WO2014081171A1 - 풍하중 산정 장치 및 방법 - Google Patents

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WO2014081171A1
WO2014081171A1 PCT/KR2013/010499 KR2013010499W WO2014081171A1 WO 2014081171 A1 WO2014081171 A1 WO 2014081171A1 KR 2013010499 W KR2013010499 W KR 2013010499W WO 2014081171 A1 WO2014081171 A1 WO 2014081171A1
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calculating
points
point
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PCT/KR2013/010499
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최세휴
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경북대학교 산학협력단
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05B2270/32—Wind speeds
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and method for calculating wind loads as a result of a research project for industry-academic cooperation university (LINC) that was supported by the Ministry of Education.
  • LINC industry-academic cooperation university
  • Wind is one of the items to consider when designing structures. Wind characteristics, such as wind speed or wind direction, are heavily influenced by the surrounding topography and can have a significant impact on the safety of the structure if the wind speed is accelerated by the surrounding topography. To take into account the loads the wind exerts on the structure, the wind load is calculated in the design of the structure.
  • the parameters used for the calculation of the wind load are determined according to the surface roughness indicating the roughness of the ground surface.
  • surface roughness was determined according to the subjective judgment of the designer, and thus there was a problem that the parameters could not be objectively and reasonably calculated.
  • an object of the present invention is to provide a wind load calculation device and method that can calculate the appropriate wind load by more objectively and reasonably calculating the parameters used in the wind load calculation.
  • Wind load calculation apparatus for collecting the height information of a plurality of points in the area; A frequency distribution calculator for calculating a frequency distribution for the heights of the plurality of points; And a parameter calculator for assigning a surface roughness to the rank of the frequency distribution and applying a weight based on the frequency distribution to a parameter set for each surface roughness to calculate wind load, and calculating a parameter of the area. can do.
  • the information collecting unit When the point is located in the building, the height of the building may be calculated as the height information of the point, and if the point is located on the ground or the water, the height information of the point may be calculated as zero.
  • the plurality of points may be evenly distributed within the area.
  • the plurality of points may correspond one-to-one to buildings in the area.
  • the parameter calculator may allocate the surface roughness according to the magnitude of the rank.
  • the parameter may include at least one of a wind speed altitude distribution coefficient, a terrain coefficient, a turbulence intensity, a wind speed altitude distribution index, a reference longitude wind height, and an atmospheric boundary layer start height.
  • the parameter calculator may calculate a relative frequency of each class and add a value calculated by multiplying the relative frequency by a parameter set for each surface roughness.
  • the information collecting unit comprises: a sample point information collecting unit collecting height information of a plurality of sample points in the area; And a target point information obtaining unit obtaining height information of a plurality of target points in the area by using the height information of the sample point.
  • the target point information acquisition unit generates a digital elevation model (DEM) by using the collected height information of the sample point, generates a plurality of target points corresponding to the grid of the digital elevation model,
  • the height value of the grid may be calculated as the height information of the target point corresponding to the grid.
  • the target point information acquisition unit may generate a plurality of target points in the area and calculate height information of the target point by using interpolation based on the collected height information of the sample points.
  • the information collecting unit collects elevation information of a plurality of points in the area and total height information in which the building height is reflected in the elevation, and the wind load calculating device calculates the ground surface height of the ground surface height of the area based on the elevation information.
  • the frequency distribution calculator may calculate a frequency distribution for a difference value between the total height calculated for each point and the ground surface height.
  • the information collection unit If the point is located in the building, add the height of the building to the elevation of the ground to calculate the total height of the point, if the point is located on the ground or the surface, the elevation of the ground or water surface It can be calculated from the overall height of the point.
  • the ground surface height calculating unit may calculate the minimum value or the frequency of elevation of the plurality of points as the ground surface height.
  • the ground surface height calculation unit calculates a frequency distribution for the elevation of the plurality of points, the rank value of the rank having the greatest frequency in the frequency distribution; An average value of elevations belonging to the largest rank in the frequency distribution; A rank value of the lowest rank in the frequency distribution; Alternatively, the average value of the elevation belonging to the lowest rank in the frequency distribution; may be calculated as the ground surface height.
  • the information collecting unit further collects position information of a plurality of points in the area, and the ground surface height calculating unit calculates a regression equation using regression analysis based on the position information and the elevation information, and the position in the regression equation. Substituting the information, we can calculate the surface height for each point.
  • the ground surface height calculator may set the position information as an independent variable and set the elevation information as a dependent variable to calculate the regression equation.
  • the ground surface height calculator may calculate the regression equation based on location information and elevation information of some of the plurality of points.
  • the ground surface height calculation unit calculates a frequency distribution for the elevation of the plurality of points, selects a point having an elevation belonging to the largest or lowest rank in the frequency distribution, and the position information of the selected point and
  • the regression equation may be calculated based on elevation information.
