KR20170142375A - 무게식 강수량계의 실효강수 산출 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무게식 강수량계의 실효강수 산출 장치 및 방법에 관한 것으로, 강수량계 내부의 온도를 검출하는 온도센서와, 저수통의 무게를 검출하는 로드셀과, 상기 로드셀과 상기 온도센서로부터 주기적으로 입력되는 기본자료를 온도에 따른 로드셀의 검출특성 차이를 보정하는 온도보정 기본자료로 변환하기 위한 온도계수를 산출하되, 소정의 시간 동안 온도변화에 따른 상기 로드셀의 검출값의 변화가 일관된 구간의 기울기인 기초온도계수를 산출하고, 상기 기초온도계수에서 유효한 온도계수만을 추출하여 유효온도계수를 정한 후, 상기 유효온도계수의 평균을 구하여 적용 온도계수를 산출하는 온도보정부와, 상기 온도보정부의 온도보정 기본자료를 이용하여 회전구간 강수량을 구하고, 상기 회전구간 강수량에 저수통의 회전 직전 강수량을 더하여 누적 강수량을 산출한 후, 상기 누적 강수량의 특정한 표시단위로 단순화한 최종 누적 강수량을 출력하는 실효 강수량 산출부를 포함한다.

Description

무게식 강수량계의 실효강수 산출 장치 및 방법{Actual effect precipitaion calculation apparatus and method for weighting precipitation-gauge}

본 발명은 무게식 강수량계의 실효강수 산출 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 자동 온도 보정을 통해 실효강수를 산출하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 강수량을 측정하기 위한 강수량계는 로드셀을 구비하여 무게를 측정하는 방식과, 강수량에 의해 편심되게 설치된 전도컵이 전도되는 횟수를 측정하는 전도방식을 사용하고 있다.

이 중 무게측정방식의 경우에는 복수의 저수통을 사용하며, 특정 저수통의 무게를 로드셀로 측정하여, 측정 결과에서 저수통의 무게를 감한 결과를 집우된 강수 무게로 하고, 측정된 무게를 강수량으로 환산하여 산출하는 방식을 사용하고 있다. 이러한 무게측정방식 강수량계의 예는 등록특허 10-0872502호 등에 구체적으로 기재되어 있다.

그러나 무게식 강수량계에 사용되는 로드셀은 온도의 변화에 따라 측정되는 무게에 변화가 있을 수 있다. 즉, 온도의 영향으로 무게 측정값에 오차가 발생할 수 있으며, 무게 측정값을 부피로 환산한 강수량에도 차이가 발생하게 된다.

로드셀의 온도에 따른 오차의 발생은 비나 눈이 오지 않는 상태인 무강수시에도 0.1mm~0.2mm 이상의 강수량에 해당하는 비정상적인 출력을 발생시키는 결과를 얻기도 한다. 따라서 무게식 강수량계를 제작할 때에는 검정 챔버 실험을 통해 온도보정식을 구해야 한다.

그러나 개별 로드셀마다 온도의 영향에 따른 무게 검출 특성에 차이가 있으며, 정확한 무게식 강수량계를 제작하기 위해서는 모든 무게식 강수량계에 대하여 위의 검정 챔버 실험을 해야 하는 문제점이 있었다.

온도에 따른 오차의 영향은 바람에 의한 풍압의 변화와는 다른 특징을 나타내기 때문에 강수량 측정 결과에서 제거하기가 매우 어렵다. 바람에 의한 풍압의 변화는 주기가 짧은 진동성이라는 특징이 있어 쉽게 그 영향을 제거하는 것이 가능하지만, 온도에 의한 영향은 약한 강수현상과 유사하게 완만하게 증가 또는 감소하는 특징이 있어 실제 강수현상과 유사하기 때문에 그 영향을 제거하는 것이 쉽지 않다.

이처럼 강수현상과 유사한 특성을 보이는 로드셀의 온도특성을 보상하기 위한 방법은 종래에는 개발되지 않았으며, 등록특허 10-1264124(자동배수 기능을 갖는 무게식 강수량계 및 강수량 측정 방법, 2013년 5월 8일 등록)에서와 같이 로드셀 주변의 온도를 일정한 정도로 유지하기 위한 단열, 보온재와 히팅장치 등을 사용하는 장치 및 방법이 제안되었다.

그러나 이와 같은 종래의 기술은 여름과 겨울의 온도차가 큰 경우에는 사용이 적합하지 않으며, 부가적인 설비의 추가에 의해 부피가 커지고, 제조비용이 증가하게 되는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 과제는, 별도의 설비를 추가하지 않고도 자체적으로 온도의 변화에 따라 발생하는 로드셀의 측정 오차 성분을 보상할 수 있는 무게식 강수량계의 실효강수 산출 장치 및 방법을 제공함에 있다.

