KR102415455B1 - 예측모델을 이용해 바람 정보를 추정하기 위한 3차원 바람장 생성 장치 및 방법 - Google Patents

예측모델을 이용해 바람 정보를 추정하기 위한 3차원 바람장 생성 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

예측모델을 이용해 바람 정보를 추정하기 위한 3차원 바람장 생성 장치 및 방법을 개시한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 바람장을 생성하고자 하는 생성 지역의 3차원 바람장을 추정하는 3차원 바람장 생성장치에 있어서, 외부로부터 생성 지역을 포함한 지형 데이터 및 생성 지역 내 기상 데이터를 수신하여, 수신한 데이터를 전처리하는 전처리부와 상기 전처리부로부터 전처리된 데이터를 토대로, 생성 지역에서의 바람에 대한 초기장 및 경계장을 생성하는 초기장 생성부 및 예측 모델을 이용하여 상기 초기장 생성부에서 생성된 초기장 및 경계장으로부터 생성 지역의 3차원 바람장을 추정하는 바람장 추정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 바람장 생성장치를 제공한다.

Description

예측모델을 이용해 바람 정보를 추정하기 위한 3차원 바람장 생성 장치 및 방법{Apparatus and Method for Generating a Three-dimensional Wind Field for Prediction Wind Information Using Prediction Model}
본 발명은 디지털 트윈 또는 WRF(Weather Research and Forecasting Model) 등 예측모델을 이용해 풍향 및 풍속을 추정하기 위한 3차원 바람장 생성 장치 및 방법에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
기상 상태는 야외활동, 특히, 스포츠 경기에 있어 상당한 영향을 미친다. 기상 상태 중 특히, 바람은, 야구, 골프 등의 구기종목 뿐만 아니라 서핑, 양궁 등 다양한 스포츠에 있어 지대한 영향을 미치게 된다.
이러한 이유로 인해, 바람의 영향을 관측하고 관측 결과를 추정하여 플레이어나 관객들이 이를 인지하고 대응할 수 있도록 하는 방법이 개발되고 있다.
종래의 기상 상태를 추정하기 위한 방법으로서, 센서로부터 바람 등의 기상 상태의 센싱값을 획득하고, 획득한 센싱값을 CALMET 등 다양한 예측모델에 입력하여 기상 상태를 예측해왔다.
그러나 이와 같은 기상 상태는 해당 지역의 다양한 지리적 특성 또는 식재되어 있는 수목의 종류나 식재상태 등에 따라 가변할 수 있는 문제이기에, 종래의 기상 예측모델에 있어 예측의 정확도는 상당히 떨어지는 문제가 있었다. 더욱이, 센싱값을 직접 입력받아 기상 상태를 예측함에 있어서는 상당한 시간이 소모되는 불편이 있었다.
본 발명의 일 실시예는, 기상과 지형 모두를 고려하여 초기장을 생성하고, 생성된 초기장을 이용하여 3차원 바람장을 추정하는 3차원 바람장 생성장치 및 방법을 제공하는 데 일 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 바람장을 생성하고자 하는 생성 지역의 3차원 바람장을 추정하는 3차원 바람장 생성장치에 있어서, 외부로부터 생성 지역을 포함한 지형 데이터 및 생성 지역 내 기상 데이터를 수신하여, 수신한 데이터를 전처리하는 전처리부와 상기 전처리부로부터 전처리된 데이터를 토대로, 생성 지역에서의 바람에 대한 초기장 및 경계장을 생성하는 초기장 생성부 및 예측 모델을 이용하여 상기 초기장 생성부에서 생성된 초기장 및 경계장으로부터 생성 지역의 3차원 바람장을 추정하는 바람장 추정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 바람장 생성장치를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 초기장 생성부는 상기 전처리부로부터 전처리된 지형 데이터를 토대로 상기 생성 지역의 지형 데이터를 추출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 초기장 생성부는 상기 전처리부로부터 전처리된 지형 데이터로부터 넓이 방향 및 높이 방향으로 보간을 수행함으로서, 상기 생성 지역의 지형 데이터를 추출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 기상 데이터는 상기 생성지역 내 배치되어 풍향 및 풍속을 센싱하는, 복수의 센서 중 어느 하나의 센싱값인 것을 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 기상 데이터는 복수의 센서 중 가장 강한 풍속을 센싱한 센서의 센싱값인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 3차원 바람장 생성장치는 상기 초기장 생성부에서 생성된 초기장 내 초기값과 상기 기상 데이터로 이용된 센서를 제외한 나머지 센서의 센싱값과 비교하여 초기장을 보정하는 