KR20220135052A

KR20220135052A - 광전센서를 이용한 강수 측정장치 및 이를 포함한 강수 시스템

Info

Publication number: KR20220135052A
Application number: KR1020210040548A
Authority: KR
Inventors: 신대윤; 안광훈
Original assignee: (주)세종강우; 신대윤; 안광훈
Priority date: 2021-03-29
Filing date: 2021-03-29
Publication date: 2022-10-06
Also published as: KR102531140B1

Abstract

본 발명은 광전센서를 이용한 강수 측정장치 및 이를 포함한 강수 시스템에 관한 것으로 보다 상세하게는, 집수구를 통해 강수를 측정하며, 무게식과 전도식을 같이 사용하는 강수 측정장치에 있어서, 상기 강수 측정장치는, 강수를 모으는 집수구; 상기 집수구의 하부에 위치하며, 낙하되는 강수를 분배받아, 무게에 따라 좌우로 틸팅하는 2개의 티핑 버킷; 상기 티핑 버킷에 부착되어, 상기 낙하되는 강수의 무게를 측정하는 무게센서부; 상기 티핑 버킷의 하부에 위치하여, 틸팅된 강수를 모아받는 전도 용기; 상기 티핑 버킷과 상기 전도 용기에서 낙하되는 강수의 양이 임계치를 넘을 때, 전기적으로 도통하는 전도센서부; 상기 전도 용기로부터 집수된 강수를 배수하기 위해 모아두는 하우징부; 상기 집수구의 하부 일측에 위치하여, 상기 티핑 버킷의 전도를 감지하는 광전센서부;를 포함하고, 상기 무게센서부, 상기 전도센서부, 상기 광전센서부로부터 측정된 강수의 양을 분석하고, 판단하는 제어부을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

광전센서를 이용한 강수 측정장치 및 이를 포함한 강수 시스템{Precipitation measuring device using photoelectric sensor and precipitation system including the same}

본 발명은 광전센서를 이용한 강수 측정장치 및 이를 포함한 강수 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무게식과 전도식을 같이 사용하는 하이브리드 강수 측정장치에 티핑 버킷의 틸팅을 정밀하게 감지할 수 있는 광전센서부를 부가하고, 각 센서들로부터 획득한 데이터를 인공지능을 이용하여 분석하기 위한 광전센서를 이용한 강수 측정장치 및 이를 포함한 강수 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 우량계는 대기 중에 일어나는 기상현상 중 강수현상(비, 눈 등)을 재는 계기로, 보통 지름 20 cm의 원통에 빗물을 받아서 그 깊이를 측정하여 mm 단위로 표시한다.

이렇게 강수량을 측정하는 우량계의 종류는 저수형 원통 우량계, 저수형 자기우량계, 전도형 우량계, 중량형 우량계, 로드 셀(load cell)형 우량계 등 여러 종류가 있으며, 관측원리에 따라 무게에 의한 방법과 부피에 의한 방법으로 분류된다. 부피에 의해 강수량을 측정하는 방법으로는 저수형 원통 우량계, 저수형 자기우량계 등이 있고, 무게에 의해 강수량을 측정하는 방법으로는 전도형 우량계, 중량형 우량계, 로드셀형 우량계 등이 제시되어 있다.

부피에 의해 강수량을 측정하는 장치는 저수형 원통 우량계, 저수형 자기우량계 등이 있는 바, 저수형 자기우량계는 강수량이 수수기를 통하여 저수탱크에 유입되면 탱크 내부에 내장된 부자가 강수량에 따라 부상되면서 부자축에 연결된 기록펜에 의하여 강수량이 자기지에 기록된다.

또한, 강수량이 20 mm가 되면 자동적으로 개수되어 탱크속의 물이 내려가도록 되어있다.

이와 같은 저수형 자기우량계는 저수탱크에 기본적으로 남아있는 물이 강수가 없는 날이 많아지면 증발을 하기 때문에 강수가 시작되기 전에 미리 싸이폰 테스트를 하여야 하며, 20 mm의 강수가 싸이폰시 배수시간이 약 16초가 걸리며 이때의 강수량 관측을 못하게 된다. 또한 저수탱크에 일정한 양의 물이 저장되어 있어 겨울에는 저수탱크의 물이 동결되어 사용하지 못하는 단점이 있다.

한편, 상기와 같은 문제점과 강수의 강도가 증가함에 따라 무게식 강수량계가 제안되었는 바, 무게에 의해 강수량을 측정하는 장치는 전도형 우량계, 중량형 우량계, 로드셀형 우량계 등이 제안되어 있다.

