KR20200101563A - Measurement of suspended sediment concentration by multiple regression analysis using ultrasonic reflectance and depth - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method for estimating a suspended load concentration of a river. According to the present invention, the method for estimating a suspended load concentration of a river comprises: a step (S100) of checking an actually measured suspended load concentration (SSC_(msr)); a step (S110) of filtering an ultrasonic reflectance; a step (S120) of calculating a suspended load concentration predictive value (SSC_(pdt)); and a step (S130) of determining a suspended load concentration estimated value (SSC) of an entire river. According to the present invention, the accuracy can be remarkably increased.

Description

초음파반사율 및 수심을 이용한 다중회귀분석을 통해 부유사농도를 추정하는 방법{Measurement of suspended sediment concentration by multiple regression analysis using ultrasonic reflectance and depth}Method of estimating suspended sediment concentration by multiple regression analysis using ultrasonic reflectance and depth}

본 발명은 초음파반사율 및 수심을 이용한 다중회귀분석을 통해 부유사농도를 추정하는 방법으로서, 보다 상세하게는, 초음파반사율 및 실측 부유사농도 사이의 상관계수를 이용하여 하천의 횡방향에 대한 신뢰범위를 결정하고, 초음파신호반사율 및 수심에 대한 정보를 이용하여 다중회귀분석을 수행함으로써, 보다 정확도를 증대시킨 부유사농도 추정방법에 관한 것이다. The present invention is a method of estimating suspended solids concentration through multiple regression analysis using ultrasonic reflectance and water depth, and more particularly, a confidence range in the transverse direction of a river using a correlation coefficient between the ultrasonic reflectance and the measured suspended solids concentration. And performing multiple regression analysis using information on ultrasonic signal reflectance and water depth, the present invention relates to a method for estimating suspended solids concentration with increased accuracy.

'부유사'란 하천 또는 해안에서 물의 흐름이나 파랑에 의하여 저면으로부터 부상하여 수중에서 이동되는 토사를 통칭하는 용어이다. 이러한 부유사의 입자크기나 분포 또는 체적당 농도 등에 대한 정보는 하천이나 연안지역의 침식 및 퇴적 환경의 거동에 대한 특성 연구에 있어 기초적인 정보가 된다. 나아가 부유사에 대한 상술한 정보가 계속적으로 누적되어 획득된 빅데이터(big data)는 하천이나 연안지역의 지형변화를 예측하기 위한 중요 정보로 활용될 수 있어 이에 대한 연구가 활발하게 진행 되고 있는 실정이다. 'Buyusa' is a collective term for soil that is moved underwater by floating from the bottom by the flow or wave of water in a river or coast. The information on the particle size, distribution, or concentration per volume of such suspended sand becomes basic information in characterizing the behavior of erosion and sedimentary environments in rivers or coastal areas. Furthermore, big data obtained by continuously accumulating the above-described information on floating history can be used as important information for predicting topographic changes in rivers or coastal areas, so research on this is actively underway. to be.

이렇게 수중에서 이동하는 부유사를 측정하기 위해 Aquadopp Profiler(Side looking), Aquadopp Profiler(500khz), Vector 3d Acoustic Velocimeter(Fixed Stem Standard), PC-ADP(Pulse-Coherent ADP), Signature, ABS(Acoustic Backscatter System), Sequoia(LISST-100X) 등과 같은 다양한 부유사 측정장치들이 이미 제품화되어 제공되고 있다. To measure suspended solids moving underwater, Aquadopp Profiler (Side looking), Aquadopp Profiler (500khz), Vector 3d Acoustic Velocimeter (Fixed Stem Standard), PC-ADP (Pulse-Coherent ADP), Signature, ABS (Acoustic Backscatter) System), Sequoia (LISST-100X), etc. have already been commercialized and provided.

부유사량을 산정하는 방법에는 수리량 및 하상토 특성 자료를 유사량 공식에 대입하여 계산하는 간접적인 방법과 유사량을 직접 측정하는 방법으로 나뉜다. 현재 국내 유사량 관측은 유사량 채집기를 활용한 직접 조사 방식이 주로 활용되고 있는데, 유사량 채집기를 활용한 현장 계측이 매우 힘들고 많은 인력과 시간이 소모되어 동시 다지점 계측과 지속적인 계측이 어렵다는 한계점을 보이고 있다. The method of estimating suspended solids is divided into an indirect method, which is calculated by substituting data on the water volume and bed soil characteristics into the sediment amount formula, and a method of directly measuring the sediment amount. Currently, the direct investigation method using a sediment collector is mainly used for observation of sediment masses in Korea.However, the field measurement using a sediment collector is very difficult and a lot of manpower and time are consumed, so it is difficult to measure at multiple points simultaneously and continuously.

이에 따라, 홍수기에 하천의 접근 문제와 재래식 측정 방식의 한계로 인해 유사량 자료의 확보는 매우 미흡한 수준이다. 또한 국내 하천에서는 홍수기를 거치면서 하천의 수리학적 특성이 변화하는 경향을 보여주고 있어 대안으로 사용되는 유량-유사량 관계식은 신뢰도가 낮고, 자주 갱신해야 한다는 어려움이 있다. Accordingly, the security of similar quantity data is very insufficient during the flood period due to the problem of access to the river and the limitations of conventional measurement methods. In addition, in domestic rivers, the hydraulic characteristics of rivers tend to change during the flood period, so the flow rate-similarity relation, which is used as an alternative, has low reliability and is difficult to update frequently.

종래기술로는 한국등록특허 제10-0851467호가 개시된다. 상기 종래기술은 부유사량 측정 장치로서, 수중 유량 유도체, 방사선 소스 및 방사선 디텍터를 그 구성으로 하며, 하천의 부유사량을 하천의 깊이별로 연속적으로 측정하여 무인 작동이 가능한 기술에 관한 것이고, 부유사량을 간접적으로 산정하는 방식에 대한 기술은 아니다. 이와 같이, 상기 종래기술 역시 유사량을 직접 측정하는 방식에 관한 것인 바, 계측에 대한 번거로운 문제를 여전히 해결할 수 없다. As a prior art, Korean Patent Registration No. 10-0851467 is disclosed. The prior art relates to a technique capable of unmanned operation by continuously measuring the floating radiation amount of a river by the depth of the river, and the floating radiation amount as a device for measuring the amount of floating radiation, which has an underwater flow rate derivative, a radiation source, and a radiation detector. It is not a description of the indirect calculation method. As described above, the prior art also relates to a method of directly measuring the similar amount, and thus, it is still not possible to solve the troublesome problem of measurement.

이에 따라, 최근에는 간접적으로 하천의 부유사량을 추정하되, 부유사량의 정확도가 증대된 방법에 대한 필요성이 대두되는 실정이다. Accordingly, in recent years, there is a need for a method of indirectly estimating the amount of suspended solids in the river, but increasing the accuracy of the amount of suspended solids.

(특허문헌 1) 한국등록특허 제10-0851467호(Patent Document 1) Korean Patent Registration No. 10-0851467

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 부유사농도를 계측자가 직접 측정하는 것이 아니라, 간접적으로 도출하되, 정확도가 개선된 부유사농도 추정방법을 제안하고자 한다. The present invention has been conceived to solve the problems of the prior art, and intends to propose a method for estimating suspended solid concentration with improved accuracy, but derived indirectly, rather than directly measuring the suspended solid concentration by a measurer.

또한, 기존에 하천의 유량을 추정하기 위해서만 사용되었던 횡방향초음파도플러유속계를 통해 유량뿐만 아니라, 부유사농도를 추정할 수 있는 방법을 제안함으로써, 부유사농도 추정을 위해 별도의 설비를 추가적으로 구비할 필요가 없는 부유사농도 추정방법을 제안하고자 한다. In addition, by proposing a method for estimating not only the flow rate but also the suspended solid concentration through the transverse ultrasonic Doppler velocimetry, which was previously used only to estimate the flow rate of the river, additional facilities for estimating the suspended solid concentration will be provided. We would like to propose a method for estimating the floating farm concentration that is not necessary.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 하천의 부유사농도를 추정하는 방법으로서, 하천의 수면 아래에는 횡방향으로 초음파신호를 발생시키고, 발생된 초음파신호의 반사신호를 센싱하여 초음파신호반사율을 측정하는 초음파신호부(S)가 구비되며, (a0) 실측 부유사농도(SSCmsr)를 확인하는 단계(S100); (a1) 초음파신호필터링모듈(110)에서, 상기 초음파신호부(S)로부터 초음파신호반사율에 대한 정보를 전송받고, 초음파신호의 발생 방향인 횡방향을 기준으로, 임의의 범위내의 초음파반사율을 필터링하는 단계(S110); (a2) 반복연산모듈(120)에서, 상기 범위에서의 초음파반사율을 이용하여 부유사농도 예상값(SSCpdt)을 연산하되, 임의의 범위를 하천의 폭 내에서 변화시켜 부유사농도 예상값(SSCpdt)의 연산을 반복 수행함으로써, 상기 범위 각각에 대한 부유사농도 예상값(SSCpdt)을 연산하는 단계(S120); 및 (a3) 범위설정모듈(130)에서, 상기 (a2) 단계(S120)에서 연산된 상기 범위 각각에서의 부유사농도 예상값(SSCpdt) 및 상기 실측 부유사농도(SSCmsr) 사이의 상관계수를 연산하며, 상기 상관계수가 최대일 때의 범위를 신뢰범위로 결정하고, 상기 신뢰범위에서의 부유사농도 예상값(SSCpdt)을 하천 전체 부유사농도 추정값(SSC)으로 결정하는 단계(S130); 를 포함하는, 하천 부유사농도 추정방법을 제공한다. The present invention for solving the above problems is a method of estimating the suspended concentration of a river, by generating an ultrasonic signal in a transverse direction under the water surface of the river, and sensing the reflected signal of the generated ultrasonic signal to detect the ultrasonic signal reflectance. An ultrasonic signal unit (S) for measuring is provided, and (a0) confirming the measured suspended solid concentration (SSC msr ) (S100); (a1) In the ultrasonic signal filtering module 110, information on the ultrasonic signal reflectance is transmitted from the ultrasonic signal unit S, and the ultrasonic reflectance within a certain range is filtered based on the transverse direction, which is the direction in which the ultrasonic signal is generated. The step (S110); (a2) In the iterative calculation module 120, the estimated suspended solids concentration (SSC pdt ) is calculated using the ultrasonic reflectance in the above range, but by changing an arbitrary range within the width of the river, the estimated suspended solids concentration ( by performing the calculation of the SSC pdt) repeating the step of calculating the sediment concentration estimated value for the respective range (SSC pdt) (S120); And (a3) in the range setting module 130, the correlation between the estimated suspended solids concentration (SSC pdt ) and the measured suspended solids concentration (SSC msr ) in each of the ranges calculated in the (a2) step (S120). Calculating a coefficient, determining a range when the correlation coefficient is the maximum as a confidence range, and determining an estimated suspended solid concentration (SSC pdt ) in the confidence range as an estimated total suspended solid concentration (SSC) of the river ( S130); It provides a method for estimating the suspended solid concentration of the river, including.

