KR101940313B1 - Appropriate location selection method of solar photovoltaic power station using aerial laser scanning data processing and space analysis technique - Google Patents

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Abstract

Disclosed is a method for selecting an appropriate position of a solar photovoltaic power station using aerial laser scanning data processing and a space analysis technique. The method for selecting an appropriate position of a solar photovoltaic power station includes: a step of removing noise of a point of a minimum true height and the point of a maximum true height based on a predetermined height value from noise data in which distance becomes increased as the noise is reflected to a building or woods multiple times or is reflected to a cloud or dust in the air, about a source document obtained by aerial laser scanning on a solar photovoltaic power station land examination area to analyze the solar photovoltaic power station land based on aerial laser scanning materials by GIS software; a step of building a DEM in which subjects such as a building or woods from a geographic feature by an aerial laser scanning geographic material (Terrascan) program; a step of analyzing the solar radiation quantity for a year based on the DEM material which is built; and a step of analyzing changes in solar radiation quantities in accordance with the inclined direction by comparing the average solar radiation quantities of eight inclined directions. The method for selecting an appropriate position of a solar photovoltaic power station selects a land having a gradient of 30 degrees or less and the inclined direction of southeast (SE), south (S), and southwest (SW) as the solar photovoltaic power station land by considering the inclined direction and an appropriate gradient to prevent an accident happening in a construction step when the solar photovoltaic power station land is examined. The method for selecting an appropriate position of a solar photovoltaic power station also determines an installation size of the solar photovoltaic power station considering the available area.

Description

항공레이저측량 자료처리와 공간분석 기법을 사용한 태양광 발전소 적정 위치 선정 방법{Appropriate location selection method of solar photovoltaic power station using aerial laser scanning data processing and space analysis technique}[0001] The present invention relates to a method of selecting an appropriate location of a photovoltaic power generation plant using an aerial laser surveying data processing method and a spatial analysis method,

본 발명은 태양광 발전소 적정 위치 선정 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양광발전소 부지 검토 지역에 대하여 항공레이저측량(LIDAR)을 통해 취득한 원시자료에 대해 GIS 소프트웨어가 대기중의 구름이나 먼지 등에 반사되거나 건물이나 수목에 여러번 반사되어 거리가 길어지는 노이즈를 제거하고, 항공레이저측량 지형 자료처리(TerraScan) 프로그램을 사용하여 지형지물에서 건물이나 수목과 같은 객체들을 제거한 DEM(Digital Elevation Model, 수치표고모델)을 구축하며, 구축한 DEM 자료를 기반으로 1년 동안의 태양광 일사량을 분석하며, 8개 사면방향에 대한 평균 일사량을 상호 비교하여 사면방향에 따른 일사량 변화를 분석하며, 태양광 발전소 부지를 검토시 시공 단계에서 안전사고를 예방하도록 사면방향과 적정 경사도를 고려하여 태양광 발전소 부지 위치를 선정하는, 항공레이저측량 자료처리와 공간분석 기법을 이용한 태양광 발전소 적정 위치 선정 방법에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to a method and system for accurately positioning a photovoltaic power generation site in a photovoltaic power plant site review area. Or a digital elevation model (DEM) model in which objects such as buildings are removed from a feature using an airborne laser surveying terrain data processing (TerraScan) program, ), And analyzed the solar irradiance for one year based on the constructed DEM data. The average solar irradiance for the eight slopes was compared with each other to analyze the variation of solar radiation along the slope direction. Considering slope direction and proper slope to prevent safety accidents during construction phase, The present invention relates to a method for selecting an appropriate location of a solar power plant using airborne laser surveying data processing and spatial analysis techniques.

최근, 기후변화협약 발효와 고유가 상황 지속 등 외부요인 등으로 신재생에너지 사업에 대한 관심이 높아지면서 정부투자와 민간참여에 의한 공급량이 크게 증가하고 있다. 신재생에너지 사업 중 최근 가장 큰 관심을 받고 있는 부문이 태양광 에너지 부문이며, 2013년 기준으로 신재생에너지에 대한 정부주도의 보급 및 주택보급사업 확대 등으로 태양광 분야의 증가율이 18.7%로 높아졌다. 아울러 에너지원별 선정 현황에서 태양광(9405호수), 태양열(731호수), 지열(317호수), 연료전지(185호수) 순으로 가장 보편적으로 적용이 가능한 태양광이 88%를 차지하였다(에너지관리공단 신재생에너지센터, 2013).In recent years, as the interest in renewable energy projects has increased due to external factors such as the entry into force of the Convention on Climate Change and the high oil price situation, supply from government investment and private participation has increased significantly. Among the new and renewable energy businesses, the solar energy sector is receiving the greatest attention, and as of 2013, the growth rate of the photovoltaic sector has increased to 18.7% due to government-led expansion of renewable energy and expansion of housing supply business . In addition, 88% of solar energy (884%) was most commonly applied in the order of solar energy (9405 lakes), solar heat (731 lakes), geothermal heat (317 lakes) and fuel cells Industrial Renewable Energy Center, 2013).

이와 같이, 태양광 에너지에 대한 관심이 높아지면서 태양광 발전소의 입지 선정에 관한 다양한 연구들이 추진되었다. 먼저 기상청(2008)에서는 태양광 발전소의 입지 선정시 일사량을 비롯한 일조시간, 강수량, 평균기온, 운량, 상대습도, 안개일수 등 14개 요소의 전국 관측치를 사용하여 태양에너지 최적 활용을 위한 기상자원을 분석하였다. 또한, 이정택 등(1995)은 우리나라의 계절별 일조시간과 기온에 대한 분석에서 일사량과 일조시간은 양의 상관관계를 보인다고 하였고, 조덕기 등(2006)은 태양광 발전소 설립에 중요한 일사량과 청명일수에 대한 연구를 수행하여 남향에 지표면에 대한 경사각도가 30° 부근에서 최대의 태양광에너지를 받는다고 하였다. In this way, as interest in solar energy has increased, various studies have been conducted on the location of solar power plants. First, in selecting the location of a solar power plant, the Korea Meteorological Administration (2008) uses 14 national factors such as sunshine, sunshine hours, precipitation, average temperature, cloudiness, relative humidity and fog days to select weather resources Respectively. In addition, Jung-Taek et al. (1995) reported that solar radiation and sunshine hours are positively correlated with seasonal sunshine hours and temperatures in Korea, and Jodokki et al. (2006) The study was carried out to obtain the maximum solar energy at an angle of about 30 ° to the ground surface.

태양광 발전소 입지 선정시 공간통계기법을 접목한 연구로서, 김호용(2010)은 공간통계와 크리깅 보간법을 이용하여 태양광 발전시설의 입지를 보다 효과적으로 선정하기 위한 기법을 제시하였으며, 정종철(2012)은 지점별 일사량 정보를 역거리가중치(IDW; Inverse Distance Method) 보간법을 활용하여 분석함으로서 태양에너지 가용잠재량 자원지도를 작성한 바 있다.(2010) proposed a technique to more effectively select the location of photovoltaic power generation facilities using spatial statistics and Kriging interpolation method. Jeong, Jong-cheol (2012) We have developed a potential resource map for solar energy by analyzing the point-of-site radiation data using the Inverse Distance Method (IDW) interpolation method.

태양광 발전소 입지 선정시 가장 중요한 요소는 사면방향이나 경사와 같은 지형요소이며 일반적으로 수치표고모델(DEM; Digital Elevation Model)이 많이 활용된다(Escobar et al., 2015; Polo et al., 2016). 이기림과 이원희(2015) 그리고 이지영과 강인준(2010)은 DEM을 이용하여 다양한 지형요소들을 추출한 후 태양광 발전소 입지를 선정하는 연구를 수행하였다. The most important factors in selecting a PV plant location are terrain elements such as slope and slope, and a digital elevation model (DEM) is commonly used (Escobar et al., 2015; Polo et al., 2016) . Lee, Ji - Rim and Lee, Won - Hee (2015) and Lee, Ji - Young and Kang, In - Jun (2010) conducted a study to select the location of a solar power plant after extracting various terrain elements using DEM.

기존에는 농경지가 태양광 발전소 입지에 주로 활용되었으나, 최근 태양광 발전 효율이 높은 고지대 산지를 활용하여 사업을 진행하는 추세이다. 그러나, 산지의 경우 수목들이 위치하고 있어 정확한 지반의 형상을 분석하기에 제약이 있기 때문에 태양광 발전효율 검토 및 입지선정 업무 추진시 어려운 점이 있다. 따라서, 지형객체를 제거한 DEM을 효과적으로 추출하기 위한 자료취득 방법으로 항공레이저측량 기법이 많이 활용되고 있다(김세준 등, 2014; 최병길 등, 2014; 김민철 등, 2011). 항공레이저측량은 고밀도의 레이저 포인트 자료로부터 지면점을 분류하는 일련의 과정을 통해 건물, 수목, 지면을 구분하여 DEM, 수치표면모델(DSM; Digital Surface Model)을 효과적으로 추출할 수 있기 때문에 태양광 발전소 입지 선정에 매우 중요한 자료원이 된다(이수지 등, 2014; ; 조두영과 김의명, 2012).Conventionally, farmland has been mainly used for the location of solar power plant, but recently it is a trend to utilize high mountain production area where solar power generation efficiency is high. However, there is a difficulty in reviewing the solar power generation efficiency and locating site selection because there is a limitation in analyzing the shape of the ground due to the presence of trees in mountainous areas. Therefore, airborne laser surveying is widely used as a data acquisition method to extract the DEM from the terrain object effectively (Kim, Se-joon et al., 2014; Airborne laser surveying can extract DEM, Digital Surface Model (DSM) effectively by dividing buildings, trees, and grounds through a series of processes that classify ground points from high-density laser point data, (Lee, Soo-ji, etc., 2014; Cho, Doo-young and Kim, Myung-myeon, 2012).

