KR20140108195A - 지표면 조도 산정 장치 및 방법 - Google Patents

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KR20140108195A
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Abstract

본 발명은 지표면 조도 산정 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 지표면 조도 산정 장치는, 영역 내 다수의 지점의 높이 정보를 수집하는 높이 정보 수집부; 상기 높이 정보를 통계처리하여 상기 영역의 대표값을 산출하는 대표값 산출부; 및 상기 대표값에 따라 상기 영역의 지표면 조도를 산정하는 지표면 조도 산정부;를 포함할 수 있다.

Description

지표면 조도 산정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CALCULATING GROUND SURFACE ROUGHNESS}
본 발명은 지표면 조도 산정 장치 및 방법에 관한 것이다.
구조물 설계에 있어서 바람은 반드시 고려해야 할 항목 중 하나이다. 풍속 또는 풍향과 같은 바람의 특성은 주변 지형의 영향을 많이 받으며, 풍속이 주변 지형에 의해 빨라지는 경우 구조물의 안전에 큰 영향을 미칠 수 있다. 바람이 구조물에 가하는 하중을 고려하기 위해, 구조물의 설계 시 풍하중을 계산하며, 풍하중을 계산하기 위해서는 설계풍속을 산정할 필요가 있다.
설계풍속은 지표면의 거칠기를 나타내는 지표면 조도에 따라 그 값이 달라질 수 있다. 하지만, 구조물의 설계 시, 상기 지표면 조도가 설계자의 주관적인 판단에 의해 결정되는 경우가 많으며, 그로 인해 구조물의 안전성 및 경제성이 저하되는 문제가 발생한다.
본 발명의 일 실시예는, 설계풍속 산정 시 고려되는 영역의 지표면 조도를 객관적이고 합리적으로 결정하는 지표면 조도 산정 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 지표면 조도 산정 장치는, 영역 내 다수의 지점의 높이 정보를 수집하는 높이 정보 수집부; 상기 높이 정보를 통계처리하여 상기 영역의 대표값을 산출하는 대표값 산출부; 그리고 상기 대표값에 따라 상기 영역의 지표면 조도를 산정하는 지표면 조도 산정부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 지표면 조도 산정 방법은, 영역 내 다수의 지점의 높이 정보를 통계처리하여 얻은 대표값을 기반으로 상기 영역의 지표면 조도를 산정할 수 있다. 상기 지표면 조도 산정 방법은, 상기 영역 내 다수의 지점의 높이 정보를 수집하는 단계; 상기 높이 정보를 통계처리하여 상기 영역의 대표값을 산출하는 단계; 및 상기 대표값에 따라 상기 영역의 지표면 조도를 산정하는 단계;를 포함할 수 있다.
전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 지표면 조도 산정 방법은, 컴퓨터로 실행되는 프로그램으로 구현되어, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 영역에 대해 보다 객관적이고 신뢰성 높은 지표면 조도를 산정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 설계풍속이 지나치게 높거나 낮게 계산되는 것을 방지하여, 구조물의 경제성 및 안전성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지표면 조도 산정 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 설계풍속 산정 시 고려하는 영역 및 높이 정보를 수집하는 영역 내 다수의 지점을 나타내는 예시적인 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 영역 내 다수의 지점의 높이 정보를 산출하는 과정을 설명하는 예시적인 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 영역 내 다수의 지점을 높이의 순서대로 늘어놓은 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 산출된 영역 내 다수의 지점의 높이에 대한 도수분포를 나타내는 도수분포도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 지표면 조도 산정 방법을 설명하는 흐름도이다.
본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술 되는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적인 사전들에 의해 정의된 용어들은 관련된 기술 그리고/혹은 본 출원의 본문에 의미하는 것과 동일한 의미를 갖는 것으로 해석될 수 있고, 그리고 여기서 명확하게 정의된 표현이 아니더라도 개념화되거나 혹은 과도하게 형식적으로 해석되지 않을 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다' 및/또는 이 동사의 다양한 활용형들 예를 들어, '포함', '포함하는', '포함하고', '포함하며' 등은 언급된 조성, 성분, 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 조성, 성분, 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 본 명세서에서 '및/또는' 이라는 용어는 나열된 구성들 각각 또는 이들의 다양한 조합을 가리킨다.
