KR101938973B1 - Forest Fire Alarm System based on On-site Measurement of Fallen Leave Water Content - Google Patents

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KR101938973B1
KR101938973B1 KR1020170058601A KR20170058601A KR101938973B1 KR 101938973 B1 KR101938973 B1 KR 101938973B1 KR 1020170058601 A KR1020170058601 A KR 1020170058601A KR 20170058601 A KR20170058601 A KR 20170058601A KR 101938973 B1 KR101938973 B1 KR 101938973B1
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임상준
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Abstract

본 발명은 산림에 설치되어 낙엽층의 무게를 측정을 하기 위한 방법 및 이를 이용한 장치에 관한 것으로, 상기 낙엽의 무게를 측정하기 위해 약 1m2 의 철제 틀 구조물에 4개의 스프링과 로드셀, 로드셀 신호 변환기를 연결하고 무게 계산 및 기록 장치를 사용하여 발명을 구성하였다. 현장에서 로드셀 마다 쉽게 캘리브레이션이 가능하기 때문에 신호보정을 할 수 있어 보다 정확한 신호를 수집하며, 신호 수집 및 저장 장치는 적재된 낙엽층의 무게를 측정하고 저장하며, 함수율을 계산하여 그 값이 낮을 경우 산불 위험이 있다는 경고 알림을 표시하는 장치를 특징으로 한다.The present invention is installed on a forest a method and to an apparatus using the same, four spring and the load cell, the load cell signal converter in an iron frame structures of about 1m 2 to measure the weight of the leaves to the measuring litter weight And the invention was constructed using a weight calculation and recording device. Because it is easy to calibrate each load cell in the field, it is possible to calibrate the signal to collect more accurate signals. The signal collecting and storing device measures and stores the weight of the litter layer and calculates the moisture content. When the value is low, Characterized by a device for displaying an alert warning that there is a risk.

Description

낙엽 수분함량 현장측정 기반 산불경보 시스템 {Forest Fire Alarm System based on On-site Measurement of Fallen Leave Water Content }{Forest fire alarm system based on on-site measurement of fallen leaves moisture content based on field measurement}

본 출원은 산림과학 분야에서 중요한 인자로 사용되는 낙엽층 무게 및 낙엽층의 함수율을 계산하여 산불의 위험성을 모니터링 할 수 있는 측정방법 및 이를 이용한 측정장치에 관한 것이다. The present application relates to a measurement method for monitoring the risk of forest fires by calculating the weight of litter layer and water content of litter layer, which are important factors in the field of forest science, and a measurement apparatus using the same.

산불은 한국 전쟁 이후 조림을 통해 조성된 산림자원에 대한 손실뿐만 아니라 인적, 재산적 손실을 가져오는 자연 재해이다. 한국은 국토의 64%가 산림으로 덮여있고 산림으로의 접근이 쉬워 90년대 이후 대부분의 산불이 입산자 실화 및 논밭두렁 소각 등 인위적인 요인에 의해 발생하고 있다. 산불 예방을 위해 건조한 봄철에 산불 조심 기간과 입산 금지 구역을 설정하거나 논밭두렁 소각을 금지하는 등 국가 차원에서 집중적으로 감시 활동을 펼치고 있지만, 레저 활동 등으로 산을 찾는 인구의 증가와 함께 산불 발생 위험은 줄어들지 않고 있다. 특히 해안가를 중심으로 건조한 봄철에 강풍이 동반되는 경우에 비화를 통해 대형 산불로 이어져 그 피해가 막대한 실정에 있으므로, 산불 확산을 예측할 수 있는 수단의 필요성이 증대되고 있다.Forest fires are natural disasters that cause human and property losses as well as loss of forest resources created through forestation after the Korean War. In Korea, 64% of the country is covered with forests and access to forests is easy. Most of the forest fires since the 1990s are caused by human factors such as incidents and incineration of rice paddies. In order to prevent forest fires, forest fires are monitored intensively at the national level, such as the setting of prohibited periods of forest fires, the prohibition of forest fires, and the prohibition of incineration of rice paddies. However, Is not shrinking. Especially, in case of strong wind accompanied by dry spring around the coastal area, the damage to the large - scale forest fires is serious due to the spoils. Therefore, the necessity of means for predicting the spread of forest fires is increasing.

