurrence of Reflectivity (FOR) and the MREF is performed by comparing a Frequency of Occurrence of Reflectivity (FOR) and an MREF (Mean Reflectivity) If the Frequency of Occurrence of Reflectivity (FOR) and the Mean Reflectivity (MREF) are both equal to or greater than the predetermined threshold value, the elevation angle of the corresponding radar bin is increased to select the lowest elevation angle, Lt; / RTI >
상기 해당 레이더 빈의 고도각을 증가시켜 최저 고도각을 선택하는 것은, 상기 해당 레이더 빈의 고도각을 한 단계 높은 고도각으로 증가시키고, 증가시킨 고도각에 따라 FOR(Frequency of Occurrence of Reflectivity)과 MREF(Mean REFlectivity)를 재산출하고, 상기 재산출한 FOR(Frequency of Occurrence of Reflectivity)과 MREF(Mean REFlectivity)를 상기 미리 설정된 문턱값과 비교하여 상기 재산출한 FOR(Frequency of Occurrence of Reflectivity) 및 MREF(Mean REFlectivity) 중 하나 이상이 상기 미리 설정된 문턱값 미만이면 증가시킨 고도각을 해당 레이더 빈의 최저 고도각으로 선택하고, 상기 재산출한 FOR(Frequency of Occurrence of Reflectivity)와 MREF(Mean REFlectivity)가 모두 상기 미리 설정된 문턱값 이상이면 FOR(Frequency of Occurrence of Reflectivity)과 MREF(Mean REFlectivity) 중 적어도 하나가 상기 미리 설정된 문턱값 미만이 될 때까지 고도각을 증가시켜 최저 고도각을 선택할 수 있다.Selecting the minimum altitude angle by increasing the altitude of the corresponding radar bin increases the elevation angle of the corresponding radar bin to a higher elevation angle and increases the frequency of occlusion of reflectivity The frequency of occlusion of reflectivity (FOR) and the mean reflectivity (MREF) are compared with the predetermined threshold value to calculate a frequency of occlusion of reflectivity (FOR) and an MREF (REF) and Mean Reflectivity (MREF) are both selected as the minimum altitude angles of the corresponding radar bin when at least one of the mean and the mean REFlectivity is less than the preset threshold value, If at least one of the Frequency of Occurrence of Reflectivity (FOR) and Mean Reflectivity (MREF) is less than the predetermined threshold value You can select the minimum altitude angle by increasing the altitude angle.
상기 빔 차폐 마스크를 생성하는 것은, 상기 수집된 기상레이더 반사도 자료를 통계분석하여 레이더 빈 별로 특성변수를 산출하고, 상기 특성변수를 이용하여 빔 차폐 영역이 존재하지 않는 최저 고도각을 선택할 수 있는 종합 소속값을 산출하고, 산출한 종합 소속값과 미리 설정된 문턱값을 비교하여 최저 고도각을 선택하고, 선택한 최저 고도각과 빔 차폐모의를 통해 선택된 고도각으로 상기 빔 차폐 마스크를 생성할 수 있다.The generation of the beam shielding mask is performed by statistically analyzing the collected weather radar reflectivity data to calculate a characteristic variable for each radar bin and selecting a minimum altitude angle at which no beam shielding region exists using the characteristic variable The value of the affiliation value may be calculated, the calculated altitude value may be compared with a predetermined threshold value to select the lowest altitude angle, and the beam shielding mask may be generated at the selected altitude angle through the selected altitude angle and beam shielding simulation.
상기 특성변수는 레이더 빈 별로 FOR(Frequency of Occurrence of Reflectivity), MREF(Mean REFlectivity), RFOR(Relative of FOR), RREF(Relative of mean REFlectivity), VFOR(Vertical gradient of FOR) 및 VREF(Vertical gradient of REFlectivity)를 포함할 수 있다.The characteristic variable includes a frequency of occlusion of reflectivity (FOR), a mean REFlectivity (MREF), a relative of FOR (RFOR), a relative gradient of RE (REF), a vertical gradient of FOR (VFOR) REFlectivity).
상기 종합 소속값을 산출하는 것은, 상기 특성변수와 빔 차폐모의에서의 비차폐율을 이용하여 차폐 영역과 비차폐 영역을 분류하고, 상기 차폐 영역 및 비차폐 영역 별로 상기 특성변수의 NFD(Normalize Frequency Distribution)를 산출하고, 상기 특성변수의 NFD(Normalize Frequency Distribution)를 이용하여 상기 특성변수의 가중치 및 MF(Membership Function)의 특성변수 별 차폐 영역 소속값(Membership value)를 산출하고, 상기 특성변수의 가중치 및 MF(Membership Function)의 특성변수 별 차폐 영역 소속값(Membership value)를 이용하여 상기 종합 소속값을 산출할 수 있다.Calculating the total membership value is performed by classifying the shielded area and the non-shielded area using the characteristic variable and the non-shielding ratio in the beam shielding simulation, and determining the NFD of the characteristic variable according to the shielded area and the non- And calculates a membership value of a shadowed area for each characteristic parameter of the MF and a characteristic value of the characteristic variable using NFD (Normalized Frequency Distribution) of the characteristic variable, The total membership value can be calculated using the membership value of the shielding area for each characteristic variable of the weight and the membership function (MF).
상기 가중치는 상기 차폐 영역에서 특성변수의 NFD(Normalize Frequency Distribution)와 상기 비차폐 영역에서 특성변수의 NFD(Normalize Frequency Distribution)가 중첩된 영역의 넓이를 이용하여 산출할 수 있으며, 아래 수학식에 의해 산출될 수 있다.The weight can be calculated using the normalized frequency distribution (NFD) of the characteristic variable in the shielding region and the width of the region in which the normalized frequency distribution (NFD) of the characteristic variable in the non-shielded region is superimposed. Can be calculated.
여기서, i는 특성변수의 유형을 의미하며, 는 특성변수의 가중치를 나타내며, 는 i번째 특성변수에 대한 차폐 영역과 비차폐 영역의 NFD(Normalize Frequency Distribution) 값의 중첩 영역의 넓이를 의미하며, S는 로 나타내며, m은 사용한 특성변수의 개수를 의미한다.Here, i means the type of the characteristic variable, Represents the weight of the characteristic variable, Is the width of the overlap region of the NFD (Normalize Frequency Distribution) values of the shielded region and the non-shielded region for the i-th characteristic variable, and S And m denotes the number of the used characteristic variables.
상기 MF(Membership Function)의 특성변수 별 차폐 영역 소속값(Membership value)는 특성변수의 임의의 값에서 차폐 영역의 NFD(Normalize Frequency Distribution)와 비차폐 영역의 NFD(Normalize Frequency Distribution)의 합과 차폐 영역의 NFD(Normalize Frequency Distribution)의 비로 정의되며, 아래 수학식에 의해 산출될 수 있다.The membership value of the characteristic variable of the MF (Membership Function) is calculated by adding the sum of the Normalized Frequency Distribution (NFD) of the shielded region and the Normalized Frequency Distribution (NFD) of the non- Is defined as the ratio of the normalized frequency distribution (NFD) of the region, and can be calculated by the following equation.
여기서, 는 MF(Membership Function)의 특성변수 별 차폐 영역 소속값(Membership value)을 나타내며, p는 특성변수의 임의의 값을 의미하며, 는 차폐 영역에 해당하는 임의의 레이더 빈 위치에서 i번째 특성변수의 NFD(Normalize Frequency Distribution)를 나타내고, 는 비차폐 영역에 해당하는 임의의 레이더 빈 위치에서 i번째 특성변수의 NFD(Normalize Frequency Distribution)를 나타낸다.here, Denotes Membership value of the shielding zone for each characteristic variable of the MF (Membership Function), p denotes an arbitrary value of the characteristic variable, Represents a normalized frequency distribution (NFD) of an i-th characteristic variable at an arbitrary radar bin corresponding to the shielded area, Denotes the Normalized Frequency Distribution (NFD) of the i-th characteristic variable at an arbitrary radar bin corresponding to the non-shielded region.
상기 종합 소속값은 상기 가중치와 상기 MF(Membership Function)의 소속값(membership value) 간 곱들의 합으로 정의되며, 아래 수학식에 의해 산출될 수 있다.The total membership value is defined as a sum of products of the weight and a membership value of the membership function (MF), and can be calculated by the following equation.
여기서, 은 종합 소속값을 나타내며, 는 특성변수의 가중치를 나타내며, 는 차폐 영역에 해당하는 임의의 레이더 빈 위치에서 i번째 특성변수에 대한 MF(Membership Function)의 소속값을 나타내며, p는 특성변수의 임의의 값을 의미한다.here, Represents the total affiliation value, Represents the weight of the characteristic variable, Denotes the membership value of the membership function (MF) for the i-th characteristic variable at an arbitrary radar bin corresponding to the shielded area, and p denotes an arbitrary value of the characteristic variable.
상기 종합 소속값과 상기 미리 설정된 문턱값을 비교하여 최저 고도각을 선택하는 것은, 상기 종합 소속값과 미리 설정된 문턱값을 비교하여 상기 종합 소속값이 상기 미리 설정된 문턱값 미만이면 해당 레이더 빈의 고도각을 해당 레이더 빈의 최저 고도각으로 선택하고, 상기 종합 소속값이 상기 미리 설정된 문턱값 이상이면 해당 레이더 빈의 고도각을 한 단계 높은 고도각으로 증가시키고, 증가시킨 고도각에 따라 종합 소속값을 재산출하고, 상기 재산출한 종합 소속값을 상기 미리 설정된 문턱값과 비교하여 상기 재산출한 종합 소속값이 상기 미리 설정된 문턱값 미만이면 증가시킨 고도각을 해당 레이더 빈의 최저 고도각으로 선택하고, 상기 재산출한 종합 소속값이 상기 미리 설정된 문턱값 이상이면 종합 소속값이 상기 미리 설정된 문턱값 미만이 될 때까지 고도각을 증가시켜 최저 고도각을 선택할 수 있다.Comparing the total membership value with the predetermined threshold value to select the minimum altitude angle may be performed by comparing the total membership value with a predetermined threshold value and if the total affiliation value is less than the preset threshold value, The altitude angle of the corresponding radar bin is increased to a higher altitude angle by one step, and when the total belonging value is greater than or equal to the predetermined threshold value, the altitude angle of the radar bin is increased to a higher altitude angle, The altitude angle obtained by comparing the total affiliation value derived from the property with the predetermined threshold value and increasing the integrated belonging value when the total belonging value is less than the preset threshold value is selected as the minimum altitude angle of the corresponding radar bin, If the total belonging value of the property is equal to or greater than the preset threshold value, You can select the minimum elevation angle by increasing the elevation angle until you reach the limit.
상술한 본 발명의 일측면에 따르면, 반사도 통계와 퍼지 논리를 이용하여 지형 에코 영역 및 차폐 영역을 판별함으로써 지형 에코 및 빔 차폐에 의한 영향을 최소화할 수 있는 강우지도를 생성할 수 있으며, 생성한 새로운 강우지도를 이용하여 보다 정확하게 강우를 추정할 수 있다.According to an aspect of the present invention, it is possible to generate a rainfall map capable of minimizing the influence of the terrain echo and the beam shielding by discriminating the terrain echo area and the shielded area using the reflectivity statistics and the fuzzy logic, New rainfall maps can be used to estimate rainfall more accurately.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 고도각 레이더 강우 추정 장치의 전체 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2 는 고도각 0.0°와 0.4°에서의 FOR(Frequency of Occurrence of Reflectivity)의 분포를 나타낸 도면이다.
도 3 은 고도각 0.0°와 0.4°에서의 MREF(Mean REFlectivity)의 분포를 나타낸 도면이다.
도 4 는 고도각 0.0°와 0.4°에서의 RFOR(Relative of FOR)의 분포를 나타낸 도면이다.
도 5 는 고도각 0.0°와 0.4°에서의 RREF(Relative of mean REFlectivity)의 분포를 나타낸 도면이다.
도 6 은 고도각 0.0°와 0.4°에서의 VFOR(Vertical gradient of FOR)의 분포를 나타낸 도면이다.
도 7 은 고도각 0.0°와 0.4°에서의 VREF(Vertical gradient of REFlectivity)의 분포를 나타낸 도면이다.
도 8 은 빔 차폐 모의를 통해 계산된 고도각 0.0°에서의 관악산 레이더 비차폐율 분포를 나타낸 도면이다.
도 9 는 고도각 0.0°와 0.4°에서의 차폐 영역과 비차폐 영역을 구분한 것을 나타낸 도면이다.
도 10a, 10b 는 차폐 영역과 비차폐 영역에서 특성변수들의 NFD(Normalize Frequency Distribution)를 나타낸 도면이다.
도 11a, 11b, 11c 은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 고도각 마스크를 이용한 강우 추정 검증 결과를 나타낸 도면이다.
도 12 는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 고도각 레이더 강우 추정 방법을 도시한 순서도이다.
도 13 은 도 11 에 도시된 지형 에코지도를 생성하는 방법을 도시한 세부 순서도이다.
도 14 는 도 11 에 도시된 빔 차폐 마스크를 생성하는 방법을 도시한 세부 순서도이다.1 is a diagram illustrating an overall system of a hybrid altitude angular rainfall estimating apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing the distribution of the frequency of occlusion of reflectivity (FOR) at altitude angles of 0.0 ° and 0.4 °.
FIG. 3 is a graph showing the distribution of mean reflectivity (MREF) at altitudes of 0.0 ° and 0.4 °.
