KR20060093317A

KR20060093317A - 광학식 적설계

Info

Publication number: KR20060093317A
Application number: KR1020060072091A
Authority: KR
Inventors: 김성환
Original assignee: 선진테크 주식회사
Priority date: 2006-07-31
Filing date: 2006-07-31
Publication date: 2006-08-24

Abstract

본 발명은 눈(雪)이 쌓인 높이를 측정하는 적설계(積雪計)에 관한 것으로, 지주 상단에 설치된 광학식 측거부에 중공의 지지암을 연결하고, 이 지지암의 선단부에 반사경을 설치하여, 측거부에서 발광된 레이저광이 반사경에 의하여 적설층에 조사(照射)된 후 적설층에 반사된 레이저광을 다시 반사경을 통하여 수광함으로써, 측정지점 적설층 상부 설비를 소형화할 수 있도록 한 것이다.

또한, 지주 상단에 측거부를 설치함에 있어서, 레이저광의 조사각을 경사지게 설치하여 적설계의 직하부에서 소정거리 이격된 지점을 측정함으로써, 상부 설비로 인한 측정오차 발생을 근 본적으로 방지할 수 있도록 한 것이다.

본 발명을 통하여, 종래 광학식 적설계의 근본적인 오류를 해결함으로써, 실제 유의한 관측결과를 획득할 수 있게 되었으며, 이로써 적설관측의 정확성 제고 및 관측지점 무인화 확대의 효과를 얻을 수 있고, 나아가 관측비용을 절감하고, 기상 및 수문(水文)분석의 정확성을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.

적설, 측정, 레이저, 반사경

Description

광학식 적설계{OPTICAL SNOW-DEPTH GAUGE}

도 1은 종래의 적설계 예시도

도 2는 본 발명의 일 실시예 대표단면도

도 3은 사선 측정방식이 적용된 본 발명의 일 실시예 측면도

도 4는 회동 반사경이 적용된 본 발명의 일 실시예 대표단면도

도 5는 도 4의 실시예 측정방식 설명도

도 6은 도 4의 실시예 블럭도

도 7은 볼조인트식 반사경이 적용된 본 발명의 일 실시예 요부발췌 부분절단 사시도

도 8은 도 7의 실시예에 의한 측정방식 설명도

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

10 : 측거부(測距部)

11 : CPU

12 : 기억장치

19 : 측거모듈

20 : 지주(支柱)

21 : 하우징(housing)

30 : 중공암(中空arm)

40 : 반사경

41 : 조각모터(操角motor)

42 : 주동기어

43 : 종동기어

44 : 캠(cam)

45 : 볼조인트(ball joint)

91 : 측거장치

92 : 지지암

99 : 적설층(積雪層)

적설은 강우와 함께 강수를 구성하는 기상요소로서, 기상분석은 물론 이수(利水) 및 치수(治水) 관련 계획수립 등에 매우 중요한 자료로 활용되며, 특히 갈수기인 봄철 하천유출(流出) 및 지하수유출의 대부분을 차지하는 융설(融雪)을 예측 및 분석함에 있어서, 기초자료로서 매우 높은 중요성을 가진다.

겨울철 강수의 대부분을 차지하는 적설은 하천 상류의 산악지역 등의 오지에 다수의 관측지점을 확보하는 것이 매우 중요하고, 따라서 관측시설의 무인화 및 자동화 필요성이 매우 높다고 할 수 있는 바, 적설관측시설의 무인화 및 자동화를 위하여 다양한 형태의 자동 적설계가 개발되었으며, 이중 레이저광을 이용한 광학측거기를 적설계에 적용한 예가 도 1에 도시되어 있다.

도 1을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 종래의 적설계는 지반에 고정된 지주(20) 상부에 돌출된 지지암(92)이 설치되고, 이 지지암(92)의 선단부에 광학측거기 및 각종 부속장치로 구성된 측거장치(91)가 설치되는 형태를 가진다.

이러한, 종래의 적설계는 적설층(99)에 직접 광선을 조사한 후 반사광을 수광하여 거리를 측정함으로써 소정의 기준면으로부터 적설량을 측정하게 되는데, 측거장치(91) 직하부 지점의 적설층(99)을 측정하게 되므로, 측거장치(91)가 내리는 눈을 차단하게 되고 측거장치(91)위에 쌓였던 눈이 녹으면서 측정지점의 적설 층(99)을 교란하게 되어 정확한 적설량 측정이 근본적으로 불가능한 심각한 문제점이 있었다.