기상청, 2008, 태양에너지 최적 활용을 위한 기상자원 분석 보고서 Meteorological Agency, 2008, Meteorological Resource Analysis Report for Optimum Use of Solar Energy 김세준, 이종출, 김진수, 노태호, 2014, “항공LiDAR와 수치지도를 이용한 산사태 취약성 비교 분석”한국측량학회지, 제 32권 제4호, pp.281-292 "Comparison of Landslide Vulnerability Using Airborne LiDAR and Numerical Mapping", Journal of Korean Society of Surveying, 32 권 제 4 호, pp.281-292 Korean Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry, and Cartography 김민철, 노명종, 조우석, 방기인, 박준구, 2011, “항공 라이다 수치지면자료의 오분류 영역 탐지 알고리즘”한국지형공간정보학회지, 제19권 제1호, pp.79-86 Kim, Mi-Cheol, Roh Myung-Jong, Joo Woo-Seok, Bugiin, Park, Joong-gu, 2011, "An Algorithm for Detection of Misalignment Region of Airborne Lida Digitized Ground Data", Journal of Korean Geographical Spatial Information, Vol.19, No.1, pp.79-86 김호용, 2010, “공간통계기법을 이용한 태양광발전시설 입지 정확성 향상 방안”한국지리정보학회지, 제13권 제2호, pp.146-156 Kim, Ho-Yong, 2010, "Improvement of Location Accuracy of Photovoltaic Power Plant Using Spatial Statistics Technique" Journal of Geographic Information Science, Vol.13, No.2, pp.146-156 이기림, 이원희, 2015, “GIS와 계층분석법을 이용한 태양광 발전소 입지 분석”한국지리정보학회지, 제18권 제4호, pp.1-13 Lee, Won-hee, 2015, "Location Analysis of Solar Power Plant Using GIS and Hierarchical Analysis", Journal of Geographic Information Systems, Vol.18, No. 4, pp.1-13 이수지, 박진이, 김의명, 2014, “항공 라이다 자료를 이용한 수목추출의 자동화 모델 개발”한국산학기술학회 논문지, 제15권 제5호, pp.3213-3219 Lee, YJ, Kim, U., 2014, "Development of an Automated Model for Tree Extraction Using Airborne Data", Journal of the Academic Society of Industrial Science and Technology, Vol. 15, No. 5, pp.3213-3219 에너지관리공단 신재생에너지센터, 2013, www.energy.or.kr Energy Management Corporation New & Renewable Energy Center, 2013, www.energy.or.kr 이정택, 윤성호, 박무언, 1995, “우리나라의 계절별 일조시간과 기온의 상관관계 및 분포에 관한 연구”한국환경농학회지, 제14권, pp.155-162 Jung-Taek Lee, Sung-Ho Yoon, and Park Mu-hyun, 1995, "A Study on the Correlation and Distribution of Seasonal Sunshine Time and Temperature in Korea" Journal of the Environmental Agriculture and Life Sciences, Vol. 14, pp.155-162 이지영, 강인준, 2010, “기술을 활용한 태양광시설 입지선정에 관한 연구”한국지형공간정보학회지, 제18권 제2호, pp.99-105 Lee Ji-young, Kang In-joon, 2010, "A Study on the Selection of Solar Facility Location Using Technology", Journal of Korean Geographical Spatial Information, Vol.18 No. 2, pp.99-105 정종철, 2012, “태양에너지 가용잠재량 자원지도 분석”환경영향평가, 제21권 제4호, pp.573-579 Jung, JC, 2012, "Potential Resource Map Analysis of Solar Energy Available", Environmental Impact Assessment, Vol.21 No.4, pp.573-579 조덕기, 강용혁, 2006, “국내 고집광 태양에너지 이용시스템 설치를 위한 법선면 직달일사량과 청명일 정밀조사”한국태양에너지학회 논문집. pp.53-62 Joung Dukki and Kang Yongkuk, 2006, "Precise Survey on the Normal Waves and Cheongmyeong Sun for Installation of Domestic High Power Photovoltaic Energy Use System", Journal of the Korean Solar Energy Society. pp.53-62 조두영, 김의명, 2012, “모의 항공 라이다 자료를 이용한 개별 가로수의 추정”한국측량학회지, 제30권 제3호, pp.269-277 Jo, Doo-Young, Kim, U., 2012, "Estimation of Individual Line Number Using Simulated Airline Lada Data" Korean Journal of Measurement Science, 30, No. 3, pp.269-277 최병길, 나영우, 추기환, 이정일, 2014, “항공라이다의 하천측량 적용 방안 연구”한국지형공간정보학회지, 제22권 제2호, pp.25-32 Choi, Byeong-gil, Na Young-woo, Chu Ki-hwan, Lee Jung-il, 2014, "A Study on Application of Airborne Surveying Method for Airborne Raiders" Journal of Geographical Spatial Information, Vol.22 No. 2, pp.25-32 Fu, P. and P.M. Rich, 2000, The Solar Analyst users manual, Helios Environmental Modeling Institute (HEMI), USA. Fu, P. and P.M. Rich, 2000, The Solar Analysts users manual, Helios Environmental Modeling Institute (HEMI), USA. Fu, P. and P.M. Rich, 2002, “geometric solar radiation model with applications in agriculture and forestry”Computers and Electronics in Agriculture, Vol.37, pp.25-35 Fu, P. and P.M. Rich, 2002, "Geometrical solar radiation model with applications in agriculture and forestry", Computers and Electronics in Agriculture, Vol.37, pp.25-35 Rich, P.M., R. Dubayah, W.A. Hetrick and S.C. Saving, 1994, “Viewshed models to calculate intercepted solar radiation: applications in ecology”American Society for Photogrammetry and Remote Sensing Technical Papers, pp.524-529 Rich, P. M., R. Dubayah, W.A. Hetrick and S.C. Saving, 1994, "Viewshed models to calculate intercepted solar radiation: applications in ecology" American Society for Photogrammetry and Remote Sensing Technical Papers, pp. Fu, Pinde, 2000, “Geometric Solar Radiation Model with Applications in Landscape Ecology”Ph.D. Thesis, Department of Geography. University of Kansas, Lawrence, Kansas. Fu, Pinde, 2000, "Geometric Solar Radiation Model with Landscape Ecology" Ph.D. Thesis, Department of Geography. University of Kansas, Lawrence, Kansas. Fu, Pinde, and Paul M. Rich. 2002. “Geometric Solar Radiation Model with Applications in Agriculture and Forestry”Computers and Electronics in Agriculture, Vol.37, pp.25-35 Fu, Pinde, and Paul M. Rich. 2002. "Geometric Solar Radiation Model with Applications in Agriculture and Forestry", Computers and Electronics in Agriculture, Vol.37, pp.25-35

상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 태양광발전소 부지 검토 지역에 대하여 항공레이저측량(LIDAR)을 통해 취득한 원시자료에 대해 GIS 소프트웨어가 대기중의 구름이나 먼지 등에 반사되거나 건물이나 수목에 여러번 반사되어 거리가 길어지는 노이즈를 제거하고, 항공레이저측량 지형 자료처리(TerraScan) 프로그램을 사용하여 지형지물에서 건물이나 수목과 같은 객체들을 제거한 DEM(Digital Elevation Model, 수치표고모델)을 구축하며, 구축한 DEM 자료를 기반으로 1년 동안의 태양광 일사량을 분석하며, 8개 사면방향에 대한 평균 일사량을 상호 비교하여 사면방향에 따른 일사량 변화를 분석하며, 태양광 발전소 부지를 검토시 시공 단계에서 안전사고를 예방하도록 사면방향과 적정 경사도를 고려하여 태양광 발전소 부지 위치를 선정하며, 해당 면적을 고려한 태양광 발전소 설치 규모를 결정하는, 항공레이저측량 자료처리와 공간분석 기법을 이용한 태양광 발전소 적정 위치 선정 방법을 제공한다. It is an object of the present invention to overcome the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a method and apparatus for monitoring a site of a photovoltaic power generation plant, in which the GIS software is reflected on cloud or dust in the air, (DEM), which eliminates reflected, noise-lengthened noise, and removes objects such as buildings and trees from the feature using the TerraScan program for airborne laser surveying terrain data (Digital Elevation Model) Based on a DEM data, we analyze the solar irradiance for one year, compare the average solar irradiance for eight slopes, analyze the change in solar irradiance along the slope direction, examine the site of the solar power plant, In order to prevent accidents, site location of solar power plant is selected considering slope direction and proper slope, Provides a method for proper positioning of solar power plants using airborne laser surveying data and spatial analysis to determine the size of solar power plant installation considering area.

본 발명의 목적을 달성하기 위해, 항공레이저측량 자료처리와 공간분석 기법을 이용한 태양광 발전소 적정 위치 선정 방법은 (a) 태양광 발전소 부지에 대하여 항공레이저측량(LIDAR)을 통해 지형의 기복이 측량된 원시 지형자료를 취득하는 단계; (b) GIS 소프트웨어가 항공레이저측량 원시 지형자료에 대해 대기중의 구름이나 먼지에 반사되거나 건물이나 수목에 여러번 반사되어 거리가 길어지는 노이즈 데이터를 일정한 높이값 기준으로 최고 표고 이상인 점과 최저 표고 이하의 점으로 노이즈를 제거하며, 항공레이더측량 지형자료처리(TerraScan) 프로그램에 의해 지형 및 수목, 인공시설물이 포함된 DSM(Digital Surface Model, 수치 표면 모델) 자료 중 식생 및 인공지물을 구분하는 지형분류 작업을 실시하여 지형분류 과정에서 지형지물에서 건물이나 수목의 객체들을 제거한 DEM(Digital Elevation Model, 수치 표고 모델)을 구축하는 단계; (c) 상기 GIS 소프트웨어가 구축된 DEM 자료를 기반으로 천정각을 사용하여 관측지의 태양의 이동경로에 따른 소정기간 동안의 태양광 일사량을 측정하며, 노이즈가 제거된 DEM 자료를 이용하여 태양광 일사량을 계산하기 위해, 전체 태양광 일사량은 모든 sunmap 및 skymap 섹터의 직접 일사량(

Figure 112018125523438-pat00097
) 및 확산 일사량(
Figure 112018125523438-pat00098
) 의 합으로 계산되고, 상기 태양광 발전소 부지에 대하여 N, NE, E, SE, S, SW, W, NW의 8개 사면방향에 대한 평균 일사량, 일사량 변화를 분석하는 단계; 및 (d) 상기 태양광 발전소 부지에 대하여 사면 방향과 지면과의 경사도에 따라 태양광 발전소 부지 위치가 선정되며, 8개의 사면 방향 중에서, 사면방향이 남동(SE, South East), 남(S, South), 남서(SW, South West) 이면서, 30°이하의 경사도를 갖는 부지를 태양광 발전소 적정 부지 위치로 선정되는 단계를 포함한다. In order to accomplish the object of the present invention, an appropriate method for selecting a solar power plant using aerial laser surveying data and spatial analysis technique is as follows: (a) The landing of the solar power plant site is measured by airborne laser surveying (LIDAR) Obtaining raw terrain data; (b) Noise data, which is reflected by clouds or dust in the atmosphere or reflected by buildings or trees several times, is higher than the highest altitude and lower than the lowest altitude (TerraScan) program, which removes noise from aerial radar surveying terrain data (DSM), which includes terrain, trees, and man-made structures. Constructing a DEM (Digital Elevation Model) by removing objects of a building or a tree from the feature in the terrain classification process by performing an operation; (c) Based on the DEM data constructed by the GIS software, the solar radiation is measured for a predetermined period according to the movement path of the sun by using the zenith angle, and the solar radiation dose is measured using the noise- To calculate, the total solar radiation dose is the direct solar radiation of all sunmap and skymap sectors (
Figure 112018125523438-pat00097
) And diffuse irradiation (
Figure 112018125523438-pat00098
Analyzing a change in the average insolation amount and the insolation amount with respect to eight slope directions of N, NE, E, SE, S, SW, W and NW with respect to the PV plant site; And (d) a photovoltaic power generation site site is selected in accordance with an inclination of a slope direction and a ground surface with respect to the site of the photovoltaic power generation plant. Of the eight slope directions, the slope directions are SE, South East, South, and South West (SW, South West) and having an inclination of 30 degrees or less.

본 발명에 따른 항공레이저측량 자료처리와 공간분석 기법을 이용한 태양광 발전소 적정 위치 선정 방법은 태양광발전소 부지 검토 지역에 대하여 항공레이저측량을 통해 취득한 원시자료에 대해 GIS 소프트웨어가 대기중의 구름이나 먼지 등에 반사되거나 건물이나 수목에 여러번 반사되어 거리가 길어지는 노이즈를 제거하고, 항공레이저측량 지형 자료처리(TerraScan) 프로그램을 사용하여 지형지물에서 건물이나 수목과 같은 객체들을 제거한 DEM을 구축하며, 구축한 DEM 자료를 기반으로 1년 동안의 태양광 일사량을 분석하며, 8개 사면방향에 대한 평균 일사량을 상호 비교하여 사면방향에 따른 일사량 변화를 분석하였으며, 태양광 발전소 부지를 검토시 시공 단계에서 발생하는 안전사고를 예방하도록 사면방향과 경사도를 고려하여 태양광 발전소 부지의 선정을 검토하며, 해당 면적을 고려한 태양광 발전소 설치 규모를 결정함으로써 신재생에너지 관련 업무를 효과적으로 지원하게 되었다. The method of selecting suitable location of solar power plant using airborne laser surveying data processing and spatial analysis method according to the present invention is to determine the proper location of solar power plant site by using airborne laser surveying data analysis and spatial analysis method, The DEM is constructed by removing objects such as buildings and trees from the feature by using the Aerial Laser Surveying Terrain Data Processing (TerraScan) program to eliminate the noise that is reflected on the back or reflected by the building or tree several times, Based on the DEM data, we analyzed the solar irradiance for one year, and compared the average solar irradiance for the eight slopes to analyze the variation of solar irradiance according to the slope direction. In order to prevent safety accidents, Review magazine selection, and by determining the scale solar power plants installed Considering that the area was to support the renewable energy business effectively.