보정부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 3차원 바람장 생성장치가 바람장을 생성하고자 하는 생성 지역의 3차원 바람장을 추정하는 3차원 바람장 생성방법에 있어서, 상기 생성 지역의 지형 데이터 및 기상 데이터를 외부로부터 수신하는 수신과정과 상기 수신과정에서 수신된 각 데이터들을 전처리하는 전처리과정과 상기 전처리과정에서 전처리된 데이터들을 토대로 보간을 수행하며 초기장 및 경계장을 생성하는 제1 생성과정 및 상기 제1 생성과정에서 생성된 초기장 및 경계장을 기초로 3차원 바람장을 추정하는 추정과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 바람장 생성방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 기상 데이터는 상기 생성지역 내 배치되어 풍향 및 풍속을 센싱하는, 복수의 센서 중 어느 하나의 센싱값인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 기상 데이터는 복수의 센서 중 가장 강한 풍속을 센싱한 센서의 센싱값인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 3차원 바람장 생성방법은 상기 초기장 생성부에서 생성된 초기장 내 초기값과 상기 기상 데이터로 이용된 센서를 제외한 나머지 센서의 센싱값과 비교하는 비교과정을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 3차원 바람장 생성방법은 상기 비교과정에서 비교된 결과, 상기 초기장 생성부에서 생성된 초기장 내 초기값과 상기 기상 데이터로 이용된 센서를 제외한 나머지 센서의 센싱값이 일치하지 않을 경우, 상기 기상 데이터로 이용된 센서를 제외한 나머지 센서의 센싱값을 기초로 초기장을 보정하는 보정과정을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 추정과정은 3차원 바람장을 추정함에 있어, 상기 제1 생성과정에서 생성된 초기장 대신 상기 제1 생성과정에서 생성된 초기장 및 경계장을 기초로 3차원 바람장을 추정하는 대신 상기 보정과정에서 보정된 초기장을 이용하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따르면, 기상과 지형 모두를 고려하여 초기장을 생성하기 때문에 정확도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 생성된 초기장을 이용하여 3차원 바람장을 추정하기 때문에, 상대적으로 신속하게 추정할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 바람장 생성 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 바람장 생성 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초기장 생성부가 초기장을 생성하기 위해 지형 데이터를 처리하는 과정을 예시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 바람장 생성 장치가 생성하여 추정한 3차원 바람장을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 바람장 생성 장치가 3차원 바람장을 생성하는 방법을 도시한 순서도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에서, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 본 발명의 각 실시예에 포함된 각 구성, 과정, 공정 또는 방법 등은 기술적으로 상호 간 모순되지 않는 범위 내에서 공유될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 바람장 생성 시스템을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 바람장 생성 시스템(100)은 센서(110) 및 3차원 바람장 생성장치(미도시)를 포함한다.
3차원 바람장 생성 시스템(100)은 외부에서 수신한 지형 데이터와 기상 데이터를 토대로, 원하는 지역에서의 3차원 바람장을 추정하여 생성하는 시스템이다. 3차원 바람장은 일정 경계 내의 지형에 대해, 해당 지형 내에서 어떻게 바람이 불고 있는지 그와 함께 어떻게 불 것으로 추정되는지를 시각화한 데이터이다. 3차원 바람장 생성 시스템(100)은 발명의 배경이 되는 기술에서 전술한 대로, 야외에서 진행되며 바람에 큰 영향을 받는 활동, 주로, 스포츠에서 활용되어, 실제 플레이어, 코치진 또는 관객들이 특정 공간 내 현재 불고 있거나 추후 불어올 바람장을 인지할 수 있도록 한다. 아래에서는 설명의 편의상, 3차원 바람장 생성 시스템(100)이 골프에 적용되는 것으로 한정하여 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니고 야구, 윈드서핑 또는 양궁 등 다양한 야외 스포츠에 적용될 수 있다.
