KR102411676B1 - 건설현장 안전확보를 위한 기상 관측 예보시스템 - Google Patents

Abstract

건설현장 안전확보를 위한 기상 관측 예보시스템이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 기상 관측 예보시스템은, 관측대상 지역에 구축되고, 기 설정된 지역의 기상 데이터를 실시간으로 수집한 후 중앙 기상분석부에 전달하는 미기후 기상관측부; 기 설정된 지역의 지면으로부터 기 설정된 고도별로 다수의 무인비행체를 배치하고, 각 고도별로 배치된 무인비행체를 통해 기상 데이터를 실시간으로 수집한 후 중앙 기상분석부에 전달하는 고도별 기상관측부; 및 관측대상 지역에 구축되고, 미기후 기상관측부와 고도별 기상관측부로부터 획득한 데이터를 바탕으로, 기 설정된 지역의 기상 상태를 모니터링하고, 급격한 기상 변화 및 이상기후 발생을 예측하여 운용자에게 출력하는 중앙 기상분석부;를 포함하는 것을 구성의 요지로 한다.
본 발명에 따르면, 건설현장 및 그 주위의 기상정보를 실시간으로 분석 및 모니터링할 수 있고, 더 나아가 이상기후를 예측함으로써, 급작스런 기상 변화로 인해 발생할 수 있는 건설현장 기상재해를 미연에 방지하여, 건설현장의 안전을 확보할 수 있고, 건설 공사 진행 상황을 수시로 판단할 수 있는 기상 관측 예보시스템을 제공할 수 있다.

Description

건설현장 안전확보를 위한 기상 관측 예보시스템{Weather Observation And Forecast System To Secure Construction Site Safety }

본 발명은 기상 관측 예보시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 건설현장 및 그 주위의 기상정보를 실시간으로 분석, 모니터링할 수 있고, 이상기후를 예측함으로써 건설현장의 기상재해를 미연에 방지할 수 있는 기상 관측 예보시스템에 관한 것이다.

우리나라는 4계절이 뚜렷하고 지역마다 기후 특성이 서로 다르다. 또한 건축공사는 건설업의 특성상 현장이 여러 지역에 존재하기 때문에 날씨에 대한 영향을 고려하기가 매우 까다롭다. 여러 가지 날씨 요소 중에서 건축공사에 영향을 주는 요소를 살펴보면 크게 기온, 강우, 강설, 바람, 습도를 들 수 있다.

기온의 경우는 콘크리트의 수화반응에 물리적, 화학적으로 영향을 미치기 때문에 콘크리트 공사에 가장 크게 영향을 미친다. 겨울철의 경우 기온이 너무 낮게 되면 물이 동결하기 때문에 물을 사용하는 작업에 많은 영향을 미치게 된다. 또한 기온이 너무 낮거나 높게 되면 작업자의 작업조건에 영향을 미치기 때문에 건축공사의 안전 및 품질에도 많은 영향을 미치게 된다.

강우의 경우는 기본적으로 작업자의 작업환경을 악화시키기 때문에 내부마감공사를 제외한 모든 옥외공사에 영향을 미친다고 할 수 있다. 하지만 강우량에 따라서 공정별로 작업여건에 미치는 영향이 다르고, 다른 날씨 영향요인보다 전(全)계절에 걸쳐서 발생하고, 발생회수가 많기 때문에 건축공사에 가장 크게 영향을 미치는 요소라고 할 수 있다.

바람의 경우는 양중과정에서의 안전과 관련이 있기 때문에 양중과 관계가 있는 공정(철골, 거푸집, 철근 공사 등)에 특히 영향을 미친다. 근래에 건축물이 점점 고층화되고, 안전에 대한 인식이 점점 증가하고 있으므로 바람에 미치는 영향은 점점 증가하고 있다고 할 수 있다.

강설의 경우는 강우와 기온에 의한 영향을 동시에 포함하고 있다고 할 수 있다. 다만 강설의 경우 특이한 점은 강설 이후에도 잔설(殘雪)에 의해서 2차적인 영향을 미칠 수도 있다는 것이다.

습도에 의한 영향에 대해서는 특별히 시방서나 산업안전기준 등과 같이 강제적으로 규제되고 있지는 않고 있다. 하지만 도장, 방수, 용접 및 코킹의 경우 최고습도가 90%를 초과하게 되면 작업이 현실적으로 어렵기 때문에 건축공사에 영향을 준다고 할 수 있다.

근래에 들어 많은 건설회사들(특히, H건설, S건설, D건설, L건설, G건설 등 대형 건설회사들)이 날씨정보를 민간예보업체로부터 제공받아 회사의 특성에 맞게 가공하여 현장에서 활용할 수 있도록 기상정보시스템을 구축하고 있다.

대형 건설회사들에게 제공되고 있는 기상정보시스템의 날씨정보는 민간예보업체(날씨정보회사)가 기상청의 날씨정보를 제공받은 후 자체의 관측소에 의한 날씨자료와 복합적으로 검토하여 자체 예보를 실시한 후 건설회사들에게 제공되고 있다. 건설회사들은 기상정보시스템을 회사의 PMIS와 연계하여 운용하고 있다.