그러나, 무게식 강수량계는 바람에 의한 오류들이 발생되고, 야외에서의 강우감지 부분에서는 적당하지 않는 문제점이 있었다. 즉, 바람이 강한 경우엔 바람에 의해 로드셀에 하중이 가해지는 구조로, 오차가 발생할 수 있는 문제점이 대두되고 있는 실정이다.

대한민국 공개특허공보 제10-2017-0038481호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 무게식과 전도식을 같이 사용하는 하이브리드 강수 측정장치에 티핑 버킷의 틸팅을 정밀하게 감지할 수 있는 광젠센서부를 부가하여, 측정 정확도를 높이고 무게식과 전도식의 혼용에 의한 강수 측정 오류를 방지하기 위한 광전센서를 이용한 강수 측정장치 및 이를 포함한 강수 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 집중호우, 폭우 등 순간적으로 많은 양의 강수량을 측정해야하는 경우, 각 센서들로부터 획득한 데이터를 인공지능을 이용하여 분석함으로서 측정 정확도를 높이고 무게식과 전도식의 혼용에 의한 강수 측정 오류를 방지하기 위한 광전센서를 이용한 강수 측정장치 및 이를 포함한 강수 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 실시예들의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 특징에 따르면, 본 발명은 집수구를 통해 강수를 측정하며, 무게식과 전도식을 같이 사용하는 강수 측정장치에 있어서,

상기 강수 측정장치(1000)는,

강수를 모으는 집수구(100);

상기 집수구(100)의 하부에 위치하며, 낙하되는 강수를 분배받아, 무게에 따라 좌우로 틸팅하는 2개의 티핑 버킷(200);

상기 티핑 버킷(200)에 부착되어, 상기 낙하되는 강수의 무게를 측정하는 무게센서부(300);

상기 티핑 버킷(200)의 하부에 위치하여, 틸팅된 강수를 모아받는 전도 용기(400);

상기 티핑 버킷(200)과 상기 전도 용기(400)에서 낙하되는 강수의 양이 임계치를 넘을 때, 전기적으로 도통하는 전도센서부(500);

상기 전도 용기(400)로부터 집수된 강수를 배수하기 위해 모아두는 하우징부(600);

상기 집수구(100)의 하부 일측에 위치하여, 상기 티핑 버킷(200)의 전도를 감지하는 광전센서부(700);

를 포함하고,

상기 무게센서부(300), 상기 전도센서부(500), 상기 광전센서부(700)로부터 측정된 강수의 양을 분석하고, 판단하는 제어부(800)을 더 포함하는 광전센서를 이용한 강수 측정장치가 제공될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 광전센서부(700)는,

상기 티핑 버킷(200)의 후면에 고정되고, 상기 티핑 버킷(200)의 틸팅에 의해 좌우로 이동되는 수광부(710);

상기 수광부(710)의 외주면 둘레에 일정간격 이격되어 구비되는 센서홀(720);

상기 집수구(100)의 하부 일측에 고정되되, 상기 수광부(710)의 상부 둘레를 감싸도록 구비되고, 상기 수광부(710)를 향해 신호광을 송신하여 상기 센서홀(720)을 투광하였는지 여부를 검출하는 광전센서(730);

를 포함하는 광전센서를 이용한 강수 측정장치가 제공될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 전도센서부(500)는 복수의 전극(501) 및 리미터(502)를 포함하며,

상기 티핑 버킷(200)의 하단과 상기 전도 용기(400)의 상부에 상기 전극(501)이 위치하여, 상기 티핑 버킷(200)이 상기 낙하되는 강수에 따라 틸팅하여 상기 전도 용기(400)로 기울어질 때,

상기 복수의 전극(501)이 도통하여 상기 리미터(502)를 통해 전기적 신호를 제공하는 광전센서를 이용한 강수 측정장치가 제공될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 강수 측정장치(1000)는 상기 무게센서부(300), 상기 전도센서부(500), 상기 광전센서부(700)의 센서 데이터를 외부로 송신하거나 외부로부터 데이터를 수신할 수 있는 통신부(900)를 더 포함하는 광전센서를 이용한 강수 측정장치가 제공될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제어부(800)는 상기 무게센서부(300)의 무게센서 데이터와, 상기 전도센서부(500)의 전도센서 데이터 및, 상기 광전센서부(700)의 광전센서 데이터를 통해, 강수량을 추정하고,

상기 제어부(800)는 상기 하우징부(600)의 집수량을 추정한 뒤,

추정된 강수량과 추정된 집수량을 비교하여, 강수 측정의 정확도를 판단하는 광전센서를 이용한 강수 측정장치가 제공될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 단수 또는 복수의 강수 측정장치(1000)로 부터,

