KR102512105B1 - 부유입자 물질의 소산계수의 시간적 변화를 통한 안개의 생성-소멸 단기 예측 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 대기 중의 미세먼지의 크기가 공기 중의 수증기의 흡-탈착으로 변하여 시정이 급격히 나빠지는 현상을 카메라의 RGB 3 파장 혹은 그 이상의 파장에서 소산계수를 구하여 각 파장에서 소산계수 값과 AE 값의 변화를 시간적으로 측정하고 이로부터 안개의 생성 시점을 예측하는 안개의 생성-소멸 단기 예측 방법 및 장치에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명에 따른 부유입자 물질의 소산계수의 시간적 변화를 통한 안개의 생성-소멸 단기 예측 방법은, 원하는 지역에서 임의로 피사체를 설치 또는 설정하는 단계; 상기 피사체에 대하여 상기 피사체의 영상 또는 밝기를 복수의 서로 다른 파장에서 산출하는 단계; 서로 다른 파장에서 산출된 상기 피사체의 영상 또는 밝기를 실시간으로 대비하여 그 크기 변화를 비교하는 단계;를 포함하되, 상기 비교단계에서는 해당 파장에서의 소산계수를 구하고 그 차이를 입자의 크기 변화로 환산하여 안개에 의한 급격한 시정변화를 사전에 감지한다.

Description

부유입자 물질의 소산계수의 시간적 변화를 통한 안개의 생성-소멸 단기 예측 방법 및 장치{Short range fog-forecast system and methods using time dependent atmospheric aerosol extinction variations}
본 발명은 부유입자 물질의 소산계수의 시간적 변화를 통한 안개의 생성-소멸 단기 예측 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는, 대기 중의 미세먼지의 크기가 공기 중의 수증기의 흡-탈착으로 변하여 시정이 급격히 나빠지는 현상을 카메라의 RGB 3 파장 혹은 그 이상의 파장에서 소산계수를 구하여 각 파장에서 소산계수 값과 AE 값의 변화를 시간적으로 측정하고 이로부터 안개의 생성 시점을 예측하는 안개의 생성-소멸 단기 예측 방법 및 장치에 관한 것이다.
안개의 생성과 소멸과정에서 급격한 시정의 변화는 기본적으로 예측을 매우 어렵게 하며, 기존의 예측 방법에는 한계들이 있었다. 즉 이러한 시정의 급격한 시간적 변화는 시정을 결정하는 요소(parameters)의 점진적 변화에 기인하여 나타나는 것으로 그 최종 산물인 시정은 원인이 선형적으로 변화하나, 결과는 비선형적으로 변하기 때문이다.
입자의 크기가 변하면, 주어진 파장에서 그 산란 효율이 매우 비선형적으로 달라진다. 이러한 이유 때문에 안개에 의한 시정의 변화는 비록 그 안개 입자의 총질량이나, 개수가 선형적으로 천천히 변화하여도 30분 이내의 짧은 시간에 갑자기 시정이 크게 변화하는 특성을 지니게 된다. 이러한 이유로 다양한 육/해/공의 이동수단에서 안개의 발생은 사고나 재난의 원인이 된다. 그러므로 안개의 발생 및 소멸은 초단기 예보가 필요하다. 그러나 지금까지는 그 측정법에서나 모델에서 충분한 정보를 제공하고 있지 못한 실정이다.
한편, 카메라를 이용하여 시정을 측정하는 기술은 소산계수 측정을 통하여 이루어질 수 있다. 소산계수의 모니터링은 시정 변화를 모니터링하는 것과 같으며, 파장에 따른 소산계수의 측정은 입자의 크기 변화를 모니터링하는 것이다. 시판되고 있는 시정거리 측정 장치와 카메라를 이용한 장치는 주로 소산계수를 얻는데 그치고 있으며, 다른 파장에서 얻은 소산계수의 정보를 활용하여 미세먼지나, 물방울 입자인 안개의 성장·소멸을 예측하거나 그 발달을 실시간으로 모니터링한 예는 찾아보기 힘들다. 즉 기존의 방법들은 소산계수의 값을 이용하여 안개의 밀도 변화를 모니터링은 간접적으로 할 수 있으나, 시정에 직접적인 변수인 크기 변화에 대한 정보는 활용하지 못하여 예보에 적용할 수 없는 단점이 있다. 또한 기본 장치는 한 지점에 장치를 설치하여 그 지점의 물리량에 대한 정보를 얻기 때문에 전체 정보에 대한 것은 같은 것으로 가정하여 오차발생이 빈번하다.
또한 기존의 라이다와 기타 산란형 방법은 한 지점에서의 부유 물질에 대한 측정값을 얻기 위하여 수분 이상의 시간이 필요하여 급격히 변하는 현상을 예측하는 데 사용하는 것은 어려웠다.
대한민국 등록특허 제10-2146287호(2020.08.13.)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 안개가 자주 발생하는 지점에 특정한 반사 특성을 지닌 물체를 두고 카메라나 광센서를 통해 그 물체에 대한 산란정보를 얻어 그 지점에서 소산계수를 통해 안개의 생성 및 소멸과정을 동시에 측정할 수 있는 안개의 생성-소멸 단기 예측 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 서로 다른 3개 이상의 파장을 통해 소산계수를 얻음으로써 해당 지점에서의 안개의 생성 및 소멸 속도를 실시간으로 구할 수 있는 안개의 생성-소멸 단기 예측 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 낮뿐만 아니라 밤에도 안개의 생성 및 소멸과정을 동시에 예측할 수 있는 안개의 생성-소멸 단기 예측 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 특징에 따르면, 부유입자 물질의 소산계수의 시간적 변화를 통한 안개의 생성-소멸 단기 예측 방법은, 원하는 지역에서 임의로 피사체를 설치 또는 설정하는 단계; 상기 피사체에 대하여 상기 피사체의 영상 또는 밝기를 복수의 서로 다른 파장에서 산출하는 단계; 서로 다른 파장에서 산출된 상기 피사체의 영상 또는 밝기를 실시간으로 대비하여 그 크기 변화를 비교하는 단계;를 포함하되, 상기 비교단계에서는 해당 파장에서의 소산계수를 구하고 그 차이를 입자의 크기 변화로 환산하여 안개에 의한 급격한 시정변화를 사전에 감지한다.