또한, 상기 (a1) 단계(S110)는, 상기 범위내의 초음파반사율(SCB)을 보정하며, (a11) 빔퍼짐에 대한 보정을 수행하는 단계(S111); (a12) 물에 의한 흡수에 대한 보정을 수행하는 단계(S112); 및 (a13) 부유사에 의한 감쇄보정을 수행하는 단계(S113); 를 포함하는 것이 바람직하다. In addition, the step (a1) (S110), correcting the ultrasonic reflectance (SCB) within the range, (a11) performing correction for the beam spread (S111); (a12) performing correction for absorption by water (S112); And (a13) performing attenuation correction by the floating yarn (S113). It is preferable to include.

또한, 상기 (a2) 단계(S120)에서, 상기 범위에서의 부유사농도 예상값(SSCpdt)은, 상기 범위에서의 평균 초음파반사율(SCBavg)를 독립변수로 하여 선형회귀분석을 통해 연산하되, 하기 식 1에 의해 부유사농도 예상값(SSCpdt)을 도출하는 것이 바람직하다. In addition, in the step (a2) (S120), the estimated suspension concentration (SSC pdt ) in the range is calculated through linear regression analysis using the average ultrasonic reflectance (SCB avg ) in the range as an independent variable. , It is preferable to derive the expected suspended solids concentration (SSC pdt ) by Equation 1 below.

Figure pat00001
<식 1>
Figure pat00001
<Equation 1>

또한, 상기 (a2) 단계(S120)는, 상기 범위의 상한값 또는 하한값을 변화시켜 부유사농도 예상값(SSCpdt)의 연산을 반복 수행하는 것이 바람직하다.In addition, in step (a2) (S120), it is preferable to repeatedly perform the calculation of the expected suspension concentration value (SSC pdt ) by changing the upper or lower limit of the range.

또한, 본 발명은 하천의 부유사농도를 추정하는 방법으로서, 하천의 수면 아래에는 횡방향으로 초음파신호를 발생시키고, 발생된 초음파신호의 반사신호를 인식하여 초음파신호반사율을 측정하며, 수심을 측정하는 초음파신호부(S)가 구비되며, (b1) 정보입력모듈(140)이, 초음파신호반사율 및 수심에 대한 정보를 상기 초음파신호부(S)로부터 수신하여 입력하는 것이 반복되는 단계(S210); (b2) 다중회귀분석모듈(150)에서, 상기 (b1) 단계(S210)에서 반복하여 입력된 초음파신호반사율 및 수심에 대한 정보를 이용하여 다중회귀분석을 수행함으로써, 회귀계수가 결정되는 단계(S220); 및 (b3) 부유사농도 추정모듈(160)에서, 상기 (b2) 단계(S220)에서 결정된 회귀계수를 이용하고, 초음파신호반사율(SCB); 수심(Depth); 및 초음파신호반사율(SCB)과 수심(Depth)의 곱; 을 각각 독립변수로 하여 하천의 부유사농도를 추정하는 단계(S230); 를 포함하는, 하천 부유사농도 추정방법을 제공한다. In addition, the present invention is a method of estimating the suspended concentration of a river, generating an ultrasonic signal in a transverse direction under the water surface of the river, recognizing the reflected signal of the generated ultrasonic signal to measure the ultrasonic signal reflectance, and measuring the depth of water. The ultrasonic signal unit S is provided, and (b1) the information input module 140 receives and inputs information on the ultrasonic signal reflectance and water depth from the ultrasonic signal unit S (S210). ; (b2) In the multiple regression analysis module 150, the step of determining a regression coefficient by performing multiple regression analysis using information on the ultrasonic signal reflectance and depth repeatedly inputted in step (b1) (S210) ( S220); And (b3) in the suspended solids concentration estimation module 160, using the regression coefficient determined in step (b2) (S220), and an ultrasonic signal reflectance (SCB); Depth; And a product of the ultrasonic signal reflectance (SCB) and the depth of water. Estimating the suspended solid concentration of the river by using as independent variables (S230); It provides a method for estimating the suspended solid concentration of the river, including.

또한, 상기 (b3) 단계(S230)는, 하기의 식에 의해 하천 부유사농도(SSC)를 도출하는 것이 바람직하다. In addition, in the step (b3) (S230), it is preferable to derive the river suspension concentration (SSC) by the following equation.

Figure pat00002
Figure pat00002

<식 2><Equation 2>

0, β1, β2, β3는 회귀계수)0 , β 1 , β 2 , β 3 are regression coefficients)

또한, 본 발명은 하천의 부유사농도를 추정하는 방법으로서, 하천의 수면 아래에는 횡방향으로 초음파신호를 발생시키고, 발생된 초음파신호의 반사신호를 인식하여 초음파신호반사율을 측정하는 초음파신호부(S)가 구비되며, (c0) 실측 부유사농도(SSCmsr)를 확인하는 단계(S300); (c1) 초음파신호필터링모듈(110)에서, 상기 초음파신호부(S)로부터 초음파신호반사율에 대한 정보를 전송받고, 초음파신호의 발생 방향인 횡방향을 기준으로, 임의의 범위내의 초음파반사율을 필터링하는 단계(S310); (c2) 반복연산모듈(120)에서, 상기 범위에서의 초음파반사율을 이용하여 부유사농도 예상값(SSCpdt)을 연산하되, 임의의 범위를 하천의 폭 내에서 변화시켜 부유사농도 예상값(SSCpdt)의 연산을 반복 수행함으로써, 상기 범위 각각에 대한 부유사농도 예상값(SSCpdt)을 연산하는 단계(S320); (c3) 범위설정모듈(130)에서, 상기 (c2) 단계(S320)에서 연산된 상기 범위에서의 부유사농도 예상값(SSCpdt) 및 상기 실측 부유사농도(SSCmsr) 사이의 상관계수를 연산하며, 상기 상관계수가 최대일 때의 범위를 신뢰범위로 결정하는 단계(S330); (c4) 정보입력모듈(140)이, 상기 (c3) 단계(S330)에서 결정된 신뢰범위 내의 초음파신호반사율 및 수심에 대한 정보를 상기 초음파신호부(S)로부터 수신하여 입력하는 것이 반복되는 단계(S340); (c5) 다중회귀분석모듈(150)에서, 상기 (c4) 단계(S340)에서 반복하여 입력된 상기 신뢰구간 내의 초음파신호반사율 및 수심에 대한 정보를 이용하여 다중회귀분석을 수행함으로써, 회귀계수가 결정되는 단계(S350); 및 (c6) 부유사농도 추정모듈(160)에서, 상기 (c5) 단계(S350)에서 결정된 회귀계수를 이용하고, 초음파신호반사율(SCB); 수심(Depth); 및 초음파신호반사율(SCB)과 수심(Depth)의 곱; 을 각각 독립변수로 하여 하천의 부유사농도를 추정하는 단계(S360); 를 포함하는 하천 부유사농도 추정방법을 제공한다. In addition, the present invention is a method of estimating the suspended concentration of a river, in which an ultrasonic signal is generated in a transverse direction under the water surface of the river, and the ultrasonic signal reflectance is measured by recognizing the reflected signal of the generated ultrasonic signal S) is provided, and (c0) the step (S300) of checking the actual suspended solid concentration (SSC msr ); (c1) In the ultrasonic signal filtering module 110, information on the ultrasonic signal reflectance is transmitted from the ultrasonic signal unit S, and the ultrasonic reflectance within a certain range is filtered based on the transverse direction, which is the direction in which the ultrasonic signal is generated. A step (S310); (c2) In the iterative calculation module 120, the estimated suspended solids concentration (SSC pdt ) is calculated using the ultrasonic reflectance in the above range, but by changing an arbitrary range within the width of the river, the estimated suspended solids concentration ( by performing the calculation of the SSC pdt) repeating the step of calculating the sediment concentration estimated value for the respective range (SSC pdt) (S320); (c3) In the range setting module 130, a correlation coefficient between the estimated suspended solid concentration (SSC pdt ) and the measured suspended solid concentration (SSC msr ) in the range calculated in the (c2) step (S320) Calculating, and determining a range when the correlation coefficient is maximum as a confidence range (S330); (c4) The information input module 140 receives and inputs information on the ultrasonic signal reflectance and depth within the confidence range determined in step (c3) (S330) from the ultrasonic signal unit (S). S340); (c5) In the multiple regression analysis module 150, by performing multiple regression analysis using information on the ultrasonic signal reflectance and depth in the confidence interval repeatedly inputted in step (c4) (S340), the regression coefficient Determining step (S350); And (c6) in the suspended solids concentration estimation module 160, using the regression coefficient determined in step (C5) (S350), and an ultrasonic signal reflectance (SCB); Depth; And a product of the ultrasonic signal reflectance (SCB) and the depth of water. Estimating the suspended solids concentration of the river using as independent variables (S360); It provides a method for estimating the suspended solids concentration in the river including.

또한, 상기 초음파신호부(S)는 초음파도플러유속계인 것이 바람직하다. In addition, the ultrasonic signal unit (S) is preferably an ultrasonic Doppler velocity meter.

또한, 상기 초음파신호부(S)는 압력센서를 구비하며, 상기 압력센서에 의해 측정된 수압을 이용하여 하천의 수심을 도출하는 것이 바람직하다. In addition, the ultrasonic signal unit (S) is provided with a pressure sensor, it is preferable to derive the depth of the river by using the water pressure measured by the pressure sensor.