상기 무게센서 데이터, 전도센서 데이터, 상기 광전센서 데이터를 상기 통신부(900)를 통해 전송받는 강수서버(2000)를 더 포함하는 광전센서를 이용한 강수 시스템이 제공될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 강수서버(2000)는 상기 강수 측정장치(1000)의 통신부(900)와 데이터를 송/수신하는 서버통신부(2100);

상기 서버통신부(2100)에서 송/수신된 데이터에 강수 측정 장치(1000)의 식별 정보와 시계열 정보를 부가하는 데이터획득부(2200);

상기 데이터획득부(2200)에서 처리한 데이터를 저장하고 관리하는 데이터베이스부(2400); 및

상기 데이터획득부(2200)로부터 받은 복수의 데이터에 대해, 정해진 신경망 학습방법을 적용하여 학습시키는 신경망부(2300);

상기 신경망부(2300)에서 학습된 학습결과를 통해, 상기 강수 측정장치(1000)의 강수 측정 정확도를 판단하는 판단부(2500)를 포함하는 광전센서를 이용한 강수 시스템이 제공될 수 있다.

본 발명의 광전센서를 이용한 강수 측정장치 및 이를 포함한 강수 시스템에 따르면, 무게식과 전도식을 같이 사용하는 하이브리드 강수 측정장치에 티핑 버킷의 틸팅을 정밀하게 감지할 수 있는 광젠센서부를 부가하여, 측정 정확도를 높이고 무게식과 전도식의 혼용에 의한 강수 측정 오류를 방지하는 효과가 있다.

또한, 집중호우, 폭우 등 순간적으로 많은 양의 강수량을 측정해야하는 경우, 각 센서들로부터 획득한 데이터를 인공지능을 이용하여 분석함으로서 측정 정확도를 높이고 무게식과 전도식의 혼용에 의한 강수 측정 오류를 방지하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광전센서를 이용한 강수 측정장치 및 이를 포함한 강수 시스템을 도시한 개략도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광전센서를 이용한 강수 측정장치를 도시한 정면도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 강수 측정장치의 부분 정면도와, 광전센서부를 확대한 확대도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공지능을 활용한 강수 시스템의 강수서버를 도시한 블록도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공지능을 활용한 강수 측정장치의 전도센서부의 세부구성을 도시한 블록도이다.

이하의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.

오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 혼돈을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광전센서를 이용한 강수 측정장치 및 이를 포함한 강수 시스템을 도시한 개략도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광전센서를 이용한 강수 측정장치를 도시한 정면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 강수 측정장치의 부분 정면도와, 광전센서부를 확대한 확대도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공지능을 활용한 강수 시스템의 강수서버를 도시한 블록도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공지능을 활용한 강수 측정장치의 전도센서부의 세부구성을 도시한 블록도이다.

이하에서는, 본 발명인 인공지능을 활용한 강수 측정장치에 대해 설명하기로 한다.

본 발명은, 집수구를 통해 강수를 측정하며, 무게식과 전도식을 같이 사용하는 강수 측정장치에 관한 것이다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 인공지능을 활용한 강수 측정장치(1000)는 크게, 집수구(100)와, 티핑 버킷(200)과, 무게센서부(300)와, 전도 용기(400)와, 전도센서부(500)와, 하우징부(600)와, 광전센서부(700)와, 제어부(800)를 포함하는 구성이다.

더욱 상세하게는, 상기 강수 측정장치(1000)는, 강수를 모으는 집수구(100)와, 상기 집수구(100)의 하부에 위치하며, 낙하되는 강수를 분배받아, 무게에 따라 좌우로 틸팅하는 2개의 티핑 버킷(200)과, 상기 티핑 버킷(200)에 부착되어, 상기 낙하되는 강수의 무게를 측정하는 무게센서부(300)와, 상기 티핑 버킷(200)의 하부에 위치하여, 틸팅된 강수를 모아받는 전도 용기(400)와, 상기 티핑 버킷(200)과 상기 전도 용기(400)에서 낙하되는 강수의 양이 임계치를 넘을 때, 전기적으로 도통하는 전도센서부(500)와, 상기 전도 용기(400)로부터 집수된 강수를 배수하기 위해 모아두는 하우징부(600)와, 상기 집수구(100)의 하부 일측에 위치하여, 상기 티핑 버킷(200)의 전도를 감지하는 광전센서부(700)를 포함하는 구성이다.

상기 집수구(100)는, 강수를 모으는 구성이다.

이러한, 상기 집수구(100)는 깔데기 형상(정면이 역삼각 형상)으로 제작되어 비가 오게 되면, 상기 집수구(100)를 통해 비를 집수하게 된다.

