KR20170077884A - 적설량 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 적설량 측정장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 적설량 측정장치는 지지면에 설치되는 베이스 프레임, 베이스 프레임에 수평으로 연장되어 상하이동하는 수평암, 평암의 일단에 수평으로 회동가능하게 연결되는 회전암, 회전암에 고정되며 지면으로 라인 레이저를 조사하는 광원부, 회전암에 고정되며 광원부에 이격된 위치에서 라인 레이저의 영상을 획득하는 영상 획득부 및 영상 획득부로부터 획득한 영상으로부터 적설된 높이를 측정하는 연산부를 포함하며, 라인 레이저가 조사되며 지나가는 전체 영역에 대해서 적설된 높이 프로파일을 측정할 수가 있어서 정확하게 적설량을 측정할 수가 있다.

Description

적설량 측정장치 {APPARATUS FOR MEASURING AMOUNT OF SNOW COVER}

본 발명은 적설량 측정장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 라인 레이저를 이용하여 넓은 범위의 적설량을 측정하도록 하여 측정 정밀도를 향상시킬 수 있는 적설량 측정장치에 관한 것이다.

일반적으로 적설을 측정하는 방법은 적설판 위에 쌓인 눈의 깊이를 자를 이용하여 사람이 직접 측정하는 방법과 기계적인 방법으로 자동으로 적설량을 측정하는 방법이 있다.

자를 이용하여 직접 적설량을 측정하는 방법은 측정하는 사람에 따라 오차가 발생할 수 있고 산악지역 등 오지에서는 사람이 직접 측정하는 것이 어렵기 때문에, 최근에는 자동으로 측정하는 방법이 널리 사용되고 있다.

자동으로 적설량을 측정하는 방법으로는 초음파을 이용하는 방법, 레이저 등의 거리측정 센서를 이용한 방법 등이 알려져 있다.

그 중 초음파를 이용하는 방법은 적설면 상부에 위치한 초음파 센서에서 적설면을 향하여 수직으로 조사된 초음파의 반사 신호를 수신하여 전달 시간을 측정하여 적설 깊이를 측정하는 방식이다. 이 방법은 온도에 따라 초음파의 전파 속도가 달라지기 때문에 이에 따른 영향을 보정하기 위해 별도의 온도 센서가 필요하며, 적설 바닥에 눈이 어는 경우 또는 폭설이 내리는 환경에서는 초음파의 산란으로 인해 정확한 측정이 어렵다는 문제점이 있었다. 또한, 적설면 중 특정한 일 지점에서의 적설량을 측정하기 때문에 적설면이 고르지 못한 경우 정확한 측정값을 제공하지 못하는 문제점이 있었다.

종래의 레이저를 이용하는 방법도 레이저를 조사하는 발광 소자 및 적설면에 반사된 레이저를 수신하는 수광 소자를 이용하여 적설면의 높이를 측정하는데, 이 경우에도 적설면 중 특정한 일 지점에서의 적설량을 측정하기 때문에 적설면이 고르지 못하는 경우 정확한 측정값을 제공하지 못하는 문제점이 있었다.

한국등록번호 10-0964319

따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 라인 레이저와 카메라 장치를 이용하여 라인 레이저가 조사되는 영역에 대해서 적설량의 프로파일을 획득할 수 있고 이를 회전시키며 라인 레이저가 조사되며 지나가는 전체 영역에 대한 적설량의 전체 프로파일을 측정할 수 있어서 적설량을 정확하게 측정할 수 있는 적설량 측정장치를 제공함에 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 지지면에 설치되는 베이스 프레임; 상기 베이스 프레임에 수평으로 연장되어 상하이동하는 수평암; 상기 수평암의 일단에 수평으로 회동가능하게 연결되는 회전암; 상기 회전암에 고정되며 지면으로 라인 레이저를 조사하는 광원부; 상기 회전암에 고정되며 상기 광원부에 이격된 위치에서 상기 라인 레이저의 영상을 획득하는 영상 획득부; 및 상기 영상 획득부로부터 획득한 영상으로부터 적설된 높이를 측정하는 연산부를 포함하는 적설량 측정장치에 의해 달성될 수 있다.

