KR101903753B1 - Apparatus for detecting tilt of antenna - Google Patents
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Abstract
본 발명은 3차원 공간상에서 해당 장치의 기울기를 감지하는데 있어서, 태양의 방위각과 고도를 이용하기 위한 감지장치 및 이를 통하여 설치된 안테나 등 3차원 기울기를 감지하는 방법과 관련되며, 구면을 제공하는 구조체, 상기 구조체의 구면상에 서로 바라보는 방향을 달리하여 설치되며, 태양광의 광량을 측정하는 복수의 광센서, 각 상기 광센서의 출력정보를 수신하는 광센서수신부, 상기 출력정보를 수신한 때의 날짜와 시간에 대한 캘린더정보를 제공하는 시간제공부 및 모아진 상기 출력정보로부터 태양광의 입사각을 분석하고, 분석된 상기 태양광의 입사각, 상기 캘린더정보 및 태양궤적식으로부터 지평좌표계를 산출하며, 상기 지평좌표계와 대비하여 현재 위치에 대한 3차원상의 기울어짐 정보를 산출하는 연산부를 포함하는 기울기 감지장치 및 이를 이용한 감지 방법을 제시한다.The present invention relates to a sensing device for sensing the tilt of a device in a three-dimensional space, a sensing device for utilizing the azimuth and altitude of the sun, and a method for sensing a three-dimensional gradient, A plurality of optical sensors for measuring the light quantity of sunlight, a photosensor receiver for receiving output information of each of the optical sensors, a plurality of optical sensors for detecting the date when the output information is received, And an output unit for calculating the azimuth coordinate system based on the angle of incidence of the sunlight, the calendar information, and the solar locus equation analyzed, and comparing the azimuth coordinate system with the azimuth coordinate system And an arithmetic unit for calculating the three-dimensional inclination information with respect to the current position, Device and a sensing method using the same.
Description
본 발명은 3차원 공간상에서 해당 장치의 기울기를 감지하는데 있어서, 태양의 방위각과 고도를 이용하기 위한 감지장치 및 이를 통하여 설치된 안테나 등 3차원 기울기를 감지하는 방법과 관련된다.The present invention relates to a method for sensing a three-dimensional gradient, such as a sensing device for using the azimuth and elevation of the sun and an antenna installed through the sensing device, in sensing the tilt of the device in a three-dimensional space.
이동통신 기지국 안테나는 목적한 면적 안에서 효율적인 통신이 이루어지도록 밀집하여 설치된다. 이들 안테나는 지향적이며 의도한 면적을 담당할 수 있도록, 안테나가 지향하는 방향(방위각)이 미리 설계된다. 또한 안테나는 지주 등을 이용해 높게 설치되고, 지면을 향하여 어느 정도 숙인 각도(틸트(tilt))로 설치될 것이 요구된다. 예를 들어, 복수의 안테나가 높은 산에 세워진 지주를 중심으로 방사상으로 설치되고, 각 안테나는 다른 지주에 세워진 안테나가 담당하는 영역에 따라 적절히 틸트 됨으로써, 설계상 담당하여야 할 면적에 대한 통신 서비스를 제공할 수 있게 된다.The mobile communication base station antenna is installed in a concentrated manner so as to perform efficient communication within a desired area. These antennas are designed in a direction (azimuth angle) in which the antennas are directed so that they can be directed and assume an intended area. In addition, the antenna is required to be installed at a high tilt angle using a pillar or the like and to be installed at a certain angle (tilt) toward the ground. For example, a plurality of antennas are installed in a radial manner around a landing on a high mountain, and each antenna is appropriately tilted according to an area occupied by an antenna built on another support, .
이러한 의도를 가지고 설계된 안테나의 방위각과 틸트에 맞추어서 안테나를 설치하기 위해, 별도로 고안된 각도 측정 장치나 다양한 보조 측정 방법을 사용하고 있다.To meet the azimuth and tilt of the designed antenna with this intention, an angular measuring device or various auxiliary measuring methods are used which are separately designed to install the antenna.
이미 설치된 안테나의 방위각과 틸트를 알아내는 것은, 안테나의 유지보수에 있어서 매우 중요하다. 최초 설치시의 각도 맞춤의 오류, 안테나를 지지하는 지주 시설의 노화, 태풍 등과 같은 외부 환경의 지속적 노출 등의 다양한 원인으로 안테나의 각도는 처음 의도한 바에서 벗어날 수 있으며, 이는 특정 구역에서의 통신 서비스 질의 저하로 이어진다. 안테나의 설치 각도를 재확인하기 위해서는, 작업자가 별도의 각도 측정 장치 등을 가지고 안테나로 접근해야 하는데, 대개 높은 위치에 설치된 안테나에 접근하는 것 자체가 위험하고 고되어 효율적이지 않다.Finding the azimuth and tilt of an already installed antenna is very important for maintenance of the antenna. The angle of the antenna can be deviated from the initial intended range due to various reasons such as the error of angle adjustment at the initial installation, the aging of the supporting structure supporting the antenna, the continuous exposure of the external environment such as a typhoon, Resulting in lower service quality. In order to reconfirm the installation angle of the antenna, the operator has to approach the antenna with a separate angle measuring device, etc., and accessing the antenna installed in a high position is usually dangerous and not efficient.
이러한 점을 고려하여 안테나에 직접 설치되어 있으면서, 안테나의 각도를 측정하는 방안이 개발되었다. 그러나 이러한 종래의 기술은 전자식 나침판 모듈, 모션인식 센서, 기울기 센서 등 다양한 계측모듈을 다수 구비하여야 하므로 높은 고가로 책정될 수밖에 없는 한계가 있다. 하나의 안테나마다 해당 측정 장비가 요구되므로, 측정 장비의 높은 비용은 범용적 사용의 큰 장애가 된다.In consideration of this point, a method of measuring the angle of the antenna while being installed directly on the antenna has been developed. However, such a conventional technique requires a large number of various measurement modules, such as an electronic compass module, a motion recognition sensor, a tilt sensor, and thus has a limit inevitably being set at a high price. Since the corresponding measuring equipment is required for each antenna, the high cost of the measuring equipment is a major obstacle to the universal use.
본 발명은 태양광을 이용하여 안테나 등 장비에 대한 3차원상 기울어짐 각도를 취득할 수 있게 하여, 해당 장비의 현재 지향 방향이 최초 설계한 의도에 맞는지를 바로 확인할 수 있게 함으로써 해당 장비의 유지 보수의 편의성을 향상시키려는 것이다.The present invention makes it possible to obtain a three-dimensional tilt angle of an equipment such as an antenna using sunlight so that it can immediately check whether the current direction of the device corresponds to the originally designed intention, Thereby improving the convenience of the apparatus.
그 외 본 발명의 세부적인 목적은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여 이 기술분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다. Other objects and advantages of the present invention will become apparent to those skilled in the art from the following detailed description.
위 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 실시예로, 구면을 제공하는 구조체, 상기 구조체의 구면상에 서로 바라보는 방향을 달리하여 설치되며, 태양광의 광량을 측정하는 복수의 광센서, 각 상기 광센서의 출력정보를 수신하는 광센서수신부, 상기 출력정보를 수신한 때의 날짜와 시간에 대한 캘린더정보를 제공하는 시간제공부 및 모아진 상기 출력정보로부터 태양광의 입사각을 분석하고, 분석된 상기 태양광의 입사각, 상기 캘린더정보 및 태양궤적식으로부터 지평좌표계를 산출하며, 상기 지평좌표계와 대비하여 현재 위치에 대한 3차원상의 기울어짐 정보를 산출하는 연산부를 포함하는 기울기 감지장치를 제시한다.According to an embodiment of the present invention, there is provided an optical sensor comprising: a structure for providing a spherical surface; a plurality of optical sensors installed on the spherical surface of the structure, And an output unit for outputting the output information of the solar array to the solar array, wherein the output information of the solar array is received by the solar array, And a computing unit for computing a geographical coordinate system from the calendar information and the solar locus formula and calculating three-dimensional tilt information for the current position in comparison with the geographical coordinate system.
실시예에 따라서 상기 구조체 안에 설치되며, 수평면(X-Y 평면)을 검출하는 중력센서를 포함할 수 있으며, 이 실시예에서는 이동 중에도 기울기 정보를 산출할 수 있다.And may include a gravity sensor installed in the structure according to an embodiment and detecting a horizontal plane (X-Y plane). In this embodiment, the tilt information can be calculated even while moving.
추가적인 구성으로, 원격지에 위치한 관리서버와의 통신을 위한 통신부를 포함하고, 상기 통신부에서 상기 서버로 전송되는 통신정보에는 상기 3차원상의 기울어짐 정보가 포함될 수 있다. 나아가 상기 시간제공부는 지피에스(GPS) 모듈일 수 있다. In addition, the communication unit includes a communication unit for communication with a management server located at a remote location, and the communication information transmitted from the communication unit to the server may include the three-dimensional slant information. Further, the part-time study may be a GPS module.
한편 상기 구조체는 지오데식 돔 형상일 수 있으며, 오목할 수도 있다. On the other hand, the structure may be a geodesic dome shape or may be concave.
다른 실시예에서 이웃하는 광센서들의 중간 거리 지점에서 상기 구조체의 표면으로부터 법선 방향으로 세워져 있어, 태양광의 입사각에 따라 일부의 광센서에 그림자를 드리우는 스크린벽체를 포함할 수 있다.And in other embodiments may include a screen wall that is erected in a normal direction from the surface of the structure at a mid-distance point of neighboring optical sensors and casts a shadow on some of the optical sensors in accordance with the incident angle of sunlight.
또한 상기 구조체는 투과성의 보호막으로 보호된 상태에서, 안테나 장비의 상단부에 노출되도록 설치될 수 있다.In addition, the structure may be installed so as to be exposed to the upper end of the antenna device while being protected by a permeable protective film.
한편 감지 방법에 대한 제1 실시예로써, 중력센서를 통해 지평좌표계의 수평면(X-Y 평면)을 산출하는 단계, 각 광센서들로부터 측정된 태양광의 광량 데이터로부터, 로컬좌표계를 기준으로 하여 태양광의 입사 방향에 대한 입사벡터를 산출하는 단계, 상기 광량 데이터를 측정한 시간과 위도정보 및 경도정보를 태양궤적식에 적용하여, 지평좌표계 상에서 태양광의 입사각 정보를 취득하는 단계, 상기 수평면(X-Y 평면)과, 상기 입사벡터와, 상기 지평좌표계 상에서 태양광의 입사각 정보를 통하여, 지평좌표계 상에서 진북 방향(Y축 방향)을 산출하여 지평좌표계를 확정하는 단계 및 확정된 상기 지평좌표계 상에서 상기 로컬좌표계의 3차원상의 기울어짐 정보를 산출하는 단계를 포함하는 기울기 감지 방법을 제시한다. As a first embodiment of the sensing method, a horizontal plane (XY plane) of a horizon coordinate system is calculated through a gravity sensor, and from the light amount data of sunlight measured from each photosensor, A step of acquiring incident angle information of sunlight on a horizon coordinate system by applying the time of measuring the light amount data, the latitude information and the hardness information to the solar locus equation, calculating the incident vector with respect to the horizontal plane (XY plane) , Determining the geographical coordinate system by calculating the true vector direction and the true north direction (Y-axis direction) on the horizon coordinate system through the incidence angle information of the sunlight on the horizon coordinate system, and determining the horizontal coordinate system based on the 3D coordinate system of the local coordinate system And calculating slope information based on the slope information.
