KR102555054B1 - 멀티포인트 레이더 유속계로부터 획득된 정보와 다양한 기상 관측 정보를 빅데이터화 및 데이터 마이닝하여 하천 유량을 측정하는 브레이니 rtu 및 상기 멀티포인트 레이더 유속계와 상기 브레이니 rtu를 포함하는 하천 유량 측정 시스템 - Google Patents

멀티포인트 레이더 유속계로부터 획득된 정보와 다양한 기상 관측 정보를 빅데이터화 및 데이터 마이닝하여 하천 유량을 측정하는 브레이니 rtu 및 상기 멀티포인트 레이더 유속계와 상기 브레이니 rtu를 포함하는 하천 유량 측정 시스템 Download PDF

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Abstract

멀티포인트 레이더 유속계로부터 획득된 정보와 다양한 기상 관측 정보를 빅데이터화 및 데이터 마이닝하여 하천 유량을 측정하는 브레인 RTU 및 상기 멀티포인트 레이더 유속계와 상기 브레인 RTU를 포함하는 하천 유량 측정 시스템이 개시된다. 개시된 RTU는, 하천의 기상 관측 정보를 기상 관측 장치로부터 수신하고, 상기 하천의 수위 정보를 수위 측정 장치로부터 수신하고, 상기 하천의 표면의 FOV 구역에 포함된 복수의 측정 영역 별 거리 정보 및 유속 정보를 멀티포인트 레이더 유속계로부터 수신하는 통신 모듈과, 상기 복수의 측정 영역 별 거리 정보 및 유속 정보에 기초하여 상기 하천의 흐름 방향과 나란한 복수의 라인 영역 별 유속을 산출하고, 상기 하천의 기상 관측 정보, 상기 하천의 수위 정보, 상기 복수의 라인 영역 별 유속 및 미리 설정된 보정 정보에 기초하여 상기 복수의 라인 영역 별 유속과 대응되는 복수의 유속 측정 지점의 유속을 산출하고, 상기 복수의 유속 측정 지점 별 유속 및 상기 하천의 수위 정보에 기초하여 상기 하천의 유량을 측정하는 제어 모듈을 포함한다.

Description

멀티포인트 레이더 유속계로부터 획득된 정보와 다양한 기상 관측 정보를 빅데이터화 및 데이터 마이닝하여 하천 유량을 측정하는 브레이니 RTU 및 상기 멀티포인트 레이더 유속계와 상기 브레이니 RTU를 포함하는 하천 유량 측정 시스템{Brainy RTU that measures flow rate of river by converting multipoint radar velocity meter information and various weather observation information into big data and by data-mining, and river flow measurement system that includes the multipoint radar velocity meter and the brainy RTU}
본 발명의 실시예들은 멀티포인트 레이더 유속계로부터 획득된 정보와 다양한 기상 관측 정보를 빅데이터화 및 데이터 마이닝하여 하천 유량을 측정하는 브레이니 RTU 및 상기 멀티포인트 레이더 유속계와 상기 브레이니 RTU를 포함하는 하천 유량 측정 시스템에 관한 것이다.
하천을 효율적으로 이용하고 홍수와 같이 물로 인한 재해를 방지하기 위해서는 하천의 유량을 모니터링하는 것이 필수이다. 특히, 유량 자료는 수자원의 효율적인 계획과 관리, 오염 총량제와 같은 수질 관리, 수공 구조물 설계, 홍수 예보 업무 등 이수, 치수, 수질 관리를 위한 가장 기본적이면서 중요한 자료이다.
하천의 유량의 활용성을 높이기 위해서는 실시간 자료와 장기간 축적된 자료와 연속된 유량 자료가 필요하다. 연속된 유량 자료 생산을 위한 직접적인 방법에는 한정된 횟수의 측정 유량과 동시간의 하천 수위와의 관계를 통해 수위-유량 관계 곡선식을 작성하여 이용하는 방법과 하천에 유속 또는 유량을 직접 측정할 수 있는 시설을 설치하여 실시간으로 유속 또는 유량을 측정하는 자동유량 측정시설을 이용하는 방법 등이 있다. 또한, 간접적인 유량자료 생산 방법에는 경사-면적 방법 등 구조물 등을 이용하는 방법이 있다.
하지만, 상기한 종래의 기술의 경우, 유속 측정의 정확도가 떨어지고, 유속 측정 범위의 한계가 존재하며, 고가의 유속 측정 장비를 사용해야 하는 단점이 있다. 따라서, 유속 및 유량 측정 시스템의 개선 요구가 지속되고 있다.
본 발명의 목적은, 멀티포인트 레이더 유속계로부터 획득된 정보와 다양한 기상 관측 정보를 빅데이터화 및 데이터 마이닝하여 하천의 유량을 정확하게 측정하는 브레이니 RTU와, 상기 멀티포인트 레이더 유속계와 상기 브레이니 RTU를 포함하는 하천 유량 측정 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 하천 유량 측정 시스템은, 측정 신호를 송신하는 송신 안테나 및 상기 측정 신호가 하천의 표면의 FOV(Field Of View) 구역에서 반사된 복수의 반본 발명의 일 실시예에 따른 하천 유량 측정 시스템은, 측정 신호를 송신하는 송신 안테나 및 상기 측정 신호가 하천의 표면의 FOV(Field Of View) 구역에서 반사된 복수의 반사 신호를 수신하는 수신 안테나를 포함하는 안테나를 포함하고, 상기 안테나의 설치 각도, 상기 측정 신호 및 상기 복수의 반사 신호의 정보에 기초하여 상기 FOV 구역 내의 복수의 측정 영역 별 거리 정보 및 유속 정보를 생성하는 멀티포인트 레이더 유속계와, 상기 하천의 기상 관측 정보를 기상 관측 장치로부터 수신하고, 상기 하천의 수위 정보를 수위 측정 장치로부터 수신하고, 상기 복수의 측정 영역 별 거리 정보 및 유속 정보를 상기 멀티포인트 레이더 유속계로부터 수신하고, 상기 복수의 측정 영역 별 거리 정보 및 유속 정보에 기초하여 상기 하천의 흐름 방향과 나란한 복수의 라인 영역 별 유속을 산출하고, 상기 하천의 기상 관측 정보, 상기 하천의 수위 정보, 상기 복수의 라인 영역 별 유속 및 미리 설정된 보정 정보에 기초하여 상기 복수의 라인 영역 별 유속과 대응되는 복수의 유속 측정 지점의 유속을 산출하고, 상기 복수의 유속 측정 지점 별 유속 및 상기 하천의 수위 정보에 기초하여 상기 하천의 유량을 측정하는 RTU를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 RTU는, 하천의 기상 관측 정보를 기상 관측 장치로부터 수신하고, 상기 하천의 수위 정보를 수위 측정 장치로부터 수신하고, 상기 하천의 표면의 FOV 구역에 포함된 복수의 측정 영역 별 거리 정보 및 유속 정보를 멀티포인트 레이더 유속계로부터 수신하는 통신 모듈과, 상기 복수의 측정 영역 별 거리 정보 및 유속 정보에 기초하여 상기 하천의 흐름 방향과 나란한 복수의 라인 영역 별 유속을 산출하고, 상기 하천의 기상 관측 정보, 상기 하천의 수위 정보, 상기 복수의 라인 영역 별 유속 및 미리 설정된 보정 정보에 기초하여 상기 복수의 라인 영역 별 유속과 대응되는 복수의 유속 측정 지점의 유속을 산출하고, 상기 복수의 유속 측정 지점 별 유속 및 상기 하천의 수위 정보에 기초하여 상기 하천의 유량을 측정하는 제어 모듈을 포함한다.