아울러 본 발명은 제작되는 강수량계마다 검정 챔버 실험을 실시하지 않고, 현장에 설치된 상태에서 자동으로 온도 보정이 이루어질 수 있도록 하는 무게식 강수량계의 실효강수 산출 장치 및 방법을 제공함에 있다.

또한 본 발명의 다른 과제는, 온도에 따른 로드셀의 측정 오차의 보정이 빠르게 이루어질 수 있는 무게식 강수량계의 실효강수 산출 장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일측면에 따른 무게식 강수량계의 실효강수 산출 장치는, 강수량계 내부의 온도를 검출하는 온도센서와, 저수통의 무게를 검출하는 로드셀과, 상기 로드셀과 상기 온도센서로부터 주기적으로 입력되는 기본자료를 온도에 따른 로드셀의 검출특성 차이를 보정하는 온도보정 기본자료로 변환하기 위한 온도계수를 산출하되, 소정의 시간 동안 온도변화에 따른 상기 로드셀의 검출값의 변화가 일관된 구간의 기울기인 기초온도계수를 산출하고, 상기 기초온도계수에서 유효한 온도계수만을 추출하여 유효온도계수를 정한 후, 상기 유효온도계수의 평균을 구하여 적용 온도계수를 산출하는 온도보정부와, 상기 온도보정부의 온도보정 기본자료를 이용하여 회전구간 강수량을 구하고, 상기 회전구간 강수량에 저수통의 회전 직전 강수량을 더하여 누적 강수량을 산출한 후, 상기 누적 강수량의 특정한 표시단위로 단순화한 최종 누적 강수량을 출력하는 실효 강수량 산출부를 포함한다.

본 발명의 다른 측면에 따른 무게식 강수량계의 실효강수 산출 방법은, a) 온도센서와 로드셀로부터 온도와 무게를 일정한 간격으로 검출하여 기본자료를 획득하는 단계와, b) 상기 기본자료로부터 온도변화에 따른 무게변화가 일정한 구간을 찾아 온도변화에 따른 무게변화의 기울기인 기초온도계수를 산출하는 단계와, c) 상기 기초온도계수에서 특이 값을 제거하여 유효온도계수를 산출하는 단계와, d) 유효온도계수의 평균을 구하여 적용온도계수를 산출하는 단계와, e) 상기 적용온도계수를 이용하여 상기 기본자료의 온도를 보정한 온도보정 기본자료를 생성하는 단계와, f) 상기 온도보정 기본자료를 이용하여 측정되는 강수량을 보정하는 단계를 포함한다.

본 발명 무게식 강수량계의 실효강수 산출 장치 및 방법은, 별도의 설비를 추가하지 않고도 강수량계 자체적으로 온도의 변화에 따라 발생하는 로드셀의 측정값 변화 성분을 보상함으로써, 무게식 강수량계의 부피 증가를 방지함과 아울러 제조비용의 증가를 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은, 제작되는 무게식 강수량계마다 검정 챔버 실험을 해야하는 불편함을 해소할 수 있으며, 특별한 보정 과정을 거치지 않고도 현장에서 자동으로 온도에 따른 로드셀의 측정값 변화 성분을 보상할 수 있어, 편의성과 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

아울러 본 발명은 앞서 설명한 온도에 따른 로드셀의 측정값 변화 성분을 보장하는 시간을 실시간에 가깝게 할 수 있어, 강수량 측정값에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무게식 강수량계의 실효강수 산출 장치의 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무게식 강수량계의 실효강수 산출 방법의 순서도이다.
도 3은 도 2에서 S20단계의 상세 순서도이다.
도 4는 도 2에서 S30단계의 상세 순서도이다.
도 5는 도 2에서 S40단계의 상세 순서도이다.
도 6은 도 2에서 S60단계의 상세 순서도이다.
도 7은 도 2에서 S70단계의 상세 순서도이다.
도 8 내지 도 11은 본 발명에 적용되는 각 파라미터들의 그래프이다.

본 발명의 실시 예들은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하여 상세하게 설명한다. 그러나 이는 본 발명의 실시 예들을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 실시 예들의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 실시 예들의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

본 발명의 실시 예들에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명의 실시 예들을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명의 실시 예들에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명의 실시 예들이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명의 실시 예들에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 발명 무게식 강수량계의 실효강수 산출 장치 및 방법에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무게식 강수량계의 실효강수 산출 장치의 블록 구성도이다.