구체적으로 상기 지평좌표계를 확정하는 단계는, 상기 입사벡터를 상기 지평좌표계 상의 수평면(X-Y 평면)에 투영하여 투영벡터를 산출하는 단계, 상기 수평면(X-Y 평면) 상에서, 상기 지평좌표계 상에서 태양광의 입사각 정보를 통해 얻어지는 태양광의 방위각을 반영하여, 진북 방향(Y 축)을 산출하는 단계 그리고 상기 수평면(X-Y 평면)에 수직한 축(Z 축)과, 상기 진북 방향을 가리키는 축(Y 축)과 수직한 축(X 축)을 산출하여, 상기 지평좌표계를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.Specifically, the step of determining the geographical coordinate system includes the steps of projecting the incident vector onto a horizontal plane (XY plane) on the geographical coordinate system to calculate a projection vector, calculating the projection vector on the horizontal plane (XY plane) (Z-axis) perpendicular to the horizontal plane (X-Y plane) and perpendicular to the axis (Y-axis) indicating the true north direction, Axis, and calculating the horizontal plane coordinate system by calculating an axis (X-axis).
감지 방법에 대한 제2 실시예로써, 임의의 시간(t1)에서, 각 광센서들로부터 측정된 태양광의 광량 데이터로부터, 로컬좌표계를 기준으로 한 태양광의 입사방향에 대한 입사벡터(L_t1)를 산출하는 단계, 상기 시간(t1)과 위도정보 및 경도정보를 태양궤적식에 적용하여, 지평좌표계 상에서 태양광의 입사각 정보(As_t1, hs_t1)를 취득하는 단계, 상기 임의의 시간(t1)과 다른 시간(t2)에서, 각 광센서들로부터 측정된 태양광의 광량 데이터로부터, 로컬좌표계를 기준으로 한 태양광의 입사방향에 대한 입사벡터(L_t2)를 를 산출하는 단계, 상기 시간(t2)과 위도정보 및 경도정보를 태양궤적식에 적용하여, 지평좌표계 상에서 태양광의 입사각 정보(As_t2, hs_t2)를 취득하는 단계, 로컬좌표계 상에, 시간대를 달리하여 얻은 상기 입사벡터들(L_t1, L_t2)과, 상기 지평좌표계를 기준으로 한 태양광의 입사각 정보들(As_t1, hs_t1, As_t2, hs_t2)을 통해 지평좌표계의 수평면(X-Y 평면)을 산출하는 단계, 어느 한 상기 입사벡터와, 이에 대응하는 지평좌표계 상에서 태양광의 입사각 정보로부터, 지평좌표계 상에서 진북 방향(Y축 방향)을 산출하여 지평좌표계를 확정하는 단계 및 확정된 상기 지평좌표계 상에서 상기 로컬좌표계의 3차원상의 기울어짐 정보를 산출하는 단계를 포함하는 감지 방법을 제시한다. 제2 실시예는 제1 실시예와 달리 중력센서를 사용하지 않는다.As a second embodiment of the sensing method, an incident vector L_t1 with respect to the incident direction of sunlight with reference to the local coordinate system is calculated from light amount data of sunlight measured from each photosensor at a certain time t1 , Acquiring incident angle information (As_t1, hs_t1) of sunlight on a horizon coordinate system by applying the time (t1), latitude information and longitude information to a solar locus equation, t2) of an incident vector (L_t2) with respect to an incident direction of sunlight with reference to a local coordinate system from light amount data of sunlight measured from each photosensor; calculating the time (t2), the latitude information and the longitude Acquiring incident angle information (As_t2, hs_t2) of sunlight on a horizon coordinate system by applying the information to the solar locus equation, obtaining the incident vectors (L_t1, L_t2) obtained by different time zones on the local coordinate system, To Calculating a horizontal plane (XY plane) of a horizon coordinate system through incident angle information As_t1, hs_t1, As_t2, and hs_t2 of reference sunlight based on the incident angle information; Calculating a true plane coordinate system by calculating a true north direction (Y axis direction) on a horizon coordinate system, and calculating inclination information on a three-dimensional phase of the local coordinate system on the determined horizon coordinate system. The second embodiment differs from the first embodiment in that a gravity sensor is not used.
구체적으로 상기 수평면(X-Y 평면)을 산출하는 단계는, 각 상기 입사벡터를 높이로 하고, 상기 입사벡터와 동시간에서의 태양광에 대한 고도를 상기 높이와 모선과의 사잇각으로 하며, 꼭짓점이 상기 로컬좌표계의 원심에 놓이는 2개의 가상의 원뿔을 산출하는 단계, 각 상기 원뿔의 밑면을 형성하는 2개의 원에 동시에 접하는 접선과, 상기 로컬좌표계의 원심을 내포하는 한 쌍의 평면을 산출하는 단계 그리고 상기 두 원뿔의 시간적 선후 관계와, 현재 위치가 남반구인지 또는 북반구인지에 따라 상기 한 쌍의 평면 중 하나를 지평좌표계의 수평면(X-Y 평면)으로 결정하는 단계를 포함한다. Specifically, in the step of calculating the horizontal plane (XY plane), each of the incident vectors is set as an elevation, an altitude of the incident vector with respect to sunlight at the same time is an angle between the height and the bus line, Calculating two virtual cones that lie on the centrifuge of the local coordinate system, calculating a pair of planes containing a tangent line tangent to two circles simultaneously forming the bottom surface of each cone and a centrifuge of the local coordinate system, And determining one of the pair of planes as a horizontal plane (XY plane) of the horizontally-co-ordinate system according to whether the current position is the southern hemisphere or the northern hemisphere.
한편 상기 입사벡터를 산출하는 단계는 구면상에 서로 바라보는 방향을 달리하여 설치되며, 태양광의 광량을 측정하는 복수의 광센서로부터, 광량 데이터와 해당 광센서의 아이디를 포함하는 출력정보를 수집하는 단계, 상기 출력정보들을 광량 데이터의 크기에 따라 정렬한 후 미리 설정한 기준에 따라 수개의 상위값의 출력정보들을 선정하는 단계 그리고 선정된 출력정보들을 통해 태양광의 입사 방향을 산출하고, 이를 단위벡터로 환산하여 입사벡터를 계산하는 단계를 포함할 수 있다. On the other hand, the step of calculating the incident vector is performed by collecting output information including the light quantity data and the ID of the optical sensor from a plurality of optical sensors that measure the light quantity of sunlight, A step of arranging the output information according to the magnitude of the light amount data, selecting several higher-order output information according to a preset reference, calculating the incidence direction of sunlight through the selected output information, To calculate an incident vector.
나아가 상기 기울기 감지 방법이 이동통신용 안테나에 적용될 수 있다. 이 경우, 상기 안테나의 폭 방향 기울어짐을 보정한 후에 상기 안테나의 지평좌표계에 대한 틸트각과 방위각을 산출할 수 있다. Furthermore, the tilt sensing method may be applied to an antenna for mobile communications. In this case, it is possible to calculate the tilt angle and the azimuth angle with respect to the geographical coordinate system of the antenna after correcting the widthwise inclination of the antenna.
또한 3차원상의 기울어짐 정보를 산출하는 단계 이후에, 상기 3차원상의 기울어짐 정보는 통신을 통하여 관리서버에 송신되는 단계를 포함하여, 원격 관리 시스템을 구축할 수 있다.In addition, after the step of calculating the skew information on the three-dimensional phase, the skew information on the three-dimensional phase is transmitted to the management server through communication, thereby constructing the remote management system.
본 발명의 실시예에 따르면, 인접이 어려운 장소나 높게 설치된 이동 통신용 안테나 등의 장비가 설계 의도에 맞게 지향하는지 여부를 손쉽게 파악할 수 있게 된다. 태양광을 이용하므로 기존의 지자기 센서 등에 비하여 오류를 발생시키는 원인에 대한 영향이 줄어들어 신뢰성 높은 측정 결과를 제공할 수 있으며, 저렴한 비용으로 감지장치의 제공이 가능하다.According to the embodiment of the present invention, it is possible to easily grasp whether a device such as a mobile communication antenna or a place with a high proximity to the mobile communication antenna is oriented in accordance with the design intention. Since the sunlight is used, the influence of the cause of the error is reduced compared to the conventional geomagnetic sensor, so that a reliable measurement result can be provided and the sensor can be provided at low cost.
그 외 본 발명의 효과들은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여, 또는 본 발명을 실시하는 과정 중에 이 기술분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다. The effects of the present invention will be clearly understood and understood by those skilled in the art, either through the specific details described below, or during the course of practicing the present invention.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 기울기 감지장치의 사용 상태를 나타낸 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 실시예에 따른 지평좌표계와 로컬좌표계를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 기울기 감지장치의 구성을 간략히 나타낸 블록도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 기울기 감지장치에 채용된 광센서들의 배치를 나타낸 사시도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 감지장치의 사용 상태를 간략히 나타낸 것으로, (a)는 단면도이고, (b)는 일부분의 전개도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 기울기 감지장치와 관련되며, (a)는 사시도이고, (b)는 사용 상태를 나타낸 단면도.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 기울기 감지 방법의 개략적인 흐름도.
도 8은 도 7의 제1 실시예 중에서 태양광의 입사벡터 산출단계에 관한 세부 흐름도.
도 9는 도 7의 제1 실시예 중에서 지평좌표계를 산출하는 단계에 관한 세부 흐름도.
도 10은 도 7의 제1 실시예 중에서 중력센서를 통한 수평면의 산출 과정과 관련된 도면.
도 11과 도 12는 도 7의 제1 실시예 중에서 지평좌표계를 산출하는 과정과 관련된 도면들.
도 13은 본 발명의 제2 실시예에 따른 기울기 감지 방법의 개략적인 흐름도.
도 14은 도 13의 제2 실시예에 중에서 수평면 산출하는 과정과 관련된 도면.
도 15는 도 13의 제2 실시예에 중에서 지평좌표계의 확정 과정과 관련된 도면. 1 is a perspective view showing a use state of a three-dimensional tilt sensing apparatus according to an embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a diagram illustrating a horizon coordinate system and a local coordinate system according to the embodiment shown in FIG. 1; FIG.
3 is a block diagram schematically showing a configuration of a three-dimensional tilt sensing apparatus according to an embodiment of the present invention.
4 is a perspective view showing the arrangement of optical sensors employed in a three-dimensional tilt sensing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a simplified view of the use state of the sensing apparatus according to the embodiment of the present invention, wherein FIG. 5A is a sectional view, and FIG. 5B is a partial exploded view.
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a three-dimensional tilt sensing apparatus according to another embodiment of the present invention, wherein FIG. 6A is a perspective view and FIG.
7 is a schematic flowchart of a tilt sensing method according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a detailed flowchart of the incident vector calculation step of sunlight in the first embodiment of FIG. 7; FIG.
FIG. 9 is a detailed flowchart of a step of calculating a geographical coordinate system in the first embodiment of FIG. 7; FIG.