본 발명에 따르면, 하천의 풍향, 풍속, 강우량 등과 같은 다양한 기상 관측 정보를 빅데이터화 및 데이터 마이닝함으로써, 하천의 표면 유속을 정확하게 측정하고 이에 따라 하천의 유량을 정확하게 측정할 수 있다.
또한, 본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하천 유량 측정 시스템의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티포인트 레이더 유속계의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 3 내지 도 7은 본 발명에 적용되는 멀티포인트 레이더 유속계를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 하천 유량 측정 방법의 전체적인 흐름도를 도시한 도면이다.
도 9 내지 도 13은 도 8의 일부 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 도 8의 다른 일부 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하천 유량 측정 시스템(1)의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 하천 유량 측정 시스템(1)은 멀티포인트 레이더 유속계(10), 풍향/풍속 관측 장치(20), 강우량 관측 장치(30), 수위 측정 장치(40) 및 RTU(50)를 포함할 수 있다.
이하, 각 구성 요소 별로 그 기능을 상세하게 설명한다.
멀티포인트 레이더 유속계(10)는, 측정 신호를 송신하고, 측정 신호가 하천의 표면의 FOV(Field Of View) 구역에서 반사된 복수의 반사 신호를 수신하며, 측정 신호 및 복수의 반사 신호의 정보에 기초하여 하천의 표면과 관련된 정보를 생성할 수 있다. 여기서, FOV 구역은 하천의 표면 상에 투영된 영역일 수 있다.
특히, 멀티포인트 레이더 유속계(10)는 FOV 구역에 존재하는 복수의 측정 영역(멀티포인트 영역) 별로 거리 정보 및 유속 정보를 생성하는 유속계일 수 있다.
한편, 멀티포인트 레이더 유속계(10)는 하천에 설치된 교량의 특정 지점에 설치될 수 있다. 일례로, 멀티포인트 레이더 유속계(10)는 교량의 중심에 설치될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티포인트 레이더 유속계(10)의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 멀티포인트 레이더 유속계(10)는 안테나(11), 자이로 센서(12), 프로세서 모듈(13) 및 통신 모듈(14)을 포함할 수 있다.
안테나(11)는 송신 안테나 및 복수의 수신 안테나를 포함할 수 있다. 송신 안테나 및 복수의 수신 안테나는 동일 평면 상에서 미리 설정된 간격으로 이격되어 배치될 수 있다. 즉, 안테나(11)는 평면 배열 안테나일 수 있다. 송신 안테나는 측정 신호를 수신할 수 있고, 복수의 수신 안테나는 측정 신호가 하천의 표면의 FOV 구역에서 반사된 복수의 반사 신호를 수신할 수 있다.
자이로 센서(12)는 멀티포인트 레이더 유속계(10)의 설치 각도, 즉 안테나(11)의 설치 각도를 측정할 수 있다.
프로세서 모듈(13)은, 안테나(11)의 동작을 제어하며, 안테나(11)에서 송신된 측정 신호의 정보, 안테나(11)로 수신된 복수의 반사 신호의 정보, 멀티포인트 레이더 유속계(10)의 설치 각도(안테나(11)의 설치 각도), 멀티포인트 레이더 유속계(10)의 설치 위치 등에 기초하여 FOV 구역 내의 복수의 측정 영역 별 거리 정보 및 유속 정보를 산출할 수 있다. 여기서, 신호의 정보는 신호의 주파수, 위상 및 세기 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
통신 모듈(14)은 프로세서 모듈(13)에서 산출된 복수의 측정 영역 별 거리 정보 및 유속 정보를 RTU(50)로 전송할 수 있다. 이를 위해, 통신 모듈(14)은 근거리 및 원거리 통신 모듈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
실시예에 따르면, 멀티포인트 레이더 유속계(10)는 FMCW 레이더(Frequency Modulate Continuous Wave　radar) 기반의 유속계일 수 있으며, 이에 따라 복수의 측정 영역 모두에서 거리 정보 및 유속 정보를 산출할 수 있다. 본 특허에서 사용되는 멀티포인트 레이더 유속계(10)에 대해 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 3 내지 도 7은 본 발명에 적용되는 멀티포인트 레이더 유속계(10)를 설명하기 위한 도면이다.
도 3에서는 FMCW 기반의 비접촉식 전자파 하천 유속 측정용 멀티포인트 레이더 유속계(10)의 전체 구성도를 도시하고 있다.
도 3을 참조하면, 멀티포인트 레이더 유속계(10)는 PLL(Phase Lock Loop)을 사용하여 24GHz의 측정 신호를 발생할 수 있다. 또한, 안테나(11)로 입력된 반사 신호를 처리하는 다채널 ADC(Analog to Digital Converter)가 적용됨으로써, 멀티포인트 레이더 유속계(10)는 디지털 빔포밍 알고리즘을 구현할 수 있으며, 이를 통해 반사 신호를 수신할 수 있다. 일례로, 멀티포인트 레이더 유속계(10)는 송신 2 채널, 수신 16 채널로 설계될 수 있다.
멀티포인트 레이더 유속계(10)는 도플러 효과에 기초하여 복수의 측정 영역 별로 하천의 유속을 측정할 수 있다. 이 때, 멀티포인트 레이더 유속계(10)는 일정한 주파수를 가지는 측정 신호를 하천의 표면으로 송신하고, 하천의 표면 운동에 의한 반사 신호를 수신하며, 송수신된 신호의 주파수를 비교(주파수 차이 비교)하여 하천의 유속을 산출할 수 있다.
한편, 하천의 유속의 측정 정확도 및 측정 편의성을 위해, 멀티포인트 레이더 유속계(10)는 디지털 빔포밍 알고리즘을 사용할 수 있다. 일례로, 멀티포인트 레이더 유속계(10)는 디지털 빔포밍 알고리즘을 구현하기 위해 아래의 표 1과 같은 특성을 가질 수 있다.
Figure 112023042284672-pat00001
이하, 멀티포인트 레이더 유속계(10)의 프로세서 모듈(13)에서 수행되는 디지털 신호 처리 알고리즘을 설명하면 다음과 같다.
도 4는 멀티포인트 레이더 유속계(10)에서 수행되는 디지털 신호 처리 알고리즘의 블록도를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 멀티포인트 레이더 유속계(10)는, 수신 빔을 생성하여 아날로그 반사 신호를 수신하고, 아날로그 반사 신호를 디지털 반사 신호로 변환하고, 디지털 반사 신호를 1차 FFT(Fast Fourier Transform)하여 측정 영역 별 거리 정보를 산출하고, 디지털 반사 신호를 2차 FFT하여 복수의 측정 영역 별 유속 정보를 산출할 수 있다. 즉, 멀티포인트 레이더 유속계(10)는 다양한 거리 및 각도 설정을 통해 복수의 측정 영역 별로 거리 및 유속을 산출할 수 있다.
또한, 거리와 각도 설정에 기초하여, 여러 각도와 위치를 다중 선택하여 유속을 측정할 수 있도록 하기 위해, 멀티포인트 레이더 유속계(10)는 디지털 빔포밍 알고리즘을 사용할 수 있다. 이를 위해, 도 5에 도시된 바와 같이, 거리에 따른 FOV(Field Of View) 및 탐지 폭을 분석할 수 있다. 또한, 신호의 주 로브(lobe 또는 Bore-sight)를 기준으로 수신 빔의 각도를 추가 또는 삭제하여 안테나 모듈 간의 전파 간섭이 회피될 수 있으며, 하천의 표면 폭의 최대 범위가 조정될 수 있다.