그리고 피사체 설치/설정 단계에서는, 상기 피사체는 동종의 검은 물체로서 측정위치를 기준으로 서로 다른 거리로 같은 방향에 배치되고, 보다 상세하게는 각 피사체를 향하고 반사되는 빛이 다른 피사체에 의해 방해받지 않는 위치에 배치된다.
또한 상기 산출단계에서는, 밤과 낮에 소산계수를 구하기 위하여 UV-IR 광원을 상기 피사체 방향으로 조사하고, 상기 피사체의 파장별 영상 또는 밝기는 파장별로 서로 다른 위치에 설치된 센서로 조사되어 각 파장별로 감지된다.
이때 안개가 생성되는 시점에서는 UV-IR 범위에서 상대적으로 긴 파장에서의 소산계수를 이용하고, 안개가 소멸되는 시점에서는 UV-IR 범위에서 상대적으로 짧은 파장에서의 소산계수를 이용하는 것이 바람직하다.
그리고 실시간으로 산출된 복수의 서로 다른 각각의 파장에서의 소산계수값이 임의로 설정된 임계문턱치를 초과하여 모두 나타나고, 각 파장사이의 소산계수의 차이가 변위문턱치를 초과하여야 하며, 시간 변화에 따라 입자의 크기 변화가 순차적으로 증가하고, 이러한 현상들이 반복하여 나타날 때 안개의 생성과정으로 판단한다.
반대로, 실시간으로 산출된 복수의 서로 다른 파장에서의 소산계수값이 임의로 설정된 임계문턱치 미만으로 모두 나타나고, 각 파장사이의 소산계수의 차이가 변위문턱치 미만이어야 하며, 시간 변화에 따라 입자의 크기 변화가 순차적으로 감소하고, 이러한 현상들이 반복하여 나타날 때 안개의 소멸과정으로 판단한다.
아울러, 상기 비교단계에서는, 파장별 소산계수의 분포를 통하여 AE를 산정하고, 실시간 산출된 AE가 지속적으로 증가하면 안개의 소멸시로 판정하며, AE가 지속적으로 감소하면 안개의 생성시로 판정한다.
한편, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 안개의 생성-소멸 단기 예측 장치는, 상기 피사체에서 반사된 빛을 수용하고 영상의 밝기를 전기적 신호로 변환하는 광센서; 상기 피사체에서 반사된 피사체의 영상을 상기 광센서 표면에 1:1 사영하기 위해 상기 피사체에서 반사된 빛의 경로를 변환시키도록 복수의 렌즈로 구성되는 렌즈계; 상기 렌즈 사이에 배치되어 상기 피사체에 반사된 빛을 복수의 파장으로 분해하여 각 광센서로 투사하는 빔분학기; 및 상기 광센서에서 전기적 신호로 변환된 피사체의 밝기를 실시간으로 대비하여 그 크기 변화를 비교하는 판단부;를 포함하되, 상기 판단부에서는 해당 파장에서의 소산계수를 구하고 그 차이를 입자의 크기 변화로 환산하여 안개에 의한 급격한 시정변화를 사전에 감지하는 것을 특징으로 한다.
그리고 본 발명에 따른 안개의 생성-소멸 단기 예측 장치는, 태양빛이 없는 밤시간에 피사체로 빛을 방출하기 위한 것으로, UV에서 IR 영역의 파장을 방출하는 광원과, 상기 광원에서 방출된 빛을 피사체를 향하여 평행광으로 굴절시키는 굴절렌즈를 포함하는 송신부를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 피사체는 동종의 검은 물체로서 측정위치를 기준으로 서로 다른 거리로 같은 방향에 배치되되, 각 피사체를 향하고 반사되는 빛이 다른 피사체에 의해 방해받지 않는 위치에 배치될 수 있다.
상기 판단부에서는, 안개가 생성되는 시점에서는 UV-IR 범위에서 상대적으로 긴 파장에서의 소산계수를 이용하고, 안개가 소멸되는 시점에서는 UV-IR 범위에서 상대적으로 짧은 파장에서의 소산계수를 이용할 수 있다.
그리고 상기 판단부에서는, 실시간으로 산출된 복수의 서로 다른 파장에서의 소산계수값이 임의로 설정된 임계문턱치를 초과하여 모두 나타나고, 각 파장사이의 소산계수의 차이가 변위문턱치를 초과하여야 하며, 시간 변화에 따라 입자의 크기 변화가 순차적으로 증가하고, 이러한 현상들이 반복하여 나타날 때 안개의 생성과정으로 판단한다.
반대로 상기 판단부에서는, 실시간으로 산출된 복수의 서로 다른 파장에서의 소산계수값이 임의로 설정된 임계문턱치 미만으로 모두 나타나고, 각 파장사이의 소산계수의 차이가 변위문턱치 미만이어야 하며, 시간 변화에 따라 입자의 크기 변화가 순차적으로 감소하고, 이러한 현상들이 반복하여 나타날 때 안개의 소멸과정으로 판단한다.
그리고 상기 판단부에서는, 파장별 소산계수의 분포를 통하여 AE를 산정하고, 실시간 산출된 AE가 지속적으로 증가하면 안개의 소멸시로 판정하며, AE가 지속적으로 감소하면 안개의 생성시로 판정할 수 있다.
본 발명에 따른 안개의 생성-소멸 단기 예측 방법 및 장치에 의하면, 안개가 자주 발생하는 지점에 특정한 반사 특성을 지닌 물체를 두고 카메라나 광센서를 통해 그 물체에 대한 산란정보를 얻어 그 지점에서 소산계수를 통해 안개의 생성 및 소멸과정을 동시에 측정할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따르면, 서로 다른 3개 이상의 파장을 통해 소산계수를 얻음으로써 해당 지점에서의 안개의 생성 및 소멸 속도를 실시간으로 구할 수 있으므로, 안개의 급격한 변화를 예보하여 안개로 인한 교통과 생활의 불편이나 사고를 예방할 수 있는 장점이 있다.