또한, 상기 회전암은 상기 수평암에 수평으로 회동가능하게 연결되고 상기 광원부가 고정되는 제 1 회전암; 상기 제 1 회전암에 수평으로 나란하게 이격되고 상기 영상 획득부가 고정되는 제 2 회전암; 및 상기 제 1 회전암과 상기 제 2 회전암을 연결하는 지지암을 포함할 수 있다.

여기서, 상기 광원부는 상기 지면에 수직한 방향으로 상기 라인 레이저를 조사하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 영상 획득부는 상기 광원부에 이격된 위치에서 상기 라인 레이저가 조사되는 방향으로 경사지도록 형성되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 광원부는 상기 회전암에 등간격으로 복수개 형성되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 영상 획득부는 상기 복수개의 광원부에 각각 대응되도록 복수개 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 수평암과 상기 회전암의 위치를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있고, 상기 제어부는 상기 영상 획득부로부터 획득한 라인 레이저의 영상이 전체 영상의 중심에 오도록 상기 수평암의 위치를 제어하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 회전암은 360도 회전하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 적설량 측정장치에 따르면 라인 레이저와 카메라 장치를 이용하여 조사된 라인 레이저에 대해서 적설량의 프로파일을 획득할 수 있고 이를 회전시키며 라인 레이저가 조사되는 전체 영역에 대한 적설량의 전체 프로파일을 측정할 수 있어서 적설량을 정확하게 측정할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 카메라 장치에서 렌즈를 이용하여 영상을 획득할 때 발생하는 왜곡(Barrel Distortion) 현상에 의한 측정 오차를 줄이도록 라인 레이저의 영상이 영상의 중심에 오도록 수평암의 위치를 자동으로 제어하도록 함으로서 적설량을 더욱 정확하게 측정할 수 있다는 장점도 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 적설량 측정 장치의 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 적설량 측정 장치의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 적설량 측정 장치의 정면도이다.
도 4는 본 발명에 따라 라인 레이저를 이용하여 적설량을 측정하는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따라 라인 레이저를 조사하는 광원부와 영상 획득부를 이동시키며 적설량의 프로파일을 얻는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 적설량 측정 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 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. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다

이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 적설량 측정장치를 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 적설량 측정 장치의 평면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 적설량 측정 장치의 측면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 적설량 측정 장치의 정면도이고, 도 4는 본 발명에 따라 라인 레이저를 이용하여 적설량을 측정하는 원리를 설명하기 위한 도면이며, 도 5는 본 발명에 따라 라인 레이저를 조사하는 광원부와 영상 획득부를 이동시키며 적설량의 프로파일을 얻는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 적설량 측정장치는 베이스 프레임(110), 수평암(120), 회전암(130), 광원부(140), 영상 획득부(150) 및 연산부(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다.

베이스 프레임(110)은 지지면에 설치되는 것으로 후술할 다른 구성 요소들을 지지하도록 한다. 또한, 측정된 결과를 도시하는 디스플레이 장치(190)가 설치될 수 있고, 측정 데이터를 원격의 수신 장치로 송신하는 송신 장치(미도시)가 형성될 수도 있다.

도 1 및 도 2에 도시되어 있는 것과 같이 수평암(120)은 베이스 프레임(110)에 수평으로 연장되는 암 형태로 일단에는 후술할 회전암(130)이 회동가능하게 결합된다. 또한, 본 발명에서 수평암(120)은 상하 이동이 가능하다.