상기한 바와 같은 본 발명은 다음과 같은 효과가 있다. The present invention as described above has the following effects.

본 발명에 따른 하천 부유사농도 추정방법은 수심을 독립변수로 하여 다중회귀분석을 수행함으로써, 실측 부유사농도와 매우 유사한 값을 도출할 수 있는 바, 부유사농도 추정의 정확도를 현저하게 상승시키는 효과를 발휘한다. The method for estimating the suspended solid concentration in a river according to the present invention can derive a value very similar to the actual suspended solid concentration by performing multiple regression analysis with the depth of the water as an independent variable. It works.

또한, 본 발명에 따른 하천 부유사농도 추정방법은, 특정한 방식에 의해 신뢰범위를 결정하고, 신뢰범위의 초음파신호반사율만을 선별하여 사용함으로써, 신뢰범위가 결정되면, 그 이후에는 매우 간단하게 정확도가 높은 하천 부유사농도를 추정할 수 있는 바, 연산에 소요되는 시간 및 비용을 절감할 수 있다. In addition, in the method for estimating the suspended solids concentration in a river according to the present invention, the confidence range is determined by a specific method, and only the ultrasonic signal reflectance of the confidence range is selected and used. When the confidence range is determined, the accuracy is very simple thereafter. It is possible to estimate the high suspended solid concentration in the river, so it is possible to reduce the time and cost required for calculation.

도 1은 본 발명에 따른 하천 부유사농도 추정방법에 사용되는 초음파신호부가 하천 수중에 설치된 상태를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명에 따른 하천 부유사농도 추정방법의 제1실시예를 설명하기 위한 개략적인 블록도이다.
도 3은 횡방향초음파도플러유속계로부터 횡방향 거리에 따른 SNR, WCB 및 SCB를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 하천 부유사농도 추정방법의 제1실시예의 순서도이다.
도 5는 본 발명에 따른 하천 부유사농도 추정방법의 제1실시예에서 범위 변화를 설명하기 위한 개략적인 개념도이다.
도 6은 본 발명의 제1실시예에서 초음파반사율을 보정하는 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7의 a 내지 e는 각각 도 5에 도시된 범위의 상한값 및 하한값을 변화시켜 상관계수를 도출한 그래프이다.
도 8은 도 7의 d를 기준으로 범위를 설정하여 공간평균된 초음파반사율 및 실측 부유사농도 사이의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명에 따른 하천 부유사농도 추정방법의 제2실시예를 설명하기 위한 개략적인 블록도이다.
도 10은 본 발명에 따른 하천 부유사농도 추정방법의 제2실시예의 순서도이다.
도 11의 a는 수심을 고려하지 않은 조건에서 부유사농도 추정값 및 실측 부유사농도를 도시하고 있는 그래프이며, 도 11의 b는 본 발명의 제2실시예에 따른 수심을 고려한 조건에서 부유사농도 추정값 및 실측 부유사농도를 도시하고 있는 그래프이다.
도 12는 본 발명에 따른 하천 부유사농도 추정방법의 제3실시예의 순서도이다.
1 is a schematic diagram schematically showing a state in which an ultrasonic signal unit used in a method for estimating a river suspension concentration according to the present invention is installed in a river.
2 is a schematic block diagram for explaining a first embodiment of a method for estimating a river suspension concentration according to the present invention.
3 is a graph showing the SNR, WCB and SCB according to the lateral distance from the lateral ultrasonic Doppler velocimetry.
4 is a flow chart of a first embodiment of a method for estimating a river suspension concentration according to the present invention.
5 is a schematic conceptual diagram for explaining a range change in the first embodiment of the method for estimating the suspended solids concentration in a river according to the present invention.
6 is a flowchart illustrating a process of correcting an ultrasonic reflectance according to the first embodiment of the present invention.
7A to 7E are graphs derived from correlation coefficients by varying the upper and lower limits of the range shown in FIG. 5, respectively.
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the spatially averaged ultrasonic reflectance and the measured suspended concentration by setting a range based on d of FIG. 7.
9 is a schematic block diagram for explaining a second embodiment of a method for estimating a river suspension concentration according to the present invention.
10 is a flow chart of a second embodiment of the method for estimating the suspended solid concentration of a river according to the present invention.
Figure 11a is a graph showing the estimated value of suspended solids concentration and the actual measured suspended solids concentration under conditions not considering the depth of water, and Fig. 11b is It is a graph showing the estimated value and the measured suspended solid concentration.
12 is a flow chart of a third embodiment of a method for estimating a river suspension concentration according to the present invention.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 하천 부유사농도 추정방법을 설명한다. 이하에서 사용되는 '횡방향'은 수평 방향을 의미하나, 초음파신호는 정확한 수평 방향이 아닌, 지면으로부터 상방을 향해 소정의 각도를 갖는 방향으로 발생될 수도 있음을 미리 명시한다. Hereinafter, a method for estimating a river suspended solid concentration according to the present invention will be described with reference to the drawings. The'lateral direction' used hereinafter refers to a horizontal direction, but it is specified in advance that the ultrasonic signal may be generated in a direction having a predetermined angle upward from the ground, not in an exact horizontal direction.

도 1은 본 발명에 따른 하천 부유사농도 추정방법에 사용되는 초음파신호부가 하천 수중에 설치된 상태를 개략적으로 나타낸 모식도이다. 1 is a schematic diagram schematically showing a state in which an ultrasonic signal unit used in a method for estimating a river suspension concentration according to the present invention is installed in a river.

도 1에 도시된 바와 같이, 하천의 수면 아래, 즉, 수중에는 횡방향으로 초음파신호를 발생시키고, 발생된 초음파 신호의 반사신호를 센싱하여 초음파신호반사율을 측정하는 초음파신호부(S)가 구비된다. 이 때, 초음파신호부(S)의 상부에는 압력센서가 구비되며, 압력센서는 수압을 센싱함으로써, 하천의 수심을 도출할 수 있다. 이를 위해, 초음파신호부(S)에는 하천의 바닥면으로부터 압력센서가 구비된 위치까지의 높이가 미리 저장된다. As shown in Fig. 1, an ultrasonic signal unit (S) for measuring ultrasonic signal reflectance by generating an ultrasonic signal in a transverse direction under the water surface of a river, that is, underwater, and sensing the reflected signal of the generated ultrasonic signal is provided. do. At this time, a pressure sensor is provided on the upper part of the ultrasonic signal unit S, and the pressure sensor senses the water pressure to derive the depth of the river. To this end, the height from the bottom surface of the river to the position where the pressure sensor is provided is previously stored in the ultrasonic signal unit S.

초음파신호부(S)에서는 초음파신호 송수신모듈을 구비하며, 미리 설정된 시간 간격으로 초음파신호를 횡방향으로 발생시킴과 동시에, 하천에 유동하는 부유사에 의해 반사된 반사신호를 센싱하도록 구성된다. 여기서 발생된 초음파신호 대비 반사신호의 비율을 연산하여 초음파신호반사율로 결정한다. 또한, 초음파신호부(S)는 초음파도플러유속계로 구성될 수 있다. The ultrasonic signal unit S includes an ultrasonic signal transceiving module, and is configured to generate an ultrasonic signal in a horizontal direction at preset time intervals and to sense a reflected signal reflected by a floating yarn flowing in a river. The ratio of the reflected signal to the generated ultrasonic signal is calculated to determine the ultrasonic signal reflectance. In addition, the ultrasonic signal unit S may be configured with an ultrasonic Doppler velocity meter.

제1실시예Embodiment 1

도 2는 본 발명에 따른 하천 부유사농도 추정방법의 제1실시예를 설명하기 위한 개략적인 블록도이다. 2 is a schematic block diagram for explaining a first embodiment of a method for estimating a river suspension concentration according to the present invention.

제1실시예에 따른 하천 부유사농도 추정방법을 위한 구성은, 초음파신호필터링모듈(110), 반복연산모듈(120) 및 범위설정모듈(130)을 포함한다. The configuration for the method for estimating the suspended solid concentration in the river according to the first embodiment includes an ultrasonic signal filtering module 110, an iterative calculation module 120, and a range setting module 130.

초음파신호필터링모듈(110)은 초음파신호부(S)로부터 초음파신호반사율에 대한 정보를 전송받도록 구성되며, 초음파신호의 발생 방향인 횡방향을 기준으로, 임의의 범위내의 초음파반사율만을 필터링하도록 형성된다. 여기서 임의의 범위는 하천의 폭 내에서 임의의 상한값 및 임의의 하한값 사이의 구간을 의미한다. The ultrasonic signal filtering module 110 is configured to receive information on the ultrasonic signal reflectance from the ultrasonic signal unit S, and is formed to filter only the ultrasonic reflectance within a certain range based on the transverse direction, which is the direction in which the ultrasonic signal is generated. . Here, an arbitrary range means a section between an arbitrary upper limit value and an arbitrary lower limit value within the width of the river.

반복연산모듈(120)은 상기 범위에서의 초음파반사율을 이용하여 부유사농도 예상값(SSCpdt)을 연산하되, 임의의 범위를 하천의 폭 내에서 변화시켜 부유사농도 예상값(SSCpdt)의 연산을 반복 수행함으로써, 상기 범위 각각에 대한 부유사농도 예상값(SSCpdt)을 연산하도록 구성된다. 여기서 임의의 범위를 하천의 폭 내에서 변화시키는 것은 상한값 또는 하한값을 변경하는 것을 의미한다. 즉, 반복연산모듈(120)은 특정한 범위에서 부유사농도 예상값(SSCpdt)을 연산하며, 상기 특정한 범위를 자동으로(또는 랜덤으로) 변경시킨다. 이 때, 변경된 특정한 범위마다 부유사농도 예상값(SSCpdt)을 연산함으로써, 변경된 특정한 범위 각각에 대한 부유사농도 예상값(SSCpdt)이 인덱스되며, 인덱스된 부유사농도 예상값(SSCpdt)은 데이터베이스(미도시)에 저장되도록 구성될 수 있다. 또한, 데이터베이스에는 특정 범위 및 이에 대한 부유사농도 예상값(SSCpdt)이 순서쌍으로 저장될 수도 있다. The iterative calculation module 120 calculates the expected suspended solids concentration (SSC pdt ) by using the ultrasonic reflectance in the above range, but changes an arbitrary range within the width of the river to increase the estimated suspended solids concentration (SSC pdt ). By repeatedly performing the operation, it is configured to calculate an expected suspension concentration value SSC pdt for each of the ranges. Here, changing an arbitrary range within the width of the river means changing the upper or lower limit. That is, the iterative calculation module 120 calculates the expected suspended solids concentration (SSC pdt ) in a specific range, and automatically (or randomly) changes the specific range. At this time, changed by calculating the sediment concentration estimated value (SSC pdt) each specific range, and sediment concentration estimate for the changed specific ranges, respectively (SSC pdt) is the index, the index sediment concentration estimated value (SSC pdt) May be configured to be stored in a database (not shown). In addition, the database may store a specific range and an expected suspension concentration value (SSC pdt ) for the specific range in ordered pairs.