FIG. 10 is a diagram related to a process of calculating a horizontal plane through a gravity sensor in the first embodiment of FIG. 7; FIG.
11 and 12 are diagrams related to a process of calculating a horizon coordinate system in the first embodiment of FIG.
13 is a schematic flowchart of a tilt sensing method according to a second embodiment of the present invention.
14 is a diagram related to a process of calculating a horizontal plane in the second embodiment of Fig.
Fig. 15 is a diagram related to the determination process of the horizon coordinate system in the second embodiment of Fig. 13;
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 3차원 기울기 감지장치 및 이를 통한 기울기 감지 방법의 구성, 기능 및 작용을 설명한다. 단, 도면들과 실시예들에 걸쳐 동일하거나 유사한 구성요소에 대한 도면번호는 통일하여 사용하기로 한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the configuration, functions, and functions of a three-dimensional tilt sensing apparatus and a tilt sensing method therefor according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. It should be noted, however, that the drawing numbers for the same or similar components throughout the drawings and embodiments shall be used collectively.
또한 이하의 설명에서 '제1', '제2' 등의 용어는 기술적 의미가 동일성 범위에 있는 구성요소를 편의상 구별하기 위하여 사용된다. 즉, 어떠한 하나의 구성은 임의적으로 '제1구성' 또는 '제2구성'으로 명명될 수 있다. In the following description, terms such as 'first', 'second', and the like are used to distinguish constituent elements whose technical meaning is within the same range for convenience. That is, any one configuration may be arbitrarily referred to as a 'first configuration' or a 'second configuration'.
첨부된 도면은 본 발명의 적용된 실시예를 나타낸 것으로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 통하여 제한 해석해서는 아니된다. 이 기술분야에 속하는 전문가의 견지에서 도면에 도시된 일부 또는 전부가 발명의 실시를 위하여 필연적으로 요구되는 형상, 모양, 순서가 아니라고 해석될 수 있다면, 이는 청구범위에 기재된 발명을 한정하지 아니한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of the specification, illustrate embodiments of the invention and, therefore, are not to be construed as limiting the technical spirit of the invention. It is to be understood that the invention is not to be limited by any of the details of the description to those skilled in the art from the standpoint of a person skilled in the art that any or all of the drawings shown in the drawings are not necessarily the shape,
이하의 설명에서 '지평좌표계'는 원래 지구과학에서 천체의 위치를 나타내기 위해 사용되는 좌표계이다. 기울기를 감지하고자 한 장치의 위치에서, 지평좌표계는 해당 장치의 기울어짐을 판단하는 기준 좌표계로 사용된다. 지평좌표계의 세 축을 각기 'X 축', 'Y 축', 'Z 축'으로 표기하기로 한다. 특히 진북 방향(N)은 Y 축 방향과 일치한다.In the following description, 'horizon coordinate system' is a coordinate system used to express the position of a celestial object in earth science. In the position of the device to detect the tilt, the horizon coordinate system is used as a reference coordinate system for determining the tilting of the device. The three axes of the horizontal plane coordinate system are denoted as 'X axis', 'Y axis', and 'Z axis', respectively. In particular, the true north direction N coincides with the Y-axis direction.
'로컬좌표계'는 기울기 감지장치가 가지는 좌표계를 의미한다. 기울기 감지장치는 서로 수직한 3차원의 축을 구비한다. 이 로컬좌표계의 세 축은, X' 축, Y' 축, Z' 축으로 표기하기로 한다. 기울기 감지장치에 구비되는 다수의 구성요소들, 즉 광센서, 중력센서, 시간제공부 등의 위치관계는 설계에 따른 제조에 의해 확정된다. 이들 구성요소들의 위치관계는 로컬좌표계 상에서 특정 좌푯값으로 정해진다. 이 특정 좌푯값은 고정적이고, 메모리 등에 저장되어 있다.The 'local coordinate system' means the coordinate system of the tilt sensing device. The tilt sensing device has a three-dimensional axis perpendicular to each other. The three axes of this local coordinate system are represented by X 'axis, Y' axis, and Z 'axis. The positional relationships of a plurality of components included in the tilt sensing device, that is, the optical sensor, the gravity sensor, the part-time study, etc., are determined by manufacturing according to the design. The positional relationship of these components is determined by a specific left hand mark on the local coordinate system. This particular left sign value is fixed and stored in a memory or the like.
'태양궤적식'은 지평좌표계 상에서 태양의 궤적을 방위각과 고도로 제공한다. 관측 위치(위도), 날짜 및 시간을 입력받아 태양의 방위각(A, Azimuth)과 고도(h, Altitude)를 산출한다. 이러한 태양궤적식은 이미 공개되어 널리 사용되고 있으며, 예를 들어 네브라스카-링컨 대학 천문교육학과 사이트(http://astro.unl.edu/naap/motion3/motion3.html), 미국 국립 해양대기국 사이트(https://www.esrl.noaa.gov/gmd/grad/solcalc/) 등에서 태양궤적식과 관련된 정보나 프로그램 등을 확보할 수 있다.'Sun trajectory' provides the azimuth and altitude of the sun's trajectory on the horizon coordinate system. Calculate the azimuth (A, Azimuth) and altitude (h, Altitude) of the sun by inputting the observation location (latitude), date and time. This solar trajectory is already widely available and widely used, for example, the Nebraska-Lincoln University Astronomy Education Department site (http://astro.unl.edu/naap/motion3/motion3.html), the US National Oceanic and Atmospheric Administration website (https: //www.esrl.noaa.gov/gmd/grad/solcalc/) to obtain information and programs related to the solar locus.
'기울어짐 정보' 또는 '기울기 정보'의 용어는 혼용된다. '기울기 정보'는 지평좌표계 상에서 기울기 감지장치 즉, 기울기 감지장치가 설치된 장치의 3차원적 기울어짐 각도를 제공한다. The terms " skew information " or " skew information " are mixed. The 'tilt information' provides a three-dimensional tilt angle of the tilt sensing device, that is, the device on which the tilt sensing device is installed, in the horizontal plane coordinate system.
기울어짐 정보는 적어도 '방위각', '고도' 및 '롤각'을 포함한다. 도 2의 (b)를 참고하면, '방위각'은 지평좌표계의 수평면(X-Y 평면) 상에서 진북 방향(Y 축)으로부터 로컬좌표계의 Y'축까지 시계방향으로 회전된 각도(A)이다. 한편 '고도'는 수평면(X-Y 평면)으로부터 Z 축을 향하는 각도(h)이다. 또한 '롤각'은 로컬좌표계의 X'-Z' 평면에서, Y' 축을 회전축으로 하여 회전된 각도(r)이다. The skew information includes at least an azimuth, an altitude, and a roll angle. Referring to FIG. 2B, the 'azimuth angle' is an angle (A) rotated in the clockwise direction from the true north direction (Y axis) to the Y 'axis of the local coordinate system on the horizontal plane (XY plane) of the horizontal plane coordinate system. The 'altitude' is the angle (h) from the horizontal plane (X-Y plane) toward the Z axis. The 'roll angle' is the angle (r) rotated around the Y 'axis as the rotation axis in the X'-Z' plane of the local coordinate system.
좌표계는 필요에 따라 극좌표계나 직교좌표계가 사용될 수 있다. 이들 좌표계간 전환은 공지된 바와 같다.
The coordinate system can be a polar coordinate system or an orthogonal coordinate system if necessary. The conversion between these coordinate systems is well known.
본 발명의 실시예에 따른 기울기 감지장치는, 어느 장치에 장착되어 사용되며, 해당 장치의 3차원상의 기울어짐 정보(또는 '기울기 정보'로 기재함)를 제공한다.The tilt sensing apparatus according to the embodiment of the present invention provides information on the three-dimensional tilt information (or 'tilt information') of a device to be used in which device is mounted and used.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기울기 감지장치의 사용 예를 보여준다. 기울기 정보를 취득하고자 한 장비는 이동통신용 안테나 장비(101)이다. 안테나 장비(101) 외에도 기울어짐을 측정할 이유가 있는 다양한 장비에 기울기 감지장치가 사용될 수 있다. 이하에서는 기울기 감지장치가 안테나 장비에 설치되는 것을 위주로 설명한다.1 shows an example of the use of a tilt sensing apparatus according to an embodiment of the present invention. The equipment to acquire the tilt information is the
이동통신용 안테나 장비(101)는 지면에서 세워지는 지주(102)에 설치된다. 안테나장비(101)는 로컬좌표계(X'Y'Z')를 가지고 있다. 도 2의 (a)를 참고하면, 안테나 장비(101)의 전면을 Y' 축으로 하며, 안테나 장비(101)의 상하 방향을 Z' 축으로 한다. 안테나 장비(101)는 특정 방위각(A0)과 특정 틸트각(t0)로 설치될 것으로 설정되며, 롤각은 주로 0°으로 설정된다. The
도시하지 아니하였으나 지주에는 복수의 안테나가 방사상으로 설치될 수 있다.Although not shown, a plurality of antennas may be installed radially in the support.
안테나 장비(101)에는 기울기 감지장치(100)가 설치된다. 기울기 감지장치는 태양광을 이용하는 것으로, 태양광을 받아들이는 데에 유리하도록 안테나 장비(101)의 상단부에 구비된다. 특히 빛을 받아들이는 부분이 안테나 장비의 상단에 노출되어, 가급적 넓은 방위에서 태양광을 받아들일 수 있도록 구성한다.The
기울기 감지장치(100)가 안테나 장비(101)에 설치되어, 안테나 장비(101)와 결속됨으로써, 기울기 감지장치(100)와 안테나 장비(101)는 동일한 로컬좌표계(X'Y'Z')를 사용할 수 있다. 즉 기울기 감지장치(100)가 향하는 방향이 지평좌표계 상에서 확정되면, 이를 안테나 장비(101)가 향하는 방향으로 사용할 수 있다.The
안테나 장비는 이동통신 서비스가 제공되는 넓은 면적에 다수가 분산 설치되어 있다. 적절한 서비스 영역을 확보하기 위하여, 안테나 장비는, 산의 정상, 빌딩의 옥상 위 등 가급적 높은 위치에 설치된다. 이러한 안테나 장비들의 기울어짐 정보는 관리의 편의성을 위해 네트워크 등을 통해 원격지에 위치한 관리서버(103)에 전송될 수 있다. 이때 관리서버(103)에 기울어짐 정보를 전송함에 있어서 무선 네트워크를 사용하거나, 이동통신용 안테나 장비에 내장된 통신 프로토콜을 준용하여 안테나 내부를 경유하여 통신할 수 있다.A large number of antenna devices are distributed over a wide area where mobile communication services are provided. In order to secure an appropriate service area, the antenna equipment is installed as high as possible, such as at the top of a mountain, on a roof of a building or the like. The inclination information of these antenna devices may be transmitted to the
관리서버(103)에서는 많은 수의 안테나 장비로부터 각 장비의 기울어짐 정보를 취득하고, 안테나 장비의 의도한 설치 방향과 대비하여 건전성 평가를 할 수 있다. The
이로써 설치 현장에서 일일이 안테나의 방향을 측정하지 않아도 손쉽게 모든 안테나의 건전성을 평가할 수 있다. 특히 이동 통신 서비스가 원활하게 이루어지지 못한 구역의 통신망을 분석함에 있어서, 해당 구역을 담당하는 안테나 장비의 기울어짐 정보를 장애 원인 중 하나로 취급할 수 있게 된다. This makes it easy to evaluate the health of all antennas without having to measure the orientation of the antenna at the installation site. Especially, when analyzing the communication network of the area where the mobile communication service is not smoothly performed, the inclination information of the antenna equipment in charge of the area can be treated as one of the obstacle causes.