수평암(120)을 상하 이동시키도록 하는 구성은 수평암(120)을 상하 이동시키도록 하는 동력을 제공하는 모터(121) 및 수평암(120)을 상하 이동시키도록 모터(121)의 동력을 수평암(120)으로 전달하는 동력 전달부(122)로 구성될 수 있는데, 동력 전달부(122)는 볼스크류와 LM 가이드를 이용하는 방법, 타이밍 벨트 또는 체인을 이용하는 방법 등, 공지된 여러 이송 방법을 사용하여 구성될 수 있다. 또는, 리니어 모터를 이용하여 직접 수평암(120)을 상하 이동하도록 구성할 수 있음은 물론이다. 이때, 모터 엔코더 값 등을 이용하여 수평암(120)의 수직 위치를 측정할 수가 있다.

회전암(130)은 수평암(120)의 일단에 회동가능하게 연결된다. 보다 자세히는 도시되어 있는 것과 같이 수평암(120)의 일단에 모터(135)가 형성되고 모터(135)의 축에 회전암(130)이 회동 가능하게 연결됨으로써 회전암(130)은 지면에 수평인 방향으로 회전할 수가 있고, 본 발명에서는 360도 회전을 할 수가 있다.

회전암(130)에는 광원부(140)와 영상 획득부(150)가 설치되는데, 광원부(140)와 영상 획득부(150)는 소정 거리 이격되도록 형성된다. 이때, 회전암(130)은 도 1에 도시되어 있는 것과 같이 수평암(120)에 수평으로 회동가능하게 연결되고 광원부(140)가 고정되는 제 1 회전암(131), 제 1 회전암(131)에 나란하게 소정거리 이격되며 영상 획득부(150)가 고정되는 제 2 회전암(132), 및 제 1 회전암(131)과 제 2 회전암(132) 사이를 연결하여 지지하도록 하는 다수의 지지암(133)을 포함하여 구성될 수 있다.

이때, 광원부(140)는 도 1 및 도 2에 도시되어 있는 것과 같이 제 1 회전암(131)에 일정한 간격으로 복수 개 형성될 수 있고, 광원부(140) 각각의 영상을 획득하도록 하는 복수의 영상 획득부(150)가 제 2 회전암(132)에 일정한 간격으로 형성될 수 있다. 일정한 간격을 가지는 광원부(140)와 영상 획득부(150)의 개수가 많아 질수록 적설면에 조사되는 라인 레이저(200)의 길이를 늘일 수가 있어서 측정 영역을 확대시킬 수가 있다.

광원부(140)와 영상 획득부(150)가 수평으로 소정 간격 이격되도록 하는 이유는 후술하기로 한다.

제어부(미도시)는 수평암(120)을 상하 이동시키도록 하는 모터(121) 및 회전암(130)을 회전시키는 모터(135) 각각을 제어하여 수평암(120)과 회전암(130)의 위치를 제어하도록 할 수 있다.

광원부(140)는 전술한 바와 같이 회전암(130)에 고정되며 지면을 향하여 빛을 조사한다. 본 발명에서 광원부(140)는 일정한 시야각으로 평면의 형태로 지면(적설면)에 수직으로 레이저를 조사하여 지면에 라인 레이저(200)가 형성되도록 하는 라인 레이저 빔을 사용하는 것이 바람직하다.

영상 획득부(150)는 촬상 소자 카메라로 광원부(140)와 수평으로 소정 간격 이격된 위치에서 광원부(140)에서 조사된 라인 레이저(200)의 영상(a)을 획득한다. 도 3에 도시되어 있는 것과 같이 영상 획득부(150)는 광원부(140)에 수평으로 소정 간격 이격된 위치에서 라인 레이저(200)가 조사되는 방향으로 경사지도록 고정된 상태에서 전체 영상(P)을 획득하는 것이 바람직하다.