4 is a diagram showing the distribution of RFOR (Relative of FOR) at altitude angles of 0.0 ° and 0.4 °.
5 is a graph showing the distribution of RREF (relative of mean REFlectivity) at altitude angles of 0.0 ° and 0.4 °.
FIG. 6 is a diagram showing the distribution of a vertical gradient of FOR (VFOR) at altitude angles of 0.0 ° and 0.4 °.
Fig. 7 is a diagram showing the distribution of VREF (Vertical gradient of REFlectivity) at altitude angles of 0.0 ° and 0.4 °.
8 is a graph showing the distribution of the Gwanaksan radar unshielding rate at an altitude angle of 0.0 degrees calculated through beam shielding simulation.
Fig. 9 is a diagram showing the separation of the shielded area and the non-shielded area at altitude angles of 0.0 ° and 0.4 °.
FIGS. 10A and 10B are diagrams illustrating normalized frequency distribution (NFD) of characteristic parameters in a shielded area and a non-shielded area.
11A, 11B, and 11C are views showing a result of rainfall estimation verification using a hybrid altitude angle mask according to an embodiment of the present invention.
12 is a flowchart illustrating a method of estimating a hybrid altitude angle radar rainfall according to an embodiment of the present invention.
13 is a detailed flowchart showing a method of generating the terrain echo map shown in FIG.
14 is a detailed flowchart showing a method of generating the beam shield mask shown in FIG.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예와 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.The following detailed description of the invention refers to the accompanying drawings, which illustrate, by way of illustration, specific embodiments in which the invention may be practiced. These embodiments are described in sufficient detail to enable those skilled in the art to practice the invention. It should be understood that the various embodiments of the present invention are different, but need not be mutually exclusive. For example, certain features, structures, and characteristics described herein may be implemented in other embodiments without departing from the spirit and scope of the invention in connection with an embodiment. It is also to be understood that the position or arrangement of the individual components within each disclosed embodiment may be varied without departing from the spirit and scope of the invention. The following detailed description is, therefore, not to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention is to be limited only by the appended claims, along with the full scope of equivalents to which such claims are entitled, if properly explained. In the drawings, like reference numerals refer to the same or similar functions throughout the several views.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 정밀한 강우 추정을 위해 태풍, 집중 호우 등과 같은 강우가 집중적으로 발생하는 여름철 단일편파 레이더 반사도 자료를 분석하여 강우지도를 생성하며, 복잡한 산악 지형을 나타낼 수 있는 관악산에 대한 레이더 자료가 나타난 도면을 이용하여 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. Embodiments of the present invention include a radar data analyzing unit for generating a rainfall map by analyzing summer single-polarity radar reflectivity data in which rainfall such as typhoons and concentrated rainfall are intensively generated for precise rainfall estimation, Will be described with reference to the drawings.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 고도각 레이더 강우 추정 장치의 전체 시스템을 나타낸 도면이며, 도 2 는 고도각 0.0°와 0.4°에서의 FOR(Frequency of Occurrence of Reflectivity)를 나타낸 도면이며, 도 3 은 고도각 0.0°와 0.4°에서의 MREF(Mean REFlectivity)를 나타낸 도면이다.FIG. 1 is a view showing an overall system of a hybrid altitude angular rainfall estimating apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing the frequency of occlusion of reflectivity at altitudes of 0.0 ° and 0.4 ° , And FIG. 3 is a graph showing the mean REFlectivity (MREF) at altitude angles of 0.0 ° and 0.4 °.
본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 고도각 레이더 강우 추정 장치(200)는 단일편파 레이더 자료를 이용하여 보다 정확한 강우 추정을 위해 지형 에코 영역을 판별할 수 있는 지형 에코지도와 빔 차폐 영역을 판별할 수 있는 빔 차폐 마스크를 결합하여 하이브리드 고도각으로 구성된 강우지도를 생성할 수 있다. 이때, 지형 에코지도는 지형 에코에 의한 영향을 받지 않는 최저 고도각으로 구성될 수 있으며, 빔 차폐 마스크는 빔 차폐에 의한 영향을 받지 않는 최저 고도각으로 구성될 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 고도각 레이더 강우 추정 장치(200)는 생성한 하이브리드 고도각 마스크를 이용하여 강우 추정을 수행할 수 있다. 이를 위해, 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 고도각 레이더 강우 추정 장치(200)는 기상레이더 자료 수집부(210), 특성변수 산출부(220), 지형 에코지도 생성부(230), 빔 차폐 마스크 생성부(240), 하이브리드 고도각 마스크 생성부(250) 및 강우 추정부(260)를 포함할 수 있다.The hybrid altitude each radar
기상레이더 자료 수집부(210)는 기상레이더 시스템(100)에서 관측된 기상레이더 관측 자료를 수집할 수 있다. 이때, 기상레이더는 단일편파 레이더이며, 관측자료는 단일편파 관측자료, 레이더의 관측 고도각 정보 및 레이더 반사도 자료일 수 있다. 이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 기상레이더는 13개(0.0°, 0.4°, 0.8°, 1.2°, 1.6°, 2.0°, 3.0°, 4.2°, 5.7°, 7.5°, 9.8°, 12.5°, 15.8°)의 고도각에 따라 반사도 자료를 수집할 수 있다.The weather radar
특성변수 산출부(220)는 기상레이더 자료 수집부(210)에 의해 수집된 레이더 반사도 자료를 이용하여 지형 에코 영역과 빔 차폐 영역을 판별하기 위한 특성변수들을 산출할 수 있다. 이때, 특성변수는 FOR(Frequency of Occurrence of Reflectivity), MREF(Mean REFlectivity), RFOR(Relative of FOR), RREF(Relative of mean REFlectivity), VFOR(Vertical gradient of FOR), VREF(Vertical gradient of REFlectivity), NFD(Normalize Frequency Distribution), MF(Membership Function)를 포함할 수 있다.The characteristic
먼저, 특성변수 산출부(220)는 단일편파 레이더 반사도 자료를 분석하여 지형 에코 및 빔 차폐에 의한 영향을 받지 않는 강우지도를 생성하기 위해, 레이더 빈 별로 FOR 및 MREF를 산출할 수 있다. FOR은 반사도 빈도분포를 의미하며, 수학식 1과 같이 전체 반사도 누적자료 수와 미리 정해진 문턱값 이상의 반사도 자료의 누적자료 수 비로 산출될 수 있다. 이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 특성 변수 산출부(220)는 FOR을 산출하기 위해, 미리 정해진 문턱값을 10dBZ로 적용하였다.First, the
여기서 i, j, k는 각각 방위각, 레이더 빈, 고도각의 위치를 나타내며, N은 총 누적 자료수, n은 미리 정해진 문턱값(예를 들어, 10dBZ) 이상의 반사도 빈도수를 나타낸다. 한편, FOR이 낮은 값을 가질수록 해당 레이더 빈이 잠재적인 차폐 영역임을 의미할 수 있으며, 임의의 레이더 빈의 FOR가 주변 레이더 빈의 FOR에 비해 상대적으로 높은 값을 가지면 해당 레이더 빈이 지형 또는 해양 에코 영역임을 의미할 수 있다. 도 2 를 참조하면, 정북방향에서의 FOR 값은 다른 영역에 비해 낮게 나타나므로 정북방향의 영역을 차폐 영역인 것으로 분석할 수 있으며, 방위각 37°와 76°부근에서 낮은 FOR가 관찰되므로 방위각 37°와 76°부근의 영역을 차폐 영역으로 분석할 수 있다. 또한, 레이더 중심으로부터 100km 이내에 FOR가 다른 영역에 비해 높게 나타나므로 레이더 중심으로부터 100km 이내의 영역은 지형 에코 영역인 것으로 분석할 수 있다.Where i, j, and k denote the azimuth, radar bin, and altitude angles, respectively, where N is the total number of cumulative data and n is the reflectivity frequency above a predetermined threshold (eg, 10 dBZ). On the other hand, a lower value of FOR may mean that the corresponding radar bin is a potential shielding zone. If the FOR of any radar bin has a relatively higher value than the FOR of the surrounding radar bin, the corresponding radar bin may have a terrain or marine echo area . Referring to FIG. 2, since the FOR value in the north-north direction is lower than that in the other regions, the region in the north-north direction can be analyzed as a shielded region, and a low FOR is observed at an azimuth angle of 37 ° and 76 °. And 76 deg. Can be analyzed as a shielded area. Also, since FOR is higher than other areas within 100 km from the center of the radar, it can be analyzed that the area within 100 km from the radar center is a terrain echo area.
MREF는 평균반사도 분포를 의미하며, 수학식 2와 같이 전체 반사도 자료 수와 미리 정해진 문터값 상의 반사도들의 합 간의 비로 산출될 수 있다. 이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 특성 변수 산출부(220)는 MREF을 산출하기 위해, 미리 정해진 문턱값을 10dBZ로 적용하였다.MREF denotes an average reflectivity distribution, and can be calculated as a ratio between the total number of reflectance data and the sum of reflectances on a predetermined value of the mute value as shown in Equation (2). At this time, the characteristic
여기서, 는 미리 정해진 문턱값(예를 들어, 10dBZ) 이상의 반사도를 나타내며 단위는 이며, N은 총 누적자료수를 의미한다. 한편, 임의의 레이더 빈의 MREF가 인접한 다른 레이더 빈의 MREF에 비해 상대적으로 낮게 나타나면 해당 레이더 빈이 차폐 영역임을 의미하며, 지형 에코 지역에서의 MREF는 강우유무에 관계없이 항상 강한 반사도가 존재하기 때문에, 임의의 레이더 빈의 MREF가 인접한 레이더 빈의 MREF에 비해 상대적으로 높게 나타나는 경우 해당 레이더 빈이 지형 에코 영역임을 의미할 수 있다. 도 3 을 참조하면, 정북방향에서의 MREF 값은 다른 영역에 비해 매우 낮게 나타나므로 정북방향의 영역을 차폐 영역인 것으로 분석할 수 있으며, 방위각 37°와 76°부근에서 MREF가 미리 정해진 문턱값(예를 들어, 10dBZ) 이하의 값으로 나타나는 것으로 보아 방위각 37°와 76°부근의 영역을 차폐 영역으로 분석할 수 있다.here, Represents a reflectivity higher than a predetermined threshold value (for example, 10 dBZ), and the unit And N is the total cumulative data. On the other hand, if the MREF of an arbitrary radar bin is relatively low compared to the MREF of another adjacent radar bin, it means that the corresponding radar bin is a shielded area. Since the MREF in the terrain echo area always has a strong reflectivity regardless of rainfall, If the MREF of an arbitrary radar bin is relatively high relative to the MREF of an adjacent radar bin, it may mean that the radar bin is a terrain echo area. Referring to FIG. 3, since the MREF value in the north-north direction is much lower than that in the other regions, it can be interpreted that the region in the north direction is the shielded region. In the vicinity of the azimuth angles of 37 ° and 76 °, the MREF has a predetermined threshold value (For example, 10 dBZ), it is possible to analyze the area around the azimuth angle of 37 ° and 76 ° as the shielded area.
도 2, 3, 9을 참조하면, 도 9에서 노란색 영역으로 나타낸 부분 차폐 영역으로, 도 2 및 3 과 도 9 를 비교했을 때 도 2와 3에 나타낸 FOR과 MREF 만으로는 차폐 영역을 정확하게 판별하는데 한계가 있음을 알 수 있다. 이에 따라, 특성변수 산출부(220)는 FOR와 MREF로 이용하여 판별하기 못한 차폐 영역을 판별하기 위해 특성변수 RFOR, RREF, VFOR 및 VREF를 산출할 수 있다.Referring to FIGS. 2, 3 and 9, when comparing FIG. 2 and FIG. 9 with a partial shielding region indicated by a yellow region in FIG. 9, only the FOR and MREF shown in FIGS. . Accordingly, the characteristic
RFOR은 수학식 3과 같이 레이더 중심에서 빈 번호(j)가 동일한 전 방위각의 레이더 빈들의 FOR값들에서 최대 빈도를 갖는 계급에서의 FOR 평균값에 대한 방위각 별 FOR의 비로 산출될 수 있다.The RFOR can be calculated as a ratio of the FOR number per azimuth to the FOR average value in the class having the highest frequency in the FOR values of the radar bins having the same azimuth number (j) in the radar center as shown in Equation (3).
