KR101956188B1 - 유해화학물질의 다층적 확산분석정보 제공방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유해화학물질 누출에 대한 확산 범위와 이동 경로 및 오염 농도에 대한 예측 분석을 고도에 따라 다층화하여 수행한 후 저장하고, 유해화학물질 누출시 현장 기상 정보에 대응되는 유해화학물질의 확산 분석 결과를 검색하여 3차원 공간데이터에 다층적으로 가시화할 수 있는 유해화학물질의 다층적 확산분석정보 제공방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 유해화학물질의 다층적 확산분석정보 제공방법은 수치표면모델(DSM) 데이터, 위성 및 항공 데이터를 제공하는 통합 플랫폼을 기반으로 3차원 시설물, 토지 피복도, 유해화학물질 저장소를 포함하는 3차원 공간 데이터를 구축하는 제1 단계와, 기 설정된 다 방향의 풍향 및 다단계의 풍속의 모든 조합 조건에 해당하는 풍향 및 풍속 조건별 유해화학물질의 확산 범위와 이동 경로 및 오염 농도를 다층의 고도별로 예측 분석하여 저장하는 제2 단계, 상기 유해화학물질에 대한 누출 발생 시점의 풍향 및 풍속을 포함하는 현장 기상 정보를 수신하는 제3 단계, 현장의 풍향 및 풍속에 해당하는 기 저장된 유해화학물질의 분석 결과를 호출하여 3차원 공간데이터에 고도에 대응하여 다층적으로 가시화하여 표시출력하는 제4 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

유해화학물질의 다층적 확산분석정보 제공방법 {Method for providing of analyzing information about hazardous chemicals dispersion}
본 발명은 유해화학물질 누출에 대한 확산 범위와 이동 경로 및 오염 농도에 대한 예측 분석을 고도에 따라 다층화하여 수행한 후 저장하고, 유해화학물질 누출시 현장 기상 정보에 대응되는 유해화학물질의 확산 분석 결과를 검색하여 3차원 공간데이터에 다층적으로 가시화할 수 있는 유해화학물질의 다층적 확산분석정보 제공방법에 관한 것이다.
현재 전 세계적으로 1,500만 여종 이상의 화학물질이 상업적으로 이용되고 있으며, 국내에서는 약 43,000 종의 화학물질이 유통되고 있다. 화학 물질은 현대 인류에게 많은 이로움을 선물하지만, 자연기상에 의한 사고나 인간의 관리 부주의로 인해 발생되는 화학물질 누출 사고로 인한 피해는 지속적으로 증가하고 있다.
국내에서는 반도체, 디스플레이, 태양광 등 국가 신성장동력 산업과 기술이 발전하여 국내 유독물 및 화학물질의 사용량이 지속적으로 증가하고 있으므로 누출, 화재 폭발 등의 형태와 위험물질의 종류에 따른 표준 행동 절차를 효율적으로 현장에 적용할 수 있고, 관련 기관 및 현장 인원에게 빠르게 전달할 수 있는 통합적인 시스템이 필요한 실정이다.
또한, 산업 단지 내에서 유해화학물질이 누출되는 재난 사고가 발생할 경우에 누출 당시의 해당 지역에서의 직접적인 인적 및 물적 피해에 대한 1차적 사고와 시간이 지남에 따라 확산되는 인근 지역의 2차적 피해를 모두 고려할 수 있는 시스템도 필요하다.
산업의 다변화로 화학물질 사용은 지속적으로 증가하고 있으며, 다른 분야에 비해 빠르게 성장하고 있지만 매년 각종 화학사고로 인해 체계적인 관리에 대한 필요성이 증대되고 있다.
국내 산업단지의 대표적인 누출사례인 구미공장 불산 누출사고는 공장 근로자뿐만 아니라 인근지역까지 확산되어 농작물과 가축 그리고 인근주민에게 피해가 발생하여 대규모 화학사고에 대한 대책 수립이 요구되고 있다.
특히, 현대 도시의 건물들은 고층화되어 가고 있으며, 산업단지 인근에도 고층건물이 입지하고 있다. 또한, 유해화학물질 운송차량에 의한 누출사고도 매년 수십건 이상이 발생되고 있어, 도로에서 유출되는 사고 발생시 인근의 고층건물에 대한 피해 대책 수립이 요구되는 실정이다.
현재, 유해화학물질 확산을 예측하기 위한 대표적인 시뮬레이션 모델로는 ALOHA(Areal Locations of Hazardous Atmosphere), CALPUFF(Californian Puff), RAMS(Rigional Atmospheric Modeling System), SLAB(초기확산모델) 등의 모델이 많이 이용되고 있다.
ALOHA 모델은 미국의 해당대기국(NOAA)에서 개발한 유해화학물질 확산 모델로서, 긴급한 상황에서 간단한 기상 인자와 누출 정보를 통해 피해 영향 반경을 예측할 수 있도록 신속성을 고려한 것이지만, 실제 기상 자료가 아닌 일반 기상자료의 대표 값을 입력하는 방식이며, 평탄한 지형을 가정하고 있기 때문에, 지형과 건물을 고려한 다층화 분석에는 적합하지 않다.