한편, 본 명세서 전체에서 사용되는 '~부', '~기', '~블록', '~모듈' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미할 수 있다. 예를 들어 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미할 수 있다. 그렇지만 '~부', '~기', '~블록', '~모듈' 등이 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부', '~기', '~블록', '~모듈'은 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다.
따라서, 일 예로서 '~부', '~기', '~블록', '~모듈'은 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부', '~기', '~블록', '~모듈'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부', '~기', '~블록', '~모듈'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부', '~기', '~블록', '~모듈'들로 더 분리될 수 있다.
이하, 본 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.
본 명세서에서 사용되는 "구조물"은 건축물, 공작물, 구축물, 창호, 옥외광고물, 교량 등을 포괄하는 용어로서, 공간 상에 배치되어 바람에 의한 하중을 받는 모든 물건을 의미한다.
구조물 설계 시, 바람에 의한 설계하중을 계산하기 위해 설계풍속을 산출한다. 이에 대해, 건축구조기준(KBC) 2009에서 제시하는 설계풍속은 다음과 같은 수학식에 의해 계산될 수 있다:
Figure pat00001
위 수학식에서 설계풍속을 계산하기 위해 사용되는 파라미터로서, V0는 지역별 기본풍속이며, Kzr은 풍속고도분포계수이며, Kzt는 지형의 영향를 고려하기 위한 지형계수, Iw는 구조물의 중요도계수이다.
풍속고도분포계수(Kzr)는 구조물이 위치한 지점의 지표면 조도와 그에 따른 대기경계층시작높이(Zb), 기준경도풍높이(Zg) 및 풍속고도분포지수(α)를 고려하여 아래의 표 1과 같이 산정된다:
Figure pat00002
또한, 대기경계층시작높이(Zb), 기준경도풍 높이(Zg) 및 풍속고도분포지수(α)는 지표면 조도에 따라 아래의 표 2와 같이 결정된다.
Figure pat00003
건축구조기준(KBC) 2009에서 제시하고 있는 지표면 조도는 구조물이 위치한 지점의 주변지역 지표면 상태에 따라 아래의 표 3과 같이 분류된다.
Figure pat00004
지형계수(Kzt)는 지형에 의한 풍속할증을 고려한 계수로서, 평지와 같이 바람에 영향을 미치지 않는 지역에서는 1.0으로 설정된다. 하지만, 산, 언덕 및 경사지와 같이 풍속할증이 필요한 지역에서는 지형계수가 다음과 같은 수학식에 의해 계산될 수 있다:
Figure pat00005
기본풍속(V0)은 설계풍속을 구할 때 기본값으로 적용하는 지역별 풍속으로서, 지표면의 상태가 지표면 조도 C이고 평탄한 지형의 지상높이 10m에서 10분간 평균풍속의 재현기간 100년에 해당하는 풍속이다. 기본풍속은 구조물이 위치하는 지역에 따라 다음과 같이 산정된다. 다만, 구조물이 등풍속선 사이에 위치한 경우에는 등풍속선 사이의 값을 보간하여 사용할 수 있다.
Figure pat00006
중요도계수(Iw)는 구조물의 사용년수에 따른 안전율을 나타내는 계수로서, 구조물의 중요도를 고려하여 다음과 같이 산정된다:
Figure pat00007
전술한 설계풍속 계산 과정 중, 표 3과 같이 지표면 조도를 구분하는 경우, 지표면 상태별 예시 그림에 근거한 설계자의 주관적 판단이 개입될 가능성이 높다. 이는 구조물 설계의 안전성이나 경제성을 저해할 수 있다. 또한, 우리나라의 경우 국토의 면적이 좁아, 설계풍속의 산정 시 고려하는 일정 크기의 영역에 서로 다른 용도로 사용되는 용도지역이 설정되어 있는 경우가 많다. 결국 대부분의 영역은 둘 이상의 지표면 조도를 갖는 경우가 일반적이고, 이러한 경우 지표면 조도에 대한 판단은 더욱 부정확해진다.
본 발명의 일 실시예에 따른 지표면 조도 산정 장치 및 방법은, 설계풍속 산정 시 고려하는 영역에서 다수의 지점의 높이 정보를 수집하고, 상기 높이 정보를 통계처리하여 얻은 대표값을 기반으로, 상기 영역의 지표면 조도를 산정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지표면 조도 산정 장치를 나타내는 블록도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 지표면 조도 산정 장치(100)는 높이 정보 수집부(11), 대표값 산출부(12) 및 지표면 조도 산정부(13)를 포함할 수 있다.