여기서, j, i, k는 각각 레이더 빈, 방위각, 고도각의 번호를 나타내며, MFOR은 전 방위각에 대해 레이더 빈 번호(j)가 동일한 FOR를 이용하여 각 빈 번호(j) 별로 NFD(Normalize Frequency Distribution)를 작성하였을 때, 각 NFD에서 최대 빈도를 갖는 FOR계급 구간의 평균값을 의미한다. 한편, RFOR은 FOR와 마찬가지로 낮은 값을 가질수록 해당 레이더 빈이 잠재적인 차폐 영역임을 의미할 수 있으며, 임의의 레이더 빈의 RFOR가 주변 레이더 빈의 RFOR에 비해 상대적으로 높은 값을 가지면 해당 레이더 빈이 지형 또는 해양 에코 영역임을 의미할 수 있다. 도 4 는 고도각 0.0°와 0.4°에서의 RFOR의 분포를 나타낸 도면으로, 도 4를 참조하면 방위각 0°와 37°, 76° 부근에서 매우 낮은 RFOR 값이 나타나므로 해당 방위각 방향에서 차폐가 발생하였음을 분석할 수 있다. 또한, 레이더 중심에서 인접한 영역에서의 RFOR 값이 작은 것을 확인할 수 있는데 이는 차폐이거나 강우 변동에 영향에 의하여 RFOR이 감소하는 두 가지 유형으로 분석할 수 있다. 따라서, 레이더 중심에서 인접할 때 나타나는 낮은 RFOR 값이 차폐에 의해 발생한 것인지 판별하기 위해서는 다른 특성변수와 함께 분석하여 차폐 유무를 판별해야 한다.Here, j, i, and k denote numbers of radar bin, azimuth angle, and elevation angle, respectively. MFOR is a normalized frequency (NFD) for each empty number (j) using a FOR with the same radar bin number Distribution), it means the average value of the FOR class periods with the highest frequency in each NFD. On the other hand, as with FOR, a lower value of RFOR may mean that the corresponding radar bin is a potential shielding zone. If the RFOR of any radar bin has a relatively higher value than the RFOR of the surrounding radar bean, It can mean that it is a marine echo area. FIG. 4 is a graph showing distribution of RFORs at altitude angles of 0.0 ° and 0.4 °. Referring to FIG. 4, a very low RFOR value occurs at azimuth angles of 0 °, 37 ° and 76 °, Can be analyzed. Also, it can be seen that the RFOR value in the region adjacent to the center of the radar is small, which can be analyzed as two types of shielding or RFOR reduction due to the influence of the fluctuation of the rainfall. Therefore, in order to determine whether the low RFOR value appearing at the radar center is caused by the shielding, it should be analyzed together with other characteristic parameters to determine whether or not the shielding is performed.
RREF는 수학식 4와 같이 레이더로부터 거리가 동일한 전 방위각의 레이더 빈들의 MREF값들에서 최대 빈도를 갖는 계급에서의 MREF 평균값에 대한 방위각 별 MREF의 비로 산출될 수 있다.RREF can be calculated as a ratio of the MREF per azimuth to the average MREF in the class having the maximum frequency at the MREF values of the radar bins of all azimuth angles having the same distance from the radar as shown in Equation (4).
여기서, j, i, k는 각각 레이더 빈, 방위각, 고도각의 번호를 나타내며, MMREF는 전 방위각에 대해 레이더 빈 번호(j)가 동일한 MREF를 이용하여 각 빈번호(j) 별로 NFD를 작성하였을 때, 각 NFD에서 최대 빈도를 갖는 MREF 계급 구간의 평균값을 의미한다. 한편, 차폐 영역에서의 RFOR과 RREF는 인접한 영역의 RFOR과 RREF에 비해 매우 낮은 값으로 나타나므로, 이를 이용하여 FOR와 MREF를 통해 판별하기 못한 차폐 영역을 판별할 수 있다. 또한, RREF는 MREF와 마찬가지로, 임의의 레이더 빈의 RREF가 인접한 다른 레이더 빈의 RREF에 비해 상대적으로 낮게 나타나면 해당 레이더 빈이 차폐 영역임을 의미하며, 임의의 레이더 빈의 RREF가 인접한 레이더 빈의 RREF에 비해 상대적으로 높게 나타나는 경우 해당 레이더 빈이 지형 에코 영역임을 의미할 수 있다. 도 5 는 고도각 0.0°와 0.4°에서의 RREF의 분포를 나타낸 도면으로, 도 5 를 참조하면, 방위각 0°와 37°, 76°부근에서 매우 낮은 RREF 값이 나타나는 것으로 보아 방위각 0°와 37°, 76°부근의 영역을 차폐 영역으로 분석할 수 있다.Here, j, i, and k denote the radar bin, azimuth angle, and altitude angle number, respectively, and MMREF is the NFD for each bin number (j) using the MREF with the same radar bin number Means the mean value of the MREF class intervals with the highest frequency in each NFD. On the other hand, since the RFOR and the RREF in the shielding region appear to be much lower than those of the RFOR and RREF in the adjacent region, it is possible to discriminate the shielding region which can not be discriminated through FOR and MREF. Also, RREF, like MREF, indicates that if the RREF of an arbitrary radar bin is relatively low compared to the RREF of another neighboring radar bin, then the corresponding radar bin is a shielded area, and the RREF of an arbitrary radar bean is smaller than the RREF of an adjacent radar bean. If it is relatively high, it may mean that the radar bin is a terrain echo area. FIG. 5 is a graph showing the distribution of RREFs at altitude angles of 0.0 ° and 0.4 °. Referring to FIG. 5, a very low RREF value appears at an azimuth angle of 0 ° and 37 ° and 76 °. ° and 76 ° can be analyzed as a shielded area.
VFOR은 서로 다른 두 고도각에서 FOR의 연직경도로, 수학식 5를 이용하여 산출할 수 있다.VFOR can be calculated from the vertical hardness of FOR at two different elevation angles, using Equation (5).
여기서, Elev는 고도각을 의미한다. 한편, 비차폐 영역에서는 아래 고도각에서의 FOR이 윗 고도각에서의 FOR보다 크기 때문에 VFOR 값은 0보다 작은 값으로 나타나고, 차폐 영역에서는 윗 고도각에서의 FOR이 아래 고도각에서의 FOR보다 크기 때문에 VFOR 값은 0보다 큰 값으로 나타나므로, 이를 이용하여 FOR와 MREF를 통해 판별하기 못한 차폐 영역을 판별할 수 있다. 도 6 은 고도각 0.0°와 0.4°에서의 VFOR의 분포를 나타낸 도면으로, 도 6 을 참조하면, 정북방향에서 방위각 120°부근까지 양의 VFOR이 넓게 분포하고 있음을 알 수 있다. 이를 통해 전반적으로 관악산 레이더에서 북동쪽 부근에 차폐가 존재하는 것으로 분석할 수 있다.Here, Elev represents altitude angle. On the other hand, in the unshielded region, the VFOR value is less than 0 because FOR at the altitude angle below is greater than FOR at the upper altitude angle, and FOR at the upper altitude angle is less than FOR at the altitude angle Because the VFOR value is greater than 0, it can be used to determine the shielded area that can not be identified through FOR and MREF. FIG. 6 shows the distribution of VFORs at altitude angles of 0.0 ° and 0.4 °. Referring to FIG. 6, it can be seen that positive VFORs are widely distributed from the north direction to the azimuth angle of about 120 °. As a result, it can be concluded that the shield exists in the northeast part of the Gwanak mountain radar as a whole.
VREF는 서로 다른 두 고도각에서의 MREF의 연직경도로, 수학식 6을 이용하여 산출할 수 있다.VREF can be calculated using Equation (6), which is the vertical gradient of the MREF at two different elevation angles.
여기서, Elev는 고도각을 의미한다. 한편, 비차폐 영역에서는 윗 고도각의 MREF보다 아래 고도각에서의 MREF이 크기 때문에 VREF 값은 0보다 작은 값을 가지며, 차폐영역에서는 윗 고도각의 MREF가 아래 고도각에서의 MREF보다 크기 때문에 VREF 값이 0보다 큰 값으로 나타나므로, 이를 이용하여 FOR와 MREF를 통해 판별하기 못한 차폐 영역을 판별할 수 있다. 도 7 은 고도각 0.0°와 0.4°에서의 VREF의 분포를 나타낸 도면으로, 도 7 을 참조하면, 방위각 0°~ 120°까지 양의 VREF가 넓게 분포하고 있는 것을 알 수 있다. 이를 통해 방위각 0°~ 120°부근에 차폐가 존재하는 것으로 분석할 수 있다.Here, Elev represents altitude angle. On the other hand, in the unshielded region, the VREF value is smaller than 0 because the MREF at the lower elevation angle is larger than the MREF at the upper elevation angle. In the shielded region, the MREF at the upper elevation angle is larger than the MREF at the lower elevation angle, Since the value is shown as a value larger than 0, it can be used to determine the shielded area which can not be discriminated through FOR and MREF. FIG. 7 is a graph showing distribution of VREFs at altitude angles of 0.0 ° and 0.4 °. Referring to FIG. 7, it can be seen that positive VREFs are widely distributed up to an azimuth angle of 0 ° to 120 °. As a result, it can be analyzed that shielding exists in the vicinity of the azimuth angle of 0 ° to 120 °.
지형 에코지도 생성부(230)는 특성변수 산출부(220)에 의해 산출된 FOR와 MREF를 이용하여 지형 에코지도를 생성할 수 있다. 이때, 지형 에코지도는 지형 에코의 영향을 최소화하기 위한 것으로, 지형 에코 영향을 받지 않는 최저의 고도각으로 구성될 수 있다.The terrain echo
구체적으로, 지형 에코지도 생성부(230)는 특성변수 산출부(220)에 의해 각 레이더 빈 별로 산출된 FOR과 MREF를 미리 설정된 문턱값과 비교하여 지형 에코지도를 구성하는 최저의 고도각을 선택할 수 있다. 이때, 미리 설정된 문턱값은 FOR과 MREF 별로 미리 설정되어 있으며, FOR과 MREF의 PPI(Plan Posicion Indicator) 영상을 분석하여 경험적으로 결정될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 FOR에 대한 문턱값은 30%, MREF에 대한 문턱값은 25dBZ로 설정되어 있을 수 있다. 지형 에코지도 생성부(230)는 레이더 빈의 FOR과 MREF를 미리 설정된 문턱값과 비교하여 FOR과 MREF 중 하나 이상이 미리 설정된 문턱값 미만일 경우, 해당 레이더 빈은 지형 에코의 영향을 받지 않는 영역으로 판단하여 해당 레이더 빈의 고도각을 해당 레이더 빈의 최저 고도각으로 선택할 수 있다. 반대로, 지형 에코지도 생성부(230)는 FOR과 MREF이 모두 미리 설정된 문턱값 이상일 경우 해당 레이더 빈은 지형 에코의 영향을 받는 영역으로 판단할 수 있으며, 해당 레이더 빈의 지형 에코의 영향을 받지 않는 최저 고도각을 선택하기 위해 고도각을 증가시켜 다시 미리 설정된 문턱값과 비교할 수 있다. 이때, 고도각을 증가시키는 것은 이전 고도각보다 한 단계 위의 고도각으로 증가시키는 것으로, 예를 들어 이전 고도각이 0.0°이고, 그 다음 고도각은 0.4°으로 설정되어 있다면 증가시킨 고도각은 0.4°일 수 있다. 지형 에코지도 생성부(230)는 증가시킨 고도각에 해당하는 레이더 빈의 FOR과 MREF를 재산출하고, 재산출한 FOR과 MREF를 미리 설정된 문턱값과 재비교할 수 있다. 지형 에코지도 생성부(230)는 재비교한 결과, 재산출한 FOR과 MREF 중 하나 이상이 미리 설정된 문턱값 미만이면 증가시킨 고도각을 해당 레이더 빈의 최저 고도각으로 선택할 수 있으며, 재산출한 FOR과 MREF이 모두 미리 설정된 문턱값 이상이면 FOR과 MREF 중 하나 이상이 미리 설정된 문턱값 미만이 될 때까지 상술한 과정을 반복하여 해당 레이더 빈의 최저 고도각을 선택할 수 있다. 지형 에코지도 생성부(230)는 결정한 최저 고도각으로 지형 에코지도를 생성할 수 있다.Specifically, the terrain echo
이하에서는, 도 8 내지 10 을 통하여 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 고도각 마스크를 구성하는 빔 차폐 마스크를 생성하는 과정을 설명한다. 도 8 은 빔 차폐 모의를 통해 계산된 고도각 0.0°에서의 관악산 레이더 비차폐율 분포를 나타낸 도면이며, 도 9 는 고도각 0.0°와 0.4°에서의 차폐 영역과 비차폐 영역을 구분한 것을 나타낸 도면이며, 도 10a, 10b 는 차폐 영역과 비차폐 영역에서 특성변수들의 NFD(Normalize Frequency Distribution)를 나타낸 도면이다.Hereinafter, a process of generating a beam shielding mask constituting a hybrid height-angle mask according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 8 is a graph showing the distribution of unshielding ratio of Gwanaksan radar at an altitude angle of 0.0 deg. Calculated by beam shielding simulation, and Fig. 9 is a graph showing distinction between shielded regions and unshielded regions at altitude angles of 0.0 and 0.4 degrees FIGS. 10A and 10B are diagrams showing normalized frequency distribution (NFD) of characteristic variables in a shielded area and an unshielded area.
