KR20010100055A

KR20010100055A - GPS flow metering method for forecasting pollutant transport in a river

Info

Publication number: KR20010100055A
Application number: KR1020010047591A
Authority: KR
Inventors: 정윤정
Original assignee: 정윤정; (주)웹솔루스
Priority date: 2001-08-08
Filing date: 2001-08-08
Publication date: 2001-11-14

Abstract

본 발명은 하천에 유입되는 오염물의 확산속도를 미리 예측하는데 있어, GPS수신기를 탑재한 배를 하천유속에 의해 흘러가도록 하여 시간에 따른 위치변화를 측정함으로써 적은 시간과 인력 비용으로 오염물의 유입 및 확산에 효과적으로 대응할 수 있도록 정보를 제공한다. 즉 현장 측정에서 인공위성의 신호를 통해 배가 진행하는 동안 각 지점별 좌표위치와 현재시간을 데이터로 저장하며, 각 인접 지점간의 거리와 소요시간으로부터 각 인접 지점간의 이동속도를 계산하여 전체 하천의 흐름속도를 알 수 있다. 그리고 이를 지리정보시스템과 연계하면, 오염물 유입 발생시 하천 흐름속도로부터 시간에 따른 오염물의 최대 확산지점을 예측할 수 있으므로 신속하고 정확한 대응을 할 수 있는 방법을 제공한다.In the present invention, in order to predict the spreading speed of the pollutants flowing into the river in advance, the ship equipped with the GPS receiver flows by the flow rate of the river to measure the change in position with time, so that the inflow and spread of the pollutants with less time and manpower cost. Provide information to effectively respond to That is, in the field measurement, the coordinate position and the current time of each point are stored as data while the ship proceeds through the signal of the satellite, and the moving speed between the adjacent points is calculated from the distance between the adjacent points and the required time, It can be seen. And in conjunction with the geographic information system, it is possible to predict the maximum diffusion point of pollutants over time from the stream flow rate when pollutant inflow occurs, thus providing a method for quick and accurate response.

Description

GPS flow metering method for forecasting pollutant transport in a river

하천 상류에서 사고로 인해 오염원이 유입되었을 경우, 특히 상수원 보호구역과 같이 국민에게 직접적인 영향을 미치는 경우에는 그 심각성이 더 커지므로, 하류로 오염물질이 퍼져나가는 속도를 미리 예측하여 적절한 조치를 취할 수 있다면 매우 바람직한 일이 아닐 수 없다.If the source of pollution is introduced from the upstream of the river, especially if it directly affects the public, such as a water supply protection area, the severity is greater. Therefore, it is possible to anticipate the rate of spread of the pollutant downstream and take appropriate measures. If so, it would be very desirable.

오염물 유입으로 인한 심각한 피해의 예로는, 첫째로 낙동강 페놀 유출 사건과 같은 독극물 유입의 경우를 들 수 있다. 오염된 수돗물을 먹은 주민들은 구토, 설사, 두통, 입의 통증, 복통 등의 증상을 일으킬 수 있으며, 임신부에게는 태아에 치명적인 기형을 가져다 줄 수도 있다. 심한 경우는 성인에게도 장애를 일으킬 수있으며, 수돗물에 대한 불신 때문에 따로 제조하여 파는 음용수를 선호하고 중복 비용이 들어가므로 국가적인 낭비가 발생한다. 두 번째 예로 유조차 추락으로 인한 기름의 유입 등의 경우가 있다. 기름이 하천을 덮게 되면 산소공급이 차단되어 수질이 악화되고 유해미생물이 증가하게 되므로 식수로 이용하기 힘들게 된다. 원래의 상태로 회복되기 위해서는 어느 정도 시간이 필요하고, 그 동안 다른 곳의 상수원수 공급원을 대체하여야 하는 불편함을 가져오므로 사건 발생 후에는 빠른 대책이 요구된다.Examples of serious damage from contaminant inflows include, first of all, poisonous inflows such as the Nakdong River phenol spill. Residents who consume contaminated tap water can cause vomiting, diarrhea, headaches, mouth pain, abdominal pain, etc., and can cause fatal malformations in pregnant women. Severe cases can also cause disabilities in adults, and because of the distrust of tap water, national waste arises because of preference for drinking water that is manufactured and sold separately. A second example is the inflow of oil from falling oil. When the oil covers the stream, the oxygen supply is cut off, the water quality deteriorates and harmful microorganisms increase, making it difficult to use as drinking water. It takes some time to recover the original condition, and in the meantime, it is inconvenient to replace the water supply source elsewhere.

그러나 현재는 독극물, 기름 등의 오염물질이 사고로 인해 하천에 유입될 때, 오염물의 확산 속도를 추정할 수 있는 특별한 기법이 없다. 그렇기 때문에, 오염물을 제거하기 위한 방제작업을 실시하려고 할 때 적절한 지점에 투입되지 못하여, 작업이 지체되고 이로 인한 피해가 커질 수 있다.However, there are currently no special techniques for estimating the rate of spread of pollutants, such as poisons and oils, when they enter the river due to an accident. As a result, when attempting to perform a control operation to remove contaminants, it may not be put in an appropriate point, and the operation may be delayed and the resulting damage may be increased.