상기 높이 정보 수집부(11)는, 영역 내 다수의 지점의 높이 정보를 수집할 수 있다. 여기서, 상기 영역은 설계풍속을 산정할 때 고려하는 영역으로서, 구조물의 주변에 위치한 영역일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 영역은 구조물의 풍상측에 대하여 45°의 영역 중 구조물의 기준높이 H의 40배와 3㎞ 이내의 범위 중 작은 범위에 속하는 영역일 수 있다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 설계풍속 산정 시 고려하는 영역 및 상기 영역 내에서 높이 정보가 수집되는 다수의 지점을 나타내는 예시적인 도면이다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 영역(20)은 구조물(21)을 중심으로 풍상측 라인에 의해 반분되는 부채꼴 형상을 가질 수 있다.
상기 부채꼴의 중심각 θ은 45°일 수 있으나, 실시예에 따라 그보다 작거나 큰 각도를 가질 수 있다. 상기 부채꼴의 반지름 d는 구조물(21)의 기준높이 H의 40배와 3 km 중 작은 값을 가질 수 있다.
상기 높이 정보 수집부(11)는 상기 영역(20) 내 다수의 지점(도 2 및 도 3에서 x로 표시된 지점)의 높이 정보를 수집할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 다수의 지점은 상기 영역(20) 내에서 균일하게 분포할 수 있다. 그러나, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 다수의 지점은 상기 영역 (20) 내에서 불균일하게 분포할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 높이 정보 수집부(11)는 상기 영역(20)의 전자지도(digital map)로부터 상기 다수의 지점의 높이 정보를 수집할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 전자지도(digital map)에 관한 데이터는 상기 지표면 조도산정 장치(100)에 포함된 저장부에 저장되어 있을 수 있다. 이 경우, 상기 높이 정보 수집부(11)는 상기 저장부로부터 상기 전자지도(digital map)에 관한 데이터를 불러와 영역(20) 내 다수의 지점의 높이 정보를 수집할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 상기 전자지도(digital map)에 관한 데이터는 상기 지표면 조도 산정 장치와 네트워크 등을 통해 연결된 서버 또는 외부 저장장치에 저장되어 있을 수 있다. 이 경우, 상기 높이 정보 수집부(11)는 네트워크 또는 데이터 인터페이스를 통해 상기 서버 또는 외부 저장장치로부터 상기 전자지도(digital map)에 관한 데이터를 불러와 영역(20) 내 다수의 지점의 높이 정보를 수집할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 높이 정보 수집부(11)는 지상측량, GPS 측량, 항공사진측량, 레이더(radar) 측량 및 라이더(LiDAR) 측량 중 적어도 하나를 사용하여 상기 영역(20)을 측량한 데이터로부터 상기 다수의 지점의 높이 정보를 수집할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 영역(20) 내 다수의 지점은 상기 영역 내에 위치하는 건물에 대응할 수도 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 영역(20) 내 다수의 지점은 상기 영역 내 건물에 일대일 대응할 수도 있다. 상기 높이 정보 수집부(11)는 영역(20) 내 일 지점이 건물에 위치하는 경우, 건물의 높이를 지점의 높이 정보로 산정할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 상기 영역(20) 내 다수의 지점 중 일부는 건물이 위치하지 않은 지면 또는 수면에 대응할 수도 있다. 상기 높이 정보 수집부(11)는, 영역(20) 내 일 지점이 지면 또는 수면에 위치하는 경우, 지점의 높이를 0으로 산정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 높이 정보 수집부(11)는 상기 영역의 전자지도(digital map)에서 건물과 표고점 및 기준점을 추출할 수 있다. 그리고, 추출된 구조물로부터 구조물의 중심 또는 외곽선에서 절점을 추출하여 생성된 절점과 지면에 위치한 표고점 및 기준점에 대하여 일대일 대응하는 지점을 생성할 수 있다. 그리고, 구조물에 위치한 지점의 높이는 구조물의 높이로 산정하고, 지면에 위치한 지점의 높이는 0으로 산정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 건물의 높이는 상기 건물의 지상층수에 기설정된 높이를 곱하여 해당 지점의 높이 정보를 산출할 수 있다. 상기 건물의 지상층수에 곱해지는 높이는 3 미터일 수 있으나, 이에 제한되지 않고 3 미터보다 높거나 낮게 설정될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 높이 정보 수집부(11)는 상기 영역에 대한 지상측량, GPS 측량, 항공사진측량, 레이더(radar) 측량 및 라이더(LiDAR) 측량 중 적어도 하나를 사용하여 수집한 3차원 점 데이터로부터 필터링을 실시하여 건물과 지면 데이터를 추출하고, 추출된 건물과 지면 데이터에 일대일 대응하는 지점을 생성하여, 건물에 위치한 지점의 높이는 건물의 높이로 산정하고, 지면에 위치한 지점의 높이는 0으로 산정할 수 있다.