도 4에 도시되어 있는 것과 같이 윗면에 홈이 형성된 블록의 상부에서 광원부(140)가 라인 레이저(200)를 조사하였을 때, 광원부(140)와 수평으로 소정 거리 이격된 위치에서 소정의 각도로 영상(P)을 획득하는 영상 획득부(150)에 의해 홈의 형상에 따라서 라인 레이저의 수직 위치가 다른 영상(a)을 획득할 수가 있다. 만약, 라인 레이저(200)의 수직 상부에서 영상을 획득한다면 일직선 형태의 라인 레이저 영상을 획득할 수 있으나, 본 발명에서와 같이 소정 거리 이격된 위치에서 영상 획득부(150)가 라인 레이저의 영상(a)을 획득하기 때문에 도 4에 도시되어 있는 것과 같이 홈의 형상에 따라 수직 방향의 위치가 다른 라인 레이저 영상(a)을 획득할 수가 있다. 이와 같이 광원부(140)와 소정 거리 이격된 위치에서 라인 레이저 영상(a)을 획득하고 이를 이용하여 적설면의 높이를 측정할 수가 있다.

획득한 라인 레이저 영상(a)의 좌표값으로부터 라인 레이저(200)의 각 지점과 영상 획득부(150)와 적설면(250) 사이의 거리를 알 수 있는데, 지면을 향하는 영상 획득부(150)의 각도는 일정하게 고정된 값이고, 광원부(140)와 영상 획득부(150) 사이의 거리는 고정된 값이기 때문에, 이 값을 이용하여 삼각도 법(triangular method)에 의해 광원부(140)와 적설면 사이의 거리 프로파일을 획득할 수가 있다. 라인 레이저(200)를 이용하여 거리 정보를 획득하는 내용은 공지된 기술이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

이때, 연산부(미도시)는 영상 획득부로(150)부터 획득한 영상(P)으로부터 적설면의 높이를 측정할 수가 있는데, 보다 자세히는 광원부(140)와 적설면 사이의 거리 프로파일과 수평암(120)의 수직 위치를 고려하여 적설면의 높이 프로파일을 측정할 수가 있다.

도 5에서는 광원부(140)와 영상 획득부(150)가 함께 이동하며 일영역에 대해 적설면(250)의 높이 프로파일(300)을 획득하는 과정을 도시하고 있는데, 본 발명에서는 회전암(130)이 회전함에 따라서 회전암(130)에 설치되는 광원부(140)와 영상 획득부(150)가 함께 회전을 하면서 라인 레이저(200)가 조사되며 지나가는 일영역에 대하여 적설면(250)의 높이 프로파일(300)을 측정할 수가 있다. 즉, 본 발명에서는 특정 지점에 대한 적설면의 높이를 측정하는 것이 아니라 회전암(130)이 회전함으로써 라인 레이저(200)가 조사되며 지나가는 일영역에 대해서 적설량을 측정할 수 있기 때문에 보다 정확한 측정 결과를 얻을 수가 있다.

또한, 광각 렌즈를 이용하여 영상을 획득할 경우, 왜곡 현상(barrel distortion)에 의해 평면의 영상이 실패 모양이나 항아리 모양으로 휘어져 영상이 촬영되는 것으로 알려져 있다. 이때, 촬영된 영상(P)의 가장자리로 갈수록 영상의 왜곡이 심해지는데, 본 발명에서는 영상 획득부(150)로부터 획득한 라인 레이저의 영상(a)이 전체 영상(P)의 중심에 오도록 제어부가 수평암(120)의 위치를 자동으로 제어하도록 하여 왜곡 현상에 의한 측정 오차를 줄이도록 할 수가 있다.

보다 자세히 설명하면, 도 4에서 만약 영상 획득부(150)가 점선의 위치에 있는 라인 레이저 영상(a')을 획득한 경우 라인 레이저 영상(a')의 위치가 전체 영상(P)의 가장자리에 위치하기 때문에 점선의 라인 레이저의 영상(a')에 왜곡에 의한 오차가 많이 발생할 수가 있다. 따라서, 촬영된 영상의 오차에 의해 측정 결과값에 오차가 발생하게 된다. 이때, 라인 레이저(200)가 촬영되는 위치를 파악하여 수평암(120)의 위치를 제어함으로써, 라인 레이저의 영상(a)이 전체 영상(P)의 중앙에 촬상되도록 함으로써 영상의 왜곡에 의한 측정 오차를 줄일 수가 있다. 도 4의 경우에는 점선의 라인 레이저 영상(a')은 전체 영상(P)의 하단부에 형성되기 때문에 제어부(미도시)에 의해 수평암(120)을 아래 방향으로 이동시킴으로써 영상(P)의 중앙에 위치하는 실선의 라인 레이저 영상(a)을 획득할 수가 있다.