CALPUFF 모델은 해륙풍과 산곡풍의 영향을 고려할 수 있는 모델로서, 복잡한 기상 조건을 포함하는 국지적인 대기오염물질의 평가부터 장거리 평가까지 가능한 대기확산 모델이다. 그러나, 이는 지형과 피복도, 기상 자료를 이용하여 분석하기 때문에 신속한 예측이 어렵고, 3차원 바람장 모델인 MM5 등의 전처리 프로그램이 추가로 요구되기 때문에 복잡한 알고리즘을 수행하여 시스템 확장성이 낮으며, 분석 시간이 상대적으로 많이 소요되는 한계가 있다.
그 외 RAMS, SLAB 등의 유해화학물질 확산 분석 모델들 역시 현재의 고층건물을 고려한 다층화 분석 및 표현이 가능한 모델은 없다.
1. 한국공개특허 제2016-0080164호 "유해화학물질 누출 감지 및 대응 시스템 및 방법 "
이에, 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 창출된 것으로, 유해화학물질 누출에 대한 확산 범위와 이동 경로 및 오염 농도에 대한 예측 분석을 고도에 따라 다층화하여 수행한 후 저장하고, 유해화학물질 누출시 현장 기상 정보에 대응되는 유해화학물질의 확산 분석 결과를 검색하여 3차원 공간데이터에 다층적으로 가시화함으로써, 고층 건물 환경에서 수직적 측면으로의 유해화학물질에 대한 확산 상태를 용이하게 확인할 수 있도록 해 주는 유해화학물질의 다층적 확산분석정보 제공방법을 제공함에 기술적 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 유해화학물질의 확산 범위 및 오염 범위를 분석하는 분석 서버에 의해 수행되는 유해화학물질의 다층적 확산분석정보 제공방법에 있어서, 수치표면모델(DSM) 데이터, 위성 및 항공 데이터를 제공하는 통합 플랫폼을 기반으로 3차원 시설물, 유해화학물질 저장소를 포함하는 3차원 공간 데이터를 구축하는 제1 단계와, 기 설정된 다 방향의 풍향과 다단계의 풍속에 의한 모든 조합의 풍향 및 풍속 조건별 표준 온도 기반으로 생성된 유해화학물질의 확산 범위와 이동 경로 및 오염 농도를 유해화학물질 저장소별로 분석하고, 분석 결과에 해당하는 시계열 데이터를 데이터 저장소에 저장하되, 지표면과 이 지표면으로부터 일정 높이 단위로 다층의 고도별 유해화학물질의 분석 결과를 생성하여 저장하는 제2 단계, 상기 유해화학물질에 대한 누출 발생 정보의 수신을 근거로, 상기 유해화학물질의 누출 감지 시점에서 해당 유해화학물질 저장소의 인접 지역에 설치된 적어도 하나 이상의 자동기상관측장비를 통해 풍향과 풍속 및 온도 정보를 포함하는 현장 기상 정보를 수신하는 제3 단계, 상기 데이터 저장소에서 상기 제3 단계에서 수신된 해당 유해화학물질 저장소에 대응되는 현장의 풍향 및 풍속에 해당하는 유해화학물질의 분석 결과를 호출하여 3차원 공간데이터에 고도에 대응하여 다층적으로 가시화하여 표시출력하는 제4 단계를 포함하여 구성되고, 상기 제4 단계에서 상기 제3 단계에서 수신된 현장 온도와 표준 온도를 비교하여 일정 레벨 이상 차이가 있는 경우, 현장 온도에 대응되는 기 설정된 유해화학물질별 확산계수를 적용하여 고도별 유해화학물질의 분석 결과를 생성한 후 이를 3차원 공간데이터에 가시화하여 표시출력함과 더불어, 분석 결과에 대응되는 시계열 데이터를 데이터 저장소에 저장하되, 해당 풍향 및 풍속 조건에 대해 온도를 구분자로 하는 시계열 데이터로 추가 저장하도록 구성되며, 이후 상기 제4 단계는 상기 제3 단계에서 수신된 현장 온도와 표준 온도를 비교하여 일정 레벨 이상 차이가 있는 경우, 데이터 저장소에서 현장의 풍향과 풍속 및 온도에 대응되는 시계열 데이터를 호출하여 3차원 공간데이터에 가시화하여 표시출력하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 유해화학물질의 다층적 확산분석정보 제공방법이 제공된다.
삭제
또한, 상기 제2 단계에서 유해화학물질 저장소별 서로 다른 풍향 및 풍속 조건에 대해 다단계의 온도별 유해화학물질 분석 결과정보를 각각 생성하여 데이터 저장소에 저장하도록 구성되고, 상기 제4 단계는 데이터 저장소에서 상기 제3 단계에서 수신된 현장의 풍향과 풍속 및 온도에 대응되는 시계열 데이터를 호출하여 3차원 공간데이터에 가시화하여 표시출력하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 유해화학물질의 다층적 확산분석정보 제공방법이 제공된다.