예를 들어, 도 4를 참조하면, 영역(20) 내 다수의 지점 중 지점 1에 건물이 위치하는 경우, 상기 높이 정보 수집부(11)는 건물의 지상층수 정보를 수집할 수 있다. 도 4에서 지점 1에 위치하는 건물의 지상층수는 4이다. 상기 높이 정보 수집부(11)는 상기 건물의 지상층수에 기설정된 높이(예컨대, 3 미터)를 곱하여 해당 지점의 높이 정보를 산출할 수 있다. 이 경우, 도 4의 지점 1의 높이는 12 미터로 산출될 수 있다. 마찬가지로, 지점 2의 높이는 18 미터로 산출될 수 있고, 지점 3의 높이는 0으로 산정할 수 있다.
상기 대표값 산출부(12)는 상기 다수의 지점의 높이 정보를 통계처리하여 상기 영역(20)의 대표값을 산출할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 대표값 산출부(12)는 상기 다수의 지점의 높이 중에서 중앙값을 산출하여 상기 영역(20)의 대표값으로 결정할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 상기 대표값 산출부(12)는 상기 다수의 지점의 높이 중에서 최대값을 산출하여 상기 영역(20)의 대표값으로 결정할 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 상기 대표값 산출부(12)는 상기 다수의 지점의 높이 중에서 최빈수를 산출하여 상기 영역(20)의 대표값으로 결정할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 영역(20) 내 다수의 지점을 높이의 순서대로 늘어놓은 그래프의 일 예이다. 도 5를 참조하면, 상기 영역(20) 내 다수의 지점 중에서 중앙에 오는 지점의 높이값은 7.5 m이다. 또한, 상기 영역(20) 내 다수의 지점의 높이 중에서 가장 큰 높이값은 36 m이다. 또한, 상기 영역(20) 내 다수의 지점 중에서 도수가 가장 큰 높이값은 15 m이다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 대표값 산출부(12)는 상기 영역(20) 내 다수의 지점의 높이를 통계처리하고, 상기 다수의 지점의 높이 중에서 중앙값, 최대값 및 최빈수 중 어느 하나를 산출하여, 산출된 값을 상기 영역(20)의 대표값으로 결정할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 대표값 산출부(12)는 상기 다수의 지점의 높이의 평균값을 산출하고, 산출된 평균값을 대표값으로 결정할 수 있다. 상기 평균값은 산술평균값, 기하평균값 및 조화평균값 중 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 대표값 산출부(12)는 상기 다수의 지점의 높이에 대한 도수분포를 산출하고, 상기 도수분포에서 도수가 가장 큰 계급의 계급값을 상기 영역(20)의 대표값으로 결정할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 산출된 영역 내 다수의 지점의 높이에 대한 도수분포를 나타내는 도수분포도의 일 예이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 대표값 산출부(12)는 상기 다수의 지점의 높이를 다수의 계급으로 구분한 뒤, 각 계급에 속하는 지점의 도수를 계산하여 계열화한 도수분포를 산출할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 대표값 산출부(12)는 상기 영역(20)으로부터 수집된 다수의 지점의 높이 정보를 네 개의 계급으로 구분할 수 있으나, 이에 제한되지 않고 넷보다 많거나 적은 개수의 계급으로 구분할 수도 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 계급의 개수는 지표면 조도의 등급의 개수와 일치할 수 있다. 예를 들어, 지표면 조도가 4 개의 등급으로 구분되어 있으면, 상기 대표값 산출부(12)는 상기 다수의 지점의 높이를 4 개의 계급으로 계열화한 도수분포를 산출할 수 있다.