도 1은 항공레이저측량 장비 제원을 보인 도면이다.
도 2는 항공레이저측량 비행 코스를 보인 사진이다.
도 3은 대기중의 구름이나 먼지 등에 반사되거나 건물이나 수목에 여러번 반사되어 거리가 길어지는 노이즈가 발생하는 경우, 노이즈 데이터를 일정한 높이값 기준으로 최고표고 이상인 점과 최저 표고 이하의 점을 제거하는- "노이즈 제거"를 보인 도면이다.
도 4는 TerraScan 프로그램의 매크로 기능을 사용하여 자동 분류후 취득된 포인트이다.
도 5는 Macro 수치값 설정 화면이다.
도 6은 항공레이저측량 자료 처리에 의한 3차원 지형 구축을 보인 사진이다.
도 7a는 연구 대상지 사진이다.
도 7b는 지구 일사량 분석 시에, 태양이 1년 동안 지나가는 경로를 일정 섹터별로 표시한 Sunmap, 북으로부터 일정한 각도를 나타내는 천정각을 일정한 섹터로 표시한 지도 인 Skymap을 보인 도면이다.
도 8은 항공레이저측량 자료처리를 통해 구축한 지형자료를 연구대상지에 맞게 절취하여 생성한 DEM(Digital Elevation Model)을 보인 도면이다.
도 9는 항공레이저측량 자료처리를 통해 구축한 DEM 자료를 이용하여 1년 동안 평균 일사량 분포를 보인 도면이다.
도 10은 경사도 및 방향도를 보인 도면이다.
도 11은 경사구간을 보인 도면이다.
도 12는 사면 방향과 경사구간에 따른 평균 일사량을 보인 도면이다.
1 is a view showing an aerial laser surveying equipment specification.
2 is a photograph showing an aerial laser surveying flight course.
FIG. 3 is a view for explaining a case where noises are reflected on a cloud or dust in the atmosphere or reflected by a building or a tree several times and a long distance is generated, - " noise removal ".
Fig. 4 is a point obtained after automatic classification using the macro function of the TerraScan program.
FIG. 5 is a screen for setting a macro value.
FIG. 6 is a photograph showing the construction of a three-dimensional terrain by the aerial laser surveying data processing.
7A is a photograph of the study site.
FIG. 7B is a view showing a Sunmap showing the path of the sun passing through one year in a certain sector, and a Skymap showing a certain angle of a zenith angle indicating a certain angle from the north during the solar radiation analysis.
FIG. 8 is a diagram showing a digital elevation model (DEM) generated by cutting the terrain data constructed through aerial laser surveying data processing according to a study site.
FIG. 9 is a graph showing an average radiation dose distribution over a year using DEM data constructed through airborne laser surveying data processing.
10 is a view showing the inclination and the direction.
11 is a view showing an inclined section.
12 is a view showing an average solar radiation amount according to a slope direction and an inclined section.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 발명의 구성 및 동작을 상세하게 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

최근 신재생 에너지 일환으로 태양광 발전소의 설치가 증가하고 있으며, 본 연구에서는 항공레이저측량(light detection and ranging, LIDAR) 자료를 이용하여 태양광 발전소의 입지를 분석하였다. 먼저, 태양광발전소 부지 검토 지역에 대하여 항공레이저측량 자료에 대해 TerraScan 프로그램의 매크로 기능을 이용하여 지형분류 과정을 통해 DEM(Digital Elevation Model, 수치표고모델)을 구축하였다. 또한, DEM 자료를 이용하여 태양광 발전소 부지에 대해 일사량을 분석한 결과 평균 1,286,632 W/㎡의 일사량을 계산할 수 있었다. 그리고, 지형방향에 따른 일사량 분석에서 남쪽(S) 사면의 평균 일사량이 1,459,940 W/㎡로서 북쪽 사면과 비교해 볼 때 약 1.4배 높게 나타났다. 본 연구에서는 태양광 발전소 입지 선정시 중요한 사면방향 및 경사도를 고려하여 일사량을 계산하였다. 사면방향이 남동(SE, South East), 남(S, South), 남서(SW, South West) 이면서 30°이하의 경사도를 갖는 태양광 발전소 부지의 면적은 375,500 ㎡ 임을 알 수 있었으며, 해당 적정 부지에 약 23 MW의 태양광 발전소를 건설할 수 있을 것으로 판단된다. 따라서, 항공레이저측량 자료를 기반으로 사면방향과 경사구간 특성을 고려한 일사량 분석을 통해 태양광 발전소 설치 용량을 결정해야 하는 신재생에너지 업무를 지원할 수 있게 되었다.Recently, the installation of photovoltaic power plants is increasing as a part of new renewable energy. In this study, the location of solar power plants is analyzed using light detection and ranging (LIDAR) data. First, we constructed a digital elevation model (DEM) by terrain classification process using the macro function of TerraScan program on aerial laser survey data for the solar power plant site review area. In addition, using the DEM data, the solar radiation amount of 1,286,632 W / ㎡ was calculated for the solar power plant site. In the analysis of the solar radiation along the terrain direction, the average solar radiation of the south slope was 1,459,940 W / ㎡, about 1.4 times higher than that of the north slope. In this study, the solar radiation amount was calculated considering the important slope direction and slope when selecting the location of the solar power plant. It can be seen that the area of solar power plant site with inclination of 30 ° or less while the slope direction is SE, South East, South, South, SW and South West is 375,500 ㎡, It is expected to be able to build a solar power plant of about 23 MW. Therefore, based on the aerial laser survey data, it is possible to support the renewable energy business that needs to determine the installation capacity of the solar power plant through the analysis of the insolation considering the slope direction and slope section characteristics.

본 연구는 항공레이저측량 자료 기반의 태양광 발전소 입지를 분석하였다. 이를 위해, 태양광발전소 부지 검토 지역에 대하여 항공레이저측량을 통해 취득된 원시 지형자료에 대해 GIS 소프트웨어가 대기중의 구름이나 먼지 등에 반사되거나 건물이나 수목에 여러번 반사되어 거리가 길어지는 노이즈 데이터를 일정한 높이값 기준으로 최고표고 이상인 점과 최저 표고 이하의 점으로 노이즈를 제거하고, 항공레이저측량 지형 자료처리(TerraScan) 프로그램을 사용하여 건물이나 수목과 같은 객체들을 포함한 지형지물 제거를 통한 DEM을 구축하였다. 노이즈가 제거된 구축된 DEM 자료를 기반으로 2017년 1년 동안의 태양광 일사량을 분석하였으며, 8개 사면방향에 대한 평균 일사량을 상호 비교하여 8개 사면방향에 따른 일사량 변화를 분석하였다. 태양광 발전소 부지를 검토시 8개 사면방향과 함께 경사도를 고려해야 시공 단계에서 발생하는 안전사고를 예방할 수 있다. 본 발명은 사면방향과 적정 경사도(slope)를 고려한 태양광 발전소 부지를 검토하였으며, 해당 면적을 고려한 태양광 발전소 설치 규모를 결정함으로써 신재생에너지 관련 업무를 효과적으로 지원하기 위한 것이다.This study analyzed the location of solar power plant based on aerial laser surveying data. For this purpose, the GIS software is used to reflect noise data such as cloud or dust reflected in the atmosphere, reflected on the building or trees several times, Noise was removed from the point with the highest altitude or higher and below the lowest altitude on the basis of the height value and the DEM was constructed by removing terrestrial features including objects such as buildings and trees using the Airborne Laser Survey Terrain Data Processing (TerraScan) program . Based on the constructed DEM data with noises, we analyzed the solar irradiance for the year 2017, and compared the average solar irradiance for the eight slopes, and analyzed the changes in the solar irradiance according to the eight slopes. When reviewing the site of a solar power plant, it is necessary to consider the slope along with the slope direction of 8 slabs to prevent safety accidents in the construction phase. The present invention examines the site of a solar power plant considering the slope direction and proper slope, and is intended to effectively support the renewable energy related work by determining the scale of installation of the solar power plant considering the area.

2. 항공레이저측량 자료 처리 및 DEM 구축2. Airborne laser surveying data processing and DEM construction

2.1 항공레이저측량 개요2.1 Airborne Laser Survey Overview

지형의 표고자료를 획득하는 방법은 지상측량, 사진측량, SAR(Synthetic Aperture Radar), 항공레이저측량 등 매우 다양하다. 그러나, 현지측량은 시간과 비용이 많이 소요되고, 비 접근 지역의 표고자료는 획득하기가 어렵고 SAR를 이용하는 방법은 얻어지는 표고모형의 공간 해상력이 상대적으로 낮다는 단점 때문에 최근 항공레이저측량을 많이 사용하고 있다. 항공레이저측량은 다른 기법에 비해 높은 정밀도로 지형지물의 높이자료를 얻을 수 있으나 수평위치정밀도는 상대적으로 낮은 편이며, 센서플랫폼인 항공기의 비행경로에 따라 취득된 스트립 간에 상대적으로 큰 편차가 발생하는 점이 단점으로 지적되어 이에 대한 보완 대책이 필요하다.The method of acquiring the elevation data of the terrain is various such as ground survey, photogrammetry, Synthetic Aperture Radar (SAR), and aerial laser survey. However, local surveying is time-consuming and costly, and it is difficult to obtain elevation data for unapproachable areas, and SAR methods are often used in recent years because of the disadvantage of the relatively low spatial resolution of the elevation model obtained. have. Airborne laser surveying is able to obtain the height data of the feature with high accuracy compared to other techniques, but the horizontal position accuracy is relatively low and relatively large deviation occurs between the strips obtained according to the flight path of the sensor platform It is pointed out as a disadvantage and a countermeasure against it is needed.

항공레이저측량 기술의 핵심은 송신기로부터 목표물을 거쳐 수신기에 도달하는 레이저 펄스의 이동시간을 측정하는 것으로 빛의 속도로 이동하기 때문에 정밀한 표고 자료를 얻기 위해 높은 정밀도로 시간차를 측정해야 한다. 또한, 센서를 탑재한 플랫폼인 항공기가 비행중에 대상지역에 대한 지형자료를 획득하고, 획득한 점밀도는 단위시간당 송신할 수 있는 펄스의 수, 촬영 각도, 비행속도 등에 따라 결정된다. 이렇게 얻어지는 데이터는 intensity와 함께 multi-echo도 얻어지므로 지형지물의 물질적 특성을 파악할 수 있는 장점이 있고, 측점마다 위치정보를 개별적으로 얻을 수 있으므로 항공 삼각측량이나 정사보정이 필요하지 않다.The core of airborne laser surveying technology is to measure the travel time of laser pulses arriving at the receiver from the transmitter through the target. Since it travels at the speed of light, the time difference must be measured with high precision to obtain accurate elevation data. In addition, the aircraft, which is a platform equipped with the sensor, acquires topographical data for the target area during flight, and the acquired point density is determined according to the number of pulses, the shooting angle, and the flying speed. Since the obtained data can be obtained with multi-echo with intensity, it has the advantage of recognizing the material characteristics of the feature, and it is not necessary to perform aerial triangulation or ortho correction since the position information can be obtained individually for each point.

측지학, 지형학, 산악관리, 도시계획, 자연재해 모니터링 등 다양한 응용분야에서 정확한 매핑 기술이 요구되고 있다. 초기 상업용 항공레이저측량 스캐너는 하나의 후광산란 펄스만을 기록하여 단일모드 반사 펄스를 해석하는 수준이었으나, 점차 기술이 발전하면서 각각의 반사펄스를 갖는 여러 물체에 이용 가능한 다중 펄스를 기록할 수 있는 레이저 스캐너가 개발되었다. Accurate mapping technology is required in various applications such as geodetic survey, topography, mountain management, urban planning, and natural disaster monitoring. Early commercial airborne laser surveying scanners were at the level of analyzing single-mode reflected pulses by recording only one post-light scattering pulse, but as the technology progressed, a laser scanner capable of recording multiple pulses available for multiple objects with each reflective pulse Was developed.

항공레이저측량의 리턴 펄스는 여러 표면에서 반사되기 때문에 복잡한 모양의 파형으로 나타난다. 또한, 송신되어 표면에 부딪친 후 반사 펄스가 돌아오는데 걸리는 시간을 사용하여 목표지점까지의 거리(

Figure 112018125523438-pat00001
)를 식 1과 같이 측정한다.The return pulses of airborne laser surveys are reflected on many surfaces and therefore appear as complex waveforms. Also, the time taken for the reflected pulse to return after it has been transmitted and hit the surface is used to calculate the distance to the target point
Figure 112018125523438-pat00001
) Is measured as shown in Equation (1).