산림에서 낙엽과 토양 표층 내 수분 변화량을 측정하는 것은 강우 시 낙엽의 수분보유 정도, 건조 시 수분이 감소하는 경향을 알아보는데 유용한 정보를 제공한다. 특히, 이러한 낙엽을 포함한 산림 토양 표층의 수분 함유에 따른 무게 변동 및 표층 투과 유속 등을 감지하는 것은 산림 건조에 의한 산불 위험, 집중 호우에 의한 산사태 위험 등을 감지하는데 사용될 수 있다. Measuring moisture changes in the surface of litters and soils in forests provides valuable information for determining the degree of water retention and the tendency for moisture to decrease during drying. In particular, sensing the weight fluctuation and surface permeation flux according to the moisture content of the forest soil surface layer including the leaves can be used to detect the risk of forest fires due to forest drying and the risk of landslide due to heavy rainfall.

한편, 종래의 기술에서는 토양의 함수량을 측정하는 측정 방법 및 장치를 통하여 토양의 함수율을 측정하였다.On the other hand, in the prior art, the water content of the soil was measured through a measuring method and apparatus for measuring the water content of the soil.

일본공개특허 [JP 1998-279353]("건설 발생토의 함수량 측정 방법 및 장치", 이하 종래기술 1)에서는 토양의 함수량값에 대응한 기존 유연도값 및 기존 중량값을 기존 데이터로 저장하고, 측정조에 모아둔 토양을 교반했을 때의 저항을 검지하여 측정한 유연도값 및 중량값을 기존 데이터와 비교함으로써 토양의 함수량을 산출하는 함수량 측정 방법 및 장치가 개시되어 있다.In JP-A-1998-279353 ("Method and Apparatus for Measuring Moisture Content of Construction Soil", hereinafter referred to as "Prior Art 1"), existing flexibility values and existing weight values corresponding to soil water content values are stored as existing data, Discloses a water content measurement method and apparatus for calculating the water content of a soil by comparing the flexibility value and the weight value measured by detecting the resistance when the soil collected in the tank is stirred with the existing data.

한국등록특허[10-1431190]("토층 내 수분변화 측정장치 및 이를 이용한 수분변화 측정방법", 종래기술 2)에서는 내측용기부에 토층시료를 삽입하고, 로드셀부 및 측면센서부에서 토층시료 내 수분감소량 및 수분증가량을 감지함으로써, 토층시료의 함수비 변화와 강우침투 깊이를 측정하는 토층 내 수분변화 측정장치 및 이를 이용한 수분변화 측정방법이 개시되어 있다.In Korean Patent No. [10-1431190] ("Apparatus for Measuring Moisture Change in Soil Layer and Method for Measuring Moisture Change Using It," Prior Art 2), a soil layer sample is inserted into an inner vessel portion, There is disclosed a soil moisture measurement device for measuring soil moisture content change and water content increase and measuring a water content change and rainfall penetration depth of a soil layer sample and a moisture change measurement method using the same.

한국등록특허[10-1326596]("함수량 측정 장치", 종래기술 3)에서는 배액이 원활하게 이루어지도록 형성한 받침반, 저울, 지시계, 배액량 측정 용기, 컴퓨터를 이용하여 작물재배에 사용되는 배지의 함수량과 배액량을 효과적으로 측정하기 위한 함수량 측정 장치가 개시되어 있다.In Korean Patent No. 10-1326596 ("Water Content Measurement Apparatus", Prior Art 3), there is provided a method of measuring the amount of water used for cultivation of crops using a pedestal, scale, indicator, A moisture content measuring apparatus for effectively measuring a water content and a drainage amount is disclosed.

이와 같이 종래에 다양한 토양의 함수량을 측정을 위한 기술들이 개시되어 있으나, 종래기술 1 및 종래기술 3은 토양 및 낙엽층의 함수율을 측정하는 방법이 나열되어 있을 뿐, 산불 위험에 미리 예측하여 경고 표시를 할 수 있는 장치가 마련되어 있지 않아 산불을 사전에 대비 할 수 없다는 문제점이 있다.Conventionally, techniques for measuring the water content of various soils have been disclosed. However, in the prior arts 1 and 3, methods for measuring the water content of soil and litter are listed, There is a problem in that it is not possible to prepare the forest fire in advance because there is no apparatus that can do this.

또한, 기존의 낙엽층 무게 측정장치는 직경 0.3m~0.5m 사이의 작은 크기로 제작된 경우가 많았다. 이는 무게 측정장치의 크기가 커질 수록 높은 측정 범위를 갖는 로드셀을 사용해야 하지만 장치의 크기를 키우면서 틀의 자제 하중을 고려한 최대 하중 조건을 만족하는 로드셀을 사용할 경우 낙엽을 담는 틀의 자체 하중에 의하여 실제 낙엽층의 무게 변화폭보다 과한 성능의 로드셀이 필요하다는 문제점이 있다.In addition, the conventional weighing device for litter size was often constructed in a small size between 0.3m and 0.5m in diameter. This is because, as the size of the weighing apparatus increases, the load cell having a high measuring range must be used. However, when the load cell satisfying the maximum load condition considering the self-weight of the frame is used while increasing the size of the apparatus, There is a problem in that a load cell having an excess performance is needed.