삭제
또한, 상기 제2 단계는 3차원 공간데이터에서 유해화학물질 저장소를 기준으로 일정 반경 이내에 존재하는 최고 건물 높이를 획득하고, 각 유해화학물질 저장소에 대응하여 최고 건물 높이를 기준으로 최대 고도층을 설정하며, 유해화학물질 저장소별 설정된 최대 고도층까지 유해화학물질 분석 결과를 생성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 유해화학물질의 다층적 확산분석정보 제공방법이 제공된다.
또한, 상기 제4 단계는 사용자에 의해 선택된 적어도 하나 이상의 고도층에 대응되는 유해화학물질 분석 결과를 동시에 표시출력하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 유해화학물질의 다층적 확산분석정보 제공방법이 제공된다.
또한, 상기 제4 단계는 해당 유해화학물질 저장소에 대응되는 유해화학물질의 분석 결과에서 지표층과 각 고도층간의 유해 화학물질 이동 반경 및 오염 농도를 포함하는 유해화학물질 분석 결과를 비교하여 지표층과 유해화학물질 분석 결과의 차이가 가장 큰 고도층을 비교층으로 설정하여 3차원 공간데이터에 지표층과 비교층에 대한 시계열 데이터를 다층적으로 가시화하여 표시출력하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 유해화학물질의 다층적 확산분석정보 제공방법이 제공된다.
본 발명에 의하면, 유해화학물질 확산에 대한 분석정보를 제공함에 있어서, 수평적 분석인 횡적인 측면 뿐 아니라 수직적 분석인 종적인 측면까지도 고려하여 다층적으로 3차원 공간데이터에 가시화하여 표현함으로써, 고층건물에서의 높이별 유해화학물질 확산에 따른 피해를 직관적으로 예측할 수 있다.
또한, 3차원 공간데이터에 유해화학물질의 분석 결과를 표시하기 위한 통합 플랫폼을 이용하여 비전문가도 쉽고 간단하게 다중 공간 분석 수행이 가능하고, 유해화학물질의 확산 범위와 이동 경로에 대한 분석시 필요한 데이터 생성, 추출 및 적용이 용이하고 간편해질 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 사용자 단말을 통해 유해화학물질의 확산 범위와 이동 경로에 대한 분석 결과를 표시할 수 있어 사용자 편의성이 증대될 뿐만 아니라 유해화학물질의 확산 범위와 이동 경로가 3차원 공간상에 동적으로 표현되어 비전문가라도 쉽게 분석 결과를 해석할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 유해화학물질의 확산 범위와 이동 경로에 대한 분석 결과가 실제 환경정보(3차원 시설물과 토지 피복도 등)를 토대로 표현되기 때문에 유해화학물질 누출로 인해 피해를 입게 되는 시설물 및 토지를 확인할 수 있고, 유해화학물질 누출 지점의 인근 주민들에게 대피경로 및 대피소 안내를 포함한 대피 정보를 제공하여 정확하게 대피 유도가 가능하다는 효과가 있다.
도1은 본 발명이 적용되는 3차원 공간 정보 기반의 유해화학물질 확산분석시스템의 구성을 설명하는 도면.
도2는 도1의 자동기상관측장비(100) 구성을 설명하는 도면.
도3은 도1의 중계기기(300)의 구성을 설명하는 도면.
도4는 도1의 분석 서버(200)를 설명하는 블록도.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유해화학물질의 다층적 확산분석정보 제공 방법을 설명하는 순서도.
도6은 고도층별 3차원 공간데이터 생성과정을 설명하기 위한 도면.
도7과 도8은 본 발명에 따라 3차원 공간 데이터에 유해화학물질 확산 범위와 이동 경로 및 오염범위를 3차원으로 표시한 예시도.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 나타내고 있음을 유의해야 한다. 한편, 이에 앞서 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도1은 본 발명이 적용되는 3차원 공간 정보 기반의 유해화학물질 확산분석시스템의 구성을 설명하는 도면이고, 도2는 도1의 자동기상관측장비(100) 구성을 설명하는 도면이며, 도3은 도1의 중계기기(300)의 구성을 설명하는 도면이다.
도1 내지 도3을 참고하면, 3차원 공간 정보 기반의 유해화학물질 확산분석시스템은, 적어도 하나 이상의 자동기상관측장비(AWS 1 ~ AWS N, 100)와, 분석 서버(200), 중계기기(300) 및, 사용자 단말(400)을 포함한다.
자동기상관측장비(100)는 유해화학물질이 저장되는 유해화학물질 저장소(미도시)의 인접 지역에 설치되고, 현장 기상 정보를 실시간 제공한다. 이러한 자동기상관측장비(100)는 도2에 도시된 바와 같이, 센서부(110)와 데이터로거(120)를 포함한다.
센서부(110)는 유해화학물질 저장소를 중심으로 풍향, 풍속, 온습도를 측정하기 위해 풍향 센서(111)와 풍속 센서(112) 및, 온습도 센서(113)를 포함하고, 이 센서(11, 112, 113)들을 이용하여 현장 기상 정보를 실시간 측정한다.
데이터로거(120)는 센서부(110)에서 측정된 현장 기상 정보를 수집하여 기설정된 시간 간격으로 중계기기(300)에 전송한다.