Figure 112018024230600-pat00002
(1)
Figure 112018024230600-pat00002
(One)

여기서, R은 거리 관측부(레이저 송수신부)와 지표면 객체간의 거리이고, C는 빛의 속도이다. 거리 해상도

Figure 112018024230600-pat00003
은 시간측정의 해상도
Figure 112018024230600-pat00004
에 정비례하며, 식 3과 같이 유도할 수 있다.Here, R is the distance between the distance observing unit (laser transmitting and receiving unit) and the ground surface object, and C is the speed of light. Distance resolution
Figure 112018024230600-pat00003
The resolution of the time measurement
Figure 112018024230600-pat00004
And can be derived as shown in Equation 3 below.

Figure 112018024230600-pat00005
(2)
Figure 112018024230600-pat00005
(2)

이때, 거리의 정밀도(

Figure 112018102037286-pat00006
)는 펄스 생성시간, S/N 비율, 관측비율에 의해 결정된다.At this time,
Figure 112018102037286-pat00006
) Is determined by the pulse generation time, the S / N ratio, and the observation ratio.

Figure 112018024230600-pat00007
(3)
Figure 112018024230600-pat00007
(3)

여기서,

Figure 112018102037286-pat00008
는 펄스 생성 시간, C는 빛의 속도, S는 Photodiode 전류의 신호강도, N은 Photodiode와 증폭기의 열잡음 강도로, 일반적으로 사용되는 항공 라이다 시스템에서 거리 관측의 정밀도는 ㎝ 단위를 갖는다. here,
Figure 112018102037286-pat00008
Is the pulse generation time, C is the speed of light, S is the signal intensity of the photodiode current, N is the thermal noise intensity of the photodiode and the amplifier, and the accuracy of the distance observation in the system is in centimeters.

항공레이저측량은 항공기에 레이저 펄스 송수신기, GPS 수신기 및 관성항법장치를 탑재하여 비행방향을 따라 일정한 간격으로 지형의 기복을 측량한다. 이때 지상에 설치된 5개 이상의 다수의 지상기준점(GCP, Ground Control Point)으로부터 D-GPS 기법에 의해 레이저 스캐너의 정확한 위치를 결정하고, 관성항법장치에서 레이저 펄스의 회전각을 측정한 후, 지상에서 반사된 레이저 파의 정확한 수직거리를 결정하는 방법이다. Airborne laser surveying measures the uplift of the terrain at regular intervals along the flight direction with a laser pulse transceiver, a GPS receiver and an inertial navigation system on the aircraft. At this time, the precise position of the laser scanner is determined from the GCP (Ground Control Point) by using D-GPS technique, and the rotation angle of the laser pulse is measured in the inertial navigation system. It is a method to determine the correct vertical distance of the reflected laser wave.

본 발명의 항공레이저측량 자료처리와 공간분석 기법을 이용한 태양광 발전소 적정 위치 선정 방법은 (a) 태양광 발전소 부지에 대하여 항공레이저측량(LIDAR)을 통해 지형의 기복이 측량된 원시 지형자료를 취득하는 단계; (b) GIS 소프트웨어가 항공레이저측량 원시 지형자료에 대해 대기중의 구름이나 먼지에 반사되거나 건물이나 수목에 여러번 반사되어 거리가 길어지는 노이즈 데이터를 일정한 높이값 기준으로 최고 표고 이상인 점과 최저 표고 이하의 점으로 노이즈를 제거하며, 항공레이더측량 지형자료처리(TerraScan) 프로그램에 의해 지형 및 수목, 인공시설물 등이 포함된 DSM(Digital Surface Model, 수치 표면 모델) 자료 중 식생 및 인공지물을 구분하는 지형분류 작업을 실시하여 지형분류 과정에서 지형지물에서 건물이나 수목의 객체들을 제거한 DEM(Digital Elevation Model, 수치표고모델)을 구축하는 단계; (c) 상기 GIS 소프트웨어가 구축된 DEM 자료를 기반으로 천정각을 사용하여 하루 동안 관측지의 태양의 이동경로에 따른 일사량을 계산하며 이를 누적하여 소정기간(월,1년) 동안의 태양광 일사량을 측정하며, 노이즈가 제거된 DEM 자료를 이용하여 태양광 일사량을 계산하기 위해, 전체 태양광 일사량은 모든 sunmap 및 skymap 섹터의 직접 일사량(

Figure 112018125523438-pat00099
) 및 확산 일사량(
Figure 112018125523438-pat00100
) 의 합으로 계산되고, 태양광 발전소 부지에 대하여 N, NE, E, SE, S, SW, W, NW 8개 사면방향에 대한 평균 일사량, 일사량 변화를 분석하는 단계; 및 (d) 상기 태양광 발전소 부지에 대하여 사면방향과 경사도에 따라 8개의 사면 방향 중에서, 사면방향이 남동(SE, South East), 남(S, South), 남서(SW, South West) 이면서, 30°이하의 경사도를 갖는 부지를 태양광 발전소 적정 부지 위치로 선정되며, 해당 면적을 고려한 태양광 발전소 설치 규모가 결정되는 단계를 포함한다. (A) Acquisition of the raw terrain data of the terrain relief measured by the airborne laser surveying (LIDAR) on the site of the solar power plant using the aviation laser surveying data processing and spatial analysis technique of the present invention ; (b) Noise data, which is reflected by clouds or dust in the atmosphere or reflected by buildings or trees several times, is higher than the highest altitude and lower than the lowest altitude (Digital Surface Model) data including terrain, trees, artificial facilities, etc. by TerraScan program for aerial radar surveying terrain data. Constructing a digital elevation model (DEM) by removing the buildings or trees from the feature in the terrain classification process by performing the classification operation; (c) Calculate the solar irradiance according to the moving path of the sun on the observation place for one day by using the zenith angle based on the DEM data of the GIS software, and measure solar radiation dose for a predetermined period (month, year) In order to calculate the solar irradiance using the noise-canceled DEM data, the total solar irradiance is directly related to the direct solar irradiance of all the sunmap and skymap sectors
Figure 112018125523438-pat00099
) And diffuse irradiation (
Figure 112018125523438-pat00100
Analyzing a change in the average insolation amount and the insolation amount with respect to the slope directions of N, NE, E, SE, S, SW, W and NW with respect to the site of the photovoltaic power generation plant; And (d) the slope direction of the slope direction is a south slope (SE), a south slope (South), a south slope (South), a south slope (SW), and a south slope The site having an inclination of 30 ° or less is selected as a suitable site location of the solar power plant, and includes the step of determining the scale of installation of the solar power plant considering the area.

상기 단계 (a)에서, 상기 항공레이저측량은 항공기에 레이저 펄스 송수신기, GPS 수신기 및 관성항법장치를 탑재하여 비행방향을 따라 일정한 간격으로 지형의 기복을 측량하며, 지상에 설치된 다수의 지상기준점(GCP)으로부터 D-GPS 기법에 의해 레이저 스캐너의 정확한 위치를 결정하고, 상기 관성항법장치에서 레이저 펄스의 회전각을 측정한 후, 지상에서 반사된 레이저 파의 정확한 수직거리를 결정한다. In the step (a), the airborne laser measurement is performed by mounting a laser pulse transceiver, a GPS receiver, and an inertial navigation device on an aircraft, measuring the undulation of the terrain at regular intervals along the flight direction, ) Determines the exact position of the laser scanner by the D-GPS technique, measures the rotation angle of the laser pulse in the inertial navigation system, and then determines the correct vertical distance of the reflected laser wave on the ground.

상기 단계 (b)에서, 상기 노이즈 제거는 상기 항공레이저측량 원시 지형자료에 대해 GIS 소프트웨어가 대기중의 구름이나 먼지 등에 반사되거나 건물이나 수목에 여러번 반사되어 거리가 길어지는 노이즈 데이터를 일정한 높이값 기준으로 최고 표고 이상인 점과 최저 표고 이하의 점으로 노이즈를 제거한다. In the step (b), the noise removal may be performed such that the GIS software reflects noise data, such as clouds, dust, etc. reflected from the airborne laser surveying source terrain data, The noise is removed by the points above the maximum elevation and below the minimum elevation.

상기 단계 (b)에서, 노이즈가 제거된 DSM 자료를 항공레이저측량 지형자료 처리(TerraScan) 프로그램의 매크로 기능을 이용하여 일정영역의 최대건물크기, 이격 각, 이격 거리의 매개변수를 조정함으로써 Ground, Low vegetation, Medium vegetation, High vegetation, Building을 분류하였으며, 최종적으로 식생 및 인공지물을 구분하는 지형분류 작업을 실시하여 태양광 발전소 부지의 일사량 평가를 위한 DEM을 구축한다. In the step (b), the noise-removed DSM data are adjusted by parameters of the maximum building size, spacing, and separation distance of a certain area using the macro function of the airborne laser surveying terrain data processing (TerraScan) Low vegetation, Medium vegetation, High vegetation, and Building are classified. Finally, DEM is constructed for the evaluation of solar irradiation site of solar power plant site by performing topographic classification work to distinguish between vegetation and artifacts.

상기 단계 (c)는, N, NE, E, SE, S, SW, W, NW의 8개 사면 방향에 따른 평균 일사량 분석 결과를 기초로 시공 단계에서 경사도 특성을 고려하도록 대상지역의 경사구간을 20°미만, 20°~30°, 30°경사도 초과 구간으로 설정하였으며, 일사량이 높게 나타난 SE, S, SW 지역과 경사도 구간을 중첩하여 도 12와 같이 8개 사면 방향과 경사구간에 따른 평균 일사량 분포특성을 표시하였으며, 해당 구간별 면적 및 평균 일사량을 계산한다. In the step (c), based on the average insolation analysis results of eight slopes of N, NE, E, SE, S, SW, W and NW, 20 ° to 30 °, and 30 ° inclination. The SE, S, and SW regions with high solar irradiance were overlapped with the slope region, and the average irradiance along the slope direction and slope region as shown in FIG. 12 The distribution characteristics are shown, and the area and the average irradiation dose for each section are calculated.

상기 단계 (c)는, 1년 동안 일사량 분석결과, N, NE, E, SE, S, SW, W, NW의 8개 사면 방향 중에서 본 연구에서 분석한 남동(SE), 남(S), 남서(SW) 사면 방향에서 20°미만과 20°~30°경사구간의 평균 일사량은 큰 차이를 보이지 않았으며, 8개의 사면방향 중에서, 남동(SE), 남(S), 남서(SW) 사면방향에 대해 30°이하의 지역에 대해서는 태양광 발전소의 적정 부지로 긍정적으로 사용될 수 있다고 판단되며, 30°를 초과하는 경사 구간은 안전사고의 문제로 태양광 발전소 적정 부지로 선정하지 않으며, 태양광 발전소 시공이 사실상 제약을 받는 것으로 결정되었다. In step (c), SE, SE, SW, W, and NW, which are analyzed in this study among the slope directions of N, NE, E, SE, The mean solar irradiance of less than 20 ° and 20 ° to 30 ° slope in the SW slope direction did not show a significant difference. Among the eight slope directions, SE, SE, SW, It is judged that it can be used positively as the appropriate site of the solar power plant. In the slope section exceeding 30 °, it is not selected as the proper site for the solar power plant due to the safety accident, It was decided that the construction of the power plant was virtually restricted.

상기 단계 (d)는 8개의 사면 방향 중에서, 사면방향이 남동(SE, South East), 남(S, South), 남서(SW, South West) 이면서, 30°이하의 경사도를 갖는 부지를 태양광 발전소 적정 부지로 선정한다. The step (d) is a step of selecting a site having a slope of 30 degrees or less from the slope direction, the slope direction being SE, South East, South, South, It is selected as appropriate site of power plant.

2.2 항공레이저측량 원시자료 2.2 Airborne laser surveying data

본 연구는 태양광발전소 부지 검토 지역에 대한 고정밀 DEM을 구축하기 위해 CESSNA 208 항공기에 독일 IGI사의 Lite Mapper 6800 라이다 장비를 장착하여 취득한 항공레이저측량 원시 지형자료를 활용하였다. In order to construct a high precision DEM for the solar power plant site review area, this study utilized the aerial laser surveying terrain data obtained by installing the IITE Lite Mapper 6800 in Germany on CESSNA 208 aircraft.