그리고 본 발명에 따르면, 낮뿐만 아니라 밤에도 안개의 생성 및 소멸과정을 동시에 예측할 수 있으므로, 낮에만 가능했던 기존 예측방법의 한계를 극복하고 24시간 예보가 가능하여 안개의 생성 및 소멸 정보를 폭넓게 활용할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 입자의 둘레를 파장으로 나눈 것과 소산효율과의 관계를 나타내는 그래프,
도 2는 입자의 분포를 시간적 변화를 보여주는 그래프,
도 3은 도 2와 같은 입자의 성장에 따른 카메라의 3 파장에서의 소산계수 변화를 나타낸 그래프,
도 4는 안개가 걷히는 과정을 촬영한 사진들,
도 5는 도 4의 각 사진을 이용하여 얻은 카메라의 3파장에서 얻은 소산계수를 보여주는 그래프,
도 6은 3파장(RGB)에서 얻은 소산계수를 이용하여 얻은 AE의 값의 시간적 변화를 보여주는 그래프,
도 7은 도 6의 실제 상황을 고려하여 현장에서 안개의 생성을 예측하는 과정을 예를 들어 나타낸 도면,
도 8은 밤낮으로 소산계수를 3가지 이상의 파장에서 얻기 위한 장치의 구성도,
도 9는 밤-낮으로 안개의 소산계수를 측정할 수 있는 장치의 실례를 보여주는 도면이다.
본 발명의 특징과 장점은 첨부된 도면에 의하여 설명되는 실시 예에 의하여 보다 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시 예에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열에 의해 본 발명의 응용이 제한되는 것은 아니다. 본 발명은 다른 실시 예들로 구현될 수 있고, 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 또한, 장치 또는 요소의 방향 등과 같은 용어들에 관하여 실시 예에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되며, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다. 예를 들면, "제1", "제2"와 같은 용어가 본 발명을 설명하는 실시 예와 청구항에 사용되는데, 이러한 용어가 상대적인 중요성 또는 취지를 나타내거나 의미하는 것으로 의도되지 않는다.
또한, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니되며, 발명자가 발명의 용어와 개념을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념에 입각하여 기재한 것으로 해석하여야 한다.
따라서 본 발명은 제시되는 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구 범위에 기재된 기술상의 균등한 범위 내에서 다양한 수정 및 변경이 가능하다.
다음에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세하게 설명한다.
안개는 수증기 상태의 기체-물이 미세먼지에 달라 붙어서 액체 상태의 물로 변하는 것으로 발생 원인이나 장소 등에 따라서 다양한 종류의 안개가 있으나, 최종적으로는 시정거리를 악화시킨다는 공통점이 있으며, 그 시정의 변화는 시간적으로 급격히 그리고 비선형적으로 이루어진다. 비록 시정이 시간에 대하여 비선형적으로 갑자기 나빠지지만, 안개를 구체화하는 매개변수(parameter) 즉 입자의 크기 분포나 총량은 선형적으로 변한다. 이러한 이유로 매개변수의 시간적인 한 시점에서의 측정만으로는 그 시정변화를 예측할 수 없으며, 즉 총량이나 크기 측정과 같은 값은 카메라나 기타 간단한 광센서만으로 쉽게 얻을 수 없고 그들 값의 관계를 통하여 얻어진다.
시정의 악화는 부유된 물방울 입자의 총량(g/㎥)발생의 변화보다는 그 크기분포의 변화에 기인한다. 구체적으로는 안개가 소멸되는 과정에서 생기는 급격한 소산계수 변화는 부유된 물방울의 총 질량보다는 총 면적과 관련이 있다. 즉 같은 질량의 물방울이 존재하더라도 특정 크기의 물방울이 존재할 때 더 소산계수가 커지거나 작아질 수 있다는 의미이다. 아래의 상세한 설명들은 왜 총 질량보다 크기 변화가 더 직접적인 변수임을 보임과 동시에 어떻게 그 크기 변화가 발생하고 그 효과가 시정거리에 어떤 영향을 미치는가 특히 예보와 관련된 시간적인 영향을 살펴볼 것이다. 이러한 이론적 배경을 바탕으로 어떠한 변수인자를 어떻게 측정하고 그 결과를 어떻게 예보에 이용하는가를 상세히 설명한다,
먼저 예보를 위하여 측정하는 소산계수가 안개의 어떤 물리량에 관계되는지를 설명한다.
[수학식 1]은 소산계수가 어떤 물리량에 관계되는지 설명한다.
Figure 112021090613196-pat00001
[수학식 1]에서 주어진 파장(λ)에서의 소산계수(α)는 주어진 크기(
Figure 112021090613196-pat00002
)에서의 수밀도(
Figure 112021090613196-pat00003
)와 그 크기 입자의 그림자 면적(
Figure 112021090613196-pat00004
)에 관계되는데 최종적으로는 소산효율(
Figure 112021090613196-pat00005
)은 파장과 입자의 크기의 함수이다. 소산효율은 도 1과 같다. 도 1에서 x축은 입자의 둘레를 파장으로 나눈 것을 나타내며(
Figure 112021090613196-pat00006
), y축은 소산효율을 나타내며, 도 1은 물방울 입자에서 굴절률이 1.33이라고 가정하고 계산한 것이다. 도면에서 보듯이 입자의 소산 효율은 x=1 근처부터 갑자기 증가하며, 그 이후에는 입자의 크기가 파장보다 수백 배 이상 훨씬 더 커도 그 효율은 지속적으로 증가하지 않고 '2'로 수렴한다는 것을 보인다. 즉 작은 물방울에서 입자의 크기가 커지다가 입자의 크기가 파장의 0.65∼1.63배(=4∼10) 정도 되면 급격히 그 효율이 증가하고 입자의 크기가 더 커지더라도 그 효율은 증가하지 않는다는 것을 보여준다. 그리고 식에서 소산효율은 대기의 온도, 습도 등의 조건과 무관하게(간접적이고) 크기와 파장의 직접적인 함수이고, 안개의 소실과 생성과정은 오직 입자의 크기분포 함수에 기인한다.
도 1에서 얻은 수 있는 정보는 안개가 생성되는 시점에서는 x축의 왼쪽에서 오른쪽으로 입자의 크기가 변하여 긴 파장에서 가파르게 변하는 소산효율 영역(=4∼10)에 빨리 도달하고, 소멸과정에서는 반대로 x축의 오른쪽에서 왼쪽으로 변하기 때문에 짧은 파장이 이 부분에 더 빨리 도달한다. 즉 소멸과 생성시 다른 파장의 정보를 이용하는 것이 유리하다는 의미이다.