한편, 반복연산모듈(120)에서 부유사농도 예상값(SSCpdt)을 연산하는 방법은 상기 특정 범위에서의 평균 초음파반사율(SCBavg)를 독립변수로 하여 선형회귀분석을 통해 연산하되, 하기 식 1에 의해 부유사농도 예상값(SSCpdt)을 도출하도록 구성된다. On the other hand, the method of calculating the estimated suspended solids concentration (SSC pdt ) in the iterative calculation module 120 is calculated through linear regression analysis using the average ultrasonic reflectance (SCB avg ) in the specific range as an independent variable, It is configured to derive the expected value of suspended solids concentration (SSC pdt ) by 1.

Figure pat00003
[식 1]
Figure pat00003
[Equation 1]

범위설정모듈(130)은 데이터베이스에 저장된 부유사농도 예상값(SSCpdt)들을 각각 실측 부유사농도(SSCmsr)와 비교하며, 비교를 통해 상관계수를 연산하도록 구성된다. 상관계수가 최대일 때의 특정 범위를 신뢰범위로 결정한다. 여기서 결정된 신뢰범위를 기준으로 도출된 부유사농도 예상값(SSCpdt)을 하천 전체 부유사농도 추정값(SSC)으로 결정한다. 이와 같이, 한번 신뢰범위가 결정되면, 이후에도 신뢰범위내의 초음파반사율만을 선별하여 평균 초음파반사율(SCBavg)을 연산함으로써, 하천 전체의 부유사농도를 간편하게 추정할 수 있다. The range setting module 130 is configured to compare the estimated suspended solids concentration (SSC pdt ) stored in the database with the actual suspended solids concentration (SSC msr ), and calculate a correlation coefficient through the comparison. The specific range when the correlation coefficient is at the maximum is determined as the confidence range. The estimated suspended solids concentration (SSC pdt ) derived based on the confidence range determined here is determined as the estimated total suspended solids concentration (SSC). In this way, once the confidence range is determined, the average ultrasonic reflectance (SCB avg ) is calculated by selecting only the ultrasonic reflectance within the confidence range, so that the suspended concentration of the entire river can be easily estimated.

도 3은 횡방향초음파도플러유속계로부터 횡방향 거리에 따른 SNR, WCB 및 SCB를 나타낸 그래프이다. 도 3을 참조하면, 횡방향초음파도플러유속계로 유량을 측정할 때, 측정자료에 원자료안에는 유속, 수심뿐만 아니라 초음파반사율 자료가 함께 측정이 되어 기록된다. 측정된 초음파반사율의 원자료(Raw Data)는 신호부에서 발사되어 거리가 멀어질수록 초음파반사율이 감소하는 형태로 측정된다. 3 is a graph showing the SNR, WCB and SCB according to the lateral distance from the lateral ultrasonic Doppler velocimetry. Referring to FIG. 3, when measuring the flow rate with a transverse ultrasonic Doppler velocimetry, not only the flow velocity and the water depth, but also the ultrasonic reflectance data are measured and recorded in the raw data. The raw data of the measured ultrasonic reflectance is emitted from the signal unit and is measured in a form in which the ultrasonic reflectance decreases as the distance increases.

도 3의 SNR은 횡방향초음파도플러 유속계로 측정된 원데이터(Raw Data)를 의미하고, 원자료의 초음파반사율은 제조사 또는 제품의 모델별로 상이할 수 있으나, SNR(dB단위) 또는 EI(Echo Intensity, Count 단위)로 원자료가 기록된다. EI는 단위가 Count이기 때문에 dB단위로 변환이 필요하며, 변환을 하기 위한 계수는 제품별로 제원에 따라 제조사에서 제공한 계수를 사용하여 변환을 수행한다. 바람직하게는 변환계수를 0.43으로 적용할 수 있다. The SNR of FIG. 3 refers to raw data measured with a transverse ultrasonic Doppler velocimetry, and the ultrasonic reflectance of the raw data may be different for each manufacturer or product model, but SNR (in dB) or EI (Echo Intensity) , Count unit), the original data is recorded. Since the unit of EI is Count, it needs to be converted to dB, and the coefficient for conversion is converted using the coefficient provided by the manufacturer according to the specifications of each product. Preferably, a conversion factor of 0.43 can be applied.

원자료 SNR값이 거리에 따라 초음파반사율이 작아지는 이유는 거리에 따른 빔퍼짐으로 인한 감소, 물에 의한 초음파신호의 흡수, 물속에 존재하는 부유물질에 의한 감쇄로 인해 거리가 멀어질수록 초음파반사율이 작게 측정되고 이에따라 이를 보정한 초음파반사율(SCB; Sediment Corrected Backscatter)를 통해서 실측부유사농도와의 관계를 통해 부유사농도를 간접적으로 추정할 수 있다. The reason that the ultrasonic reflectance decreases with the distance of the original SNR value is the decrease due to the beam spreading according to the distance, the absorption of the ultrasonic signal by water, and the attenuation by the suspended substances present in the water. It is possible to indirectly estimate the suspended solid concentration through the relationship with the measured suspended solid concentration through the Sediment Corrected Backscatter (SCB), which is measured to be small and corrected accordingly.

도 3의 WCB는 거리에 따른 빔퍼짐으로 인한 감소, 물에 의한 초음파신호의 흡수를 나타낸 결과이고, SCB는 원자료의 초음파반사율(SNR)에 대해 도 6의 순서도와 같이 빔퍼짐, 물에 의한 흡수, 부유물질(부유사)에 대한 감쇄보정을 수행하여 보정된 초음파반사율을 도시한 결과이다. The WCB of FIG. 3 is a result of the reduction due to the beam spreading according to the distance, and the absorption of the ultrasonic signal by water, and the SCB is the result of the beam spreading and water as shown in the flowchart of FIG. 6 for the ultrasonic reflectance (SNR) of the original data. This is the result showing the corrected ultrasonic reflectance by performing attenuation correction for absorption and suspended matter (floating).

위와 같이 지속적으로 측정된 초음파도플러유속계의 원자료(Raw data)의 보정을 통해서 보정된 초음파반사율(SCB)를 구하고, 실측 부유사농도 측정시간과 동일한 시간에 측정된 자료만을 추출하여 상한값과 하한값을 바꾸어가면서 실측부유사농도와의 회귀계수산정을 통해 실측부유사농도를 추정할 임의의 범위를 구하게된다. 임의의 범위를 구하고 나면, 수위와 보정된 초음파반사율을 통한 다중회귀를 통해 실측부유사 농도를 예측하기 위한 계수를 구하고, 계수를 각각의 시간에 측정된 데이터에 적용하여 최종적으로 부유사농도를 산정할 수 있다. 이에 대해서는 자세히 후술하도록 한다. As described above, the corrected ultrasonic reflectance (SCB) is obtained through the correction of the raw data of the ultrasonic Doppler flowmeter continuously measured as above, and only the data measured at the same time as the measured suspended concentration measurement time are extracted and the upper and lower limits are calculated. In the meantime, an arbitrary range for estimating the measured floating concentration is obtained through the calculation of the regression coefficient with the measured floating concentration. After obtaining an arbitrary range, the coefficient for predicting the measured floating density is obtained through multiple regression through the water level and the corrected ultrasonic reflectance, and the coefficient is applied to the measured data at each time to finally calculate the floating density. can do. This will be described in detail later.

도 4은 본 발명에 따른 하천 부유사농도 추정방법의 제1실시예의 순서도이다. 본 발명의 제1실시예는 단계(S100) 내지 단계(S130)을 포함한다. 4 is a flow chart of a first embodiment of a method for estimating a river suspension concentration according to the present invention. The first embodiment of the present invention includes steps (S100) to (S130).

단계(S100)은 실측 부유사농도(SSCmsr)를 확인하는 단계이다. 본 발명의 제1실시예는 부유사농도 예상값(SSCpdt)들을 각각 실측 부유사농도(SSCmsr)와 비교하는 과정이 필요한 바, 적어도 1회 이상의 실측 부유사농도(SSCmsr)를 확인하는 과정이 필요하다. Step (S100) is a step of checking the measured suspended solid concentration (SSC msr ). The first embodiment of the present invention requires a process of comparing the estimated suspended solid concentration (SSC pdt ) with the measured suspended solid concentration (SSC msr ), respectively, to check at least one or more measured suspended solid concentration (SSC msr ). You need a process.

단계(S110)은 초음파신호필터링모듈(110)에서, 상기 초음파신호부(S)로부터 초음파신호반사율에 대한 정보를 전송받고, 초음파신호의 발생 방향인 횡방향을 기준으로, 임의의 범위내의 초음파반사율을 필터링하는 단계이다. 임의의 범위는 하천의 폭 방향인 횡방향을 기준으로 상한값 및 하한값을 결정하며, 초음파신호부(S) 마다 발생되는 초음파신호의 주파수가 다를 수 있으며, 주파수에 따라 초음파신호의 진행 거리가 달라질 수 있다. 따라서, 여기에서 의미하는 임의의 범위는 초음파신호부(S)에서 발생된 초음파신호의 최대 도달 거리 내에서 설정되는 것이 바람직하다. In step S110, the ultrasonic signal filtering module 110 receives information on the ultrasonic signal reflectance from the ultrasonic signal unit S, and based on the transverse direction, which is the direction in which the ultrasonic signal is generated, the ultrasonic reflectance within a certain range. This is the step of filtering. The arbitrary range determines the upper and lower limits based on the transverse direction, which is the width direction of the river, and the frequency of the ultrasonic signal generated for each ultrasonic signal unit S may be different, and the travel distance of the ultrasonic signal may vary depending on the frequency. have. Therefore, it is preferable that an arbitrary range herein is set within the maximum reach of the ultrasonic signal generated by the ultrasonic signal unit S.