도 1을 참조하면 본 발명은, 온도보정부(10), 실효강수량 산출부(20), 저장부(30), 로드셀(40) 및 온도센서(50)를 포함하여 구성될 수 있으며, 위에서 나열한 각 구성요소들의 구체적인 구성과 작용에 대해서는 아래의 도 2 내지 도 9를 참조하여 상세히 설명한다.

주제어부(60)는 무게식 강수량계의 전체적인 동작을 제어하기 위한 것이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무게식 강수량계의 실효강수 산출 방법을 보인 순서도이다.

도 2를 참고하면 상기 온도보정부(10)는 로드셀(40)로부터 일정한 시간 간격으로 검출된 무게 정보를 입력받으며, 온도센서(50)로부터 설정된 주기에 따라 온도 측정값을 입력받는다(S10). 이때 온도보정부(10)에 입력되는 무게 정보는 현재 온도와는 무관하게 로드셀(40) 자체에서 검출된 무게 정보이다. 본 발명의 일관된 설명을 위하여 상기 S10단계의 무게 정보와 온도 정보를 기본자료(M)로 정의하여 설명한다.

도 1에서는 기본자료(M)가 로드셀(40)과 온도센서(50)로부터 온도보정부(10)로 직접 입력되는 것으로 도시하였으나, 주제어부(60)를 통해 입력되는 것일 수 있다.

또한 본 발명에서 온도보정부(10)와 실효강수량 산출부(20)는 연산 알고리즘을 포함하여 이후에 충분히 설명되는 연산 처리를 수행하는 것으로, 본 발명에서는 주제어부(60)와 분리된 구성으로 나누어 설명하지만 하드웨어 구성으로는 주제어부(60)와 일체로 구성된 것으로 할 수 있다.

이와 같은 의미로 온도보정부(10)는 상기 로드셀(40)의 무게 검출 결과를 저장하는 저장부(30)로부터 기본자료(M)를 억세스하여 사용할 수 있으며, 이는 다양한 하드웨어 구성방법에 따라 설계변경될 수 있는 정도이다.

상기 온도보정부(10)로 입력되는 기초자료(M)의 입력주기는 임의로 설정될 수 있는 값이며, 본 발명에서는 구체적인 실시예를 설명하기 위하여 상기 로드셀(40)과 온도센서(50)의 검출 주기를 10초로 설정한 경우에 한정하여 설명한다.

이와 같은 한정이 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니다.

그 다음, 상기 온도보정부(20)는 상기 입력되는 기본자료(M)를 이용하여 기초 온도계수(Cb)를 산출한다(S20). 상기 기본자료(M)들이 누적 저장되는 저장부(30)로부터 이전의 특정 시점에서의 기본자료(M)값과 온도 측정값을 호출하여 사용할 수 있다.

기초 온도계수(Cb)의 산출방법은 온도센서(50)의 온도 측정값 중 설정된 이전 시점에서의 온도 측정값과 현재 온도 측정값을 이용하여 온도의 증감을 검출할 수 있다.

강수량계가 최초 동작하는 상태에서는 이전의 온도 측정값의 정보가 없기 때문에 S20단계는 최초 동작 후 설정된 시간이 경과한 이후에 동작하는 것으로 한다.

통상의 무게식 강수량계는 강수를 저장하는 저수통이 마련되고, 그 저수통을 일정한 시간 또는 일정한 수위 등 설정된 리셋조건에 따라 저수통에 저수된 강수를 배수하는 리셋 동작을 한다. 위에서 최초 동작은 리셋 동작 후와 동일한 의미로 사용될 수 있다.

본 발명에서는 리셋 또는 최초 동작 후 15분(900초)이 경과한 후, S20단계를 수행하여 기초 온도계수(Cb)를 산출할 수 있도록 한다.

도 3은 상기 S20단계의 상세 흐름도이다.

도 3을 참조하면 상기 S20단계는, 먼저 S21단계와 같이 15분 전 상태에서 검출된 온도와 현재 검출된 온도의 차를 구하여, 그 절대값이 0.1 내지 1도 사이인지 확인한다.

즉, 15분 전의 온도와 현재 온도의 차가 특정한 범위 내에 있는지 확인한다. 통상적인 온도의 변화는 15분에 1도를 초과하는 차이가 발생하기 어렵기 때문에 1도를 초과하는 값의 온도가 변화된 경우 측정 결과에 이상이 있는 것으로 판단할 수 있다.

특히 좀 더 정확한 측정결과를 위하여 특정한 시점(15분전 또는 현재)에서의 온도를 사용하지 않고, 특정한 시점에서의 10분 평균값을 사용할 수 있다.