또한, 상기 집수구(100)의 내주면에는 적어도 하나 이상의 와류홈(110)이 형성되어 집수되는 강수가 상기 집수구(100)의 끝단으로 배수될 경우, 강수가 상기 와류홈(110)을 따라 흐르게 되어 병목현상을 방지할 수 있다.

이를 통해, 집중호우, 폭우 등 순간적으로 많은 양의 강수량을 수용할 수 있어 보다 정확한 강수량을 측정할 수 있는 효과가 있다.

상기 티핑 버킷(200)은, 상기 집수구(100)의 하부에 위치하며, 낙하되는 강수를 분배받아, 무게에 따라 좌우로 틸팅하는 구성이다.

이러한, 상기 티핑 버킷(200)은 복수개 구비될 수 있는데, 본 발명에서는 서로 대칭되도록 2개 즉, 상기 집수구(100)를 기준으로 일측과 타측에 각각 상기 티핑 버킷(200)이 구비될 수 있다.

여기서, 상기 티핑 버킷(200)은 중심축(210)을 기준으로 좌우로 틸팅하며 회전하게되는데, 상기 티핑 버킷(200)은 강수를 전달받은 후, 이하 설명될 전도 용기(400)로 낙하를 위해 각진 깔데기 형상(정면이 역삼각 형상)의 용기를 구비하여 무게중심에 의하여 강수를 낙하하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 중심축(210)의 하부 양측에는 상기 티핑 버킷(200)의 좌우로 일정거리 이상 틸팅되는 것을 방지하기 위한 스토퍼(211)가 각각 설치될 수 있는데, 상기 스토퍼의 끝단이 상기 티핑 버킷(200)의 일측과 타측에 각각 접촉되어 일정거리 이상 틸팅되어 장치가 파손되는 것을 방지할 수 있다.

상기 무게센서부(300)는, 상기 티핑 버킷(200)에 부착되어, 상기 낙하되는 강수의 무게를 측정하는 구성이다.

이러한, 상기 무게센서부(300)는 전도식 강수량계의 구성인 상기 티핑 버킷(200)과 더불어 상기 낙하되는 강수의 무게를 측정하여 무게식 강수량계의 역할을 수행하기 위한 구성이다.

한편, 상기 무게센서부(300)는, 로드셀 등을 이용하여 상기 티핑 버킷(200)으로 낙하되는 강수의 무게를 실시간으로 정밀측정하게 되며, 상기 무게센서부(300)는 특정한 로드셀에만 국한되는 것이 아니라 당업자에 의해 강수가 낙하되는 순간의 온도를 측정할 수 있는 구성은 모두 포함될 수 있다.

상기 전도 용기(400)는, 상기 티핑 버킷(200)의 하부에 위치하여, 틸팅된 강수를 모아받는 구성이다.

이러한, 상기 전도 용기(400)는, 상기 티핑 버킷(200)에 모아진 강수가 틸팅과 중력에 의해 낙하하게 될 경우, 강수의 담수와 동시에 이하 설명될 하우징부(600)로 낙하하기 위한 보조수단으로 활용되는 것이다.

또한, 상기 전도 용기(400)는 상기 티핑 버킷(200)으로 부터 낙하되는 강수를 포집하기 위하여 상기 티핑 버킷(200)의 끝단과 대응되는 위치에 설치되고, 적어도 하나 이상 구비되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 전도 용기(400)의 상부 단면은 상기 티핑 버킷(200)으로 부터 낙하되는 강수가 튀지않도록 포집하기 위하여 외측 끝단에서 내측 끝단으로 일정각도 경사진 형상으로 제작되는 것이 바람직하다.

이때, 상기 전도 용기(400)의 상부 외측 끝단은 내측으로 일정각도 곡률지도록 설치되어 상기 티핑 버킷(200)으로 부터 낙하되는 강수가 외부로 튀지않도록 포집할 수 있다.

또한, 상기 전도 용기(400)의 하부에는 보강을 위한 보강플레이트(410)가 설치되어 낙하되는 강수의 압력에 의해 강수 측정장치(1000)가 파손되는 것을 방지할 수 있다.

이와 더불어, 상기 보강플레이트(410)와 상기 전도 용기(400)의 하부에는 복수의 보강리브(미도시)가 설치되어 보강력을 증진시킬 수 있다.

상기 전도센서부(500)는, 상기 티핑 버킷(200)과 상기 전도 용기(400)에서 낙하되는 강수의 양이 임계치를 넘을 때, 전기적으로 도통하는 구성이다.

더욱 상세하게는, 상기 전도센서부(500)는 복수의 전극(501) 및 리미터(502)를 포함하며, 상기 티핑 버킷(200)의 하단과 상기 전도 용기(400)의 상부에 상기 전극(501)이 위치하여, 상기 티핑 버킷(200)이 상기 낙하되는 강수에 따라 틸팅하여 상기 전도 용기(400)로 기울어질 때, 상기 복수의 전극(501)이 도통하여 상기 리미터(502)를 통해 전기적 신호를 제공하여 관리자에게 알림할 수 있다.