기상정보시스템은 회사마다 다소 차이는 있지만 크게 두 가지로 구분할 수 있다. 하나는 현장마다 맞춤으로 제공하는 현장별 상세날씨정보이며, 다른 하나는 공통적으로 제공하는 일반날씨정보이다. 일반날씨정보는 기상청에서 제공하는 날씨정보와 크게 다르지 않다. 따라서 현장별 상세날씨정보가 기상청에서 제공하는 일반날씨정보와 특화된 기상정보시스템의 특징 요소라고 할 수 있다. 현장별 상세날씨정보는 건설회사마다 다소 차이가 있을 수 있지만, 일반적으로 3시간 간격의 상세기상정보, 천후표, 날씨 요소를 반영한 공정별 작업 가능여부 조건표(작업중지기준 포함), 안전관리지원정보 등을 포함하고 있다.

도 1에는, 광주, 대구지역의 일평균풍속과 건설산업 사망재해 발생빈도를 나타내고 있다. 기후요소별 사망재해 분석 중 평균풍속에서의 사망재해 발생빈도와 테스트베드인 광주와 대구지역의 2001~2020년인 20년간의 일평균풍속의 발생빈도를 비교하였다. 일 평균풍속 발생빈도의 분포와 사망재해 발생빈도 분포가 매우 유사하게 나타나고 있다.

사례로 2021년 7월 17일에 인천 연수구 옥련동 소재의 오피스텔 공사 현장에서 비계가 쓰러지는 사고가 발생하였으며 이로 인해 3명이 부상 당했다. 해당 일의 평균풍속은 1.8m/s로 낮은 풍속이지만 사고 원인은 돌풍으로 인한 비계 결박 부위가 헐거워져 발생한 사고다.(출처: 인천투데이) 이처럼 낮은 평균풍속이지만 급격한 풍속 변화가 생기는 돌풍으로 인하여 건물의 비계 혹은 외장재 등에서 전도 및 탈락이 발생하고 있다.

따라서 현장에서의 안전사고율 저감 및 안전성을 향상을 위해, 기상청 데이터와 현장에서의 기상모니터링을 이용하여 공정표에 따른 기후요소별 분석 및 예측을 통해 건설현장 상황에 맞는 경고시스템을 구축이 필요한 실정이다.

위 언급한 문제를 해결하기 위해, 도 2에 도시된 바와 같이, 무인비행체(10)를 이용하여 대기의 풍동 데이터를 정확하고 신속하게 계측하여 구조물 설계에 활용하는 풍동자료 수집 시스템에 관한 기술에 개발되었다.

그러나, 도 2에 도시된 종래 기술에 따르면, 해당 지역의 실시간 풍동 데이터를 직접 검출하여 활용할 수 있으나, 해당 지역의 급작스런 기상 변화 및 이상 기후를 예측할 수 없다는 문제점이 있다. 즉, 도 2에 도시된 풍동자료 수집 시스템을 활용하여 현장의 국지적인 상세한 날씨 정보를 제공하기에는 한계가 따른다.

따라서, 상기 언급한 종래 기술에 따른 문제점을 해결할 수 있는 기술이 필요한 실정이다.

한국등록특허공보 제10-1430961호 (등록일자: 2014년08월11일)

본 발명의 목적은, 건설현장 및 그 주위의 기상정보를 실시간으로 분석 및 모니터링할 수 있고, 더 나아가 이상기후를 예측함으로써, 급작스런 기상 변화로 인해 발생할 수 있는 건설현장 기상재해를 미연에 방지하여, 건설현장의 안전을 확보할 수 있고, 건설 공사 진행 상황을 수시로 판단할 수 있는 기상 관측 예보시스템을 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 기상 관측 예보시스템은, 관측대상 지역에 구축되고, 기 설정된 지역의 기상 데이터를 실시간으로 수집한 후 중앙 기상분석부에 전달하는 미기후 기상관측부; 기 설정된 지역의 지면으로부터 기 설정된 고도별로 다수의 무인비행체를 배치하고, 각 고도별로 배치된 무인비행체를 통해 기상 데이터를 실시간으로 수집한 후 중앙 기상분석부에 전달하는 고도별 기상관측부; 및 관측대상 지역에 구축되고, 미기후 기상관측부와 고도별 기상관측부로부터 획득한 데이터를 바탕으로, 기 설정된 지역의 기상 상태를 모니터링하고, 급격한 기상 변화 및 이상기후 발생을 예측하여 운용자에게 출력하는 중앙 기상분석부;를 포함하는 구성일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 미기후 기상관측부는, 기 설정된 지역의 평면상 도심(centroid)을 기준으로 기 설정된 지역의 동쪽과 서쪽을 잇는 가로선과 북쪽과 남쪽을 잇는 세로선에 의해 분할되는 네 지역에 각각 배치되는 고정형 관측부; 및 상기 분할되는 네 지역의 외곽선 또는 각 분할 지역을 분할하는 경계선에 배치되는 이동형 관측부;를 포함하는 구성일 수 있다.

이 경우, 상기 미기후 기상관측부는, 고정형 관측부와 이동형 관측부를 통해 획득한 데이터를 바탕으로 기설정된 지역에 유입되거나 배출되는 대기의 흐름과 대기의 온도변화를 실시간으로 검출하여 중앙 기상분석부에 전달할 수 있다.