단계(S120)은 반복연산모듈(120)에서, 상기 범위에서의 초음파반사율을 이용하여 부유사농도 예상값(SSCpdt)을 연산하되, 임의의 범위를 하천의 폭 내에서 변화시켜 부유사농도 예상값(SSCpdt)의 연산을 반복 수행함으로써, 상기 범위 각각에 대한 부유사농도 예상값(SSCpdt)을 연산하는 단계이다. 단계(S120)은 부유사농도 예상값(SSCpdt)의 연산을 반복 수행하며, 반복 수행 횟수는 범위의 변화 횟수와 동일할 것이다. 한편, 본 명세서에서는 범위를 단일의 상한값 및 하한값을 갖는 연속적인 범위로 예를 들어 설명하고 있으나, 임의의 범위는 복수개로 형성될 수 있으며, 그 경우에는 복수개의 상한값 및 하한값을 갖고, 불연속적으로 형성될 수도 있다. In the step (S120), in the iterative calculation module 120, the estimated suspended solid concentration (SSC pdt ) is calculated using the ultrasonic reflectance in the above range, but the suspended solid concentration is predicted by changing an arbitrary range within the width of the river. value by performing an operation of the repeat (SSC pdt), a step for calculating the sediment concentration estimated value for the respective range (SSC pdt). In step S120, the calculation of the expected suspended solids concentration (SSC pdt ) is repeatedly performed, and the number of repetitions will be the same as the number of changes in the range. Meanwhile, in the present specification, the range is described as an example as a continuous range having a single upper limit value and a lower limit value, but an arbitrary range may be formed in a plurality, in which case, it has a plurality of upper and lower limits, and discontinuously It can also be formed.

단계(S130)은 범위설정모듈(130)에서, 단계(S120)에서 연산된 상기 범위 각각에서의 부유사농도 예상값(SSCpdt) 및 실측 부유사농도(SSCmsr) 사이의 상관계수를 연산하며, 상관계수가 최대일 때의 범위를 신뢰범위로 결정하고, 신뢰범위에서의 부유사농도 예상값(SSCpdt)을 하천 전체 부유사농도 추정값(SSC)으로 결정하는 단계이다. 여기서 실측 부유사농도(SSCmsr)는 전술한 단계(S100)에서 확인된 값을 이용한다. Step (S130), in the range setting module 130, calculates a correlation coefficient between the estimated suspended solids concentration (SSC pdt ) and the measured suspended solids concentration (SSC msr ) in each of the ranges calculated in step (S120), and , The range at which the correlation coefficient is the maximum is determined as the confidence range, and the estimated suspended solid concentration (SSC pdt ) in the confidence range is determined as the estimated total suspended solid concentration (SSC) of the river. Here, the measured suspended solid concentration (SSC msr ) uses the value identified in the above-described step (S100).

도 5는 본 발명에 따른 하천 부유사농도 추정방법의 제1실시예에서 범위 변화를 설명하기 위한 개략적인 개념도이다. 도 5를 참조하면, 범위는 하천의 전체 폭을 기준으로, 횡방향으로 제1 내지 제N 범위로 구성될 수 있다. 제1 내지 제N 범위 각각의 상한값 및 하한값은 서로 상이하게 형성된다. 상한값이 동일한 경우에는 하한값이 상이하며, 하한값이 동일한 경우에는 상한값이 상이하다. 5 is a schematic conceptual diagram for explaining a range change in the first embodiment of the method for estimating the suspended solids concentration in a river according to the present invention. Referring to FIG. 5, the range may be configured as a first to Nth range in a transverse direction based on the entire width of the river. The upper and lower limits of each of the first to Nth ranges are formed to be different from each other. When the upper limit is the same, the lower limit is different, and when the lower limit is the same, the upper limit is different.

도 6는 본 발명의 제1실시예에서 초음파반사율을 보정하는 과정을 설명하기 위한 순서도이다. 전술한 단계(S110)는, 상기 범위내의 초음파반사율(SCB)을 보정하는 과정을 더 포함한다. 구체적으로, 단계(S111) 내지 단계(S113)을 포함한다. 6 is a flowchart illustrating a process of correcting an ultrasonic reflectance according to the first embodiment of the present invention. The above-described step (S110) further includes a process of correcting the ultrasonic reflectance (SCB) within the above range. Specifically, it includes steps (S111) to (S113).

단계(S111)은 빔퍼짐에 대한 보정을 수행하는 단계이며. 단계(S112)는 물에 의한 흡수에 대한 보정을 수행하는 단계이고, 단계(S113)은 부유사에 의한 감쇄보정을 수행하는 단계(S113)이다. Step S111 is a step of performing correction for beam spreading. Step (S112) is a step of performing a correction for absorption by water, step (S113) is a step (S113) of performing attenuation correction by the floating sand.

구체적으로 설명하면, 하천에서 횡방향 초음파도플러유속계의 초음파반사율을 활용하여 부유사 농도를 추정하는 방법은 식 2와 같이 Urick의 소나방정식을 기초로 한다. Specifically, the method of estimating the concentration of suspended solids using the ultrasonic reflectance of the transverse ultrasonic Doppler velocimetry in the river is based on Urick's sonar equation as shown in Equation 2.

Figure pat00004
[식 2]
Figure pat00004
[Equation 2]

여기서 RL(reverberation level)은 측정된 초음파 신호, SL(source level)은 실제로 발사된 초음파 신호를 의미하며, 2TL(two-way transmission loss)은 양방향으로 발생한 초음파의 확산과 감쇠, TS는 입자에 의해 반향되는 신호강도를 의미한다. 양방향 초음파의 손실과 확산과 감쇠에 대한 식은 하기의 식 3과 같다. Here, RL (reverberation level) refers to the measured ultrasonic signal, SL (source level) refers to the actually emitted ultrasonic signal, and 2TL (two-way transmission loss) refers to the diffusion and attenuation of ultrasonic waves generated in both directions, and TS is caused by particles. It means the intensity of the echoed signal. The equations for the loss, diffusion, and attenuation of the two-way ultrasound are as shown in Equation 3 below.

Figure pat00005
[식 3]
Figure pat00005
[Equation 3]

상기 식 3의 오른쪽 첫 번째 항은 빔퍼짐에 대한 보정, 두 번째 항은 각각 물에 의한 흡수, 유사에 의한 감쇄보정을 의미한다. 그리고 식 2 및 식 3을 활용하여 정리하면 식 4 및 식 5와 같다. The first term on the right of Equation 3 means correction for beam spreading, and the second term means absorption by water and attenuation correction by similarity, respectively. And if you use Equation 2 and Equation 3 to organize it, it is the same as Equation 4 and Equation 5.

Figure pat00006
[식 4]
Figure pat00006
[Equation 4]

Figure pat00007
[식 5]
Figure pat00007
[Equation 5]

여기서, 식 4의 MB(Measured backscatter)는 측정된 초음파반사율 신호를 의미하며, WCB(Water corrected backscatter)는 측정된 초음파반사율과 빔 퍼짐에 대한 보정, 물에 의한 흡수 보정을 수행한 결과를 의미하고, SCB(Sediment corrected backscatter)는 유사에 의한 감쇄 보정까지 수행하여 최종적으로 보정된 초음파반사율을 의미한다. 이때, 만약 횡방향초음파도플러유속계가 설치된 지점의 횡방향 부유사농도가 일정하다고 가정하면 식 5는 식 6과 같이 정리할 수 있다. Here, MB (Measured backscatter) in Equation 4 means the measured ultrasonic reflectance signal, and WCB (Water corrected backscatter) means the result of performing correction for the measured ultrasonic reflectance and beam spread, and absorption correction by water. , SCB (Sediment Corrected Backscatter) refers to the ultrasonic reflectance finally corrected by performing attenuation correction by similarity. At this time, if it is assumed that the transverse suspended solid concentration at the point where the transverse ultrasonic Doppler velocity meter is installed is constant, Equation 5 can be summarized as Equation 6.

Figure pat00008
[식 6]
Figure pat00008
[Equation 6]

식 6을 이용하여 유사에 의한 감쇄보정(αs)은 식 7과 같이 계산할 수 있다. Using Equation 6, the attenuation correction (α s ) due to similarity can be calculated as Equation 7.

Figure pat00009
[식 7]
Figure pat00009
[Equation 7]

따라서 횡방향의 농도가 일정하다고 가정될 경우, 유사에 의한 감쇄보정(αs)은 횡방향초음파도플러유속계로 각각의 셀로부터 측정된 WCB의 선형회귀를 통해 산정된 기울기의 ??1/2를 곱하여 산정할 수 있다. Therefore, if the concentration in the transverse direction is assumed to be constant, the attenuation correction (α s ) due to the similarity is ??1/2 of the slope calculated through the linear regression of the WCB measured from each cell with a transverse ultrasonic Doppler velocity meter. It can be calculated by multiplying.

횡방향 초음파도플러유속계로부터 측정된 초음파반사율에 각각의 보정 방법은 다음과 같다. 빔 퍼짐에 대한 보정은 ADCP 변환기로부터 발산된 초음파가 확산되는 것을 보정하는 것을 의미한다. 일반적으로 초음파는 거리에 따라 균일하게 확산되어 나가는 것으로 가정하지만, 초기영역(Near field)에서는 초음파가 불규칙적(irregular)이고 비구형(nonspherical)로 발사되기 때문에 거리에 따른 보정계수를 산정하여 보정이 필요하다. 이러한 초기영역은 일반적으로 Rayliegh distance라 하며, 초기영역에 대한 보정계수는 식 8과 같이 계산할 수 있고, z는 식 9를 통해 계산할 수 있다. Each correction method for the ultrasonic reflectance measured from the transverse ultrasonic Doppler velocimetry is as follows. Correction for beam spread means correcting for the spread of ultrasonic waves emitted from the ADCP transducer. In general, it is assumed that ultrasonic waves spread out evenly according to distance, but since ultrasonic waves are irregular and nonspherical in the near field, correction is required by calculating a correction factor according to distance. Do. This initial region is generally referred to as Rayliegh distance, and the correction factor for the initial region can be calculated as Equation 8, and z can be calculated as Equation 9.