본 출원에서 임의의 참조 문헌의 언급은, 참조 문헌이 본 출원에 대한 관련 선행 기술이라는 것을 허용하는 것은 아니다.Reference herein to any reference in the present application does not permit that the reference is related to the present application.

선행기술문헌Prior art literature

-특허문헌- Patent literature

(특허문헌 1) 일본공개특허 [JP 1998-279353](Patent Document 1) Japanese Laid Open Patent Application (JP 1998-279353)

(특허문헌 2) 한국등록특허[10-1431190](Patent Document 2) Korean Registered Patent [10-1431190]

(특허문헌 3) 한국등록특허[10-1326596](Patent Document 3) Korean Registered Patent [10-1326596]

본 발명은 상기한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 안출 된 건으로, 산림에 설치되어 낙엽층 및 토양의 무게를 측정하기 위해 약 1m2 의 철제 틀 구조물에 4개의 스프링과 로드셀, 로드셀 신호 변환기를 연결하고 무게 계산 및 기록 장치를 사용하여 발명을 구성하였다. 신호 수집 및 저장 장치는 적재된 낙엽층의 무게를 측정하고 저장하며, 함수율을 계산하여 그 값이 낮을 경우 산불 위험이 있다는 경고 알림을 통하여 산불을 사전에 인지하고 미연에 방지 할 수 있도록 하는데 목적이 있다.In order to solve the above-mentioned problem, the present invention provides four springs, a load cell, and a load cell signal converter connected to an iron frame structure of about 1 m 2 to measure the weight of litter and soil, The invention was constructed using a calculation and recording device. The signal collection and storage device is intended to measure and store the weight of the loaded litter and to calculate the water content so that it is possible to recognize the forest fire in advance and prevent it in advance .

또한, 본 발명에서는 틀의 자체 하중에 의한 측정 범위 감소를 제거하고자 스프링을 사용하여 1차적으로 틀의 자체 하중을 지지 및 수평 조절을 해주며, 2차적으로 생성된 낙엽 층에 의한 무게 부하를 로드셀이 측정하는 구조를 개발하는데 목적이 있다. In addition, in the present invention, a spring is used to primarily support the self-weight of the frame and to adjust the horizontal load to eliminate the measurement range due to the self-weight of the frame, and the weight load by the second- The purpose of this measurement structure is to develop.

또한, 본 발명에서는 로드셀마다 쉽게 캘리브레이션 할 수 있도록 2점 정규화 방법을 사용하여, 현장에서 정확한 신호 수집이 가능하므로, 측정데이터의 정확도를 높이는데 목적이 있다.In addition, in the present invention, it is possible to accurately collect signals in the field by using a two-point normalization method so that calibration can be easily performed for each load cell.

상기한 바와 같이 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 바닥구조물(100) 위에 금속 소재로 이루어져 낙엽 및 산림 토양층을 담을 수 있는 적재부(110); 상기 바닥구조물(100)의 각 변 중앙부에 설치되는 4개의 측정부 구조물(140); 상기 적재부(110)과 연결되는 로드셀(180); 상기 적재부(110)와 상기 측정부 구조물(140) 연결하는 스프링(190); 상기 적재부(110)와 상기 로드셀(180)을 연결하는 스크류(170); 상기 로드셀(180)과 유선 또는 무선으로 연결되어 로드셀의 전기적 신호를 전달받아 무게 데이터로 사용하여 함수량을 산출 및 시간대별로 저장하는 신호 저장장치(150); 상기 신호 저장장치(150)를 통하여 낙엽층의 무게, 함수율, 산불 위험정보를 표시하여 상기 낙엽 및 토양층의 함수율이 5%로 이하로 떨어졌을 때 경고 메시지를 LCD로 출력하는 출력부(160)를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to solve the above-mentioned problems, according to the present invention, there is provided a floor structure (100), comprising: a loading unit (110) made of a metal material and capable of containing leaves and forest soil layers; Four measurement substructures 140 installed at the respective central portions of the floor structure 100; A load cell 180 connected to the loading unit 110; A spring 190 connecting the loading part 110 and the measuring part structure 140; A screw 170 connecting the loading unit 110 and the load cell 180; A signal storage device 150 connected to the load cell 180 in a wire or wireless manner to receive the electrical signal of the load cell and use it as weight data to calculate and store the amount of water in each time slot; And an output unit 160 for outputting a warning message to the LCD when the water content of the litter and the soil layer falls to 5% or less by displaying the weight, moisture content, and fire risk information of the litter layer through the signal storage device 150 .