위상 배열을 이용한 디지털 다중 빔의 생성 원리는 도 6에 도시된 바와 같다. 도 6을 참조하면, 안테나 모듈의 배열 수가 적으면 빔폭이 넓어서 정확도가 감소할 수 있기 때문에, 본 발명의 멀티포인트 레이더 유속계(10)는 수신 16 채널이 적용되었다. 빔 패턴을 결정하고 각각의 ADC 출력 위상을 산출한 후 각도 웨이트를 곱하여 다중 빔이 생성될 수 있다.
한편, 복수의 측정 영역의 거리 및 유속을 측정하기 위해, 멀티포인트 레이더 유속계(10)의 위치 좌표(xm, ym, hm)가 정의된다. 그런데, 하천의 수위는 실시간으로 변화하므로, 멀티포인트 레이더 유속계(10)와 하천 표면 사이의 수직 거리(즉, hm)가 변경될 수 있고, 이 경우 측정 영역의 거리 및 유속의 측정 오류가 발생할 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 멀티포인트 레이더 유속계(10)는 멀티포인트 레이더 유속계(10)와 하천 표면 사이의 수직 거리를 자체적으로 측정할 수 있다.
구체적으로, 도 7의 (a)를 참조하면, 멀티포인트 레이더 유속계(10)는 송신 빔으로 측정 신호를 송신하고, 수신 빔 중 주 로브 수신 빔으로 반사 신호를 수신하며, 측정 신호의 정보 및 반사 신호의 정보에 기초하여 멀티포인트 레이더 유속계(10)와 하천의 수위 측정 영역 사이의 거리(R)를 산출할 수 있다. 이 때, 신호의 세기 분석을 통해, 돌에서 반사된 수신 신호는 거리 산출 시 제외하므로, 정확한 거리 측정이 가능하다.
또한, 도 7의 (b)를 참조하면, 멀티포인트 레이더 유속계(10)는 하천의 표면과 멀티포인트 레이더 유속계(10) 사이의 수직 거리를 실시간으로 산출할 수 있다.
구체적으로, 제1 시점에서의 멀티포인트 레이더 유속계(10)와 수위 측정 영역 사이의 제1 거리(R1)와, 제1 시점에서의 멀티포인트 레이더 유속계(10)와 하천 표면 사이의 제1 수직 거리(h1)는 멀티포인트 레이더 유속계(10)에 미리 저장될 수 있다.
그리고, 제2 시점에서, 멀티포인트 레이더 유속계(10)는 측정 신호 및 반사 신호의 송수신을 통해 멀티포인트 레이더 유속계(10)와 수위 측정 영역 사이의 제2 거리(R2)를 산출할 수 있다. 그 후, 멀티포인트 레이더 유속계(10)는 제1 수직 거리(h1), 제1 거리(R1) 및 제2 거리(R2)에 기초하여 제2 시점에서의 멀티포인트 레이더 유속계(10)와 하천 표면 사이의 제2 수직 거리(h2)를 산출할 수 있다. 이 때, 제2 시점은 제1 거리가 오차 범위를 벗어나 변경되는 경우의 제1 시점 이후에 도래하는 시점일 수 있다. 이에 따라, 멀티포인트 레이더 유속계(10)는 자신의 위치 좌표(xm, ym, hm)를 실시간으로 업데이트할 수 있으며, 이에 따라 측정 영역의 거리 및 유속을 보다 정확하게 측정될 수 있다.
다시, 도 1을 참조하면, 풍향/풍속 관측 장치(20)는 하천에서 부는 바람의 방향(풍량) 및 바람의 양(풍속)을 관측하는 기상 관측 장치일 수 있다. 이를 위해, 다양한 센서가 풍향/풍속 관측 장치(20)에 구비될 수 있다. 또한, 측정된 풍향 정보 및 풍속 정보를 RTU(50)로 전송하기 위해, 통신 모듈이 풍향/풍속 관측 장치(20)에 구비될 수 있다.
강우량 관측 장치(30)는 하천에 내리는 강우량을 관측하는 기상 관측 장치일 수 있다. 이 때, 강우량은 단위 시간(일례로, 분(minute)) 당 강우량일 수 있다. 또한, 측정된 강우량 정보를 RTU(50)로 전송하기 위해, 통신 모듈이 강우량 관측 장치(30)에 구비될 수 있다.
수위 측정 장치(40)는 하천의 수위를 관측하는 장치일 수 있다. 일례로, 수위 측정 장치(40)는 하천의 표면 폭의 중심 영역의 수위를 관측할 수 있다. 또한, 측정된 하천의 수위를 RTU(50)로 전송하기 위해, 통신 모듈이 수위 측정 장치(40)에 구비될 수 있다.
RTU(50)(Remote　Terminal　Unit)는 "브레이니 RTU"라고도 호칭되며, 하천의 유속 및 유량을 산출하는 서버와 대응될 수 있다. RTU(50)는 멀티포인트 레이더 유속계(10)에서 전송되는 하천 표면 관련 정보(복수의 측정 영역 별 거리 정보 및 유속 정보), 기상 관측 장치(20, 30)에서 전송되는 기상 관측 정보(관측 풍향, 관측 풍속, 관측 강우량) 및 수위 측정 장치(40)에서 전송되는 수위 정보를 수신하고, 수신된 다양한 정보들을 빅데이터와 및 데이터 마이닝하여 하천의 유속 및 유량을 측정할 수 있다. 이를 위해, RTU(50)는 멀티포인트 레이더 유속계(10), 기상 관측 장치(20, 30) 및 수위 측정 장치(40)와 통신을 수행하는 통신 모듈과, 수신된 정보들 등을 저장하는 저장 모듈과, 하천의 표면 유속 및 유량을 산출하는 제어 모듈을 포함할 수 있다.
이하, RTU(50)에서 수행되는 하천의 표면 유속 및 유량 측정 방법을 구체적으로 설명하기로 한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 하천 유량 측정 방법의 전체적인 흐름도를 도시한 도면이다.
한편, 하천 유량 측정 방법은 미리 설정된 주기에 기초하여 반복적으로 수행될 수 있다.
이하, 각 단계 별로 수행되는 과정을 상세하게 설명한다.
단계(S1)에서, RTU(50)는 하천의 기상 관측 정보, 하천의 수위 정보, 하천의 복수의 측정 영역 별 거리 정보 및 유속 정보를 수신할 수 있다.
기상 관측 정보는 기상 관측 장치(20, 30)로부터 수신되는 것으로서, 하천의 관측 강우량, 관측 풍향 및 관측 풍속을 포함할 수 있다. 하천의 수위 정보는 수위 측정 장치(40)에서 수신될 수 있다. 하천의 복수의 측정 영역 별 거리 정보 및 유속 정보는 멀티포인트 레이더 유속계(10)로부터 수신될 수 있다. 한편, 도 8에 도시되지 않았지만, RTU(50)는 멀티포인트 레이더 유속계(10)로부터 멀티포인트 레이더 유속계(10)의 위치 정보 및 설치 각도 정보를 더 획득할 수도 있다.
단계(S2)에서, RTU(50)는 복수의 측정 영역 별 거리 정보 및 유속 정보에 기초하여 하천의 흐름 방향과 나란한 복수의 라인 영역 별 유속을 산출할 수 있다. 여기서, 복수의 라인 영역 별 유속 각각은 종래 기술에 따른 복수의 유속 측정 지점 별 유속과 대응될 수 있다.
이하, 도 9 내지 도 13을 더 참고하여 단계(S2)를 구체적으로 설명한다.