상기 하우징부(600)는, 상기 전도 용기(400)로부터 집수된 강수를 배수하기 위해 모아두는 구성이다.

이러한, 상기 하우징부(600)는 상술된 티핑 버킷(200)과 상기 전도 용기(400)를 통해 낙하되고 측정이 끝난 강수를 포집하게 되는데, 포집된 용량에 따라 강수량을 확인할 수 있다.

또한, 상기 하우징부(600)는 원 통형 또는 각이진 통형 중 어느 하나의 형상으로 제작될 수 있고, 상기 하우징부(600)의 외부면에는 눈금자가 설치되어 외부에서 낙하된 강수의 수위를 실시간으로 확인할 수 있다.

상기 광전센서부(700)는, 상기 집수구(100)의 하부 일측에 위치하여, 상기 티핑 버킷(200)의 전도를 감지하는 구성이다.

이러한, 상기 광전센서부(700)는, 상기 티핑 버킷(200)의 후면에 고정되고, 상기 티핑 버킷(200)의 틸팅에 의해 좌우로 이동되는 수광부(710)와, 상기 수광부(710)의 외주면 둘레에 일정간격 이격되어 구비되는 센서홀(720)과, 상기 집수구(100)의 하부 일측에 고정되되, 상기 수광부(710)의 상부 둘레를 감싸도록 구비되고, 상기 수광부(710)를 향해 신호광을 송신하여 상기 센서홀(720)을 투광하였는지 여부를 검출하는 광전센서(730)를 포함할 수 있다.

상기 수광부(710)는, 반호 형상 또는 부채꼴 형상 등 끝단이 라운드지도록 제작되고, 상기 티핑 버킷(200)의 후면에 고정되어 있으므로 상기 티핑 버킷(200)이 좌우방향으로 틸팅될 경우 상기 수광부(710)도 동시에 틸팅하게 된다.

또한, 상기 수광부(710)의 외주면을 따라 상기 티핑 버킷(200)의 전도 각도 즉, 강수량을 확인하기 위한 복수의 눈금(미도시)이 구비되어 사용자가 육안으로 손쉽게 확인할 수 있다.

상기 센서홀(720)은, 이하 설명될 광전센서(730)에서 발산된 신호광이 통과하게 된다.

이러한, 상기 센서홀(720)은 원형 또는 각형 중 어느 하나의 형상으로 형성될 수 있고, 상기 수광부(710)의 외주면을 따라 적어도 하나 이상 형성될 수 있다.

또한, 상기 센서홀(720)은 상기 수광부(710)의 외주면을 따라 지름이 상이하게 형성될 수 있다.

예를 들어, 상기 센서홀(720)의 지름은 상기 수광부(710)의 외주면의 일측에서 타측으로 갈수록 상기 센서홀(720)의 지름이 커졌다 작아졌다를 반복하도록 형성될 수 있고, 이를 통해, 상기 티핑 버킷(200)의 전도각도를 보조적으로 확인할 수 있다.

상기 광전센서(730)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 집수구(100)의 하부 일측에 고정되되, 상기 수광부(710)의 상부 둘레를 감싸도록 구비 즉, "∩"형상으로 제작되어 상기 수광부(710)의 상부 중앙 전면부와 후면부를 감싸는 형태로 구비될 수 있다.

이러한, 상기 광전센서(730)의 내부 전방측은 송신부(T)가 구비되어 신호광을 송신하게 되고, 상기 광전센서(730)의 내부 하방측은 반사부(R)가 구비되어 앞서 송신된 신호광을 수신 후 상기 송신부(T) 측으로 반사함으로서 반사되는 신호를 검출하게 된다.

이를 통해, 강수에 의해 상기 티핑 버킷(200)이 좌측 또는 우측으로 틸팅하게 되면, 상기 수광부(710)가 틸팅하게 되고, 상기 광전센서(730)의 송신부(T)에서 신호광을 발산하여 상기 반사부(R) 측으로 송신하게 되고, 송신된 신호광은 상기 수광부(710)의 폐쇄된 위치에서는 통과되지 못하다가, 상기 수광부(710)의 틸팅에 따라 상기 센서홀(720)의 위치가 상기 송신부(T)와 대응되도록 위치하게 되면, 신호광이 상기 센서홀(720)을 통과하게 되면, 송신된 신호광이 상기 반사부(R)를 통해 반사되어 다시 송신부(T)로 수신하는 동작을 반복하며 카운트하게 되고, 상기 티핑 버킷(200)의 전도각도를 확인할 수 있는 것이다.