이하, 도 6 내지 도 9를 참조로 본 발명에 따른 적설량 측정장치의 동작을 설명하기로 한다.

도 6 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 적설량 측정 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 6에서와 같이 베이스 프레임(110)에서 상하 방향으로 소정의 위치에 위치한 수평암(120)을 상하 방향으로 이동시키면서 영상 획득부(150)가 획득한 라인 레이저의 영상(a)이 전체 영상(P)의 중앙에 위치하도록 하는 도 7의 위치로 수평암(120)을 수직 이동시킨다.

이후, 도 8에 도시되어 있는 것과 같이 제어부(미도시)에 의해 회전암(130)을 회전시키면서 라인 레이저(200)가 조사되며 지나가는 일영역에 대해 전술한 바와 같은 방법으로 적설면의 높이 프로파일(300)을 측정한다. 이때, 회전을 하며 적설량 프로파일(300)을 측정할 때에도 라인 레이저의 영상(a)이 전체 영상(P)의 중심에서 벗어나지 않도록 수평암(120)의 위치를 자동으로 제어하며 적설량을 측정하게 된다.

이후, 도 9에 도시되어 있는 것과 같이 회전암(130)을 360도 회전시킴으로써 라인 레이저(200)가 조사되며 지나가는 원형의 전체 영역에 대해 적설량의 프로파일(300)을 획득할 수가 있다.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.

110: 베이스 프레임 120: 수평암
121: 모터 122: 동력전달부
130: 회전암 131: 제 1 회전암
132: 제 2 회전암 133: 지지암
135: 모터 140: 광원부
150: 영상 획득부 190: 디스플레이 장치
200: 라인 레이저 250: 적설면
300: 적설면의 높이 프로파일

Claims (8)

1. 지지면에 설치되는 베이스 프레임;
   상기 베이스 프레임에 수평으로 연장되어 상하이동하는 수평암;
   상기 수평암의 일단에 수평으로 회동가능하게 연결되는 회전암;
   상기 회전암에 고정되며 지면으로 라인 레이저를 조사하는 광원부;
   상기 회전암에 고정되며 상기 광원부에 이격된 위치에서 상기 라인 레이저의 영상을 획득하는 영상 획득부; 및
   상기 영상 획득부로부터 획득한 영상으로부터 적설된 높이를 측정하는 연산부를 포함하는 적설량 측정장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 회전암은
   상기 수평암에 수평으로 회동가능하게 연결되고 상기 광원부가 고정되는 제 1 회전암;
   상기 제 1 회전암에 수평으로 나란하게 이격되고 상기 영상 획득부가 고정되는 제 2 회전암; 및
   상기 제 1 회전암과 상기 제 2 회전암을 연결하는 지지암을 포함하는 적설량 측정장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 광원부는 상기 지면에 수직한 방향으로 상기 라인 레이저를 조사하는 적설량 측정장치.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 영상 획득부는 상기 광원부에 이격된 위치에서 상기 라인 레이저가 조사되는 방향으로 경사지도록 형성되는 적설량 측정장치.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 광원부는 상기 회전암에 등간격으로 복수개 형성되는 적설량 측정장치.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 영상 획득부는 상기 복수개의 광원부에 각각 대응되도록 복수개 형성되는 적설량 측정장치.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 수평암과 상기 회전암의 위치를 제어하는 제어부를 더 포함하고,
   상기 제어부는 상기 영상 획득부로부터 획득한 라인 레이저의 영상이 전체 영상의 중심에 오도록 상기 수평암의 위치를 제어하는 적설량 측정장치.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 회전암은 360도 회전하는 적설량 측정장치.

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