도 9는 도 8의 단계(S2)의 세부적인 흐름도를 설명하기 위한 도면이고, 도 10 및 도 13은 도 8의 단계(S2)가 수행되는 개념을 설명하기 위한 도면이다.
한편, 도 10 및 도 13에서는 하나의 멀티포인트 레이더 유속계(10)가 교량(53)의 상면의 중심에 설치되는 일례를 도시하였다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않다. 다른 일례로서, 하나의 멀티포인트 레이더 유속계(10)는 교량(53)의 임의의 위치에 배치될 수도 있고, 하천(50)의 표면 폭에 기초하여 2 이상의 멀티포인트 레이더 유속계(10)가 교량(53)에 설치될 수도 있다. 이하, 도 9를 참조하여 단계(S2)의 흐름을 설명한다.
단계(S21)에서, RTU(50)는 2 이상의 서브 영역을 각각 포함하는 복수의 라인 영역(55)을 설정할 수 있다.
구체적으로, 도 10을 참조하면, 복수의 라인 영역(55)은 멀티포인트 레이더 유속계(10)의 FOV 영역(54) 내에 포함되는 것으로서, 하천(51)의 흐름 방향(52)와 나란하게(평행하게) 설정될 수 있다. 또한, 복수의 라인 영역(55)은 하천(51)의 횡단 방향(즉, 하천 폭 방향)으로 이격될 수 있다. 그리고, 복수의 라인 영역(55) 각각은 2 이상의 서브 영역(551)을 포함할 수 있다. 여기서, 2 이상의 서브 영역(551)은 라인 영역(55) 상에서 하천(51)의 흐름 방향(52)에 따라 이격되어 위치할 수 있다. 도 10에서는 5개의 서브 영역(551)을 각각 포함하는 3개의 라인 영역(55a, 55b, 55c)을 도시하고 있다.
한편, 도 10에 도시된 바와 같이, 서브 영역(551)의 개수는 라인 영역(55)마다 동일할 수도 있지만, 다른 실시예에 따르면 서브 영역(551)의 개수는 라인 영역(55)마다 상이할 수도 있다. 일례로서, 하천(51)의 횡단 방향의 중심에 가장 많은 물이 흐르므로, 하천(51)의 횡단 방향의 중심의 라인 영역(55, 도 11의 55b)은 다른 라인 영역(55)보다 더 많은 서브 영역(551)을 가질 수도 있다.
단계(S22)에서, RTU(50)는, 멀티포인트 레이더 유속계(10)의 위치 및 설치 각도와, 복수의 측정 영역 별 거리 정보에 기초하여 FOV 구역(54) 내의 복수의 측정 영역을 복수의 라인 영역(55) 별 2 이상의 서브 영역(551)과 매칭할 수 있다.
즉, 멀티포인트 레이더 유속계(10)에서 거리 및 유속을 측정하기 위한 복수의 측정 영역과 하천(51)의 유속을 측정하기 위한 복수의 라인 영역(551)는 서로 매칭되지 않을 수 있다. 특히, 멀티포인트 레이더 유속계(10)가 교량(53)의 중심이 아닌 교량(53)의 다른 지점에 설치되는 경우, 복수의 측정 영역과 복수의 라인 영역(551)는 서로 매칭되지 않을 수 있다. 따라서, 단계(S22)에서, RTU(50)는 멀티포인트 레이더 유속계(10)의 위치, 안테나(11)의 설치 각도 및 복수의 측정 영역 별 거리 정보에 기초하여 복수의 측정 영역과 복수의 라인 영역(551)을 매칭할 수 있다.
단계(S23)에서, RTU(50)는 측정 영역과 서브 영역(551)의 매칭 정보 및 복수의 측정 영역 별 유속 정보에 기초하여 복수의 라인 영역(55) 별 2 이상의 서브 영역(551)의 유속, 즉 복수의 서브 영역(551)의 유속을 설정할 수 있다.
도 11에서는 본 발명의 일 실시예에 따라서, 복수의 서브 영역(551)의 유속이 설정된 일례를 도시하고 있다. 도 11을 참조하면, 멀티포인트 레이더 유속계(10)가 사용됨으로써, 서브 영역(551) 별로 유속이 개별적으로 측정 및 설정되어 있음을 확인할 수 있다.
단계(S24)에서, RTU(50)는, 복수의 라인 영역(55) 각각에 대하여, 라인 영역(55)의 2 이상의 서브 영역의 유속 중 중간(median) 유속을 라인 영역(55)의 유속으로 산출할 수 있다. 상술하였듯이, 라인 영역(55)의 유속은 유속 측정 지점의 유속과 대응될 수 있다.
일례로서, 도 11을 참조하면, RTU(50)는 라인 영역 a(55a)에 포함된 5개의 서브 영역(551) 각각의 유속(즉, 0.457, 0.492, 0.504, 0.501, 0.452) 중 중간 유속인 "0.492"를 라인 영역 a(55a)의 유속으로 산출할 수 있다. 유사하게, RTU(50)는 라인 영역 b(55b)의 유속을 "0.459"로 산출할 수 있고, 라인 영역 c(55c)의 유속을 "0.479"로 산출할 수 있다.
이하, 도 12 및 도 13을 참조하여 복수의 라인 영역(55) 별로 유속을 설정하는 이유를 설명하면 다음과 같다.
도 12는 종래 기술에 따라서 하천(51)의 유속을 측정하는 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 12를 참조하면, 종래 기술의 경우, 교량(51)에는 단일 지점 측정용 유속계(10')가 복수 개 설치되어 있다. 단일 지점 측정용 유속계(10') 각각은 측정 신호를 송신하고 반사 신호를 수신함으로써 단일 지점 측정용 유속계(10')와 대응되는 유속 측정 지점의 유속만을 측정할 수 있다.
그런데, 상술한 바와 같이, 하천(51)의 수위는 실시간으로 변화하므로, 단일 지점 측정용 유속계(10')의 유속 측정 지점은 하천(51)의 수위에 따라 실시간으로 변화한다. 즉, 하천(51)의 수위가 증가할수록 유속 측정 지점과 단일 지점 측정용 유속계(10') 간의 거리는 가까워지고(도 12의 (a) 참조), 하천(51)의 수위가 감소할수록 유속 측정 지점과 단일 지점 측정용 유속계(10') 간의 거리는 멀어진다(도 12의 (a) 참조).
그런데, 하천(51) 상에 돌 등과 같은 고정형 또는 이동형 반사체(56)가 존재하는 경우, 단일 지점 측정용 유속계(10')에서 송신한 측정 신호는 반사체(56)에 부딪히게 되고, 이에 따라 아주 큰 세기 또는 아주 작은 세기의 반사 신호가 단일 지점 측정용 유속계(10')로 수신된다. 이러한 반사 신호가 수신됨에 따라, 단일 지점 측정용 유속계(10')는 반사체(56)가 존재하는 유속 측정 지점의 유속을 정확하게 측정할 수 없다.
다시 말해, 상술한 설명 및 도 12의 (a)를 참조하면, 제1 수위를 가지는 하천(51)의 유속 측정선에는 반사체(56)가 존재하지 않으므로, 3개의 단일 지점 측정용 유속계(10') 모두는 유속 측정선 상의 대응되는 유속 측정 지점의 유속을 측정할 수 있다. 하지만, 도 12의 (b)를 참조하면, 제1 수위보다 낮은 제2 수위를 가지는 하천(51)의 유속 측정선에는 반사체(56)가 존재하므로, 반사체(56)가 존재하는 유속 측정 지점의 유속이 정확하게 측정되지 않으며, 결국 하천(51)의 유량이 정확하게 측정되지 않는 문제점이 발생한다.