또한, 측거장치(91)가 강설을 차단하게 되므로, 어느 정도 적설이 이루어지기 전 까지는 강설여부를 전혀 파악할 수 없는 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 문제점을 감안하여 창안한 것으로, 측거부를 측정지점 상부에 설치하지 않고 지주 상단에 설치하되, 선단부에 반사경이 설치된 관상(管狀)의 중공암을 연결하여 반사경을 통한 간접 조사 및 수광이 이루어지도록 함으로써, 측정지점 적설층 상부의 장치를 최소화하여 강설의 차단 및 적설층의 교란을 방지한 것이다.

또한, 측거부를 지주 상단에 설치하되, 레이저광의 조사각을 경사지게 구성함으로써, 측정지점 적설층 상부에 강설을 차단하는 어떠한 구조물도 존재하지 않도록 한 것이다.

본 발명의 상세한 구성 및 작동원리를 첨부된 도면을 통하여 설명하면 다음과 같다.

우선 도 2는 중공암(30)과 반사경(40)이 적용된 본 발명의 대표적 실시예로서, 지주(20) 상단의 하우징(21)내에 설치된 측거부(10)에서 조사된 광선이 중공 암(30)을 통과한 후 중공암(30) 선단에 45도 경사로 설치된 반사경(40)에 반사되어 간접조사됨을 알 수 있다.

이렇듯, 중공암(30)과 반사경(40)을 통한 간접조사를 통하여 측정지점 적설층(99) 상부의 장치를 대폭 간소화할 수 있으며, 이로써 강설의 차단 및 적설층(99)의 교란을 최소화할 수 있다.

측거부(10)는 광학식 측거모듈(19), 관측치가 기록되는 기억장치(12) 및 이들을 제어하는 CPU(11) 등으로 구성되는데, 대표적 광학식 측거모듈(19)인 레이저광 측거장치(91)의 경우 측정에 사용되는 광선의 조사폭이 수mm에 불과하여 중공암(30) 및 반사경(40)의 직경 또한 수mm 내외로 구성할 수 있으며, 따라서 측정지점 적설층(99) 상부 장치로 인한 강설의 차단 및 적설층(99) 교란 현상을 거의 발생시키지 않게 된다.

한편, 측거부(10)에는 전술한 요소 외에도, 자체 전원공급을 위한 태양전지나 원거리 통신을 위한 유무선 통신장치 등이 부설될 수 있으나, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 당업자라면 필요에 따라 선택 실시할 수 있는 사항이므로 이에 대한 청구범위의 구체적인 한정은 하지 않는다.

반사경(40)을 통하여 간접조사된 광선은 적설층(99)에 반사된 후 다시 반사경(40)을 통하여 측거부(10)로 수광되게 되는데, 측거부(10) 내의 CPU(11)가 측정된 거리에서 반사경(40)과 측거부(10)간 거리를 감한 후, 기준면을 고려하여 실제 적설층(99)의 깊이를 환산하게 된다.

도 3은 본 발명의 변형된 실시예로서, 중공암(30)을 구성하지 않고 측거 부(10)를 경사지게 설치하여 광선을 경사지게 조사함으로써 측정지점 상부가 완전 개방될 수 있도록 구성한 것이다.

도 3의 실시예에서 적설층(99)의 깊이는 측정된 거리(L)에 측거부(10) 설치경사각(θ)의 코사인값을 곱하여 수직거리(H)로 환산한 후, 기준면을 고려하여 산출하게 된다.

여기서 설치경사각(θ)은 본 발명의 적설계를 현장에 설치한 후 측정하여 측거부(10)에 입력하거나, 별도의 틸트센서(tilt-sensor)를 CPU(11)와 연결하여 설치함으로써 자동 독취하도록 구성하는 등, 다양한 방식으로 설정될 수 있다.

도 4는 회동식 반사경(40)이 적용된 실시예로서, 반사경(40)에 조각모터(41)(操角motor)를 연결하고, 조각모터(41)를 CPU(11)로 제어하여 반사경(40)의 각도를 임의로 조종할 수 있도록 함으로써, 측점방식이 아닌 측선(測線)방식의 측거가 가능하도록 한 것이다.

즉, 도 5에서와 같이, 반사경(40)의 각도를 변화시키면서 다수의 측점에 대한 측거를 실시함으로써, 이들 측점을 연결하는 측선에 대한 측거가 실시된 효과를 얻을 수 있으며, 이로써 적설층(99) 표면의 굴곡이나 이상 적설을 감안한 평균 적설량을 측정할 수 있게 된다.