  • a wind load estimation method is a method for calculating wind load by using a wind load calculation apparatus including an information collector, a frequency distribution calculator, and a parameter calculator, wherein the information collector is configured to determine a plurality of points in an area. Collecting height information; Calculating a frequency distribution for the height of the plurality of points by the frequency distribution calculator; Allocating the surface roughness to the rank of the frequency distribution by the frequency distribution calculator; And calculating, by the parameter calculating unit, a parameter of the area by applying a weight based on the frequency distribution to a parameter set for each surface roughness to calculate a wind load.
  • Wind load calculation method is implemented as a computer-executable program, can be recorded on a computer-readable recording medium.
  • the parameter used in the wind load calculation it is possible to prevent the parameter used in the wind load calculation from being inappropriately determined by the surface roughness subjectively determined by the designer.
  • the parameter and the corresponding wind load can be objectively and reasonably calculated based on the objective information of the area considered when calculating the wind load.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating an example wind load calculation apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 2 and 3 are exemplary diagrams illustrating a plurality of points within an area for collecting height information and an area to be considered when calculating wind loads according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is an exemplary diagram illustrating a process of calculating height information of a plurality of points in an area according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a frequency distribution diagram illustrating a frequency distribution of heights of a plurality of points in an area calculated according to an embodiment of the present invention.
  • 6 is a table exemplarily showing parameters set for each surface roughness according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a block diagram illustrating an example wind load calculation apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is an exemplary diagram illustrating a plan view of an area considered in calculating wind loads and a building included in the area according to another embodiment of the present invention.
  • FIG 9 is an exemplary view showing the center of the building included in the area according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is an exemplary diagram showing a node obtained from an outline of a building included in an area according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is an exemplary diagram illustrating a process of calculating height information of a plurality of sample points in an area according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a block diagram exemplarily illustrating an apparatus for calculating wind loads according to still another embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is an exemplary diagram for describing a process of obtaining elevation information and overall height information of a plurality of points according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is an exemplary graph in which the elevations of multiple points in an area are arranged in order according to another embodiment of the invention.
  • 15 is an exemplary frequency distribution diagram illustrating frequency distributions for elevations of multiple points in an area in accordance with another embodiment of the present invention.
  • 16 is an exemplary diagram for describing a process of acquiring location information of a plurality of points according to another embodiment of the present invention.
  • 17 is an exemplary diagram illustrating a process of calculating a regression equation based on location information and elevation information of a point according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 is an exemplary diagram illustrating a process of calculating a ground surface height for each point using a regression equation according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 19 is a flowchart illustrating a wind load calculation method according to an embodiment of the present invention.
  • the terms ' ⁇ ', ' ⁇ ', ' ⁇ block', ' ⁇ module', etc. used throughout the present specification may mean a unit for processing at least one function or operation.
  • it can mean a hardware component such as software, FPGA, or ASIC.
  • ' ⁇ ', ' ⁇ ', ' ⁇ block', ' ⁇ module', etc. are not limited to software or hardware.
  • ' ⁇ ', ' ⁇ ', ' ⁇ ', ' ⁇ ' May be configured to reside in an addressable storage medium or may be configured to play one or more processors.
  • ' ⁇ ', ' ⁇ ', ' ⁇ block', ' ⁇ module' are components such as software components, object-oriented software components, class components, and task components. And processes, functions, properties, procedures, subroutines, segments of program code, drivers, firmware, microcode, circuits, data, databases, data structures, tables, arrays, and Contains variables
  • the components and the functions provided within ' ⁇ ', ' ⁇ ', ' ⁇ ', ' ⁇ ', ',' ⁇ Module 'or may be further separated into additional components and' ⁇ part ',' ⁇ group ',' ⁇ block ',' ⁇ module '.
  • the frequency distribution may be calculated by collecting height information of a plurality of points within an area to be considered when calculating the wind load.
  • the parameter for the area may be calculated by applying a weight to a parameter set for each surface roughness based on the frequency distribution.
  • the wind load for the region may be calculated using the calculated parameter.
  • structure refers to a building, a work piece, a building, a window, an outdoor advertisement, a bridge, and the like, and means any object placed in a space and subjected to a wind load.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a wind load calculation apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the wind load calculating device 100 may include a height information collecting unit 110, a frequency distribution calculating unit 120, and a parameter calculating unit 130.
  • the height information collecting unit 110 may collect height information of a plurality of points in the area.
  • the area is an area to be considered when calculating the wind load, and may be an area located around the structure.
  • FIGS. 2 and 3 are exemplary diagrams illustrating an area to be considered when calculating wind loads and a plurality of points where height information is collected within the area according to an embodiment of the present invention.