또한, 상기 고정형 관측부와 이동형 관측부는, 대기의 흐름방향을 실시간으로 검출하는 풍향관측부; 대기의 흐름속도를 실시간으로 검출하는 풍속관측부; 대기의 온도를 실시간으로 검출하는 기온관측부; 및 대기의 습도를 실시간으로 검출하는 습도관측부;를 각각 포함하는 구성일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 고정형 관측부와 이동형 관측부는, 해당 관측부의 절대고도를 실시간으로 검출하는 절대고도측정부; 및 또다른 관측부와의 상대 고도를 실시간으로 검출하는 상대고도측정부;를 각각 더 포함하는 구성일 수 있다.

이 경우, 상기 중앙 기상분석부는, 상기 절대고도측정부와 상대고도측정부를 통해 획득한 데이터를 바탕으로 기 설정된 지역의 기준 고도 범위를 산출하고, 산출된 기준 고도 범위를 바탕으로 고도별 기상관측부의 작동을 제어할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 고도별 기상관측부의 무인비행체는, 상기 고정형 관측부의 상공에 배치되는 제1그룹; 및 상기 이동형 관측부의 상공에 배치되는 제2그룹;으로 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 고도별 기상관측부의 무인비행체는, 해당 배치 고도의 대기 흐름 방향과 흐름 속도에 의해 발생하는 무인비행체의 제자리유지 보정값 및 자세 보정값을 바탕으로 해당 고도의 풍향과 풍속을 실시간으로 검출하는 풍향 및 풍속 관측부; 무인비행체의 상부면 또는 하부면에 장착되고, 무인비행체의 외부면을 따라 유동하는 대기의 온도를 실시간으로 검출하는 기온관측부; 무인비행체의 상부면 또는 하부면에 장착되고, 무인비행체의 외부면을 따라 유동하는 대기의 습도를 실시간으로 검출하는 습도관측부; 해당 배치 고도에서 기설정된 지역의 지면을 촬영하여 지면의 가열상태 및 냉각상태를 실시간으로 검출하는 제1열화상촬영부; 및 해당 배치 고도에서 유동하는 대기를 촬영하여 대기의 가열 상태 및 냉각상태를 실시간으로 검출하는 제2열화상촬영부;를 포함하는 구성일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 고도별 기상관측부의 무인비행체는, 지면으로부터 제1고도 미만 사이의 기상을 관측하는 저고도 비행체; 제1고도로부터 제2고도 미만 사이의 기상을 관측하는 중고도 비행체; 제2고도로부터 제3고도 미만 사이의 기상을 관측하는 고고도 비행체; 및 제1고도로부터 제3고도 사이를 오가며 각각의 비행체로부터 획득하는 관측데이터를 보완하는 데이터를 검출하거나, 교체 대상 또는 충전 대상 비행체의 자리의 역할을 임시 수행하는 패트롤 비행체;를 포함하는 구성일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 중앙 기상분석부는, 상기 미기후 기상관측부와 고도별 기상관측부를 통해 기 설정된 지역에 관한 기상데이터를 실시간으로 획득하고, 획득한 데이터를 특정 기간, 지역 및 계절에 따라 빅데이터화하여 저장한 후, 기상청에서 제공하는 기상정보와 비교 분석하여 보정을 수행하며, 보정된 빅데이터와 실시간 획득하는 기상데이터를 비교 분석하여 급격한 기상 변화 및 이상기후 발생을 예측하여 운용자에게 출력할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 기상 관측 예보시스템에 따르면, 특정 역할을 수행하는 미기후 기상관측부, 고도별 기상관측부 및 중앙 기상분석부를 구비함으로써, 건설현장 및 그 주위의 기상정보를 실시간으로 분석 및 모니터링할 수 있고, 더 나아가 이상기후를 예측함으로써, 급작스런 기상 변화로 인해 발생할 수 있는 건설현장 기상재해를 미연에 방지하여, 건설현장의 안전을 확보할 수 있고, 건설 공사 진행 상황을 수시로 판단할 수 있는 기상 관측 예보시스템을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 기상 관측 예보시스템에 따르면, 기설정된 지역을 평면상 네 지역으로 분할한 후, 분할된 각 지역에 고정형 관측부를 배치하고, 분할되는 네 지역의 외곽선 또는 각 분할 지역을 분할하는 경계선에 이동형 관측부를 배치하여, 세분화된 해당 지역의 대기 흐름 방향과 속도, 기온, 습도를 실시간으로 검출하여 모니터링할 수 있어, 급격한 기상변화 또는 이상기후를 빠르게 인지하여 대처할 수 있어, 건설현장 기상재해를 미연에 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 기상 관측 예보시스템에 따르면, 기설정된 지역을 평면상 네 지역으로 분할한 후, 특정 위치의 상공에 고도별 기상관측부의 무인비행체를 배치함으로써, 세분화된 해당 지역의 지면의 가열 상태, 지면의 냉각 상태, 지면의 가열 상태와 냉각 상태에 따른 대기의 흐름, 고도별 대기 흐름 방향과 속도, 기온, 습도를 실시간으로 검출하여 모니터링할 수 있어, 지상 공사 뿐만 아니라 고소 공사에 영향을 끼칠 수 있는 급격한 기상변화 또는 이상기후를 빠르게 인지하여 대처할 수 있어, 건설현장 기상재해를 미연에 방지할 수 있다.