또한, 상기 적재부(110)는 금속 소재를 이용하며, 가로 500mm 내지 1000mm, 세로 500mm 내지 1000mm, 높이 150mm 내지 200mm로 이루어진 것을 특징으로 한다.The mounting portion 110 is made of a metal material and has a width of 500 mm to 1000 mm, a length of 500 mm to 1000 mm, and a height of 150 mm to 200 mm.

또한, 상기 적재부의 바닥부에(111)는 10mm 내지 20mm 사이의 격자를 갖는 철망(120)으로 이루어져 있으며, 폭 30mm 내지 32mm, 두께 2.0mm 내지 2.5mm의 철망지지 구조물(130)을 사용하였으며, 상기 철망지지 구조물(130)은 십자형 구조물 사용하여 철망의 처짐을 방지하는 것을 특징으로 한다.In the bottom part of the loading part 111, a wire net supporting structure 130 having a width of 30 mm to 32 mm and a thickness of 2.0 mm to 2.5 mm is used, which is made of a wire net 120 having a grid between 10 mm and 20 mm. The wire net support structure 130 is characterized by using a cross-shaped structure to prevent deflection of the wire net.

또한, 상기 스프링(190)은 상기 적재부(110)의 하중에 의해 변형되어 평형 상태를 이루는 것을 특징으로 한다.In addition, the spring 190 is deformed by the load of the loading unit 110 to be in an equilibrium state.

또한, 상기 로드셀(180)에 부착된 상기 스크류(170)를 돌려 상기 적재부(110)의 평형상태를 조절하는 것을 특징으로 한다.Further, the screw 170 attached to the load cell 180 may be rotated to adjust the balance state of the loading unit 110.

또한, 상기 신호저장장치(150)는 상기 로드셀(180)에서 출력되는 전기적 신호를 두 개의 표준무게를 이용하여 2점 정규화방법을 통해 상기 로드셀의 감도 및 신호표류 현상을 보정하여 저장하는 것을 특징으로 한다.In addition, the signal storage device 150 corrects sensitivity and signal drift phenomenon of the load cell through a two-point normalization method using two standard weights, and stores the electrical signal output from the load cell 180 do.

본 발명을 통하여 낙엽층의 무게를 실시간으로 측정 할 경우 산림 과학 분야에서 산림 증발산 모델에 중요한 모델 데이터를 제공할 수 있다. The present invention can provide important model data for the forest evapotranspiration model in the forest science field when measuring the weight of the litter layer in real time.

낙엽층의 무게를 통해 낙엽층의 함수율을 계산할 수 있으며, 이를 통해 산불 위험 지수를 직접적으로 실시간 계산할 수 있다. 관행적인 산불 위험 지수는 산불 예측 기관에서 강수량과 일사량을 통해 모델링한 증발산 양을 바탕으로 간접적으로 계산되었으나, 본 발명을 이용하면 산불 위험 지수의 지속적이고 직접적인 계산이 가능해진다는 장점이 있다. The weight of the litter can be used to calculate the water content of the litter, which can directly calculate the fire risk index in real time. Conventional wildfire risk indices are indirectly calculated based on the amount of evapotranspiration modeled by precipitation and irradiation in a forest fire prediction agency. However, the present invention has an advantage that continuous and direct calculation of the forest fire risk index becomes possible.

또한, 로드셀마다 쉽게 캘리브레이션이 가능하기 때문에 신호보정을 간단하게 할 수 있어, 보다 정확한 신호를 수집이 가능하므로, 현장에서 바로 신호를 측정 할 수 있다는 장점이 있다. In addition, it is easy to calibrate for each load cell, so it is easy to calibrate the signal and it is possible to collect more accurate signals, so that it is possible to measure the signal directly on the spot.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 낙엽 및 토양 함수율 측정장치의 실시도이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 낙엽 및 토양 함수율 측정장치의 사시도이다.
도3은 신호 수집 및 저장 장치 구성을 나타낸 것이다.
도 4는 장치 신호수집 및 전송을 위한 마이크로보드 신호연결 단자 모습을 나타낸 것이다.
도5 은 본 발명의 일 실시예에 따른 낙엽수분함량 산불 알람 알고리즘 플로우차트를 나타낸 것이다.
도 6는 낙엽 및 토층이 갖는 무게, 함수량, 함수량에 따른 산불위험 정도를 표시하는 출력부를 나타낸 것이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is an embodiment of an apparatus for measuring moisture content of leaves and soils according to an embodiment of the present invention; FIG.
FIG. 2 is a perspective view of an apparatus for measuring moisture content of litters and soil according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 shows a signal acquisition and storage arrangement.
Figure 4 shows a micro board signal connection terminal for device signal acquisition and transmission.
FIG. 5 shows a flow chart of a declining moisture content fire alarm algorithm according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 shows an output section indicating the degree of fire risk according to weight, moisture content, and water content of leaves and soils.