분석 서버(200)는 현장 기상 정보와 유해화학물질 저장소에 대한 환경 정보를 수집하고, 유해화학물질 저장소를 기준으로 현장 기상 정보를 이용하여 조합 가능한 모든 경우의 수에 해당하는 각 기상 조건별 유해화학물질의 확산 범위와 이동 경로를 분석한다.
이때, 분석 서버(200)는 지표면과 지표면으로부터 일정 높이 단위로 다층의 고도별 유해화학물질에 대한 수평적 확산 범위와 이동 경로 및 오염농도 변화를 분석하는 시뮬레이션 기능, 시뮬레이션 기능을 통해 유해화학물질의 고도별 수평적 확산 범위와 이동 경로 및 오염농도 변화에 대한 분석 결과를 저장하는 데이터 저장 기능, 유해화학물질 누출시 현장 기상 정보를 기상 변수에 적용하여 해당 유해화학물질의 분석 결과를 호출한 후 유해화학물질의 분석 결과를 3차원 공간 데이터에 다층적으로 표현하는 3차원 표시 기능을 수행한다. 또한, 상기 시뮬레이션 기능은 유해화학물질 누출 후 일정 경과시간 단위로 유해화학물질에 대한 확산 예측 분석 결과를 생성한다.
중계기기(300)는 자동기상관측장비(100)와 분석 서버(200) 사이에서 통신 중계 기능을 수행하는데, 도 3에 도시된 바와 같이, 자동기상관측장비(100)와 블루투스 통신 등의 근거리 통신을 수행하는 근거리 통신 모듈(310)과, 분석 서버(200)와 네트워크를 통해 실시간 기상 정보를 전송하기 위해 이동통신을 수행하는 이동통신 모듈(320)을 포함한다.
사용자 단말(400)은 자동기상관측장비(100)의 선택 제어 정보, 화학 물질 정보, 유해화학물질 저장소의 위치 정보와 관리 정보를 입력하고, 분석 서버(200)를 통해 제공되는 유해화학물질의 분석 결과를 표시출력한다.
여기서, 사용자 단말(400)은 데스크탑 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터, 스마트폰, PDA(Personal Digital Assistant), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션 단말기, 태블릿 PC 등의 네트워크 접속이 가능한 통신 기기일 수 있으며, 그 종류에 제한이 없다.
도4는 도1의 분석 서버(200)를 설명하는 블록도이다.
도4를 참고하면, 분석 서버(200)는, 공간데이터 구축 모듈(210)과, 시뮬레이션 모듈(220), 데이터 저장모듈(230), 분석 제어 모듈(240) 및 경보 모듈(250)을 포함한다.
공간데이터 구축 모듈(210)은 수치표면모델(DSM : Digital Surface Model) 데이터, 위성 데이터 및 항공 데이터를 제공하는 통합 플랫폼을 기반으로 하여 유해화학물질 저장소와 유해화학물질 저장소를 중심으로 기설정된 반경 이내의 3차원 시설물, 토지 피복도를 포함하는 3차원 공간데이터를 구축한다. 이때, 상기 공간데이터 구축 모듈(210)은 유해화학물질 저장소를 중심으로 고도별 각 층에 대한 3차원 공간데이터를 구축한다.
또한, 통합 플랫폼은 브이월드 모바일 오픈 API를 포함하는데, 브이월드 모바일 오픈 API 는 효율적인 앱 개발 지원을 위해 다양한 기능을 제공하고, API 기능을 활용하여 지도 조작, 레이어 및 맵 화면 제어 등의 기본 기능뿐만 아니라 용도지역지구도, 지적도 등의 다양한 국가공간정보 또한 모바일에서 구현 가능하다.
시뮬레이션 모듈(220)은 유해화학물질 저장소의 다방향의 풍향과 다단계의 풍속에 의해 조합 가능한 모든 경우의 풍향 및 풍속 조건별 유해화확물질의 수평적인 유해화학물질의 확산 범위와 이동 경로 및 오염 농도 변화를 분석한다. 이때, 시뮬레이션 모듈(220)은 고도별 수평적인 유해화학물질의 확산 범위와 이동 경로와 오염농도변화를 분석한다. 또한, 시뮬레이션 모듈(220)은 풍향과 풍속 및 온도에 의해 발생될 수 있는 서로 다른 조합에 조건에 대해 고도별 유해화학물질의 확산 범위와 이동 경로를 분석한다.
하기 수학식1은 시뮬레이션 모듈(220)에서 수행되는 오염물질 확산 방정식이다.
Figure 112017078036130-pat00001
여기서,
Figure 112017078036130-pat00002
는 위치에 따른 유해화학물질 농도이고,
Figure 112017078036130-pat00003
는 풍속,
Figure 112017078036130-pat00004
는 유해화학물질의 분산계수,
Figure 112017078036130-pat00005
는 유해화학물질 소소 농도이다.
이때, 상기 위치에 따른 유해화학물질의 농도는 유해화학물질이 바람에 의해서 이동되어 나타나는 농도와, 유해화학물질의 열운동에서 발생되는 이동에 의해 나타나는 농도 및 유해화학물질 소스 농도의 합으로 산출될 수 있다.