도 3에서 Ta는 특정시점에서의 온도의 10분 평균값을 나타낸다. Ta(15M)은 15분 이전의 시점에서의 온도와 그 온도의 주변 10분 내의 온도값들의 평균이며, Ta(0)은 현재 온도와 이전 10분간의 온도의 평균값이다. 본 발명은 온도와 무게의 검출이 10초 간격으로 이루어지는 것이므로, 10분 평균은 총 60개의 데이터 평균으로 이해될 수 있다.

이와 함께 S21단계에서는 이전상태의 무게와 현재 상태의 무게의 차의 절대값이 특정한 무게 미만인지 확인한다.

예를 들어 15분 전에 로드셀(40)에서 검출된 무게의 3분 평균(Ma(15M))과 현재 검출된 무게의 3분 평균(Ma(0))의 차가 3g 미만인지 확인할 수 있다. 이는 15분 전의 강수량과 현재의 강수량의 차가 3g의 차이 이상으로 나기는 어렵기 때문이다.

위에서 온도(실질적으로 강수량계 내부온도)는 10분 평균을 사용하고, 무게는 3분 평균을 사용하는 이유는, 내부 온도의 변화가 통상 무게의 변화보다 급격하지 않기 때문에 두 값의 변화 비율 정도를 일정한 수준으로 맞추기 위한 것이다.

S21단계에서는 상기 온도의 변화량이 0.1 내지 1℃의 범위이고, 무게의 변화가 3g 미만인 경우를 제외한 모든 경우에 S27단계와 같이 기초온도계수(Cb)를 0으로 설정한다.

기초온도계수(Cb)를 0으로 설정한다는 의미는 설정된 조건에 기본자료(M)가 부합되지 않는 이상 검출 상태로 볼 수 있다.

그 다음, S22단계와 같이 15분 전부터 현재까지의 기간에서, 특정 시점과 그 특정 시점과는 10초 차이가 나는 인접한 시점에서 검출된 온도의 차를 구한다.

15분 전부터 현재까지 검출된 온도는 모두 90개이며, 그 90개의 검출 온도를 인접한 검출 온도와의 차를 구하여 온도 변화(DT(0-15M))의 경향을 확인할 수 있다.

상기 온도 변화(DT(0-15M))가 0보다 작은 값을 가지는 데이터가 0개인지 확인하고, 온도 변화(DT(0-15)가 0보다 큰 값을 가지는 데이터의 개수가 60개 이상인지 확인하여, 두 조건을 모두 만족하지 않는 경우에는 S23단계를 수행한다.

S23단계에서는 온도 변화(DT(0-15)) 값 중 0보다 큰 값을 가지는 데이터의 수가 0개인지 확인하고, 온도 변화(DT(0-15)) 값 중 0보다 작은 값을 가지는 데이터의 수가 60개 이상인지 확인한다.

S23단계는 S22단계와 함께 온도 변화의 방향을 검출하기 위한 것으로 이해될 수 있다.

S23단계의 판단 조건을 모두 만족하지 않는 경우에는 S27단계와 같이 기초온도계수(Cb)를 0으로 설정한다.

그 다음, 상기 S22단계의 판단조건을 만족하거나, S23단계의 판단조건을 만족하는 경우 S24단계와 같이 15분간 검출된 무게의 변화 방향을 확인하게 된다.

S24단계에서는 15분 전부터 현재까지 10초 간격으로 검출된 90개의 무게 검출치를 이웃한 무게 검출치와의 차를 구하여 무게 변화(DM(0-15M))를 구하고, DM(0-15M)) 중 값이 0보다 작은 값을 가지는 데이터의 수가 1개 이하인지 확인함과 아울러 0보다 큰 값을 가지는 데이터의 수가 7개 이상인지 확인한다.

S24단계의 두 조건에 만족하지 않으면, S25단계를 수행한다.

S25단계에서는 DM(0-15M) 중 0보다 큰 값을 가지는 데이터가 1개 이하인지 확인함과 아울러 0보다 작은 값을 가지는 데이터가 7개 이상인지 확인한다. S25단계의 두 조건을 만족하지 않는 경우에는 기초온도계수(Cb)의 값을 0으로 설정한다.

S24단계와 S25단계 각각의 조건을 만족하는 경우에는 S26단계와 같이 현재 검출된 무게의 3분 평균(Ma(0))에서 15분 전에 로드셀(40)에서 검출된 무게의 3분 평균(Ma(15M))의 차를 구하고, 그 결과를 현재 검출된 온도의 10분 평균(Ta(0))과 15분전 검출된 온도의 10분 평균(Ta(15M))의 차로 나눈 값을 기초온도계수(Cb)로 결정한다.