도 6은 전술한 반사경(40) 회동을 위한 본 발명의 구성을 도시한 것으로, 스텝모터 또는 서보모터 방식의 조각모터(41)와, 측거모듈(19), CPU(11) 및 기억장치(12)로 구성된다.

조각모터(41)는 CPU(11)에 의하여 제어되어 반사경(40)을 소기의 각도로 회 동시키게 되는데, CPU(11)는 조각모터(41)의 회전위치, 즉 회전자위치를 판단하여 제어하게 된다.

측거모듈(19)은 광선의 조사 및 수광간 시간을 측정하거나 위상차를 검출하여 거리를 측정하는 것으로, CPU(11)에 의하여 제어되고 측정치 또한 CPU(11)로 전송되며, 다점 측거를 실시할 경우 CPU(11)는 조각모터(41)와 측거모듈(19)을 연동하여 제어함으로써 측점별 거리를 구하게 되고, 측정된 데이터는 기억장치(12)에 저장된다.

이러한 반사경(40) 회동을 통한 다점(多占) 측거방식은, 도시되지는 않았지만 하우징(21)을 지주(20)를 축으로 회전시키는 동작과 병행함으로써 소정 범위의 적설층(99) 표면에 대한 측거 또한 가능하게 되어 더욱 정확한 측정으로 확장시킬 수도 있으며, 도 7에서와 같이, 반사경(40)을 볼조인트(45)를 통하여 설치함으로써 하나의 회동축에 의한 회동이 아니라 자유로운 회동을 통하여 도 8에서와 같이, 소정의 면에 대한 다점 측거가 가능하도록 할 수도 있다.

도 7은 전술한 볼조인트(45)로 연결된 반사경(40)의 구동장치를 예시한 것으로서, 조각모터(41)에 연결된 주동기어(42)와 그에 연결된 종동기어(43) 및 종동기어(43)에 형성된 캠(44)에 의하여 반사경(40)의 각도가 변화하는 원리를 나타내고 있으며, 이 밖에도 2개의 조각모터(41)를 구성하여 각기 다른 방향에서 반사경(40)을 움직이도록 하는 등 다양한 구성이 가능하다.

한편, 도시되지는 않았지만, 경우에 따라 조각모터(41)를 구동하기 위한 인버터(inverter), 감속기어 및 회전자 위치 판독을 위한 홀센서(hall sensor) 등이 구성될 수도 있으나, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 당업자가 선택 실시할 수 있는 사항이므로 이에 대한 청구범위의 구체적인 한정은 하지 않는다.

결국 본 발명의 기술요지는 적설층(99) 상부에서 광선을 조사(照射)한 후 반사된 광선을 수광하여 적설량을 측정하는 광학식 적설계에 있어서, 지반에 고정된 지주(20) 상단에 측거부(10)가 설치되고, 측거부(10)에서 조사되는 광선이 통과할 수 있도록 형성된 중공암(30)이 설치되되, 중공암(30)의 선단부에는 반사경(40)이 설치됨을 특징으로 하는 광학식 적설계로서, 상기 반사경(40)에는 조각모터(41)가 연결되어 반사경(40)이 회동됨을 특징으로 하는 광학식 적설계이고, 지반에 고정된 지주(20) 상단에 측거부(10)가 설치되되, 측거부(10)에서 조사되는 광선이 경사지도록 설치됨을 특징으로 하는 광학식 적설계이다.

Claims

적설층(99) 상부에서 광선을 조사(照射)한 후 반사된 광선을 수광하여 적설량을 측정하는 광학식 적설계에 있어서,

지반에 고정된 지주(20) 상단에 측거부(10)가 설치되고;

측거부(10)에서 조사되는 광선이 통과할 수 있도록 형성된 중공암(30)이 설치되되;

중공암(30)의 선단부에는 반사경(40)이 설치됨을 특징으로 하는 광학식 적설계.
적설층(99) 상부에서 광선을 조사(照射)한 후 반사된 광선을 수광하여 적설량을 측정하는 광학식 적설계에 있어서,

지반에 고정된 지주(20) 상단에 측거부(10)가 설치되되;

측거부(10)에서 조사되는 광선이 경사지도록 설치됨을 특징으로 하는 광학식 적설계.
제1항에 있어서, 반사경(40)에는 조각모터(41)가 연결되어 반사경(40)이 회동됨을 특징으로 하는 광학식 적설계