데이터 저장 모듈(230)은 자동기상관측장비(100)로부터 전송되는 기상 정보를 수집하여 저장함과 더불어, 상기 시뮬레이션 모듈(220)의 분석 결과를 기상 조건별 시계열 데이터로 저장한다. 데이터 저장 모듈(230)은 분석 서버(200)가 네트워크를 통해 쉽게 접근할 수 있는 데이터베이스 서버 형태로 구현되거나, 분석 서버(200) 내부에 대용량 데이터 저장수단으로 구현될 수 있을 뿐만 아니라 여러 형태의 데이터 저장소로 구현될 수 있다.
분석 제어 모듈(240)은 유해화학물질의 누출이 감지되면, 해당 유해화학물질 누출 지점의 위치 정보를 3차원 공간데이터 상에 표시하고, 유해화학물질 누출 지점에서의 현장 기상 정보를 호출한 후 데이터 저장 모듈(230)에서 현장 기상 정보를 기상 변수로 하는 유해화학물질의 분석 결과를 불러와 3차원 공간 데이터 상에 해당 시계열 데이터를 시각화하여 표시한다.
이때, 상기 분석 제어 모듈(240)은 고도별 유해확학물질의 확산정보를 다층적으로 시각화화여 표현함과 더불어, 오염 농도를 색상으로 구분하여 표시한다. 예컨대, 빨강색이 가장 오염 농도가 짙고, 파랑색이 오염 농도가 가장 옅다. 오염농도는 빨강 > 노랑 > 초록 > 파랑 의 순으로 설정될 수 있다.
경보 모듈(250)은 유해화학물질의 분석 결과를 통해 해당 지역에 대한 수직 및 수평적으로 오염범위 분석을 수행하여 오염 범위 주변에 대한 경고 정보, 대피 경로 및 대피소 안내를 포함한 대피 정보를 발생한다. 예컨대, 상기 경보 모듈(250)은 유해화학물질의 고도에 따른 오염농도를 근거로 고층건물의 상층부의 오염농도가 짙을 경우에는 건물의 저층으로 대피안내를 수행하고, 이와 반대로 건물의 하층부에 오염농도가 짙을 경우에는 건물의 고층으로 대피 안내를 수행함으로써, 비교적 정확하게 대피를 유도할 수 있다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유해화학물질의 다층적 확산분석정보 제공 방법을 설명하는 순서도이다. 또한, 도6은 고도층별 3차원 공간데이터 생성과정을 설명하기 위한 도면이고, 도7과 도8은 본 발명에 따라 3차원 공간 데이터에 유해화학물질 확산 범위와 이동 경로 및 오염범위를 3차원으로 표시한 예시도이다.
도5를 참고하면, 먼저 분석 서버(200)는 통합 플랫폼을 기반으로 3차원 공간 데이터를 구축하는데, DSM 데이터, 위성 및 항공사진 정보를 기반으로 하여 3차원 시설물과, 토지 표면 종류(예컨대, 강, 도로, 공원, 산업단지, 초지, 주거지역, 산업단지 등)별 토지 피복도, 유해화학물질 저장소의 위치 정보를 추가적으로 포함함으로써, 유해화학물질 저장소에 대한 3차원 공간 데이터를 구축한다. 이때, 3차원 시설물, 토지 피복도 및 유해화학물질 저장소의 위치 정보는 인터넷 자료와 현장 조사 자료를 수집 분석하여 3차원 공간데이터에 반영한다.(ST10)
분석 서버(200)는 유해화학물질 저장소 주변의 서로 다른 조합의 기상 조건에 대해 지표면과, 일정 고도 단위의 유해화학물질 확산 범위와 이동 경로 및 오염농도를 각각 예측 분석한 후, 이 분석 결과값에 대한 시계열 데이터를 유해화학물질 저장소별로 각각 저장한다.(ST20, ST30)
이때, 상기 분석 서버(200)는 각 저장소에 저장된 유해화학물질의 종류에 대응하여 확산 범위와 이동 경로 및 오염농도 변화를 예측한다. 즉, 하나의 저장소에 다양한 종류의 유해화학물질이 저장되어 있는 경우, 각 유해화학물질 종류별로 확산 범위와 이동 경로 및 오염농도 변화를 예측한다.
또한, 상기 분석 서버(200)는 기본적으로 현재 저장소 주변의 풍향 및 풍속을 근거로 지표면에 대한 유해화학물질 확산 범위와 이동 경로 및 오염농도 변화를 예측한다. 이때, 분석 서버(200)는 8개의 서로 다른 풍향과 7 단계의 풍속에 대해 발생되는 모든 경우에 수에 대응되는 각 조합 조건에 대해 저장소 주변 일정 반경내 지표면에 대한 유해화학물질 확산 범위와 이동 경로 및 오염농도 변화를 예측한다. 이때, 온도와 습도 및 유해화학물질의 농도를 기 설정된 기준값으로 설정된다.