한편, 특정 단일 지점 측정용 유속계(10')와 인접한 다른 단일 지점 측정용 유속계(10')에서 측정된 유속에 기초하여 반사체(56)가 존재하는 유속 측정 지점의 유속을 추정할 수는 있지만, 이는 추정된 유속으로서, 정확한 유속이 아니다.
도 13는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티포인트 레이더 유속계(10)를 이용하여 하천(51)의 유속을 측정하는 개념을 설명하기 위한 도면이다.
상술한 바와 같이, 멀티포인트 레이더 유속계(10)는 복수의 측정 영역 모두에 대해 유속을 측정할 수 있는 멀티포인트 유속계로서, 도 12의 유속 측정 지점의 유속과 대응하여 복수의 라인 영역(55)의 속도가 정의된다. 즉, 특정 라인 영역(55)의 속도는 도 12에서 설명한 특정 유속 측정 지점의 유속과 대응된다. 또한, 라인 영역(55)의 속도는 라인 영역(55)에 포함된 2 이상의 서브 영역(551)의 유속 중 중간 유속으로 정의되며, 하천(51)의 수위에 따라 FOV 구역(54)의 위치 및 면적은 변화한다.
이 때, 반사체(56)에서 수신된 신호는 일반적으로 높은 신호 세기를 가지므로, 반사체(56)에서 수신된 신호와 대응되는 라인 영역(55)의 속도는 중간 유속에 해당하지 않으며, 라인 영역(55)의 속도에 반영되지 않는다. 따라서, 본 발명에 따르면, 제1 수위를 가지는 하천(51)(도 13의 (a))과 제2 수위를 가지는 하천(51)(도 13의 (b)) 모두에서도 복수의 라인 영역(55)의 유속을 모두 측정할 수 있으며, 이에 따라 하천의 유량이 정확하게 측정될 수 있다.
다시 도 8을 참조하면, 단계(S3)에서, RTU(50)는 하천의 기상 관측 정보, 하천의 수위 정보, 복수의 라인 영역 별 유속 및 미리 설정된 보정 정보에 기초하여 복수의 라인 영역 별 유속과 대응되는 복수의 유속 측정 지점의 유속을 산출할 수 있다.
여기서, 기상 관측 정보 및 수위 정보는 상술하였다. 또한, 보정 정보는 임계 강우량, 순방향 풍향 범위, 미리 설정된 복수의 수위 구간 별 최소 유속 및 최대 유속, 복수의 수위 구간 별 복수의 유속 보정 계수를 포함할 수 있다. 더불어, 보정 정보는 복수의 수위 구간 별로 하천의 유속에 영향을 미치는 역방향 임계 풍속을 더 포함할 수 있다.
특히, 하천(51)에서 부는 바람의 속도는 하천(51)의 표면 유속에 영향을 미치므로, 하천(51)의 표면 유속을 보다 정확하게 측정하기 위해 유속 보정 계수가 정의될 수 있다. 그리고, 하천(51)의 수위에 따라 하천(51)에서 부는 바람의 속도는 서로 다른 영향력을 가지므로, 수위 구간 별로 유속 보정 계수가 상이하게 설정될 수 있다. 또한, 바람의 부는 방향(풍향)에 따라서 수위 구간 별로 유속 보정 계수가 상이하게 설정될 수도 있다. 즉, 유속 보정 계수는 하천(51)의 수위 및 풍향에 따라서 서로 다른 계수값을 가질 수 있다. 일례로서, 관측 풍향이 하천(51)의 흐름 방향(52)과 동일한 순방향이고, 관측 풍향이 하천(51)의 수위 구간에 따른 임계 풍속을 초과하는 경우, 유속 보정 계수는, 동일한 수위 구간에서 바람이 불지 않는 상황에서의 하천(51)의 유속 대비 30% 증가한 비율값과 대응되도록 설정될 수 있다.
아래에서는, 순방향 풍향 범위(표 2), 복수의 수위 구간(표 3), 복수의 수위 구간 별 최소 유속 및 최대 유속(표 4) 및 복수의 수위 구간 별 역방향 임계 풍속(표 5)의 개념을 정리한 표이다. 한편, 본 발명은 상기 표들에 한정되지 않으며, 실제 하천의 환경에 따라서 보정 정보가 변경되어 사용될 수 있다.
Figure 112023042284672-pat00002
즉, 하천(51)의 흐름 방향(52)을 기준으로, 바람이 310° ~ 219° 이내의 방향으로 부는 경우, 하천(51)의 풍향은 순방향으로 부는 것으로 정의될 수 있고, 바람이 220° ~ 309° 이내의 방향으로 부는 경우, 하천(51)의 풍향은 역방향으로 부는 것으로 정의될 수 있다.
Figure 112023042284672-pat00003
Figure 112023042284672-pat00004
Figure 112023042284672-pat00005
이하, 상기 표들과 도 14를 참조하여 단계(S3)에서 수행되는 과정을 보다 상세하게 설명한다.
이 때, 도 14에서 설명되는 내용은 복수의 라인 영역(55) 각각에 대해 개별적으로 수행될 수 있고, 주기적으로 수행될 수 있다.
도 14는 단계(S3)의 개략적인 흐름도를 도시한 도면이다.
단계(S302)에서, RTU(50)는 관측 강우량이 미리 설정된 임계 강우량보다 작은지 여부를 판단할 수 있다. 여기서, 관측 강우량 및 임계 강우량은 단위 시간당 강우량(일례로, 1분당 강우량)일 수 있다.
구체적으로, 하천(51)의 표면에 비가 많이 내리는 경우, 멀티포인트 레이더 유속계(10)에서 송신된 측정 신호는 하천(51)에 충돌하는 빗방울에 반사 또는 산란될 수 있고, 이에 따라 하천(51)의 표면 유속이 정확하게 측정되지 않는다. 따라서, 단계(S302)는 관측 강우량에 따른 표면 유속의 헌팅값 제거 판단 과정과 대응될 수 있다.
단계(S302)에서 관측 강우량이 임계 강우량보다 크거나 같은 것으로 판단된 경우, 단계(S304)에서, RTU(50)는 이전 주기의 유속 측정 지점의 유속을 현재 주기의 유속 측정 지점의 유속으로 산출할 수 있다. 즉, RTU(50)는 현재 주기에서의 표면 유속의 헌팅값을 제거하고, 이전 주기의 표면 유속을 현재 주기에서의 표면 유속으로 산출할 수 있다. 이전 주기의 유속 측정 지점의 유속은 RTU(50)의 저장 모듈에 미리 저장될 수 있다.
단계(S302)에서 관측 강우량이 임계 강우량보다 작은 것으로 판단된 경우, 단계(S306)에서 RTU(50)는 미리 설정된 복수의 수위 구간(표 2 참조) 중 하천(51)의 수위(즉, 현재 수위)가 포함되는 제1 수위 구간을 선택할 수 있다.
이 후, 단계(S308)에서, RTU(50)는 단계(S2)에서 산출된 라인 영역(55)의 유속이 제1 수위 구간의 최대 유속(표 3 참조)보다 작은지 여부를 판단할 수 있다.
구체적으로, 미리 설정된 최대 유속 이내의 유속으로 하천(51)의 물이 흐르는 것이 일반적이다. 이 때, 멀티포인트 레이더 유속계(10)의 측정 오류, 하천(51)의 주변 환경 등으로 인하여 하천(51)의 측정 표면 유속이 실제의 표면 유속보다 높게 측정되는 상황이 발생할 수 있으며, 이로 인해 유속 측정 오류가 발생할 수 있다. 즉, 단계(S308)는 멀티포인트 레이더 유속계(10)의 측정 오류 등에 따른 표면 유속의 헌팅값 제거 판단 과정과 대응될 수 있다.