또한 안테나 장비를 신설하거나 기존에 설치한 안테나 장비의 방향을 유지 보수한 경우, 올바른 방향으로 설치하였는지 여부를 바로 알 수 있게 된다.
In addition, if antenna equipment is newly installed or the orientation of an existing antenna device is maintained, it is immediately known whether the antenna device is installed in the correct direction.
도 2의 (b)에서 벡터 K는 안테나 장비의 설계된 설치 방향을 가리키는 벡터이다. 지평좌표계 상에서 방위각 증가치(d_A), 고도 증가치(d_h) 및 롤각 증가치(d_r)가 반영됨에 따라 벡터 K는 벡터 Y'로 변경됨을 나타낸다. In FIG. 2 (b), the vector K is a vector indicating the designed installation direction of the antenna equipment. The azimuth increment value d_A, the altitude increment value d_h, and the roll angle increment value d_r are reflected on the horizontal plane coordinate system, thereby indicating that the vector K is changed to the vector Y '.
설계에 따른 설치 방향을 가리키는 벡터 K와 벡터 Y'의 비교에 따른 방위각 증가치(d_A), 고도 증가치(d_h) 및 롤각 증가치(d_r)는 관리서버에서 산출될 수 있다. The azimuth increment value d_A, the altitude increment value d_h, and the roll angle increment value d_r according to the comparison between the vector K and the vector Y 'indicating the installation direction according to the design can be calculated by the management server.
또는 기울기 감지장치 내에 벡터 K에 대한 정보가 저장된다면, 기울기 감지장치 내에서 방위각 증가치(d_A), 고도 증가치(d_h) 및 롤각 증가치(d_r)를 산출할 수도 있다.
Alternatively, if the information about the vector K is stored in the tilt sensing device, the azimuth increment value d_A, the altitude increment value d_h, and the roll angle increment value d_r may be calculated in the tilt sensor.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 기울기 감지장치와 관련된다.3 to 5 relate to a tilt sensing apparatus according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예에 따른 기울기 감지장치는, 구조체, 복수의 광센서, 광센서수신부, 시간제공부, 중력센서 및 연산부를 포함한다. 추가적인 구성으로 통신부를 포함할 수 있다.A tilt sensing apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention includes a structure, a plurality of optical sensors, an optical sensor receiving unit, a part-time study unit, a gravity sensor, and an operation unit. The communication unit may be included in a further configuration.
구조체(1)는 반구 형상 또는 반구 이상을 넘어 구에 가까운 형상의 구면을 제공한다. 여기서 구면은 곡면으로 형성되거나 지오데식 돔 형상으로 제작될 수 있다. 구조체는 태양의 궤적을 고려하여, 전구(全球)의 일부분만을 사용할 수도 있다. The
복수의 광센서(2)는 구조체가 제공하는 구면 위에 서로 바라보는 방향을 달리하여 설치된다. 이때 광센서(2)는 광량을 측정할 수 있는 다양한 포토센서가 사용될 수 있다. 광센서 종류에 따라 태양에서 방출되는 가시광선 외에도, 태양에서 방출되며, 받아들이는 센서의 방향에 따라 측정 결과를 달리하는 다양한 에너지(예를 들어 자외선 등)를 사용할 수 있다.A plurality of optical sensors (2) are mounted on the spherical surface provided by the structure with different viewing directions. At this time, various photosensors capable of measuring the light amount of the
본 발명의 실시예에서 광센서(2)는 받아들인 빛의 광량 데이터를 출력하게 되는데, 복수의 광센서는 동일한 광량에 대하여 동일한 출력을 하도록 보정된다.In the embodiment of the present invention, the
광센서(2)의 부착 편의성, 연산의 편의성 등을 위해, 구조체(1)를 지오데식 돔 형상으로 하고, 각 면의 중심마다 광센서(2)를 설치할 수 있다. The
구조체(1)를 반구 형상 또는 지오데식 돔 형상으로 선택하든지 간에, 표면에 설치된 광센서(2)의 수광면(21)에서 수직한 법선(22)이, 구조체(1)의 중심(11)에 모이도록 설계할 수 있다. 이러한 설계는 광센서의 출력에 대하여, 각 광센서의 설치 각도, 위치에 대한 추가적인 수치 보정 없이 그대로 사용할 수 있게 한다. 따라서 광센서의 출력값을 이용한 각종 연산량 가중의 부담을 덜고, 빠른 연산 결과를 얻을 수 있게 하는 장점이 있다.The
도 5의 (a)는 가상적인 구면에서 등간격으로 고정된 다수의 광센서(2)를 도시하고 있다. 각 광센서(2)의 수광면(21)의 법선(22)은 구면의 법선과 동일하게 설치되어 있다. FIG. 5 (a) shows a plurality of
도면의 좌상부에서 비스듬히 표시된 화살표들은 태양광(SL)을 의미한다. 도면에서 광센서(2)마다 서로 다른 입사각으로 태양광(SL)을 유입 받게 되므로, 광센서(2)마다 출력값이 서로 다르게 된다.The oblique arrows in the upper left portion of the drawing indicate the sunlight SL. In the figure, since the sunlight SL is supplied to the
만일 충분한 수의 광센서를 구비한다면, 최대 출력값을 가진 광센서의 법선 방향이 태양광의 입사 방향과 동일한 것으로 간주할 수 있다. 이와 같이 가급적 많은 수의 광센서를 사용하는 것이 분해능을 향상하기 위해서는 바람직하나. 기울기 감지장치의 크기, 비용, 연산 부담 등을 고려하여 구비되는 광센서의 수를 적정수로 한정할 수 있다. 설치된 수가 줄어듦에 따른 분해능의 보안은 분석 알고리즘을 이용하여 해소할 수 있다. 이에 대해서는 나중에 다시 설명한다.If a sufficient number of optical sensors are provided, the normal direction of the optical sensor having the maximum output value can be regarded as the same as the incidence direction of the sunlight. It is desirable to use as many optical sensors as possible in order to improve the resolution. The number of optical sensors provided in consideration of the size, cost, calculation burden, etc. of the tilt sensing device can be limited to an appropriate number. The security of the resolution as the installed number decreases can be solved by using the analysis algorithm. This will be explained later.
광센서수신부는 복수의 광센서로부터 출력정보를 수신하는 인터페이스를 제공한다. 출력정보는 광센서의 아이디(ID), 측정된 출력값을 포함한다. The optical sensor receiving section provides an interface for receiving output information from a plurality of optical sensors. The output information includes the ID of the optical sensor and the measured output value.
시간제공부는 광센서에서 출력정보를 수신한 때의 날짜와 시간에 대한 캘린더정보를 제공한다. 이 캘린더정보는 태양궤적식에 대입하는 파라미터로 활용된다.The part-time study provides calendar information about the date and time when the output information was received from the optical sensor. This calendar information is used as a parameter to be substituted into the solar locus equation.
시간제공부는 네크워크 클록(Clock) 수신기 또는 무선 시간동기 추출 모듈이거나 후술하는 지피에스(GPS) 모듈일 수 있다. 캘린더정보는 데이터 통신망을 통해 얻을 수 있는데, 시간동기서버(예를 들어, NPT 서버)에서 네트웍클록을 보내 주면, 이를 수신하여 시간정보를 추출하여 사용하거나, 이동 통신 신호를 복조하여 시간 정보를 추출하는 방법 등이 있다.The part-time study may be a network clock receiver or a wireless time synchronization extraction module or a GPS module described below. The calendar information can be obtained through a data communication network. When a network clock is sent from a time synchronization server (for example, an NPT server), the time information is extracted and used, or time information is extracted by demodulating a mobile communication signal And the like.
나아가 시간제공부는 지피에스(GPS) 모듈이 사용될 수 있다. 지피에스 모듈은 위성으로부터 캘린더정보를 수신 받을 수 있다. 나아가 현재 위치에 대한 지리적 데이터(위도나 경도)를 얻을 수 있다. 특히 지피에스 모듈을 구비하는 경우에는 이동이 가능한 장비의 기울어짐 정보를 얻을 수 있게 하는 장점이 있다.
Furthermore, a GPS module can be used for part-time study. The GPS module can receive the calendar information from the satellite. Further, geographical data (latitude and longitude) of the current location can be obtained. In particular, in the case of having a GPS module, it is advantageous to obtain tilting information of a movable device.
한편 통신부를 구비하는 등 관리서버를 통해 캘린더정보를 얻을 수 있거나, 기타 네트워크 통신을 통해 캘린더정보를 얻을 수 있는 경우에는 시간제공부를 생략할 수 있다.On the other hand, calendar information can be obtained through a management server having a communication unit or the like, and time-based study can be omitted when calendar information can be obtained through other network communication.
연산부는 태양광의 입사각 분석, 지평좌표계의 산출, 기울어짐 정보 등을 산출할 수 있다. 연산부는 씨피유(CPU), 캐시 등 일반적인 연산 장치가 구비하는 구성요소를 포함할 수 있다.The calculation unit can calculate the angle of incidence of sunlight, the calculation of the horizon coordinate system, the inclination information, and the like. The arithmetic unit may include constituent elements of a general arithmetic unit such as a CPU and a cache.
중력센서(3)는 구조체(1) 내부에 설치될 수 있으며, 중력 방향을 감지한다. 이 중력 방향과 수직한 면을 지평좌표계 상의 수평면(X-Y 면)으로 정할 수 있다. The
중력센서(3)는 구조체(1)의 중심(11)에 맞춰 설치될 수 있다. 또한 중력센서(3)의 윗면을 구조체(1)의 수평과 평행하게 맞추고, 중력센서(3)의 설치 방향을 로컬좌표계의 X 축 또는 Y 축에 맞출 수 있다. 이러한 중력센서의 설치 위치는, 광센서들의 설치 각도를 구조체의 중심에 맞춘 것과 마찬가지로, 중력센서(3)의 출력값에 대한 추가적인 보정 없이 그대로 사용할 수 있게 한다.The
다른 실시예에서 중력센서는 구조체의 내부에 설치되되, 구조체의 중심에서 다소 벗어난 위치에 설치될 수 있다. 구체적으로 구조체의 로컬좌표계의 X'-Y' 평면상에 설치되면서, 중력센서의 수직 축은 구조체의 Z' 축과 평행하게 설치될 수 있다.In another embodiment, the gravity sensor is installed inside the structure, but may be located somewhat outside the center of the structure. Specifically, while being installed on the X'-Y 'plane of the local coordinate system of the structure, the vertical axis of the gravity sensor may be installed parallel to the Z'-axis of the structure.
