KR102147432B1 - 비탄성 라이다를 이용한 이산화탄소 플럭스 공간분포 측정 방법 및 측정 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 비탄성 라이다를 이용하여 대기 중 이산화탄소 농도를 고도별로 측정하는 단계; 고도별로 특정된 이산화탄소 농도를 이용하여 지표면 이산화탄소 농도를 추정하는 방법; 및 추정된 이산화탄소를 통하여 이산화 탄소 플럭스를 산출하는 방법을 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 비탄성 라이다를 이용한 이산화탄소 플럭스 공간분포 측정 방법 및 측정 시스템에 관한 것이다.
온실기체 중 하나인 이산화탄소는 국제사회에서 배출량을 파악하고, 규제를 통하여 감축하는 방향으로 나아가고 있다. 특히 이산화탄소를 지중에 저장하는 Carbon Capture & Storage (CCS) 기술에 대한 관심 및 수요가 증가하고 있다. 우리나라에서도 국제사회에 비해 최근에서야 CCS 기술을 확보하고 CCS를 관리하는 기술이 시작되었다. CCS에서 지상으로 누출되는 이산화탄소 플럭스를 측정하는 기술은 현재 지점 측정 장비를 통하여 한 지점에서의 누출되는 이산화탄소 플럭스를 측정하는 기술만 있으며 이는 넓은 CCS 전체를 관리하기에는 어려움이 있다.
넓은 범위의 이산화탄소를 측정하는 기술로는 고압선을 이용한 이산화탄소 측정시스템 및 측정방법 (출원번호 10-2012-0025330)이 있다. 고압선을 이용한 이산화탄소는 측정 기술의 경우는 넓은 범위의 이산화탄소를 측정할 수 있지만 고압선이 위치한 곳에서만 측정 가능한 한계가 있으며 이산화탄소 플럭스의 공간분포는 파악 할 수 없다.
본 발명은 대기 중 이산화탄소 플럭스를 측정하는 기술에 관한 것으로, 비탄성 라이다를 이용한 이산화탄소 플럭스 공간분포를 측정하는 기술에 관한 것이다.
본 발명에서는 비탄성 라이다를 이용하여 원거리에서 지표 이산화탄소 플럭스를 산출하고 공간분포를 파악할 수 있다.
본 발명은 비탄성 라이다를 이용하여 장소에 제약 없이 이산화탄소 플럭스의 공간분포를 측정할 수 있다.
기존의 이산화탄소 지점 측정 기술은 한 지점에서의 이산화탄소 플럭스를 측정할 수 있다. 넓은 지역의 이산화탄소 플럭스를 측정하기 위해서는 다수의 측정 장비를 이용하거나 측정 지역을 이동하면서 측정해야 한다. 또한 이산화탄소 플럭스 측정이 필요한 지역이 이동이 힘든 장소이면 측정하기에 많은 어려움이 발생한다. 하지만 본 발명은 비탄성 라이다를 이용하여 원거리에서 이산화탄소 플럭스를 산출할 수 있다. 본 발명 기술은 기존의 기술과 다르게 하나의 장비로 원격측정을 통하여 넓은 범위의 이산화탄소 플럭스를 산출할 수 있으며 이를 통하여 측정을 원하는 장소에 가지 않고 원거리에서 광경로 상에 위치한 이산화탄소 플럭스를 거리별로 산출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 비탄성 라이다를 이용한 이산화탄소 플럭스 공간분포 측정 방법의 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 비탄성 라이다의 구조이다.
도 3은 본 발명의 비탄성 라이다를 이용한 이산화탄소 플럭스 공간분포 측정 시스템이다.
도 4는 회귀식을 통한 지표 이산화탄소 농도 추정의 예시이다.
도 5는 회귀식을 통한 지표 이산화탄소 농도 추정의 또 다른 예시이다.
도 2는 본 발명의 비탄성 라이다의 구조이다.
도 3은 본 발명의 비탄성 라이다를 이용한 이산화탄소 플럭스 공간분포 측정 시스템이다.
도 4는 회귀식을 통한 지표 이산화탄소 농도 추정의 예시이다.
도 5는 회귀식을 통한 지표 이산화탄소 농도 추정의 또 다른 예시이다.
이하, 본 문서의 다양한 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 실시예 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시예의 다양한 변경, 균등물, 및/또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 비탄성 라이다를 이용한 이산화탄소 플럭스 공간분포 측정 방법의 흐름도이다. 도 2는 본 발명의 비탄성 라이다의 구조이다. 도 3은 본 발명의 비탄성 라이다를 이용한 이산화탄소 플럭스 공간분포 측정 시스템이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 이산화탄소 플럭스 측정 방법은, 비탄성 라이다를 이용하여 수평 방향의 이산화탄소 농도 분포를 측정하는 단계; 상기 비탄성 라이다를 지면에서 수직 방향으로 이동하면서 고도별 이산화탄소 농도를 측정하는 단계; 선형회귀를 통해 지표면의 이산화탄소 농도를 추정하는 단계; 및 상기 추정된 이산화탄소 농도를 통하여 이산화탄소 플럭스를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
먼저, 비탄성 라이다를 이용하여 수평 방향의 이산화탄소 농도 분포를 측정하는 단계에서는, 이산화탄소 누출이 발생한다고 판단되는 위치로부터 원거리에 위치한 비탄성 라이다를 이용하여 수평 방향의 이산화탄소 농도 분포를 측정할 수 있다.