[수학식 1]과 도 1을 근거로 소산계수의 변화를 예측한다면, 일반 미세먼지나 안개가 발행할 초기에 안개의 크기는 부유 입자의 크기 분포에 의하여 결정되며, 즉 안개가 발생하기 전의 입자크기는 미세 먼지의 입자 크기에 의하여 결정되고, 초기 입자의 크기 분포는 대기의 특성상, 0.01um 이하의 작은 입자는 확산되어 전체 공간으로 퍼지며, 10um이상의 것은 땅으로 침강(sedimentaion)되어 사라기 때문에 소산계수에 기여하는 입자는 대부분 PM10과 PM2.5와 같은 입자가 될 것이다. 즉 안개가 발생하기 전-후에서는 소산계수가 미세먼지에 의하여 결정되며, 안개가 생성된 후에는 크기가 달라진 물방울 입자에 의하여 결정된다.
주어진 미세 먼지 분포에서 온도의 하강이나, 공기의 이동 등 다양한 안개 형성 메카니즘을 통하여 안개가 형성되나, 최종적으로는 [수학식 1]에서 알 수 있듯이 소산계수의 변화가 시정의 변화를 발생시키고, 시정의 변화는 입자의 크기 분포 변화에 의하여 야기된다. 대기 부유 입자의 크기 증가는 입자가 수증기를 흡착-탈착하는 과정을 통하여 발생하며, 기체 상태의 수증기가 부유 입자에 흡-탈착하여 커지거나 작아지는 과정은, 공기와 접촉이 가능한 입자의 표면적에 비례하여 발생하므로 입자가 탈-흡착되는 과정을 모사하는 방법은 [수학식 2]와 같이 기술될 수 있다.
Figure 112021090613196-pat00007
식에서 안개가 생성되는 경우,
Figure 112021090613196-pat00008
은 안개가 형성되기 전 미세먼지의 입자면적분포이고 소멸과정에서는 안개의 입자면적이다. t는 시간의 흐름을 나타내며, t=1이라면 입자의 크기가 원래 입자의 크기보다 p배 만큼 증가하는 경우이고, 해당하는 시간만큼 경과했을 시점인 t=n은 그 처음보다 면적이 pn배 만큼 증가했을 경우를 나타낸다. 소멸과정에서는 그 반대를 나타내고, p가 1보다 큰 경우는 입자의 면적이 증가하여 안개가 형성되는 과정을, p가 1보다 작은 경우는 소멸 과정을 나타낸다.
도 2는 [수학식 2]를 통하여 얻어지는 입자의 분포를 시간적 변화를 보여주며 전형적인 안개 입자의 성장 모형을 보여준다. 그리고 도 3은 도 2와 같은 입자의 성장에 따른, 즉 시간의 변화에 따른 카메라의 각 파장(450nm, 550nm, 600nm)에서의 소산계수 변화를 나타낸다.
도 3에서 x축은 [수학식 2]의 t에 해당한다. 그리고 도면의 박스 그림은 3개의 파장에서의 소산계수를 통하여 얻어지는 AE를 나타낸다. 박스 그림에서 알 수 있듯이 에어로졸 상태의 입자가 수증기를 흡착하여 성장하는 경우, 특정 시간영역(본 도면에서는 25번째의 시간영역까지)에서는 AE 값이 1.5 정도를 유지하고 있으며, 입자의 크기가 성장하여 특정 단계 이상으로 커지면 AE 값이 감소하기 시작한다는 것을 보여 준다. 즉 입자의 성장은 각 파장에서 소산계수의 변화뿐만 아니라 AE의 변화도 동시에 가져오게 되는데, 일반적으로 소산계수 자체의 변화는 입자의 총량 변화와 크기 변화 두 가지 요인에 의하여 발생하나, 안개의 AE 변화는 오직 입자의 크기 변화만 관계된다. 그러므로 두 변수의 변화 과정을 모니터링하는 것은 안개의 성장·소멸을 예측하는데 중요한 근거자료가 될 수 있다.
도 4는 안개가 걷히는 과정을 촬영한 것이다, 도면에서 번호는 사진의 시리얼 번호를 나타내며, 그 숫자의 차이는 시간의 차이를 타나내며 차이 값 1은 5분 간격을 나타낸다. 그러므로 도면에서 그림에서 5370과 5374는 2 분 간격을 나타낸다. 도면에서 알 수 있듯이 안개의 소멸은 20분 내외의 짧은 시간에서 이루어지며, 예보 과정도 빠르고 신속하며 정확하게 이루어 져야한다는 것을 보여준다.
도 5는 도 4의 각 사진을 이용하여 얻은 카메라의 3파장에서 얻은 소산계수를 보여준다. 도면들에서 알 수 있듯이 5370은 안개가 매우 강하게 형성된 경우이며, 5374는 이미 급격히 안개가 제거된 경우를 보여준다. 여기서 알 수 있듯이 그 간격은 10분 내외에서 이루어지며, 예측이 매우 어렵다는 것을 보여준다. 그러나 그림에서 알 수 있듯이 3 파장에서 소산계수의 절대값은 이미 점차적으로 감소하고 있었으며, 또한 특정시간에서는 5369에서는 각 파장의 소산계수가 이미 비슷한 값을 보이기 시작하여 AE 값도 점차 커지기 시작하여 안개의 소멸에 대한 징조를 보이고 있다는 것을 알 수 있다.
도 6은 3파장(RGB)에서 얻은 소산계수를 이용하여 얻은 AE의 값의 시간적 변화를 보여준다. 도면에서 보듯이 안개가 매우 심하게 형성되어 있는 구간, 즉 5370 이전에는 AE 값이 대부분 음의 값을 보이고 있다. 음의 값의 의미는 안개가 심하게 발생한 경우 파장이 짧은 파란 색의 소산계수 값이 붉은 색의 소산계수보다 더 작다는 것을 의미하고, 안개가 강하게 발생한 경우는 정보 전달에서 파란색이 더 좋은 정보를 제공한다고 할 수 있다. 이러한 이유로 안개가 강한 날, 공항의 안내등은 파란 색으로 보인다. 또한 이 값의 절대값은 안개의 농도와 관계없이 입자의 크기 정보를 정확하게 나타낸다고 할 수 있다. 본 발명에서는 예보를 위하여 크기 정보 보다는 크기의 변화에 더 관심이 있으며, 그 값은 시간에 따른 AE 값의 증가와 관계된다.