한편, 상기 반사부(R)의 전면에는 반사 코팅부재가 도포되어 상기 송신부(T)에서 송신되는 광을 신속히 반사시켜 상기 송신부(T) 측으로 신속히 수신할 수 있음을 밝혀둔다.

아울러, 상기 강수 측정장치(1000)는, 상기 무게센서부(300), 상기 전도센서부(500), 상기 광전센서부(700)로부터 측정된 강수의 양을 분석하고, 판단하는 제어부(800)를 더 포함할 수 있다.

아울러, 상기 제어부(800)는 상기 무게센서부(300)와 상기 전도센서부(500)의 무게센서 데이터와 전도센서 데이터 및 상기 광전센서부(700)의 광전센서 데이터를 통해, 강수량을 추정하고, 상기 제어부(800)는 상기 하우징부(600)의 집수량을 추정한 뒤, 추정된 강수량과 추정된 집수량을 비교하여, 강수 측정의 정확도를 판단할 수 있다.

즉, 상기 제어부(800)는 상기 무게센서부(300)와 상기 전도센서부(500) 및 상기 광전센서부(700)로 부터 획득한 데이터들을 비교하여 강수량 및 집수량의 정확도를 확인할 수 있는 것이다.

또한, 상기 제어부(800)는 단위시간당 상기 무게센서 데이터와 상기 전도센서 데이터 및 상기 광전센서 데이터를 합산하여 연산한 강수량과, 단위시간당 집수량을 연산하여, 상기 강수량과 상기 집수량의 차이가, 임계 차이 기준값보다 큰 경우, 상기 무게센서부(300) 또는 상기 전도센서부(500) 또는 상기 광전센서부(700)에 고장이 발생한 것으로 추정할 수 있다.

한편, 상기 강수 측정장치(1000)는 상기 무게센서부(300), 상기 전도센서부(500), 상기 광전센서부(700)의 센서 데이터를 외부로 송신하거나 외부로부터 데이터를 수신할 수 있는 통신부(900)를 더 포함할 수 있다.

이러한, 상기 통신부(900)를 통해 상기 무게센서부(300), 상기 전도센서부(500), 상기 광전센서부(700)의 센서 데이터를 외부(예를 들면, 강수서버(2000))로 유무선으로 송신하거나, 외부(예를 들면, 강수서버(2000))로부터 데이터를 유무선으로 수신하게 될 때, 이를 안전하게 보안하기 위해, 유무선 통신에 적합한 암호화를 사용할 수 있다.

더욱 바람직하게는, 상기 암호화는 이러한 임베디드 컴퓨팅 환경에서 적합한 경량 해시 함수(lightweight hash function)를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 경량 해시 함수란, SHA-3와 같은 표준적인 암호화 해시 알고리즘에서 일부 컴퓨팅 파워가 높게 소요되는 특징들을 제외하고도 송신 또는 수신되는 데이터의 무결성을 보장할 수 있도록 설계된 컴퓨팅 파워가 상대적으로 낮게 소모되는 해시 함수(일방향 함수)이다.

보다 구체적으로는, 이러한 경량 해시함수 중에서도 키가 없이(unkeyed) 데이터의 치환(permutation)이 가능하도록 하는 스폰지(Sponge) 알고리즘을 사용하는 것이 바람직하다.

좀더 구체적으로 스폰지는 원본 메시지(여기서는 랜덤키의 원본 데이터)를 일정한 크기로 만든 뒤(padding), 이를 키의 생성자만 알 수 있는 특정한 기준 크기(예를 들어 특정 비트 사이즈로 분할된 원본 메시지)로 복수 개로 분할한 뒤, 복수 개로 분할된 데이터(분할된 원본 메시지)의 후단에 랜덤한 데이터들을 여러 업데이트 함수를 활용하여 교환하고, 반대편에서는 이미 알고 있는 기준 크기를 활용하여 복호화도록 구현된다.

즉, 이러한 경량 해시함수를 활용하여, 해시함수의 보안성을 확보하면서, 일반적인 해시함수의 사용보다 상대적으로 적은 컴퓨팅 파워가 필요하도록 하여 결과적으로 전력소모를 적게하고, 오래 사용하도록 할 수 있는 것이다.

이하에서는, 본 발명인 인공지능을 활용한 강수 시스템에 대해 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공지능을 활용한 강수 시스템의 강수서버를 도시한 블록도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 단수 또는 복수의 강수 측정장치(1000)로 부터, 상기 무게센서 데이터, 전도센서 데이터 및 광전센서 데이터를 상기 통신부(900)를 통해 전송받는 강수서버(2000)를 더 포함한다.