즉, 기초온도계수(Cb)를 산출하는 방법은 온도의 상승 또는 하강과 검출된 무게의 증가 또는 감소를 확인하여 설정된 조건에 부합하는 경우에만 기초온도계수(Cb)값을 설정하도록 한 것이다.

이처럼 기초온도계수(Cb)가 결정되면 이를 이용하여 S30단계와 같이 유효온도계수를 결정한다. 유효온도계수(Ce)를 산출하기 위해서는 직전 상태인 10초 전 적용온도계수(Ca(10S))를 사용한다.

S30단계에서 구하고자 하는 유효온도계수(Ce)는 앞서 결정한 기초온도계수(Cb)가 시간적 제한에 의해 변동성이 있으며, 강수현상이 있는 경우에는 큰 값을 가지게 되므로 이러한 특이 값을 제거하기 위한 것이다.

도 4는 S30단계의 상세 구성도이다.

먼저 S31단계에서는 직전 상태의 적용온도계수(Ca(10S))의 값이 0이고, 앞서 S20단계를 통해 산출한 현재 기초온도계수(Cb(0))가 0보다 큰지 확인하여 조건에 맞으면 S32단계와 같이 유효온도계수(Ce)를 앞서 산출한 기초온도계수(Cb(0))로 결정한다.

또한, S31단계의 판단결과 조건에 맞지 않으면 직전 상태의 적용온도계수(Ca(10S))의 값이 0보다 크고, 현재 기초온도계수(Cb(0))의 절대값에 비하여 직전 상태의 적용온도계수(Ca(10S))에 1.8을 곱한 값의 절대값이 더 큰지 확인함과 아울러 직전 상태의 적용온도계수(Ca(10S))의 절대값이 0보다 큰지 확인하여 조건에 맞으면 S34단계와 같이 유효온도계수(Ce)의 값을 현재 기초온도계수(Cb)와 직전 상태의 적용온도계수(Ca(10S))의 평균값으로 결정한다.

상기 S33단계의 조건에 부합하지 않으면, S35단계와 같이 현재 기초온도계수(Cb(0))가 0인지 확인하고, 직전 상태 적용온도계수(Ca(10S))와 현재 기초온도계수(Cb(0))의 곱이 0보다 작은지 확인하며, 현재 기초온도계수(Cb)의 절대값이 직전 상태 적용온도계수(Ca(10S))에 3을 곱한 값에 비하여 더 큰지 확인한다.

상기 S33단계의 조건에 모두 부합하는 경우 S36단계와 같이 유효온도계수(Ce)를 0으로 정하고, 조건에 부합하지 않는 경우에는 S37단계와 같이 유효온도계수(Ce)를 직전 상태 적용온도계수(Ca(10S))로 설정한다.

이처럼 유효온도계수(Ce)를 결정한 후에는 S40단계와 같이 유효온도계수(Ce)를 이용하여 적용온도계수(Ca)를 산출한다.

상기 적용온도계수(Ca)는 유효온도계수(Ce)를 최장 24시간 평균하여 산출되는 것으로, 온도보정에 적용되는 상수이다.

상기 적용온도계수(Ca)를 결정하는 구체적인 방법은 S41단계와 같이 상기 결정된 현재 유효온도계수(Ce(0)) 중 0보다 큰 값의 나타내는 데이터의 수가 0개인지 확인한다.

S41단계에서 데이터의 수가 0개가 아니면, S42단계와 같이 적용온도계수(Ca)를 리셋 후 현재까지의 유효온도계수(Ce)의 평균값으로 설정한다.

상기 S41단계의 조건을 만족하는 경우 유효온도계수(Ce) 중 0보다 작은 값을 가지는 데이터가 0개인지 확인한다. 0개가 아니면 상기 S42단계를 수행하며 0개인 경우에는 S44단계와 같이 적용온도계수(Ca)를 직전 상태의 적용온도계수(Ca(10S))로 설정한다.

즉, S40단계에서는 현재 유효온도계수(Ce)가 모두 0인 경우에만 이전 상태의 적용온도계수(Ca(10S))를 현재 적용온도계수(Ca)로 사용하며, 모두 0이 아닌 경우에는 적용온도계수(Ca)를 저수통이 전도되는 리셋상태 후 현재까지의 모든 유효온도계수(Ce)의 평균값으로 설정한다. 이때 리셋상태 후 현재까지의 시간은 24시간이 넘지 않도록 하며, 이는 과도한 데이터의 사용에 의한 연산량의 증가를 방지하기 위한 것이다.

그 다음, 상기 온도보정부(10)는 S50단계와 같이 온도보정 기본자료(Mc)를 산출한다.