이하 본 출원에 따르는 실시예를 통하여 본 출원을 보다 상세히 설명하나, 본 출원의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공하는 것이다.Hereinafter, the present application will be described in detail by way of examples according to the present application, but the scope of the present application is not limited by the following embodiments. The embodiments of the present invention are provided to enable those skilled in the art to more fully understand the present invention.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재 할 수도 있다고 이해되어야 할것이다. 반면에 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "적접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급 된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어 할 것이다.When an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, but other elements may be present in the middle It should be understood. On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it will be understood that no other element exists in between.

구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉, "~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 " ~에 직접 이웃하는"등도 마찬가지로 해석되어야 한다.  Other expressions that describe the relationship between components, such as " between "or" neighboring to "and" directly adjacent to "

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들의 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들의 조합한 것들의 존재 또는 부가 기능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, the terms "comprises" or "having" and the like are intended to specify that there are performed features, numbers, steps, operations, elements, parts or combinations thereof, and that one or more other features But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, parts, or combinations thereof.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 낙엽 및 토양 함수율 측정장치의 실시도 이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 낙엽 및 토양 함수율 측정장치의 사시도 이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 낙엽 및 토양 함수율 측정장치는 도1 내지 도2에 도시된 바와 같이 바닥 구조부(100), 적재부(110), 로드셀부(180), 신호저장장치(150)를 포함 할 수 있다.FIG. 1 is an embodiment of an apparatus for measuring moisture content of leaves and soil according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a perspective view of an apparatus for measuring moisture content of leaves and soil according to an embodiment of the present invention. 1 and 2, the apparatus for measuring soil moisture and soil moisture content according to an embodiment of the present invention includes a bottom structure 100, a loading unit 110, a load cell unit 180, and a signal storage device 150 .

바람직한 예로, 적재부(110)의 바닥을 폴리에틸렌 비닐로 감싸고 물이 구조물 아래 중앙에 모이게 한 후 튜브를 연결하였으며, 철망 위에는 토양이 유실되지 않도록 부직포를 설치하였다.As a preferred example, the bottom of the loading part 110 is wrapped with polyethylene, the water is collected at the center under the structure, the tube is connected, and a nonwoven fabric is installed on the wire net so as not to lose the soil.

또한, 적재될 낙엽 및 토양 표층의 무게의 예상 범위를 건조 상태 5 kg, 습윤 상태 15 kg로 가정하여 50 N급 로드셀(180)을 선정하고 4개를 바닥구조물(100)의 각 변의 중앙에 설치하였으며, 낙엽 및 토양 적제 전 철제구조물의 무게를 상쇄시키기 위해 코일 스프링(190)을 로드셀(180) 부착지점 옆에 각각 부착하고, 스크류(170)를 통해 스프링(190)의 하중지지 정도를 조절할 수 있도록 만들었으며, 상기 로드셀(180)에 부착된 상기 스크류(170)를 돌려 상기 적재부(110)의 평형상태를 조절할수 있도록 만들었다.The 50 N class load cell 180 was selected assuming that the expected range of weight of the fallen leaves and soil surface to be loaded was 5 kg in the dry state and 15 kg in the wet state and 4 pieces were placed in the center of each side of the floor structure 100 In order to offset the weight of the iron structure before litter and soil application, the coil spring 190 is attached to the side of the attachment point of the load cell 180, and the load supporting degree of the spring 190 is adjusted through the screw 170 So that the equilibrium state of the loading unit 110 can be adjusted by rotating the screw 170 attached to the load cell 180.

한편, 로드셀(180)에 걸린 하중은 로드셀 앰프를 거쳐 0 내지 5 V의 전압으로 변환되도록 하였다. Meanwhile, the load applied to the load cell 180 is converted to a voltage of 0 to 5 V through the load cell amplifier.

도 3에 도시된 바와 같이 신호 수집 및 저장장치(150)는 오픈 소스 마이크로 컨트롤러(Mega R3, Arduino, Italy)를 기반으로 제작하였으며 시간 측정을 위해 RTC 모듈 (DS1307 Module, Adafruit, USA), 데이터 기록을 위해 SD카드 모듈(SD Card Module, Sparkfun, USA)을 연결하였다. As shown in FIG. 3, the signal acquisition and storage device 150 is manufactured based on an open source microcontroller (Mega R3, Arduino, Italy). An RTC module (DS1307 Module, Adafruit, USA) (SD Card Module, Sparkfun, USA) was connected.