상기 대표값 산출부(12)는 상기 도수분포에서 도수가 가장 큰 계급의 계급 값을 영역(20)의 대표값으로 결정할 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 도수분포도에서, 도수가 가장 큰 계급은 계급 3이며, 계급 3의 계급값은 계급의 가운데 값인 16.5 m일 수 있다. 따라서, 상기 대표값 산출부 (12)는 계급 3의 계급값인 16.5 m를 영역(20)의 대표값으로 결정할 수 있다.
상기 지표면 조도 산정부(13)는, 상기 대표값에 따라 영역(20)의 지표면 조도를 산정할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 지표면 조도 산정부(13)는 상기 대표값을 지표면 조도에 설정된 기준범위와 비교하고, 비교 결과를 기반으로 상기 영역(20)의 지표면 조도를 산정할 수 있다.
예를 들어, 전술한 표 3과 같이 지표면 조도가 A, B, C, D 네 개로 구분되어 있고, 각각의 지표면 조도에는 다음과 같은 기준범위가 설정되어 있을 수 있다.
지표면 조도 A B C D
기준범위 30 m 이상 3 m 이상 ~ 30 m 미만 1.5 m 이상 내지 3 m 미만 1.5 m 미만
이 경우, 상기 지표면 조도 산정부(13)는, 상기 영역(20)의 대표값을 각각의 지표면 조도에 설정된 기준범위와 비교하고, 상기 대표값이 속하는 기준범위의 지표면 조도를 상기 영역(20)의 지표면 조도로 산정할 수 있다. 예를 들어, 상기 영역(20)의 대표값이 16.5 m로 산출된 경우, 상기 지표면 조도 산정부(13)는 상기 영역(20)의 지표면 조도를 B 로 결정할 수 있다.
전술한 높이 정보 수집부(11), 대표값 산출부(12) 및 지표면 조도 산정부(13)는 지표면 조도를 산정하기 위한 프로그램을 실행하여 지표면 조도 산정 작업을 수행하는 프로세서, 예컨대 CPU로 구성될 수 있다. 또한, 상기 지표면 조도를 산정하기 위한 프로그램은 메모리와 같은 저장부에 저장되어 있을 수 있고, 상기 지표면 조도 산정 장치(100)는 상기 저장부로부터 상기 프로그램을 불러와 실행할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 지표면 조도 산정 방법을 설명하는 흐름도이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 지표면 조도 산정 방법(200)은, 영역 내 다수의 지점의 높이 정보를 통계처리하여 얻은 대표값을 기반으로, 상기 영역의 지표면 조도를 산정할 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 지표면 조도 산정 방법(200)은, 영역 내 다수의 지점의 높이 정보를 수집하는 단계(S21), 상기 높이 정보를 통계처리하여 상기 영역의 대표값을 산출하는 단계(S22), 및 상기 대표값에 따라 상기 영역의 지표면 조도를 산정하는 단계(S23)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 수집하는 단계(S21)는, 상기 영역(20)의 전자지도(digital map)로부터 상기 높이 정보를 수집하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 전자지도(digital map)에 대한 데이터는 본 발명의 일 실시예에 따른 지표면 조도 산정 장치(100)에 구비된 저장부에 저장되거나, 상기 지표면 조도 산정 장치(100)에 연결된 외부 저장장치에 저장되거나, 상기 지표면 조도 산정 장치(100)에 네트워크를 통해 연결된 서버에 저장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 수집하는 단계(S21)는, 지상측량, GPS 측량, 항공사진측량, 레이더(radar) 측량 및 라이더(LiDAR) 측량 중 적어도 하나를 사용하여 상기 영역(20)을 측량한 데이터로부터 상기 다수의 지점의 높이 정보를 수집하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 영역(20) 내 다수의 지점은 상기 영역 내에 위치하는 건물에 대응할 수도 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 수집하는 단계(S21)는 영역(20) 내 일 지점이 건물에 위치하는 경우, 상기 건물의 높이를 지점의 높이 정보로 산정할 수 있다.