도 1은 광주, 대구지역의 일평균풍속과 건설산업 사망재해 발생빈도를 나타내는 그래프이다.
도 2는 종래 기술에 따른 무인항공기를 이용한 기상자료 수집 방법을 나타내는 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기상 관측 예보시스템을 나타내는 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기상 관측 예보시스템과 기상청 관측 데이터를 바탕으로 경고시스템을 구성하는 과정을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 도 3에 도시된 기상 관측 예보시스템의 미기후 기상관측부과 고도별 기상관측부를 구성하는 각 구성을 나타내는 사시도이다.
도 6은 도 5에 도시된 고도별 기상관측부의 무인비행체에 탑재되는 기상 검출 장치를 나타내는 부분확대도이다.
도 7은 관측대상이 되는 기 설정된 지역을 평면상 지도 상에 나타낸 모습을 나타내는 그림이다.
도 8은 도 7에 도시된 지 설정된 지역을 평면 도형화 한 후, 도심을 추출하여 도심을 기준으로 가로선과 세로선을 생성한 상태를 나타내는 그림이다.
도 9는 도 8에서 획득한 도심, 가로선 및 세로선를 기 설정된 지역의 항공사진에 적용한 후, 미기후 기상관측부를 구성하는 고정형 관측부와 이동형 관측부를 배치한 상태를 나타내는 그림이다.
도 10은 도 9에 도시된 도심에 위치하는 지역을 확대하여 나타낸 후, 도심에 배치된 미기후 기상관측부에 의해 기상 데이터를 검출할 수 있는 범위를 나타내는 사진이다.
도 11은 도 9에 배치된 각 고정형 관측부와 이동형 관측부의 높이를 나타내는 표이다.
도 12는 본 실시예에 따른 미기후 기상관측부의 고정형 관측부와 이동형 관측부에 의해 획득한 각 지형의 고도와 항공촬영 데이터를 바탕으로 관측대상이 되는 기 설정된 지역을 3D 모델링한 모습을 나타내는 사시도이다.
도 13은 본 실시예에 따른 미기후 기상관측부와 고도별 기상관측부를 통해 획득한 데이터를 바탕으로 중앙 분석부에 의해 처리된 결과를 도 12에 도시된 3D 모델링 데이터에 적용한 상태를 나타낸 그림이다.
도 14는 본 실시예에 따른 고도별 기상관측부의 저고도 비행체에 의해 획득한 지표면과 건물의 가열 상태 및 냉각 상태를 나타내는 그림이다.
도 15는 본 실시예에 따른 고도별 기상관측부의 중고도 비행체에 의해 획득한 지표면과 건물의 가열 상태 및 냉각 상태를 나타내는 그림이다.
도 16은 본 실시예에 따른 고도별 기상관측부의 고고도 비행체에 의해 획득한 지표면의 상공과 건물 사이를 통해 유동하는 대기의 가열 상태 및 냉각 상태를 나타내는 그림이다.
도 17은 본 실시예에 따른 미기후 기상관측부와 고도별 기상관측부를 통해 획득한 데이터를 바탕으로 기 설정된 지역 전체의 가열 상태 및 냉각 상태를 나타내는 그림이다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

본 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다. 본 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 기상 관측 예보시스템을 나타내는 구성도가 도시되어 있고, 도 4에는 본 발명의 일 실시예에 따른 기상 관측 예보시스템과 기상청 관측 데이터를 바탕으로 경고시스템을 구성하는 과정을 나타내는 흐름도가 도시되어 있다.

도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 기상 관측 예보시스템(100)은, 특정 역할을 수행하는 미기후 기상관측부(110), 고도별 기상관측부(120) 및 중앙 기상분석부(130)를 구비함으로써, 건설현장 및 그 주위의 기상정보를 실시간으로 분석 및 모니터링할 수 있고, 더 나아가 이상기후를 예측함으로써, 급작스런 기상 변화로 인해 발생할 수 있는 건설현장 기상재해를 미연에 방지하여, 건설현장의 안전을 확보할 수 있고, 건설 공사 진행 상황을 수시로 판단할 수 있는 기상 관측 예보시스템을 제공할 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본원발명에 따른 기상 관측 예보시스템(100)은, 기상청 데이터와 현장에서의 기상모니터링을 이용하여 건설 공정표에 따른 기후요소별 분석 및 예측을 통해 건설현장 상황에 맞는 경고시스템을 Web상에 S/W 형태로 구축할 수 있다.

국내 기상산업 기업은 약 600여 개가 있지만, 대부분 기상장비에 주력하는 기업이며, 이러한 업체들 중 강풍 및 돌풍 경보 기술을 보유하고 있는 업체도 타워크레인이나 공항용저고도에 적용가능한 경보시스템에 주력하고 있다. 즉, 종래 기술에 따른 기상장비와 경보시스템은, 건설현장과 도심내 시설물에 대한 기후현황에 따른 경고시스템에 적합하지 않으며, 이에 최적화된 시스템이 전무한 상태이다.

본원발명에 따르면, 건설현장과 도심내 시설물에 대한 기후현황에 따른 경고시스템에 최적화된 시스템으로서, 이하 본원발명을 구성하고 있는 각 구성에 대해 상세히 설명한다.

도 5에는 도 3에 도시된 기상 관측 예보시스템의 미기후 기상관측부과 고도별 기상관측부를 구성하는 각 구성을 나타내는 사시도가 도시되어 있고, 도 6에는 도 5에 도시된 고도별 기상관측부의 무인비행체에 탑재되는 기상 검출 장치를 나타내는 부분확대도가 도시되어 있다.

