KR102233671B1 - Real-time monitoring apparatus and method for water level, velocity and structure safety of river - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 하천 유속, 수위 및 안전도 실시간 모니터링 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 교각과 같은 구조물에 설치하여 실시간으로 하천의 수위와 유속을 측정하고 구조물의 안정성을 모니터링할 수 있는 하천 유속, 수위 및 안전도 실시간 모니터링 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for real-time monitoring of river flow rate, water level and safety level, and more particularly, a river that can be installed on a structure such as a pier to measure the water level and flow rate of the river in real time and monitor the stability of the structure. It relates to an apparatus and method for real-time monitoring of flow rate, water level and safety.
기후 변화 및 온난화 영향으로 인한 매년 악기상이 증가하는 추세에 있다.There is a trend of increasing severe weather every year due to the effects of climate change and warming.
특히, 극단적인 태풍 및 집중호우 등으로 인한 수재해 발생률 및 피해가 증가하고 있으며, 매년 기록적으로 긴 장마와 폭우를 기록하면서 많은 하천변 침수 피해 및 인명피해가 발생하고 있다. In particular, the incidence and damage of water disasters due to extreme typhoons and torrential rains are increasing, and a record long rainy season and heavy rain are recorded every year, causing many riverside inundation and personal damage.
또한, 악기상 시 수위 및 유속 증가에 따른 교각 등의 하천 구조물 파손/붕괴에 의한 피해가 빈번히 발생하고 있다.In addition, damage due to damage/collapse of river structures such as piers due to an increase in water level and flow velocity during severe injuries occurs frequently.
그러나, 급격한 기후변화에 의한 강수 및 피해 예측의 정확도가 낮아지고 있고, 낙후된 지방 환경에서는 긴밀한 재해에 대한 대응 수단이 부재 상태에 있다.However, the accuracy of prediction of precipitation and damage caused by rapid climate change is lowering, and in an underdeveloped local environment, measures to respond to close disasters are absent.
또한, 하천 교각이나 전신주와 같은 구조물에 설치되는 구조물의 파손 또는 붕괴 여부를 모니터링할 수 있는 기술도 부재 상태에 있다.In addition, there is no technology that can monitor the damage or collapse of structures installed in structures such as river piers and telephone poles.
전술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 호우 시 계곡 및 소하천의 급류, 범람 등이 발생하여 주변 마을과 사람들에게 피해를 줄 위험이 있는 지역의 구조물에 설치하여 하천의 위험수위 및 유속을 실시간 모니터링하면서 주변 마을, 지자체, 중앙 재난 관리부처 등에 정보를 제공하고 자체 경보함으로써 수재해 피해를 예방할 수 있는 하천 유속, 수위 및 안전도 실시간 모니터링 장치 및 방법을 제시하는 데 있다.In order to solve the above-described problems, the technical problem to be achieved by the present invention is to install in a structure in an area where there is a risk of damage to surrounding villages and people due to rapid currents, flooding, etc. of valleys and small rivers during heavy rain, and the dangerous water level of the river. And a real-time monitoring device and method of river flow rate, water level and safety level that can prevent flood damage by providing information to surrounding villages, local governments, central disaster management departments, and self-alarming while monitoring the flow rate in real time.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 하천 교각 및 전신주 등의 구조물에 설치하여 하천의 수위와 유속을 측정하는 동시에 구조물의 급류에 의한 파손 붕괴 등을 모니터링할 수 있는 하천 유속, 수위 및 안전도 실시간 모니터링 장치 및 방법을 제시하는 데 있다.In addition, the technical problem to be achieved by the present invention is a river flow rate, water level and safety level that can be installed on structures such as river piers and telephone poles to measure the water level and flow rate of the river while monitoring damage and collapse caused by rapid currents of the structure. It is to present a real-time monitoring device and method.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem of the present invention is not limited to those mentioned above, and other problems that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 실시 예에 따르면, 하천 유속, 수위 및 안전도 실시간 모니터링 장치는, 하천 주변의 구조물에 설치되어, 하천 수면으로 송신되어 반사되는 레이더 신호를 분석하여 도플러 신호가 관측되는 다수의 후보 거리들과 상기 후보 거리들 각각에서의 도플러 속도를 산출하는 레이더부; 상기 레이더부에서 송신되는 레이더 신호와 하천 수면이 이루는 각도(이하, '수면 각도'라 한다)를 센싱하는 자이로/가속도 센싱부; 및 상기 레이더부에서 산출되는 다수의 후보 거리들 및 도플러 속도들과 상기 자이로/가속도 센싱부에서 센싱되는 수면 각도를 이용하여 하천의 표면 유속 및 수위를 산출하는 메인 프로세서부;를 포함한다.As a means for solving the above-described technical problem, according to an embodiment of the present invention, a stream velocity, water level, and safety level real-time monitoring device is installed in a structure around a river to analyze a radar signal transmitted to the river surface and reflected. A radar unit that calculates a plurality of candidate distances at which the Doppler signal is observed and a Doppler velocity at each of the candidate distances; A gyro/acceleration sensing unit that senses an angle between the radar signal transmitted from the radar unit and the water surface of the river (hereinafter, referred to as “water surface angle”); And a main processor unit that calculates a surface flow velocity and a water level of a river using a plurality of candidate distances and Doppler velocities calculated by the radar unit and a water surface angle sensed by the gyro/acceleration sensing unit.
상기 메인 프로세서부는, 상기 레이더부와 하천 수면과의 유효 관측거리, 거리 해상도, 유효 도플러 속도 관측 범위 및 속도 해상도를 설정하여 레이더 반사강도 표현 영역을 정하고, 상기 반사되는 레이더 신호의 반사강도와 다수의 후보 거리들과 다수의 도플러 속도들을 상기 정해진 레이더 반사강도 표현 영역에 표현한 후, 상기 레이더 신호의 반사강도를 분석하여 상기 하천의 표면 유속을 산출하기 위한 거리(이하, '유속 산출 거리'라 한다)를 하나 이상 판단한다.The main processor unit sets an effective observation distance between the radar unit and a river surface, a distance resolution, an effective Doppler velocity observation range, and a velocity resolution to determine a radar reflection intensity expression region, and a reflection intensity of the reflected radar signal and a plurality of After expressing candidate distances and a plurality of Doppler velocities in the predetermined radar reflection intensity expression region, a distance for calculating the surface flow velocity of the river by analyzing the reflection intensity of the radar signal (hereinafter referred to as'flow velocity calculation distance') Judge more than one.
상기 메인 프로세서부는, 상기 하나 이상의 유속 산출 거리(r)에 대한 레이더 반사 신호로부터 계산되는 하천 표면의 도플러 속도() 와, 상기 자이로/가속도 센싱부 중 자이로 센서로부터 측정되는 수면 각도(θ)를 이용하여 하천의 표면 유속을 상기 유속 산출 거리 별로 산출한다.The main processor unit, the Doppler velocity of the river surface calculated from the radar reflection signal for the at least one flow velocity calculation distance (r) ( ) And, the surface flow velocity of the river is calculated for each flow velocity calculation distance using the water surface angle (θ) measured by the gyro sensor among the gyro/acceleration sensing units.