도 1은 항공레이저측량 장비 제원을 보인 도면이다. 1 is a view showing an aerial laser surveying equipment specification.

대상지역은 전북 완주군 봉동읍 일부 지역으로서, 도 2는 항공레이저측량 비행 코스를 나타낸 것이다.The target area is a part of Bongdong-eup in Wanju-gun, Jeonbuk, and Fig. 2 shows an airborne laser surveying flight course.

2.3 항공레이저측량 자료처리 및 지형자료 구축 2.3 Airborne Laser Survey Data Processing and Terrain Data Construction

항공레이저측량 원시 지형자료는 기본적으로 전주 GNSS 지상기준국의 위치정보를 활용하여 보정된 자료이며, 본 연구에서는 지형지물의 건물이나 수목과 같은 객체들을 제거한 DEM을 구축하기 위해, 항공레이저측량 지형자료처리 프로그램으로써 TerraScan 프로그램을 사용하였다.In this study, to construct the DEM by removing objects such as buildings and trees in the land, the aerial laser surveying terrain data was basically corrected using the location information of Jeonju GNSS ground reference station. We used the TerraScan program as a program.

먼저 대기중의 구름이나 먼지 등에 반사되거나 건물이나 수목에 여러번 반사되어 거리가 길어지는 노이즈가 발생하는 경우가 있다. 이러한 노이즈 데이터를 GIS 소프트웨어가 일정한 높이값 기준으로 최고표고 이상인 점과 최저 표고 이하의 점을 도 3에 도시된 바와 같이 노이즈를 제거하였다. First, there may be a noise such as reflected in cloud or dust in the air, reflected on the building or tree several times, and a long distance. Noise was removed from the noise data as shown in FIG. 3 by the point that the GIS software has the highest altitude or more and the lowest altitude or less with respect to a certain height value.

노이즈가 제거된 3차원 레이저 포인트는 지형 및 수목, 인공시설물 등이 포함된 DSM의 형태이다. The noise-canceled 3D laser point is a form of DSM that includes topography, trees, and artifacts.

본 연구는 이러한 DSM(Digital Surface Model, 수치 표면 모델) 자료 중 식생 및 인공지물을 구분하는 지형분류 작업을 실시하여 DEM(Digital Elevation Model, 수치 표고 모델) 자료를 구축하였다. 특히 전체적인 과정은 항공레이저측량 지형자료처리 프로그램 인 TerraScan 프로그램의 매크로 기능을 사용하여 자동 분류하였다. 지형자료처리 프로그램에서 자동분류는 일정영역의 최대건물크기, 이격 각, 이격 거리 등의 매개변수를 이용하게 되며, Ground를 비롯하여 Low vegetation, Medium vegetation, High vegetation, Building을 분류하여 최종적인 포인트 클라우드(point cloud, 점군)를 생성하게 된다.In this study, we constructed DEM (Digital Elevation Model) data by performing topographic classification work for separating vegetation and artifacts from DSM (Digital Surface Model) data. In particular, the entire process was automatically classified using the macro function of the TerraScan program, an airborne laser surveying data processing program. In the topographic data processing program, automatic classification uses parameters such as maximum building size, separation angle, and separation distance in a certain area, and classifies Ground, Low vegetation, Medium vegetation, High vegetation, Building as final point cloud point cloud, point cloud).

도 4는 항공레이저측량 지형 자료처리(TerraScan) 프로그램의 매크로 기능을 사용하여 자동 분류 후 취득된 포인트이다. 도 5는 Macro 수치값 설정 화면이다. 4 is a point obtained after automatic classification using the macro function of the airborne laser surveying terrain data processing (TerraScan) program. FIG. 5 is a screen for setting a macro value.

일반적으로, 항공레이저측량과 같은 고밀도 원시 지형자료를 사용하는 경우, 지물을 제거한 지표면자료가 필요한 경우가 많다. 따라서, 구조물이나 식생을 계측한 항공레이저측량 데이터를 제거하고, 지표면에서 반사된 자료만을 추출하는 처리를 수행하게 된다. 그러나, 자동분류만으로는 다양한 지물과 지표면을 모두 분류할 수가 없으므로, 항공레이저측량 지형 자료처리(TerraScan) 프로그램에서 자동분류에 의한 필터링을 실시한 후 등고선도나 음영도 등을 사용하여 재차 점검하고, 분류의 오차에 대하여 설정값을 변경한 후 다시 자동 분류과정을 수행하였다.In general, when using high-density raw terrain data such as aerial laser surveys, surface data from which the surface is removed are often required. Therefore, the aerial laser survey data of the structures and vegetation are removed, and only the data reflected from the surface is extracted. However, since automatic classification alone can not classify various types of land and surface, it is filtered again by automatic classification in airborne laser surveying terrain data processing (TerraScan) program, and then it is checked again by using contour map or shading map. And the automatic classification process was performed again.

항공레이저측량 자료의 데이터 분류 후 자동분류 방법이 가지는 한계성으로 분류에 대한 오류 값을 포함하는 경우가 있다. 이는 분류상의 오류 및 국지적인 고도 값의 오류로 판단된다. 따라서, 1차 자동분류 후 개별 지역으로 판정인자 설정값을 변화시켜, 2차 자동분류를 실시하여 재분류하는 과정을 반복하게 된다. 또한, 오류값들에 대한 수동분류는 직접 육안으로 확인하여 분류를 실시하며, 이를 판단하는 기준은 항공레이저측량 시 동시에 획득되는 영상 및 점 데이터의 중첩을 통해 검사 및 분류를 수행하는 방법과 자동분류가 완료된 시점에 점 데이터를 이용하여 표면모델(Surface Model) 생성 후 육안으로 오류 점을 수정하는 방법을 사용하였다. 수동분류 과정을 통해 취득한 포인트 클라우드로부터 도 6과 같이 항공레이저측량 자료 처리에 의한 3차원 지형을 구축하였다.The classification of airborne laser survey data is limited by the automatic classification method and may include the error value for the classification. This is judged to be a classification error and a local altitude error. Therefore, after the first automatic classification, the judgment factor setting value is changed to the individual area, and the process of reclassifying by repeating the second automatic classification is repeated. In addition, the manual classification of the error values is performed by directly visualizing the classification, and the criterion for determining the classification is the method of performing inspection and classification through superimposition of the image and point data acquired at the same time in the airborne laser survey, A surface model was created using point data at the point of completion of the process, and the error point was corrected with the naked eye. From the point cloud acquired through the manual classification process, the 3D terrain was constructed by the aviation laser surveying data processing as shown in FIG.

3. 수치표고모델(DEM) 자료 기반의 일사량 계산3. Calculation of solar irradiance based on numerical elevation model (DEM) data base

3.1 일사량 계산 방법3.1 Calculation Method of Solar Radiation

지구 방사선(Globaltot)은 모든 sunmap 및 skymap 섹터의 직접 일사량(Dirtot) 및 확산 일사량(Diftot)의 합으로 계산된다. Earth radiation (Global tot) is calculated as the sum of the direct solar radiation (Dir tot) and diffuse solar radiation (Dif tot) of all sunmap and skymap sector.

Globaltot = Dirtot + Diftot Global tot = Dir tot + Dif tot

도 7b는 지구 일사량 분석 시에, 태양이 1년 동안 지나가는 경로를 일정 섹터별로 표시한 Sunmap, 북으로부터 일정한 각도를 나타내는 천정각을 일정한 섹터로 표시한 지도 인 Skymap을 보인 도면이다. FIG. 7B is a view showing a Sunmap showing the path of the sun passing through one year in a certain sector, and a Skymap showing a certain angle of a zenith angle indicating a certain angle from the north during the solar radiation analysis.

노이즈가 제거된 DEM 자료를 이용하여 일사량을 계산하는 방법은 다음과 같다. 전체 일사량은 모든 sunmap 및 skymap 섹터의 직접 일사량(

Figure 112018024230600-pat00009
) 및 확산 일사량(
Figure 112018024230600-pat00010
) 의 합으로 계산된다. 여기서, Sunmap은 태양이 1년 동안 지나가는 경로를 일정 섹터별로 표시한 것이며, Skymap은 북으로부터 일정한 각도를 나타내는 천정각을 일정한 섹터로 표시한 지도이다.The method of calculating the solar radiation using the noise-canceled DEM data is as follows. Total solar irradiance is the direct solar irradiance of all sunmap and skymap sectors (
Figure 112018024230600-pat00009
) And diffuse irradiation (
Figure 112018024230600-pat00010
). Here, Sunmap is a map showing the passage of the sun through a year by a certain sector, and Skymap is a map showing a constant angle of a zenith angle indicating a certain angle from the north.

먼저, 모든 sunmap 및 skymap 섹터의 직접 일사량(

Figure 112018024230600-pat00011
)을 계산하는 방법은 다음과 같이 설명한다. 주어진 위치에 대한 총 직접 일사량(
Figure 112018024230600-pat00012
)은 모든 Sunmap 섹터별 직접 일사량(
Figure 112018024230600-pat00013
)의 합계이다.First, the direct solar radiation of all sunmap and skymap sectors (
Figure 112018024230600-pat00011
) Is described as follows. Total direct solar irradiance for a given location (
Figure 112018024230600-pat00012
) Is the sum of direct Sun irradiation per sector (
Figure 112018024230600-pat00013
).

Figure 112018125523438-pat00101
(4)
Figure 112018125523438-pat00101
(4)

1) 직접 일사량 계산(

Figure 112018102037286-pat00096
)을 위해, 천정각(θ)과 방위각(α)의 중심을 갖는 Sunmap 섹터별 직접 일사량(
Figure 112018102037286-pat00015
)은 식 5를 사용하여 계산된다.1) Direct solar radiation calculation (
Figure 112018102037286-pat00096
), The direct solar irradiance per Sunmap sector with the center of the zenith angle (θ) and azimuth angle (α)
Figure 112018102037286-pat00015
) Is calculated using equation (5).

Figure 112018125523438-pat00102
(5)
Figure 112018125523438-pat00102
(5)

Figure 112018102037286-pat00017
는 태양 상수로서 본 연구에서는 1,367W/㎡을 적용하였다. 또한, β는 최단 경로에 대한 대기의 투과율이며,
Figure 112018102037286-pat00018
는 광로 길이로 식 6과 같이 계산된다.
Figure 112018102037286-pat00017
Is the solar constant, which is 1,367W / ㎡ in this study. Is the atmospheric transmittance with respect to the shortest path,
Figure 112018102037286-pat00018
Is calculated by Equation 6 as the optical path length.

Figure 112018125523438-pat00103
(6)
Figure 112018125523438-pat00103
(6)

여기서, θ는 태양 천정각,

Figure 112018024230600-pat00020
는 해발고도이다.Where θ is the solar zenith angle,
Figure 112018024230600-pat00020
Is an elevation above sea level.

Figure 112018024230600-pat00021
는 Sky 섹터별 지속 시간이며, 일반적으로 시간에 요일을 곱하여 지속 시간을 산정하는 방식을 채택한다. 또한,
Figure 112018024230600-pat00022
은 Sunmap 섹터별 간격이며,
Figure 112018024230600-pat00023
는 Sky 섹터의 중심과 지표면에 수직인 축 사이의 입사각으로 식 7과 같이 계산된다.
Figure 112018024230600-pat00021
Is the duration of each Sky sector, and generally adopts a method of calculating the duration by multiplying the time by the day of the week. Also,
Figure 112018024230600-pat00022
Is the Sunmap sector-specific interval,
Figure 112018024230600-pat00023
Is the angle of incidence between the center of the sky sector and the axis perpendicular to the surface,

Figure 112018125523438-pat00104
(7)
Figure 112018125523438-pat00104
(7)

여기서, α는 방위각, θ는 태양의 천정각,

Figure 112018024230600-pat00025
는 지표면 천정각,
Figure 112018024230600-pat00026
는 지표면 방위각이다. Where α is the azimuth angle, θ is the sun's zenith angle,
Figure 112018024230600-pat00025
Is the surface zenith angle,
Figure 112018024230600-pat00026
Is the surface azimuth angle.