상기 온도보정 기본자료(Mc)는 10초마다 생성되는 기본자료(M)에 리셋 시점의 온도와 현재 온도의 차에 해당하는 온도영향을 반영한 값이며, 이를 위하여 아래의 수학식 1을 사용한다.

[수학식 1]

Mc=Ma(0)-((Ta(0)-Ta(reset))*Ca

즉, 현재 검출된 온도의 10분 평균값(Ta(0))과 리셋 후 10분간의 온도 평균값(Ta(reset))의 차에 상기 설정한 적용온도계수(Ca)를 곱하여 온도의 영향을 구하고, 그 결과를 무게의 3분 평균값(Ma(0))에서 감하여 온도보정 기본자료(Mc)를 구할 수 있다.

상기 온도보정부(10)는 온도보정 기본자료(Mc)를 산출하고, S60, S70 및 S80단계는 실효강수량 산출부(20)에서 수행된다.

S60단계에서는 회전구간에서의 실효 강수량을 산출한다. 여기서 '회전구간'은 앞서 설명한 리셋과 동일한 의미이며, 무게식 강수량계는 저수통을 설정된 주기에 따라 회전시켜 전도시키는 방식을 사용하기 때문에 저수통이 회전하는 구간을 '회전구간 또는 리셋이라고 표현하기로 한다.

도 6은 S60단계의 상세 순서도이다.

S60단계는 먼저 10초 간격으로 입력되는 기본자료(M)에서 10초 전의 기본자료(M)와의 차를 산출한 차 결과(D)들을 구한다. 그 다음, S61단계와 같이 이중 과거 1분간의 차 결과(D(0-1M))들 중 0보다 큰 값을 가지는 데이터의 수가 6개인지 확인한다. 상기 차 결과(D(0-1M))는 모두 6개이기 때문에 하게 모든 데이터가 0보다 큰 값인지 확인하는 과정이다.

S61단계의 판단결과 모든 차 결과(D(0-1M))가 0보다 큰 값을 가지는 것이 아니면 S69단계와 같이 회전구간 강수량(P)을 직전상태의 회전구간 강수량(P(10S))으로 정한다.

그 다음, S62단계에서는 차 결과(D(0-1M))들의 합이 0.09 이상인지 확인하여, 0.09이상이면 S63단계와 같이 회전구간 강수량(P)을 직전상태 회전구간 강수량(P(10S))과 현재부터 과거 3분 동안의 온도보정 기본자료들의 최대값의 차(DMc)를 더한 값과 온도보정 기본자료(Mc) 중 큰 값으로 정한다.

상기 S62단계의 판단결과 0.09 이상이 아니면, S64단계를 수행한다. S64단계에서는 현재부터 과거 3분 동안의 기본자료 평균값(Ma)의 차 값(DM(0-3M))인 18개의 데이터를 구하고 0보다 작은 데이터가 0개인지 확인한다.

S64단계의 판단결과 0개가 아니면 회전구간 강수량(P)을 직전 상태 회전구간 강수량(P(10S))으로 판단하고, 0개이면 S65단계와 같이 현재부터 과거 3분 동안의 기본자료 평균값(Ma)의 차 값(DM(0-3M)) 중 0보다 큰 값이 15개를 초과하는지 확인한다. S65단계의 조건을 만족하지 않는 경우 직전 상태 회전구간 강수량(P(10S)을 회전구간 강수량(P)으로 설정한다.

상기 S65단계의 판단결과 0보다 큰 값이 15개를 초과하는 경우 S66단계와 같이 현재부터 과거 3분 동안의 온도보정 기본자료(Mc)의 차 값(DMc(0-3M)중 0보다 작은 값의 데이터 수가 0개인지 확인하여 0개가 아니면 회전구간 강수량(P)을 직전 상태 회전구간 강수량(P(10S))으로 판단하고, 0개이면 S67단계와 같이 온도보정 기본자료(Mc)의 차 값(DMc(0-3M) 중 0보다 작은 값이 15개를 초과하는지 확인하여 초과하지 않으면 직전 상태 회전구간 강수량(P(10S))을 회전구간 강수량(P)으로 설정한다.

상기 S67단계에서 15개를 초과하는 것으로 판단되면, S68단계와 같이 기본자료의 차 값(DM)과 온도보정 기본자료의 차 값(DMc)이 모두 0을 초과하는지 판단하여 모두 0을 초과하지 않으면 직전 상태 회전구간 강수량(P(10S))을 회전구간 강수량(P)으로 설정하고, 모두 0을 초과하면 S63단계와 같이 회전구간 강수량(P)을 직전상태 회전구간 강수량(P(10S))과 현재부터 과거 3분 동안의 온도보정 기본자료들의 최대값의 차(DMc)를 더한 값과 온도보정 기본자료(Mc) 중 큰 값으로 정한다.