여기서 로드셀부(180)는 하중에 따라 변형되는 셀의 저항값을 측정하는 방식으로 하중을 측정하는 전기저항식 하중계로 구성 될 수 있다.Here, the load cell unit 180 may be constituted by an electric resistance type load cell for measuring a load by measuring a resistance value of a cell deformed according to a load.

바람직한 예로, 장치에 부착된 각각의 로드셀(180)상부에 1,100 g의 무게 추를 올려두어 로드셀(180)을 캘리브레이션 하였으며, 이를 이용하여 개별 로드셀(180)에 측정된 무게들의 합을 전체 측정 무게로 정하여 그 값을 기록하였다.As a preferred example, a load weight of 1,100 g is placed on each load cell 180 attached to the apparatus to calibrate the load cell 180, and the sum of the weights measured on the individual load cell 180 is used as the total measured weight And the value was recorded.

로드셀부(180)는 적재부(110)에 수납된 낙엽 및 토층시료의 중량변화를 측정하여 낙엽 및 토층시료가 포함하고 있는 수분의 변화량을 측정할 수 있다.The load cell unit 180 can measure the change in the moisture content of the litter and soil layer samples by measuring the weight change of the litter and the soil layer sample stored in the loading unit 110.

또한, 함수량 출력부(160)는 로드셀부(180)에서 시간에 따라 측정된 토층시료의 중량값의 변화에 근거해서 토층시료에 포함된 수분의 변화를 측정 할 수 있다.In addition, the water content output unit 160 can measure a change in moisture contained in the soil layer sample based on a change in the weight value of the soil layer sample measured over time in the load cell unit 180.

도 4는 장치 신호수집 및 전송을 위한 마이크로보드 신호연결 단자 모습을 나타낸 것이다.Figure 4 shows a micro board signal connection terminal for device signal acquisition and transmission.

본 발명의 신호저장장치(150)에 현장에서 로드셀(180)의 감도 및 신호표류에 의한 오차를 최소화 하기 위해서 아래 그림과 같이 신호 보정을 실시하여 초기 검량선 식의 값과 일치하도록 2점 정규화 방법을 적용하였다. 이 방법은 로드셀(180)에서 출력되는 전기적 신호를 초기상태의 감도와 잔차로 복원해주는 방법을 특징으로 한다.In order to minimize the error of the signal storage device 150 of the present invention due to sensitivity and drift of the load cell 180 in the field, signal correction is performed as shown in the following figure and a 2-point normalization method is performed so as to match the initial calibration curve value Respectively. This method is characterized by restoring the electrical signal output from the load cell 180 to the initial sensitivity and residual.

Figure 112017044781635-pat00001
Figure 112017044781635-pat00001

상기 2점 정규화 방법은 첫단계로 무게와 로드셀(180) 전압 신호와 선형적 관계를 갖는 기존 캘리브레이션(calibration) 식을 이용하여 알고 있는 서로 다른 무게의 두 개의 추에 대응하는 예상 로드셀 전압신호를 계산한다 (Y1n, Y2n). 상기 두 개의 추를 모니터링 시스템에 놓고 로드셀(180)의 출력 신호 값을 얻는다 (Y10, Y20). 상기 위에서 구해진 Y1n, Y2n, Y10, Y20 값을 통해 로드셀(180) 감도 보정계수(Y2n-Y1n)/(Y2o-Y1o)를 산출하고 보정계수에 측정신호를 곱하여 얻은 변경 값에 Y2n의 차를 이용 신호 오프셋을 제거하여 최종 로드셀(180)의 신호값을 정규화하는 과정을 거친다.The two-point normalization method calculates a predicted load cell voltage signal corresponding to two weights of different weights known in the first step using an existing calibration formula having a linear relationship with the weight and the voltage signal of the load cell 180 (Y 1n , Y 2n ). The two weights are placed on the monitoring system and the output signal value of the load cell 180 is obtained (Y 10 , Y 20 ). The sensitivity correction coefficient (Y 2n -Y 1n ) / (Y 2o -Y 1o ) of the load cell 180 is calculated from the values Y 1n , Y 2n , Y 10 and Y 20 obtained above, In the change value The signal value of the final load cell 180 is normalized by removing the signal offset using the difference of Y 2n .