상기 장치는 하천의 상류 및 하류 중 하나를 정면으로 바라보도록 Roll 각도와 Yaw 각도는 0도가 되도록 설치하되 수면을 바라보는 Pitch 각도는 상기 수면 각도가 되도록 설치된다.The device is installed so that the roll angle and the yaw angle are 0 degrees so as to face one of the upstream and the downstream of the river, but the pitch angle facing the water surface is the water surface angle.
상기 메인 프로세서부는, 상기 유속 산출 거리가 다수 판단되면, 다수의 유속 산출 거리들 중 지속적으로 표면 유속이 관측되는 최단 거리 및 도플러 속도가 가장 큰 레이더 반사강도를 가지는 거리 중 어느 하나를 이용하여 상기 하천의 수위를 산출한다.When a plurality of the flow velocity calculation distances are determined, the main processor unit uses one of the shortest distance at which the surface flow velocity is continuously observed among the plurality of flow velocity calculation distances, and a distance having the highest radar reflection intensity of the Doppler velocity. Calculate the water level of
상기 메인 프로세서부는, 상기 자이로/가속도 센싱부 중 자이로 센서에 의해 센싱되는 x, y, z축에 대한 각도값의 변위와, 가속도 센서에 의해 센싱되는 가속도의 변화폭을 이용하여 상기 장치의 안정성을 모니터링하고, 상기 메인 프로세서부에서 산출되는 하천의 평균 유속 및 수위에 대한 정보와 안정성 모니터링 결과를 하천 관리 서버로 전송하는 통신부;를 더 포함한다.The main processor unit monitors the stability of the device using the displacement of the angular values with respect to the x, y, and z axes sensed by the gyro sensor among the gyro/acceleration sensing units and the variation width of the acceleration sensed by the acceleration sensor. And a communication unit for transmitting information on the average flow velocity and water level of the river calculated by the main processor unit and a stability monitoring result to the river management server.
한편, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 하천 수위와 유속 및 안전도 실시간 모니터링 방법은, (A) 장치가, 하천 주변의 구조물에 설치되어, 하천 수면으로 송신되어 반사되는 레이더 신호를 분석하여 도플러 신호가 관측되는 다수의 후보 거리들과 상기 후보 거리들 각각에서의 도플러 속도를 산출하는 단계; (B) 상기 장치가, 상기 송신되는 레이더 신호와 하천 수면이 이루는 각도(이하, '수면 각도'라 한다)를 센싱하는 단계; (C) 상기 장치가, 상기 (A) 단계에서 산출되는 다수의 후보 거리들 및 도플러 속도들과 상기 (B) 단계에서 센싱되는 수면 각도를 이용하여 하천의 표면 유속을 산출하는 단계; 및 (D) 상기 (C) 단계에서 하천의 표면 유속이 산출된 거리를 참조하여 하천의 수위를 산출하는 단계;를 포함한다.On the other hand, according to another embodiment of the present invention, the method for real-time monitoring of river water level, flow velocity, and safety is achieved by analyzing the radar signal reflected by the (A) device installed on the structure around the river and transmitted to the river surface. Calculating a plurality of candidate distances at which a signal is observed and a Doppler velocity at each of the candidate distances; (B) sensing, by the device, an angle between the transmitted radar signal and the water surface of the river (hereinafter, referred to as a "sleep angle"); (C) calculating, by the device, a surface flow velocity of a stream using a plurality of candidate distances and Doppler velocities calculated in step (A) and a water surface angle sensed in step (B); And (D) calculating the water level of the river by referring to the distance at which the surface flow velocity of the river is calculated in step (C).
상기 (A) 단계 이전에, (E) 상기 레이더 신호를 송신하는 레이더와 하천 수면과의 유효 관측거리, 거리 해상도, 유효 도플러 속도 관측 범위 및 속도 해상도를 설정하여 레이더 반사강도 표현 영역을 정하는 단계;를 더 포함하고, 상기 (C) 단계는, (C1) 상기 (A) 단계에서 반사되는 레이더 신호의 반사강도와 다수의 후보 거리들과 다수의 도플러 속도들을 상기 (E) 단계에서 정해진 레이더 반사강도 표현 영역에 표현하는 단계; (C2) 상기 (C1) 단계에서 표현된 레이더 신호의 반사강도를 분석하여 상기 하천의 표면 유속을 산출하기 위한 거리(이하, '유속 산출 거리'라 한다)를 하나 이상 판단하는 단계; 및 (C3) 상기 하나 이상의 유속 산출 거리(r)에 대한 레이더 반사 신호로부터 계산되는 하천 표면의 도플러 속도() 와, 상기 수면 각도(θ)를 이용하여 하천의 표면 유속을 상기 유속 산출 거리 별로 산출하는 단계;를 포함한다.Prior to the step (A), (E) determining a radar reflection intensity expression region by setting an effective observation distance, a distance resolution, an effective Doppler velocity observation range, and a velocity resolution between the radar transmitting the radar signal and the surface of the river; In the step (C), (C1) the reflection intensity of the radar signal reflected in the (A) step, a plurality of candidate distances, and a plurality of Doppler speeds are determined in the (E) step. Expressing in the expression area; (C2) analyzing the reflection intensity of the radar signal expressed in step (C1) to determine one or more distances (hereinafter referred to as'flow velocity calculation distance') for calculating the surface flow velocity of the river; And (C3) the Doppler velocity of the river surface calculated from the radar reflection signal for the at least one flow velocity calculation distance r ) And, calculating a surface flow velocity of a river for each flow velocity calculation distance using the water surface angle (θ).
상기 (D) 단계는, 상기 (C2) 단계에서 유속 산출 거리가 다수 판단되면, 다수의 유속 산출 거리들 중 지속적으로 표면 유속이 관측되는 최단 거리 및 도플러 속도가 가장 큰 레이더 반사강도를 가지는 거리 중 어느 하나를 이용하여 상기 하천의 수위를 산출한다.In the step (D), if a plurality of flow velocity calculation distances are determined in the step (C2), among the plurality of flow velocity calculation distances, the shortest distance at which the surface flow velocity is continuously observed and the distance with the radar reflection intensity having the largest Doppler velocity. Using any one, the water level of the river is calculated.