또한, 상기 분석 서버(200)는 지표면과, 이 지표면으로부터 일정 높이 단위로 기 설정된 최대 고도층까지 각 고도층별 유해화학물질의 확산범위 및 이동 경로와 오염농도를 예측한다. 예컨대, 지표면부터 상층으로 5m 단위로 최대 45m까지 10 개 고도층(지표면, 5m, 10m, 15m, 20m, 25m, 30m, 35m, 40m, 45m)에 대하여 모든 풍향 및 풍속 조합 조건에 대한 시계열 데이터를 각각 생성할 수 있다.
여기서, 최대 고도는 유해화학물질 저장소가 위치한 반경내 3차원 공간데이터에서 최대 높이의 건물을 기준으로 설정되는 바, 해당 최대 건물 높이를 초과하지 않는 가장 높은 값으로 최대 고도층이 설정될 수 있다. 예컨대, 최대 높이 건물의 높이가 37m 인 경우, 유해화학물질 확산 분석을 위한 최대 고도는 35m로 설정될 수 있다.
또한, 최대 고도는 최대 건물 높이값이 기 설정된 최대 고도층보다 낮은 경우에 한하여 해당 유해화학물질 저장소에 대해서는 최대 높이 건물의 높이를 초과하는 않는 가장 높은 값으로 최대 고도가 변경 설정될 수도 있다.
또한, 분석 서버(200)는 고도별 유해화학물질 확산 분석을 위해 고도층별 3차원 공간데이터를 생성한다. 이때, 도6에 도시된 바와 같이 유해화학물질 저장소 주변의 3차원 공간데이터에 존재하는 지표면의 제외한 서로 다른 높이의 건물들(X1,X2,X3)은 고도층에 따라 존재 여부가 달라진다. 고도층을 지표면으로 설정하는 경우, 도6과 같이 제1 및 제2 고도층별 3차원 공간데이터는 달라지며, 기본적으로 건물이 존재하지 않는 허공 구분(Z)이 발생된다. 이러한 3차원 공간데이터에 존재하는 허공 부분에 대해서는, 예컨대 "강"의 표면상태를 적용하여 3차원 공간데이터를 생성할 수 있다.
상기한 바와 같이 모든 유해화학물질 저장소에 대해 모든 기상 조합 조건, 예컨대 풍향과 풍속 조합 조건에 대한 시계열 데이터가 일정 고도 단위로 예측 분석되어 저장된 상태에서, 기상상유해화학물질 누출 상황이 발생되면(ST400), 분석 서버(200)는 중계기기(300)를 통해 누출이 감지된 유해화학물질 저장소의 주변에 설치된 자동기상관측장비(100)로부터 현장 기상 정보를 실시간 수신한다. 이때, 분석 서버(200)는 유해화학물질 누출 발생정보를 외부기관으로부터 제공 받거나, 또는 유해화학물질 저장소에 설치된 유해화학물질 누출 감지 센서(미도시)로부터 실시간 제공받아 인식하거나, 또는 사용자단말(400)을 통해 제공받을 수 있다. 분석 서버(200)는 유해화학물질의 누출 지점에 대한 위치 정보를 제공받아 3차원 공간데이터상에 유해화학물질의 누출 지점에 대한 위치 정보를 표시한다.
한편, 자동기상관측장비(100)는 데이터로거(120)에서 풍향 센서(111), 풍속 센서(112) 및 온습도 센서(113)에서 측정한 기상 정보를 1차적으로 수집하고, 데이터로거(120)는 블루투스 통신을 통해 중계기기(300)에 기설정된 시간 간격(예를 들어, 1분)으로 수집된 기상 정보를 전송한다. 이때, 중계기기(300)는 분석 서버(200)와 네트워크를 이용하여 통신하므로 비용이 절감되고, 분석 서버(200)는 다수의 중계기기(300)로부터 전송되는 기상 정보들을 일괄적으로 제어할 수 있다.
이때, 분석 서버(200)는 유해화학물질 누출 발생시 상기 중계기기(300)를 통해 자동기상관측장비(100)로부터 제공되는 풍향과 풍속을 포함하는 현장의 실시간 기상 정보를 수집한다(ST50).
이에 계속하여 분석 서버(200)는 해당 유해화학물질 저장소에 대해 현재 기상 조건에 대응되게 저장된 유해화학물질 확산 관련 시뮬레이션 분석 결과를 호출하여 분석 결과값인 시계열 데이터를 3차원 공간데이터상에 가시화하여 표출한다(ST60).
이때, 사용자는 분석 서버(200)를 통해 누출된 유해화학물질의 확산 범위와 이동 경로를 표시하기 위해 풍향 및 풍속 정보, 누출 화학물질 정보 및 누출 경과 시간을 포함하는 분석 조건 정보를 설정할 수 있다. 또한 이러한 분석 조건 정보는 사용자가 사용자 단말(400)을 통해 설정하고, 사용자 단말(400)을 통해 분석 서버(200)로 제공되도록 실시하는 것도 가능하다.
여기서, 상기 분석 서버(200)는 해당 유해화학물질 저장소에 대해 기 저장된 분석 결과 중 현장 기상 정보에 해당되는 풍향과 풍속 조건에 대응되는 시뮬레이션의 분석 결과를 호출한 후, 분석 결과값인 시계열 데이터를 3차원 공간데이터 상에 가시화하여 표출한다.