오염물 특성에 따라 상류에서 하류로 확산되는 속도에는 차이가 있지만, 확산속도를 추정하는데 있어 공통적으로 중요한 자료가 되는 것은 바로 하천의 유속이다. 상류에서 하류까지 가는 동안의 유속의 분포에 따라, 오염물도 이에 비례하는 속도로 퍼져나가기 때문이다. 따라서 하천의 종단을 따라 유속의 분포를 미리 측정, 분석하여 정보화함으로써 오염물 유입시 즉시 대처할 수 있는 기반을 마련할 수 있는 것이다.Depending on the characteristics of the contaminants, the rate of diffusion from upstream to downstream varies, but the flow rate of the stream is the most important data for estimating the rate of diffusion. This is because contaminants spread at a rate proportional to the distribution of the flow rate from upstream to downstream. Therefore, by measuring, analyzing and distributing the distribution of the flow velocity along the end of the river in advance, it is possible to prepare a foundation to immediately deal with the inflow of pollutants.

종래의 하천의 유속측정 방식은 하천의 중요한 지점에서 유속을 측정하는 것이다. 수백km에 이르는 대하천의 경우 유속을 측정할 수 있는 지점의 수가 제한적이기 때문에 전하천 구간의 유속을 측정할 수 있는 방법이 없다고 할 수 있다. 본 방안은 하천 전체구간의 유속을 측정할 수 있다는 점에서 획기적이라 할 수 있다.또한 시간과 인력 측면에서 적은 비용으로 가능하다는 것이 강점이다.The conventional method of measuring the flow velocity of rivers is to measure the flow velocity at an important point of the stream. In the case of hundreds of kilometers of large rivers, there is no way to measure the flow rate of the charge stream section because of the limited number of points that can be measured. This approach is groundbreaking in that it can measure the flow velocity of the entire river stream, and it is possible to use it at low cost in terms of time and manpower.

상기한 바와 같은 문제점을 해결하고 요구에 부응하기 위해서 도출된 본 발명은 GPS 수신기를 탑재한 배를 타고 하천의 흐름에만 의지해서 흘러가면서 시간에 따른 위치변화 값을 위성신호를 통해 자동으로 얻어냄으로써, 종래의 방법에 비해 인력이나 시간 측면에서 적은 비용으로 하천의 종단을 따라 유속의 분포를 알아내는 기능을 포함한다. 또한 이를 실제 오염물 유입시 상황을 모니터링하는데 적용할 수 있는 분석기능을 제공한다.In order to solve the above problems and meet the demands, the present invention is obtained by automatically obtaining a position change value over time by using a satellite signal while flowing only on a stream of a boat equipped with a GPS receiver. Compared to the conventional method, it includes the function of finding the distribution of the flow velocity along the end of the stream at a lower cost in terms of manpower or time. In addition, it provides an analysis function that can be applied to monitor the situation when the actual pollutant inflow.

도 1은 GPS 측위의 원리를 보여주며,1 shows the principle of GPS positioning,

도 2는 하천유속의 현장측정 모습을 단순화 한 것이며,2 is a simplified view of the on-site measurement of river flow rate,

도 3은 분석을 위해 적정구간으로 분할된 측정점을 나타내며,Figure 3 shows the measurement points divided into appropriate intervals for analysis,

도 4는 구간별 평균 유속의 산출 개념을 보여준다.4 shows a concept of calculating the average flow rate for each section.

GPS에 의한 측위는 위성으로부터 발사되는 전파의 지연시간을 계측하고 궤도로부터의 거리에서 현재의 위치를 구하는 방법이다.도1에 3개의 위성에 의한 원리를 나타냈는데, 하나의 위성으로부터의 거리를 알면 현재의 위치는 위성을 중심으로 하여 반경이 그 위성으로부터의 거리로 되는 구(球)의 표면의 어느 곳으로 된다. 이것에 또 하나의 위성으로부터의 거리를 알면 현재의 위치는 두 구가 서로 겹치는 원주상의 어느 곳으로 된다. 그리고 3번째 위성으로부터의 거리에 의해 그 구와 이 원의 두 교점에서 어느 한 곳으로 된다.GPS positioning is a method of measuring the delay time of radio waves emitted from satellites and obtaining the current position at a distance from orbit. The principle of three satellites is shown in Fig. 1. Knowing the distance from one satellite, the current position is somewhere on the surface of the sphere whose radius is the distance from the satellite with respect to the satellite. . Knowing this from another satellite, the current position is somewhere on the circumference where the two spheres overlap. And by the distance from the third satellite, one is at either intersection of the sphere and this circle.