이러한, 상기 강수서버(2000)는 상기 강수 측정장치(1000)의 통신부(900)와 데이터를 송/수신하는 서버통신부(2100)와, 상기 서버통신부(2100)에서 송/수신된 데이터에 강수 측정 장치(1000)의 식별 정보와 시계열 정보를 부가하는 데이터획득부(2200)와, 상기 데이터획득부(2200)에서 처리한 데이터를 저장하고 관리하는 데이터베이스부(2400) 및 상기 데이터획득부(2200)로부터 받은 복수의 데이터에 대해, 정해진 신경망 학습방법을 적용하여 학습시키는 신경망부(2300)와, 상기 신경망부(2300)에서 학습된 학습결과를 통해, 상기 강수 측정장치(1000)의 강수 측정 정확도를 판단하는 판단부(2500)를 포함하는 구성이다.

여기서, 상기 신경망부(2300)는 상기 데이터획득부(2200)로부터 획득한 복수의 데이터를 학습시키되, 각 데이터를 획득한 센서의 종류에 따라, 적합한 신경망을 이용하여 각 센서의 데이터가 노이즈인지 여부를 추정할 수 있다.

특히, 상기 신경망부(2300)는 상기 센서의 종류가 무게센서와 전도센서의 경우에는 비지도 학습모델인 LSTM(Long Short Term Memory)기반 모델을 사용하고, 상기 센서의 종류가 광전센서인 경우에는 생성 학습모델인 GAN, VAE, AnoGAN 중 하나를 사용하거나, SVM을 사용할 수 있다.

즉, 상술된 LSTM(Long Short Term Memory)기반 모델은, 시계열적으로 축적된 데이터의 처리에 적합하고, SVM기반 모델은, 외란과 같은 노이즈의 패턴의 추정에 적합한 알고리즘을 통해 각 데이터를 정밀하게 추정할 수 있다.

한편, 상기 신경망부(2300)는 상술된 세가지 센서 모두에 대해서, 학습모델을 사용할 때, 학습 데이터의 인코딩을 수행하는 어텐션 메커니즘(센서 데이터의 처리에 적합한 기법)을 부가할 수도 있다.

아울러, 상기 판단부(2500)는 상기 신경망부(2300)로부터 학습된 학습모델을 통해, 입력된 센서 데이터의 값이 노이즈인지 여부를 판단하고, 노이즈라고 추정되는 경우는 해당 센서 데이터의 값을 상기 강수량과 집수량의 연산시 포함하지 않도록 구성할 수도 있다.

또한, 상기 판단부(2500)는 상기 학습모델을 통해 추정된 노이즈를 제거하여, 상기 강수량과 상기 집수량의 연산하고, 상기 강수량과 상기 집수량의 단위 시간당 차이가, 임계 차이값보다 큰 경우, 상기 서버통신부(2100)를 통해 상기 강수 측정장치(1000)의 제어부(800)로 상기 무게센서부(300) 또는 상기 전도센서부(500) 또는 상기 광전센서부(700)에 고장이 발생한 것으로 추정된다는 데이터를 전송할 수도 있다.

이를 통해, 상기 판단부(2500)도 학습을 통해 노이즈를 제거한 뒤, 강수량과 집수량의 차이가 큰 경우, 센서 오류라고 추정하여 상기 제어부(800)에 송신하게 된다.

또한, 별도로 구비되는 모바일 디바이스(3000)를 통해 상기 강수서버(2000)로 부터 통신되는 데이터들을 통해 상기 강수 측정장치(1000)의 모니터링과, 고장 추정시 알람기능을 제공할 수 있음을 밝혀둔다.

따라서, 본 발명의 광전센서를 이용한 강수 측정장치 및 이를 포함한 강수 시스템에 따르면, 무게식과 전도식을 같이 사용하는 하이브리드 강수 측정장치에 티핑 버킷의 틸팅을 정밀하게 감지할 수 있는 광젠센서부를 부가하여, 측정 정확도를 높이고 무게식과 전도식의 혼용에 의한 강수 측정 오류를 방지하는 효과가 있다.