(F) 상기 장치가, 자이로 센서에 의해 센싱되는 x, y, z축에 대한 각도값의 변위와, 가속도 센서에 의해 센싱되는 가속도의 변화폭을 이용하여 상기 장치의 안정성을 모니터링하는 단계; 및 (G) 상기 장치가, 상기 산출되는 하천의 평균 유속, 하천의 수위 및 안정성 모니터링 결과를 하천 관리 서버로 전송하는 단계;를 더 포함한다.(F) monitoring, by the device, the stability of the device using the displacement of the angle values with respect to the x, y, and z axes sensed by the gyro sensor and the variation width of the acceleration sensed by the acceleration sensor; And (G) transmitting, by the device, the calculated average flow rate of the river, the water level of the river, and the stability monitoring result to the river management server.
본 발명에 따르면, 호우 시 계곡 및 소하천의 급류, 범람 등이 발생하여 주변 마을과 사람들에게 피해를 줄 위험이 있는 지역의 구조물에 설치함으로써 하천의 위험수위 및 유속을 실시간 모니터링하고, 주변 마을, 지자체, 중앙 재난 관리부처 등에 정보를 제공하고 자체 경보함으로써 수재해 피해를 예방할 수 있다.According to the present invention, the dangerous water level and flow rate of the river are monitored in real time by installing it in a structure in an area where there is a risk of damage to the surrounding villages and people due to rapid currents and flooding of valleys and small rivers during heavy rain, and the surrounding villages and local governments In addition, it is possible to prevent flood damage by providing information to the central disaster management department and alarming themselves.
또한, 본 발명에 따르면 장치를 하천 교각 및 전신주 등의 구조물에 설치하여 하천의 수위와 유속을 측정하는 동시에 구조물의 안정성(급류에 의한 파손 붕과 등)을 모니터링하여 구조물에 의한 피해를 예방하거나 구조물 파손 시 신속히 대응하도록 할 수 있다.In addition, according to the present invention, the device is installed on structures such as river piers and telephone poles to measure the water level and flow rate of the river, while monitoring the stability of the structure (such as damage caused by rapid currents, etc.) to prevent damage to the structure or In case of damage, it can be responded quickly.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 하천 유속, 수위 및 안전도 실시간 모니터링 장치가 설치된 예를 보여주는 도면,
도 2는 하천 유속, 수위 및 안전도 실시간 모니터링 장치의 하천 설치 시 수직 측면을 보여주는 도면,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 하천 유속, 수위 및 안전도 실시간 모니터링 장치를 도시한 블록도,
도 4는 레이더 반사강도 표현 영역을 설명하기 위한 도면,
도 5는 하천의 유속을 실제로 관측 실험하는 일 예와, 관측 실험의 결과값을 이용하여 유효 관측거리에 따른 실제 하천 유속 표현 범위를 레이더 반사강도 2D 분포도로 표현한 예시도,
도 6은 하천의 유속을 실제로 관측 실험하는 다른 예와, 관측 실험의 결과값을 이용하여 유효 관측거리에 따른 실제 하천 유속 표현 범위를 레이더 반사강도 2D 분포도로 표현한 예시도,
도 7은 유효 관측거리에 대한 하천의 위험 수위를 설명하기 위한 도면,
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 하천 수위와 유속 및 안전도 실시간 모니터링 방법을 개략적으로 도시한 흐름도,
도 9는 도 8의 S850단계를 자세히 도시한 흐름도, 그리고,
도 10은 도 8의 S890단계를 자세히 도시한 흐름도이다.1 is a view showing an example in which a real-time monitoring device for a river flow rate, water level and safety level according to an embodiment of the present invention is installed;
2 is a view showing a vertical side of a river flow rate, water level and safety level real-time monitoring device when installing a river;
3 is a block diagram showing a real-time monitoring device for river flow rate, water level, and safety level according to an embodiment of the present invention;
4 is a diagram for explaining a radar reflection intensity expression area;
FIG. 5 is an example of actually observing the flow rate of a river, and an example of expressing a range of expressing the actual river flow rate according to the effective observation distance using a result of the observation experiment as a 2D distribution diagram of the radar reflection intensity.
6 is another example of actually observing the flow rate of a river, and an exemplary view in which the range of the actual river flow rate according to the effective observation distance is expressed as a 2D distribution diagram of the radar reflection intensity using the result of the observation experiment.
7 is a diagram for explaining a dangerous water level in a river with respect to an effective observation distance;
8 is a flowchart schematically showing a method for real-time monitoring of river water level, flow rate, and safety level according to an embodiment of the present invention;
9 is a flow chart showing in detail step S850 of FIG. 8, and,
10 is a detailed flowchart illustrating step S890 of FIG. 8.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시 예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.The above objects, other objects, features, and advantages of the present invention will be easily understood through the following preferred embodiments related to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed contents may be thorough and complete, and the spirit of the present invention may be sufficiently conveyed to those skilled in the art.
어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.In some cases, it is mentioned in advance that parts that are commonly known in describing the invention and are not largely related to the invention are not described in order to avoid confusion in the description of the invention for no apparent reason.