Figure pat00010
[식 8]
Figure pat00010
[Equation 8]

Figure pat00011
[식 9]
Figure pat00011
[Equation 9]

여기서, r은 변환기로부터 측정된 ADCP가 측정한 위치까지의 거리를 의미하며, 는 파장을 의미하고, αt는 ADCP 초음파 센서의 유효 반지름을 의미한다. 파장을 구하기 위한 파속을 구하는 방법은 식 10과 같다. Here, r means the distance from the transducer to the position measured by the ADCP, where r means the wavelength, and α t means the effective radius of the ADCP ultrasonic sensor. Equation 10 is the method of obtaining the wave speed to obtain the wavelength.

Figure pat00012
Figure pat00012

[식 10][Equation 10]

여기서, C는 파속(m/s)를 의미하고, T는 섭씨 물의 온도를 의미한다. 물에 의한 흡수 보정은 물의 특성으로 인해 초음파가 발사되어 멀어짐에 따라 점차적으로 초음파반사율이 감소하는 것을 보정하는 것을 의미하고 보정계수를 계산하여 보정할 수 있다. 물에 의한 흡수 보정에는 물의 염도, 이온 등의 유체 특성에 대한 고려가 필요하지만 본 발명에서는 하천을 대상으로 수행하기 때문에, 추가적인 보정은 수행하지 않고 물의 점성만을 고려하여 물에 대한 흡수보정을 고려하였다. 물에 의한 흡수 보정계수(αw)를 계산하는 방법은 식 11과 같다.Here, C means wave speed (m/s), and T means the temperature of water in degrees Celsius. Absorption correction by water means correcting that the ultrasonic reflectance gradually decreases as the ultrasonic wave is emitted due to the characteristics of water and moves away, and can be corrected by calculating a correction coefficient. Absorption correction by water requires consideration of fluid properties such as salinity and ions of water, but since the present invention is performed for a river, the absorption correction for water was considered by considering only the viscosity of water without performing additional correction. . The method of calculating the absorption correction factor (α w ) by water is shown in Equation 11.

Figure pat00013
[식 11]
Figure pat00013
[Equation 11]

여기서, f는 H-ADCP의 초음파주파수(kHz)를 의미하며, T는 물의 섭씨 온도를 의미한다. 유사에 의한 감쇄보정은 초음파도플러유속계의 송신기로부터 거리가 멀어짐에 따라 유사에 의해 감쇄되는 양을 보정하는 것으로 횡방향의 부유사 농도가 일정하다고 가정하여 앞서 제시된 식 7을 이용하여 산정할 수 있고 이를 통해 최종적으로 보정된 SCB(Sediment corrected backscatter)를 계산할 수 있다. Here, f means the ultrasonic frequency (kHz) of H-ADCP, and T means the water temperature in degrees Celsius. The attenuation correction due to the similarity is to correct the amount attenuated by the similarity as the distance from the transmitter of the ultrasonic Doppler velocimetry increases, and it can be calculated using Equation 7 presented above assuming that the concentration of suspended solids in the transverse direction is constant. Through this, the finally corrected SCB (Sediment corrected backscatter) can be calculated.

도 7의 a 내지 e는 각각 도 5에 도시된 범위의 상한값 및 하한값을 변화시켜 상관계수를 도출한 그래프이다. 7A to 7E are graphs derived from correlation coefficients by varying the upper and lower limits of the range shown in FIG. 5, respectively.

본 발명에서는 보정된 초음파반사율(SCB)를 지표로 활용하여 실측부유사농도와의 관계를 분석하기에 앞서 횡방향으로 측정된 초음파반사율의 공간적인 범위를 변경하며 상관계수가 높은 범위를 찾고, 이를 공간평균한 결과를 지표로 활용하여 실측부유사농도와의 관계를 분석하는데 사용한다. In the present invention, prior to analyzing the relationship with the measured surface-like concentration by using the corrected ultrasonic reflectance (SCB) as an index, the spatial range of the ultrasonic reflectance measured in the transverse direction is changed, and a range with a high correlation coefficient is found. The spatial averaged result is used as an index and used to analyze the relationship with the measured floating concentration.

도 7의 a 내지 e는 보정된 초음파반사율(SCB)의 공간평균 범위를 변경시키며, 실측 부유사농도(SSCmsr)와의 상관관계를 분석한 그래프이다. 도 7의 d의 범위가 가장 높은 상관관계를 가지고 있음을 확인할 수 있다. 여기서 도 7의 d의 범위에서, 보정된 초음파반사율(SCB)를 평균하여 실측 부유사농도(SSCmsr)와의 관계를 분석한 결과는 도 8과 같다. 여기서, SSC는 부유사농도를 의미하며, SCB는 보정된 초음파반사율, β1 및 β2는 각각 선형회귀분석을 통한 기울기와 절편을 의미한다.7A to 7E are graphs for changing the spatial average range of the corrected ultrasonic reflectance (SCB) and analyzing the correlation with the measured suspended concentration (SSC msr ). It can be seen that the range d of FIG. 7 has the highest correlation. Here, in the range d of FIG. 7, the result of analyzing the relationship with the measured suspended solid concentration (SSC msr ) by averaging the corrected ultrasonic reflectance (SCB) is shown in FIG. 8. Here, SSC means suspension concentration, SCB means corrected ultrasonic reflectance, and β 1 and β 2 mean slope and intercept through linear regression analysis, respectively.

제2실시예Embodiment 2

도 9은 본 발명에 따른 하천 부유사농도 추정방법의 제2실시예를 설명하기 위한 개략적인 블록도이다. 9 is a schematic block diagram for explaining a second embodiment of a method for estimating a river suspension concentration according to the present invention.

제2실시예에 따른 하천 부유사농도 추정방법을 위한 구성은, 정보입력모듈(140), 다중회귀분석모듈(150) 및 부유사농도 추정모듈(160)을 포함한다. The configuration for the method for estimating the suspended dead concentration in the river according to the second embodiment includes an information input module 140, a multiple regression analysis module 150, and a suspended dead concentration estimation module 160.

정보입력모듈(140)에는 초음파신호반사율 및 수심에 대한 정보가 초음파신호부(S)로부터 수신하여 입력되며, 이 과정이 반복 수행된다. 반복 수행되는 것은 다중회귀분석모듈(150)에서의 다중회귀분석을 수행하기 위함이다. Information on the ultrasonic signal reflectance and depth is received and input to the information input module 140 from the ultrasonic signal unit S, and this process is repeatedly performed. It is repeatedly performed to perform multiple regression analysis in the multiple regression analysis module 150.

다중회귀분석모듈(150)은 정보입력모듈(140)로부터 입력된 초음파신호반사율 및 수심에 대한 정보를 이용하여 다중회귀분석을 수행함으로써, 회귀계수를 결정한다. The multiple regression analysis module 150 determines a regression coefficient by performing multiple regression analysis using information on the ultrasonic signal reflectance and depth input from the information input module 140.

부유사농도 추정모듈(160)에서, 다중회귀분석모듈(150)에서 결정된 회귀계수를 이용하며, 초음파신호반사율(SCB); 수심(Depth); 및 초음파신호반사율(SCB)과 수심(Depth)의 곱; 을 각각 독립변수로 하여 하천의 부유사농도를 추정하는 것을 반복 수행한다. 전술한 회귀계수는 초음파신호반사율(SCB); 수심(Depth); 및 초음파신호반사율(SCB)과 수심(Depth)의 곱에 대해 각각 결정된다. In the suspended concentration estimation module 160, using the regression coefficient determined in the multiple regression analysis module 150, the ultrasonic signal reflectance (SCB); Depth; And a product of the ultrasonic signal reflectance (SCB) and the depth of water. Iteratively estimates the suspended solids concentration of the river with each as an independent variable. The above-described regression coefficient is an ultrasonic signal reflectance (SCB); Depth; And the product of the ultrasonic signal reflectance (SCB) and the water depth (Depth), respectively.

이 때, 부유사농도 추정모듈(160)에는 식 12에 의해 하천 부유사농도(SSC)를 도출한다. At this time, the suspended solid concentration estimating module 160 derives the river suspended solid concentration (SSC) by Equation 12.

Figure pat00014
<식 12>
Figure pat00014
<Equation 12>

0, β1, β2, β3는 회귀계수)0 , β 1 , β 2 , β 3 are regression coefficients)

도 10는 본 발명에 따른 하천 부유사농도 추정방법의 제2실시예의 순서도이다. 제2실시예는 단계(S210) 내지 단계(S230)을 포함한다. 10 is a flow chart of a second embodiment of the method for estimating the suspended solid concentration of a river according to the present invention. The second embodiment includes steps S210 to S230.

단계(S210)는 정보입력모듈(140)이, 초음파신호반사율 및 수심에 대한 정보를 상기 초음파신호부(S)로부터 수신하여 입력하는 것이 반복되는 단계이다. Step S210 is a step in which the information input module 140 receives and inputs information on the ultrasonic signal reflectance and depth from the ultrasonic signal unit S.

단계(S220)는 다중회귀분석모듈(150)에서, 단계(S210)에서 반복하여 입력된 초음파신호반사율 및 수심에 대한 정보를 이용하여 다중회귀분석을 수행함으로써, 회귀계수가 결정되는 단계이다. Step S220 is a step in which a regression coefficient is determined by performing multiple regression analysis using information on the ultrasonic signal reflectance and depth repeatedly inputted in step S210 in the multiple regression analysis module 150.

단계(S230)은 부유사농도 추정모듈(160)에서, 단계(S220)에서 결정된 회귀계수를 이용하고, 초음파신호반사율(SCB); 수심(Depth); 및 초음파신호반사율(SCB)과 수심(Depth)의 곱; 을 각각 독립변수로 하여 하천의 부유사농도를 추정하는 단계이다. Step (S230) in the suspended solids concentration estimation module 160, using the regression coefficient determined in step (S220), ultrasonic signal reflectance (SCB); Depth; And a product of the ultrasonic signal reflectance (SCB) and the depth of water. This is the step of estimating the suspended solids concentration of the river using as independent variables.