구체적으로, 도 2를 참고하면, 비탄성 라이다는 다양한 렌즈(L1, L2, L3, L4), deformable mirror(D.M1,D.M2), 필터(F1, F2, F3, F4), 및 광전 증폭관 (Photo Multiplier Tube: PMT1, PMT2, PMT3)을 포함할 수 있다.
먼저 355 nm 파장의 레이저를 이산화탄소 농도를 측정하고자 하는 방향으로 송신할 수 있다. 다음으로, 송신된 레이저는 expander를 통과하여 확장되어 망원경 중심에서부터 앞으로 나아간다. 망원경을 통하여 들어온 빛을 수신단으로 보낸다. 수신단으로 들어온 빛을 L1 렌즈를 통과하여 평행하게 진행하도록 만들어 D.M1으로 보낸다. D.M1에서 360nm 이상의 파장의 빛은 반사시키고 (입사각 45°) 360nm 미만의 파장의 빛은 투과시킨다. D.M1에서 투과된 360nm 미만의 파장의 빛은 F4 355nm 파장의 빛만 투과할 수 있는 필터를 거친 후 L4 렌즈를 통과하여 빛을 모아 PMT3에서 355nm 파장의 빛을 측정한다. D.M1에서 반사된 360nm 이상의 파장의 빛은 F1 (Notch filter, 355nm)을 통과하면서 355nm 의 파장의 빛을 제거된다. F1 필터를 통과한 빛은 D.M2에서 380nm 이하의 빛은 반사시키고 (입사각 45°) 380nm 초과의 파장의 빛은 투과시킨다. D.M2에서 반사된 380nm 이하의 빛은 F2 필터를 통과하면서 CO2 비탄성 파장인 372nm 의 파장의 빛만 통과한다. F2 필터를 통과한 빛은 L2 렌즈를 통과하여 빛을 모아 PMT1에서 372nm 파장의 빛을 측정한다. D.M2에서 투과된 380nm 초과된 빛은 F3 필터를 통과하면서 N2 비탄성 파장인 387nm 의 파장의 빛만 통과한다. F3 필터를 통과한 빛은 L3 렌즈를 통과하여 빛을 모아 PMT2에서 387nm 의 파장의 빛을 측정한다. 상기 과정을 통해 비탄성 라이다로 측정된 비탄성 신호를 통하여 이산화탄소 농도를 산출할 수 있다.
다음으로, 도 3을 참고하면, 비탄성 라이다를 지면에서 수직 방향으로 이동하면서 n개의 높이에서의 고도별 이산화탄소 농도를 측정할 수 있다. 예를 들면, 지면으로부터 10, 30, 50, 70 및 90 cm의 높이에서 이산화탄소 농도를 측정할 수 있다.
다음으로, 선형회귀를 통해 지표면의 이산화탄소 농도를 추정할 수 있다. 도 4 및 도 5를 참고하면, 고도별 이산화탄소 농도를 이용하여 회귀식을 통해 지표면의 이산화탄소 농도를 추정할 수 있다.
다음으로, 지점 측정 장비를 이용하여, 지표 풍속, 지표 온도, 지표 기압 및 지표 습도를 측정할 수 있다.
이후, 상기 추정된 이산화탄소 농도 및 상기 측정된 지표 풍속, 지표 온도, 지표 기압 및 지표 습도를 하기 수학식 1에 대입하여 이산화탄소 플럭스를 산출할 수 있다.
[수학식 1]
본 발명의 측정방법 및 측정 시스템을 통해 원거리에서 이산화탄소 플럭스를 산출할 수 있다. 본 발명 기술은 기존의 기술과 다르게 하나의 장비로 원격측정을 통하여 넓은 범위의 이산화탄소 플럭스를 산출할 수 있으며 이를 통하여 측정을 원하는 장소에 가지 않고 원거리에서 광경로 상에 위치한 이산화탄소 플럭스를 거리별로 산출할 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (3)
- 한 종류의 파장을 송신하고 CO2 비탄성 파장 및 N2 비탄성 파장을 측정하는 비탄성 라이다를 이용하여 수평 방향의 이산화탄소 농도 분포를 측정하는 단계;
상기 비탄성 라이다를 지면에서 수직 방향으로 이동하면서 고도별 이산화탄소 농도를 측정하는 단계;
선형회귀를 통해 지표면의 이산화탄소 농도를 추정하는 단계; 및
상기 추정된 이산화탄소 농도를 통하여 이산화탄소 플럭스를 산출하는 단계를 포함하는 이산화탄소 플럭스 측정 방법. - 제1항에 있어서,
상기 이산화탄소 플럭스를 산출하는 단계에서는,
지표 풍속, 지표 온도, 지표 기압 및 지표 습도를 측정하는 단계를 더 포함하고,
상기 추정된 이산화탄소 농도 및 상기 측정된 자료를 하기 수학식 1에 대입하여 이산화탄소 플럭스를 산출하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 플럭스 측정 방법.
[수학식 1]
- 지면에서 수직 방향으로 이동 가능하고, 한 종류의 파장을 송신하고 CO2 비탄성 파장 및 N2 비탄성 파장을 측정하는 비탄성 라이다를 포함하는 이산화탄소 플럭스 측정 시스템.
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