상기 분석 서버(200)는 사용자에 의해 선택된 적어도 하나 이상의 고도층에 대응되는 유해화학물질 분석 결과를 동시에 표시출력한다. 이때, 상기 분석 서버(200)는 해당 유해화학물질 저장소에 대응되는 유해화학물질 분석 결과에서 지표층과 각 고도층간의 유해 화학물질 이동 반경 및 오염 농도를 포함하는 유해화학물질 분석 결과를 비교하여 지표층과 유해화학물질 분석 결과의 차이가 가장 큰 고도층을 비교층으로 설정하여 3차원 공간데이터에 지표층과 비교층에 대한 시계열 데이터를 다층적으로 가시화하여 표시출력하는 것도 가능하다.
도7과 도8은 3차원 공간데이터상에 가시화하여 표출되는 유해화학물질 확산 분석결과를 예시한 것이다. 보다 상세하게는 사용자 단말(400)을 통해 제공되는 유해화학물질 확산분석결과를 예시한 것으로, 일측에는 풍향과 풍속, 누출 경과 시간, 유해물질종류 및, 고도층 높이를 포함하는 조건 설정창이 형성되고, 타측에는 조건 설정창에 대응되는 분석 결과정보가 표시출력되는 결과 출력창이 형성되어 있다.
도7과 도8에 도시된 바와 같이 유해화학물질 저장소를 중심으로 일정 반경 이내의 3차원 공간 데이터상에 사용자에 의해 선택된 둘 이상의 서로 다른 고도에 대한 유해화학물질 이동 반경 및 오염 농도를 포함하는 분석 결과가 시계열적으로 가시화되어 표시출력된다. 도8에는 서로 다른 2개의 고도층(F1(지표면),F2(45m))에 대한 유해화학물질 분석 결과가 표시되고 있다.
즉, 본 발명은 도7 및 도8에 도시된 바와 같이 3차원으로 표시하여 비전문가로 쉽게 유해화학물질의 확산 범위와 이동 경로 및 오염농도에 대한 분석 결과를 해석할 수 있도록 한다.
분석 서버(200)는 3차원 공간 데이터에 가시화된 시계열 데이터를 통해 오염범위를 분석하고, 분석한 오염 범위에 대한 대피 경로와 대피소 안내를 포함한 대피 정보를 발생하여 오염 범위 주변에 있는 사람들의 대피를 유도할 수 있다.
이때, 도8에 도시된 바와 같이 최저층(지표면)과 최고층(45m)에 대한 분석결과를 근거로 유해화학물질의 오염정도가 보다 낮은 곳 즉, 건물의 상측으로 대피하도록 유도할 수 있다.
한편, 상기 실시예에 있어서는 다 방향의 풍향 및 다단계의 풍속 조건을 근거로 유해화학물질에 대한 확산 분석을 수행하도록 실시하였으나, 온도 조건을 추가적으로 적용하여 유해화학물질의 분석결과를 생성하도록 실시하는 것도 가능하다.
즉, 분석 서버(200)는 상기 풍향 및 풍속 조건별 유해화학물질의 분석 결과를 표준 온도를 기반으로 생성하여 저장하고, 유해화학물질에 대한 누출 발생정보 수신시 자동기상관측장비를 통해 풍향과 풍속 및 온도를 포함하는 현장 기상 정보를 수집하며, 현장 온도와 표준 온도를 비교하여 일정 레벨 이상 차이가 있는 경우에는 현장 온도에 대응되는 기 설정된 유해화학물질별 온도계수를 적용하여 고도별 유해화학물질의 분석 결과를 생성하여 3차원 공간데이터에 가시화하여 표시출력함과 더불어, 분석 결과에 대응되는 시계열 데이터를 데이터 저장소에 저장하되, 해당 풍향 및 풍속 조건에 대해 온도를 구분자로 하는 시계열 데이터로 추가 저장할 수 있다.
그리고, 상술한 바와 같이 온도를 구분자로 하는 시계열 데이터가 추가 저장된 상태에서 분석 서버(200)는 유해화학물질 누출 발생시 수신된 현장 온도와 표준 온도를 비교하여 일정 레벨 이상 차이가 있는 경우, 데이터 저장소에서 현장의 풍향과 풍속 및 온도에 대응되는 시계열 데이터를 호출함으로써, 3차원 공간데이터에 해당 고도층에 대한 유해화학물질 확산정보를 가시화하여 표시출력한다.