이하, 본 발명에서 실시하고자 하는 구체적인 기술내용에 대해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, specific technical content to be implemented in the present invention will be described in detail.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 하천 유속, 수위 및 안전도 실시간 모니터링 장치(100)가 설치된 예를 보여주는 도면이다.1 is a view showing an example in which a river flow rate, water level, and safety level real-
도 1을 참조하면, 하천 유속, 수위 및 안전도 실시간 모니터링 장치(100)는 하천의 교각에 하천의 상류 방향 또는 하류 방향을 향하도록 설치되어 레이더 신호를 송출할 수 있다.Referring to FIG. 1, a real-
도 2는 하천 유속, 수위 및 안전도 실시간 모니터링 장치(100)의 하천 설치 시 수직 측면을 보여주는 도면이다.2 is a view showing a vertical side of a river flow rate, water level, and
도 2를 참조하면, 하천 유속, 수위 및 안전도 실시간 모니터링 장치(100)는 하천의 상류 및 하류 중 하나를 정면으로 바라보도록 즉, Roll 축과 Yaw 축의 각도는 0도가 되도록 설치되며, 수면을 바라보는 Pitch 축의 각도(즉, 수면 각도, θ)는 0도 이상이 되도록 설치될 수 있다.2, the stream velocity, water level, and safety real-
r은 장치(100)와 하천 수면과의 거리로서 레이더 신호가 도달하는 수면까지의 거리이고, h는 장치(100)와 하천 수면과의 수직 거리이다. r is the distance between the
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 하천 유속, 수위 및 안전도 실시간 모니터링 장치(100)를 도시한 블록도이다.3 is a block diagram illustrating an
도 3을 참조하면, 하천 유속, 수위 및 안전도 실시간 모니터링 장치(100)는 레이더부(110), 자이로/가속도 센싱부(120), 전원부(130), 통신 인터페이스부(140), 메모리(150) 및 메인 프로세서(160)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, the
레이더부(110)는 하천 주변의 구조물 또는 교각에 설치되어, 하천 수면으로 레이더 신호를 송신하고 하천 수면으로부터 반사되는 레이더 신호를 수신 및 분석하여 도플러 신호가 관측되는 다수의 거리들(이하, '다수의 후보 거리들'이라 한다)과 후보 거리들 각각에서의 도플러 속도를 산출할 수 있다. 도플러 속도가 관측되는 거리와 도플러 속도를 산출하는 방식은 기존의 기술을 사용하므로 구체적인 설명은 생략가능하다.The
레이더부(110)는 예를 들어, 7GHz의 FMCW(Frequency-Modulated Continuous Wave) 밀리미터파 레이더 신호를 송신할 수 있다. The
자이로/가속도 센싱부(120)는 레이더부(110)에서 송신되는 레이더 신호와 하천 수면이 이루는 각도(이하, '수면 각도'라 한다)를 센싱할 수 있다. 즉, 자이로/가속도 센싱부(120)는 장치(100)가 설치된 방향(레이더부(110) 안테나의 수면으로부터의 각도)을 각도 신호로서 센싱하여 메인 프로세서(160)로 전달한다.The gyro/
레이더부(110)에서 관측된 도플러 신호와의 거리와 자이로 센서의 각도는 장치(100)와 하천의 수직 거리(즉, 수위)를 측정하는데 이용되고, 자이로/가속도 센싱부(120)에서 센싱되는 자이로 및 가속도 측정값은 장치(100)가 설치된 구조물(교각, 기둥 등)의 안정성을 모니터링하는데 이용될 수 있다.The distance to the Doppler signal observed by the
전원부(130)는 레이더부(110), 자이로/가속도 센싱부(120), 통신 인터페이스부(140), 메모리(150) 및 메인 프로세서(160)에게 전원을 공급한다.The
통신 인터페이스부(140)는 IoT(Internet of Things), LTE(Long Term Evolution)망, 5G망 등 통신 네트워크를 통해 실시간으로 관측 및 모니터링된 하천 유속 정보, 하천 수위 정보 또는 장치(100)의 안정성 모니터링 결과를 하천 관리 서버(미도시)로 전송할 수 있다.The
메모리(150)는 휘발성 메모리 및/또는 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 메모리(150)에는 예를 들어, 장치(100)가 제공하는 동작, 기능 등을 구현 및/또는 제공하기 위하여, 구성요소들(110~160)에 관계된 명령 또는 데이터, 하나 이상의 프로그램 및/또는 소프트웨어, 운영체제 등이 저장될 수 있다.The
메모리(150)에 저장되는 프로그램은 하천의 표면 유속 및 수위를 산출하고, 장치(100) 또는 구조물의 안정성을 모니터링하기 위한 하천 관리 프로그램과, 하천의 표면 유속과 수위의 위험성을 판단하기 위해 설정되는 위험 유속과 위험 수위, 구조물 안전성을 판단하기 위한 제1임계값과 제2임계값을 포함할 수 있다.The program stored in the
메인 프로세서(160)는 메모리(150)에 저장된 하나 이상의 프로그램을 실행하여 장치(100)의 전반적인 동작을 제어한다.The
예를 들어, 메인 프로세서(160)는 메모리(150)에 저장된 하천 관리 프로그램을 실행하여 레이더부(110)에서 산출되는 다수의 후보 거리들 및 도플러 속도들과 자이로/가속도 센싱부(120)에서 센싱되는 수면 각도를 이용하여 하천의 표면 유속 및 수위를 산출하고, 장치(100) 또는 구조물의 안정성을 모니터링할 수 있다.For example, the
자세히 설명하면, 메인 프로세서(160)는 장치 초기화를 통해 레이더부(110)와 하천 수면과의 유효 관측거리, 거리 해상도, 유효 도플러 속도 관측 범위, 그리고, 속도 해상도를 설정하여 레이더 반사강도 표현 영역을 정할 수 있다. 유효 관측거리, 거리 해상도, 유효 도플러 속도 관측 범위, 그리고, 속도 해상도는 관리자에 의해 수동으로 입력받거나 하천 관리 프로그램에 설정된 초기값에 의해 설정될 수 있다.In detail, the
그리고, 메인 프로세서(160)는 하천 수면으로 레이더 신호를 송신한 후 반사되는 레이더 신호의 반사강도와 다수의 후보 거리들과 다수의 도플러 속도들을 레이더 반사강도 표현 영역에 표현하여 레이더 반사강도 2D 분포도를 생성한 후, 레이더 신호의 반사강도를 분석하여 하천의 표면 유속을 산출하기 위한 거리(이하, '유속 산출 거리'라 한다)를 하나 이상 판단할 수 있다. 레이더 반사강도는 거리와 속도 영역에서 강도에 따라 상이한 색으로 표현될 수 있다. In addition, the
메인 프로세서(160)는 레이더 반사강도 2D 분포도에서 레이더 반사강도가 간헐적으로 표시되는 거리까지는 잡음 영역인 것으로 판단하고, 지속적으로 레이더 반사강도가 표시되는 영역을 실제 레이더 반사강도가 분포하는 영역으로 판단하여 거리 해상도 단위에 기반하여 다수의 유속 산출 거리를 판단할 수 있다. The
그리고, 메인 프로세서(160)는 유속 산출 거리들(r1, r2, r3, …)에 대한 레이더 반사 신호로부터 계산되는 하천 표면의 도플러 속도() 와, 자이로/가속도 센싱부(120) 중 자이로 센서로부터 측정되는 수면 각도(θ)를 이용하여 하천의 표면 유속을 유속 산출 거리 별로 산출할 수 있다. 본 발명의 실시 예에서 레이더 안테나 정면 방향을 기준으로 모든 값들이 산출되므로, 수면 각도(θ)는 유속산출 거리와 무관하게 모두 동일한 θ, 즉, 초기화 과정에서 설정된 각도가 적용될 수 있다.And, the
메인 프로세서(160)는 [수학식 1]을 이용하여 하천의 표면 유속을 산출할 수 있다.The
[수학식 1]을 참조하면, Vr은 하천의 표면 유속, dr은 하천 표면의 도플러 속도, r은 장치(100, 또는 레이더부(110))와 하천 수면과의 거리로서 레이더 신호 도달 거리, θ는 수면 각도이다. Referring to [Equation 1], V r is the surface flow velocity of the river, d r is the Doppler velocity of the river surface, and r is the distance between the device (100, or radar unit 110) and the surface of the river, and the radar signal reach distance , θ is the sleeping angle.
한편, 거리에 따른 하천 표면에 대한 도플러 속도 및 레이더 반사 강도를 2D 분포도로 나타내면 도 3과 같다.Meanwhile, a 2D distribution diagram showing the Doppler velocity and radar reflection intensity on the surface of the river according to the distance is shown in FIG. 3.
도 4는 레이더 반사강도 표현 영역을 설명하기 위한 도면이다.4 is a diagram for describing a radar reflection intensity expression region.