3차원 바람장 생성 시스템(100)은 지형 데이터와 기상 데이터에 있어서는 원하는 지역에 적합하도록 전처리를 수행하며, 전처리된 데이터를 토대로 보간을 진행하여 초기장을 생성한다. 3차원 바람장 생성 시스템(100)은 3차원 바람장을 추정하기 이전에 초기장을 생성함으로서, 3차원 바람장의 추정 시간을 현저히 감소시킨다.
또한, 3차원 바람장을 추정함에 있어, 생성된 초기장과 센서의 센싱값을 비교하여 보정을 진행한다. 이에 따라, 생성된 초기장의 정확도를 향상시켜 최종적으로 생성될 3차원 바람장의 정확도를 향상시킬 수 있다.
3차원 바람장 생성 시스템(100) 내 센서(110) 및 3차원 바람장 생성장치(미도시)는 다음과 같이 동작한다.
센서(110)는 3차원 바람장을 생성하고자 하는 지역의 기 설정된 위치마다 설치되어, 각각 풍향 및 풍속을 센싱한다. 예를 들어, 센서(110)는 골프장 내 각 방위마다 설치되어, 각 위치에서 풍향 및 풍속을 센싱할 수 있다. 또는, 센서(110)는 각 방위 및 골프장에서 가장 고도가 높은 위치(예를 들어, 클럽하우스)에 설치될 수도 있다. 각 위치에서의 센서(110)는 풍향 및 풍속을 센싱하여, 센싱 결과를 3차원 바람장 생성장치(미도시)로 전달한다.
3차원 바람장 생성장치(미도시)는 센서(110)로부터 센싱값을 수신하여, 그로부터 초기장 및 경계장을 생성하고, 생성된 초기장을 토대로 추후 3차원 바람장을 추정한다.
3차원 바람장 생성장치(미도시)는 각 센서(110)로부터 센싱값을 수신한다. 이때, 3차원 바람장 생성장치(미도시)는 측정된 센싱값 중 가장 강한 풍속을 가진 센싱값을 선택하여 이를 초기장에 이용한다. 이는 해당 센서가 위치한 곳으로부터 바람이 불어오고 있는 상황이기 때문이다. 또한, 3차원 바람장 생성장치(미도시)는 바람장을 생성하고자 하는 지역(이하에서, '생성 지역'이라 약칭함)의 지리적 정보를 저장한다. 여기서, 지리적 정보는 해당 지역의 지명, 주소 또는 좌표 등 특정 지점을 객관적으로 인식할 수 있는 수단이면 어떠한 것으로 구현되어도 무방하다. 3차원 바람장 생성장치(미도시)는 전술한 센싱값과 저장하고 있는 정보를 이용하여, 초기장 및 경계장을 생성한다.
3차원 바람장 생성장치(미도시)는 생성된 초기장 및 경계장을 입력 데이터로 하여, 3차원 바람장을 추정한다. 3차원 바람장 생성장치(미도시)는 WRF(Weather Research and Forecasting Model) 또는 디지털 트윈의 예측모델을 이용하여, 초기장으로부터 3차원 바람장을 추정한다.
3차원 바람장 생성장치(미도시)의 구체적인 동작은 도 2를 참조하여 후술하기로 한다.
3차원 바람장 생성장치(미도시)는 생성한 3차원 바람장을 다양한 기기로 전송한다. 3차원 바람장 생성장치(미도시)는 3차원 바람장을 보고자 하는 개개인들의 단말로 전송하여, 개인들이 단말로 3차원 바람장을 확인할 수 있도록 할 수 있다. 또는, 3차원 바람장 생성장치(미도시)는 골프 경기를 중계하는 방송국 서버 등으로 전송하여, 중계화면 등과 함께 출력되도록 할 수도 있다. 3차원 바람장 생성장치(미도시)는 이처럼 다양한 기기로 생성한 3차원 바람장을 전송함에 따라, 다양한 방법으로 플레이어, 코치진 또는 관객들이 생성된 3차원 바람장을 확인할 수 있도록 한다.