이처럼 구해지는 회전구간 강수량은 리셋이 완료되는 시점에서 0이 되므로 리셋 후 직전 강수량에 새로운 강수량을 더할 필요가 있다. 본 발명에서는 이를 누적강수량으로 정의하며, S70단계에서는 누적 강수량을 산출한다.

도 7은 S70단계의 상세 순서도이다.

먼저, S70단계에서는 1분 전의 회전구간 강수량(P(1M))이 0mm인지 확인하여, 0mm가 아니면 누적 강수량(PA)의 값을 리셋 직후의 누적 강수량(PA(reset))과 현재 회전구간 강수량(P(0))의 합으로 정하는 S73단계를 수행한다.

상기 S71단계의 판단결과 0mm이면, 현재 회전구간 강수량(P(0))이 0.15mm 이상인지 확인하여, 0.15mm 미만이면 상기 S73단계를 수행하고, 0.15mm 이상이면 누적 강수량(PA)의 값을 직전 누적 강수량(PA(10S))과 그 이전의 누적 강수량(PA(20S)) 및 현재 회전구간 강수량(P(0))의 평균으로 설정한다.

이는 회전구간 강수량(P)이 강수를 최초에 검출할 때 온도보정 기본자료(Mc) 값을 기초로 하기 때문에 강수량의 표현에 차이가 있을 수 있기 때문이며 이를 고려하여 직전 3개의 강수량 성분을 평균한 값을 누적 강수량(PA)으로 설정한다.

그 다음, S80단계에서 상기 실효강수량 산출부(20)는 최종 누적 강수량을 출력한다. 최종 누적 강수량(PO)는 상기 누적 강수량(PA)을 0.1mm 단위로 출력하도록 하는 것으로, 누적 강수량(PA)의 소수점 둘째 자리의 수를 반올림한다.

이처럼 본 발명은 별도의 설비를 설치하지 않고도 무강수시 온도의 변화에 따라 검출되는 무게의 차이를 감안하여, 강수량을 측정할 수 있다.

도 8은 무강수 상태에서 강수상태가 되는 예로서 3일간의 기록이다.

이에 도시한 바와 같이 2일(172800초)가 경과된 후에 강수상태가 되었으며 온도(T)는 1일과 2일차에는 일주기에 따라 변화되다가 강수가 시작되면서 큰 변화없이 지속됨을 알 수 있다.

도 9는 도 8에서 무강수시의 그래프의 일부를 확대한 그래프이다.

도 9를 참조하면, 온도센서(50)에서 검출된 온도(T)는 일주기 동안 최소 11℃에서 최대 25℃의 범위에서 변화된다. 상기 온도센서(50)에 의해 검출되는 온도(T)는 강수량계의 내부 온도이다.

이처럼 온도가 변함에 따라 기본자료(M)의 3분간 평균값(Ma)은 상기 온도(T)와 근접한 특징을 가지고 있다.

즉, 비가 오지 않는 상태에서도 온도(T)의 변화에 따라 강수량이 0.1 내지 0.2mm이 발생한 것으로 출력할 수 있다.

그러나 온도보정 기본자료(Mc)의 경우 온도보정계수들과의 관계에 따라 무강수 상태인 0mm에 유사하게 보정되었음을 알 수 있으며, 온도보정 기본자료(Mc)를 사용하여 구해지는 회전구간 강수량(P)과 최종누적 강수량(PO)은 0mm로 안정화된 상태를 보인다.

도 10은 도 9에서 강수시작부분을 확대한 그래프이다.

이에 도시한 바와 같이 강수가 시작되면서 온도(T)는 낮아지게 되고, 저수통에 저수되는 강수의 증가로 인하여 3분 평균 무게인 Ma는 증가하게 된다.

이때의 Ma는 온도 보정이 되지 않은 값이며, Ma를 온도계수로 보정한 보정온도 기본자료(Mc)는 상기 Ma에 비해 더 높은 값을 가지게 되며, 그 온도보정 기본자료(Mc)에 부합하는 최종 누적 강수량(PO)을 얻을 수 있다. 최종 누적 강수량(PO)은 앞서 설명한 바와 같이 0.1mm 단위이며, 단절된 그래프의 형상을 가지게 된다.

도 11은 도 9에서 강수 끝부분을 확대한 그래프로서, 강수가 종료된 259200초 이후에도 온도(T)에 변화가 있으나 최종 누적 강수량(PO)은 변화가 거의 발생하지 않는 특징이 있다.