2) 확산 일사량(Dif)을 계산하기 위해, 각 Skymap 섹터에 대해 그 중심에서의 확산 일사량(Dif)이 계산되어 시간 간격에 걸쳐 적분되고 간격 분율 및 입사각에 의해 식 8을 사용하여 보정된다.2) To calculate the diffuse radiation dose (Dif), the diffuse radiation dose (Dif) at the center of each skymap sector is calculated and integrated over time intervals and corrected using Equation 8 by the interval fraction and the incident angle.

Figure 112018125523438-pat00105
(8)
Figure 112018125523438-pat00105
(8)

여기서,

Figure 112018024230600-pat00028
는 범지구적 일사량,
Figure 112018024230600-pat00029
는 확산되는 일사량 플럭스 비율이다. 일반적으로 매우 맑은 하늘 조건에서는 약 0.2이고 매우 흐린 하늘 상태에서는 0.7이다.here,
Figure 112018024230600-pat00028
Is the global solar radiation,
Figure 112018024230600-pat00029
Is the diffuse irradiation flux ratio. Generally, it is about 0.2 in very clear sky conditions and 0.7 in very cloudy sky conditions.

Dur는 분석을 위한 시간 간격이며,

Figure 112018024230600-pat00030
는 Sky 섹터 중 보이는 부분을 나타내는 부분이다.
Figure 112018024230600-pat00031
는 모든 섹터에 대해 주어진 Sky 섹터에서 발생하는 확산 일사의 비율이며,
Figure 112018024230600-pat00032
는 Sky 섹터의 중심과 요격면 사이의 입사각이다.Dur is the time interval for analysis,
Figure 112018024230600-pat00030
Is a portion representing a visible portion of the Sky sector.
Figure 112018024230600-pat00031
Is the ratio of diffuse radiation occurring in a given Sky sector for all sectors,
Figure 112018024230600-pat00032
Is the angle of incidence between the center of the Sky sector and the intercept surface.

Figure 112018102037286-pat00033
은 입사각을 보정하지 않고 모든 섹터의 직접 방사선을 합산한 후
Figure 112018102037286-pat00034
와 같은 직접 방사선의 비율을 보정하여 계산할 수 있다.
Figure 112018102037286-pat00033
Sum the direct radiation of all sectors without correcting the incident angle
Figure 112018102037286-pat00034
And the ratio of the direct radiation such as the radiation dose.

Figure 112018125523438-pat00106
(9)
Figure 112018125523438-pat00106
(9)

맑은 하늘의 확산 모델의 경우,

Figure 112018024230600-pat00036
는 식 10과 같이 계산된다.In the clear sky diffusion model,
Figure 112018024230600-pat00036
Is calculated as shown in Equation 10.

Figure 112018125523438-pat00107
(10)
Figure 112018125523438-pat00107
(10)

Figure 112018102037286-pat00038
Figure 112018102037286-pat00039
는 Sky 섹터의 천정각이며,
Figure 112018102037286-pat00040
는 Skymap에서의 방위각 분할 개수이다. 흐린 하늘의 확산 모델의 경우,
Figure 112018102037286-pat00041
는 식 11과 같이 계산된다(Fu, 2000; Fu와 Rich, 2002; Rich et al. 1994).
Figure 112018102037286-pat00038
and
Figure 112018102037286-pat00039
Is the zenith angle of the Sky sector,
Figure 112018102037286-pat00040
Is the number of azimuthal divisions in the Skymap. In the case of the cloudy sky diffusion model,
Figure 112018102037286-pat00041
Is calculated as follows (Fu, 2000; Fu and Rich, 2002; Rich et al., 1994).

Figure 112018125523438-pat00108
(11)
Figure 112018125523438-pat00108
(11)

3.2 DEM 자료 기반 일사량 계산3.2 Calculation of radiation dose based on DEM data

항공레이저측량 촬영지역 중 태양광 발전소 부지로 검토가 가능한 지역을 도 7a와 같이 연구대상지로 선정하였다. The study area was selected as the study area as shown in Fig. 7a.

도 8은 항공레이저측량 자료처리를 통해 구축한 지형자료를 연구대상지에 맞게 절취하여 수치표고모델(DEM; Digital Elevation Model)을 보인 도면이다. FIG. 8 is a view showing a digital elevation model (DEM) by cutting the terrain data constructed through the aerial laser surveying data processing according to the study site.

항공레이저측량 자료처리를 통해 구축한 지형자료를 연구대상지에 맞게 절취하여 DEM을 생성한 것으로서 해당 지역의 표고는 56.5~310.2m를 나타내었다.The topographic data constructed through the aerial laser surveying data were cut to the study site and the DEM was generated. The elevation of the area was 56.5 ~ 310.2m.

도 9는 항공레이저측량 자료처리를 통해 구축한 DEM 자료를 이용하여 1년 동안 평균 일사량 분포를 보인 도면이다. FIG. 9 is a graph showing an average radiation dose distribution over a year using DEM data constructed through airborne laser surveying data processing.

그림은 항공레이저측량 자료처리를 통해 구축한 DEM 자료를 이용하여 2017년 1월 1일부터 12월 31일까지 분석한 1년 동안의 평균 일사량 분포도를 보여주고 있다. 태양광 발전소 부지 대상지역의 2017년도 일사량은 726,662~1,523,1626 W/㎡의 분포를 보였으며 평균 1,286,632 W/㎡로 분석되었다.The figure shows the distribution of average solar irradiance for one year from January 1 to December 31, 2017 using DEM data constructed through aerial laser surveying data processing. In 2017, the amount of solar radiation was 726,662 ~ 1,523,1626 W / ㎡ and the average was 1,286,632 W / ㎡.

3.3 태양광 발전소 입지 분석3.3 Location Analysis of Solar Power Plant

태양광 발전소 부지 선정시 먼저 많은 일사량을 확보하는 것이 중요하며, 이는 지형의 방향과 매우 밀접한 관계를 갖는다. 또한, 일정 이상의 경사지역에서는, 시공시 여러 제약 조건이 있으므로, 경사 부분도 함께 고려하는 것이 바람직하다.When selecting a site for a solar power plant, it is important to secure a large amount of solar radiation first, which is closely related to the direction of the terrain. In addition, in a sloping region of a predetermined or more degree, since there are various constraints at the time of construction, it is preferable to consider the sloping portion together.

본 연구는 태양광 발전소 부지 선정에 활용하기 위해 도 10과 같이 경사도와 방향도를 구축하였다. 도 10은 경사도 및 방향도를 보인 도면이다. In this study, slope and direction diagram were constructed as shown in Fig. 10 is a view showing the inclination and the direction.

먼저 해당 지역의 2017년도 일사량 분석 결과와 방향도를 이용하여 사면 방향별 평균 일사량 분포 특성을 표 1과 같이 분석하였다. 북쪽(N) 사면 방향의 평균 일사량이 1,042,580 W/㎡로 가장 낮게 나타났으며 남쪽(S) 사면 방향의 평균 일사량은 1,459,940 W/㎡로써 북쪽 사면과 비교해 볼 때 약 1.4배 높게 나타났다. Table 1 shows the characteristics of average salinity distribution by slope direction using the result of 2017 insolation analysis and direction chart of the region. The mean insolation in the north (N) slope direction was the lowest at 1,042,580 W / ㎡ and the average insolation in the south (S) slope was 1,459,940 W / ㎡ which was about 1.4 times higher than the northern slope.

8개의 사면 방향(N, NE, E, SE, S, SW, W, NW)에서, 전체적으로 남쪽면을 가지는 SE, S, SW 사면의 평균 일사량이 높게 나타났다. S, S, and SW slopes with the southern side as a whole showed higher average insolation in eight slope directions (N, NE, E, SE, S, SW, W, and NW).

Figure 112018125523438-pat00109
Figure 112018125523438-pat00109

본 연구는 사면 방향에 따른 평균 일사량 분석 결과를 기초로 시공 단계에서 고려해야 될 경사 특성을 함께 고려하였다. 대상지역의 경사는 도 9와 같이 0.1°~53.2°분포를 보이고 있으며, 본 연구에서는 도 11과 같이 경사구간을 20°미만, 20°~30°, 30°초과 구간으로 설정하였다.This study considers slope characteristics to be considered in the construction stage based on the average insolation analysis results according to slope direction. As shown in FIG. 9, the inclination of the target area is 0.1 ° ~ 53.2 °. In this study, the inclination section is set to be less than 20 °, 20 ° to 30 °, and more than 30 °.

또한, 일사량이 높게 나타난 SE, S, SW 지역과 경사도 구간을 중첩하여 도 12와 같이 사면 방향과 경사구간에 따른 평균 일사량 분포특성을 표시하였으며, 해당 구간별 면적 및 평균 일사량을 표 3과 같이 계산하였다. 도 11은 경사구간을 보인 도면이다. In addition, the SE, S, and SW regions with high solar irradiance were superimposed on the slope region, and the characteristics of the average solar radiation distribution along the slope direction and the slope region were shown as in FIG. 12, and the area and the average solar radiation amount were calculated Respectively. 11 is a view showing an inclined section.

도 12는 사면 방향과 경사구간에 따른 평균 일사량을 보인 도면이다.12 is a view showing an average solar radiation amount according to a slope direction and an inclined section.

Figure 112018125523438-pat00110
Figure 112018125523438-pat00110

분석 결과 남동향(SE) 사면 방향의 경우 경사구간 20°미만과 20°~30°구간의 평균 일사량은 각각 1,428,370 W/㎡와 1,432,330 W/㎡로 20°~30°경사구간에서 오히려 약간 높게 나타났다. 또한, 남향(S) 사면 방향도 마찬가지로 경사구간 20°~30°에서의 평균 일사량이 1,477,070 W/㎡로 경사구간 20°미만의 평균 일사량인 1,453,220 W/㎡보다 약간 높게 나타났다. 반면에, 남서향(SW) 사면 방향의 경우 경사구간 20°미만의 평균 일사량이 1,414,240 W/㎡로 경사구간 20°~30°의 평균 일사량인 1,406,710 W/㎡보다 약간 높게 나타났다. As a result, the average slope angle of less than 20 ° and 20 ° ~ 30 ° slopes were 1,428,370 W / ㎡ and 1,432,330 W / ㎡, respectively. Also, the slope direction of the south slope (S) was 1,477,070 W / ㎡ at an angle of 20 ° ~ 30 °, which was slightly higher than 1,453,220 W / ㎡ which was below 20 ° of slope. On the other hand, in the SW slope direction, the average solar irradiance of less than 20 ° was 1,414,240 W / ㎡, which was slightly higher than the average solar irradiance of 2040 ~ 30 ° of 1,406,710 W / ㎡.

30°를 초과하는 경사 구간에서는 안전사고 등의 문제로 태양광 발전소 시공이 사실상 제약을 받는다. 본 연구에서 분석한 남동(SE), 남(S), 남서(SW) 사면 방향에서 20°미만과 20°~30°경사구간의 평균 일사량은 큰 차이를 보이지 않는 것으로 나타났다. 따라서, 8개의 사면방향 중에서, 남동(SE), 남(S), 남서(SW) 사면방향에 대해 30°이하의 경사도를 갖는 지역은 태양광 발전소의 적정 부지로써 긍정적으로 검토할 수 있다고 판단되며, 해당 지역의 면적은 총 375,500 ㎡로 계산되었다. In the slope section exceeding 30 °, the construction of the solar power plant is practically restricted due to safety accidents. The average solar irradiance of less than 20 ° and 20 ° ~ 30 ° slope of SE, South (SW), and SW (SW) analyzed in this study showed no significant difference. Therefore, it is considered that the area having a slope of 30 ° or less with respect to the slope directions of SE, SE, SW among the eight slope directions can be positively examined as a suitable site of the solar power plant , The total area of the area was calculated as 375,500 ㎡.