빔 차폐 마스크 생성부(240)는 빔 차폐에 의한 영향을 최소화하는 빔 차폐 마스크를 생성할 수 있다. 이때, 빔 차폐 마스크는 빔 차폐의 영향을 받지 않는 최저 고도각으로 구성될 수 있다.The beam shield
빔 차폐 마스크 생성부(240)는 특성변수의 NFD(Normalize Frequency Distribution)를 이용하여 빔 차폐의 영향을 받지 않는 최저 고도각을 결정할 수 있다. 이때, 특성변수의 NFD를 산출하기 위해서는 차폐 영역과 비차폐 영역을 구분해야 한다. 빔 차폐 마스크 생성부(240)는 FOR과 MREF, 그리고 도 8 에 나타난, 빔 차폐 모의를 통해 계산된 비차폐율을 이용하여 도 9 와 같이, 차폐 영역과 비차폐 영역을 구분할 수 있다. 이때, 붉은 색 영역은 비차폐 영역이고, 노란색 영역은 부분 차폐 영역, 파란색 영역은 심한 차폐 영역이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 차폐 마스크 생성부(240)는 빔 차폐모의에서 산출된 비차폐율이 90% 이상이면 비차폐 영역으로, 65%를 초과하고 90% 미만이면 부분 차폐 영역으로, 65% 이하이면 차폐 영역으로 판별할 수 있다. 또한, 빔 차폐 마스크 생성부(240)는 FOR, MREF의 차폐조건을 모두 만족하면 심한 차폐 영역으로 판별할 수 있다. 이때, FOR의 차폐 조건은 FOR이 20% 미만이고 MREF는 25dBZ 미만이다. 빔 차폐 마스크 생성부(240)는 구분한 차폐 영역 및 비차폐 영역 별로 특성변수들의 빈도분포를 계산한 뒤 정규화하여 NFD를 산출할 수 있다. 빔 차폐 마스크 생성부(240)는 도 10a, 10b와 같이, 차폐 영역에서 특성변수의 NFD(도 10a, 10b 에서 실선으로 표시된 부분)와 비차폐 영역에서 특성변수의 NFD(도 10a, 10b 에서 점선으로 표시된 부분)를 표시하여 차폐 영역에서 특성변수의 NFD와 비차폐 영역에서 특성변수의 NFD 간에 중첩 영역을 검출할 수 있다. 이때, 중첩 영역은 차폐 영역과 비차폐 영역의 NFD가 겹치는 영역으로, 해당 특성변수가 차폐 판별을 잘 모의하지 못하는 정도를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 도 10a의 (a)를 참조하면, 차폐 영역과 비차폐 영역에서 FOR의 NFD는 FOR 값이 11~16%의 구간에서 넓게 중첩되어 있으므로, FOR는 다른 특성변수들에 비해 차폐 영역과 비차폐 영역을 판별할 수 있는 능력이 약하다고 분석할 수 있다. 또한, 도 10a의 (b)를 참조하면, 차폐 영역과 비차폐 영역에서 RFOR의 NFD는 0.8~1.2인 구간에서 넓게 중첩되어 있으므로, RFOR는 다른 특성변수들에 비해 차폐 영역과 비차폐 영역을 잘 판별하지 못한다고 분석할 수 있다. 도 10a의 (c)를 참조하면, 차폐 영역과 비차폐 영역에서 VFOR의 NFD는 -5~0인 구간에서 일부 중첩되어 있지만 중첩영역이 비교적 좁기 때문에, VFOR는 다른 특성변수들에 비해 차폐 영역과 비차폐 영역을 잘 판별할 수 있다고 분석할 수 있다. 또한, 도 10b의 (a)를 참조하면, 차폐 영역과 비차폐 영역에서 MREF의 NFD는 21~23dBZ인 구간에서 비교적 좁은 중첩영역을 가지므로 MREF는 다른 특성변수들에 비해 차폐 영역과 비차폐 영역을 잘 판별할 수 있다고 분석할 수 있다. 도 10b의 (b)를 참조하면, 차폐 영역과 비차폐 영역에서 RREF의 NFD는 0.9~1.1인 구간에서 좁은 중첩영역을 가지므로 RREF는 다른 특성변수들에 비해 차폐 영역과 비차폐 영역을 잘 판별할 수 있다고 분석할 수 있다. 도 10b의 (c)를 참조하면, 차폐 영역과 비차폐 영역에서 VREF의 NFD는 -2~0인 구간에서 매우 좁은 중첩영역을 가지므로 VREF는 다른 특성변수들에 비해 차폐 영역과 비차폐 영역을 잘 판별할 수 있는 특성변수임을 알 수 있다.The beam shield
빔 차폐 마스크 생성부(240)는 NFD를 이용하여 빔 차폐에 의한 영향을 받지 않는 최저 고도각을 결정하기 위해, 검출한 중첩 영역의 넓이에 따라 특성변수의 가중치를 산출할 수 있다. 빔 차폐 마스크 생성부(240)는 수학식 7를 이용하여 가중치()를 산출할 수 있다.The beam shield
여기서, i는 특성변수의 유형을 의미하며, 는 i번째 특성변수에 따른 차폐 영역과 비차폐 영역의 NFD 값의 중첩 영역의 넓이를 의미하며, S는 로 나타난다. 이때, m은 사용한 특성변수의 개수를 의미하며, 본 발명의 일 실시예에 따른 특성변수는 FOR, MREF, RFOR, RREF, VFOR, VREF로 m 값은 6이 될 수 있다. 한편, 중첩 영역의 넓이()는 차폐 영역과 비차폐 영역의 NFD 값이 동시에 존재하는 영역을 검출하고, 구간 별로 두 NFD 값을 서로 비교하여 최소값을 구한 뒤 누적하여 산출할 수 있다.Here, i means the type of the characteristic variable, Denotes the width of the overlap region of the NFD values of the shielded region and the non-shielded region according to the i-th characteristic variable, and S Respectively. In this case, m denotes the number of used characteristic variables, and the characteristic value according to an exemplary embodiment of the present invention may be 6 for FOR, MREF, RFOR, RREF, VFOR and VREF. On the other hand, ) Can detect the area where the NFD values of the shielded area and the non-shielded area coexist and calculate the minimum value by comparing the two NFD values with each other.
빔 차폐 마스크 생성부(240)는 NFD를 이용하여 빔 차폐에 의한 영향을 받지 않는 최저 고도각을 결정하기 위해, NFD를 이용하여 MF(Membership Function)의 특성변수 별 차폐 영역의 소속값(Membership Value)을 산출할 수 있다. 빔 차폐 마스크 생성부(240)는 수학식 8, 9를 이용하여 MF의 소속값을 산출할 수 있다.The beam shield
여기서, i는 특성변수의 유형을 의미하며, p는 특성변수의 임의의 값을 의미하며, 는 차폐 영역에 해당하는 임의의 레이더 빈 위치에서의 i번째 특성변수 p에 해당하는 차폐 영역의 NFD를 나타내고, 는 비차폐 영역에 해당하는 임의의 레이더 빈 위치에서의 i번째 특성변수 p에 해당하는 비차폐 영역의 NFD를 나타낸다. 또한, 는 차폐 영역에 해당하는 임의의 레이더 빈 위치에서 i번째 특성변수의 MF 소속값(Membership value)을 의미하며, 는 비차폐 영역에 해당하는 임의의 레이더 빈 위치에서 i번째 특성변수의 MF 소속값(Membership value)을 의미한다.Here, i denotes the type of the characteristic variable, p denotes an arbitrary value of the characteristic variable, Represents the NFD of the shielded area corresponding to the i-th characteristic variable p at an arbitrary radar bin position corresponding to the shielded area, Denotes the NFD of the non-shielded region corresponding to the i-th characteristic variable p at an arbitrary radar bin position corresponding to the non-shielded region. Also, Denotes the membership value of the i-th characteristic variable at an arbitrary radar bin corresponding to the shielded area, Denotes the membership value of the i-th characteristic variable at an arbitrary radar bin corresponding to the non-shielded area.
빔 차폐 마스크 생성부(240)는 산출한 가중치()와 MF의 소속값을 이용하여 빔 차폐의 영향을 받지 않는 최저 고도각을 결정할 수 있다. 구체적으로, 빔 차폐 마스크 생성부(240)는 산출한 가중치()와 MF의 소속값을 이용하여 종합 소속값()을 산출할 수 있다. 이때, 종합 소속값()는 수학식 10을 이용하여 산출될 수 있다.The beam shield
여기서, i는 특성변수의 유형을 의미하며, 는 i번째 특성변수의 가중치를 나타내며, 는 차폐 영역에 대한 임의의 레이더 빈 위치에서 i번째 특성변수에 대한 MF의 소속값을 나타낸다.Here, i means the type of the characteristic variable, Represents the weight of the i-th characteristic variable, Represents the belonging value of the MF with respect to the i-th characteristic variable at an arbitrary radar bin position with respect to the shielded area.
빔 차폐 마스크 생성부(240)는 산출된 종합 소속값()을 미리 설정된 종합 소속값()의 문턱값과 비교하여 산출한 종합 소속값()이 미리 설정된 종합 소속값()의 문턱값 이상이면 해당 레이더 빈을 차폐 영역으로 판별하고, 미만이면 비차폐 영역으로 판별할 수 있다. 예를 들어, 산출된 종합 소속값()가 0.62 이상이면 해당 레이더 빈을 차폐 영역으로 판별하고, 0.62 미만이면 비차폐 영역으로 판별할 수 있다. 이때, 미리 설정된 종합 소속값()의 문턱값은 레이더 관측 영역의 종합 소속값()의 공간적 분포를 분석하여 경험적으로 결정될 수 있다. 빔 차폐 마스크 생성부(240)는 비차폐 영역으로 판별된 레이더 빈의 고도각을 해당 레이더 빈의 최저 고도각으로 선택할 수 있다. 빔 차폐 마스크 생성부(240)는 차폐 영역으로 판별된 레이더 빈의 현재 고도각은 빔 차폐에 의한 영향을 받는 고도각인 것으로 판단하고, 고도각을 증가시켜 빔 차폐에 의한 영향을 받지 않는 최저 고도각을 검출할 수 있다. 이때, 빔 차폐 마스크 생성부(240)는 차폐 영역으로 판별된 레이더 빈의 고도각을 한단계 위의 고도각으로 증가시켜 특성변수 및 재산출한 특성변수의 NFD를 재산출하고, 재산출한 NFD를 이용하여 중첩영역을 재검출하고, 재검출한 중첩영역의 넓이를 이용하여 종합 소속값()을 재산출할 수 있다. 빔 차폐 마스크 생성부(240)는 재산출한 종합 소속값()과 미리 설정된 종합 소속값()의 문턱값을 비교하여 재산출한 종합 소속값()이 미리 설정된 종합 소속값()의 문턱값 미만이 되는지 여부를 확인할 수 있다. 빔 차폐 마스크 생성부(240)는 재산출한 종합 소속값()이 미리 설정된 종합 소속값()의 문턱값 미만이면 한단계 위의 고도각으로 증가시킨 레이더 빈의 고도각을 해당 레이더 빈의 최저 고도각으로 선택할 수 있다. 빔 차폐 마스크 생성부(240)는 재산출한 종합 소속값()이 미리 설정된 종합 소속값()의 문턱값 이상이면 종합 소속값()이 미리 설정된 종합 소속값()의 문턱값 이하가 될 때까지 상술한 과정을 반복하여 해당 레이더 빈의 빔 차폐의 영향을 받지 않는 최저 고도각을 선택할 수 있다. 한편, 빔 차폐의 영향을 받지 않는 최저 고도각은 고도각 별로 산출한 종합 소속값()을 이용하여 레이더 빈 별로 선택하는데, 같은 방위각 방향에서 인접한 레이더 빈들에 저장된 고도각 값들을 비교하여 최종적으로 결정할 수 있다. 예를 들어, 방위각이 같고 레이더 빈이 n인 위치에서 고도각이 0.8°이고, n+1번째 레이더 빈이 고도각이 0.4°이면 n번째 레이더 빈의 고도각 값이 n+1번째 고도각보다 크기 때문에 n+1번째 고도각은 0.8°로 변경될 수 있다.The beam shield
빔 차폐 마스크 생성부(240)는 레이더 빈 별로 선택한 최저 고도각과 빔 차폐모의를 통해 선택된 고도각으로 빔 차폐 마스크를 생성할 수 있다. 이때, 빔 차폐모의를 통해 선택된 고도각은 고도각 별로 계산된 미리 정해진 비율(예를 들어, 90%) 이하의 비차폐율을 이용하여 선택할 수 있다.The beam shield
하이브리드 고도각 마스크 생성부(250)는 지형 에코 및 빔 차폐에 의한 영향을 받지 않는 최적의 다중 고도각으로 구성된 하이브리드 고도각 마스크를 생성할 수 있다. 하이브리드 고도각 마스크 생성부(250)는 지형 에코지도 생성부(230)에 의해 생성된 지형 에코지도와 빔 차폐 마스크 생성부(240)를 통해 생성된 빔 차폐 마스크를 결합하여 하이브리드 고도각 마스크를 생성할 수 있다.The hybrid altitude
강우 추정부(260)는 하이브리드 고도각 마스크 생성부(250)에 의해 생성된 하이브리드 고도각 마스크를 이용하여 강우 추정을 수행할 수 있다. 이때, 하이브리드 고도각 마스크를 이용하여 강우 추정을 수행하면, 하이브리드 고도각 마스크에 의해 지형 에코 영역 및 차폐 영역이 제거될 수 있으므로 지형 에코 및 빔 차폐와 관계없이 정확한 강우 추정을 수행할 수 있다.The
도 11a, 11b, 11c 은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 고도각 마스크를 이용한 강우 추정 검증 결과를 나타낸 도면이다.11A, 11B, and 11C are views showing a result of rainfall estimation verification using a hybrid altitude angle mask according to an embodiment of the present invention.