이처럼 본 발명은 설치상태에서 자체적으로 자동 온도보상을 통해 정확한 강수량을 측정할 수 있다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정, 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.

10:온도보정부 20:실효강수량 산출부
30:저장부 40:로드셀
50:온도센서 60:주제어부

Claims (10)

1. 강수량계 내부의 온도를 검출하는 온도센서;
   저수통의 무게를 검출하는 로드셀;
   상기 로드셀과 상기 온도센서로부터 주기적으로 입력되는 기본자료를 온도에 따른 로드셀의 검출특성 차이를 보정하는 온도보정 기본자료로 변환하기 위한 온도계수를 산출하되, 소정의 시간 동안 온도변화에 따른 상기 로드셀의 검출값의 변화가 일관된 구간의 기울기인 기초온도계수를 산출하고, 상기 기초온도계수에서 유효한 온도계수만을 추출하여 유효온도계수를 정한 후, 상기 유효온도계수의 평균을 구하여 적용 온도계수를 산출하는 온도보정부; 및
   상기 온도보정부의 온도보정 기본자료를 이용하여 회전구간 강수량을 구하고, 상기 회전구간 강수량에 저수통의 회전 직전 강수량을 더하여 누적 강수량을 산출한 후, 상기 누적 강수량의 특정한 표시단위로 단순화한 최종 누적 강수량을 출력하는 실효 강수량 산출부를 포함하는 무게식 강수량계의 실효강수 산출 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 온도보정부는,
   10초 간격으로 입력되는 기본자료를 통해 이전 900초 동안 온도변화에 따른 무게의 변화량이 일관된 경우를 선택하여, 온도변화량에 대한 무게변화량을 산출하여 기초온도계수를 산출하는 것을 특징으로 하는 무게식 강수량계의 실효강수 산출장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 유효온도계수는,
   상기 기초온도계수를 직전 상태의 적용 온도계수와 비교하여 특이 값을 제거하여 구하는 것을 특징으로 하는 무게식 강수량계의 실효강수 산출장치.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 온도보정 기본자료는,
   리셋시의 온도와 현재 온도의 차에 상기 적용 온도계수를 곱한 값을 상기 기본자료에 가산하여 산출되는 것을 특징으로 하는 무게식 강수량계의 실효강수 산출장치.
   
5. a) 온도센서와 로드셀로부터 온도와 무게를 일정한 간격으로 검출하여 기본자료를 획득하는 단계;
   b) 상기 기본자료로부터 온도변화에 따른 무게변화가 일정한 구간을 찾아 온도변화에 따른 무게변화의 기울기인 기초온도계수를 산출하는 단계;
   c) 상기 기초온도계수에서 특이 값을 제거하여 유효온도계수를 산출하는 단계;
   d) 유효온도계수의 평균을 구하여 적용온도계수를 산출하는 단계;
   e) 상기 적용온도계수를 이용하여 상기 기본자료의 온도를 보정한 온도보정 기본자료를 생성하는 단계;
   f) 상기 온도보정 기본자료를 이용하여 측정되는 강수량을 보정하는 단계를 포함하는 무게식 강수량계의 실효강수 산출 방법.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 c) 단계는,
   상기 기초온도계수에 직전 상태의 적용온도계수와 비교하여 특이 값을 제거하는 것을 특징으로 하는 무게식 강수량계의 실효강수 산출 방법.
   
7. 제5항에 있어서,
   상기 e) 단계는,
   리셋 상태의 온도와 현재 온도의 차에 상기 적용온도계수를 곱한 값을, 상기 기본자료에 더하여 산출되는 것을 특징으로 하는 무게식 강수량계의 실효강수 산출방법.
   
8. 제5항에 있어서,
   상기 f) 단계는,
   이전의 특정 기간 동안 기본자료가 특정한 기울기로 증가하거나, 기본자료의 평균값과 온도보정 기본자료의 평균값이 모두 증가하는 상태에서 증가분을 계속 더하는 회전구간 강수량 산출단계;
   상기 회전구간 강수량에 리셋 전의 강수량을 더하여 누적 강수량을 산출하는 단계; 및
   상기 누적 강수량을 단순화하여 최종 누적 강수량을 출력하는 단계를 포함하는 무게식 강수량계의 실효강수 산출 방법.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 최종 누적 강수량은,
   상기 누적 강수량의 소수점 아래 특정한 값을 반올림하여 산출하는 것을 특징으로 하는 무게식 강수량계의 실효강수 산출 방법.
   
10. 제5항에 있어서,
    상기 a) 단계에서 검출되는 기본자료는, 10초 간격으로 검출되는 것을 특징으로 하는 무게식 강수량계의 실효강수 산출 방법.

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