일반적으로, 1 MW급 태양광 발전소를 건설시 약 5000평(16,500 ㎡) 정도의 부지가 필요하며, 결론적으로, 사면 방향이 남동(SE), 남(S), 남서(SW) 지역 중 경사도가 30°이하인 경사도를 갖는 지역의 면적이 인 375,500 ㎡를 고려해 볼 때, 약 23 MW급 태양광 발전소를 건설할 수 있을 것으로 판단된다. In general, a site of about 5,000 pyong (16,500 ㎡) is required when constructing a 1 MW solar power plant. As a result, the inclination of the slope of SE, SE, SW Considering the area of 375,500 ㎡, which has an inclination of 30 ° or less, it is considered that a solar power plant of about 23 MW could be constructed.

도 11에서 SE, S, SW 사면 방향을 나타내는 지역이 능선을 중심으로 아래 지역에 대부분 분포하고 있는 것으로 나타났으며 특히 경사구간 30°이하 지역의 경우 7부 능선 아래에 위치하고 있어서 태양광 발전소 설치에 비교적 유리한 조건을 가지고 있는 것으로 나타났다.In Fig. 11, SE, S, SW slope directions are mostly distributed in the lower region around the ridge line. Especially, in the slope region below 30degrees, they are located below the 7 ridge line. It is found that it has relatively favorable conditions.

본 발명에서는 항공레이저측량 자료처리를 통해 구축한 노이즈가 제거된 DEM 자료를 기반으로 일사량을 분석하였으며, 사면방향과 경사구간 특성을 고려한 일사량을 계산하여 태양광 발전소 설치가 가능한 입지를 선정하는 방법을 제시할 수 있었다. 이러한 연구를 통해 태양광 발전소 설치 규모를 결정해야 하는 신재생에너지 업무를 효과적으로 지원할 수 있으리라 판단된다.In the present invention, the solar radiation amount is analyzed based on the noise-canceled DEM data constructed through the aerial laser measurement data processing, and the method of calculating the solar radiation amount considering the characteristics of the slope direction and the slope region, I could present it. This study will be able to effectively support the renewable energy business that needs to determine the size of solar power plant installation.

4. 결 론4. Conclusion

본 발명에서는 항공레이저측량 자료 처리를 통해 태양광 발전소의 입지 적정성을 평가하였으며, 전북 완주군 봉동읍 일대를 대상지로 선정하여 분석한 결과 다음의 결론을 얻었다.In the present invention, the appropriateness of the location of the solar power plant was evaluated through the airborne laser surveying data processing, and the results were analyzed by selecting Bongdong - eup area, Wonju - gun, Jeonbuk.

첫째, 항공레이저측량을 통해 취득된 원시자료에 대해 먼저 노이즈를 제거하였다. 그리고 노이즈가 제거된 DSM 자료를 TerraScan 프로그램의 매크로 기능을 이용하여 일정영역의 최대건물크기, 이격 각, 이격거리등의 매개변수를 조정함으로서 Ground, Low vegetation, Medium vegetation, High vegetation, Building을 분류하였으며 최종적으로 식생 및 인공지물을 구분하는 지형분류 작업을 실시하여 태양광 발전소 부지의 일사량 평가를 위한 DEM을 구축할 수 있었다.First, the noise was first removed from the raw data acquired through aerial laser surveying. The DSM data with no noise are classified into Ground, Low vegetation, Medium vegetation, High vegetation, and Building by adjusting parameters such as maximum building size, separation angle, and separation distance of a certain area using the macro function of TerraScan program Finally, we could construct a DEM for the solar irradiation evaluation of the site of the solar power plant by classifying the topographic classification of vegetation and artificial land.

둘째, 항공레이저측량 자료처리를 통해 구축한 DEM 자료를 기초로 태양광 발전소 건설 예정 부지로 DEM 자료를 절취하였으며, 이를 이용하여 2017년 1년간의 태양광 일사량을 분석한 결과 726,662~1,523,1626 W/㎡ 의 분포를 보였으며 평균 1,286,632 W/㎡의 일사량을 계산할 수 있었다.Secondly, the DEM data were cut into the planned site for the construction of the solar power plant based on the DEM data constructed through the aerial laser surveying data processing. As a result of analyzing the solar irradiation amount for one year in 2017, 726,662 ~ 1,523,1626 W / ㎡, and the average solar irradiance of 1,286,632 W / ㎡ could be calculated.

셋째, 사면방향에 따른 태양광 일사량을 분석한 결과 북쪽(N) 사면 방향의 평균 일사량이 1,042,580 W/㎡로 가장 낮게 나타났으며 남쪽(S) 사면 방향의 평균 일사량은 1,459,940 W/㎡로서 북쪽 사면과 비교해 볼 때 약 1.4배 높게 나타났다. 전체적으로 남쪽 사면 방향의 가지는 남동(SE, South East), 남(S, South), 남서(SW, South West) 사면의 평균 일사량이 높게 나타남을 알 수 있었다. Third, the average solar irradiance in the north (N) slope direction was 1,042,580 W / ㎡, and the average solar radiation in the south (S) slope was 1,459,940 W / ㎡. , Which is 1.4 times higher than that of Overall, the mean slope of the slope in the south is higher than that of the slopes in SE, South East, South, and SW.

넷째, 태양광 발전소 입지 선정시 사면방향과 함께 시공단계에서 검토되어야 할 경사도를 함께 고려하여 일사량을 계산하였으며, 사면방향이 남동(SE, South East), 남(S, South), 남서(SW, South West) 이면서 30°이하의 경사도를 갖는 태양광 발전소 적정 부지의 면적은 총 375,500 ㎡ 임을 알 수 있었다. 따라서 1 MW급 태양광 발전소를 건설시 약 5000평(16,500 ㎡) 정도의 부지가 필요하다고 볼 때 해당 적정 부지에 약 23 MW급 태양광 발전소를 건설할 수 있을 것으로 판단된다. Fourth, the solar radiation amount was calculated considering the slope direction and slope to be considered at the construction stage along with the slope direction when selecting the location of the solar power plant. The slope direction was SE, South East, South, South West), but the total area of the solar power plant site with an inclination of 30 ° or less is 375,500 ㎡ in total. Therefore, when a 1 MW solar power plant is constructed, a solar power plant of about 23 MW is expected to be built at the appropriate site, considering that a site of about 5,000 pyong (16,500 ㎡) is needed.

본 연구는 항공레이저측량을 통해 취득한 포인트들에 대해 지형분류 과정을 통해 DEM을 구축한 후 1년 동안의 일사량을 분석하였다. 특히, 태양광 발전소 예정부지에 대해 노이즈가 제거된 DEM에 대하여 8방향 사면방향과 경사구간 특성을 고려하여 발전 효율을 간접적으로 예측할 수 있는 일사량을 평가함으로써 태양광 발전소 설치 규모를 결정해야 하는 신재생 에너지 업무를 효과적으로 지원할 수 있게 되었다.In this study, the DEM was constructed through geomorphological classification of the points acquired through aerial laser surveying, and the solar radiation for one year was analyzed. In particular, it is necessary to determine the installation size of the solar power plant by evaluating the solar radiation amount that indirectly predicts the power generation efficiency in consideration of the characteristics of the slope direction and the slope direction of the eight directions for the DEM, We can effectively support the energy business.

본 발명에 따른 실시예들은 다양한 컴퓨터 수단에 의해 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되며 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체는 스토리지, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 모든 형태의 하드웨어 장치가 포함될 수 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용하여 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함할 수 있다. 이러한 하드웨어 장치는 본 발명의 방법을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로써 작동하도록 구성될 수 있다.Embodiments of the present invention may be implemented in the form of program instructions that can be executed by various computer means and may be recorded on a computer readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like, alone or in combination. The computer-readable recording medium may be any type of storage medium such as magnetic media such as storage, hard disk, floppy disk and magnetic tape, optical media such as CD-ROM, DVD, magnetic recording media such as floppy disks, Any type of hardware device configured to store and perform program instructions, such as magneto-optical media, and ROM, ROM, flash memory, and the like, may be included. Examples of program instructions may include machine language code such as those generated by a compiler, as well as high-level language code that may be executed by a computer using an interpreter or the like. Such hardware devices may be configured to operate as one or more software modules to perform the method of the present invention.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자가 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood that various modifications and changes may be made without departing from the scope of the present invention.

GCP: 지상기준점(Ground Control Point)
DEM: 수치표고모델(Digital Elevation Model)
θ : 천정각 α : 방위각

Figure 112018024230600-pat00045
: 모든 sunmap 및 skymap 섹터의 직접 일사량
Figure 112018024230600-pat00046
: 천정각(θ)과 방위각(α)의 중심을 갖는 모든 Sunmap 섹터별
직접 일사량GCP: Ground Control Point
DEM: Digital Elevation Model
θ: zenith angle α: azimuth angle
Figure 112018024230600-pat00045
: Direct solar radiation of all sunmap and skymap sectors
Figure 112018024230600-pat00046
: All Sunmap sectors with center of zenith angle (θ) and azimuth angle (α)
Direct solar radiation

Claims (9)