이들 도면을 도 3과 함께 참조하면, 본 실시예에 따른 기상 관측 예보시스템(100)의 미기후 기상관측부(110)는, 관측대상 지역에 구축되는 구성으로서, 기 설정된 지역의 기상 데이터를 실시간으로 수집한 후 중앙 기상분석부(130)에 전달할 수 있다.

본 실시예에 따른 고도별 기상관측부(120)는, 기 설정된 지역의 지면으로부터 기 설정된 고도별로 다수의 무인비행체(140)를 배치하고, 각 고도별로 배치된 무인비행체(140)를 통해 기상 데이터를 실시간으로 수집한 후 중앙 기상분석부(130)에 전달할 수 있다.

본 실시예에 따른 중앙 기상분석부(130)는, 관측대상 지역에 구축되는 구성으로서, 미기후 기상관측부(110)와 고도별 기상관측부(120)로부터 획득한 데이터를 바탕으로, 기 설정된 지역의 기상 상태를 모니터링하고, 급격한 기상 변화 및 이상기후 발생을 예측하여 운용자에게 출력할 수 있다.

도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 미기후 기상관측부(110)는, 특정 위치에 서로 달리 배치되는 고정형 관측부(111) 및 이동형 관측부(112)를 포함하는 구성이다.

본 실시예에 따른 고정형 관측부(111)와 이동형 관측부(112)는, 배치하고자 하는 지면 상에 지면고정부(113i)와 지지폴대(113k)에 의해 안정적으로 고정되는 구성으로서, 대기의 흐름방향을 실시간으로 검출하는 풍향관측부(113a), 대기의 흐름속도를 실시간으로 검출하는 풍속관측부(113b), 대기의 온도를 실시간으로 검출하는 기온관측부(113c) 및 대기의 습도를 실시간으로 검출하는 습도관측부(113d)를 포함하는 구성이다.

이때, 각각의 관측 장비의 안정적인 구동을 위해 태양전지패널(113g)을 일측에 장착하여 전력을 수급할 수 있다.

또한, 본 실시예에 따른 미기후 기상관측부(110)에는 비행체통신부(113h)가 장착되어 무인비행체(140)의 위치를 보정하는 역할을 수행할 수 있으며, 무인비행체(140)로부터 획득한 관측 데이터를 수신한 후, 중앙 기상분석부(130)에 전달할 수 있다.

경우에 따라서, 미기후 기상관측부(110)는 무인비행체(140)가 착륙하거나 이륙할 수 있는 이착륙 구조(도시하지 않음)를 구비할 수 있으며, 이착륙 구조에 무선 충전 모듈을 탑재하여 무인비행체(140)에 원활한 전력공급을 수행할 수 있다.

또한, 본 실시예에 따른 미기후 기상관측부(110)의 고정형 관측부(111)와 이동형 관측부(112)에는 각각 절대고도측정부(113e) 및 상대고도측정부(113f)가 더 장착될 수 있다.

이 경우, 중앙 기상분석부(130)는, 절대고도측정부(113e)와 상대고도측정부(113f)를 통해 획득한 데이터를 바탕으로 기 설정된 지역의 기준 고도 범위를 산출하고, 산출된 기준 고도 범위를 바탕으로 고도별 기상관측부(120)의 작동을 제어할 수 있다.

구체적으로, 고도별 기상관측부(120)의 무인비행체(140)는, 두 개의 그룹으로 구분되는 바, 도 3에 도시된 바와 같이, 고정형 관측부(111)의 상공에 배치되는 제1그룹(Da) 및 상기 이동형 관측부(112)의 상공에 배치되는 제2그룹(Db)으로 구성된다.

이때, 고정형 관측부(111)의 상공에 배치되는 제1그룹(Da)에 소속된 무인비행체(140)는, 해당 고정형 관측부(111)의 절대고도측정부(113e)를 통해 획득한 고도 데이터를 바탕으로 비행 고도를 제어하게 된다. 또한, 이동형 관측부(112)의 상공에 배치되는 제2그룹(Db)에 소속된 무인비행체(140)는, 해당 이동형 관측부(112)의 절대고도측정부(113e)를 통해 획득한 고도 데이터를 바탕으로 비행 고도를 제어하게 된다.

도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 고도별 기상관측부(120)의 무인비행체(140)는, 지면으로부터 제1고도 미만 사이의 기상을 관측하는 저고도 비행체(140L), 제1고도로부터 제2고도 미만 사이의 기상을 관측하는 중고도 비행체(140M) 및 제2고도로부터 제3고도 미만 사이의 기상을 관측하는 고고도 비행체(140H)를 포함하는 구성일 수 있다.

구체적으로, 상기 언급한 제1고도, 제2고도 및 제3고도는 관측 대상 지역의 지형 상태, 건설 규모 및 운용자의 의도에 따라 설정됨이 바람직하며, 예를 들어 제1고도는 지표면과 건물의 상부면으로부터 5 m 이내로 설정될 수 있고, 제2고도는 지표면과 건물에 의해 풍향과 풍속이 실시간으로 변화되는 높이인 30 m 이내로 설정될 수 있으며, 제3고도는 관측대상이 되는 기 설정된 지역을 카메라의 한 렌즈로 담아낼 수 있는 30 m 초과 높이로 설정될 수 있다. 위 언급한 높이 설정값은 하나의 예시일 뿐 이에 한정되지 않음은 물론이다. 또한, 위 언급한 높이값은 해수면을 기준으로 설정될 수 있고, 관측대상 지역의 특정 건물의 최상단 높이를 기준으로 설정될 수 있으며, 더 나아가 운용자의 의도에 따라 다양한 기준으로 설정될 수 있다.