적재부(110) 각각의 면에 설치된 4개의 로드셀(180)을 같은 방식으로 정규화하고 그 값을 원래의 캘리브레이션 식에 삽입하여 시료의 무게를 예측하고 로드셀(180) 4개에서 예측된 시료 무게 값은 평균하여 그 대표값을 취하게 된다. 이러한 2점정규화 방법은 반복과정을 수행하기 때문에 프로그램화가 가능하며, 이를 통하여 얻을 수 있는 것은 현장에서 로드 셀마다 쉽게 정규화 및 캘리브레이션이 가능하기 때문에 신호보정을 간단하게 할 수 있는 장점이 있으며 시료의 편심하중에 영향을 상쇄할 수 있기 때문에 측정 데이터의 대표성을 높을 수 있다. The four load cells 180 installed on the respective surfaces of the loading unit 110 are normalized in the same manner and the values are inserted into the original calibration equation to predict the weight of the sample and the sample weight values predicted from the four load cells 180 Is taken as the representative value on average. Since the two-point normalization method performs an iterative process, it can be programmed. What can be obtained through this is that it is possible to easily normalize and calibrate each load cell in the field so that the signal correction can be simplified. Since the influence on the load can be canceled, the representativeity of the measurement data can be enhanced.

Figure 112017044781635-pat00002
Figure 112017044781635-pat00002

도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 낙엽수분함량 산불 알람 알고리즘 플로우차트를 나타낸 것이다.Figure 5 shows a flow chart of a declining moisture content fire alarm algorithm according to an embodiment of the present invention.

또한, 토층내에서 함수율(M.C)는 완전히 건조된 낙엽의 총 중량에 대한 물의 중량비를 말하며, 이는 완전히 건조된 낙엽의 총 중량에 대해서 특정 시점에서의 총중량에서 완전히 건조된 낙엽의 총중량을 뺀 값에 대한 중량비를 말한다. 이는 수학식 1과 같이 표시한다. The water content (MC) in the soil layer refers to the weight ratio of water to the total weight of completely dried leaves, which is calculated by subtracting the total weight of completely dried leaves from the total weight at a certain point in time relative to the total weight of completely dried leaves Weight ratio. This is expressed by Equation (1).

시간에 따라 변하는 낙엽 및 토양의 무게에서 측정된 값이 최솟값일 경우 이를 따로 저장하고, 새로운 최솟값이 측정될 경우 새로운 최솟값으로 그 값을 대체한다. 이때 측정된 최솟값은 완전히 건조된 낙엽 및 토양의 중량으로 간주한다. If the measured value of the litter and soil weights varying over time is the minimum value, it is stored separately and replaced with the new minimum value when the new minimum value is measured. The minimum measured value is considered to be the weight of completely dried litter and soil.

낙엽 및 토양이 갖는 함수율은 다음과 같이 계산된다. The water content of litter and soil is calculated as follows.

(( 수학식1Equation 1 ))

M.C. (%) =

Figure 112018112983591-pat00003
MC (%) =
Figure 112018112983591-pat00003

=

Figure 112017044781635-pat00005
=
Figure 112017044781635-pat00005

도 6에 도시된 바와 같이 신호 수집 및 저장장치에 부착된 LCD 창에서는 현재 낙엽 무게 측정장치에 적재된 낙엽층의 무게, 함수율, 산불 위험 정도를 표시한다. 이때 적재된 낙엽 및 토양층의 함수율이 5% 이하로 떨어졌을 때 경고(Warning) 메시지를 표시한다.As shown in FIG. 6, the LCD window attached to the signal collecting and storing device indicates the weight, moisture content, and fire risk of the litter layer currently loaded on the fallen weighing apparatus. At this time, a Warning message is displayed when the water content of the fallen leaves and soil layer falls below 5%.

상기 본 발명의 내용은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. will be.

따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

100: 바닥 구조물 110: 적재부
111 : 바닥부 120: 철망
130: 철망 지지 구조물 140: 측정부 구조물
150: 신호저장장치 160: 출력부
170: 스크류 180:로드셀
190: 스프링
100: floor structure 110:
111: bottom part 120: wire mesh
130: Wire mesh support structure 140: Measuring structure
150: Signal storage device 160: Output section
170: screw 180: load cell
190: spring

Claims (11)