(a) 태양광 발전소 부지에 대하여 항공레이저측량을 통해 지형의 기복이 측량된 원시 지형자료를 취득하는 단계;
(b) GIS 소프트웨어가 항공레이저측량 원시 지형자료에 대해 대기중의 구름이나 먼지에 반사되거나 건물이나 수목에 여러번 반사되어 거리가 길어지는 노이즈 데이터를 일정한 높이값 기준으로 최고 표고 이상인 점과 최저 표고 이하의 점으로 노이즈를 제거하며, 항공레이더측량 지형자료 처리 프로그램에 의해 지형 및 수목, 인공시설물이 포함된 DSM(Digital Surface Model, 수치 표면 모델) 자료 중 식생 및 인공지물을 구분하는 지형분류 작업을 실시하여 지형분류 과정에서 지형지물에서 건물이나 수목의 객체들을 제거한 DEM(Digital Elevation Model, 수치 표고 모델)을 구축하는 단계;
(c) 상기 GIS 소프트웨어가 구축된 DEM 자료를 기반으로 천정각을 사용하여 관측지의 태양의 이동경로에 따른 소정 기간 동안의 태양광 일사량을 측정하며, 노이즈가 제거된 DEM 자료를 이용하여 태양광 일사량을 계산하기 위해, 전체 태양광 일사량은 모든 sunmap 및 skymap 섹터의 직접 일사량(
Figure 112018125523438-pat00111
) 및 확산 일사량(
Figure 112018125523438-pat00112
) 의 합으로 계산되고, 상기 태양광 발전소 부지에 대하여 N, NE, E, SE, S, SW, W, NW의 8개 사면방향에 대한 평균 일사량, 일사량 변화를 분석하는 단계; 및
(d) 상기 태양광 발전소 부지에 대하여 사면방향과 경사도에 따라 8개의 사면 방향 중에서, 사면방향이 남동(SE, South East), 남(S, South), 남서(SW, South West) 이면서, 30°이하의 경사도를 갖는 부지를 태양광 발전소 적정 부지 위치로 선정되는 단계;
를 포함하는 항공레이저측량 자료처리와 공간분석 기법을 이용한 태양광 발전소 적정 위치 선정 방법.
(a) acquiring raw terrain data on the landing site of the solar power plant site by means of aerial laser surveying;
(b) Noise data, which is reflected by clouds or dust in the atmosphere or reflected by buildings or trees several times, is higher than the highest altitude and lower than the lowest altitude , And the aerial radar geodetic data processing program is used to classify the terrain classification that distinguishes vegetation and artifacts from DSM (Digital Surface Model) data including terrain, trees and artificial facilities. A digital elevation model (DEM) in which a building or a tree is removed from the feature in the feature classification process;
(c) Based on the DEM data constructed by the GIS software, the solar radiation is measured for a predetermined period according to the movement path of the sun by using the zenith angle, and the solar radiation dose is measured using the noise- To calculate, the total solar radiation dose is the direct solar radiation of all sunmap and skymap sectors (
Figure 112018125523438-pat00111
) And diffuse irradiation (
Figure 112018125523438-pat00112
Analyzing a change in the average insolation amount and the insolation amount with respect to eight slope directions of N, NE, E, SE, S, SW, W and NW with respect to the PV plant site; And
(SE, South), South (South), South (SW, South West), and 30 (South and South) slopes among eight slope directions according to the slope direction and the slope with respect to the site of the solar power plant, Lt; RTI ID = 0.0 > and / or < / RTI > to a solar site proper site location;
A Method for Optimal Location of Solar Power Plant Using Airborne Laser Survey Data Processing and Spatial Analysis Technique.
제1항에 있어서,
상기 단계 (a)에서,
상기 항공레이저측량은 항공기에 레이저 펄스 송수신기, GPS 수신기 및 관성항법장치를 탑재하여 비행방향을 따라 일정한 간격으로 지형의 기복을 측량하며, 지상에 설치된 다수의 지상기준점(GCP)으로부터 D-GPS 기법에 의해 레이저 스캐너의 정확한 위치를 결정하고, 상기 관성항법장치에서 레이저 펄스의 회전각을 측정한 후, 지상에서 반사된 레이저 파의 정확한 수직거리를 결정하는, 항공레이저측량 자료처리와 공간분석 기법을 이용한 태양광 발전소 적정 위치 선정 방법.
The method according to claim 1,
In the step (a)
The airborne laser surveying is carried out by using a laser pulse transceiver, a GPS receiver, and an inertial navigation device mounted on an aircraft, measuring the uplift of the terrain at regular intervals along the direction of flight, and applying a D-GPS technique from a plurality of ground control points To determine the exact position of the laser scanner and to measure the rotation angle of the laser pulse in the inertial navigation system and then to determine the correct vertical distance of the reflected laser wave on the ground using the aerial laser surveying data processing and spatial analysis techniques Optimum location of solar power plant.
삭제delete 제1항에 있어서,
노이즈가 제거된 DSM 자료를 항공레이저측량 지형자료 처리(TerraScan) 프로그램의 매크로 기능을 이용하여 일정영역의 최대건물크기, 이격 각, 이격거리의 매개변수를 조정함으로써 Ground, Low vegetation, Medium vegetation, High vegetation, Building을 분류하였으며, 최종적으로 식생 및 인공지물을 구분하는 지형분류 작업을 실시하여 태양광 발전소 부지의 일사량 평가를 위한 DEM을 구축하는, 항공레이저측량 자료처리와 공간분석 기법을 이용한 태양광 발전소 적정 위치 선정 방법.
The method according to claim 1,
Low, medium, and high vegetation by adjusting parameters of the maximum building size, spacing, and separation distance of a certain area using the macro function of the TerraScan program. vegetation, and building. Finally, a topographical classification task for classification of vegetation and artifacts was conducted to construct a DEM for the solar irradiation site evaluation of the solar power plant site. A solar power plant using airborne laser surveying data processing and spatial analysis How to determine the proper position.
삭제delete 제1항에 있어서,
1) 모든 sunmap 및 skymap 섹터의 직접 일사량(
Figure 112018125523438-pat00049
)을 계산하기 위해
주어진 위치에 대한 총 직접 일사량(
Figure 112018125523438-pat00050
)은 모든 Sunmap 섹터별 직접 일사량(
Figure 112018125523438-pat00051
)의 합계이고,
Figure 112018125523438-pat00113
(4)
천정각(θ)과 방위각(α)의 중심을 갖는 Sunmap 섹터별 직접 일사량(
Figure 112018125523438-pat00053
)은 식 5를 사용하여 계산되며,
Figure 112018125523438-pat00114
(5)
Figure 112018125523438-pat00055
는 태양 상수로서 1,367W/㎡을 적용하였으며, β는 최단 경로에 대한 대기의 투과율이며,
Figure 112018125523438-pat00056
는 광로 길이로 식 6과 같이 계산되며,
Figure 112018125523438-pat00115
(6)
여기서, θ는 태양 천정각,
Figure 112018125523438-pat00058
는 해발고도이며,
Figure 112018125523438-pat00059
는 Sky 섹터별 지속 시간, 일반적으로 시간에 요일을 곱하여 지속 시간을 산정하는 방식을 채택하며,
Figure 112018125523438-pat00060
은 Sunmap 섹터별 간격이며,
Figure 112018125523438-pat00061
는 Sky 섹터의 중심과 지표면에 수직인 축 사이의 입사각으로 식 7과 같이 계산되고,
Figure 112018125523438-pat00116
(7)
여기서, α는 방위각, θ는 태양의 천정각,
Figure 112018125523438-pat00063
는 지표면 천정각,
Figure 112018125523438-pat00064
는 지표면 방위각이며,
2) 확산 일사량 계산을 위해, 각 Skymap 섹터에 대해 그 중심에서의 확산 일사량(Dif)이 계산되며, 시간 간격에서 적분되고 간격 분율 및 입사각에 의해 식 8을 사용하여 보정되고,
Figure 112018125523438-pat00117
(8)
여기서,
Figure 112018125523438-pat00066
는 범지구적 일사량,
Figure 112018125523438-pat00067
는 확산되는 일사량 플럭스 비율이다. 일반적으로 매우 맑은 하늘 조건에서는 0.2이고 매우 흐린 하늘 상태에서는 0.7이며,
Dur는 분석을 위한 시간 간격,
Figure 112018125523438-pat00068
는 Sky 섹터 중 보이는 부분을 나타내는 부분,
Figure 112018125523438-pat00069
는 모든 섹터에 대해 주어진 Sky 섹터에서 발생하는 확산 일사의 비율,
Figure 112018125523438-pat00070
는 Sky 섹터의 중심과 요격면 사이의 입사각이고,
Figure 112018125523438-pat00071
은 입사각을 보정하지 않고 모든 섹터의 직접 방사선을 합산한 후
Figure 112018125523438-pat00072
와 같은 직접 방사선의 비율을 보정하여 계산할 수 있으며,
Figure 112018125523438-pat00118
(9)
맑은 하늘의 확산 모델의 경우,
Figure 112018125523438-pat00074
는 식 10과 같이 계산되고,
Figure 112018125523438-pat00119
(10)
Figure 112018125523438-pat00076
Figure 112018125523438-pat00077
는 Sky 섹터의 천정각이며,
Figure 112018125523438-pat00078
는 Skymap에서의 방위각 분할 개수이다. 흐린 하늘의 확산 모델의 경우,
Figure 112018125523438-pat00079
는 식 11에 의해
Figure 112018125523438-pat00120
(11) 계산되는,
항공레이저측량 자료처리와 공간분석 기법을 이용한 태양광 발전소 적정 위치 선정 방법.
The method according to claim 1,
1) direct solar radiation of all sunmap and skymap sectors (
Figure 112018125523438-pat00049
To calculate
Total direct solar irradiance for a given location (
Figure 112018125523438-pat00050
) Is the sum of direct Sun irradiation per sector (
Figure 112018125523438-pat00051
),
Figure 112018125523438-pat00113
(4)
Direct Solar Radiation by Sunmap Sector with Center of Zenith angle (θ) and Azimuth (α)
Figure 112018125523438-pat00053
) Is calculated using Equation 5,
Figure 112018125523438-pat00114
(5)
Figure 112018125523438-pat00055
Is applied as a solar constant of 1,367 W / m 2, β is the air permeability to the shortest path,
Figure 112018125523438-pat00056
Is calculated by Equation 6 as the optical path length,
Figure 112018125523438-pat00115
(6)
Where θ is the solar zenith angle,
Figure 112018125523438-pat00058
Is an elevation above sea level,
Figure 112018125523438-pat00059
Adopts a method of estimating the duration by the Sky sector, generally the time multiplied by the day of the week,
Figure 112018125523438-pat00060
Is the Sunmap sector-specific interval,
Figure 112018125523438-pat00061
Is the angle of incidence between the center of the sky sector and the axis perpendicular to the earth's surface,
Figure 112018125523438-pat00116
(7)
Where α is the azimuth angle, θ is the sun's zenith angle,
Figure 112018125523438-pat00063
Is the surface zenith angle,
Figure 112018125523438-pat00064
Is an earth surface azimuth angle,
2) To calculate the diffuse radiation dose, the diffuse radiation dose (Dif) at the center of each skymap sector is calculated, integrated in time intervals, corrected using Equation 8 by the interval fraction and the incident angle,
Figure 112018125523438-pat00117
(8)
here,
Figure 112018125523438-pat00066
Is the global solar radiation,
Figure 112018125523438-pat00067
Is the diffuse irradiation flux ratio. It is generally 0.2 in very clear sky conditions, 0.7 in very cloudy sky conditions,
Dur is the time interval for analysis,
Figure 112018125523438-pat00068
Is a portion representing a visible part of the Sky sector,
Figure 112018125523438-pat00069
Is the ratio of spreading radiation occurring in a given Sky sector for all sectors,
Figure 112018125523438-pat00070
Is the angle of incidence between the center of the Sky sector and the intercept surface,
Figure 112018125523438-pat00071
Sum the direct radiation of all sectors without correcting the incident angle
Figure 112018125523438-pat00072
, And can be calculated by correcting the ratio of direct radiation,
Figure 112018125523438-pat00118
(9)
In the clear sky diffusion model,
Figure 112018125523438-pat00074
Is calculated as in Equation 10,
Figure 112018125523438-pat00119
(10)
Figure 112018125523438-pat00076
and
Figure 112018125523438-pat00077
Is the zenith angle of the Sky sector,
Figure 112018125523438-pat00078
Is the number of azimuthal divisions in the Skymap. In the case of the cloudy sky diffusion model,
Figure 112018125523438-pat00079
Is given by Eq. 11
Figure 112018125523438-pat00120
(11) Calculated,
A Method for Proper Location of Solar Power Plant Using Airborne Laser Survey Data Processing and Spatial Analysis Technique.
제1항에 있어서,
상기 단계 (c)는
N. NE, E, SE, S, SW, W, NW의 8개 사면 방향에 따른 평균 일사량 분석 결과를 기초로 시공 단계에서 경사도 특성을 고려하도록 대상지역의 경사구간을 20°미만, 20°~30°, 30°경사도 초과 구간으로 설정하였으며, 일사량이 높게 나타난 SE, S, SW 지역과 경사도 구간을 중첩하여 사면 방향과 경사구간에 따른 평균 일사량 분포특성을 표시하였으며, 해당 구간별 면적 및 평균 일사량을 계산하는, 항공레이저측량 자료처리와 공간분석 기법을 이용한 태양광 발전소 적정 위치 선정 방법.
The method according to claim 1,
The step (c)
N. Based on the results of average insolation analysis according to eight slope directions of NE, E, SE, S, SW, W, and NW, the slopes of the target area should be less than 20 °, 30 ° and 30 ° slope. The characteristics of average radiation dose distribution along the slope direction and the slope area are shown by overlapping SE, S, SW area and slope area with high radiation dose. The area and average radiation dose A Method for Proper Location of Solar Power Plant Using Airborne Laser Surveying Data Processing and Spatial Analysis.
제1항에 있어서,
1년 동안 일사량 분석결과, N, NE, E, SE, S, SW, W, NW의 8개 사면 방향 중에서 본 연구에서 분석한 남동(SE), 남(S), 남서(SW) 사면 방향에서 20°미만과 20°~30°경사구간의 평균 일사량은 큰 차이를 보이지 않으며, 8개의 사면방향 중에서, 남동(SE), 남(S), 남서(SW) 사면방향에 대해 30°이하의 경사도를 갖는 지역이 태양광 발전소의 적정 부지로 선정되며, 30°를 초과하는 경사 구간은 태양광 발전소 적정 부지로 선정하지 않는, 항공레이저측량 자료처리와 공간분석 기법을 이용한 태양광 발전소 적정 위치 선정 방법.
The method according to claim 1,
From the results of the analysis for 1 year, the slope directions of N, NE, E, SE, S, SW, W and NW, The slopes of less than 20 ° and 20 ° to 30 ° are not significantly different from each other, and slopes of 30 ° or less with respect to the slopes of SE, SE, SW, And the appropriate section of the solar power plant is selected using the aerial laser surveying data processing and spatial analysis method, where the slope section exceeding 30 ° is not selected as the proper site of the solar power plant. .
삭제delete
KR1020180028330A 2018-03-10 2018-03-10 Appropriate location selection method of solar photovoltaic power station using aerial laser scanning data processing and space analysis technique KR101940313B1 (en)

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