특히, 하천(51)의 수위가 증가할수록 하천(51)의 최대 유속은 증가하는 관계를 가지므로, 복수의 수위 구간 별로 하천(51)의 최대 유속이 개별적으로 설정될 수 있고, RTU(50)는 하천(51)의 수위와 대응되는 제1 수위 구간에 따라 하천(51)의 최대 유속을 선택하고 난 후, 라인 영역(55)의 유속과 제1 수위 구간에 따른 하천(51)의 최대 유속을 비교할 수 있다.
단계(S308)에서 라인 영역(55)의 유속이 제1 수위 구간의 최대 유속보다 크거나 같은 것으로 판단된 경우, 단계(S304)에서, RTU(50)는 이전 주기의 유속 측정 지점의 유속을 현재 주기의 유속 측정 지점의 유속으로 산출할 수 있다. 즉, RTU(50)는 현재 주기에서의 표면 유속의 헌팅값을 제거하고, 이전 주기의 표면 유속을 현재 주기에서의 표면 유속으로 산출할 수 있다.
단계(S308)에서 라인 영역(55)의 유속이 제1 수위 구간의 최대 유속보다 작은 것으로 판단된 경우, 단계(S310)에서, RTU(50)는 라인 영역(55)의 유속이 제1 수위 구간의 최소 유속(표 3 참조)보다 큰지 여부를 판단할 수 있다.
단계(S310)에서 라인 영역(55)의 유속이 제1 수위 구간의 최소 유속보다 작거나 같은 것으로 판단된 경우, 단계(S312)에서, RTU(50)는 관측 풍향이 순방향 풍향 범위(표 1 참조)에 포함되는지 여부를 판단할 수 있다.
단계(S312)에서 관측 풍향이 순방향 풍향 범위에 포함되지 않는 것으로 판단된 경우, 즉 역방향 풍속 범위에 포함되는 것으로 판단된 경우, 단계(S314)에서, RTU(50)는 관측 풍속이 미리 설정된 제1 수위 구간의 역방향 임계 풍속보다 작은지 여부를 판단할 수 있다. 실시예에 따르면, 역방향 임계 풍속은 수위 구간의 레벨과 비례하는 값을 가질 수 있다. 즉, 하천(51)의 수위가 커질수록 역방향 임계 풍속은 커지도록 설정될 수 있다.
한편, 단계(S314)는 하천(51)의 환경에 따라 생략되어 수행될 수도 있다. 이 경우, 단계(S312)에서 관측 풍향이 역방향 풍향 범위에 포함된 것으로 판단된 경우, 단계(S304)가 수행될 수 있다.
단계(S310) 내지 단계(S314)에서, 라인 영역(55)의 유속이 제1 수위 구간의 최소 유속보다 작거나 같고, 관측 풍향이 역방향 풍향 범위에 포함되며, 관측 풍속이 제1 수위 구간의 역방향 임계 풍속보다 크거나 같은 것으로 판단된 경우, 단계(S304)에서, RTU(50)는 이전 주기의 유속 측정 지점의 유속을 현재 주기의 유속 측정 지점의 유속으로 산출할 수 있다.
구체적으로, 하천(51)의 표면 유속이 최소 유속(즉, 저유속)보다 작거나 같고, 관측 풍향이 역방향 풍향이며, 관측 풍속이 제1 수위 구간의 역방향 임계 풍속보다 큰 상황인 경우, 하천(51)에서 부는 바람은 하천(51)의 표면 유속을 감소시키거나 또는 하천(51)에서 파고를 크게 일으켜 유속을 증가시킬 수 있다. 이 경우, 하천(51)의 표면 유속이 정확하게 측정되지 않는다. 따라서, RTU(50)는 이전 주기의 유속 측정 지점의 유속을 현재 주기의 유속 측정 지점의 유속으로 산출할 수 있다.
또한, 단계(S310) 내지 단계(S314) 중 적어도 하나의 단계에서, i) 라인 영역(55)의 유속이 제1 수위 구간의 최소 유속보다 큰 것으로 판단된 경우, 또는 ii) 라인 영역(55)의 유속이 제1 수위 구간의 최소 유속보다 작거나 같지만 관측 풍향이 순방향 풍향 범위에 포함되는 것으로 판단된 경우, 또는 iii) 라인 영역(55)의 유속이 제1 수위 구간의 최소 유속보다 작거나 같고 관측 풍향이 역방향 풍향 범위에 포함되지만 관측 풍속이 제1 수위 구간의 역방향 임계 풍속보다 작은 것으로 판단된 경우, 단계(S316)에서, RTU(50)는 관측 풍속이 제1 수위 구간의 임계 풍속보다 작은지 여부를 판단할 수 있다.
관측 풍속이 제1 수위 구간의 임계 풍속보다 작은 것으로 판단된 경우, 단계(S318)에서, RTU(50)는 라인 영역(55)의 유속을 현재 주기의 유속 측정 지점의 유속으로 설정할 수 있다. 즉, 관측 풍속이 제1 수위 구간의 임계 풍속보다 작으면, 하천(51)에서 부는 바람이 하천(51)의 표면 유속에 영향을 미치지 않는 것으로 판단될 수 있다. 따라서, RTU(50)는 라인 영역(55)의 유속을 그대로 현재 주기의 유속 측정 지점의 유속으로 설정할 수 있다
관측 풍속이 제1 수위 구간의 임계 풍속보다 크거나 같은 것으로 판단된 경우, 단계(S320)에서, RTU(50)는 제1 수위 구간의 유속 보정 계수에 기초하여 라인 영역(50)의 유속을 보정할 수 있다. 일례로, RTU(50)는 라인 영역(50)의 유속에 제1 수위 구간의 유속 보정 계수를 가산 연산하여 라인 영역(50)의 유속을 보정할 수 있다.
이 때, 상술한 바와 같이, 하천(51)의 수위 및 하천(51)에서 부는 바람의 방향을 고려하여 라인 영역(50)의 유속을 보정하는 유속 보정 계수가 설정 또는 산출될 수 있다. 일례로서, 유속 보정 계수는, 동일한 수위 구간에서, 바람이 불지 않는 상황에서의 하천(51)의 유속 대비 30% 증가한 비율값과 대응되도록 설정될 수 있다. 즉, 하천(51)의 수위 및 관측 풍속에 기초하여 적절한 유속 보정 계수가 선택 및 사용될 수 있다.
정리하면, 단계(S314)를 생략한 단계(S3)은 다음과 같이 동작할 수 있다.
관측 강우량이 임계 강우량 미만이고, 라인 영역(55)의 유속이 제1 수위 구간의 최소 유속을 초과하고 제1 수위 구간의 최대 유속 미만이며, 관측 풍속이 제1 수위 구간의 임계 풍속 미만인 경우, RTU(50)는 라인 영역(55)의 유속을 현재 주기의 유속 측정 지점의 유속으로 설정할 수 있다.
또한, 관측 강우량이 임계 강우량 미만이고, 라인 영역(55)의 유속이 제1 수위 구간의 최대 유속 미만이고 제1 수위 구간의 최소 유속 이하이고, 관측 풍향이 순방향 풍향 범위에 포함되며, 관측 풍속이 제1 수위 구간의 임계 풍속 미만인 경우, RTU(50)는 라인 영역(55)의 유속을 현재 주기의 유속 측정 지점의 유속으로 설정할 수 있다.