경우에 따라서, 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 고도별 기상관측부(120)는, 패트롤 비행체(140P)를 더 포함하는 구성일 수 있다.

구체적으로, 패트롤 비행체(140P)는, 제1고도로부터 제3고도 사이를 오가며 각각의 비행체로부터 획득하는 관측데이터를 보완하는 데이터를 검출하거나, 교체 대상 또는 충전 대상 비행체의 자리의 역할을 임시 수행할 수 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 고도별 기상관측부(120)의 무인비행체(140)는, 특정 역할을 수행하는 풍향 및 풍속 관측부(141), 기온관측부(142), 습도관측부(143), 제1열화상촬영부(144) 및 제2열화상촬영부(145)를 포함하는 구성일 수 있다.

구체적으로, 무인비행체(140)에 탑재되는 풍향 및 풍속 관측부(141)는, 해당 배치 고도의 대기 흐름 방향과 흐름 속도에 의해 발생하는 무인비행체(140)의 제자리유지 보정값 및 자세 보정값을 바탕으로 해당 고도의 풍향과 풍속을 실시간으로 검출할 수 있다. 기온관측부(142)는, 무인비행체(140)의 상부면 또는 하부면에 장착되는 구성으로서, 무인비행체(140)의 외부면을 따라 유동하는 대기의 온도를 실시간으로 검출할 수 있다. 습도관측부(143)는, 무인비행체(140)의 상부면 또는 하부면에 장착되는 구성으로서, 무인비행체(140)의 외부면을 따라 유동하는 대기의 습도를 실시간으로 검출할 수 있다.

본 실시예에 따른 무인비행체(140)에 탑재되는 제1열화상촬영부(144)는, 해당 배치 고도에서 기설정된 지역의 지면을 촬영하여 지면의 가열상태 및 냉각상태를 실시간으로 검출할 수 있다. 또한, 제2열화상촬영부(145)는, 해당 배치 고도에서 유동하는 대기를 촬영하여 대기의 가열 상태 및 냉각상태를 실시간으로 검출할 수 있다.

구체적으로, 저고도 비행체(140L)에 탑재된 제1열화상촬영부(144)와 제2열화상촬영부(145)를 통해 도 14에 도시된 바와 같은 시각적 데이터를 획득할 수 있다. 중고도 비행체(140M)에 탑재된 제1열화상촬영부(144)와 제2열화상촬영부(145)를 통해 도 15에 도시된 바와 같은 시각적 데이터를 획득할 수 있다. 또한, 고고도 비행체(140H)에 탑재된 제1열화상촬영부(144)와 제2열화상촬영부(145)를 통해 도 16에 도시된 바와 같은 시각적 데이터를 획득할 수 있다.

도 7에는 관측대상이 되는 기 설정된 지역을 평면상 지도 상에 나타낸 모습을 나타내는 그림이 도시되어 있고, 도 8에는 도 7에 도시된 지 설정된 지역을 평면 도형화 한 후, 도심을 추출하여 도심을 기준으로 가로선과 세로선을 생성한 상태를 나타내는 그림이 도시되어 있다. 또한, 도 9에는 도 8에서 획득한 도심, 가로선 및 세로선를 기 설정된 지역의 항공사진에 적용한 후, 미기후 기상관측부를 구성하는 고정형 관측부와 이동형 관측부를 배치한 상태를 나타내는 그림이 도시되어 있다.

이들 도면을, 도 3과 함께 참조하면, 본 실시예에 따른 미기후 기상관측부(110)의 고정형 관측부(111)와 이동형 관측부(112)는 특정 위치에 배치된다.

구체적으로, 고정형 관측부(111)는, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 기 설정된 지역의 평면상 도심(centroid)을 기준으로 기 설정된 지역의 동쪽과 서쪽을 잇는 가로선(Lh)과 북쪽과 남쪽을 잇는 세로선(Lv)에 의해 분할되는 네 지역에 각각 배치됨이 바람직하다. 또한, 이동형 관측부(112)는, 분할되는 네 지역의 외곽선 또는 각 분할 지역을 분할하는 경계선에 배치됨이 바람직하다.

경우에 따라서, 고정형 관측부(111)와 이동형 관측부(112)는, 관측 대상 지역의 지형 상태, 건설 규모 및 운용자의 의도에 따라 여러 위치에 변경 배치될 수 있다.

이때, 본 실시예에 따른 미기후 기상관측부(110)는, 고정형 관측부(111)와 이동형 관측부(112)를 통해 획득한 데이터를 바탕으로 기설정된 지역에 유입되거나 배출되는 대기의 흐름과 대기의 온도변화를 실시간으로 검출하여 중앙 기상분석부(130)에 전달할 수 있다.

도 10에는 도 9에 도시된 도심에 위치하는 지역을 확대하여 나타낸 후, 도심에 배치된 미기후 기상관측부에 의해 기상 데이터를 검출할 수 있는 범위를 나타내는 사진이 도시되어 있고, 도 11에는 도 9에 배치된 각 고정형 관측부와 이동형 관측부의 높이를 나타내는 표가 도시되어 있다.