중력센서(3)는 중력이 작용하는 방향을 검지하고, 이를 로컬좌표계 상의 좌푯값((x1, y1, z1), 도 10의 Gravity vector 참고)으로 산출한다. 이러한 중력센서는 다수가 공개되어 있으며, 예를 들어 ANALOG DEVICES 사의 ADXL345 모델이 있다.The
본 발명에서 지평좌표계의 수평면(X-Y 면)을 검출하는 방법은 2가지가 있으며, 이는 제1 실시예와 제2 실시예로 구분된다. 중력센서를 사용하지 아니하는 기울기 감지 방법의 제2 실시예에서 중력센서가 생략될 수 있다. In the present invention, there are two methods of detecting the horizontal plane (X-Y plane) of the horizon coordinate system, which are classified into the first embodiment and the second embodiment. The gravity sensor can be omitted in the second embodiment of the tilt sensing method in which the gravity sensor is not used.
특히 중력센서가 생략되는 경우, 구조체의 곡면은 오목하게 형성할 수 있다. 또는 지오데식 돔을 음각하여 오목한 다각형 구조를 채택할 수 있다.
In particular, when the gravity sensor is omitted, the curved surface of the structure can be concave. Alternatively, the concave polygonal structure can be adopted with the engraved geometry dome.
추가적인 구성으로 통신부는 네트워크에 접속하는 인터페이스를 제공한다. 통신부의 세부 구성은 공지된 바와 동일할 수 있으며, 통신부가 구비됨으로써 원격지에 위치한 관리서버와 통신이 가능하게 된다. 통신부는 연산부를 통해 얻어진 3차원상의 기울어짐 정보를 관리서버에 전송할 수 있다. In a further configuration, the communication unit provides an interface for connecting to the network. The detailed configuration of the communication unit may be the same as that known in the art, and communication with the management server located at a remote location can be performed by providing the communication unit. The communication unit can transmit the three-dimensional tilt information obtained through the operation unit to the management server.
나아가 기울어짐 정보 생성을 위한 측정 시작 명령, 캘린더정보, 위치정보(경도나 위도), 태양궤적식 프로그램 등 필요한 데이터를 관리서버로부터 수신할 수 있다. Further, necessary data such as a measurement start command, calendar information, position information (longitude and latitude), and a solar locus program for generating skew information can be received from the management server.
한편 통신부는 발신 전용으로 구성할 수 있으며, 이러한 경우에, 전술한 측정 시작 명령, 캘린더정보, 위치정보(경도나 위도), 태양궤적식 프로그램 등은, 기울기 감지장치 내의 메모리에 미리 저장되거나, 시간제공부, GPS 모듈 등을 통해 감지장치 내에서 취득할 수 있다.In this case, the measurement start command, the calendar information, the position information (longitude and latitude), the solar locus-type program, and the like may be stored in advance in the memory in the tilt sensor, Study, GPS module or the like.
또한 추가적인 구성으로, 구조체(1)를 이격되게 덮는 보호막(4)을 더 포함할 수 있다. 이 보호막(4)은 원활한 투광이 가능한 재질로 제작될 수 있으며, 표면에는 오염을 저감하기 위한 방오 코팅이 수행될 수 있다. 투광성 재질과 방오 코팅의 재질은 빗물에 의해 오염원을 씻어 내릴 수 있게 하는 정도로 충분하며, 이미 개발된 많은 공지된 기술들 중 일부를 선택하여 적용할 수 있다.
In addition, it may further comprise a protective film 4 covering the
한편 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기울기 감지장치와 관련된다.Meanwhile, FIG. 6 relates to a tilt sensing apparatus according to another embodiment of the present invention.
본 발명의 다른 실시예에 따른 기울기 감지장치(100)는 구조체(1), 복수의 광센서(2), 광센서수신부, 시간제공부, 중력센서(3) 및 연산부를 포함한다. 추가적인 구성으로 통신부 또는 보호막(4)을 포함할 수 있다. 이하에서 설명하는 내용과 저촉되지 아니하는 범위 내에서 앞서 설명한 실시예에 따른 기울기 감지장치의 각 구성요소들이 가진 특징을 그대로 포함할 수 있다.The
다른 실시예에 따른 기울기 감지장치에서 채택한 구조체(1)는, 전술한 실시예의 구조체와 마찬가지로 구형 또는 지오데식 돔형으로 제공되며, 나아가 스크린벽체(12)를 포함한다.The
스크린벽체(12)는 이웃하는 광센서들의 중간 거리 지점에서, 구조체(1)의 표면으로부터 법선 방향으로 세워져 있다. 구조체(1)는 태양광의 입사각에 따라 일부의 광센서에 그림자를 드리우게 된다.The
도 6의 (b)에서 스크린벽체(12)에 의해 몇몇의 광센서(2_1과 2_6 내지 2_11)에는 그늘(SH)이 진다. 수광면(21)이 그늘진 광센서(2_1과 2_6 내지 2_11)는, 빛을 받는 광센서(2_2 내지 2_5)에 비하여 매우 낮은 출력을 내므로, 분석할 광센서를 선정할 때에 명확히 배제할 수 있게 된다. 일부의 광센서를 분석할 대상을 선정하는 방법에 대해서는 후술하기로 한다.
In Fig. 6 (b), some of the photosensors 2_1 and 2_6 to 2_11 are shaded by the
도 7 내지 도 12는 본 발명의 제1 실시예에 따른 기울기 감지 방법과 관련된다.7 to 12 relate to a tilt sensing method according to the first embodiment of the present invention.
제1 실시예에 따른 기울기 감지 방법은, 중력센서를 구비한 감지장치를 사용하는 것으로, 수평면을 산출하는 단계(s1), 태양광의 입사벡터를 산출하는 단계(s2), 태양궤적식으로 태양광의 입사각 정보를 산출하는 단계(s3), 이들로부터 지평좌표계를 산출하는 단계(s4) 및 기울어진 정보를 산출하는 단계(s5)를 포함한다. 추가로 기울어짐 정보를 관리서버에 전송하는 단계(s6)를 더 포함할 수 있다.
The tilt sensing method according to the first embodiment uses a sensing device having a gravity sensor, which includes a step (s1) of calculating a horizontal plane, a step (s2) of calculating an incident vector of sunlight, A step (s3) of calculating incident angle information, a step (s4) of calculating a horizon coordinate system therefrom, and a step (s5) of calculating skewed information. And further transmitting the skew information to the management server (s6).
[중력센서로부터 지평좌표계의 수평면(X-Y 평면)을 산출하는 단계][Calculating the horizontal plane (X-Y plane) of the horizontal plane coordinate system from the gravity sensor]
도 10은 중력센서(3)와 수평면(X-Y 평면)과 관련된다. 로컬좌표계(X', Y', Z')는 감지장치의 현재 상태에 따라 3차원 상에서 임의 방향으로 기울어진 상태를 나타낸다. 중력센서(3)도 로컬좌표계에 따라 임의 방향으로 기울어진 상태이다.Fig. 10 relates to the
중력은 연직 하방으로 작용하며, 중력센서(3)는 중력에 대하여, 중력벡터를 로컬좌표계의 특정 좌푯값(x1, y1, z1)으로 출력하게 된다. 이 중력벡터는 지평좌표계의 수평면에 수직한 벡터이므로, 중력벡터를 지평좌표계의 Z 축(수직축)으로 할 수 있다. 나아가 Z 축에 수직한 면을 지평좌표계 상의 수평면(X-Y 면)으로 산출하게 된다.
Gravity acts as a vertical downward direction, and the
[태양광의 입사 방향에 대한 입사벡터(L)를 산출하는 단계][Step of calculating the incident vector L with respect to the incident direction of sunlight]
도 5와 도 8은 입사벡터의 산출과 관련된다. 여기서, 입사벡터(L)는 로컬좌표계의 원심을 기준으로 태양을 향하는 단위벡터로, 태양광의 입사 방향을 가리킨다.Figures 5 and 8 relate to the calculation of incident vectors. Here, the incident vector L is a unit vector pointing to the sun with respect to the centrifuge of the local coordinate system, and indicates the incident direction of sunlight.
복수의 광센서(2)로부터 입사벡터(L)를 산출하는 방법은, 광센서들의 출력정보를 수집하는 단계(s21), 분석의 의미가 있는 몇몇의 출력정보들을 선정하는 단계(s22), 선정된 출력정보로부터 태양광의 입사 방향을 산출하는 단계(s23), 입사 방향에 대한 단위벡터(입사벡터(L))를 계산하는 단계(s24)를 포함한다.A method of calculating an incident vector L from a plurality of
각 광센서의 출력정보는 광센서수신부를 통해 메모리에 저장되고, 연산부에 제공된다. The output information of each optical sensor is stored in the memory via the optical sensor receiver and provided to the operation unit.
연산부는 출력정보의 크기에 따라 정렬하여, 분석할 몇몇의 출력정보를 선정할 수 있다. 이때 선정되는 출력정보들은 측정된 광량의 최상위를 포함한 상위값들을 포함하는 것이다.The operation unit can sort according to the size of the output information and select some output information to be analyzed. At this time, the selected output information includes upper values including the highest level of the measured light amount.
여기서 출력정보의 정렬과 선정은 다양한 공지된 알고리즘 중에 선택할 수 있다. Here, the sorting and selection of the output information can be selected among various known algorithms.
또한 분석할 출력정보의 수는, 광센서의 구비된 개수 등에 따라 사용자가 임의로 설정할 수 있다. 예를 들어 충분한 분해능을 발휘할 수 있을 정도로 많은 수의 광센서가 구비된 경우, 최대 출력치를 보이는 하나의 광센서를 선정할 수 있다. 이 경우, 해당 광센서의 좌푯값이 태양광의 입사 방향으로 할 수 있다.The number of output information to be analyzed can be arbitrarily set by a user in accordance with the number of optical sensors. For example, when a large number of optical sensors are provided so as to exhibit sufficient resolution, one optical sensor having a maximum output value can be selected. In this case, the left reference value of the optical sensor can be the incident direction of sunlight.
도 5의 (a)에서 태양광(SL)의 입사각은 어느 광센서(2)의 법선 방향과도 일치하지 않는다. 다만 광센서(2)의 수광면(21)과 태양광(SL)의 입사 각도의 근사 정도에 따라, 각 광센서에서 측정한 광량 데이터에서 차이가 있게 된다.The incident angle of sunlight SL in FIG. 5 (a) does not coincide with the normal direction of any
이러한 경우, 출력정보(광량 데이터)가 상대적으로 높은 수 개의 광센서를 선정할 수 있으며, 선정된 광센서는 도 5의 (b)에 도시한 바와 같이, 출력정보가 최대치인 광센서(2_a)와, 그 주변의 광센서들(2_b 내지 2_g)인 것으로 기대할 수 있다. 이와 같이, 출력정보가 최대치인 광센서(2_a)와, 그 주변의 광센서들(2_b 내지 2_g)을 모두 고려할 수 있도록, 정렬된 출력정보들의 순차적인 증감정도를 임의의 기준값(기준증감치)와 비교하여, 출력정보들을 그룹화할 수 있다.In this case, it is possible to select a number of optical sensors whose output information (light amount data) is relatively high. As shown in Fig. 5B, the selected optical sensor has the optical sensor 2_a whose output information is the maximum, And the ambient light sensors 2_b to 2_g. In this way, the sequential increase / decrease degree of the sorted output information is adjusted to a certain reference value (reference increase / decrease value) so that both the optical sensor 2_a having the maximum output information and the optical sensors 2_b to 2_g around the optical sensor 2_a can be considered, The output information can be grouped.