이것을 수식으로 표시하면,If you express it as a formula,

Pr=R+CΔTPr = R + CΔT

(Pr:의사거리, R:실제거리, C:광속도, ΔT:수신기 시계오차)(Pr: Pseudo-range, R: Actual distance, C: Light speed, ΔT: Receiver clock error)

정확한 위도, 경도, 고도를 얻기 위하여 필요한 3개의 위성으로부터의 거리에 다른 하나의 위성으로부터의 거리를 더하여 정확한 시각을 구하게 된다. 수신기에서 구한 4개의 위성으로부터의 거리에는 수신기의 시계오차에 의한 공통의 거리 차이가 포함되어 있으므로 이것을 제거하고 계산을 수신기에서 한다.The exact time is obtained by adding the distance from one satellite to the distance from three satellites necessary to obtain the correct latitude, longitude, and altitude. Since the distances from the four satellites obtained by the receiver include common distance differences due to the clock error of the receiver, this is removed and the calculation is performed at the receiver.

현재 GPS 위성은 24개이며, 고도 약 2만km, 주기 12시간으로, 사용자가 최소한 5개의 위성으로부터 신호를 수신할 수 있도록 배치되어 있다.At present, there are 24 GPS satellites, approximately 20,000 km in altitude and 12 hours in a cycle, arranged to allow users to receive signals from at least five satellites.

도2는 현장에서 데이터를 수집하는 과정이다. 배에 탑재된 수신기를 통해 현재위치좌표 x, y 그리고 현재시간 t를 데이터로 얻을 수 있다. 이 데이터는 배가 흘러가는 동안 거의 연속적으로 수집된다. 2 is a process of collecting data in the field. With the ship's receiver, the current position coordinates x, y and current time t can be obtained as data. This data is collected almost continuously while the ship is flowing.

따라서 데이터를 모두 사용하는 것은 비효율적이며, 소프트웨어에 의해 적정구간으로 분할해주는 과정이 추가된다. 이 때의 분할 기준은 시간, 거리, 하천의 곡률 등을 고려하며, 분석과정에서 각 구간은 직선으로 취급한다.Therefore, using all of the data is inefficient and adds the process of segmenting the software into appropriate sections. At this time, the division criteria consider time, distance, river curvature, etc., and each section is treated as a straight line in the analysis process.

도3은 획득된 데이터로부터 적정구간으로 분할된 후의 데이터를 묘사한 것이다. 3 depicts data after being divided into appropriate sections from the acquired data.

P(0), P(1), P(2) … P(i)는 구간을 나누는 점, 즉 위치 및 시간 값을 가진 점이며, P(0)~P(1), P(1)~P(2), …, P(i-1)~P(i)는 각 구간에 해당한다. (P(n)은 측정이 끝나는 지점) x(0) y(0) t(0) 은 출발하는 위치의 좌표 및 출발시간이며, x(1) y(1) t(1), x(2) y(2) t(2), … x(i) y(i) t(i)는 측정 지점의 위치 및 통과 순간의 시간이다.P (0), P (1), P (2)... P (i) is a point that divides the interval, that is, a point having a position and time value, and P (0) to P (1), P (1) to P (2),... , P (i-1) to P (i) correspond to each section. (P (n) is the point where the measurement ends) x (0) y (0) t (0) is the coordinate and starting time of the starting position, x (1) y (1) t (1), x (2) y (2) t (2),... x (i) y (i) t (i) is the position of the measuring point and the time of the moment of passage.

도4는 위 데이터로부터 속도를 계산하여 구간별로 할당한 것이다. 4 is a speed is calculated from the above data and assigned to each section.

(수식 참고)(See formula)

그러므로 v(i)은 P(i-1)~P(i)구간의 속도가 된다.Therefore, v (i) is the speed between P (i-1) and P (i).

P(i)지점에 오염물이 유입되면, P(i+1), P(i+2) …으로 확산되어 가는 시간을 v(i+1), v(i+2) …으로부터 간단히 적용하여 계산할 수 있다.If contaminants enter the point P (i), P (i + 1), P (i + 2). The time to spread to v (i + 1), v (i + 2)... Can be calculated simply by

이상, 본 발명에 따르면, 종래의 방법으로는 실제적으로 거의 측정할 수 없었던 하천의 상류에서 하류에 이르는 유하속도를 파격적으로 손쉽게 해결할 수 있다. 하천의 평균 유하속도가 30cm/sec≒1km/h라고 가정하면 100km 길이의 하천에 대해 측정하는데 현장에서 4일 정도 밖에 소요되지 않는다는 얘기이다. 이와 같이 간단하게 구축된 데이터는 소프트웨어를 통해 오염물의 확산과정을 모니터링 할 수 있고, 오염물로 인한 수자원의 오염을 효과적으로 방지할 수 있는 중요한 자료로서 활용될 수 있는 것이다.As described above, according to the present invention, it is possible to easily solve the flow velocity from the upstream to the downstream of the stream which was hardly measured by the conventional method. Assuming that the average flow velocity of the river is 30cm / sec ≒ 1km / h, it means that it takes only 4 days on site to measure 100km of river. This simple data can be used as an important data that can monitor the spread of pollutants through software and effectively prevent the pollution of water resources caused by the pollutants.

Claims

A ship equipped with GPS equipment to measure the flow velocity of a river.

The technique of segmenting the appropriate interval from the data obtained through GPS

Including techniques to monitor the rate of contaminant diffusion from the mean flow velocity for each section.

Analysis software.