도 11a, 11b, 11c 를 참조하면, 기존의 하이브리드 고도각 마스크 및 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 고도각 마스크를 이용하여 각각 다른 날(도 11a는 2012.09.08, 도 11b는 2013.05.10, 도 11c는 2013.05.27)에 강우 추정을 수행한 것을 볼 수 있다. 이때, 레이더 반사도는 -4.11 dBZ, -4.29 dBZ, -8.13 dBZ 씩 각각 편차 보정을 수행한 것이다. 도 11a 의 (a)를 참조하면, 기존의 하이브리드 고도각 마스크를 기반으로 추정한 강우강도는 충청남도 서해안 영역과 충청도 부근(도 11a에서 붉은 원으로 표시한 영역)에 지형 에코로 판별되는 붉은 점들이 남아 있다. 반면, 도 11a 의 (b)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따라 생성된 하이브리드 고도각 마스크를 기반으로 추정한 강우강도는 붉은 점이 남아 있지 않는 것을 확인할 수 있다. 또한, 도 11a, 11b, 11c의 (a)를 참조하면, 기존의 하이브리드 고도각 마스크에서 지형 에코가 여전히 많이 남아 있음을 확인할 수 있다. 반면, 도 11a, 11b, 11c의 (b)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따라 생성된 하이브리드 고도각 마스크에서는 지형 에코 영역이 거의 다 제거되었음을 확인할 수 있다. 따라서, 기존의 하이브리드 고도각 마스크보다 본 발명의 일 실시예에 따라 생성된 하이브리드 고도각 마스크가 강우추정의 성능이 기존의 하이브리드 고도각 마스크에 비해 높은 것을 확인할 수 있으며, 이에 따라 본 발명의 일 실시예에 따라 생성된 하이브리드 고도각 마스크가 기존의 하이브리드 고도각 마스크보다 보다 정확히 강우를 추정할 수 있다.11A, 11B, and 11C, using the conventional hybrid altitude angle mask and the hybrid altitude angle mask according to an embodiment of the present invention, And Fig. 11C shows the rainfall estimation performed on May 27, 2013). In this case, the radar reflectivity is -4.11 dBZ, -4.29 dBZ, and -8.13 dBZ, respectively. Referring to FIG. 11A, the rainfall intensity estimated based on the existing hybrid altitude angle mask has red dots that are discriminated as terrestrial echoes in the west coast region of Chungcheongnam-do and the vicinity of Chungcheong Island (the area denoted by a red circle in FIG. 11A) Remains. On the other hand, referring to (b) of FIG. 11, it can be seen that the rainfall intensity estimated based on the generated hybrid altitude mask according to an embodiment of the present invention does not have any red dots. 11A, 11B, and 11C, it can be seen that the terrain echo remains in the conventional hybrid altitude mask. On the other hand, referring to FIGS. 11A, 11B, and 11C (b), it can be seen that almost all of the terrain echo area is removed in the hybrid altitude mask generated according to the embodiment of the present invention. Therefore, it can be seen that the performance of the hybrid altitude mask generated according to the embodiment of the present invention is higher than that of the conventional hybrid altitude mask, and the performance of the rainfall estimation is higher than that of the existing hybrid altitude mask. The hybrid height altitude mask generated according to the example can estimate the rainfall more accurately than the existing hybrid altitude each mask.
이하에서는, 도 12 를 통하여 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 고도각 레이더 강우 추정 방법에 대해 설명한다.Hereinafter, a hybrid altitude angle radar rainfall estimation method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
먼저, 기상레이더 시스템(100)으로부터 기상레이더 반사도 자료를 수신하여 입력(310)하고, 입력받은 기상레이더 반사도 자료를 통계분석하여 레이더 빈 별로 FOR(Frequency of Occurrence of Reflectivity)와 MREF(Mean REFlectivity)를 산출한다(315). 이때, FOR와 MREF를 산출하는 것은 상술한 것과 같이 수학식 1, 2를 통해 산출할 수 있다.First, a weather radar reflectivity data is received from a
산출한 FOR와 MREF를 이용하여 지형 에코지도를 생성한다(320). 자세한 지형 에코지도 생성 방법은 도 13 을 통하여 후술하도록 한다.A topographic echo map is generated using the calculated FOR and MREF (320). A detailed terrain echo map generation method will be described later with reference to FIG.
입력된 레이더 반사도 자료를 이용하여 빔 차폐의 영향을 받지 않는 빔 차폐 마스크를 생성하기 위해, 산출한 FOR와 MREF 이외에 추가적인 특성변수가 필요하므로, 산출한 FOR와 MREF를 이용하여 추가적인 특성변수를 산출한다(325). 이때, 추가적인 특성변수는 RFOR(Relative of FOR), RREF(Relative of mean REFlectivity), VFOR(Vertical gradient of FOR), VREF(Vertical gradient of REFlectivity)이며, 상술한 것과 같이 수학식 3 내지 6 을 통해 산출할 수 있다.In order to generate a beam shielding mask that is not affected by the beam shielding by using the input radar reflectivity data, additional characteristic parameters are required in addition to the calculated FOR and MREF, so that additional characteristic parameters are calculated using the calculated FOR and MREF (325). The additional characteristic variables are RFOR (Relative of FOR), RREF (Relative of mean REFlectivity), VFOR (Vertical Gradient of FOR) and VREF (Vertical Gradient of REFlectivity) can do.
빔 차폐의 영향을 받지 않는 빔 차폐 마스크는 빔 차폐의 영향을 받지 않는 최저의 고도각으로 구성되는데, 이러한 최저 고도각은 특성변수들의 NFD(Normalize Frequency Distribution)를 분석하여 선택될 수 있다. 특성변수들의 NFD를 산출하기 위해서는 먼저 차폐 영역과 비차폐 영역을 구분하여야 한다. 이에 따라, 차폐 영역과 비차폐 영역을 분류한다(330). 이때, 차폐 영역과 비차폐 영역은 상술한 것과 같이 FOR, MREF 및 빔 차폐 모의를 통해 산출된 비차폐율을 이용하여 분류할 수 있다.The beam shielding mask which is not affected by the beam shielding is composed of the lowest altitude angle which is not affected by the beam shielding, and this minimum altitude angle can be selected by analyzing the Normalized Frequency Distribution (NFD) of the characteristic parameters. In order to calculate the NFD of the characteristic variables, the shielded area and the non-shielded area must be distinguished first. Accordingly, the shielded area and the non-shielded area are classified (330). At this time, the shielded area and the non-shielded area can be classified using the non-shielding ratio calculated through FOR, MREF and beam shielding simulation as described above.
차폐 영역과 비차페 영역을 분류(330)한 후, 차폐 영역 및 비차폐 영역 별로 특성변수들의 NFD를 산출한다(335). 이때, NFD는 차폐 영역 및 비차폐 영역 별로 특성변수들의 빈도분포를 계산한 뒤 정규화하여 산출할 수 있다.After classifying the shielded area and the
산출한 NFD를 이용하여 빔 차폐에 의한 영향을 받지 않는 최저 고도각을 결정하기 위해, 특성변수의 가중치() 및 MF(Membership Function)의 소속값을 산출한다(340). 이때, 특성변수의 가중치()는 상술한 것과 같이 차폐 영역의 NFD와 비차폐 영역의 NFD 값이 중첩되는 영역의 넓이를 이용하여 산출할 수 있으며, 수학식 7을 통해 산출될 수 있다. 한편, 중첩 영역의 넓이()는 차폐 영역과 비차폐 영역의 NFD 값이 동시에 존재하는 영역을 검출하고, 구간 별로 두 NFD 값을 서로 비교하여 최소값을 구한 뒤 누적하여 산출할 수 있다. 또한, 특성변수의 MF 소속값은 수학식 8, 9 를 통해 산출될 수 있다.In order to determine the minimum altitude angle that is not affected by the beam shielding by using the calculated NFD, And membership function (MF) (340). At this time, the weight of the characteristic variable Can be calculated using the area of the area where the NFD values of the shielded area overlap with the NFD values of the unshielded area as described above and can be calculated through Equation (7). On the other hand, ) Can detect the area where the NFD values of the shielded area and the non-shielded area coexist and calculate the minimum value by comparing the two NFD values with each other. In addition, the MF belonging value of the characteristic variable can be calculated through Equations (8) and (9).
빔 차폐 마스크를 구성하는 최저 고도각은 레이더 빈 별로 결정될 수 있으며, 최저 고도각은 해당 레이더 빈이 차폐 영역인지 여부에 따라 선택될 수 있다. 이에 따라, 레이더 빈이 차폐 영역인지 최종적으로 판별하기 위해, 레이더 빈이 차폐 영역인지를 판별할 수 있는 종합 소속값을 산출한다(345). 이때, 종합 소속값은 상술한 것과 같이 레이더 빈 별로 산출한 가중치와 MF 소속값을 곱한 값들의 합으로 산출될 수 있으며, 수학식 10 을 통해 산출될 수 있다.The lowest altitude angle constituting the beam shielding mask can be determined for each radar bin, and the lowest altitude angle can be selected depending on whether the corresponding radar bin is the shielded area or not. Accordingly, in order to finally determine whether the radar bin is the shielded area, an overall belonging value capable of determining whether the radar bin is the shielded area is calculated (345). At this time, the total membership value can be calculated as the sum of values obtained by multiplying the weight values calculated for each radar bin by MF membership values as described above, and can be calculated through Equation (10).
산출한 종합 소속값을 이용하여 빔 차폐 마스크를 생성한다(350). 자세한 빔 차폐 마스크 생성 방법은 도 14 를 통하여 후술하도록 한다.A beam shielding mask is generated using the total membership value thus calculated (350). A detailed beam shield mask generation method will be described later with reference to FIG.
생성한 지형 에코지도와 빔 차폐 마스크를 결합하여 하이브리드 고도각 마스크 생성(355)하고, 생성한 하이브리드 고도각 마스크를 이용하여 강우량을 추정한다(360).The generated terrain echo map is combined with the beam shielding mask to generate a hybrid
이하에서는, 도 13 을 통하여 본 발명의 일 실시예에 따른 지형 에코지도를 생성하는 방법에 대해 설명한다.Hereinafter, a method of generating a terrain echo map according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
먼저, 레이더 빈 별로 산출한 FOR와 MREF를 미리 설정된 문턱값()과 비교한다(410). 이때, 미리 설정된 문턱값()은 FOR와 MREF 별로 설정되어 있으며, FOR과 MREF의 PPI(Plan Posicion Indicator) 영상을 분석하여 경험적으로 결정될 수 있다.First, the FOR and MREF calculated for each radar bin are set to a preset threshold value ( (410). At this time, a preset threshold value ( ) Is set for each FOR and MREF, and can be determined empirically by analyzing the PPI (Plan Posi- tion Indicator) image of FOR and MREF.
산출한 FOR 및 MREF 둘다 미리 설정된 문턱값() 이상인지 여부를 확인(420)하고, 산출한 FOR 및 MREF 둘다 미리 설정된 문턱값() 이상이면 해당 레이더 빈의 고도각은 지형 에코의 영향을 받는 고도각인 것으로 판별하여 지형 에코의 영향을 받지 않는 최저 고도각을 검출하기 위해, 해당 레이더 빈의 고도각을 한단계 윗 고도각으로 증가시킨다(430). 이때, 고도각을 증가시키는 것은 미리 설정되어 있으며, 예를 들어, 고도각 0.0°다음으로 큰 고도각은 0.4°이고, 그 다음은 0.8°일 수 있다.Both the calculated FOR and MREF have a predetermined threshold value ( (420), and both the calculated FOR and MREF are compared with a preset threshold value ( ), The elevation angle of the corresponding radar bin is determined to be the elevation angle affected by the terrain echo, and the elevation angle of the corresponding radar bin is incremented by one level to detect the lowest elevation angle not affected by the terrain echo (430). At this time, it is preset to increase the elevation angle, for example, an elevation angle greater than 0.0 ° and an elevation angle greater than 0.4 °, and then a value of 0.8 °.
고도각이 증가하면 그에 따라 레이더 빈의 FOR과 MREF도 변경될 수 있다. 이에 따라, 증가시킨 고도각에 해당하는 FOR과 MREF를 산출한다(440).As the elevation angle increases, the FOR and MREF of the radar bin can be changed accordingly. Accordingly, FOR and MREF corresponding to the increased altitude are calculated (440).
증가시킨 고도각을 이용하여 재산출한 FOR과 MREF를 다시 미리 설정된 문턱값()과 비교한다. 이러한 과정은 레이더 빈의 FOR 및 MREF 중 하나 이상이 미리 설정된 문턱값() 미만이 될 때까지 반복한다.Using the increased elevation angle, the FOR and MREF reassigned are again set to a preset threshold value ). This process is repeated until at least one of the FOR and MREF of the radar bin has reached a predetermined threshold value ).
또한, 산출한 FOR 및 MREF와 미리 설정된 문턱값()를 비교(420)했을 때, 산출한 FOR와 MREF 중 하나 이상이 미리 설정된 문턱값() 미만이면 해당 레이더 빈의 현재 고도각이 지형 에코의 영향을 받지 않는 고도각인 것으로 판단하여 해당 레이더 빈의 고도각을 해당 레이더 빈의 최저 고도각으로 선택한다(450).Further, the calculated FOR and MREF and a predetermined threshold value ( (420), at least one of the calculated FOR and MREF is compared with a preset threshold value ), It is determined that the current altitude angle of the radar bin is not affected by the terrain echo, and the altitude angle of the corresponding radar bin is selected as the minimum altitude angle of the corresponding radar bin.
레이더 빈 별로 선택한 최저 고도각으로 지형 에코지도를 생성한다(460).A terrain echo map is generated at the lowest altitude angle selected for each radar bin (460).
이하에서는, 도 14 를 통하여 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 차폐 마스크를 생성하는 방법에 대해 설명한다.Hereinafter, a method of generating a beam shielding mask according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
먼저, 레이더 빈 별로 산출한 종합 소속값()를 미리 설정된 문턱값()과 비교한다(510). 이때, 미리 설정된 문턱값()은 레이더 관측 영역의 종합 소속값의 공간적 분포를 분석하여 경험적으로 결정될 수 있다.First, the total membership value calculated for each radar bin ) To a preset threshold value ( (510). At this time, a preset threshold value ( ) Can be empirically determined by analyzing the spatial distribution of the integrated membership values of the radar observation region.