예를 들어, 출력정보(광량 데이터)가 (1.4), (1.33), (1.31), (1.3), (1.26), (1.25), (1.24), (1.1), (1.05) .. 순으로 정렬되고, 기준값이 0.1 이라면, (1.4) 내지 (1.24)까지 그룹 1로 포섭되고, 바로 앞의 광량 데이터 (1.24)와 0.1을 초과하여 차이 나는 1.1 이하는 다른 그룹으로 포섭될 수 있다. 이중 유의미한 그룹 1만을 분석 대상으로 삼을 수 있다.For example, if the output information (light amount data) is (1.4), (1.33), (1.31), (1.3), (1.26), (1.25), (1.24), (1.1) If the reference value is 0.1, it is included in the
선정된 출력정보 중에서 광센서 아이디(ID)를 통해, 분석대상 광센서의 좌푯값들을 알 수 있다. 이 좌푯값들을 수학적 해석을 통해 태양광의 입사 방향을 산출할 수 있다. 이때, 수학적 해석으로 보간법, 선형분석, 통계분석 등 공개된 다양한 분석 방법이 적용될 수 있다. 나아가 수학적 해석에 광량 데이터의 크기 차이를 가중치로 고려함으로써, 더욱 정확한 태양광 입사 방향을 산출할 수 있다.From the selected output information, the left representative values of the optical sensor to be analyzed can be known through the optical sensor ID (ID). The direction of incidence of sunlight can be calculated through the mathematical analysis of these left hand signs. Various analytical methods such as interpolation, linear analysis, and statistical analysis may be applied as mathematical analysis. Furthermore, by considering the magnitude difference of light quantity data as a weight in the mathematical analysis, it is possible to calculate a more accurate sun light incident direction.
태양광 입사 방향은, 구면의 어느 한 지점에 대한 로컬좌표계의 좌푯값으로 계산되며, 단위크기로 취함으로써 입사벡터가 산출된다.The incidence direction of sunlight is calculated by the left sign value of the local coordinate system with respect to any one point of the spherical surface, and the incident vector is calculated by taking the unit size.
도 11을 참고하면, 입사벡터(L)는 로컬좌표계 상에서의 태양광 입사 방향을 나타내는 것으로, 로컬좌표계의 중심을 둔 가상의 단위 크기 구의 표면에 한 점으로 표시 가능하다.
Referring to FIG. 11, the incident vector L represents the direction of sunlight incidence on the local coordinate system, and can be displayed at one point on the surface of a virtual unit-size sphere centered on the local coordinate system.
한편, 도 6의 다른 실시예에 따른 감지장치(100)에서, 스크린벽체(12)는 일부 광센서에 그늘(SH)이 지도록 하여 광량 데이터의 격차를 크게 발생시킨다. 그에 따라 배제할 광센서의 선정이 2_2 내지 2_5로 더욱 명확해지는 장점이 있다. 특히 감도가 작은 광센서를 채택하거나, 날씨가 흐려 입사된 태양광의 광량일 작은 경우 등에서, 인위적으로 태양광과 수직하거나 수직에 근접한 광센서들의 출력정보와, 그러하지 아니한 광센서들의 출력정보 차이를 크게 할 수 있는 장점이 있다.
Meanwhile, in the
[태양궤적식으로 태양광의 입사각 정보를 취득하는 단계][Step of Obtaining Incident Angle Information of Sunlight in Solar Trajectory Formula]
태양궤적식에 안테나가 설치된 위도와 날짜 및 시간을 입력하면, 지평좌표계를 기준으로 한 태양광의 입사각 정보(방위각과 고도)를 알 수 있다. 태양의 궤도는 1년을 주기로 반복됨에 근거하며, 이는 지구과학에서 널리 알려진 상식이므로, 여기서는 중복된 설명을 생략한다.Entering the latitude and the date and time in which the antenna is installed in the solar locus formula, the incident angle information (azimuth and elevation) of the sunlight based on the geocentric coordinate system can be known. The orbit of the sun is based on repetition over a period of one year, which is common knowledge in earth science, so redundant explanations are omitted here.
태양의 궤적에 대한 테이블 또는 프로그램은 감지장치에 내장되거나, 통신부를 통하여 관리서버로부터 제공 받을 수 있다. 또한 태양광의 입사각 정보 산출을 위한 위도는 구비된 지피에스(GPS) 모듈로부터 얻거나, 감지장치에 미리 입력된 것일 수 있다. 날짜와 시간은 시간제공부(또는 GPS 모듈)에서 얻을 수 있다. 또는 위도, 날짜 및 시간을 관리서버로부터 전송받을 수도 있다. 이와 같이 태양궤적식을 이용하여 태양광의 입사각 정보를 얻기 위한 구현 방식은 다양하게 변경될 수 있다.
A table or a program for the locus of the sun may be embedded in the sensing apparatus or may be provided from the management server through the communication unit. Further, the latitude for calculating the incident angle information of sunlight may be obtained from a provided GPS module, or may be input in advance to the sensing device. Date and time can be obtained from part-time study (or GPS module). Alternatively, the latitude, date and time may be received from the management server. The implementation method for obtaining incident angle information of sunlight using the solar locus formula can be variously changed.
[지평좌표계를 산출하는 단계][Step of calculating the horizontal plane coordinate system]
앞서 산출한 수평면(X-Y 평면), 입사벡터 및 태양광의 입사각 정보를 통하여, 지평좌표계의 진북 방향(Y 축) 및 X 축을 산출하여 지평좌표계를 확정한다.(Y-axis) and the X-axis of the horizon coordinate system are calculated through the horizontal plane (X-Y plane), the incident vector, and the incidence angle information of the sunlight calculated above to determine the horizon coordinate system.
도 9를 참고하면, 지평좌표계의 수평면(X-Y 평면) 상에 입사벡터(로컬좌표계)를 투영하여 투영벡터를 산출하는 단계(s41), 태양광 입사각 정보 중 방위각을 이용하여 투영벡터를 회전시켜 진북 방향을 산출하는 단계(s42) 및 Z 축과 Y 축에 수직한 X 축을 결정하여 지평좌표계(XYZ)를 산출하는 단계(s43)를 포함한다.Referring to FIG. 9, a step (s41) of projecting an incident vector (local coordinate system) on a horizontal plane (XY plane) of a horizon coordinate system to calculate a projection vector, Calculating a direction (s42), and calculating a horizontal coordinate system (XYZ) by determining an X-axis perpendicular to the Z-axis and the Y-axis (s43).
도 11 내지 도 12는 지평좌표계를 산출하기 위한 위 단계들(s41 내지 s43)과 관련된다.11 to 12 relate to the above steps s41 to s43 for calculating the horizon coordinate system.
도 11에서 로컬좌표계(X'Y'Z')에 입사벡터(L)가 표시되어 있다. 지평좌표계의 수평면(X-Y 평면) 상에 입사벡터를 투영하여 투영벡터(T)를 산출할 수 있다. 투영벡터(T)의 산출에 있어, 삼각함수와 Z' 축과 Z 축의 사잇각이 사용된다. In Fig. 11, the incident vector L is displayed in the local coordinate system (X'Y'Z '). The projection vector T can be calculated by projecting the incident vector onto a horizontal plane (X-Y plane) of the horizontal plane coordinate system. In the calculation of the projection vector T, the triangular function, the Z 'axis and the Z-axis angle are used.
투영벡터(T)의 방향은 지평좌표계의 수평면(X-Y 평면) 상에서 태양이 위치하는 방향을 가리킨다.
The direction of the projection vector T indicates the direction in which the sun is located on the horizontal plane (XY plane) of the horizon coordinate system.
입사각 정보는, 입사벡터의 작성 시점과 같은 시간에서의, 지평좌표계를 기준으로 하는 태양의 방위각(As)과 고도(hs)에 대한 데이터가 포함되어 있다. 이중 방위각 데이터를 사용하여, 투영벡터를 수평면(X-Y 평면) 상에서 역으로 회전시킨다(도 12의 (a) 참고). 방위각 As 만큼 역으로 회전된 투영벡터(T_2)가 가리키는 방향은 지평좌표계의 진북(N) 방향이며, 지평좌표계의 Y 축 방향이다.
Incident angle information includes data on the azimuth (As) and altitude (hs) of the sun on the basis of the horizon coordinate system at the same time as the creation time of the incident vector. Using the azimuthal angle data, the projection vector is rotated inversely on the horizontal plane (XY plane) (see Fig. 12 (a)). The direction indicated by the projection vector T_2 rotated counterclockwise by the azimuth angle As is the direction of the true north (N) of the horizon coordinate system and the direction of the Y axis of the horizontal coordinate system.
산출된 Y 축과 이미 알고 있는 Z 축으로부터, 이들에게 수직한 X 축을 결정함으로써, X축, Y축 및 Z축이 모두 결정된 지평좌표계(XYZ)를 산출하게 된다.
The horizontal coordinate system (XYZ) in which both the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis are determined is determined by determining the X-axis perpendicular to the calculated Y-axis and the already known Z-axis.
[기울어짐 정보를 산출하는 단계][Step of calculating skew information]
도 12의 (b)를 참고하면, 앞서 설명한 과정들을 통해 얻어진 지평좌표계(XYZ)는 로컬좌표계(X'Y'Z') 상에서 계산된 것이므로, 지평좌표계와 로컬좌표계의 상호 관계를 알 수 있다. 지평좌표계를 기준으로 로컬좌표계가 어느 방향에서 얼마큼 회전되었는지를 계산하여, 방위각, 고도 및 롤각을 포함하는 기울기 정보를 산출한다.
Referring to FIG. 12B, the horizontal plane coordinate system (XYZ) obtained through the above-described processes is calculated on the local coordinate system (X'Y'Z '), so that the correlation between the horizontal plane coordinate system and the local coordinate system can be known. The degree of rotation in which direction the local coordinate system is rotated on the basis of the horizontal plane coordinate system is calculated to calculate the inclination information including the azimuth angle, altitude and roll angle.
[기울어짐 정보를 관리서버에 전송하는 단계][Step of transmitting skew information to the management server]
기울어짐 정보는 통신부를 통해 관리서버에 전송될 수 있다. 이때 기울어짐 정보에는 안테나의 아이디(ID), 방위각, 고도 및 롤각이 포함되며, 추가로 타임스탬프(time stamp), 지평좌표계를 기준으로 한 Z' 벡터값을 포함할 수 있다. The skew information may be transmitted to the management server via the communication unit. In this case, the inclination information includes the ID of the antenna, the azimuth angle, the altitude and the roll angle, and may further include a Z 'vector value based on a time stamp and a geographical coordinate system.
전송되는 기울어짐 정보에는, 방위각, 고도 및 롤각 등을 가공하여 얻어지는 추가적인 데이터를 포함할 수 있다. 예를 들어 고도를 대신하여 지평좌표계의 틸트각(Z축과 안테나의 Z' 축의 사잇각)을 전송할 수 있다. 또는 극좌푯값들을 직교좌표계의 좌푯값들로 대체할 수도 있다.The skew information to be transmitted may include additional data obtained by processing the azimuth angle, altitude and roll angle. For example, it is possible to transmit the tilt angle (Z-axis and angle of the Z 'axis of the antenna) of the geographical coordinate system instead of the altitude. Alternatively, the leftmost signposts can be replaced with the leftmost signposts in the orthogonal coordinate system.