도 11의 a는 수심을 고려하지 않은 조건에서 부유사농도 추정값 및 실측 부유사농도를 도시하고 있는 그래프이며, 도 11의 b는 본 발명의 제2실시예에 따른 수심을 고려한 조건에서 부유사농도 추정값 및 실측 부유사농도를 도시하고 있는 그래프이다. Fig. 11a is a graph showing the estimated value of suspended solids concentration and the actual measured suspended solids concentration under a condition not considering the depth of water, and Fig. 11b is a graph showing the suspended solids concentration under the condition of considering the depth of water according to the second embodiment of the present invention. It is a graph showing the estimated value and the measured suspended solid concentration.

도 11의 a 및 b의 그래프에서 알 수 있듯이, 초음파반사율과 실측 부유사농도와의 단순 선형회귀분석을 통해 부유사농도를 추정한 결과는 실측 부유사농도와 다소 차이가 발생하는 반면, 도 11의 b와 같이 수심을 고려한 다중회귀분석을 통해 추정된 부유사농도는 실측 부유사 농도와 매우 유사하다. 즉, 본 발명의 제2실시예에 따른 횡방향 초음파도플러유속계를 이용하여 기존의 방법에 비해 정확한 부유사 농도 측정이 가능하고 이를 활용하여 연속적인 부유사농도의 측정데이터를 획득할 수 있다. As can be seen from the graphs a and b of Fig. 11, the result of estimating the suspended solid concentration through a simple linear regression analysis between the ultrasonic reflectance and the measured suspended solid concentration is slightly different from the measured suspended solid concentration, while Fig. 11 As shown in b, the estimated suspended solid concentration through multiple regression analysis considering water depth is very similar to the actual suspended solid concentration. That is, by using the transverse ultrasonic Doppler velocity meter according to the second embodiment of the present invention, it is possible to accurately measure the suspended solid concentration compared to the conventional method, and by using this, measurement data of the continuous suspended solid concentration may be obtained.

제3실시예Third embodiment

도 12은 본 발명에 따른 하천 부유사농도 추정방법의 제3실시예의 순서도이다. 본 발명에 따른 제3실시예는 전술한 제1실시예 및 제2실시예를 모두 적용한 것이다. 구체적으로, 제3실시예는 단계(S300) 내지 단계(S360)을 포함한다. 12 is a flow chart of a third embodiment of a method for estimating a river suspension concentration according to the present invention. The third embodiment according to the present invention applies both the first and second embodiments described above. Specifically, the third embodiment includes steps (S300) to (S360).

단계(S300)은 실측 부유사농도(SSCmsr)를 확인하는 단계이다. Step (S300) is a step of checking the measured suspended solid concentration (SSC msr ).

단계(S310)은 초음파신호필터링모듈(110)에서, 상기 초음파신호부(S)로부터 초음파신호반사율에 대한 정보를 전송받고, 초음파신호의 발생 방향인 횡방향을 기준으로, 임의의 범위내의 초음파반사율을 필터링하는 단계이다. In step S310, the ultrasonic signal filtering module 110 receives information on the ultrasonic signal reflectance from the ultrasonic signal unit S, and based on the transverse direction, which is the direction in which the ultrasonic signal is generated, the ultrasonic reflectance within a certain range. This is the step of filtering.

단계(S320)은 반복연산모듈(120)에서, 상기 범위에서의 초음파반사율을 이용하여 부유사농도 예상값(SSCpdt)을 연산하되, 임의의 범위를 하천의 폭 내에서 변화시켜 부유사농도 예상값(SSCpdt)의 연산을 반복 수행함으로써, 상기 범위 각각에 대한 부유사농도 예상값(SSCpdt)을 연산하는 단계이다. Step (S320), in the iterative calculation module 120, calculate the suspended solid concentration predicted value (SSC pdt ) using the ultrasonic reflectance in the above range, but by changing an arbitrary range within the width of the river to predict the suspended solid concentration value by performing an operation of the repeat (SSC pdt), a step for calculating the sediment concentration estimated value for the respective range (SSC pdt).

단계(S330)은 범위설정모듈(130)에서, 단계(S320)에서 연산된 상기 범위에서의 부유사농도 예상값(SSCpdt) 및 상기 실측 부유사농도(SSCmsr) 사이의 상관계수를 연산하며, 상기 상관계수가 최대일 때의 범위를 신뢰범위로 결정하는 단계이다. Step (S330), in the range setting module 130, calculates a correlation coefficient between the estimated suspended solids concentration in the range (SSC pdt ) calculated in step (S320) and the measured suspended solids concentration (SSC msr ), and In this step, a range when the correlation coefficient is maximum is determined as a confidence range.

단계(S340)은 정보입력모듈(140)이, 단계(S330)에서 결정된 신뢰범위 내의 초음파신호반사율 및 수심에 대한 정보를 상기 초음파신호부(S)로부터 수신하여 입력하는 것이 반복되는 단계이다. Step S340 is a step in which the information input module 140 receives and inputs information on the ultrasonic signal reflectance and depth within the confidence range determined in step S330 from the ultrasonic signal unit S.

단계(S350)은 다중회귀분석모듈(150)에서, 단계(S340)에서 반복하여 입력된 상기 신뢰구간 내의 초음파신호반사율 및 수심에 대한 정보를 이용하여 다중회귀분석을 수행함으로써, 회귀계수가 결정되는 단계이다. Step (S350) is a multiple regression analysis module 150, by performing a multiple regression analysis using the information on the ultrasonic signal reflectance and depth within the confidence interval repeatedly input in step (S340), the regression coefficient is determined. Step.

단계(S360)은 부유사농도 추정모듈(160)에서, 단계(S350)에서 결정된 회귀계수를 이용하고, 초음파신호반사율(SCB); 수심(Depth); 및 초음파신호반사율(SCB)과 수심(Depth)의 곱; 을 각각 독립변수로 하여 하천의 부유사농도를 추정하는 단계이다. Step (S360), in the suspended solids concentration estimation module 160, using the regression coefficient determined in step (S350), ultrasonic signal reflectance (SCB); Depth; And a product of the ultrasonic signal reflectance (SCB) and the depth of water. This is the step of estimating the suspended solids concentration of the river using as independent variables.

이와 같이, 제3실시예는 제1실시예에서 도출된 신뢰범위 내의 초음파신호반사율(SCB)을 독립변수로 함과 동시에, 수심을 함께 고려하여 다중회귀분석을 통해 하천의 부유사농도를 추정하는 바, 실측 부유사농도(SSCmsr)에 가장 근사한 값을 획득할 수 있다. As described above, the third embodiment uses the ultrasonic signal reflectance (SCB) within the confidence range derived in the first embodiment as an independent variable, and at the same time, estimates the suspended concentration of the river through multiple regression analysis by considering the depth of water. Bar, it is possible to obtain a value closest to the actual suspended solid concentration (SSC msr ).

이상, 본 명세서에는 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 도면에 도시한 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당업자라면 본 발명의 실시예로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다. In the above, the present specification has been described with reference to the embodiments shown in the drawings so that those skilled in the art can easily understand and reproduce the present invention, but this is only exemplary, and those skilled in the art can use various modifications and equivalents from the embodiments of the present invention. It will be appreciated that embodiments are possible. Therefore, the scope of protection of the present invention should be determined by the claims.

S: 초음파신호부
110: 초음파신호필터링모듈
120: 반복연산모듈
130: 범위설정모듈
140: 정보입력모듈
150: 다중회귀분석모듈
160: 부유사농도 추정모듈
S: ultrasonic signal unit
110: ultrasonic signal filtering module
120: iterative calculation module
130: range setting module
140: information input module
150: multiple regression analysis module
160: suspended solid concentration estimation module

Claims (9)

하천의 부유사농도를 추정하는 방법으로서,
하천의 수면 아래에는 횡방향으로 초음파신호를 발생시키고, 발생된 초음파신호의 반사신호를 센싱하여 초음파신호반사율을 측정하는 초음파신호부(S)가 구비되며,
(a0) 실측 부유사농도(SSCmsr)를 확인하는 단계(S100);
(a1) 초음파신호필터링모듈(110)에서, 상기 초음파신호부(S)로부터 초음파신호반사율에 대한 정보를 전송받고, 초음파신호의 발생 방향인 횡방향을 기준으로, 임의의 범위내의 초음파반사율을 필터링하는 단계(S110);
(a2) 반복연산모듈(120)에서, 상기 범위에서의 초음파반사율을 이용하여 부유사농도 예상값(SSCpdt)을 연산하되, 임의의 범위를 하천의 폭 내에서 변화시켜 부유사농도 예상값(SSCpdt)의 연산을 반복 수행함으로써, 상기 범위 각각에 대한 부유사농도 예상값(SSCpdt)을 연산하는 단계(S120); 및
(a3) 범위설정모듈(130)에서, 상기 (a2) 단계(S120)에서 연산된 상기 범위 각각에서의 부유사농도 예상값(SSCpdt) 및 상기 실측 부유사농도(SSCmsr) 사이의 상관계수를 연산하며, 상기 상관계수가 최대일 때의 범위를 신뢰범위로 결정하고, 상기 신뢰범위에서의 부유사농도 예상값(SSCpdt)을 하천 전체 부유사농도 추정값(SSC)으로 결정하는 단계(S130); 를 포함하는,
하천 부유사농도 추정방법.
As a method of estimating the suspended solid concentration of a river,
An ultrasonic signal unit (S) is provided under the water surface of the river, which generates an ultrasonic signal in a transverse direction and senses a reflected signal of the generated ultrasonic signal to measure the ultrasonic signal reflectance,
(a0) confirming the measured suspended solid concentration (SSC msr ) (S100);
(a1) In the ultrasonic signal filtering module 110, information on the ultrasonic signal reflectance is transmitted from the ultrasonic signal unit S, and the ultrasonic reflectance within a certain range is filtered based on the transverse direction, which is the direction in which the ultrasonic signal is generated. The step (S110);
(a2) In the iterative calculation module 120, the estimated suspended solids concentration (SSC pdt ) is calculated using the ultrasonic reflectance in the above range, but by changing an arbitrary range within the width of the river, the estimated suspended solids concentration ( by performing the calculation of the SSC pdt) repeating the step of calculating the sediment concentration estimated value for the respective range (SSC pdt) (S120); And
(a3) In the range setting module 130, the correlation coefficient between the estimated suspended solids concentration (SSC pdt ) and the measured suspended solids concentration (SSC msr ) in each of the ranges calculated in step (a2) (S120) And determining the range when the correlation coefficient is the maximum as a confidence range, and determining an estimated suspended solid concentration (SSC pdt ) in the confidence range as an estimated total suspended solid concentration (SSC) in the river (S130 ); Containing,
A method of estimating the suspended concentration of rivers.
제 1 항에 있어서,
상기 (a1) 단계(S110)는, 상기 범위내의 초음파반사율(SCB)을 보정하며,
(a11) 빔퍼짐에 대한 보정을 수행하는 단계(S111);
(a12) 물에 의한 흡수에 대한 보정을 수행하는 단계(S112); 및
(a13) 부유사에 의한 감쇄보정을 수행하는 단계(S113); 를 포함하는,
하천 부유사농도 추정방법.
The method of claim 1,
The (a1) step (S110) corrects the ultrasonic reflectance (SCB) within the range,
(a11) performing correction for beam spreading (S111);
(a12) performing correction for absorption by water (S112); And
(a13) performing attenuation correction by the floating yarn (S113); Containing,
A method of estimating the suspended concentration of rivers.
제 1 항에 있어서,
상기 (a2) 단계(S120)에서,
상기 범위에서의 부유사농도 예상값(SSCpdt)은,
상기 범위에서의 평균 초음파반사율(SCBavg)를 독립변수로 하여 선형회귀분석을 통해 연산하되, 하기 식 1에 의해 부유사농도 예상값(SSCpdt)을 도출하는,