도 4를 참조하면, 유효 관측거리는 장치(100)로부터 하천 수면까지 레이더를 이용하여 관측할 수 있는 유효 거리이고, 유효 도플러 속도는 + 방향 도플러 속도와 - 방향 도플러 속도의 범위를 갖는다. 레이더 반사강도는 dB로 표시된다.Referring to FIG. 4, the effective observation distance is an effective distance that can be observed using a radar from the
예를 들어, 장치(100)의 유효 관측거리 20meter, 거리 해상도 0.1 meter, 유효 도플러 속도 관측 범위 ±5meter/sec 및 속도 해상도 0.1meter/sec로 설정할 경우, 레이더 반사강도 표현영역은 유효 관측거리 0 ~ 20meter, 도플러 속도 관측 범위 -5 meter/sec ~ +5 meter/sec이며, 해상도는 200 x 100으로 결정된다. 해상도 200 x 100은 영상의 가로와 세로 픽셀수로서, 거리 해상도가 0.1meter이므로 유효 관측거리 20meter는 200개의 픽셀로 구분되고, 이와 마찬가지로 도플러 속도 관측 범위는 100개로 구분된다. For example, if the effective observation distance of the
도 5는 하천의 유속을 실제로 관측 실험하는 일 예와, 관측 실험의 결과값을 이용하여 유효 관측거리에 따른 실제 하천 유속 표현 범위를 레이더 반사강도 2D 분포도로 표현한 예시도이다.5 is an example of actually observing the flow velocity of a river, and an exemplary diagram in which a range of expression of an actual river flow velocity according to an effective observation distance is expressed as a 2D distribution diagram of a radar reflection intensity using a result of the observation experiment.
도 5를 참조하면, 장치(100)의 관측 주기는 1초(1fps)이고, 유효 관측거리 10meter, 유효 도플러 속도 범위를 ±3meter/sec로 설정한 후, 하천의 하류 방향 30도 각도로 유속을 관측한 결과를 보여준다. 유효 관측거리 상의 도플러 속도에 대한 반사강도(dB) 2D 분포도를 표현한 결과, 장치(100)는 하류 방향의 하천으로 레이더 신호를 송신하여 측정하였으며, 메인 프로세서(160)는 레이더의 도플러 속도에 대해 + 방향으로 큰 반사강도(dB) 값들이 집중 분포하는 것을 알 수 있다.5, the observation period of the
자세히 설명하면, 도 5에 도시된 반사강도의 분포에 대해, 메인 프로세서(160)는 장치(100)로부터 0~2meter까지는 간헐적으로 레이더 반사강도가 분포하므로 기본 환경(예를 들어, 케이스)에 의한 잡음으로 판단하고, 약 2m거리로부터 지속적으로 레이더 반사강도가 분포하므로 2meter부터 실제 레이더 반사강도인 것으로 판단하고, 2meter부터 0.1meter 단위로 유속 산출 거리를 판단할 수 있다. 따라서, 도 5의 경우, 유속 산출 거리는 2meter, 2.1meter, 2.2meter, …, 약 7meter일 수 있다.In detail, with respect to the distribution of the reflection intensity shown in FIG. 5, the
또한, 도 5의 경우, 메인 프로세서(160)는 RF-WAVE로부터 약 2m거리로부터 (+) 방향의 도플러 속도에 큰 값을 나타내며, 약 3meter 거리에서 가장 강한 반사신호가 관측되고, 최대 유속은 약 4meter 거리에서 다음과 같이, 로 관측된다.In addition, in the case of FIG. 5, the
한편, 메인 프로세서(160)는 1초(1fps)마다 상기와 같이 유속을 관측 및 산출하여 유속의 변화를 모니터링할 수 있다. 메인 프로세서(160)는 설정된 기준 시간동안 매 초마다 지속적으로 유속이 관측되는 다수의 유속 산출 거리들 중 최단 거리(rmin)를 이용하여 하천의 수위를 측정할 수 있다. Meanwhile, the
메인 프로세서(160)는 [수학식 2]를 이용하여 하천의 수위를 산출할 수 있다.The
[수학식 2]를 참조하면, h는 레이더로부터 수면까지의 수직 거리, 은 최단 유속 산출 거리, θ는 수면 각도이다.Referring to [Equation 2], h is the vertical distance from the radar to the water surface, Is the shortest flow velocity calculation distance, and θ is the water surface angle.
예를 들어, 메인 프로세서(160)는 도 5에서 관측된 다수의 유속 산출 거리들 중 2meter, 2.1meter, 2.5meter, 4meter에서 기준 시간동안 지속적으로 유속이 관측된 경우 최단 거리(rmin)인 2meter를 이용하여 하천의 수위를 산출할 수 있다. For example, the main processor 160 is 2 meters, which is the shortest distance (r min ), when the flow rate is continuously observed for a reference time at 2 meters, 2.1 meters, 2.5 meters, and 4 meters among the plurality of flow rate calculation distances observed in FIG. 5. The water level of the river can be calculated using.
도 6은 하천의 유속을 실제로 관측 실험하는 다른 예와, 관측 실험의 결과값을 이용하여 유효 관측거리에 따른 실제 하천 유속 표현 범위를 레이더 반사강도 2D 분포도로 표현한 예시도이다.6 is another example of actually observing the flow velocity of a river, and an exemplary diagram in which a range of expression of an actual river flow velocity according to an effective observation distance is expressed as a 2D distribution diagram of a radar reflection intensity using a result of the observation experiment.
도 6을 참조하면, 레이더 반사강도 2D 분포도는 유효 관측거리 20meter, 유효 도플러 속도 범위를 ±5meter/sec로 설정한 후, 교각 위에서 하천의 상류 방향 30도 각도로 유속을 관측한 결과를 보여준다. 6, the radar reflection intensity 2D distribution map shows the result of observing the flow velocity at an angle of 30 degrees in the upstream direction of the river on the pier after setting an effective observation distance of 20 meters and an effective Doppler velocity range to ±5 meters/sec.
레이더 반사강도 2D 분포도에 의하면, 유효 관측거리 8meter 거리에서부터 (-) 값의 도플러 속도가 약 1.6meter/sec로 관측되므로, 상류로부터 장치(100)가 설치된 방향으로 하천이 흐름을 알 수 있다. 이 결과로부터 메인 프로세서(160)는 도플러 속도가 큰 반사강도를 갖는 수면이 장치(100)로부터 약 8meter 거리(최소 거리)부터 관측되는 것으로 판단하고, [수학식 2]에 의해 장치(100)와 수면의 수직 거리는, h=8meter × sin30도 = 4meter로 산출할 수 있다.According to the radar reflection intensity 2D distribution map, since the Doppler velocity of a negative value is observed at about 1.6 meters/sec from the effective observation distance of 8 meters, it is possible to know the flow of the river from the upstream in the direction in which the
따라서, 유량이 증가하여 표면 유속과 수위가 증가할수록 수직거리 h는 짧아지며, 강한 레이더 반사신호는 2D 그래프상에서 () 도플러 속도의 큰 값에 표현된다.Therefore, as the flow rate increases and the surface flow rate and water level increase, the vertical distance h becomes shorter, and the strong radar reflection signal is ( ) Is expressed in large values of the Doppler velocity.