본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

100 : 집수구 110 : 와류홈
200 : 티핑 버킷 210 : 중심축
211 : 스토퍼 300 : 무게센서부
400 : 전도 용기 410 : 보강플레이트
500 : 전도센서부 501 : 복수의 전극
502 : 리미터 600 : 하우징부
700 : 광전센서부 701 : 플로터
710 : 수광부 720 : 센서홀
730 : 광전센서 800 : 제어부
900 : 통신부 1000 : 강수 측정장치
2000 : 강수서버 2100 : 서버 통신부
2200 : 데이터획득부 2300 : 신경망부
2400 : 데이터베이스부 2500 : 판단부
3000 : 모바일 디바이스

Claims

집수구를 통해 강수를 측정하며, 무게식과 전도식을 같이 사용하는 강수 측정장치에 있어서,
상기 강수 측정장치(1000)는,
강수를 모으는 집수구(100);
상기 집수구(100)의 하부에 위치하며, 낙하되는 강수를 분배받아, 무게에 따라 좌우로 틸팅하는 2개의 티핑 버킷(200);
상기 티핑 버킷(200)에 부착되어, 상기 낙하되는 강수의 무게를 측정하는 무게센서부(300);
상기 티핑 버킷(200)의 하부에 위치하여, 틸팅된 강수를 모아받는 전도 용기(400);
상기 티핑 버킷(200)과 상기 전도 용기(400)에서 낙하되는 강수의 양이 임계치를 넘을 때, 전기적으로 도통하는 전도센서부(500);
상기 전도 용기(400)로부터 집수된 강수를 배수하기 위해 모아두는 하우징부(600);
상기 집수구(100)의 하부 일측에 위치하여, 상기 티핑 버킷(200)의 전도를 감지하는 광전센서부(700);
를 포함하고,
상기 무게센서부(300), 상기 전도센서부(500), 상기 광전센서부(700)로부터 측정된 강수의 양을 분석하고, 판단하는 제어부(800)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광전센서를 이용한 강수 측정장치.
청구항 1에 있어서,
상기 광전센서부(700)는,
상기 티핑 버킷(200)의 후면에 고정되고, 상기 티핑 버킷(200)의 틸팅에 의해 좌우로 이동되는 수광부(710);
상기 수광부(710)의 외주면 둘레에 일정간격 이격되어 구비되는 센서홀(720);
상기 집수구(100)의 하부 일측에 고정되되, 상기 수광부(710)의 상부 둘레를 감싸도록 구비되고, 상기 수광부(710)를 향해 신호광을 송신하여 상기 센서홀(720)을 투광하였는지 여부를 검출하는 광전센서(730);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전센서를 이용한 강수 측정장치.
청구항 1에 있어서,
상기 전도센서부(500)는 복수의 전극(501) 및 리미터(502)를 포함하며,
상기 티핑 버킷(200)의 하단과 상기 전도 용기(400)의 상부에 상기 전극(501)이 위치하여, 상기 티핑 버킷(200)이 상기 낙하되는 강수에 따라 틸팅하여 상기 전도 용기(400)로 기울어질 때,
상기 복수의 전극(501)이 도통하여 상기 리미터(502)를 통해 전기적 신호를 제공하는 것을 특징으로 하는 광전센서를 이용한 강수 측정장치.
청구항 1에 있어서,
상기 강수 측정장치(1000)는 상기 무게센서부(300), 상기 전도센서부(500), 상기 광전센서부(700)의 센서 데이터를 외부로 송신하거나 외부로부터 데이터를 수신할 수 있는 통신부(900)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광전센서를 이용한 강수 측정장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제어부(800)는 상기 무게센서부(300)의 무게센서 데이터와, 상기 전도센서부(500)의 전도센서 데이터 및 상기 광전센서부(700)의 광전센서 데이터를 통해 강수량을 추정하고,
상기 제어부(800)는 상기 하우징부(600)의 집수량을 추정한 뒤,
추정된 강수량과 추정된 집수량을 비교하여, 강수 측정의 정확도를 판단하는 것을 특징으로 하는 광전센서를 이용한 강수 측정장치.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항으로 구성되는 단수 또는 복수의 강수 측정장치(1000)로 부터,
상기 무게센서 데이터, 전도센서 데이터, 광전센서 데이터를 상기 통신부(900)를 통해 전송받는 강수서버(2000)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광전센서를 이용한 강수 시스템.
청구항 6에 있어서,
상기 강수서버(2000)는 상기 강수 측정장치(1000)의 통신부(900)와 데이터를 송/수신하는 서버통신부(2100);
상기 서버통신부(2100)에서 송/수신된 데이터에 강수 측정 장치(1000)의 식별 정보와 시계열 정보를 부가하는 데이터획득부(2200);
상기 데이터획득부(2200)에서 처리한 데이터를 저장하고 관리하는 데이터베이스부(2400); 및
상기 데이터획득부(2200)로부터 받은 복수의 데이터에 대해, 정해진 신경망 학습방법을 적용하여 학습시키는 신경망부(2300);
상기 신경망부(2300)에서 학습된 학습결과를 통해, 상기 강수 측정장치(1000)의 강수 측정 정확도를 판단하는 판단부(2500)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전센서를 이용한 강수 시스템.