도 9 내지 도 11을 참조하면, 본 실시예에 따른 미기후 기상관측부(110)를 구성하는 각각의 고정형 관측부(111)와 이동형 관측부(112)의 위치에 따른 고도를 측정한 후, 획득한 데이터를 바탕으로 기 설정된 지역의 기준 고도 범위를 산출할 수 있다.

구체적으로, 본 실시예에 따른 중앙 기상분석부(130)는, 고정형 관측부(111)와 이동형 관측부(112)에 탑재된 절대고도측정부(113e)와 상대고도측정부(113f)를 통해 획득한 데이터를 바탕으로 기 설정된 지역의 기준 고도 범위를 산출하고, 산출된 기준 고도 범위를 바탕으로 고도별 기상관측부(120)의 작동을 제어할 수 있다.

도 12에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 미기후 기상관측부의 고정형 관측부와 이동형 관측부에 의해 획득한 각 지형의 고도와 항공촬영 데이터를 바탕으로 관측대상이 되는 기 설정된 지역을 3D 모델링할 수 있다.

본 실시예에 따른 미기후 기상관측부와 고도별 기상관측부를 통해 획득한 데이터를 바탕으로 중앙 분석부에 의해 처리된 결과를 도 12에 도시된 3D 모델링 데이터에 적용하여 도 13과 같은 시각적 데이터를 획득할 수 있다.

운용자는, 도 13에 도시된 시각적 데이터를 바탕으로, 건설현장 및 그 주위의 기상정보를 실시간으로 분석 및 모니터링할 수 있고, 더 나아가 이상기후를 예측함으로써, 급작스런 기상 변화로 인해 발생할 수 있는 건설현장 기상재해를 미연에 방지할 수 있다.

운용자는, 주위보다 급격하게 가열되거나 대기의 흐름이 특정 지점을 향해 모이는 등의 상황을 실시간으로 모니터링 할 수 있으며, 주위보다 급격하게 가열된 특정 지점으로 집중되는 대기에 의해 급작스런 소용돌이가 발생하는 등의 급작스런 기상 변화를 예측할 수 있게 된다. 이러한 급작스런 기상 변화를 일으키는 다수의 인자와 조합을 중앙 기상분석부(130)에 입력하여, 운용자가 직접 모니터링 하고 있지 않아도 중앙기상분석부(130) 스스로 해당 상황을 판단하여 운용자에게 출력할 수 있다. 운용자가 소지하고 있는 스마트 디바이스와 무선 연동하여 해당 경고를 출력할 수 있으며, 경우에 따라서, 운용자에게 출력하는 것 뿐만이 아닌, 안전사고 발생 위험이 높은 해당 지역에 경고 방송을 출력할 수 있으며, 다양한 형태로 경고를 출력할 수 있다.

도 17에는 본 실시예에 따른 미기후 기상관측부와 고도별 기상관측부를 통해 획득한 데이터를 바탕으로 기 설정된 지역 전체의 가열 상태 및 냉각 상태를 나타내는 그림이 도시되어 있다.

도 13 내지 도 17에 도시된 시각적 데이터와 중앙 기상분석부(130)에 의해 분석된 결과를 바탕으로 운용자는, 건설현장 및 그 주위의 기상정보를 실시간으로 분석 및 모니터링할 수 있고, 더 나아가 이상기후를 예측할 수 있다.

구체적으로, 중앙 기상분석부(130)는, 미기후 기상관측부(110)와 고도별 기상관측부(120)를 통해 기 설정된 지역에 관한 기상데이터를 실시간으로 획득하고, 획득한 데이터를 특정 기간, 지역 및 계절에 따라 빅데이터화하여 저장할 수 있다.

이때, 중앙 기상분석부(130)는 저장된 빅데이터와 기상청에서 제공하는 기상정보를 서로 비교 분석하여 저장된 빅데이터 자체의 보정을 수행할 수 있다. 이때, 보정된 빅데이터를 활용하여 실시간 획득하는 기상데이터의 상태가 급격한 기상 변화를 야기할 수 있는지, 이상기후를 발생할 수 있는지의 확률을 계산하게 된다.

이러한 과정을 통해 획득한 확률 데이터를 바탕으로 급작스런 기상 변화로 인해 발생할 수 있는 건설현장 기상재해를 미연에 방지할 수 있다.

결과적으로, 본 실시예에 따른 기상 관측 예보시스템(100)은, 건설현장의 안전을 확보할 수 있고, 건설 공사 진행 상황을 수시로 판단할 수 있다.

이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

즉, 본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.

100: 기상 관측 예보시스템
110: 미기후 기상관측부
111: 고정형 관측부
112: 이동형 관측부
113a: 풍향관측부
113b: 풍속관측부
113c: 기온관측부
113d: 습도관측부
113e: 절대고도측정부
113f: 상대고도측정부
120: 고도별 기상관측부
130: 중앙 기상분석부
140: 무인비행체
140L: 저고도 비행체
140M: 중고도 비행체
140H: 고고도 비행체
140P: 패트롤 비행체
141: 풍향 및 풍속 관측부
142: 기온관측부
143: 습도관측부
144: 제1열화상촬영부
145: 제2열화상촬영부
Lh: 동쪽과 서쪽을 잇는 가로선
Lv: 북쪽과 남쪽을 잇는 세로선
Da: 무인비행체 제1그룹
Db: 무인비행체 제2그룹

Claims (5)