도 6에서 안개의 농도가 낮은 구간에서 AE 값의 요동 보다는 안개가 거의 걷힌 경우(5376 이상) 요동이 더 심하다는 것을 볼 수 있는데, 이는 측정 값의 오차에 의한 요동 보다는 산란이론 자체에 의한 것으로 판단된다.
이론적 그리고 실험적으로 안개가 충분이 형성되어 있는 5375 이하의 시간에서는 비교적 안정적인 값을 보인다. 이러한 안정적인 값 역시 잘못 측정된 측정 값의 오차에서 발생하는 것이 아니라 Mie 산란이론으로 설명된다. 도면에서의 AE 값의 요동은 측정치의 오차에 의한 것으로 이 값의 요동을 안정화 할 수 있다. 즉 도면에서는 측정이 5분 간격으로 이루어진 것으로 각 5분에 하나의 사진만 활용한 것이나, 그 측정 간격을 충분히 나누어 측정이 가능하다. 이론적으로는 매 수십초 간격으로 사진촬영이 가능하다. 측정 간격을 충분히 짧게 하여 그 평균을 취하면, 안개가 걷히기 전에 얻어지는 AE 값도 매우 안정적이라 할 수 있다. 이렇게 안정적인 AE 값을 얻으면 그 값의 변화도 매우 안정적이고, 신뢰도도 충분히 높일 수 있다.
도 7은 도 6의 실제 상황을 고려하여 현장에서 안개의 생성 예측하는 과정을 예를 들어 나타낸 것이다. 본 발명의 상세 설명에서는 기술되지 않지만 안개의 소멸은 안개의 생성과 반대의 과정을 거친다. 안개의 생성과 소멸은 주로 시간, 온도 등의 변화를 보조 정보로 활용할 수 있다. 도 7에서
Figure 112021090613196-pat00009
는 소산계수를 의미하고 그 아래첨자는 파장을 말하며, 아래첨자가 작은 값은 파장이 짧은 것을 의미한다. 안개의 생성을 예측하는 과정은 도 7에서 보듯이 4가지 조건을 만족하는 경우에 해당한다. 먼저 생성과정은 긴 파장에서 특정값 이상이 되며(
Figure 112021090613196-pat00010
), 그리고 모든 파장에서 소산계수가 일정 임계문턱치(
Figure 112021090613196-pat00011
)를 초과하여야 하고, 둘째로, 입자의 크기가 임계문턱치를 초과 성장하여 각 파장 사이의 소산계수의 차이가 또한 특정 변위문턱치 이상이 되어야 하며(
Figure 112021090613196-pat00012
,k=1,2...n), 그리고 입자의 크기 변화가 순차적으로 증가하고 있어야 하며(
Figure 112021090613196-pat00013
), 마지막으로 이러한 현상이 반복하여 나타나야 한다 (
Figure 112021090613196-pat00014
).
이러한 조건들은 안개예보를 위하여, 안개의 농도가 특정 한계농도 이상의 안개가 형성되어야 하고, 입자의 크기 변화가 지속적으로 증가하여야 하며, 또한 그 크기가 일정 크기 이상이야 하며, 동시에 이러한 기상학적 변화가 특정 시간 동안 지속적으로 발생한다는 것을 의미한다.
기술적으로는 이러한 소산계수의 시간적 변화를 모니터링하기 위하여 가능한 빠르게 반복적으로 측정이 이루어져야 하며 그 측정값을 평균하여 측정오차(statistical err)를 줄여서 사용한다.
또한 조기 경보를 위하여 가능한 짧은 파장과 긴 파장에서의 소산계수를 동시에 이용하여 파장의 차이가 미미하여 발생할 수 있는 판단의 착오를 줄일 수 있다. 예를 들어 안개 생성시는 긴 파장에서 더 빨리 소산계수가 급격히 증가하고, 소멸시에는 짧은 파장이 더 빨리 소산계수가 감소한다. 즉 생성과 소멸에서 파장 차이가 큰 여러 파장을 이용함으로서 입자의 크기가 미미하게 변하여도 특정 시점에서 소산계수의 차이를 얻을 수 있도록 한다.
마지막으로 이러한 현상은 밤과 낮을 통하여 동시에 예측이 가능하여야 하기 때문에 태양광을 사용하는 일반적인 카메라를 직접 사용할 수 없고 조명장치를 간단하지만 새롭게 구성하거나, 카메라 시스템에 아닌 새로운 측정 시스템을 구성하여 측정할 수 있게 한다.
도 8은 밤낮으로 소산계수를 3가지 이상의 파장에서 얻기 위한 장치의 구성도를 나타낸 것이다. 도 8은 일반 카메라를 사용하여 밤낮으로 소산 혹은 산란계수를 얻은 장치를 보여준다. 카메라를 활용하는 경우 밤 시간 측정에서 어쩔 수 없이 인공적인 광원이 사용되며, 일반적으로 카메라의 플래쉬 광원은 일반적인 풍경 촬영을 위하여 넓은 각도로 퍼지도록 광학계가 구성된다.
본 발명에서는 소산계수 측정에 부합하도록 하기 위하여 기본 장치에 보조 렌즈를 더하여 새로운 조명장치로 사용한다. 보조 렌즈는 일반 카메라의 프래쉬가 풍경을 촬영하기 위하여 빛을 퍼트리는 반면 본 발명에서는 보조렌즈는 플래쉬 광원의 빛을 가능한 퍼트리지 않고 피사체에 대부분의 광원을 보내기 위하여 평행광을 만들어 사용한다.
피사체는 여러개로 구성할 수 있으며(본 발명의 설명에서는 두 개만 있음), 같은 반사도를 지닌 동종의 검은 물체를 다른 거리에, 각 피사체를 향하고 반사되는 빛이 다른 피사체에 의해 방해받지 않는 위치로 가능한 같은 방향에 두어 설치하도록 한다.
반사 특성을 알고 있는 피사체 1, 2, 3...(주로 검은색)에서 반사된 빛은 카메라의 각 화소 집단으로 상이 맺히게 되고 그 상의 밝기는 대기부유입자의 소산계수에 의하여 결정된다. 카메라에 맺힌 피사체의 밝기와 소산계수와의 관계는 관련발명(10-2019-0003495: 임의 풍경을 이용한 대기중의 미세먼지 소산계수 및 크기정보 추출 시스템)이나 기존의 논문을 참조할 수 있다. 본 발명에서도 기존 발명과 같은 알고리즘으로 소산계수를 측정하지만, 도 7과 같은 알고리즘과 도 8과 같은 보조 장치를 사용하여 밤과 낮으로 임의의 시간에 안개의 소산계수를 측정할 수 있는 점이 다르다.