3차원 바람장 생성장치(미도시)는 생성한 3차원 바람장과 함께, 해당 지역의 CCTV 영상 등을 함께 전송할 수 있다. 예를 들어, 3차원 바람장을 확인하고자 하는 스포츠가 윈드서핑일 경우라면, 단지 바람 정보 뿐만 아니라 해당 지역의 날씨 정보 전체가 확인되어야 한다. 3차원 바람장 생성장치(미도시)는 사용자 단말(미도시)로부터 확인을 원하는 지리적 정보를 수신하는 경우, 해당 지역의 3차원 바람장 생성과 함께 해당 지역의 CCTV 영상을 함께 사용자 단말(미도시)로 전송하여 사용자가 바람 정보와 날씨 정보 모두를 확인할 수 있도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 바람장 생성 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 바람장 생성 장치(200)는 전처리부(210), 초기장 생성부(220), 보정부(230) 및 바람장 추정부(240)를 포함한다.
전처리부(210)는 초기장 생성에 필요한 데이터를 수신하여, 초기장을 생성할 수 있도록 전처리를 수행한다. 전처리부(210)는 초기장 생성부(220)가 초기장을 생성하는데 필요한 지형 데이터 및 기상 데이터를 수신하며, 이들을 각각 초기장 생성부(220)가 초기장을 생성하는데 필요한 포맷으로 변환한다. 여기서, 지형 데이터는 전세계급 범주를 갖는 지형 데이터를 처리하는 외부 서버로부터 수신되며, 기상 데이터는 전술한 대로, 복수의 센서 중 선정된 어느 하나의 센싱값(풍향 및 풍속)에 해당한다. 전처리부(210)는 지형 데이터 전처리부(214) 및 기상 데이터 전처리부(218)를 포함한다. 지형 데이터 전처리부(214)는 수신한 지형 데이터를 초기장을 생성하는데 부합하는 포맷으로 변환한다. 기상 데이터 전처리부(218)는 수신한 기상 데이터를 초기장을 생성하는데 부합하는 포맷으로 변환한다.
초기장 생성부(220)는 전처리된 지형 데이터 및 기상 데이터를 입력받아 보간을 수행하여, 특정 지역 내 바람에 대한 초기장 및 경계장을 생성한다.
초기장 생성부(220)는 생성 지역의 지리적 정보를 저장한다. 이에 따라, 초기장 생성부(220)는 전처리된 지형 데이터로부터 생성 지역의 지형 데이터를 추출한다. 초기장 생성부(220)는 도 3에 도시된 바와 같이, 전세계급 범주를 갖는 지형 데이터를 생성 지역 범주의 지형 데이터로 변환한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초기장 생성부가 초기장을 생성하기 위해 지형 데이터를 처리하는 과정을 예시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 초기장 생성부(220)는 전처리부(214)로부터 전세계급 범주를 갖는 지형 데이터를 수신한다. 다만, 전세계급 범주의 지형 데이터는 초기장 생성부(220)가 초기장을 생성하는 데 있어 이용하기 곤란한 데이터에 해당한다. 이에 따라, 초기장 생성부(220)는 수신한 지형 데이터 내에서 생성 지역의 지형 데이터를 획득한다. 이때, 수신한 데이터는 전세계급 범주이기 때문에, 해당 데이터로부터 온전히 생성 지역의 지형 데이터를 추출하기 곤란한 문제가 있다. 이에 따라, 초기장 생성부(220)는 전세계급 범주의 데이터로부터 생성 지역의 지형 데이터를 추출하되, 넓이 방향 및 높이 방향(연직 상·하방)으로 보간을 수행한다. 초기장 생성부(220)는 Barnes 객관분석법을 이용하여 생성 지역의 지형 데이터를 격자화한 후, 각 격자 내를 내삽하는 방식으로 생성 지역의 지형 데이터를 추출한다.
다시 도 2를 참조하면, 마찬가지로, 초기장 생성부(220)는 전처리부(214)로부터 수신한 기상 데이터를 넓이 방향 및 높이 방향으로 보간한다. 초기장 생성부(220)는 수신한 기상 데이터를 토대로, 내삽하는 방식으로 생성 지역의 기상 데이터를 생성한다.