산출한 종합 소속값()가 미리 설정된 문턱값()이상인지 여부를 확인(520)하고, 산출한 종합 소속값()가 미리 설정된 문턱값() 이상이면, 해당 레이더 빈의 고도각은 빔 차폐에 의한 영향을 받는 고도각인 것으로 판별하여 빔 차폐에 의한 영향을 받지 않는 최저 고도각을 선택하기 위해, 해당 레이더 빈의 고도각을 한단계 윗 고도각으로 증가시킨다(530).The calculated total membership value ( Is set to a preset threshold value (520), and the calculated total membership value ( Is set to a preset threshold value ), It is determined that the altitude angle of the radar bin is the altitude angle affected by the beam shielding, and in order to select the minimum altitude angle that is not affected by the beam shielding, the altitude angle of the radar bin is set to the one- (530).
이때, 고도각을 증가시키는 것은 미리 설정되어 있으며, 예를 들어, 고도각 0.0°다음으로 큰 고도각은 0.4°이고, 그 다음은 0.8°일 수 있다.At this time, it is preset to increase the elevation angle, for example, an elevation angle greater than 0.0 ° and an elevation angle greater than 0.4 °, and then a value of 0.8 °.
고도각이 증가하면 그에 따라 레이더 빈의 종합 소속값()도 변경될 수 있다. 이에 따라, 증가시킨 고도각에 해당하는 종합 소속값()를 산출한다(540).As the elevation angle increases, the total membership value of the radar bin ) Can also be changed. As a result, the integrated membership value ( (540).
증가시킨 고도각를 이용하여 재산출한 종합 소속값()를 다시 미리 설정된 문턱값()과 비교한다. 이러한 과정은 레이더 빈의 종합 소속값()가 미리 설정된 문턱값() 미만이 될 때까지 반복한다.The total membership value of the property ) Again to a preset threshold value ( ). This process is called the integration of radar bin values Is set to a preset threshold value ).
또한, 산출한 종합 소속값()와 미리 설정된 문턱값()를 비교(520)했을 때, 산출한 종합 소속값()이 미리 설정된 문턱값()미만이면 해당 레이더 빈의 현재 고도각이 빔 차폐의 영향을 받지 않는 고도각인 것으로 판단하여 해당 레이더 빈의 고도각을 해당 레이더 빈의 최저 고도각으로 선택한다(550).In addition, the calculated total affiliation value ( ) And a predetermined threshold value ( (520), the calculated total membership value ( ) Is less than a preset threshold value , It is determined that the current altitude angle of the corresponding radar bin is not affected by the beam shielding, and the altitude angle of the corresponding radar bin is selected as the minimum altitude angle of the corresponding radar bin (550).
레이더 빈 별로 선택한 최저 고도각과 빔 차폐모의를 통해 선택된 고도각으로 빔 차폐 마스크를 생성한다(560). 이때, 빔 차폐모의를 통해 산출된 고도각은 고도각 별로 계산된 미리 정해진 비율(예를 들어, 90%) 이하의 비차폐율을 이용하여 선택할 수 있다.A beam shielding mask is generated at a selected altitude angle (560) through a selected minimum altitude angle and beam shielding simulation for each radar bin. At this time, the altitude angle calculated through the beam shielding simulation can be selected by using the unshielding ratio of less than a predetermined ratio (for example, 90%) calculated for each altitude angle.
이와 같은, 하이브리드 고도각 마스크를 이용하여 레이더강우를 추정하는 기술은 애플리케이션으로 구현되거나 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.Such a technique of estimating radar rainfall using a hybrid altitude angle mask can be implemented in an application or implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer components and recorded in a computer-readable recording medium. The computer-readable recording medium may include program commands, data files, data structures, and the like, alone or in combination.
상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록되는 프로그램 명령어는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거니와 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.The program instructions recorded on the computer-readable recording medium may be ones that are specially designed and configured for the present invention and are known and available to those skilled in the art of computer software.
컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD 와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령어를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tape, optical recording media such as CD-ROMs and DVDs, magneto-optical media such as floptical disks, media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions such as ROM, RAM, flash memory, and the like.
프로그램 명령어의 예에는, 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드 뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함된다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명에 따른 처리를 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.Examples of program instructions include machine language code such as those generated by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware device may be configured to operate as one or more software modules for performing the processing according to the present invention, and vice versa.
이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims. It will be possible.
100: 기상레이더 시스템
200: 하이브리드 고도각 레이더강우 추정 장치
210: 기상레이더 자료 수집부
220: 특성변수 산출부
230: 지형 에코지도 생성부
240: 빔 차폐 마스크 생성부
250: 하이브리드 고도각 마스크 생성부
260: 강우 추정부100: Weather radar system
200: Hybrid altitude radar rainfall estimator
210: weather radar data collection unit
220: characteristic variable calculating section
230: terrain echo map generation unit
240: beam shield mask generation unit
250: Hybrid altitude angle mask generating unit
260: Rainfall estimation unit
Claims (24)
상기 기상레이더 자료 수집부를 통해 수집된 기상레이더 반사도 자료를 이용하여 지형 에코의 영향을 받지 않는 최저 고도각들로 구성된 지형 에코지도를 생성하는 지형 에코지도 생성부;
상기 기상레이더 자료 수집부를 통해 수집된 기상레이더 반사도 자료를 이용하여 빔 차폐 영향을 받지 않는 최저 고도각으로 구성된 빔 차폐 마스크를 생성하는 빔 차폐 마스크 생성부;
상기 지형 에코지도와 상기 빔 차폐 마스크를 결합하여 각 레이더 빈에서 빔 차폐 영역 및 지형 에코 영역이 모두 존재하지 않는 최저 고도각으로 구성된 하이브리드 고도각 마스크를 생성하는 하이브리드 고도각 마스크 생성부; 및
상기 하이브리드 고도각 마스크를 통해 강우 추정을 수행하는 강우 추정부를 포함하는 하이브리드 고도각 레이더강우 추정 장치.A weather radar data collection unit for collecting weather radar reflectivity data;
A terrain echo map generating unit for generating a terrain echo map composed of the lowest altitude angles not affected by the terrain echo using the weather radar reflectivity data collected through the weather radar data collecting unit;
A beam shielding mask generating unit for generating a beam shielding mask having a minimum altitude angle that is not affected by beam shielding by using the weather radar reflectivity data collected through the weather radar data collecting unit;
Combining the terrain echo map and the beam shielding mask to generate a hybrid altitude angle mask comprising a lowest altitude angle at which the beam shielding area and the terrain echo area are absent in each radar bin; And
And a rainfall estimator for performing rainfall estimation through the hybrid altitude angle mask.
상기 기상레이더 자료 수집부를 통해 수집된 기상레이더 반사도 자료를 통계분석하여 레이더 빈 별로 FOR(Frequency of Occurrence of Reflectivity), MREF(Mean REFlectivity), RFOR(Relative of FOR), RREF(Relative of mean REFlectivity), VFOR(Vertical gradient of FOR) 및 VREF(Vertical gradient of REFlectivity)를 포함하는 특성변수를 산출하는 특성변수 산출부를 더 포함하는 하이브리드 고도각 레이더강우 추정 장치.The method according to claim 1,
The meteorological radar reflectance data collected through the meteorological radar data collecting unit is statistically analyzed to determine a frequency of occlusion of reflectivity (FOR), mean reflectivity (MREF), relativity of mean (REF) Further comprising a characteristic variable calculating unit for calculating a characteristic variable including a vertical gradient of FOR (VFOR) and a vertical gradient of REFlectivity (VREF).
상기 지형 에코지도 생성부는,
상기 레이더 빈 별로 산출한 FOR(Frequency of Occurrence of Reflectivity) 및 MREF(Mean REFlectivity)와 미리 설정된 문턱값을 비교하여 상기 FOR(Frequency of Occurrence of Reflectivity) 및 MREF(Mean REFlectivity) 중 하나 이상이 상기 미리 설정된 문턱값 미만이면 해당 레이더 빈의 고도각을 해당 레이더 빈의 최저 고도각으로 선택하고, 선택한 최저 고도각으로 상기 지형 에코지도를 생성하는 하이브리드 고도각 레이더강우 추정 장치.3. The method of claim 2,
Wherein the terrain echo map generating unit comprises:
Wherein at least one of a Frequency of Occurrence of Reflectivity (FOR) and a Mean Reflectivity (MREF) is compared with a predetermined threshold value and a Frequency of Occurrence of Reflectivity (FOR) and Mean Reflectivity (MREF) And if the radar intensity is less than the threshold value, selects the altitude angle of the radar bin as the lowest altitude angle of the radar bin and generates the terrain echo map at the selected altitude angle.
상기 지형 에코지도 생성부는,
상기 레이더 빈 별로 산출한 FOR(Frequency of Occurrence of Reflectivity) 및 MREF(Mean REFlectivity)와 미리 설정된 문턱값을 비교하여 상기 FOR(Frequency of Occurrence of Reflectivity) 및 MREF(Mean REFlectivity)가 모두 상기 미리 설정된 문턱값 이상이면 해당 레이더 빈의 고도각을 증가시켜 최저 고도각을 선택하고, 선택한 최저 고도각으로 상기 지형 에코지도를 생성하는 하이브리드 고도각 레이더강우 추정 장치.3. The method of claim 2,
Wherein the terrain echo map generating unit comprises:
The frequency of Occurrence of Reflectivity (FOR) and the mean REFlectivity (MREF) calculated for each radar bin are compared with a preset threshold value to determine whether the frequency of Occurrence of Reflectivity (FOR) and Mean Reflectivity (MREF) Or more, the altitude angle of the radar bin is increased to select the lowest altitude angle, and the terrain echo map is generated at the selected altitude angle.
상기 지형 에코지도 생성부는,
상기 해당 레이더 빈의 고도각을 한 단계 높은 고도각으로 증가시키고, 증가시킨 고도각에 따라 FOR(Frequency of Occurrence of Reflectivity) 및 MREF(Mean REFlectivity)를 재산출하고, 상기 재산출한 FOR(Frequency of Occurrence of Reflectivity) 및 MREF(Mean REFlectivity)를 상기 미리 설정된 문턱값과 비교하여 상기 재산출한 FOR(Frequency of Occurrence of Reflectivity)과 MREF(Mean REFlectivity) 중 하나 이상이 상기 미리 설정된 문턱값 미만이면 증가시킨 고도각을 해당 레이더 빈의 최저 고도각으로 선택하고, 상기 재산출한 FOR(Frequency of Occurrence of Reflectivity)과 MREF(Mean REFlectivity)가 모두 상기 미리 설정된 문턱값 이상이면 FOR(Frequency of Occurrence of Reflectivity)과 MREF(Mean REFlectivity) 중 적어도 하나가 상기 미리 설정된 문턱값 미만이 될 때까지 고도각을 증가시켜 최저 고도각을 선택하는 하이브리드 고도각 레이더강우 추정 장치.5. The method of claim 4,
Wherein the terrain echo map generating unit comprises:
The frequency of Occurrence of Ref (FOR) and Mean Reflectivity (MREF) are re-calculated according to the elevation angle of the radar bin, of the frequency of occlusion of reflectivity (FOR) and mean reflectivity (MREF) of the reed is compared with the preset threshold value, (Frequency of occlusion of reflectivity) and an MREF (Mean Reflectivity) are both equal to or greater than the preset threshold value, the frequency of occlusion of reflectivity (FOR) and the mean The hybrid altitude at which the minimum altitude angle is selected by increasing the altitude angle until at least one of the altitude and the reflectivity becomes less than the preset threshold value Radar Rainfall Estimation device.
상기 빔 차폐 마스크 생성부는,
상기 특성변수를 이용하여 빔 차폐 영역이 존재하지 않는 최저 고도각을 선택할 수 있는 종합 소속값을 산출하고, 산출한 종합 소속값과 미리 설정된 문턱값을 비교하여 최저 고도각을 선택하고, 선택한 최저 고도각과 빔 차폐모의를 통해 선택된 고도각으로 상기 빔 차폐 마스크를 생성하는 하이브리드 고도각 레이더강우 추정 장치.3. The method of claim 2,
Wherein the beam shield mask generation unit comprises:
A total membership value for selecting a minimum altitude angle at which a beam-shielded region does not exist is calculated using the characteristic parameter, a minimum altitude angle is selected by comparing the calculated total membership value with a predetermined threshold value, And generates the beam shielding mask at an altitude angle selected through angle and beam shielding simulation.
상기 빔 차폐 마스크 생성부는,
상기 특성변수를 이용하여 차폐 영역과 비차폐 영역을 분류하고, 상기 차폐 영역 및 비차폐 영역 별로 상기 특성변수의 NFD(Normalize Frequency Distribution)를 산출하고, 상기 특성변수의 NFD(Normalize Frequency Distribution)를 이용하여 상기 특성변수의 가중치 및 MF(Membership Function)를 산출하고, 상기 특성변수의 가중치 및 MF(Membership Function)의 특성변수 별 차폐 영역의 소속값(Membership value)을 이용하여 상기 종합 소속값을 산출하는 하이브리드 고도각 레이더강우 추정 장치.The method according to claim 6,
Wherein the beam shield mask generation unit comprises:
Wherein the normalized frequency distribution (NFD) of the characteristic variable is calculated for each of the shielded region and the non-shielded region using the characteristic variable, and the normalized frequency distribution (NFD) of the characteristic variable is used , Calculates the weight of the characteristic variable and the membership function (MF), and calculates the total membership value using the weight of the characteristic variable and the membership value of the shielded area for each characteristic parameter of the membership function (MF) Hybrid elevation radar rainfall estimator.