도 7은 유효 관측거리에 대한 하천의 위험 수위를 설명하기 위한 도면이다.7 is a diagram for explaining a dangerous water level in a river with respect to an effective observation distance.
도 7을 참조하면, 유효 관측거리가 짧을수록 수면 각도가 증가하여 수위가 높아지며, 수위가 높을수록 유속이 빨라지는 일반론을 적용한 것이다. 따라서, 하천의 위험 수위는 도 7과 같이 강한 반사신호의 위치에 의해 결정될 수 있다. Referring to FIG. 7, as the effective observation distance decreases, the water surface angle increases and the water level increases, and the general theory that the flow velocity increases as the water level increases. Accordingly, the dangerous water level of the river can be determined by the location of the strong reflected signal as shown in FIG. 7.
또한, 장치(100)를 구조물에 설치 시, 설치 위치와 하천의 하저까지의 수직 거리를 입력하면, 메인 프로세서(160)는 장치(100)의 수면까지의 수직 거리(h)를 이용하여 하천의 정확한 수위와 유속을 수시로 모니터링할 수 있다.In addition, when the
한편, 메인 프로세서(160)는 자이로/가속도 센싱부(120) 중 자이로 센서에 의해 센싱되는 x, y, z축에 대한 각도값의 변위와, 가속도 센서에 의해 센싱되는 가속도의 변화폭을 이용하여 장치(100) 또는 구조물의 안정성을 모니터링할 수 있다. Meanwhile, the
자세히 설명하면, 메인 프로세서(160)는 자이로 센서로부터 매 순간(1fps) 관측되는 x, y, z축에 대한 각각의 각도값의 변위를 추적함으로써 구조물에서 장치(100)의 위치 변화를 판단할 수 있다. 판단된 위치 변화가 제1임계값을 초과할 경우, 메인 프로세서(160)는 장치(100)의 파손, 뒤틀림이 발생하였다고 판단하거나 또는 발생할 것으로 예측할 수 있다. In detail, the
또한, 메인 프로세서(160)는 가속도 센서의 측정값을 추적하여 순간 가속도의 변화폭이 제2임계값을 초과할 경우 구조물 또는 장치(100)의 흔들림, 붕괴 등이 발생하였거나 발생가능한 것으로 예측할 수 있다.In addition, the
메인 프로세서(160)는 관측된 하천의 유속이 기설정된 위험 유속에 도달하거나, 표면 수위가 기설정된 위험 수위에 도달하거나, 장치(100) 또는 구조물에 이상 징후가 발생한 것으로 판단되면, 판단 결과, 즉, 모니터링 결과를 하천 관리 서버로 전송하도록 처리할 수 있다.The
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 하천 수위와 유속 및 안전도 실시간 모니터링 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다.8 is a flowchart schematically illustrating a method for real-time monitoring of a river water level, flow rate, and safety level according to an embodiment of the present invention.
도 8을 참조하여 설명할 하천 수위와 유속 및 안전도 실시간 모니터링 방법을 수행하는 장치는 도 1 내지 도 7을 참조하여 설명한 하천 수위와 유속 및 안전도 실시간 모니터링 장치(100)일 수 있다.An apparatus for performing a method for monitoring a river level, a flow rate, and a safety level in real time to be described with reference to FIG. 8 may be the
도 8을 참조하면, 장치(100)는 구조물에 설치된 후 관리자에 의해 초기화되고 레이더 반사강도 표현 영역을 설정할 수 있다(S810). Referring to FIG. 8, after the
S810단계에서 관리자는 하천 정보로서 현재 위치의 좌표, 평균 수위와 평균 유속, 위험 수위 등을 입력하고, 하천 관리 서버와의 연결을 설정한다. In step S810, the manager inputs the coordinates of the current location, the average water level, the average flow rate, and the dangerous water level as river information, and establishes a connection with the river management server.
또한, 관리자는 자이로/가속도 센싱부(120)를 초기화하고, 하천에 최적화된 레이더 파라미터를 설정한다. 레이더 파라미터는 관측 주기(예를 들어, 1fps(frame per second)), 레이더와 하천 수면과의 유효 관측거리, 거리 해상도, 유효 도플러 속도 관측 범위 및 속도 해상도를 포함하며, 장치(100)는 레이저 파라미터에 기초하여 레이더 반사강도 표현 영역을 설정할 수 있다.In addition, the manager initializes the gyro/
장치(100)는 하천 수면으로 레이더 신호를 송신하여 반사되는 레이더 신호를 수신한다(S820). The
장치(100)는 수신된 레이더 신호를 분석하여 도플러 신호가 관측되는 다수의 후보 거리들과 후보 거리들 각각에서의 도플러 속도를 산출한다(S830).The
장치(100)는 송신되는 레이더 신호와 하천 수면이 이루는 각도(이하, '수면 각도'라 한다)를 센싱한다(S840). The
장치(100)는 S830단계에서 관측 또는 산출되는 다수의 후보 거리들 및 도플러 속도들과 S840단계에서 센싱되는 수면 각도를 이용하여 하천의 표면 유속을 산출한다(S850). S850단계는 도 9를 참조하여 자세히 설명한다.The
장치(100)는 S850단계에서 표면 유속이 산출된 거리를 참조하여 하천의 수위를 산출한다(S860).The
장치(100)는 S860단계에서 산출된 하천의 수위가 위험 수위에 도달한 것으로 판단되면 경보 시스템을 작동하고 하천 관리 서버로 위험 수위에 도달하였음을 보고한다(S870, S880).When it is determined that the water level of the river calculated in step S860 has reached the dangerous water level, the
한편, S810단계 이후, 장치(100)는 자이로 센싱값 및 가속도 센싱값을 이용하여 구조물 또는 장치(100)의 안정성을 모니터링한다(S890).Meanwhile, after step S810, the
모니터링 결과 이상 징후가 있는 것으로 판단되면, 장치(100)는 경보 시스템을 작동하고(S900), 하천 관리 서버로 구조물 안정성 모니터링 결과를 보고한다(S880).If it is determined that there is an abnormal symptom as a result of the monitoring, the
도 9는 도 8의 S850단계를 자세히 도시한 흐름도이다.9 is a detailed flowchart illustrating step S850 of FIG. 8.