또한, 관측 강우량이 임계 강우량 미만이고, 라인 영역(55)의 유속이 제1 수위 구간의 최소 유속을 초과하고 제1 수위 구간의 최대 유속 미만이고, 관측 풍속이 제1 수위 구간의 임계 풍속을 초과하는 경우, RTU(50)는 제1 수위 구간의 유속 보정 계수에 기초하여 라인 영역(55)의 유속을 보정하고, 보정된 라인 영역(55)의 유속을 현재 주기의 유속 측정 지점의 유속으로 설정할 수 있다.
또한, 관측 강우량이 임계 강우량 미만이고, 라인 영역(55)의 유속이 제1 수위 구간의 최대 유속 미만이고 제1 수위 구간의 최소 유속 이하이고, 관측 풍향이 순방향 풍향 범위에 포함되며, 관측 풍속이 제1 수위 구간의 임계 풍속을 초과하는 경우, RTU(50)는 제1 수위 구간의 유속 보정 계수에 기초하여 라인 영역(55)의 유속을 보정하고, 보정된 라인 영역(55)의 유속을 현재 주기의 유속 측정 지점의 유속으로 설정할 수 있다.
또한, 관측 강우량이 임계 강우량을 초과하는 경우, RTU(50)는 이전 주기의 유속 측정 지점의 유속을 현재 주기의 유속 측정 지점의 유속으로 설정할 수 있다.
또한, 관측 강우량이 임계 강우량 미만이고, 라인 영역(55)의 유속이 제1 수위 구간의 최대 유속을 초과하는 경우, RTU(50)는 이전 주기의 유속 측정 지점의 유속을 현재 주기의 유속 측정 지점의 유속으로 설정할 수 있다.
또한, 관측 강우량이 임계 강우량 미만이고, 라인 영역(55)의 유속이 제1 수위 구간의 최대 유속 미만이고 제1 수위 구간의 최소 유속 이하이고, 관측 풍향이 순방향 풍향 범위에 포함되지 않는 경우, RTU(50)는 이전 주기의 유속 측정 지점의 유속을 현재 주기의 유속 측정 지점의 유속으로 설정할 수 있다.
다시 도 8를 참조하면, 단계(S4)에서, RTU(50)는 복수의 유속 측정 지점의 유속 및 하천(51)의 수위 정보에 기초하여 하천(51)의 유량을 측정할 수 있다.
일례로, RTU(50)는 중간단면적법, 평균단면적법 등에 기초하여 하천(51)의 유량을 측정할 수 있다. 중간단면적법, 평균단면적법 등은 공지의 기술이므로, 상세한 설명은 생략한다.
요컨대, 본 발명의 일 실시예에 따른 하천 유량 측정 시스템(1) 및 방법은 하천의 풍향, 풍속, 강우량 등과 같은 다양한 기상 관측 정보를 빅데이터화 및 데이터 마이닝함으로써, 하천의 표면 유속을 정확하게 측정하고 이에 따라 하천의 유량을 정확하게 측정할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 일 실시예들의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 청구범위뿐 아니라 청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (9)

  1. 측정 신호를 송신하고 하천의 표면의 FOV(Field Of View) 구역에서 상기 측정 신호가 반사된 복수의 반사 신호를 수신하는 안테나를 포함하고, 상기 안테나의 설치 각도, 상기 측정 신호 및 상기 복수의 반사 신호의 정보에 기초하여 상기 FOV 구역 내의 복수의 측정 영역 별 거리 정보 및 유속 정보를 생성하는 멀티포인트 레이더 유속계; 및
    상기 멀티포인트 레이더 유속계로부터 수신한 상기 복수의 측정 영역 별 거리 정보 및 유속 정보를 기반으로 산출된 상기 하천의 흐름 방향과 나란한 복수의 라인 영역 별 유속과, 관측/측정 장치로부터 수신한 상기 하천의 관측 강우량, 관측 풍향, 관측 풍속 및 수위 정보와, 미리 설정된 보정 정보에 기초하여 상기 복수의 라인 영역 별 유속과 대응되는 복수의 유속 측정 지점의 유속을 산출하고, 상기 복수의 유속 측정 지점 별 유속 및 상기 수위 정보에 기초하여 상기 하천의 유량을 측정하는 RTU;를 포함하되,
    상기 보정 정보는, 임계 강우량, 복수의 수위 구간 별 최소 유속 및 최대 유속, 순방향 풍향 범위, 상기 복수의 수위 구간 별 역방향 임계 풍속, 상기 복수의 수위 구간 별 복수의 유속 보정 계수를 포함하고,
    상기 RTU는 미리 설정된 주기 별로 상기 복수의 유속 측정 지점의 유속을 산출하되,
    상기 복수의 라인 영역 각각에 대하여, 상기 RTU는,
    상기 관측 강우량이 상기 임계 강우량 미만이고, 상기 라인 영역의 유속이 상기 복수의 수위 구간 중 상기 하천의 수위가 포함된 제1 수위 구간의 최소 유속을 초과하고 상기 제1 수위 구간의 최대 유속 미만이고, 상기 관측 풍속이 상기 제1 수위 구간의 임계 풍속 미만인 경우, 상기 라인 영역의 유속을 현재 주기의 유속 측정 지점의 유속으로 산출하고,
    상기 관측 강우량이 상기 임계 강우량 미만이고, 상기 라인 영역의 유속이 상기 제1 수위 구간의 최소 유속 이하이고, 상기 관측 풍향이 상기 순방향 풍향 범위에 포함되고, 상기 관측 풍속이 상기 제1 수위 구간의 임계 풍속 미만인 경우, 상기 라인 영역의 유속을 상기 현재 주기의 유속 측정 지점의 유속으로 산출하고
    상기 관측 강우량이 상기 임계 강우량 미만이고, 상기 라인 영역의 유속이 상기 제1 수위 구간의 최소 유속을 초과하고 상기 제1 수위 구간의 최대 유속 미만이고, 상기 관측 풍속이 상기 제1 수위 구간의 임계 풍속을 초과하는 경우, 상기 제1 수위 구간의 유속 보정 계수에 기초하여 상기 라인 영역의 유속을 보정하고, 상기 보정된 라인 영역의 유속을 상기 현재 주기의 유속 측정 지점의 유속으로 산출하고,
    상기 관측 강우량이 상기 임계 강우량 미만이고, 상기 라인 영역의 유속이 상기 제1 수위 구간의 최소 유속 이하이고, 상기 관측 풍향이 상기 순방향 풍향 범위에 포함되고, 상기 관측 풍속이 상기 제1 수위 구간의 임계 풍속을 초과하는 경우, 상기 보정된 라인 영역의 유속을 상기 현재 주기의 유속 측정 지점의 유속으로 산출하고,
    상기 관측 강우량이 상기 임계 강우량을 초과하는 경우, 미리 저장된 이전 주기의 유속 측정 지점의 유속을 상기 현재 주기의 유속 측정 지점의 유속으로 산출하고,
    상기 관측 강우량이 상기 임계 강우량 미만이고, 상기 라인 영역의 유속이 상기 제1 수위 구간의 최대 유속을 초과하는 경우, 상기 이전 주기의 유속 측정 지점의 유속을 상기 현재 주기의 유속 측정 지점의 유속으로 산출하고,
    상기 관측 강우량이 상기 임계 강우량 미만이고, 상기 라인 영역의 유속이 상기 제1 수위 구간의 최소 유속 이하이고, 상기 관측 풍향이 상기 순방향 풍향 범위에 포함되지 않는 경우, 상기 이전 주기의 유속 측정 지점의 유속을 상기 현재 주기의 유속 측정 지점의 유속으로 산출하는,
    하천 유량 측정 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 안테나는 평면 안테나로서, 상기 측정 신호를 송신하는 송신 안테나 및 상기 복수의 반사 신호를 수신하는 수신 안테나를 포함하고,