밤시간에 카메라로 얻은 파사체 화소의 신호는 안개에 의하여 생기는 베일효과(Backscattered Veil)와 빛이 특정지점까지 도달하면서 생기는 소산효과 그리고 물방울로 구성된 입에서 얻어지는 라이다비로 얻을 수 있으며 그 이론은 라이다의 신호 이론과 동일하다. 그러나 라이다의 경우 조사된 전체 광원의 빛을 모두 받도록 설계하는 반면 본 발생은 광원이 퍼지기 때문에 그 중에서 일부분 피사체에 도달한 것, 그 중에서도 일부분 즉 센서의 활성영역(active area)에 입사되는 것만 받기 때문데 다른 이론을 따르며, [수학식 3]은 밤에 타겟의 반사도가 0인 물체의 피사체 영상의 한 화소(하나의 센서에서 얻은 값)의 신호 세기를 나타낸 것이다.
Figure 112021090613196-pat00015
[수학식 3]에서
Figure 112021090613196-pat00016
는 조명장치에서의 신호,
Figure 112021090613196-pat00017
는 후방산란계수, r은 타겟까지 거리를 말하며, 타겟까지의 거리에서 후방산란계수가 일정하다면 후방산란계수는 상수로 취급되며, [수학식 3]은 두 개의 미지수를 가지고 있고, 알고 있는 두 지점에서의 신호를 얻으면, 부유된 입자에 의한 소산계수를 얻을 수 있다.
[수학식 4]는 낮에 태양의 직접조사 및 다중 산란 광원에 의하여 카메라의 영상에 맺혀지는 검은 피사체의 상에서 하나의 화소 값을 나타낸 것이다.
Figure 112021090613196-pat00018
[수학식 4]에서
Figure 112021090613196-pat00019
는 태양이나 다중 산란된 광원에 의하여 부유입자에 도달되는 광원, p는 태양의 방향 등을 고려한 각도에 의하여 결정되는 산란위상함수를 나타내며 최종적으로는 거리와 무관한 모든 값을
Figure 112021090613196-pat00020
으로 표시한 식이다.
도 8에서는 실례로 밤-낮에 얻어지는 검은 피사체의 영상을 보여준다. [수학식 3] 및 [수학식 4]에서 알 수 있듯이 낮 시간에는 먼 거리의 검은 물체가 밝게 보이고, 밤 시간에는 가까운 거리의 검은 물체가 밝게 보인다. 결론적으로 두 지점 이상에서의 밝기 신호를 이용하면 간단히 소산계수를 얻을 수 있다.
예를 들어, [수학식 5]는 밤 시간에 얻은 두 화소값을 이용하여 소산계수를 얻은 경우를 타낸다. 낮 시간의 경우 참고 된 기존 특허(10-2019-0003495)를 참조하여 소산계수를 얻을 수 있다.
Figure 112021090613196-pat00021
도 9는 카메라를 사용하지 않더라도 임의의 광학장치를 구현하여 밤-낮으로 안개의 소산계수를 측정할 수 있는 장치의 실례를 보여준다. 도 9와 같이 임의의 광원을 사용하고 카메라의 2차원 CCD 센서를 사용하지 않는 이유는 카메라의 CCD가 가시광 영역에서만 주로 감도가 있도록 설계되어 있기 때문이고, 본 발명의 특성상 파장 차이가 클수록 소멸과 생성과정을 잘 알 수 있기 때문이다. 반면에 상용 카메라의 CCD는 RGB에서 파장 차이가 그리 크지 않고 따라서 각 파장에서 소산계수 차이가 크지 않아서 입자의 크기 변화를 일찍 감지하는데 불리한 이유가 있다.
그러므로 도 9와 같은 장치를 사용하여 UV-IR의 넓은 영역의 파장을 이용하고, 그 사이에 있는 더 많은 파장을 이용하여 도 7과 같은 알고리즘을 사용한다면 더 빨리 더 정확하게 안개의 발생 및 소멸을 예보할 수 있다.
도 9는 카메라의 주어진 3개의 파장보다도 더 많은 파장을 사용하거나, 넓은 범위의 파장을 이용하여 더 효율적이고, 더 정확하며, 더 빠른 예보를 원하는 경우 새롭게 장치를 구현하는 한 방법을 실례로 든 것으로 실제는 더 많은 파장을 사용하여 본 발명의 예측 알고리즘에 활용이 가능하다.
도면에서 송신부는 UV에서 IR영역의 파장을 방출하는 광원(F)과 이를 평행광으로 바꾸는 굴절렌즈(RL), 그리고 임의의 피사체들로 구성된다. 이러한 송신부는 본 발명에 따른 장치를 태양광 또는 주변 광이 존재하는 환경에서 사용하는 경우라면 생략될 수 있다.
그리고 수신부는 피사체의 영상을 센서 표면으로 1:1 사영(projection)하기 위하여 상기 피사체에서 반사된 빛의 경로를 변환시키도록 복수의 렌즈로 구성되는 렌즈계(L1, L2, L3-1, L3-2,..)와, 영상의 밝기를 전기적 신호로 바꾸는 광센서(P1, P2,...)로 구성된다.
피사체(O1, O2,..)는 가능한 유사한 인접한 방향으로 설치되며, 마찬가지로 카메라의 영상처럼 1:1 대응이 되도록 각 센서(P1(1,2), P2(1,2), P1(1,2) ...Pn(1,2))는 두 개의 다른 센서로 구성되며, 인접하게 두어 각 피사체를 모니터링 할 수 있도록 한다.
각각의 센서는 다른 파장을 인지할 수 있도록 빔분학기(Beam splitter: BS1, BS2,..)를 두어 원하는 파장만 각각 반사시켜서 센서로 입력되도록 장치를 구성한다.
이러한 장치에서 광센서를 통하여 얻어지는 센서의 전기적 신호의 세기는 밤과 낮의 경우에 [수학식 3] 및 [수학식 4]를 만족하도록 설계되어야 한다. [수학식 3] 및 [수학식 4]를 얻는 과정에서 그 밝기는 하나의 화소 밝기를 의미하므로, 피사체가 영상면(image plane: P1, P2,..)에서의 1:1로 상이 맺혔을 경우 그 크기가 센서의 면적(active area)보다 훨씬 크도록 센서의 크기를 작게 만들어야 한다. 센서의 크기가 큰 경우는 광학적으로 그 크기가 작아지도록 앞에 작은 구멍(pinhole)을 두거나 렌즈(L3-1, L3-2, L3-3)의 초점 거리를 크게 하여야 한다.