  • the region 20 may have a fan shape divided by the wind-up side line about the structure 21.
  • the central angle ⁇ of the fan may be 45 °, but may be smaller or larger than that depending on the embodiment.
  • the radii d of the fan shape may have a smaller value of 40 times and 3 km of the reference height H of the structure 21.
  • the region 20 may be circular having a radius d, and the shape of the region is not limited thereto and may have a polygon or any shape.
  • the information collecting unit 110 may collect height information of a plurality of points (points indicated by x in FIGS. 2 and 3) in the area 20.
  • the plurality of points may be uniformly distributed in the region 20.
  • the plurality of points may be unevenly distributed within the region 20.
  • the information collecting unit 110 may collect the height information of the plurality of points from the digital map of the area 20.
  • the data related to the electronic map may be stored in a storage unit included in the surface roughness calculation apparatus 100.
  • the information collecting unit 110 may retrieve data on the electronic map from the storage and collect height information of a plurality of points in the area 20.
  • the data related to the electronic map may be stored in a server or an external storage device connected to the surface roughness calculating device and a network.
  • the information collecting unit 110 may retrieve data on the electronic map from the server or an external storage device through a network or a data interface and collect height information of a plurality of points in the area 20.
  • the information collecting unit 110 uses the at least one of ground surveying, GPS surveying, aerial surveying, radar surveying, and LiDAR surveying to determine the area 20.
  • the height information of the plurality of points may be collected from the surveyed data.
  • a plurality of points in the area 20 may correspond to a building located in the area.
  • the plurality of points in the area 20 may correspond one-to-one to the building in the area.
  • the information collecting unit 110 may calculate the height of the building as the height information of the point.
  • some of the plurality of points in the area 20 may correspond to the ground or the surface where the building is not located.
  • the information collecting unit 110 may calculate the height of the point as zero.
  • the information collecting unit 110 may extract a building, an elevation point, and a reference point from the electronic map of the area.
  • the nodes may be generated one-to-one corresponding to the nodes generated by extracting the nodes from the center or the outline of the building from the extracted buildings and the elevation and reference points located on the ground.
  • the height of the point located in the building can be calculated as the height of the building, the height of the point located on the ground can be calculated as zero.
  • the height of the building may be calculated by multiplying the number of ground floors of the building by a predetermined height to calculate height information of a corresponding point.
  • the height multiplied by the ground floor number of the building may be 3 meters, but is not limited thereto and may be set higher or lower than 3 meters.
  • the information collecting unit 110 filters from 3D point data collected using at least one of ground surveying, GPS surveying, aerial surveying, radar surveying and rider surveying for the area.
  • the building and ground data can be extracted, and one-to-one points corresponding to the extracted building and ground data are generated, the height of the point located in the building is calculated as the height of the building, and the height of the point located on the ground can be calculated as 0. have.
  • FIG. 4 is an exemplary diagram illustrating a process of calculating height information of a plurality of points in the area 20 according to an embodiment of the present invention.
  • the information collecting unit 110 may collect ground floor number information of the building.
  • the ground floor number of the building located at point 1 is four.
  • the information collecting unit 110 may calculate the height information of the corresponding point by multiplying the number of ground floors of the building by a predetermined height (for example, 3 meters).
  • the height of the point 1 shown in FIG. 4 may be calculated as 12 meters.
  • the height of point 2 can be calculated as 18 meters and the height of point 3 can be estimated as zero.
  • the frequency distribution calculator 120 may calculate the frequency distribution for the heights of the plurality of points. For example, the frequency distribution calculator 120 may divide the height of the plurality of points into a plurality of ranks, and then calculate the frequency distribution of the series by calculating the frequency of the points belonging to each rank.
  • the number of ranks may correspond to the number of grades of surface roughness.
  • the frequency distribution calculator 120 may calculate a frequency distribution in which the heights of the plurality of points are seriesed into four ranks.
  • FIG. 5 is an example of a frequency distribution diagram illustrating a frequency distribution of heights of a plurality of points calculated according to an embodiment of the present invention.
  • the height information of a plurality of points collected from the area 20 may be divided into four ranks, and the frequency distribution diagram shown represents the frequency of the points belonging to each rank on the vertical axis.
  • the parameter calculator 130 may assign the surface roughness to the rank of the frequency distribution. According to an embodiment, the parameter calculator 130 may allocate the surface roughness according to the magnitude of the rank.
  • the parameter calculator 130 assigns the surface roughness A with the largest roughness to class 4, which is the class with the highest height, and to class 3, the next highest class. Allocate surface roughness B with the second-largest roughness, then assign surface roughness C with the third-highest roughness for class 2, the next-highest, and roughness for class 1, the lowest-highest. Can assign the lowest surface roughness D.