낙엽 및 토양의 함수율을 측정하는 장치에 있어서,
바닥구조물(100) 위에 금속 소재로 이루어져 낙엽 및 산림 토양 층을 담을 수 있는 적재부(110);
상기 바닥구조물(100)의 각 변 중앙부에 설치되는 4개의 측정부 구조물(140);
상기 적재부(110)와 연결되는 로드셀(180);
상기 적재부(110)와 상기 측정부 구조물(140)을 연결하는 스프링(190);
상기 적재부(110)와 상기 로드셀(180)을 연결하는 스크류(170);
상기 로드셀(180)과 유선 또는 무선으로 연결되어 로드셀의 전기적 신호를 전달받아 무게 데이터로 사용하여 함수량을 산출 및 시간대별로 저장하는 신호 저장장치(150);
상기 신호 저장장치를 통해 도출된 함수율 결과값을 출력하는 출력부(160)로 이루어져 있고,
상기 신호 저장장치는 상기 로드셀(180)에서 출력되는 전기적 신호를 두 개의 표준무게를 이용하여 2점 정규화방법을 통해 상기 로드셀의 감도 및 신호표류 현상을 보정하여 저장하는 것을 특징으로 하는 낙엽 및 토양 함수율 측정장치
An apparatus for measuring moisture content of litters and soil,
A loading unit 110 made of a metal material on the floor structure 100 and capable of containing litter and forest soil layers;
Four measurement substructures 140 installed at the respective central portions of the floor structure 100;
A load cell 180 connected to the loading unit 110;
A spring 190 connecting the loading unit 110 and the measuring unit structure 140;
A screw 170 connecting the loading unit 110 and the load cell 180;
A signal storage device 150 connected to the load cell 180 in a wire or wireless manner to receive the electrical signal of the load cell and use it as weight data to calculate and store the amount of water in each time slot;
And an output unit 160 for outputting a moisture content result value derived through the signal storage device,
Wherein the signal storage device corrects the sensitivity and signal drift phenomenon of the load cell through a two-point normalization method using two standard weights and stores the electrical signal output from the load cell 180, Measuring device
제 1항에 있어서, 상기 출력부(160)는 낙엽층의 무게 및 함수율을 측정하여 상기 낙엽 및 토양층의 함수율이 5%로 이하로 떨어졌을 때 경고 메시지를 출력하는 것을 특징으로 하는 낙엽 및 토양 함수율 측정장치
The apparatus according to claim 1, wherein the output unit (160) measures the weight and water content of the litter layer and outputs a warning message when the water content of the litter and the soil layer falls below 5%
제 2항에 있어서, 상기 출력부(160)는 LCD 기판을 사용하는 것을 특징으로 하는 낙엽 및 토양 함수율 측정장치
The apparatus according to claim 2, wherein the output unit (160) uses an LCD substrate.
제 1항에 있어서, 상기 적재부(110)는 가로 500mm 내지 1000mm, 세로 500mm 내지 1000mm, 높이 150mm 내지 200mm 로 이루어진 것을 특징으로 하는 낙엽 및 토양 함수율 측정장치
The apparatus according to claim 1, wherein the loading unit (110) has a width of 500 mm to 1000 mm, a length of 500 mm to 1000 mm, and a height of 150 mm to 200 mm.
제 4항에 있어서, 상기 적재부(110)의 바닥부(111)에는 10mm 내지 20mm 사이의 격자를 갖는 철망(120)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 낙엽 및 토양 함수율 측정장치
The apparatus according to claim 4, wherein the bottom part (111) of the loading part (110) comprises a wire net (120) having a grid between 10 mm and 20 mm.
제 4항에 있어서, 상기 적재부의 바닥부(111)에는 폭 30mm 내지 32mm, 두께 2.0mm 내지 2.5mm의 철망지지 구조물(130)을 사용하여 철망의 처짐을 방지하는 것을 특징으로 하는 낙엽 및 토양 함수율 측정장치
5. The method according to claim 4, wherein a wire mesh support structure (130) having a width of 30 mm to 32 mm and a thickness of 2.0 mm to 2.5 mm is used for the bottom part (111) Measuring device
제 6항에 있어서, 상기 철망지지 구조물(130)은 십자 구조물을 사용하는 것을 특징으로 하는 낙엽 및 토양 함수율 측정장치
The apparatus according to claim 6, wherein the wire net supporting structure (130) is a cross structure.
제 1항에 있어서, 상기 스프링(190)은 상기 적재부(110)의 하중에 의해 변형되어 평형 상태를 이루는 것을 특징으로 하는 낙엽 및 토양 함수율 측정장치
2. The apparatus according to claim 1, wherein the spring (190) is deformed by a load of the loading part (110) to form an equilibrium state.
제 1항에 있어서, 상기 로드셀(180)에 부착된 상기 스크류(170)를 돌려 상기 적재부(110)의 평형상태를 조절하는 것을 특징으로 하는 낙엽 및 토양 함수율 측정장치
2. The apparatus according to claim 1, wherein the equilibrium state of the loading unit (110) is adjusted by rotating the screw (170) attached to the load cell (180)
제 1항에 있어서, 신호 저장장치(150)는 상기 로드셀(180)과 연결되고, 하기의 수학식을 통해서 토양의 함수율(M.C)를 산출하는 것을 특징으로 하는 낙엽 및 토양 함수율 측정장치

M.C. (%) =
Figure 112018112983591-pat00006

=
Figure 112018112983591-pat00008



The soil moisture measuring apparatus according to claim 1, wherein the signal storage device (150) is connected to the load cell (180) and calculates the moisture content (MC) of the soil through the following equation

MC (%) =
Figure 112018112983591-pat00006

=
Figure 112018112983591-pat00008



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