특히 이동통신용 안테나에 적용되는 경우에 있어서, 기울어짐 정보는 안테나의 폭 방향 기울어짐(롤각)을 지평좌표계의 수평면(X-Y 면)과 수직되게 보정한 후에, 지평좌표계에 대한 안테나의 현재 방위각과 현재 틸트각을 산출할 수 있다. In particular, when the antenna is applied to an antenna for mobile communication, the tilting information corrects the inclination (roll angle) of the antenna to be perpendicular to the horizontal plane (XY plane) of the ground plane coordinate system, The tilt angle can be calculated.
이동통신용 안테나의 설치 방향은, 통상적으로 방위각과 틸트각으로 설정되며, 설정 단계에서 롤각은 당연히 0°로 간주된다. The installation direction of the antenna for mobile communication is usually set to the azimuth angle and the tilt angle, and in the setting step, the roll angle is naturally regarded as 0 deg.
롤각이 0°인 경우인 때에 해당 안테나의 방위각과 틸트각이 주된 관심 사항이 될 수 있다. 이러한 점을 반영하여, 롤각이 0°가 되도록, 로컬좌표계를 회전시킨 후에, 방위각과 틸트각을 기울어짐 정보로 산출할 수 있다. 이렇게 산출되어 관리서버에 전송된 기울어짐 정보는 즉시 설계치와 대조될 수 있으며, 이상 유무를 신속히 판정할 수 있게 된다.When the roll angle is 0 °, the azimuth angle and the tilt angle of the antenna may become a main concern. By reflecting this point, the azimuth angle and tilt angle can be calculated as inclined information after the local coordinate system is rotated so that the roll angle becomes 0 占. The skewed information thus calculated and transmitted to the management server can be immediately compared with the design value, and it is possible to quickly determine whether or not an abnormality exists.
나아가 측정된 롤각이 일정 수준을 초과한 경우라면, 안테나가 바라보는 방향이 크게 벗어나므로, 방위각과 틸트각은 의미가 없게 된다. 이 점을 고려하여, 롤각이 일정 수준을 초과하는 경우, 방위각과 틸트값을 널값(NULL)으로 회신하도록 구성할 수도 있다.
Furthermore, if the measured roll angle exceeds a certain level, the azimuth angle and tilt angle are meaningless since the direction of the antenna is greatly deviated. In consideration of this point, when the roll angle exceeds a certain level, the azimuth and tilt values may be returned as a null value (NULL).
도 13 내지 도 15는 본 발명의 제2 실시예에 따른 기울기 감지 방법과 관련된다. 13 to 15 relate to a tilt sensing method according to the second embodiment of the present invention.
본 발명의 제2 실시예에 따른 기울기 감지 방법은, 중력 센서를 사용하지 아니한다. 그 대신 지평좌표계의 수평면(X-Y 평면)을 산출하기 위해, 시간차에 따른 태양의 이동을 이용한다.The tilt sensing method according to the second embodiment of the present invention does not use a gravity sensor. In order to calculate the horizontal plane (X-Y plane) of the horizon coordinate system instead, the movement of the sun by the time difference is used.
이하에서 설명하는 내용과 저촉하지 아니하는 범위 내에서 제1 실시예에 따른 각 단계의 특징이, 제2 실시예의 대응하는 단계에서 사실상 동일하게 적용될 수 있다.The features of the respective steps according to the first embodiment can be substantially applied to the corresponding steps of the second embodiment within the range not inconsistent with the following description.
구체적으로 도 13을 참고하면, 제2 실시예는 시간차를 두고 2개의 입사벡터를 산출하는 단계(p1, p2), 각 시간에서 태양광의 입사각 정보를 취득하는 단계(p3, p4), 수평면을 산출하는 단계(p5), 지평좌표계를 산출하는 단계(p6) 및 기울어짐 정보를 산출하는 단계(p7)를 포함한다. 추가적으로 제1 실시예와 마찬가지로 기울어짐 정보를 관리서버에 전송하는 단계(p8)를 포함한다. Specifically, referring to FIG. 13, the second embodiment includes steps (p1, p2) of calculating two incident vectors with a time difference, steps (p3, p4) of obtaining incident angle information of sunlight at each time, , A step (p6) of calculating a horizon coordinate system, and a step (p7) of calculating skewness information. (P8) of transmitting the skew information to the management server in the same manner as in the first embodiment.
여기서 시간차를 두고 입사벡터를 산출하는 단계(p1, p2)는 동시간에 수행되지만 아니하면, 어느 하나가 먼저 수행되어도 무관하다. 다만, 시간의 선후는 이후 수평면(X-Y 평면)을 산출하는 단계에 영향을 미치므로, p1, p2 중 어느 단계가 먼저 수행되었는지를 알고 있어야 한다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위해 t1 시점이 t2의 시점보다 선행하는 것으로 간주한다. Here, steps (p1, p2) for calculating an incident vector with a time difference are performed at the same time, but any one of them may be performed first. However, since the time of the posterior affects the step of calculating the horizontal plane (X-Y plane), it is necessary to know which of p1 and p2 has been performed first. However, for convenience of explanation, it is assumed that the time point t1 precedes the time point t2.
또한 결과값(벡터, 정보)가 시간에 따라 달라지는 경우에 _t1, _t2를 덧붙여 표기하여 구분하기로 한다.
If the result (vector, information) changes with time, _t1 and _t2 are added and marked.
[시간차를 두고 2개의 입사벡터를 산출하는 단계][Step of calculating two incidence vectors with time difference]
임의의 시간(t = t1)에서, 각 광센서들로부터 측정된 태양광의 광량 데이터로부터, 로컬좌표계(X'Y'Z')를 기준으로 한 태양광의 입사 방향에 대한 입사벡터(L_t1)를 산출한다. From the light amount data of sunlight measured from each photosensor at an arbitrary time (t = t1), an incident vector L_t1 with respect to the incident direction of sunlight with reference to the local coordinate system (X'Y'Z ') is calculated do.
위 임의의 시간(t1)과 다른 시간(t2)에서, 같은 방법으로 태양광의 입사 방향에 대한 입사벡터(L_t2)를 산출한다. The incident vector L_t2 for the incidence direction of the sunlight is calculated in the same way at a time t2 different from the arbitrary time t1 above.
시간차만큼 태양의 위치는 이동되므로, t1 시간에 따른 입사벡터(L_t1)와 t2 시간에서의 입사벡터(L_t2)는 달라진다. Since the position of the sun is moved by the time difference, the incident vector L_t1 according to the time t1 and the incident vector L_t2 with the time t2 are different.
충분한 신뢰성을 확보하기 위하여 t1과 t2의 시간차이는 적어도 30분 이상으로 할 수 있으며, 바람직하게는 시간 단위로 차이가 나도록 할 수 있다.In order to ensure sufficient reliability, the time difference between t1 and t2 can be at least 30 minutes or more, and preferably the difference can be made in units of time.
광센서들의 출력정보로부터 입사벡터(L_t1, L_t2)를 산출하는 세부 구성은, 전술한 제1 실시예와 사실상 동일하므로 중복된 설명은 생략한다.
The detailed configuration for calculating the incident vectors L_t1 and L_t2 from the output information of the optical sensors is substantially the same as that of the first embodiment described above, so duplicated description will be omitted.
[태양궤적식으로 태양광의 입사각 정보를 취득하는 단계][Step of Obtaining Incident Angle Information of Sunlight in Solar Trajectory Formula]
태양궤적식에 안테나 장비의 위도와 날짜 및 시간(t1, t2)를 대입하여, 지평좌표계 상에서의 태양광의 입사각 정보(방위각(As_t1, As_t2) 및 고도(hs_t1, hs_t2))를 취득한다. (Azimuths As_t1, As_t2) and altitudes (hs_t1, hs_t2) on the terrestrial coordinate system by substituting the latitude and date and time (t1, t2) of the antenna equipment with the sun locus equation.
t1과 t2의 시간 차이에 따라 태양의 위치를 나타내는 입사각 정보들도, 서로 차이 나게 된다. Incident angle information indicating the position of the sun also differs according to the time difference between t1 and t2.
태양궤적식의 파라미터 등 세부 내용은, 전술한 제1 실시예와 사실상 동일하므로 중복된 설명은 생략한다.
The details of the parameters of the solar locus equation and the like are substantially the same as those of the first embodiment described above, so duplicate explanations are omitted.
[지평좌표계의 수평면(X-Y 평면)을 산출하는 단계][Step of calculating the horizontal plane (X-Y plane) of the horizontal plane coordinate system]
제2 실시예에서는 지평좌표계의 수평면(X-Y 면)을 산출하기 위하여, 앞서 얻은 입사벡터들(L_t1, L_t2)과, 입사각 정보들(As_t1, As_t2, hs_t1, hs_t2))을 이용하여, 기하학적 분석을 수행한다. 또한 현재의 위도(구체적으로는 북반구인지 남반구인지의 구별)를 참조한다.In the second embodiment, geometric analysis is performed using the incident vectors L_t1 and L_t2 and incident angle information (As_t1, As_t2, hs_t1, and hs_t2) obtained above in order to calculate a horizontal plane (XY plane) . Also refer to the current latitude (specifically the distinction between Northern or Southern Hemisphere).
세부적인 수행 단계로, 각 입사벡터(L_t1, L_t2)와, 동시간에서의 입사각 정보(As_t1, As_t2, hs_t1, hs_t2))로부터 로컬좌표계 상에 가상의 원뿔을 산출하는 단계, 각 원뿔의 밑면을 형성하는 2개의 원에 동시에 접하는 접선과 로컬좌표계의 원심을 내포하는 한 쌍의 평면(P1, P2)을 산출하는 단계 및 한 쌍의 평면(P1, P2) 중 하나를 지평좌표계의 수평면(X-Y 평면)으로 결정하는 단계를 포함한다.Calculating a hypothetical cone on a local coordinate system from each incident vector L_t1 and L_t2 and angle of incidence information As_t1, As_t2, hs_t1, and hs_t2 at the same time, Calculating a pair of planes (P1, P2) containing a tangent line simultaneously tangent to the two circles to be formed and a centrifuge of the local coordinate system; calculating a pair of planes (P1, P2) ). ≪ / RTI >
도 14의 (a)에서, 두 원뿔(C1, C2)은 t1과 t2에 따른 것이고, (b)와 (c)는 이해의 편의를 위해 따로 떼어 도시한 것이다.In Fig. 14A, the two cones C1 and C2 are in accordance with t1 and t2, and the diagrams (b) and (c) are shown separately for convenience of understanding.
도면에서 원뿔(C1, C2)의 높이는 입사벡터(L_t1, L_t2)이다. 입사벡터(L_t1, L_t2)는 벡터값으로, 각 원뿔(C1, C2)이 놓이는 방향을 결정하고 있다. In the figure, the heights of the cones C1 and C2 are the incident vectors L_t1 and L_t2. The incident vectors L_t1 and L_t2 are vector values and determine the direction in which the cones C1 and C2 are placed.