상기 가중치는 상기 차폐 영역에서 특성변수의 NFD(Normalize Frequency Distribution)와 상기 비차폐 영역에서 특성변수의 NFD(Normalize Frequency Distribution)가 중첩된 영역의 넓이를 이용하여 산출할 수 있으며, 아래 수학식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 고도각 레이더강우 추정 장치.
여기서, i는 특성변수의 유형을 의미하며, 는 특성변수의 가중치를 나타내며, 는 i번째 특성변수에 대한 차폐 영역과 비차폐 영역의 NFD(Normalize Frequency Distribution) 값의 중첩 영역의 넓이를 의미하며, S는 로 나타내며, m은 사용한 특성변수의 개수를 의미한다.8. The method of claim 7,
The weight can be calculated using the normalized frequency distribution (NFD) of the characteristic variable in the shielding region and the width of the region in which the normalized frequency distribution (NFD) of the characteristic variable in the non-shielded region is superimposed. The radar rainfall estimated by the radar estimator.
Here, i means the type of the characteristic variable, Represents the weight of the characteristic variable, Is the width of the overlap region of the NFD (Normalize Frequency Distribution) values of the shielded region and the non-shielded region for the i-th characteristic variable, and S And m denotes the number of the used characteristic variables.
상기 MF(Membership Function)의 특성변수 별 차폐 영역의 소속값(Membership value)은 특성변수의 임의의 값에서 차폐 영역의 NFD(Normalize Frequency Distribution)와 비차폐 영역의 NFD(Normalize Frequency Distribution)의 합과 차폐 영역의 NFD(Normalize Frequency Distribution)의 비로 정의되며, 아래 수학식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 고도각 레이더강우 추정 장치.
여기서, 는 MF(Membership Function)의 특성변수 별 차폐 영역 소속값(Membership value)을 나타내며, p는 특성변수의 임의의 값을 의미하며, 는 차폐 영역에 해당하는 임의의 레이더 빈 위치에서 i번째 특성변수의 NFD(Normalize Frequency Distribution)를 나타내고, 는 비차폐 영역에 해당하는 임의의 레이더 빈 위치에서 i번째 특성변수의 NFD(Normalize Frequency Distribution)를 나타낸다.8. The method of claim 7,
The membership value of the shielding area according to the characteristic variable of the MF (Membership Function) is a sum of the Normalized Frequency Distribution (NFD) of the shielded region and the Normalized Frequency Distribution (NFD) of the non- Is defined as a ratio of a normalized frequency distribution (NFD) of a shielded area, and is calculated by the following equation.
here, Denotes Membership value of the shielding zone for each characteristic variable of the MF (Membership Function), p denotes an arbitrary value of the characteristic variable, Represents a normalized frequency distribution (NFD) of an i-th characteristic variable at an arbitrary radar bin corresponding to the shielded area, Denotes the Normalized Frequency Distribution (NFD) of the i-th characteristic variable at an arbitrary radar bin corresponding to the non-shielded region.
상기 종합 소속값은 상기 가중치와 상기 MF(Membership Function)의 특성변수 별 차폐 영역의 소속값(Membership value)과의 곱들의 합으로 정의되며, 아래 수학식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 고도각 레이더강우 추정 장치.
여기서, 은 종합 소속값을 나타내며, 는 특성변수의 가중치를 나타내며, 는 차폐 영역에 해당하는 임의의 레이더 빈 위치에서 i번째 특성변수에 대한 MF(Membership Function)의 소속값을 나타내며, p는 특성변수의 임의의 값을 의미한다.8. The method of claim 7,
Wherein the total membership value is defined as a sum of products of the weight and a membership value of a shielded area by a characteristic variable of the membership function (MF), and is calculated by the following equation: Radar rainfall estimator.
here, Represents the total affiliation value, Represents the weight of the characteristic variable, Denotes the membership value of the membership function (MF) for the i-th characteristic variable at an arbitrary radar bin corresponding to the shielded area, and p denotes an arbitrary value of the characteristic variable.
상기 빔 차폐 마스크 생성부는,
상기 종합 소속값과 미리 설정된 문턱값을 비교하여 상기 종합 소속값이 상기 미리 설정된 문턱값 미만이면 해당 레이더 빈의 고도각을 해당 레이더 빈의 최저 고도각으로 선택하고, 상기 종합 소속값이 상기 미리 설정된 문턱값 이상이면 해당 레이더 빈의 고도각을 한 단계 높은 고도각으로 증가시키고, 증가시킨 고도각에 따라 종합 소속값을 재산출하고, 상기 재산출한 종합 소속값을 상기 미리 설정된 문턱값과 비교하여 상기 재산출한 종합 소속값이 상기 미리 설정된 문턱값 미만이면 증가시킨 고도각을 해당 레이더 빈의 최저 고도각으로 선택하고, 상기 재산출한 종합 소속값이 상기 미리 설정된 문턱값 이상이면 종합 소속값이 상기 미리 설정된 문턱값 미만이 될 때까지 고도각을 증가시켜 최저 고도각을 선택하는 하이브리드 고도각 레이더강우 추정 장치.The method according to claim 6,
Wherein the beam shield mask generation unit comprises:
If the total membership value is less than the preset threshold value, the altitude angle of the radar bin is selected as the minimum altitude angle of the corresponding radar bin, The altitude angle of the radar bin is increased to a higher elevation angle by one step, the total belonging value is re-calculated according to the increased altitude angle, and the total belonging value of the property is compared with the preset threshold value, If the total belonging value of the property is less than the preset threshold value, the altitude angle increased is selected as the minimum altitude angle of the corresponding radar bin, and if the total belonging value of the property is not less than the predetermined threshold value, Hybrid altitude to select the lowest altitude angle by increasing the altitude angle until it is less than the threshold. Right estimation device.
지형 에코지도 생성부가 상기 수집된 기상레이더 반사도 자료를 이용하여 지형 에코의 영향을 받지 않는 최저 고도각들로 구성된 지형 에코지도를 생성하고,
빔 차폐 마스크 생성부가 상기 수집된 기상레이더 반사도 자료를 이용하여 빔 차폐 영향을 받지 않는 최저 고도각으로 구성된 빔 차폐 마스크를 생성하고,
하이브리드 고도각 마스크 생성부가 상기 지형 에코지도와 상기 빔 차폐 마스크를 결합하여 최적 다중 고도각으로 구성된 하이브리드 고도각 마스크를 생성하고,
강우 추정부가 상기 하이브리드 고도각 마스크를 통해 강우 추정을 수행하는 하이브리드 고도각 레이더강우 추정 방법.The weather radar data collection unit provided in the weather radar system collects the weather radar reflectivity data,
The terrain echo map generator generates a terrain echo map composed of the minimum altitude angles that are not affected by the terrain echo using the collected weather radar reflectivity data,
The beam shield mask generation unit generates a beam shield mask composed of the lowest altitude angle that is not affected by beam shielding by using the collected weather radar reflectivity data,
A hybrid altitude angle mask generation unit combines the topographic echo map and the beam shield mask to generate a hybrid altitude angle mask configured with an optimal multiple altitude angle,
Wherein the rainfall estimating unit performs rainfall estimation through the hybrid altitude angle mask.
상기 최적 다중 고도각은 각 레이더 빈에서 빔 차폐 영역 및 지형 에코 영역이 모두 존재하지 않는 최저 고도각인 것을 특징으로 하는 하이브리드 고도각 레이더강우 추정 방법.13. The method of claim 12,
Wherein the optimal multi-elevation angle is a minimum altitude angle at which no beam shielding area and topographic echo area are present in each radar bin.
상기 지형 에코지도를 생성하는 것은,
상기 수집된 기상레이더 반사도 자료를 통계분석하여 레이더 빈 별로 FOR(Frequency of Occurrence of Reflectivity), MREF(Mean REFlectivity)를 산출하고, 상기 FOR(Frequency of Occurrence of Reflectivity)과 MREF(Mean REFlectivity)를 이용하여 상기 지형 에코지도를 생성하는 하이브리드 고도각 레이더강우 추정 방법.13. The method of claim 12,
Generating the terrain echo map may include:
The frequency of Occurrence of Reflectivity (FOR) and the Mean Reflectivity (MREF) are calculated for each radar bin by statistical analysis of the collected weather radar reflectivity data. Using the Frequency of Occurrence of Reflectivity (FOR) and Mean Reflectivity (MREF) A method for estimating a hybrid altitude angle radar rainfall to generate the terrain echo map.
상기 FOR(Frequency of Occurrence of Reflectivity)과 MREF(Mean REFlectivity)를 이용하여 상기 지형 에코지도를 생성하는 것은,
상기 레이더 빈 별로 산출한 FOR(Frequency of Occurrence of Reflectivity) 및 MREF(Mean REFlectivity)와 미리 설정된 문턱값을 비교하여 상기 반사도 FOR(Frequency of Occurrence of Reflectivity) 및 MREF(Mean REFlectivity) 중 하나 이상이 상기 미리 설정된 문턱값 미만이면 해당 레이더 빈의 고도각을 해당 레이더 빈의 최저 고도각으로 선택하고, 선택한 최저 고도각으로 상기 지형 에코지도를 생성하는 하이브리드 고도각 레이더강우 추정 방법.15. The method of claim 14,
The generation of the terrain echo map using the Frequency of Occurrence of Reflectivity (FOR) and Mean Reflectivity (MREF)
The frequency of occlusion of reflectivity (FOR) and the mean reflectivity (MREF) calculated for each radar bin are compared with a predetermined threshold value, and at least one of the reflectivity FOR and the mean reflectivity (MREF) And selecting the altitude angle of the corresponding radar bin as the lowest altitude angle of the corresponding radar bin and generating the terrain echo map at the selected altitude angle if the radar bin altitude is less than the set threshold value.
상기 FOR(Frequency of Occurrence of Reflectivity)와 MREF(Mean REFlectivity)를 이용하여 상기 지형 에코지도를 생성하는 것은,
상기 레이더 빈 별로 산출한 FOR(Frequency of Occurrence of Reflectivity) 및 MREF(Mean REFlectivity)와 미리 설정된 문턱값을 비교하여 상기 FOR(Frequency of Occurrence of Reflectivity) 및 MREF(Mean REFlectivity)가 모두 상기 미리 설정된 문턱값 이상이면 해당 레이더 빈의 고도각을 증가시켜 최저 고도각을 선택하고, 선택한 최저 고도각으로 상기 지형 에코지도를 생성하는 하이브리드 고도각 레이더강우 추정 방법.15. The method of claim 14,
The generation of the terrain echo map using the Frequency of Occurrence of Reflectivity (FOR) and Mean Reflectivity (MREF)
The frequency of Occurrence of Reflectivity (FOR) and the mean REFlectivity (MREF) calculated for each radar bin are compared with a preset threshold value to determine whether the frequency of Occurrence of Reflectivity (FOR) and Mean Reflectivity (MREF) The method comprising: increasing the elevation angle of the radar bin to select the lowest altitude angle, and generating the terrain echo map at the selected altitude angle.
상기 해당 레이더 빈의 고도각을 증가시켜 최저 고도각을 선택하는 것은,
상기 해당 레이더 빈의 고도각을 한 단계 높은 고도각으로 증가시키고, 증가시킨 고도각에 따라 FOR(Frequency of Occurrence of Reflectivity)과 MREF(Mean REFlectivity)를 재산출하고, 상기 재산출한 FOR(Frequency of Occurrence of Reflectivity)과 MREF(Mean REFlectivity)를 상기 미리 설정된 문턱값과 비교하여 상기 재산출한 FOR(Frequency of Occurrence of Reflectivity) 및 MREF(Mean REFlectivity) 중 하나 이상이 상기 미리 설정된 문턱값 미만이면 증가시킨 고도각을 해당 레이더 빈의 최저 고도각으로 선택하고, 상기 재산출한 FOR(Frequency of Occurrence of Reflectivity)와 MREF(Mean REFlectivity)가 모두 상기 미리 설정된 문턱값 이상이면 FOR(Frequency of Occurrence of Reflectivity)과 MREF(Mean REFlectivity) 중 적어도 하나가 상기 미리 설정된 문턱값 미만이 될 때까지 고도각을 증가시켜 최저 고도각을 선택하는 하이브리드 고도각 레이더강우 추정 방법.17. The method of claim 16,
And selecting the lowest altitude angle by increasing the altitude angle of the corresponding radar bin,
The frequency of occurence of reflectance (FOR) and the mean reflectivity (MREF) are re-calculated according to the elevation angle of the radar bin, (MREF) and the Mean Reflectivity (MREF) with the preset threshold value, and when the at least one of the RE and the MREF is less than the predetermined threshold, (Frequency of Occurrence of Reflectivity) and MREF (Mean Reflectivity) are both equal to or greater than the preset threshold value, the frequency of occlusion of reflectivity (FOR) and the mean The hybrid altitude angle selecting means selects the minimum altitude angle by increasing the altitude angle until at least one of the altitude and the reflectivity becomes less than the preset threshold value Radar rainfall estimation method.