초기장 생성부(220)는 추출된 생성 지역의 지형 데이터 및 기상 데이터를 토대로 초기장 및 경계장을 생성한다. 초기장은 3차원 바람장을 추정함에 있어 사용되는 각 변수들의 초기값 정보를 장 형태로 제공하는 데이터로서, 시간 값이 1개인 3차원 데이터 형태에 해당한다. 초기값 정보들이 장 형태로 제공되며, 생성 지역의 모든 부분으로 초기값 정보가 형성된다. 한편, 경계장은 3차원 바람장을 추정함에 있어 사용되는 각 변수들의 경계 조건을 장 형태로 제공하는 데이터로서, 시간 값이 복수 개인 3차원 데이터 형태에 해당한다. 이처럼, 초기장 생성부(220)는 생성 지역 전체에 대한 초기장 및 경계장을 생성한다.
이때, 초기장 생성부(220)는 초기장 및 경계장을 생성함에 있어, 생성 지역을 복수의 섹터로 구분하여 각 섹터별로 생성한 후, 스티칭(Stitching)하는 방식으로 생성할 수 있다. 복수의 섹터로 구분하여 각 섹터별로 병렬적으로 초기장 및 경계장의 생성이 진행될 경우, 생성 지역 전체에 대한 초기장 및 경계장을 한번에 생성하게 될 경우 보다 생성 속도에 있어 현저히 증가할 수 있다. 초기장 생성부(220)는 생성 지역의 지리적 정보를 저장하고 있기 때문에, 초기장 및 경계장을 복수의 섹터로 구분하는 것과 다시 각각을 스티칭하는 것에 큰 곤란함을 갖지 않는다. 이에 따라, 초기장 생성부(220)는 생성 지역을 복수의 섹터로 구분하여 초기장 및 경계장을 생성하고 스티칭함으로서, 생성속도를 향상시킬 수 있다.
보정부(230)는 초기장 생성부(220)에서 생성된 초기장에 대해, 센서(110)에서 수신된 센싱값을 토대로 보정한다. 보정부(230)는 센서(110)가 센싱한 센싱값을 이용하여 초기장 생성부(220)에서 생성된 초기장을 보정한다. 전술한 대로, 생성 지역 내에는 복수의 센서(110)가 배치된다. 이때, 초기장을 생성함에 있어, 센싱값 중 가장 강한 풍속을 가진 센싱값이 기상 데이터로서 이용된다. 보정부(230)는 해당 센싱값을 전송한 센서와 다른 위치에 배치된 센서의 센싱값을 보정에 이용한다. 보정부(230)는 초기장 생성부(220)에 의해 생성된 초기장 중 해당 센서의 위치에서의 초기값과 해당 센서의 센싱값을 비교하여 생성된 초기장의 정확도를 판단한다. 양자의 차이가 존재하지 않을 경우, 정확하게 보간되어 생성된 초기장이기 때문에, 보정부(230)는 별도의 보정을 수행하지 않는다. 다만, 양자의 차이가 존재할 경우, 보간이 부정확하게 수행된 초기장이기 때문에, 보정부(230)는 전처리부(210)가 수신한 기상 데이터(센싱값)와 함께 비교에 사용한 센싱값을 이용하여, 초기값과 센싱값의 차이가 줄어들도록 초기장을 보정한다.
바람장 추정부(240)는 초기장 생성부(220)에서 생성된 초기장 또는 초기장 생성부(220)에서 생성되어 보정부(230)를 거친 초기장과 경계장을 수신하여 3차원 바람장을 추정한다. 바람장 추정부(240)는 예측모델로서 WRF 또는 디지털 트윈을 이용한다. 각 예측 모델로 초기장 및 경계장이 입력데이터로서 입력될 경우, 해당 모델들은 각각의 알고리즘에 의해 시계열적으로 생성 지역으로 불어올 바람을 추정한다. WRF 모델은 상대적으로 정확도는 향상될 수 있으나 실시간성이 떨어지는 특징을 가지며, 디지털 트윈 모델은 상대적으로 실시간성은 우수하나 정확도가 상대적으로 떨어지는 특징을 갖는다. 바람장 추정부(240)는 상황에 따라 보다 부합하는 모델을 선택적으로 이용하여, 수신한 초기장 및 경계장으로부터 3차원 바람장을 추정한다.