    상기 멀티포인트 레이더 유속계는, 상기 안테나의 설치 각도를 측정하는 자이로 센서와, 상기 안테나의 동작을 제어하고, 상기 측정 신호 및 상기 복수의 반사 신호의 정보와 상기 안테나의 설치 각도에 기초하여 상기 하천의 수위 정보, 상기 복수의 측정 영역 별 거리 정보 및 유속 정보를 생성하는 프로세서 모듈을 더 포함하되,
    상기 신호의 정보는 상기 신호의 주파수, 위상 및 세기 중 적어도 하나를 포함하는,
    하천 유량 측정 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 프로세서 모듈은,
    제1 시점에서의 상기 멀티포인트 레이더 유속계와 상기 하천의 수위 측정 영역 사이의 제1 거리와, 상기 멀티포인트 레이더 유속계와 상기 하천의 표면 사이의 제1 수직 거리를 미리 저장하고,
    제2 시점에서의 상기 측정 신호의 정보 및 상기 반사 신호의 정보에 기초하여 상기 멀티포인트 레이더 유속계와 상기 수위 측정 영역 사이의 제2 거리를 산출하고,
    상기 제1 수직 거리, 상기 제1 거리 및 상기 제2 거리에 기초하여 상기 제2 시점에서의 상기 멀티포인트 레이더 유속계와 상기 하천의 표면 사이의 제2 수직 거리를 산출하되,
    상기 제2 시점은 상기 제1 거리가 오차 범위를 벗어나 변경되는 경우 상기 제1 시점 이후에 도래하는 시점인,
    하천 유량 측정 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 RTU는,
    상기 FOV 구역 내에 2 이상의 서브 영역을 각각 포함하는 상기 복수의 라인 영역을 설정하되, 상기 2 이상의 서브 영역은 상기 라인 영역 상에서 상기 하천의 흐름 방향에 따라 이격되어 위치하고,
    상기 멀티포인트 레이더 유속계의 설치 위치, 상기 안테나의 설치 각도 및 상기 복수의 측정 영역 별 거리 정보에 기초하여 상기 복수의 측정 영역을 상기 복수의 라인 영역 별 상기 2 이상의 서브 영역과 매칭하고,
    상기 측정 영역과 상기 서브 영역의 매칭 정보 및 상기 복수의 측정 영역 별 유속 정보에 기초하여 상기 복수의 라인 영역 별 상기 2 이상의 서브 영역의 유속을 설정하는,
    하천 유량 측정 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 라인 영역 각각에 대하여, 상기 RTU는,
    상기 라인 영역의 상기 2 이상의 서브 영역의 유속을 내림차순 또는 오름차순으로 정렬하고,
    상기 정렬된 2 이상의 서브 영역의 유속 중 중간(median) 유속을 상기 라인 영역의 유속으로 산출하는,
    하천 유량 측정 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 FOV 구역은 상기 하천의 표면 상에 투영된 영역이고,
    상기 하천의 수위에 따라 상기 FOV 구역의 위치 및 면적은 변화하는,
    하천 유량 측정 시스템.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 하천의 관측 강우량, 관측 풍향, 관측 풍속 및 수위 정보를 관측/측정 장치로부터 수신하고, 상기 하천의 표면의 FOV 구역에 포함된 복수의 측정 영역 별 거리 정보 및 유속 정보를 멀티포인트 레이더 유속계로부터 수신하는 통신 모듈; 및
    상기 복수의 측정 영역 별 거리 정보 및 유속 정보에 기초하여 상기 하천의 흐름 방향과 나란한 복수의 라인 영역 별 유속을 산출하고, 상기 복수의 라인 영역 별 유속과, 상기 하천의 관측 강우량, 관측 풍향, 관측 풍속 및 수위 정보와, 미리 설정된 보정 정보에 기초하여 상기 복수의 라인 영역 별 유속과 대응되는 복수의 유속 측정 지점의 유속을 산출하고, 상기 복수의 유속 측정 지점 별 유속 및 상기 수위 정보에 기초하여 상기 하천의 유량을 측정하는 제어 모듈;을 포함하되,
    상기 보정 정보는, 임계 강우량, 복수의 수위 구간 별 최소 유속 및 최대 유속, 순방향 풍향 범위, 상기 복수의 수위 구간 별 역방향 임계 풍속, 상기 복수의 수위 구간 별 복수의 유속 보정 계수를 포함하고,
    상기 제어 모듈은 미리 설정된 주기 별로 상기 복수의 유속 측정 지점의 유속을 산출하되,
    상기 복수의 라인 영역 각각에 대하여, 상기 제어 모듈은,
    상기 관측 강우량이 상기 임계 강우량 미만이고, 상기 라인 영역의 유속이 상기 복수의 수위 구간 중 상기 하천의 수위가 포함된 제1 수위 구간의 최소 유속을 초과하고 상기 제1 수위 구간의 최대 유속 미만이고, 상기 관측 풍속이 상기 제1 수위 구간의 임계 풍속 미만인 경우, 상기 라인 영역의 유속을 현재 주기의 유속 측정 지점의 유속으로 산출하고,
    상기 관측 강우량이 상기 임계 강우량 미만이고, 상기 라인 영역의 유속이 상기 제1 수위 구간의 최소 유속 이하이고, 상기 관측 풍향이 상기 순방향 풍향 범위에 포함되고, 상기 관측 풍속이 상기 제1 수위 구간의 임계 풍속 미만인 경우, 상기 라인 영역의 유속을 상기 현재 주기의 유속 측정 지점의 유속으로 산출하고
    상기 관측 강우량이 상기 임계 강우량 미만이고, 상기 라인 영역의 유속이 상기 제1 수위 구간의 최소 유속을 초과하고 상기 제1 수위 구간의 최대 유속 미만이고, 상기 관측 풍속이 상기 제1 수위 구간의 임계 풍속을 초과하는 경우, 상기 제1 수위 구간의 유속 보정 계수에 기초하여 상기 라인 영역의 유속을 보정하고, 상기 보정된 라인 영역의 유속을 상기 현재 주기의 유속 측정 지점의 유속으로 산출하고,
    상기 관측 강우량이 상기 임계 강우량 미만이고, 상기 라인 영역의 유속이 상기 제1 수위 구간의 최소 유속 이하이고, 상기 관측 풍향이 상기 순방향 풍향 범위에 포함되고, 상기 관측 풍속이 상기 제1 수위 구간의 임계 풍속을 초과하는 경우, 상기 보정된 라인 영역의 유속을 상기 현재 주기의 유속 측정 지점의 유속으로 산출하고,
    상기 관측 강우량이 상기 임계 강우량을 초과하는 경우, 미리 저장된 이전 주기의 유속 측정 지점의 유속을 상기 현재 주기의 유속 측정 지점의 유속으로 산출하고,
    상기 관측 강우량이 상기 임계 강우량 미만이고, 상기 라인 영역의 유속이 상기 제1 수위 구간의 최대 유속을 초과하는 경우, 상기 이전 주기의 유속 측정 지점의 유속을 상기 현재 주기의 유속 측정 지점의 유속으로 산출하고,
    상기 관측 강우량이 상기 임계 강우량 미만이고, 상기 라인 영역의 유속이 상기 제1 수위 구간의 최소 유속 이하이고, 상기 관측 풍향이 상기 순방향 풍향 범위에 포함되지 않는 경우, 상기 이전 주기의 유속 측정 지점의 유속을 상기 현재 주기의 유속 측정 지점의 유속으로 산출하는,
    RTU.
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