즉 카메라를 통해서도 [수학식 3] 및 [수학식 4]를 적용하여 상술한 방법으로 소산계수를 구할 수 있다. 다만 도 9는 원하는 파장을 다양화 시킬 수 있으며, 최소 파장과 최대 파장의 차이를 크게 하여, 작은 입자의 크기 변화에도 그 값을 쉽게 인지할 수 있도록 한다.
이와 같이 광센서에서 전기적 신호로 변환된 피사체의 밝기는 판단부에서 실시간으로 대비하여 그 크기 변화를 비교한다. 즉, 상기 판단부에서는 해당 파장에서의 소산계수를 구하고 그 차이를 입자의 크기 변화로 환산하여 안개에 의한 급격한 시정변화를 사전에 감지한다. 이러한 판단부의 구체적인 작용은 본 발명에 따른 예측 방법의 비교단계에서 수행되는 특징과 동일하므로 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
지금까지 설명된 상세한 설명으로부터 본 발명은 다음과 같은 특징을 갖는다.
(1) 안개의 종류에 무관하게 그 발달과정을 예측할 수 있다. 예를 들어 이동안개(advection fog)의 예측은 이동 유무, saturation 유무, 절대 습도, 바람 등의 정보를 바탕으로 모델링에 의하여 예측할 수밖에 없으나, 궁극적으로는 주어진 한 지점에서 안개의 발달은 입자의 크기 변화로 종결되기 때문에 입자의 크기 변화와 총량 변화를 모니터링하는 본 발명은 안개의 종류와 발생 메커니즘에 무관하게 적용이 가능하다. 물론 본 발명은 복사안개(radiation fog)와 같은 정시 상태의 안개에도 적용이 가능하다.
(2) 최근 들어 안개의 소멸과 생성 현상이 점점 극적으로 더 빠른 속도로 생성-소멸되고 있다. 이는 부유 미세먼지의 크기가 점점 작아지고 있는 것이 주요 이유이며, 점점 더 작은 입자들이 존재하는 경우 같은 질량(PM10, PM2.5)의 미세먼지가 있더라도 작은 입자의 경우 전체적으로 면적이 늘어나서 더 빠르게 더 강하게 안개가 진행된다는 의미이다. 마찬가지로 도시 근교의 안개 혹은 Mist는 더 작은 입자들로 구성되어 더 빨리 소멸된다. 이는 같은 질량의 물방울이 존재하더라도 잘게 쪼갠 상태로 존재하여 대기와 맞닿은 부분이 넓어져서 빨리 소멸된다는 의미이다. 즉 빠른 생성·소멸은 빠른 속도로 소산계수를 측정하여야 한다. 본 발명은 일부분의 부유 입자만을 측정하는 것이 아니기 때문에 기존의 point 측정 방식보다 훨씬 전체를 대변하고, 측정 속도도 빠르며, 또 측정된 값에서 필수적으로 동반되는 오차를 다양한 넓은 측정에 의한 평균효과로 그 오차가 적어진다.
즉 본 발명은 빠른 속도로 변하는 안개의 정보를 더 빨리 더 정확하게 얻을 수 있어, 측정면에서 유리하다.
(3) 도 1에서 알 수 있듯이, x축은 입자의 크기와 사용된 빛의 파장을 나눈 값(규격화된 입자크기)에 의존하며, 산란 효율은 규격화된 입자크기에 의존하므로 규격화된 입자의 크기가 x값 2∼6 정도에서 가파른 변화를 보인다. 이 범위에서 감도가 좋다는 의미이다. 즉 파장이 짧은 빛을 이용하면 작은 입자의 크기에 대해 좋은 감도를 얻을 수 있고, 큰 입자의 경우 파장이 긴 빛을 이용하면 감도가 좋은 정보를 얻을 수 있다. 본 발명은 이러한 점에서 도 9와 같이 다양한 파장을 이용하는 경우 기존의 다른 측정법보다 더 넓은 크기 범위에서 좋은 감도로 소산계수를 측정하여 안개의 예보를 할 수 있다. 즉 안개의 생성과정은 짧은 파장의 소산계수가 시간적으로 특정 시점에서 빨리 그 소산계수가 커지며, 소멸과정에서는 긴 파장의 그것이 더 빨리 소산계수가 급격히 작아진다.
(4) 본 발명은 한 순간의 정보를 이용하는 것이 아니라 연속적인 정보를 이용할 수 있다. 이는 (3)에서 설명한 더 빠르고 정확한 측정 때문이다. 즉 측정 값의 시간적 변화를 이용한다. 이러한 측정 값은 안개의 총량에 해당하는 소산계수와 안개의 입자 크기에 해당하는 AE값을 동시 이용한다. 즉 혹시나 생길지 모르는 오차를 시간적으로 총량, 크기에 대하여 모니터링하고 이를 예보에 사용한다는 의미이다.
(5) 본 발명은 주로 안개의 생성에 관한 설명이 있으나, 소멸에 관한 것은 같은 방법과 장치를 통하여 이루어진다.