1. 관측대상 지역에 구축되고, 기 설정된 지역의 기상 데이터를 실시간으로 수집한 후 중앙 기상분석부(130)에 전달하는 미기후 기상관측부(110);
   기 설정된 지역의 지면으로부터 기 설정된 고도별로 다수의 무인비행체(140)를 배치하고, 각 고도별로 배치된 무인비행체(140)를 통해 기상 데이터를 실시간으로 수집한 후 중앙 기상분석부(130)에 전달하는 고도별 기상관측부(120); 및
   관측대상 지역에 구축되고, 미기후 기상관측부(110)와 고도별 기상관측부(120)로부터 획득한 데이터를 바탕으로, 기 설정된 지역의 기상 상태를 모니터링하고, 급격한 기상 변화 및 이상기후 발생을 예측하여 운용자에게 출력하는 중앙 기상분석부(130);
   를 포함하고,
   상기 미기후 기상관측부(110)는,
   기 설정된 지역의 평면상 도심(centroid)을 기준으로 기 설정된 지역의 동쪽과 서쪽을 잇는 가로선(Lh)과 북쪽과 남쪽을 잇는 세로선(Lv)에 의해 분할되는 네 지역에 각각 배치되는 고정형 관측부(111); 및
   상기 분할되는 네 지역의 외곽선 또는 각 분할 지역을 분할하는 경계선에 배치되는 이동형 관측부(112);
   를 포함하고,
   상기 미기후 기상관측부(110)는, 고정형 관측부(111)와 이동형 관측부(112)를 통해 획득한 데이터를 바탕으로 기설정된 지역에 유입되거나 배출되는 대기의 흐름과 대기의 온도변화를 실시간으로 검출하여 중앙 기상분석부(130)에 전달하고,
   상기 고정형 관측부(111)와 이동형 관측부(112)는,
   대기의 흐름방향을 실시간으로 검출하는 풍향관측부(113a);
   대기의 흐름속도를 실시간으로 검출하는 풍속관측부(113b);
   대기의 온도를 실시간으로 검출하는 기온관측부(113c); 및
   대기의 습도를 실시간으로 검출하는 습도관측부(113d);
   를 각각 포함하고,
   상기 고정형 관측부(111)와 이동형 관측부(112)는,
   해당 관측부의 절대고도를 실시간으로 검출하는 절대고도측정부(113e); 및
   또다른 관측부와의 상대 고도를 실시간으로 검출하는 상대고도측정부(113f);
   를 각각 더 포함하고,
   상기 중앙 기상분석부(130)는,
   상기 절대고도측정부(113e)와 상대고도측정부(113f)를 통해 획득한 데이터를 바탕으로 기 설정된 지역의 기준 고도 범위를 산출하고, 산출된 기준 고도 범위를 바탕으로 고도별 기상관측부(120)의 작동을 제어하며,
   상기 고도별 기상관측부(120)의 무인비행체(140)는,
   상기 고정형 관측부(111)의 상공에 배치되고, 배치된 해당 고정형 관측부(111)의 절대고도측정부(113e)와 상대고도측정부(113f)를 통해 획득한 데이터로부터 산출된 기준 고도 범위를 바탕으로 제어되는 제1그룹(Da); 및
   상기 이동형 관측부(112)의 상공에 배치되고, 배치된 해당 이동형 관측부(112)의 절대고도측정부(113e)와 상대고도측정부(113f)를 통해 획득한 데이터로부터 산출된 기준 고도 범위를 바탕으로 제어되는 제2그룹(Db);
   으로 구성되는 것을 특징으로 하는 기상 관측 예보시스템.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 고도별 기상관측부(120)의 무인비행체(140)는,
   해당 배치 고도의 대기 흐름 방향과 흐름 속도에 의해 발생하는 무인비행체(140)의 제자리유지 보정값 및 자세 보정값을 바탕으로 해당 고도의 풍향과 풍속을 실시간으로 검출하는 풍향 및 풍속 관측부(141);
   무인비행체(140)의 상부면 또는 하부면에 장착되고, 무인비행체(140)의 외부면을 따라 유동하는 대기의 온도를 실시간으로 검출하는 기온관측부(142);
   무인비행체(140)의 상부면 또는 하부면에 장착되고, 무인비행체(140)의 외부면을 따라 유동하는 대기의 습도를 실시간으로 검출하는 습도관측부(143);
   해당 배치 고도에서 기설정된 지역의 지면을 촬영하여 지면의 가열상태 및 냉각상태를 실시간으로 검출하는 제1열화상촬영부(144); 및
   해당 배치 고도에서 유동하는 대기를 촬영하여 대기의 가열 상태 및 냉각상태를 실시간으로 검출하는 제2열화상촬영부(145);
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 기상 관측 예보시스템.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 고도별 기상관측부(120)의 무인비행체(140)는,
   지면으로부터 제1고도 미만 사이의 기상을 관측하는 저고도 비행체(140L);
   제1고도로부터 제2고도 미만 사이의 기상을 관측하는 중고도 비행체(140M);
   제2고도로부터 제3고도 미만 사이의 기상을 관측하는 고고도 비행체(140H); 및
   제1고도로부터 제3고도 사이를 오가며 각각의 비행체로부터 획득하는 관측데이터를 보완하는 데이터를 검출하거나, 교체 대상 또는 충전 대상 비행체의 자리의 역할을 임시 수행하는 패트롤 비행체(140P);
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 기상 관측 예보시스템.
   

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