원뿔(C1, C2)의 모선과 높이(입사벡터)의 사잇각은 태양의 고도(hs_t1, hs_t2)에 해당된다. 여기서 고도(hs_t1, hs_t2)는 태양광의 입사각 정보로부터 얻은 것이다.The angles of the busbars and heights (incidence vectors) of the cones C1 and C2 correspond to the altitudes of the sun (hs_t1, hs_t2). Here, the elevations (hs_t1, hs_t2) are obtained from the incidence angle information of sunlight.
예를 들어, t1, t2가 오전 중의 시간대에 속한다고 가정하면, 고도(hs_t1)은, 정오에 가까운 t2 시간의 고도(hs_t2)보다 작다. 이는 원뿔(C1)의 사잇각이 원뿔(C2)의 사잇각보다 작은 이유가 된다.For example, assuming that t1 and t2 belong to the time zone of the morning, the altitude hs_t1 is smaller than the altitude hs_t2 of the t2 time close to noon. This is why the angle of cone C1 is smaller than the angle of cone C2.
이들 두 원뿔(C1, C2)의 꼭짓점을 로컬좌표계의 원점으로 옮기면, 도 14의 (a)와 같다. Moving the vertices of these two cones (C1, C2) to the origin of the local coordinate system is as shown in Fig. 14 (a).
이들 원뿔(C1, C2)의 밑면(원)에 외접하면서, 동시에 로컬좌표계의 원심을 내포하는 한 쌍의 평면(P1, P2)을 선정할 수 있다. It is possible to select a pair of planes P1 and P2 circumscribing the bottoms (circles) of these cones C1 and C2 and simultaneously containing the centrifugal of the local coordinate system.
특정 시간(t1, t2)에서 태양의 고도(hs_t1, hs_t2)만큼 차이가 있으며, 로컬좌표계의 원점을 지나는 평면들(P1, P2) 중 어느 하나는 지평좌표계의 수평면(X-Y 면)이다.One of the planes P1 and P2 passing through the origin of the local coordinate system differs by the sun altitude hs_t1 and hs_t2 at a specific time t1 and t2 is a horizontal plane (X-Y plane) of the horizontal plane coordinate system.
구체적으로 한 쌍의 평면(P1, P2) 중 어느 것이 지평좌표계의 수평면인지는, 측정한 위치(안테나의 위치)가 북반구인지 또는 남반구인지에 따라 달라진다. 태양의 궤적이 시간의 흐름에 따라 동쪽에서 서쪽으로 이동하는 점과, 태양의 궤적이 북반구에서는 남쪽으로 치우쳐지고 남반구에서는 반대임을 고려하여, 어느 한 평면을 수평면(X-Y 면)으로 결정할 수 있다. 이때 프로그램상 남반구와 북반구의 구분은, 위도에 대한 조건식으로 간단히 구현될 수 있다. Specifically, which of the pair of planes P1 and P2 is a horizontal plane of the geographical coordinate system depends on whether the measured position (position of the antenna) is the northern hemisphere or the southern hemisphere. One plane can be determined as a horizontal plane (X-Y plane), considering that the sun's trajectory travels from east to west as time passes and that the sun's trajectory is shifted southward in the Northern Hemisphere and opposite in the Southern Hemisphere. At this time, the distinction between the southern hemisphere and the northern hemisphere can be implemented simply as a conditional expression for latitude.
도 14에서 t1이 t2를 선행하는 것으로 가정하였으므로, 안테나가 북반구에 위치한다면, 평면(P1)이 수평면(X-Y 면)으로 결정된다. 만일 안테나가 남반구에 위치한다면, 평면(P2)이 수평면(X-Y 면)으로 결정된다. 또한 수평면(X-Y 면)으로부터 지평좌표계의 Z축을 산출할 수 있다.In Fig. 14, since t1 is assumed to precede t2, if the antenna is located in the northern hemisphere, the plane P1 is determined as a horizontal plane (X-Y plane). If the antenna is located in the southern hemisphere, the plane P2 is determined as the horizontal plane (X-Y plane). Also, the Z-axis of the horizontal plane coordinate system can be calculated from the horizontal plane (X-Y plane).
이러한 기하학적 해석을 위하여 다양한 수학적 알고리즘이 적용될 수 있다.
Various mathematical algorithms can be applied for this geometric analysis.
[지평좌표계를 산출하는 단계][Step of calculating the horizontal plane coordinate system]
확정된 수평면(X-Y 면), 어느 한 입사벡터 및 이에 대응하는 태양광의 입사각 정보로부터, 지평좌표계의 진북 방향(Y 축)을 산출한다.From the determined horizontal plane (X-Y plane), an incident vector, and the incident angle information of the corresponding sunlight, the true north direction (Y axis) of the horizontal plane coordinate system is calculated.
도 15가 이에 관련되며, 앞선 단계에서 선정된 수평면(X-Y 면)에 t1에서의 입사벡터(L_t1)를 투영한 투영벡터(T)가 도시되어 있다. 이 투영벡터(T)를 수평면(X-Y 면) 상에서 Z 축을 회전축으로 하여, 태양광의 방위각(As_t1)만큼 역으로 회전시켜 Y 축을 산출할 수 있다. 또한 결정된 Z 축과 Y 축으로부터 이들에 수직한 X 축을 산출하여, 지평좌표계(XYZ)를 확정할 수 있다.Fig. 15 relates to this, and a projection vector T obtained by projecting an incident vector L_t1 at t1 on a horizontal plane (X-Y plane) selected in the preceding step is shown. The Y axis can be calculated by rotating the projection vector T by the azimuth angle As_t1 of the sunlight with the Z axis as the rotation axis on the horizontal plane (X-Y plane). Further, it is possible to determine the horizontal coordinate system (XYZ) by calculating the X-axis perpendicular to the determined Z-axis and Y-axis.
투영벡터 산출 단계, 투영벡터를 방위각만큼의 회전하는 단계 등의 세부적인 내용은 전술한 제1 실시예와 사실상 동일할 수 있다.The details of the projection vector calculation step, the step of rotating the projection vector by an azimuth angle, and the like can be substantially the same as the first embodiment described above.
나아가 기울어짐 정보를 산출하는 단계(p7), 기울어짐 정보를 관리서버에 전송하는 단계(p8)의 내용은, 전술한 제1 실시예의 대응하는 단계들과 사실상 동일하므로 중복된 설명은 생략한다.
Further, the contents of the step (p7) of calculating the skew information and the step (p8) of transmitting the skew information to the management server are substantially the same as the corresponding steps of the first embodiment described above, so duplicate description will be omitted.
본 발명의 제1 실시예에 따른 기울기 감지 방법은 중력센서를 사용함으로써 위치 이동이 가능한 장비에 사용이 가능하다. The tilt sensing method according to the first embodiment of the present invention can be used for a device capable of moving a position by using a gravity sensor.
한편 제2 실시예에 따른 기울기 감지 방법은 중력센서를 사용하지 아니함으로써 설치 위치가 고정된 장비에 한정될 필요가 있다. 다만 제1 실시예를 위한 감지 장치보다 더 저렴한 구성이 가능한 장점이 있다.Meanwhile, the tilt sensing method according to the second embodiment needs to be limited to equipment in which the installation position is fixed by not using the gravity sensor. However, there is an advantage that a configuration that is less expensive than the sensing device for the first embodiment is possible.
101 : 장비 102 : 지주 103 : 관리서버
100 : 감지장치
1 : 구조체 11 : 중심 12 : 스크린벽체 SH : 그늘
2, 2_1 내지 2_11, 2_a 내지 2_g : 광센서 21 : 수광면 22 : 법선
SL : 태양광 3 : 중력센서 4 : 보호막101: Equipment 102: Holding 103: Management server
100: Sensing device
1: Structure 11: Center 12: Screen wall SH: Shade
2, 2_1 to 2_11, 2_a to 2_g: optical sensor 21: light receiving surface 22: normal
SL: Solar light 3: Gravity sensor 4: Shield
Claims (7)
상기 구조체의 구면상에 서로 바라보는 방향을 달리하여 설치되며, 태양광의 광량을 측정하는 복수의 광센서;
각 상기 광센서의 출력정보를 수신하는 광센서수신부;
상기 출력정보를 수신한 때의 날짜와 시간에 대한 캘린더정보를 제공하는 시간제공부; 및
모아진 상기 출력정보로부터 태양광의 입사각을 분석하고,
분석된 상기 태양광의 입사각, 상기 캘린더정보 및 태양궤적식으로부터 지평좌표계를 산출하며,
상기 지평좌표계와 대비하여 현재 위치에 대한 3차원상의 기울어짐 정보를 산출하는 연산부;
를 포함하고,
상기 구조체는 지오데식 돔 형상으로 이루어지고, 지오데식 돔의 각 면의 중심마다 상기 광센서가 설치되며, 상기 광센서의 수광면에서 수직한 법선이 상기 구조체의 중심에 모이도록 구성되고,
지오데식 돔의 각 면의 모서리에서 상기 구조체의 표면으로부터 법선 방향으로 세워져 있어, 태양광의 입사각에 따라 일부의 광센서에 그림자를 드리우는 스크린벽체를 포함하는
기울기 감지장치.A structure providing a spherical surface;
A plurality of optical sensors installed on the spherical surface of the structure in different directions to face each other and measuring the amount of sunlight;
An optical sensor receiving unit for receiving output information of each optical sensor;
A time-sharing function for providing calendar information on a date and time when the output information is received; And
Analyzes the incident angle of sunlight from the collected output information,
Calculates a horizon coordinate system from the incident angle of the sunlight analyzed, the calendar information, and the solar locus formula,
An arithmetic unit for calculating inclination information on a three-dimensional plane with respect to a current position in comparison with the geographical coordinate system;
Lt; / RTI >
Wherein the structure is configured as a geodesic dome and the optical sensor is installed in each center of each surface of the geodesic dome and a normal normal to the light receiving surface of the optical sensor is gathered at the center of the structure,
And a screen wall which is erected in the normal direction from the surface of the structure at the corners of each surface of the geodesic dome and casts a shadow on a part of the photosensor in accordance with the incident angle of sunlight
Tilt sensing device.
상기 구조체 안에 설치되며, 수평면(X-Y 평면)을 검출하는 중력센서를 포함하는 기울기 감지장치.The method of claim 1,
And a gravity sensor installed in the structure for detecting a horizontal plane (XY plane).
원격지에 위치한 관리서버와의 통신을 위한 통신부를 포함하고,
상기 통신부에서 상기 서버로 전송되는 통신정보에는 상기 3차원상의 기울어짐 정보가 포함되는 기울기 감지장치.The method of claim 1,
And a communication unit for communication with a management server located at a remote location,
Wherein the communication information transmitted from the communication unit to the server includes the three-dimensional tilt information.
상기 시간제공부는 지피에스(GPS) 모듈인 것을 특징으로 하는 기울기 감지장치.The method of claim 1,
Wherein the time division unit is a GPS module.
상기 구조체는 투과성의 보호막으로 보호된 상태에서, 안테나 장비의 상단부에 노출되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 기울기 감지장치.The method of claim 1,
Wherein the structure is installed so as to be exposed at an upper end of the antenna device while being protected by a transparent protective film.
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