도 9를 참조하면, 장치(100)는 S830단계에서 반사되는 레이더 신호의 반사강도와 도플러 신호가 관측되는 다수의 후보 거리들과, 각 후보 거리에서의 도플러 속도를 산출하여 레이더 반사강도 표현 영역에 표현하여 레이더 반사강도 2D 분포도를 생성한다(S852).Referring to FIG. 9, the
장치(100)는 S852단계에서 표현된 레이더 신호의 반사강도를 분석하여 하천의 표면 유속을 산출하기 위한 거리(이하, '유속 산출 거리'라 한다)를 하나 이상 판단한다(S854).The
장치(100)는 S854단계에서 판단되는 유속 산출 거리에 대한 레이더 반사 신호로부터 계산되는 하천 표면의 도플러 속도() 와, 최단 거리에서 측정되는 수면 각도(θ)를 이용하여 하천의 표면 유속을 유속 산출 거리 별로 산출한다(S856).The
도 10은 도 8의 S890단계를 자세히 도시한 흐름도이다.10 is a detailed flowchart illustrating step S890 of FIG. 8.
도 10을 참조하면, 장치(100)는 자이로/가속도 센싱부(120)로부터 매초마다 관측되는 자이로 센싱값과 가속도 센싱값을 획득한다(S891).Referring to FIG. 10, the
장치(100)는 자이로 센싱값, 즉, x, y, z축에 대한 각각의 각도값을 칼만 필터링하여 노이즈를 제거한 후(S893), x, y, z축에 대한 각각의 각도값의 변위와 제1임계값을 비교하여 자이로 변위를 추적한다(S895).The
또한, 장치(100)는 가속도 센서의 측정값을 추적하여 가속도 편차를 산출하고(S897), 산출된 가속도 편차와 제2임계값을 비교한다(S898). In addition, the
장치(100)는 자이로 변위가 제1임계값을 초과하거나 가속도 편차가 제2임계값을 초과한 여부에 따라 구조물 또는 장치(100)의 안정성을 모니터링한다(S899).The
한편, 이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시 예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주하여야 할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.On the other hand, although it has been described and illustrated in connection with a preferred embodiment for exemplifying the technical idea of the present invention, the present invention is not limited to the configuration and operation as illustrated and described as described above, and deviates from the scope of the technical idea. It will be appreciated by those skilled in the art that a number of changes and modifications can be made to the present invention without limitation. Accordingly, all such appropriate changes and modifications and equivalents should be regarded as belonging to the scope of the present invention. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical idea of the attached registration claims.
100: 하천 유속, 수위 및 안전도 실시간 모니터링 장치
110: 레이더부
120: 자이로/가속도 센싱부
130: 전원부
140: 통신 인터페이스부
150: 메모리
160: 메인 프로세서100: Stream flow rate, water level and safety level real-time monitoring device
110: radar unit
120: gyro/acceleration sensing unit
130: power supply
140: communication interface unit
150: memory
160: main processor
Claims (10)
하천 주변의 구조물에 설치되어, 하천 수면으로 송신되어 반사되는 레이더 신호를 분석하여 도플러 신호가 관측되는 다수의 후보 거리들과 상기 후보 거리들 각각에서의 도플러 속도를 산출하는 레이더부;
상기 레이더부에서 송신되는 레이더 신호와 하천 수면이 이루는 각도(이하, '수면 각도'라 한다)를 센싱하는 자이로/가속도 센싱부; 및
상기 레이더부에서 산출되는 다수의 후보 거리들 및 도플러 속도들과 상기 자이로/가속도 센싱부에서 센싱되는 수면 각도를 이용하여 하천의 표면 유속 및 수위를 산출하는 메인 프로세서부;를 포함하고,
상기 메인 프로세서부는,
상기 레이더부와 하천 수면과의 유효 관측거리, 거리 해상도, 유효 도플러 속도 관측 범위 및 속도 해상도를 설정하여 레이더 반사강도 표현 영역을 정하고, 상기 반사되는 레이더 신호의 반사강도와 다수의 후보 거리들과 다수의 도플러 속도들을 상기 정해진 레이더 반사강도 표현 영역에 표현한 후, 상기 레이더 신호의 반사강도를 분석하여 상기 하천의 표면 유속을 산출하기 위한 거리(이하, '유속 산출 거리'라 한다)를 하나 이상 판단하는 하천 유속, 수위 및 안전도 실시간 모니터링 장치.In a real-time monitoring device for river flow rate, water level and safety,
A radar unit installed in a structure around a river, analyzing a radar signal transmitted to the surface of the river and reflected, and calculating a plurality of candidate distances at which a Doppler signal is observed and a Doppler velocity at each of the candidate distances;
A gyro/acceleration sensing unit that senses an angle between the radar signal transmitted from the radar unit and the water surface of the river (hereinafter, referred to as “water surface angle”); And
Including; a main processor unit that calculates a surface flow velocity and a water level of a river using a plurality of candidate distances and Doppler velocities calculated by the radar unit and a water surface angle sensed by the gyro/acceleration sensing unit,
The main processor unit,
By setting the effective observation distance, distance resolution, effective Doppler velocity observation range, and velocity resolution between the radar unit and the water surface, the radar reflection intensity expression area is determined, and the reflection intensity of the reflected radar signal and a plurality of candidate distances and a plurality of After expressing the Doppler velocities of the specified radar reflection intensity expression region, the reflection intensity of the radar signal is analyzed to determine one or more distances for calculating the surface flow velocity of the river (hereinafter referred to as'flow velocity calculation distance'). Stream flow rate, water level and safety level real-time monitoring device.
상기 메인 프로세서부는,
상기 하나 이상의 유속 산출 거리(r)에 대한 레이더 반사 신호로부터 계산되는 하천 표면의 도플러 속도() 와, 상기 자이로/가속도 센싱부 중 자이로 센서로부터 측정되는 수면 각도(θ)를 이용하여 하천의 표면 유속을 상기 유속 산출 거리 별로 산출하는 것을 특징으로 하는 하천 유속, 수위 및 안전도 실시간 모니터링 장치.The method of claim 1,
The main processor unit,
The Doppler velocity of the river surface calculated from the radar reflection signal for the one or more flow velocity calculation distances r ) And, using the water surface angle (θ) measured from the gyro sensor of the gyro/acceleration sensing unit, the surface flow velocity of the river is calculated for each flow velocity calculation distance.
상기 장치는 하천의 상류 및 하류 중 하나를 정면으로 바라보도록 Roll 각도와 Yaw 각도는 0도가 되도록 설치하되 수면을 바라보는 Pitch 각도는 상기 수면 각도가 되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 하천 유속, 수위 및 안전도 실시간 모니터링 장치.The method of claim 1,
The device is installed so that the roll angle and the yaw angle are 0 degrees so as to face one of the upstream and downstream of the river, but the pitch angle facing the water surface is the water surface angle. Even real-time monitoring device.