반면, 상기 영역(20) 내 다수의 지점 중 일부는 건물이 위치하지 않은 지면 또는 수면에 대응할 수도 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 수집하는 단계(S21)는, 영역(20) 내 일 지점이 지면 또는 수면에 위치하는 경우, 지점의 높이를 0으로 산정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 수집하는 단계(S21)는 상기 영역의 전자지도(digital map)에서 건물과 표고점 및 기준점을 추출하는 단계, 추출된 건물로부터 건물의 중심 또는 외곽선에서 절점을 추출하여 생성된 절점과 지면에 위치한 표고점 및 기준점에 대하여 일대일 대응하는 지점을 생성하는 단계, 및 건물에 위치한 지점의 높이는 건물의 높이로 산정하고, 지면에 위치한 지점의 높이는 0으로 산정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 건물의 높이는 상기 건물의 지상층수에 기설정된 높이를 곱하여 산출될 수 있다. 상기 건물의 지상층수에 곱해지는 높이는 3 미터일 수 있으나, 이에 제한되지 않고 3 미터보다 높거나 낮게 설정될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 수집하는 단계(S21)는 상기 영역에 대한 지상측량, GPS 측량, 항공사진측량, 레이더(radar) 측량 및 라이더(LiDAR) 측량 중 적어도 하나를 사용하여 수집한 3차원 점 데이터로부터 필터링을 실시하여 건물과 지면 데이터를 추출하는 단계, 추출된 건물과 지면 데이터에 일대일 대응하는 지점을 생성하는 단계, 및 건물에 위치한 지점의 높이는 건물의 높이로 산정하고, 지면에 위치한 지점의 높이는 0으로 산정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 영역의 대표값을 산출하는 단계 (S22)는, 상기 다수의 지점의 높이 중에서 중앙값을 산출하는 단계를 포함할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 상기 영역의 대표값을 산출하는 단계(S22)는, 상기 다수의 지점의 높이 중에서 최대값을 산출하는 단계를 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 상기 영역의 대표값을 산출하는 단계(S22)는, 상기 다수의 지점의 높이 중에서 최빈수를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 영역의 대표값을 산출하는 단계(S22)는, 상기 다수의 지점의 높이의 평균값을 산출하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 평균값은 산술평균값, 기하평균값 및 조화평균값 중 어느 하나일 수 있다.
이와 같이 산출된 중앙값, 최대값, 최빈수 또는 평균값은 영역(20)의 대표값으로 결정될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 영역의 대표값을 산출하는 단계(S22)는, 상기 다수의 지점의 높이에 대한 도수분포를 산출하는 단계, 및 상기 도수분포에서 도수가 가장 큰 계급의 계급값을 상기 영역(20)의 대표값으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
이 실시예에서, 상기 도수분포를 구성하는 계급의 수는 지표면 조도의 등급의 개수와 동일할 수 있으나, 이에 제한되지 않고 지표면 조도 등급의 개수보다 적거나 많을 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 영역의 지표면 조도를 산정하는 단계(S23)는, 영역의 대표값을 각각의 지표면 조도에 설정된 기준범위와 비교하는 단계, 및 상기 대표값이 속하는 기준범위의 지표면 조도를 상기 영역(20)의 지표면 조도로 산정하는 단계를 포함할 수 있다.
전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 지표면 조도 산정 방법(200)은 컴퓨터에서 실행되기 위한 프로그램으로 제작되어 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체에 저장될 수 있다. 상기 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 저장 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있다.
이상, 설계풍속 계산 시 고려하는 영역으로부터 다수의 지점의 높이 정보를 수집하고, 수집된 높이 정보를 통계처리하여 얻은 영역의 대표값을 기반으로, 상기 영역의 지표면 조도를 산정하는 지표면 조도 산정 장치 및 방법이 설명되었다.