이때, 바람장 추정부(240)는 초기장 생성부(220)와 마찬가지로, 생성지역을 복수의 섹터로 분할하여 각 섹터 내에서 3차원 바람장을 생성한 후 스티칭할 수 있다. 이에 따라, 바람장 추정부(240)의 3차원 바람장 추정 속도가 향상될 수 있다.
바람장 추정부(240)가 추정한 3차원 바람장의 예시는 도 4에 도시되어 있다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 바람장 생성 장치가 생성하여 추정한 3차원 바람장을 도시한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 3차원 바람장은 일정한 경계 내에서 시계열적으로 바람이 지형을 따라 어떻게 불고 있는지를 나타낸다. 바람장 추정부(240)는 현재 생성 지역 내 불고 있는 3차원 바람장 또는 추후 생성 지역에서 불 것으로 추정되는 3차원 바람장을 생성하여 이를 다양한 기기로 전송함에 따라, 실제 플레이어, 코치진 또는 관객들이 3차원 바람장을 시청할 수 있도록 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 바람장 생성 장치가 3차원 바람장을 생성하는 방법을 도시한 순서도이다.
전처리부(210)는 생성 지역의 지형 데이터 및 기상 데이터를 수신한다(S510). 지형 데이터 전처리부(214)는 외부로부터 생성 지역의 지형 데이터를, 기상 데이터 전처리부(218)는 생성 지역에 배치된 센서 중 가장 강한 풍속을 갖는 센싱값을 센싱한 센서로부터 센싱값을 수신한다.
전처리부(210)는 수신된 각 데이터들을 전처리한다(S520), 수신된 데이터들은 제각각의 형식을 갖기 때문에, 전처리부(210)는 초기장으로 생성될 수 있도록 하는 형식으로 변환한다.
초기장 생성부(220)는 전처리된 데이터들을 토대로 보간을 수행하며 초기장 및 경계장을 생성한다(S530).
보정부(230)는 일 위치에서 센싱된 센싱값과 생성된 초기장 내에서 해당 위치의 초기값을 비교한다(S540). 보정부(230)는 초기장 및 경계장 생성에 사용된 센서를 제외한 다른 위치의 센서의 센싱값을 수신하며, 해당 센서 위치에서의 초기장 내 초기값을 센싱값과 비교한다.
보정부(230)는 양자가 일치하는지를 판단한다(S550).
양자가 일치하지 않을 경우, 보정부(230)는 비교에 사용된 센싱값을 기초로 초기장을 보정한다(S560).
바람장 생성부(240)는 생성된 초기장 및 경계장을 기초로 생성 지역의 3차원 바람장을 추정한다(S570). 바람장 생성부(240)는 초기장 생성부(220)에서 생성된 초기장 또는 보정부(230)에서 보정된 초기장과 초기장 생성부(220)에서 생성된 경계장을 이용하여 생성 지역 내 3차원 바람장을 추정한다.
도 5에서는 각 과정을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 이는 본 발명의 일 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것이다. 다시 말해, 본 발명의 일 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 일 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 각 도면에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 각 과정 중 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이므로, 도 5는 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.