이상에서와 같이 본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
P1, P2, P3, P4 : 광센서
L1, L2, L3 : 렌즈계
BS1, BS2, BS3 :빔분학기
F : 광원
RL : 굴절렌즈
O1, O2 :피사체

Claims (14)

  1. 원하는 지역에서 임의로 피사체를 설치 또는 설정하는 단계;
    상기 피사체에 대하여 상기 피사체의 영상 또는 밝기를 복수의 서로 다른 파장에서 산출하는 단계;
    서로 다른 파장에서 산출된 상기 피사체의 영상 또는 밝기를 실시간으로 대비하여 그 크기 변화를 비교하는 단계;를 포함하되,
    상기 비교단계에서는 해당 파장에서의 소산계수를 구하고 그 차이를 입자의 크기 변화로 환산하여 안개에 의한 급격한 시정변화를 사전에 감지하고,
    실시간으로 산출된 복수의 서로 다른 각각의 파장에서의 소산계수값이 임의로 설정된 임계문턱치를 초과하여 모두 나타나고, 각 파장사이의 소산계수의 차이가 변위문턱치를 초과하여야 하며, 시간 변화에 따라 입자의 크기 변화가 순차적으로 증가하고, 이러한 현상들이 반복하여 나타날 때 안개의 생성과정으로 판단하는 것을 특징으로 하는 부유입자 물질의 소산계수의 시간적 변화를 통한 안개의 생성-소멸 단기 예측 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    피사체 설치/설정 단계에서는,
    상기 피사체는 동종의 검은 물체로서 측정위치를 기준으로 서로 다른 거리로 같은 방향에 배치되되, 각 피사체를 향하고 반사되는 빛이 다른 피사체에 의해 방해받지 않는 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 부유입자 물질의 소산계수의 시간적 변화를 통한 안개의 생성-소멸 단기 예측 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 산출단계에서는,
    밤과 낮에 소산계수를 구하기 위하여 UV-IR 광원을 상기 피사체 방향으로 조사하고,
    상기 피사체의 파장별 영상 또는 밝기는 파장별로 서로 다른 위치에 설치된 센서로 조사되어 각 파장별로 감지되는 것을 특징으로 하는 부유입자 물질의 소산계수의 시간적 변화를 통한 안개의 생성-소멸 단기 예측 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    안개가 생성되는 시점에서는 UV-IR 범위에서 상대적으로 긴 파장에서의 소산계수를 이용하고, 안개가 소멸되는 시점에서는 UV-IR 범위에서 상대적으로 짧은 파장에서의 소산계수를 이용하는 것을 특징으로 하는 부유입자 물질의 소산계수의 시간적 변화를 통한 안개의 생성-소멸 단기 예측 방법.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    실시간으로 산출된 복수의 서로 다른 파장에서의 소산계수값이 임의로 설정된 임계문턱치 미만으로 모두 나타나고, 각 파장사이의 소산계수의 차이가 변위문턱치 미만이어야 하며, 시간 변화에 따라 입자의 크기 변화가 순차적으로 감소하고, 이러한 현상들이 반복하여 나타날 때 안개의 소멸과정으로 판단하는 것을 특징으로 하는 부유입자 물질의 소산계수의 시간적 변화를 통한 안개의 생성-소멸 단기 예측 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 비교단계에서는, 파장별 소산계수의 분포를 통하여 AE를 산정하고,
    실시간 산출된 AE가 지속적으로 증가하면 안개의 소멸시로 판정하며, AE가 지속적으로 감소하면 안개의 생성시로 판정하는 것을 특징으로 하는 부유입자 물질의 소산계수의 시간적 변화를 통한 안개의 생성-소멸 단기 예측 방법.
  8. 피사체에서 반사된 빛을 수용하고 영상의 밝기를 전기적 신호로 변환하는 광센서;
    상기 피사체에서 반사된 피사체의 영상을 상기 광센서 표면에 1:1 사영하기 위해 상기 피사체에서 반사된 빛의 경로를 변환시키도록 복수의 렌즈로 구성되는 렌즈계;
    상기 렌즈 사이에 배치되어 상기 피사체에 반사된 빛을 복수의 파장으로 분해하여 각 광센서로 투사하는 빔분학기; 및
    상기 광센서에서 전기적 신호로 변환된 피사체의 밝기를 실시간으로 대비하여 그 크기 변화를 비교하는 판단부;를 포함하되,
    상기 판단부에서는 해당 파장에서의 소산계수를 구하고 그 차이를 입자의 크기 변화로 환산하여 안개에 의한 급격한 시정변화를 사전에 감지하고,
    상기 판단부에서는,
    실시간으로 산출된 복수의 서로 다른 각각의 파장에서의 소산계수값이 임의로 설정된 임계문턱치를 초과하여 모두 나타나고, 각 파장사이의 소산계수의 차이가 변위문턱치를 초과하여야 하며, 시간 변화에 따라 입자의 크기 변화가 순차적으로 증가하고, 이러한 현상들이 반복하여 나타날 때 안개의 생성과정으로 판단하는 것을 특징으로 하는 부유입자 물질의 소산계수의 시간적 변화를 통한 안개의 생성-소멸 단기 예측 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    태양빛이 없는 밤시간에 피사체로 빛을 방출하기 위한 것으로, UV에서 IR 영역의 파장을 방출하는 광원과, 상기 광원에서 방출된 빛을 피사체를 향하여 평행광으로 굴절시키는 굴절렌즈를 포함하는 송신부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부유입자 물질의 소산계수의 시간적 변화를 통한 안개의 생성-소멸 단기 예측 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 피사체는 동종의 검은 물체로서 측정위치를 기준으로 서로 다른 거리로 같은 방향에 배치되되, 각 피사체를 향하고 반사되는 빛이 다른 피사체에 의해 방해받지 않는 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 부유입자 물질의 소산계수의 시간적 변화를 통한 안개의 생성-소멸 단기 예측 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 판단부에서는,
    안개가 생성되는 시점에서는 UV-IR 범위에서 상대적으로 긴 파장에서의 소산계수를 이용하고, 안개가 소멸되는 시점에서는 UV-IR 범위에서 상대적으로 짧은 파장에서의 소산계수를 이용하는 것을 특징으로 하는 부유입자 물질의 소산계수의 시간적 변화를 통한 안개의 생성-소멸 단기 예측 장치.
  12. 삭제
  13. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 판단부에서는,
    실시간으로 산출된 복수의 서로 다른 파장에서의 소산계수값이 임의로 설정된 임계문턱치 미만으로 모두 나타나고, 각 파장사이의 소산계수의 차이가 변위문턱치 미만이어야 하며, 시간 변화에 따라 입자의 크기 변화가 순차적으로 감소하고, 이러한 현상들이 반복하여 나타날 때 안개의 소멸과정으로 판단하는 것을 특징으로 하는 부유입자 물질의 소산계수의 시간적 변화를 통한 안개의 생성-소멸 단기 예측 장치.
  14. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 판단부에서는,
    파장별 소산계수의 분포를 통하여 AE를 산정하고,
    실시간 산출된 AE가 지속적으로 증가하면 안개의 소멸시로 판정하며, AE가 지속적으로 감소하면 안개의 생성시로 판정하는 것을 특징으로 하는 부유입자 물질의 소산계수의 시간적 변화를 통한 안개의 생성-소멸 단기 예측 장치.
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