상기 지표면 조도 산정 장치 및 방법에 따르면, 설계자의 주관적인 판단에 의해 영역의 지표면 조도가 부적절하게 결정되는 것을 방지하고, 객관적이고 신뢰성 있는 지표면 조도를 산정할 수 있다. 이와 같이 산정된 지표면 조도를 이용함으로써, 구조물의 안전성 및 경제성이 향상될 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
100: 지표면 조도 산정 장치
11: 높이 정보 수집부
12: 대표값 산출부
13: 지표면 조도 산정부

Claims (17)

  1. 영역 내 다수의 지점의 높이 정보를 수집하는 높이 정보 수집부;
    상기 높이 정보를 통계처리하여 상기 영역의 대표값을 산출하는 대표값 산출부; 및
    상기 대표값에 따라 상기 영역의 지표면 조도를 산정하는 지표면 조도 산정부;
    를 포함하는 지표면 조도 산정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 높이 정보 수집부는:
    상기 영역의 전자지도(digital map); 및
    지상측량, GPS 측량, 항공사진측량, 레이더(radar) 측량 및 라이더(LiDAR) 측량 중 적어도 하나를 사용하여 상기 영역을 측량한 데이터;
    중 적어도 하나로부터 상기 지점의 높이 정보를 수집하는 지표면 조도 산정 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 높이 정보 수집부는:
    상기 지점이 건물에 위치하는 경우, 건물의 높이를 지점의 높이 정보로 산정하고,
    상기 지점이 지면 또는 수면에 위치하는 경우, 지점의 높이 정보를 0으로 산정하는 지표면 조도 산정 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 높이 정보 수집부는:
    상기 건물의 지상층수에 기설정된 높이를 곱하여 해당 건물의 높이를 산출하는 지표면 조도 산정 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 지점은 상기 영역 내에서 균일하게 분포하는 지표면 조도 산정 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 지점은 상기 영역 내 건물에 일대일 대응하는 지표면 조도 산정 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 대표값 산출부는:
    상기 다수의 지점의 높이의 중앙값, 평균값, 최대값 및 최빈수 중 하나를 산출하거나,
    상기 다수의 지점의 높이에 대한 도수분포를 산출하고, 상기 도수분포에서 도수가 가장 큰 계급의 계급값을 상기 대표값으로 결정하는 지표면 조도 산정 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 지표면 조도 산정부는:
    상기 대표값을 각각의 지표면 조도에 설정된 기준범위와 비교하고, 상기 대표값이 속하는 기준범위의 지표면 조도를 상기 영역의 지표면 조도로 산정하는 지표면 조도 산정 장치.
  9. 영역 내 다수의 지점의 높이 정보를 수집하는 단계;
    상기 높이 정보를 통계처리하여 상기 영역의 대표값을 산출하는 단계; 및
    상기 대표값에 따라 상기 영역의 지표면 조도를 산정하는 단계;
    를 포함하는 지표면 조도 산정 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 수집하는 단계는:
    상기 영역의 전자지도(digital map); 및
    지상측량, GPS 측량, 항공사진측량, 레이더(radar) 측량 및 라이더(LiDAR) 측량 중 적어도 하나를 사용하여 상기 영역을 측량한 데이터;
    중 적어도 하나로부터 상기 지점의 높이 정보를 수집하는 단계를 포함하는 지표면 조도 산정 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 수집하는 단계는:
    상기 지점이 건물에 위치하는 경우, 건물의 높이를 지점의 높이 정보로 산정하는 단계; 및
    상기 지점이 지면 또는 수면에 위치하는 경우, 지점의 높이 정보를 0으로 산정하는 단계;
    를 포함하는 지표면 조도 산정 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 건물의 높이를 지점의 높이 정보로 산정하는 단계는:
    상기 건물의 지상층수에 기설정된 높이를 곱하여 해당 건물의 높이를 산출하는 단계를 포함하는 지표면 조도 산정 방법.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 다수의 지점은 상기 영역 내에서 균일하게 분포하는 지표면 조도 산정 방법.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 다수의 지점은 상기 영역 내 건물에 일대일 대응하는 지표면 조도 산정 방법.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 영역의 대표값을 산출하는 단계는:
    상기 다수의 지점의 높이의 중앙값, 평균값, 최대값 및 최빈수 중 하나를 산출하는 단계를 포함하거나,
    상기 다수의 지점의 높이에 대한 도수분포를 산출하는 단계; 및
    상기 도수분포에서 도수가 가장 큰 계급의 계급값을 상기 대표값으로 결정하는 단계를 포함하는 지표면 조도 산정 방법.
  16. 제 9 항에 있어서,
    상기 영역의 지표면 조도를 산정하는 단계는:
    상기 대표값을 각각의 지표면 조도에 설정된 기준범위와 비교하는 단계; 및
    상기 대표값이 속하는 기준범위의 지표면 조도를 상기 영역의 지표면 조도로 산정하는 단계;
    를 포함하는 지표면 조도 산정 방법.
  17. 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 있어서,
    제 9 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 따른 지표면 조도 산정 방법을 컴퓨터로 실행하기 위한 프로그램이 기록된 기록매체.
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