상기 메인 프로세서부는,
상기 유속 산출 거리가 다수 판단되면, 다수의 유속 산출 거리들 중 지속적으로 표면 유속이 관측되는 최단 거리 및 도플러 속도가 가장 큰 레이더 반사강도를 가지는 거리 중 어느 하나를 이용하여 상기 하천의 수위를 산출하는 것을 특징으로 하는 하천 유속, 수위 및 안전도 실시간 모니터링 장치. The method of claim 1,
The main processor unit,
When a plurality of the flow velocity calculation distances are determined, the water level of the river is calculated using one of the shortest distance at which the surface flow velocity is continuously observed among the plurality of flow velocity calculation distances, and the distance having the highest radar reflection intensity with the Doppler velocity. Stream flow rate, water level and safety level real-time monitoring device, characterized in that.
상기 메인 프로세서부는,
상기 자이로/가속도 센싱부 중 자이로 센서에 의해 센싱되는 x, y, z축에 대한 각도값의 변위와, 가속도 센서에 의해 센싱되는 가속도의 변화폭을 이용하여 상기 장치의 안정성을 모니터링하고,
상기 메인 프로세서부에서 산출되는 하천의 평균 유속 및 수위에 대한 정보와 안정성 모니터링 결과를 하천 관리 서버로 전송하는 통신부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하천 유속, 수위 및 안전도 실시간 모니터링 장치.The method of claim 1,
The main processor unit,
In the gyro/acceleration sensing unit, the stability of the device is monitored using the displacement of the angle values with respect to the x, y, and z axes sensed by the gyro sensor and the variation width of the acceleration sensed by the acceleration sensor,
A communication unit for transmitting information on the average flow rate and water level of the river calculated by the main processor unit and a stability monitoring result to a river management server;
(A) 장치가, 하천 주변의 구조물에 설치되어, 하천 수면으로 송신되어 반사되는 레이더 신호를 분석하여 도플러 신호가 관측되는 다수의 후보 거리들과 상기 후보 거리들 각각에서의 도플러 속도를 산출하는 단계;
(B) 상기 장치가, 상기 송신되는 레이더 신호와 하천 수면이 이루는 각도(이하, '수면 각도'라 한다)를 센싱하는 단계;
(C) 상기 장치가, 상기 (A) 단계에서 산출되는 다수의 후보 거리들 및 도플러 속도들과 상기 (B) 단계에서 센싱되는 수면 각도를 이용하여 하천의 표면 유속을 산출하는 단계; 및
(D) 상기 (C) 단계에서 하천의 표면 유속이 산출된 거리를 참조하여 하천의 수위를 산출하는 단계;를 포함하고,
상기 (A) 단계 이전에,
(E) 상기 레이더 신호를 송신하는 레이더와 하천 수면과의 유효 관측거리, 거리 해상도, 유효 도플러 속도 관측 범위 및 속도 해상도를 설정하여 레이더 반사강도 표현 영역을 정하는 단계;를 더 포함하고,
상기 (C) 단계는,
(C1) 상기 (A) 단계에서 반사되는 레이더 신호의 반사강도와 다수의 후보 거리들과 다수의 도플러 속도들을 상기 (E) 단계에서 정해진 레이더 반사강도 표현 영역에 표현하는 단계;
(C2) 상기 (C1) 단계에서 표현된 레이더 신호의 반사강도를 분석하여 상기 하천의 표면 유속을 산출하기 위한 거리(이하, '유속 산출 거리'라 한다)를 하나 이상 판단하는 단계; 및
(C3) 상기 하나 이상의 유속 산출 거리(r)에 대한 레이더 반사 신호로부터 계산되는 하천 표면의 도플러 속도() 와, 상기 수면 각도(θ)를 이용하여 하천의 표면 유속을 상기 유속 산출 거리 별로 산출하는 단계;를 포함하는 하천 수위와 유속 및 안전도 실시간 모니터링 방법.In the method of real-time monitoring of river water level, flow rate, and safety,
(A) A device is installed in a structure around a river, and the radar signal transmitted to the surface of the river and reflected is analyzed to calculate a number of candidate distances at which the Doppler signal is observed and the Doppler velocity at each of the candidate distances. ;
(B) sensing, by the device, an angle between the transmitted radar signal and the water surface of the river (hereinafter, referred to as a "sleep angle");
(C) calculating, by the device, a surface flow velocity of a stream using a plurality of candidate distances and Doppler velocities calculated in step (A) and a water surface angle sensed in step (B); And
(D) calculating the water level of the river by referring to the distance from which the surface flow velocity of the river is calculated in the step (C); Including,
Before step (A),
(E) setting an effective observation distance, distance resolution, effective Doppler velocity observation range, and velocity resolution between the radar transmitting the radar signal and the surface of the river to determine a radar reflection intensity expression region; and
The (C) step,
(C1) expressing the reflection intensity of the radar signal reflected in step (A), a plurality of candidate distances, and a plurality of Doppler velocities in the radar reflection intensity expression region determined in step (E);
(C2) analyzing the reflection intensity of the radar signal expressed in step (C1) to determine one or more distances (hereinafter referred to as'flow velocity calculation distance') for calculating the surface flow velocity of the river; And
(C3) Doppler velocity of the river surface calculated from the radar reflection signal for the one or more flow velocity calculation distances r ) And, calculating a surface flow velocity of a river for each flow velocity calculation distance using the water surface angle (θ); a method for monitoring river water level, flow velocity, and safety in real time, including.
상기 (D) 단계는,
상기 (C2) 단계에서 유속 산출 거리가 다수 판단되면, 다수의 유속 산출 거리들 중 지속적으로 표면 유속이 관측되는 최단 거리 및 도플러 속도가 가장 큰 레이더 반사강도를 가지는 거리 중 어느 하나를 이용하여 상기 하천의 수위를 산출하는 것을 특징으로 하는 하천 수위와 유속 및 안전도 실시간 모니터링 방법. The method of claim 7,
The step (D),
If a plurality of flow velocity calculation distances are determined in step (C2), the river is selected from the shortest distance at which the surface flow velocity is continuously observed among the plurality of flow velocity calculation distances, and the distance having the highest radar reflection intensity with the Doppler velocity. A method for real-time monitoring of river water level, flow rate, and safety, characterized in that to calculate the water level of.
(F) 상기 장치가, 자이로 센서에 의해 센싱되는 x, y, z축에 대한 각도값의 변위와, 가속도 센서에 의해 센싱되는 가속도의 변화폭을 이용하여 상기 장치의 안정성을 모니터링하는 단계; 및
(G) 상기 장치가, 상기 산출되는 하천의 평균 유속, 하천의 수위 및 안정성 모니터링 결과를 하천 관리 서버로 전송하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하천 수위와 유속 및 안전도 실시간 모니터링 방법.The method of claim 7,
(F) monitoring, by the device, the stability of the device using the displacement of the angle values with respect to the x, y, and z axes sensed by the gyro sensor and the variation width of the acceleration sensed by the acceleration sensor; And
(G) the device, transmitting the calculated average flow rate of the river, the water level and stability monitoring result of the river to a river management server; river water level, flow rate and safety real-time monitoring method further comprising a.
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