한편, 도 5에 도시된 과정들은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽힐 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 즉, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등) 및 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등)와 같은 저장매체를 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 3차원 바람장 생성 시스템
110: 센서
200: 3차원 바람장 생성 장치
210: 전처리부
214: 지형 데이터 전처리부
218: 기상 데이터 전처리부
220: 초기장 생성부
230: 보정부
240: 바람장 추정부

Claims (12)

  1. 바람장을 생성하고자 하는 생성 지역의 3차원 바람장을 추정하는 3차원 바람장 생성장치에 있어서,
    외부로부터 생성 지역을 포함한 지형 데이터 및 생성 지역 내 기상 데이터를 수신하여, 수신한 데이터를 전처리하는 전처리부;
    상기 전처리부로부터 전처리된 데이터를 토대로, 생성 지역에서의 바람에 대한 초기장 및 경계장을 생성하는 초기장 생성부;
    상기 초기장 생성부에서 생성된 초기장을 보정하는 보정부; 및
    예측 모델을 이용하여 상기 초기장 생성부에서 생성되거나 상기 보정부를 거친 초기장 및 경계장으로부터 생성 지역의 3차원 바람장을 추정하는 바람장 추정부를 포함하며,
    상기 생성 지역의 기 설정된 위치마다 풍향 및 풍속을 센싱하는 센서가 배치되고,
    상기 초기장 생성부는 Barnes 객관 분석법을 이용하여 생성 지역의 지형 데이터를 격자화한 후 각 격자 내를 내삽하는 방식으로 수신한 지형 데이터 내에서 생성 지역의 지형 데이터를 추출하고, 상기 센서의 센싱값 중 가장 강한 풍속을 가진 센싱값을 선택한 후 넓이 방향 및 높이 방향으로 보간하여 기상 데이터를 생성하고, 추출된 생성 지역의 지형 데이터 및 기상 데이터를 토대로 초기장 및 경계장을 생성하고,
    상기 보정부는 초기장을 생성하는데 있어 이용된 센싱값을 센싱한 센서와 다른 위치에 배치된 센서의 센싱값과 해당 센서의 위치에서의 초기값을 비교하여 초기장의 정확도를 판단하고, 양자의 차이가 존재할 경우 양자의 차이가 줄어들도록 초기장을 보정하고,
    상기 초기장 생성부가 초기장 및 경계장을 생성하거나 상기 바람장 추정부가 바람장을 추정함에 있어, 상기 생성 지역을 복수의 섹터로 구분하여 각 섹터별로 초기장 및 경계장을 생성한 후 스티칭하여 생성하고,
    상기 바람장 추정부는 예측모델로서 WRF 또는 디지털 트윈을 이용하는 것을 특징으로 하는 3차원 바람장 생성장치.
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  7. 3차원 바람장 생성장치가 바람장을 생성하고자 하는 생성 지역의 3차원 바람장을 추정하는 3차원 바람장 생성방법에 있어서,
    상기 생성 지역의 지형 데이터 및 기상 데이터를 외부로부터 수신하는 수신과정;
    상기 수신과정에서 수신된 각 데이터들을 전처리하는 전처리과정;
    상기 전처리과정에서 전처리된 데이터들을 토대로 보간을 수행하며 초기장 및 경계장을 생성하는 제1 생성과정;
    상기 제1 생성과정 생성된 초기장 내 초기값을 보정하는 보정과정; 및
    상기 제1 생성과정에서 생성되거나 상기 보정과정에서 보정된 초기장 및 경계장을 기초로 3차원 바람장을 추정하는 추정과정을 포함하며,
    상기 생성 지역의 기 설정된 위치마다 풍향 및 풍속을 센싱하는 센서가 배치되고,
    상기 제1 생성과정은 Barnes 객관 분석법을 이용하여 생성 지역의 지형 데이터를 격자화한 후 각 격자 내를 내삽하는 방식으로 수신한 지형 데이터 내에서 생성 지역의 지형 데이터를 추출하고, 상기 센서의 센싱값 중 가장 강한 풍속을 가진 센싱값을 선택한 후 넓이 방향 및 높이 방향으로 보간하여 기상 데이터를 생성하고, 추출된 생성 지역의 지형 데이터 및 기상 데이터를 토대로 초기장 및 경계장을 생성하고,
    상기 보정과정은 초기장을 생성하는데 있어 이용된 센싱값을 센싱한 센서와 다른 위치에 배치된 센서의 센싱값과 해당 센서의 위치에서의 초기값을 비교하여 초기장의 정확도를 판단하고, 양자의 차이가 존재할 경우 양자의 차이가 줄어들도록 초기장을 보정하고,
    상기 제1 생성과정에서 초기장 및 경계장을 생성하거나 상기 추정과정에서 바람장을 추정함에 있어, 상기 생성 지역을 복수의 섹터로 구분하여 각 섹터별로 초기장 및 경계장을 생성한 후 스티칭하여 생성하고,
    상기 추정과정은 예측모델로서 WRF 또는 디지털 트윈을 이용하는 것을 특징으로 하는 3차원 바람장 생성방법.
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