상기 빔 차폐 마스크를 생성하는 것은,
상기 수집된 기상레이더 반사도 자료를 통계분석하여 레이더 빈 별로 특성변수를 산출하고, 상기 특성변수를 이용하여 빔 차폐 영역이 존재하지 않는 최저 고도각을 선택할 수 있는 종합 소속값을 산출하고, 산출한 종합 소속값과 미리 설정된 문턱값을 비교하여 최저 고도각을 선택하고, 선택한 최저 고도각과 빔 차폐모의를 통해 선택된 고도각으로 상기 빔 차폐 마스크를 생성하는 하이브리드 고도각 레이더 강우 추정 방법.13. The method of claim 12,
Generating the beam shielding mask comprises:
The collected meteorological radar reflectivity data is statistically analyzed to calculate a characteristic parameter for each radar bin, and a total membership value capable of selecting a minimum altitude angle at which no beam shielding zone is present is calculated using the characteristic parameter, Selecting a lowest altitude angle by comparing the belonging value with a predetermined threshold value and generating the beam shielding mask at a selected altitude angle through the selected altitude angle and beam shielding simulation.
상기 특성변수는 레이더 빈 별로 FOR(Frequency of Occurrence of Reflectivity), MREF(Mean REFlectivity), RFOR(Relative of FOR), RREF(Relative of mean REFlectivity), VFOR(Vertical gradient of FOR) 및 VREF(Vertical gradient of REFlectivity)를 포함하는 하이브리드 고도각 레이더 강우 추정 방법.19. The method of claim 18,
The characteristic variable includes a frequency of occlusion of reflectivity (FOR), a mean REFlectivity (MREF), a relative of FOR (RFOR), a relative gradient of RE (REF), a vertical gradient of FOR (VFOR) REFlectivity).
상기 종합 소속값을 산출하는 것은,
상기 특성변수와 빔 차폐모의에서의 비차폐율을 이용하여 차폐 영역과 비차폐 영역을 분류하고, 상기 차폐 영역 및 비차폐 영역 별로 상기 특성변수의 NFD(Normalize Frequency Distribution)를 산출하고, 상기 특성변수의 NFD(Normalize Frequency Distribution)를 이용하여 상기 특성변수의 가중치 및 MF(Membership Function)의 특성변수 별 차폐 영역의 소속값(Membership value)을 산출하고, 상기 특성변수의 가중치 및 MF(Membership Function)의 특성변수 별 차폐 영역의 소속값(Membership value)을 이용하여 상기 종합 소속값을 산출하는 하이브리드 고도각 레이더강우 추정 방법.19. The method of claim 18,
The calculation of the total affiliation value may be performed,
Classifying the shielded region and the non-shielded region using the characteristic variable and the non-shielding ratio in the beam shielding simulation, calculating a normalized frequency distribution (NFD) of the characteristic variable by the shielded region and the non- And calculates the membership value of the shielded area by the characteristic variable of the MF (Membership Function) using the NFD (Normalize Frequency Distribution) of the characteristic variable and the membership value of the MF And calculating the total affiliation value using a membership value of a shielded area for each characteristic variable.
상기 가중치는 상기 차폐 영역에서 특성변수의 NFD(Normalize Frequency Distribution)와 상기 비차폐 영역에서 특성변수의 NFD(Normalize Frequency Distribution)가 중첩된 영역의 넓이를 이용하여 산출할 수 있으며, 아래 수학식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 고도각 레이더강우 추정 방법.
여기서, i는 특성변수의 유형을 의미하며, 는 특성변수의 가중치를 나타내며, 는 i번째 특성변수에 대한 차폐 영역과 비차폐 영역의 NFD(Normalize Frequency Distribution) 값의 중첩 영역의 넓이를 의미하며, S는 로 나타내며, m은 사용한 특성변수의 개수를 의미한다.21. The method of claim 20,
The weight can be calculated using the normalized frequency distribution (NFD) of the characteristic variable in the shielding region and the width of the region in which the normalized frequency distribution (NFD) of the characteristic variable in the non-shielded region is superimposed. And estimating the radar intensity of each of the plurality of radars.
Here, i means the type of the characteristic variable, Represents the weight of the characteristic variable, Is the width of the overlap region of the NFD (Normalize Frequency Distribution) values of the shielded region and the non-shielded region for the i-th characteristic variable, and S And m denotes the number of the used characteristic variables.
상기 MF(Membership Function)의 특성변수 별 차폐 영역의 소속값(Membership value)은 특성변수의 임의의 값에서 차폐 영역의 NFD(Normalize Frequency Distribution)와 비차폐 영역의 NFD(Normalize Frequency Distribution)의 합과 차폐 영역의 NFD(Normalize Frequency Distribution)의 비로 정의되며, 아래 수학식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 고도각 레이더강우 추정 방법.
여기서, 는 MF(Membership Function)의 특성변수 별 차폐 영역 소속값(Membership value)을 나타내며, p는 특성변수의 임의의 값을 의미하며, 는 차폐 영역에 해당하는 임의의 레이더 빈 위치에서 i번째 특성변수의 NFD(Normalize Frequency Distribution)를 나타내고, 는 비차폐 영역에 해당하는 임의의 레이더 빈 위치에서 i번째 특성변수의 NFD(Normalize Frequency Distribution)를 나타낸다.21. The method of claim 20,
The membership value of the shielding area according to the characteristic variable of the MF (Membership Function) is a sum of the Normalized Frequency Distribution (NFD) of the shielded region and the Normalized Frequency Distribution (NFD) of the non- Is defined as a ratio of a normalized frequency distribution (NFD) of a shielded area, and is calculated by the following equation.
here, Denotes Membership value of the shielding zone for each characteristic variable of the MF (Membership Function), p denotes an arbitrary value of the characteristic variable, Represents a normalized frequency distribution (NFD) of an i-th characteristic variable at an arbitrary radar bin corresponding to the shielded area, Denotes the Normalized Frequency Distribution (NFD) of the i-th characteristic variable at an arbitrary radar bin corresponding to the non-shielded region.
상기 종합 소속값은 상기 가중치와 상기 MF(Membership Function)와의 곱들의 합으로 정의되며, 아래 수학식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 고도각 레이더강우 추정 방법.
여기서, 은 종합 소속값을 나타내며, 는 특성변수의 가중치를 나타내며, 는 차폐 영역에 해당하는 임의의 레이더 빈 위치에서 i번째 특성변수에 대한 MF(Membership Function)의 소속값을 나타내며, p는 특성변수의 임의의 값을 의미한다.21. The method of claim 20,
Wherein the total membership value is defined as a sum of products of the weights and membership functions (MF), and is calculated by the following equation.
here, Represents the total affiliation value, Represents the weight of the characteristic variable, Denotes the membership value of the membership function (MF) for the i-th characteristic variable at an arbitrary radar bin corresponding to the shielded area, and p denotes an arbitrary value of the characteristic variable.
상기 종합 소속값과 상기 미리 설정된 문턱값을 비교하여 최저 고도각을 선택하는 것은,
상기 종합 소속값과 미리 설정된 문턱값을 비교하여 상기 종합 소속값이 상기 미리 설정된 문턱값 미만이면 해당 레이더 빈의 고도각을 해당 레이더 빈의 최저 고도각으로 선택하고, 상기 종합 소속값이 상기 미리 설정된 문턱값 이상이면 해당 레이더 빈의 고도각을 한 단계 높은 고도각으로 증가시키고, 증가시킨 고도각에 따라 종합 소속값을 재산출하고, 상기 재산출한 종합 소속값을 상기 미리 설정된 문턱값과 비교하여 상기 재산출한 종합 소속값이 상기 미리 설정된 문턱값 미만이면 증가시킨 고도각을 해당 레이더 빈의 최저 고도각으로 선택하고, 상기 재산출한 종합 소속값이 상기 미리 설정된 문턱값 이상이면 종합 소속값이 상기 미리 설정된 문턱값 미만이 될 때까지 고도각을 증가시켜 최저 고도각을 선택하는 하이브리드 고도각 레이더강우 추정 방법.19. The method of claim 18,
And selecting the lowest altitude angle by comparing the total affiliation value with the preset threshold value,
If the total membership value is less than the preset threshold value, the altitude angle of the radar bin is selected as the minimum altitude angle of the corresponding radar bin, The altitude angle of the radar bin is increased to a higher elevation angle by one step, the total belonging value is re-calculated according to the increased altitude angle, and the total belonging value of the property is compared with the preset threshold value, If the total belonging value of the property is less than the preset threshold value, the altitude angle increased is selected as the minimum altitude angle of the corresponding radar bin, and if the total belonging value of the property is not less than the predetermined threshold value, Hybrid altitude to select the lowest altitude angle by increasing the altitude angle until it is less than the threshold. Right estimation method.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020150063728A KR101636651B1 (en) | 2015-05-07 | 2015-05-07 | Apparatus and method for estimation of hybrid surface rainfall based on radar |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020150063728A KR101636651B1 (en) | 2015-05-07 | 2015-05-07 | Apparatus and method for estimation of hybrid surface rainfall based on radar |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR101636651B1 true KR101636651B1 (en) | 2016-07-07 |
Family
ID=56500012
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020150063728A KR101636651B1 (en) | 2015-05-07 | 2015-05-07 | Apparatus and method for estimation of hybrid surface rainfall based on radar |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101636651B1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101742504B1 (en) | 2016-12-07 | 2017-06-01 | 대한민국 | Partial beam shielding correction system and partial beam shielding correction method using the same |
KR20190023897A (en) | 2017-08-30 | 2019-03-08 | 경북대학교 산학협력단 | Short-term precipitation prediction method and apparatus using moving motion vector and advection-diffusion equation |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003344556A (en) * | 2002-05-27 | 2003-12-03 | Toshiba Corp | Weather observation and estimation system, meteorological radar information analyzer and weather estimation modeling apparatus |
KR101221773B1 (en) | 2011-05-09 | 2013-01-11 | 경북대학교 산학협력단 | Method of classify meteorological and non-meteorological echoes using dual polarization radars |
KR101451548B1 (en) | 2014-01-20 | 2014-10-16 | 경북대학교 산학협력단 | Apparatus and method for determination of the optimum multiple elevation angles |
KR20150026137A (en) * | 2013-08-31 | 2015-03-11 | (주)헤르메시스 | Rainfall estimation apparatus using 3-dimensional grid data establishing from radar observation data |
-
2015
- 2015-05-07 KR KR1020150063728A patent/KR101636651B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003344556A (en) * | 2002-05-27 | 2003-12-03 | Toshiba Corp | Weather observation and estimation system, meteorological radar information analyzer and weather estimation modeling apparatus |
KR101221773B1 (en) | 2011-05-09 | 2013-01-11 | 경북대학교 산학협력단 | Method of classify meteorological and non-meteorological echoes using dual polarization radars |
KR20150026137A (en) * | 2013-08-31 | 2015-03-11 | (주)헤르메시스 | Rainfall estimation apparatus using 3-dimensional grid data establishing from radar observation data |
KR101451548B1 (en) | 2014-01-20 | 2014-10-16 | 경북대학교 산학협력단 | Apparatus and method for determination of the optimum multiple elevation angles |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101742504B1 (en) | 2016-12-07 | 2017-06-01 | 대한민국 | Partial beam shielding correction system and partial beam shielding correction method using the same |
KR20190023897A (en) | 2017-08-30 | 2019-03-08 | 경북대학교 산학협력단 | Short-term precipitation prediction method and apparatus using moving motion vector and advection-diffusion equation |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Anagnostou | A convective/stratiform precipitation classification algorithm for volume scanning weather radar observations | |
US7515087B1 (en) | Weather radar system and method using data from a lightning sensor | |
US7868811B1 (en) | Weather radar system and method using data from a lightning sensor | |
Powell et al. | Rainfall-type categorization of radar echoes using polar coordinate reflectivity data | |
KR101258668B1 (en) | Korea local radar processing system | |
EP2419755B1 (en) | Methods and apparatus for integration of distributed sensors and airport surveillance radar to mitigate blind spots | |
KR100931950B1 (en) | The classification method of precipitation types for weather radar | |
WO2018019278A1 (en) | Small radar-based thunder and lightning monitoring and warning method for electric transmission line, and storage medium | |
US7170443B2 (en) | Method for the evaluation of radar data for fully automatic creation of a map of regions with interference | |
CN110261857B (en) | Spatial interpolation method for weather radar | |
Gegiuc et al. | Estimation of degree of sea ice ridging based on dual-polarized C-band SAR data | |
KR101255736B1 (en) | Method for classifying meteorological/non-meteorological echoes using single polarization radars | |
JP7488339B2 (en) | Reflectance factor correction method using dual polarization variable based bright band detection result and recording medium and device for performing the same | |
Lin et al. | Rain identification in ASCAT winds using singularity analysis | |
CN114280572B (en) | Single radar echo quality control method, system and terminal for removing signal interference clutter | |
KR101636651B1 (en) | Apparatus and method for estimation of hybrid surface rainfall based on radar | |
Shimizu et al. | Algorithm for the identification and tracking of convective cells based on constant and adaptive threshold methods using a new cell-merging and-splitting scheme | |
KR101161781B1 (en) | System and method for calculating quantitative of heavy rainfall amount using satellite images | |
Oh et al. | Estimation of the liquid water content and Z–LWC relationship using K a‐band cloud radar and a microwave radiometer | |
JP5429493B2 (en) | Investment plan evaluation method for rainfall observation facilities | |
KR102315739B1 (en) | Method for correction of reflectivity on identified bright band based on polarimetric observations, recording medium and device for performing the method | |
Lapierre et al. | Earth networks lightning network and dangerous thunderstorm alerts | |
Goudenhoofdt et al. | Long term analysis of convective storm tracks based on C-band radar reflectivity measurements | |
CN113447724B (en) | Lightning activity distinguishing method and system | |
Kimpara et al. | Evaluation of the radar-based quantitative precipitation estimation composite in Viet Nam |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A302 | Request for accelerated examination | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20190529 Year of fee payment: 4 |