또한, 풍향과 풍속 및 온도를 기상조건으로 하는 유해화학물질 확산정보 제공방법에 있어서는,
분석 서버(200)에서 유해화학물질 저장소별 서로 다른 풍향 및 풍속 조건에 대해 다단계의 온도별 유해화학물질 분석 결과정보를 각각 생성하여 데이터 저장소에 저장하고, 유해화학물질에 대한 누출 발생정보 수신시 자동기상관측장비를 통해 풍향과 풍속 및 온도를 포함하는 현장 기상 정보를 수집하며, 데이터 저장소에서 현장의 풍향과 풍속 및 온도에 대응되는 시계열 데이터를 호출함으로써, 3차원 공간데이터에 해당 고도층에 대한 유해화학물질 확산정보를 가시화하여 표시출력하는 것도 가능하다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 자동기상관측장비 200 : 분석 서버
300 : 중계기기 400 : 사용자 단말
210 : 공간데이터 구축 모듈 220 : 시뮬레이션 모듈
230 : 데이터 저장모듈 240 : 분석 제어 모듈
250 : 경보 모듈

Claims (7)

  1. 유해화학물질의 확산 범위 및 오염 범위를 분석하는 분석 서버에 의해 수행되는 유해화학물질의 다층적 확산분석정보 제공방법에 있어서,
    수치표면모델(DSM) 데이터, 위성 및 항공 데이터를 제공하는 통합 플랫폼을 기반으로 3차원 시설물, 유해화학물질 저장소를 포함하는 3차원 공간 데이터를 구축하는 제1 단계와,
    기 설정된 다 방향의 풍향과 다단계의 풍속에 의한 모든 조합의 풍향 및 풍속 조건별 표준 온도 기반으로 생성된 유해화학물질의 확산 범위와 이동 경로 및 오염 농도를 유해화학물질 저장소별로 분석하고, 분석 결과에 해당하는 시계열 데이터를 데이터 저장소에 저장하되, 지표면과 이 지표면으로부터 일정 높이 단위로 다층의 고도별 유해화학물질의 분석 결과를 생성하여 저장하는 제2 단계,
    상기 유해화학물질에 대한 누출 발생 정보의 수신을 근거로, 상기 유해화학물질의 누출 감지 시점에서 해당 유해화학물질 저장소의 인접 지역에 설치된 적어도 하나 이상의 자동기상관측장비를 통해 풍향과 풍속 및 온도 정보를 포함하는 현장 기상 정보를 수신하는 제3 단계,
    상기 데이터 저장소에서 상기 제3 단계에서 수신된 해당 유해화학물질 저장소에 대응되는 현장의 풍향 및 풍속에 해당하는 유해화학물질의 분석 결과를 호출하여 3차원 공간데이터에 고도에 대응하여 다층적으로 가시화하여 표시출력하는 제4 단계를 포함하여 구성되고,
    상기 제4 단계에서 상기 제3 단계에서 수신된 현장 온도와 표준 온도를 비교하여 일정 레벨 이상 차이가 있는 경우, 현장 온도에 대응되는 기 설정된 유해화학물질별 확산계수를 적용하여 고도별 유해화학물질의 분석 결과를 생성한 후 이를 3차원 공간데이터에 가시화하여 표시출력함과 더불어, 분석 결과에 대응되는 시계열 데이터를 데이터 저장소에 저장하되, 해당 풍향 및 풍속 조건에 대해 온도를 구분자로 하는 시계열 데이터로 추가 저장하도록 구성되며,
    이후 상기 제4 단계는 상기 제3 단계에서 수신된 현장 온도와 표준 온도를 비교하여 일정 레벨 이상 차이가 있는 경우, 데이터 저장소에서 현장의 풍향과 풍속 및 온도에 대응되는 시계열 데이터를 호출하여 3차원 공간데이터에 가시화하여 표시출력하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 유해화학물질의 다층적 확산분석정보 제공방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 단계에서 유해화학물질 저장소별 서로 다른 풍향 및 풍속 조건에 대해 다단계의 온도별 유해화학물질 분석 결과정보를 각각 생성하여 데이터 저장소에 저장하도록 구성되고,
    상기 제4 단계는 데이터 저장소에서 상기 제3 단계에서 수신된 현장의 풍향과 풍속 및 온도에 대응되는 시계열 데이터를 호출하여 3차원 공간데이터에 가시화하여 표시출력하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 유해화학물질의 다층적 확산분석정보 제공방법.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 단계는 3차원 공간데이터에서 유해화학물질 저장소를 기준으로 기 설정된 반경 이내에 존재하는 최고 건물 높이를 획득하고, 각 유해화학물질 저장소에 대응하여 최고 건물 높이를 기준으로 최대 고도층을 설정하며, 유해화학물질 저장소별 설정된 최대 고도층까지 유해화학물질 분석 결과를 생성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 유해화학물질의 다층적 확산분석정보 제공방법.
  6. 제1항, 제3항, 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제4 단계는 사용자에 의해 선택된 적어도 하나 이상의 고도층에 대응되는 유해화학물질 분석 결과를 동시에 표시출력하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 유해화학물질의 다층적 확산분석정보 제공방법.
  7. 제1항, 제3항 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제4 단계는 해당 유해화학물질 저장소에 대응되는 유해화학물질의 분석 결과에서 지표층과 각 고도층간의 유해 화학물질 이동 반경 및 오염 농도를 포함하는 유해화학물질 분석 결과를 비교하여 지표층과 유해화학물질 분석 결과의 차이가 가장 큰 고도층을 비교층으로 설정하여 3차원 공간데이터에 지표층과 비교층에 대한 시계열 데이터를 다층적으로 가시화하여 표시출력하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 유해화학물질의 다층적 확산분석정보 제공방법.
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