Figure pat00015
<식 1>
하천 부유사농도 추정방법.
The method of claim 1,
In the step (a2) (S120),
The expected value of suspended solids concentration (SSC pdt ) in the above range is,
The average ultrasonic reflectance (SCB avg ) in the above range is used as an independent variable and calculated through linear regression analysis, but the estimated suspended solid concentration (SSC pdt ) is derived by the following Equation 1,

Figure pat00015
<Equation 1>
A method of estimating the suspended concentration of rivers.
제 1 항에 있어서,
상기 (a2) 단계(S120)는,
상기 범위의 상한값 또는 하한값을 변화시켜 부유사농도 예상값(SSCpdt)의 연산을 반복 수행하는,
하천 부유사농도 추정방법.
The method of claim 1,
The (a2) step (S120),
By changing the upper or lower limit of the range to repeatedly perform the calculation of the expected suspended solids concentration (SSC pdt ),
A method of estimating the suspended concentration of rivers.
하천의 부유사농도를 추정하는 방법으로서,
하천의 수면 아래에는 횡방향으로 초음파신호를 발생시키고, 발생된 초음파신호의 반사신호를 인식하여 초음파신호반사율을 측정하며, 수심을 측정하는 초음파신호부(S)가 구비되며,
(b1) 정보입력모듈(140)이, 초음파신호반사율 및 수심에 대한 정보를 상기 초음파신호부(S)로부터 수신하여 입력하는 것이 반복되는 단계(S210);
(b2) 다중회귀분석모듈(150)에서, 상기 (b1) 단계(S210)에서 반복하여 입력된 초음파신호반사율 및 수심에 대한 정보를 이용하여 다중회귀분석을 수행함으로써, 회귀계수가 결정되는 단계(S220); 및
(b3) 부유사농도 추정모듈(160)에서, 상기 (b2) 단계(S220)에서 결정된 회귀계수를 이용하고,
초음파신호반사율(SCB);
수심(Depth); 및
초음파신호반사율(SCB)과 수심(Depth)의 곱; 을 각각 독립변수로 하여 하천의 부유사농도를 추정하는 단계(S230); 를 포함하는,
하천 부유사농도 추정방법.
As a method of estimating the suspended solid concentration of a river,
An ultrasonic signal unit (S) for generating an ultrasonic signal in the transverse direction under the water surface of the river, measuring the ultrasonic signal reflectance by recognizing the reflected signal of the generated ultrasonic signal, and measuring the water depth is provided,
(b1) a step in which the information input module 140 receives and inputs information on the ultrasonic signal reflectance and water depth from the ultrasonic signal unit S (S210);
(b2) In the multiple regression analysis module 150, the step of determining a regression coefficient by performing multiple regression analysis using information on the ultrasonic signal reflectance and depth repeatedly inputted in step (b1) (S210) ( S220); And
(b3) In the suspended dead concentration estimation module 160, the regression coefficient determined in step (b2) (S220) is used, and
Ultrasonic signal reflectance (SCB);
Depth; And
Product of ultrasonic signal reflectance (SCB) and depth (Depth); Estimating the suspended solid concentration of the river by using as independent variables (S230); Containing,
A method of estimating the suspended concentration of rivers.
제 5 항에 있어서,
상기 (b3) 단계(S230)는, 하기의 식에 의해 하천 부유사농도(SSC)를 도출하는,
Figure pat00016
<식 2>
0, β1, β2, β3는 회귀계수)

하천 부유사농도 추정방법.
The method of claim 5,
The (b3) step (S230) is to derive the river suspended solid concentration (SSC) by the following equation,
Figure pat00016
<Equation 2>
0 , β 1 , β 2 , β 3 are regression coefficients)

A method of estimating the suspended concentration of rivers.
하천의 부유사농도를 추정하는 방법으로서,
하천의 수면 아래에는 횡방향으로 초음파신호를 발생시키고, 발생된 초음파신호의 반사신호를 인식하여 초음파신호반사율을 측정하는 초음파신호부(S)가 구비되며,
(c0) 실측 부유사농도(SSCmsr)를 확인하는 단계(S300);
(c1) 초음파신호필터링모듈(110)에서, 상기 초음파신호부(S)로부터 초음파신호반사율에 대한 정보를 전송받고, 초음파신호의 발생 방향인 횡방향을 기준으로, 임의의 범위내의 초음파반사율을 필터링하는 단계(S310);
(c2) 반복연산모듈(120)에서, 상기 범위에서의 초음파반사율을 이용하여 부유사농도 예상값(SSCpdt)을 연산하되, 임의의 범위를 하천의 폭 내에서 변화시켜 부유사농도 예상값(SSCpdt)의 연산을 반복 수행함으로써, 상기 범위 각각에 대한 부유사농도 예상값(SSCpdt)을 연산하는 단계(S320);
(c3) 범위설정모듈(130)에서, 상기 (c2) 단계(S320)에서 연산된 상기 범위에서의 부유사농도 예상값(SSCpdt) 및 상기 실측 부유사농도(SSCmsr) 사이의 상관계수를 연산하며, 상기 상관계수가 최대일 때의 범위를 신뢰범위로 결정하는 단계(S330);
(c4) 정보입력모듈(140)이, 상기 (c3) 단계(S330)에서 결정된 신뢰범위 내의 초음파신호반사율 및 수심에 대한 정보를 상기 초음파신호부(S)로부터 수신하여 입력하는 것이 반복되는 단계(S340);
(c5) 다중회귀분석모듈(150)에서, 상기 (c4) 단계(S340)에서 반복하여 입력된 상기 신뢰구간 내의 초음파신호반사율 및 수심에 대한 정보를 이용하여 다중회귀분석을 수행함으로써, 회귀계수가 결정되는 단계(S350); 및
(c6) 부유사농도 추정모듈(160)에서, 상기 (c5) 단계(S350)에서 결정된 회귀계수를 이용하고,
초음파신호반사율(SCB);
수심(Depth); 및
초음파신호반사율(SCB)과 수심(Depth)의 곱; 을 각각 독립변수로 하여 하천의 부유사농도를 추정하는 단계(S360); 를 포함하는,
하천 부유사농도 추정방법.
As a method of estimating the suspended solid concentration of a river,
An ultrasonic signal unit (S) is provided under the water surface of the river, which generates an ultrasonic signal in the transverse direction, recognizes the reflected signal of the generated ultrasonic signal, and measures the ultrasonic signal reflectance
(c0) confirming the measured suspended solid concentration (SSC msr ) (S300);
(c1) In the ultrasonic signal filtering module 110, information on the ultrasonic signal reflectance is transmitted from the ultrasonic signal unit S, and the ultrasonic reflectance within a certain range is filtered based on the transverse direction, which is the direction in which the ultrasonic signal is generated. A step (S310);
(c2) In the iterative calculation module 120, the estimated suspended solids concentration (SSC pdt ) is calculated using the ultrasonic reflectance in the above range, but by changing an arbitrary range within the width of the river, the estimated suspended solids concentration ( by performing the calculation of the SSC pdt) repeating the step of calculating the sediment concentration estimated value for the respective range (SSC pdt) (S320);
(c3) In the range setting module 130, a correlation coefficient between the estimated suspended solid concentration (SSC pdt ) and the measured suspended solid concentration (SSC msr ) in the range calculated in the (c2) step (S320) Calculating, and determining a range when the correlation coefficient is maximum as a confidence range (S330);
(c4) The information input module 140 receives and inputs information on the ultrasonic signal reflectance and depth within the confidence range determined in step (c3) (S330) from the ultrasonic signal unit (S). S340);
(c5) In the multiple regression analysis module 150, by performing multiple regression analysis using information on the ultrasonic signal reflectance and depth in the confidence interval repeatedly inputted in step (c4) (S340), the regression coefficient Determining step (S350); And
(c6) In the suspended dead concentration estimation module 160, the regression coefficient determined in step (c5) (S350) is used, and
Ultrasonic signal reflectance (SCB);
Depth; And
Product of ultrasonic signal reflectance (SCB) and depth (Depth); Estimating the suspended solids concentration of the river using as independent variables (S360); Containing,
A method of estimating the suspended concentration of rivers.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 초음파신호부(S)는 초음파도플러유속계인,
하천 부유사농도 추정방법.
The method according to any one of claims 1 to 7,
The ultrasonic signal unit S is an ultrasonic Doppler flow meter,
A method of estimating the suspended concentration of rivers.
제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 초음파신호부(S)는 압력센서를 구비하며, 상기 압력센서에 의해 측정된 수압을 이용하여 하천의 수심을 도출하는,
하천 부유사농도 추정방법.
The method according to any one of claims 5 to 7,
The ultrasonic signal unit (S) is provided with a pressure sensor, for deriving the depth of the river using the water pressure measured by the pressure sensor,
A method of estimating the suspended concentration of rivers.
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