  • the parameter calculator 130 may calculate a parameter of the area 20 by applying a weight based on the frequency distribution to a parameter set for each surface roughness.
  • the parameter may be a parameter in which a value is set differently for each surface roughness among parameters used for wind load calculation.
  • the parameters include wind speed altitude distribution coefficient (K zr ), topographic coefficient (K zt ), turbulence intensity (I z ), wind speed altitude distribution index ( ⁇ ), reference hardness wind height (Z g ), and atmospheric boundary layer starting height. It may include at least one of (Z b ).
  • the parameter calculator 130 calculates a relative frequency of each class constituting the frequency distribution, and multiplies the relative frequency by the value of a parameter set for each surface roughness, thereby adding up a calculated value.
  • the parameter value for the area may be calculated.
  • FIG. 6 is a table exemplarily illustrating values of parameters set for each surface roughness according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the wind speed altitude distribution coefficient (K zr ), the topography coefficient (K zt ), the turbulence intensity (I z ), the wind speed altitude distribution index ( ⁇ ), the reference hardness wind height (Z g ), and atmospheric boundary layer start The height Z b may be set to a different value for each surface roughness.
  • the parameter calculator 130 first calculates the relative frequency of each class of the frequency distribution. For example, referring to the frequency distribution diagram shown in FIG. 5, the parameter calculator 130 may calculate the relative frequency of each class as follows:
  • the parameter calculator 130 may calculate the parameter value of the area 20 by multiplying the relative frequency by the value of the parameter set for each surface roughness and summing the values obtained therefrom.
  • the starting height Z b can be calculated as follows:
  • the above-described height information collecting unit 110, the frequency distribution calculating unit 120, and the parameter calculating unit 130 may be configured as a processor, for example, a CPU, which executes a program for calculating wind load to perform wind load calculation.
  • the program for calculating the wind load may be stored in a storage unit such as a memory, and the wind load calculation apparatus 100 may load and execute the program from the storage unit.
  • FIG. 7 is a block diagram illustrating an exemplary wind load calculation apparatus 100 according to another embodiment of the present invention.
  • the information collecting unit 110 may include a sample point information collecting unit 111 and a target point information obtaining unit 112.
  • the sample point information collecting unit 111 may collect height information of a plurality of sample points in the area 20.
  • the target point information acquisition unit 112 may obtain height information of a plurality of target points in the area 20 by using the height information of the sample point.
  • the sample point height information collecting unit 111 may extract a building from an electronic map of the area 20 and allocate a sample point to the extracted building.
  • the sample point height information collecting unit 111 may extract at least one of an elevation point and a reference point from the electronic map of the area 20, and may assign at least one of the extracted elevation point and the reference point as a sample point.
  • FIG. 8 is an exemplary diagram illustrating a plan view of an area considered in calculating wind loads and a building included in the area according to another embodiment of the present invention.
  • the sample point height information collecting unit 111 extracts an object corresponding to the building 201 from an electronic map of the area 20, and extracts an elevation point 202 located on the ground or the surface of the water. Can be. According to an exemplary embodiment, the sample point height information collecting unit 111 may extract a reference point of the electronic map instead of the elevation point 202 or extract both the elevation point and the reference point.
  • the sample point height information collecting unit 111 may assign a sample point to the extracted building, elevation, and reference point. According to an embodiment of the present invention, the sample point height information collecting unit 111 may allocate a sample point to the center of the extracted building.
  • FIG. 9 is an exemplary diagram illustrating the center of a building 201 included in an area 20 in accordance with one embodiment of the present invention.
  • the sample point height information collecting unit 111 may allocate a sample point to the center 2011 of the building 201 extracted from the electronic map of the area 20.
  • the sample point height information collecting unit 111 may extract a node from the outline of the extracted building, and assign the extracted node as a sample point.
  • FIG 10 is an exemplary diagram showing nodes obtained from the outline of the building 201 included in the area 20 in accordance with one embodiment of the present invention.
  • the sample point height information collecting unit 111 extracts a node 2012 from an outline of a building 201 extracted from an electronic map of the area 20, and samples the extracted node. Can be assigned to a point.
  • the node 2012 may correspond to a corner of a polygon formed as an outline of the building 201.
  • the sample point height information collecting unit 111 extracts the building 201 and the elevation point 202 from the electronic map of the area 20, and applies the sample point to the extracted building 201 and the elevation point 202.
  • the sample point may be assigned to a node 2011 obtained from the center 2011 of the building 201 or an outline of the building 201, and may be assigned to both the center and the node of the building, depending on the embodiment.
  • the sample point height information collecting unit 111 may calculate the height of the corresponding building as the height of the sample point.
  • the sample point height information collecting unit 111 collects the ground floor number information of the building 201 in which the sample point is located, and multiplies the number of ground floors of the collected building by a predetermined height to height of the corresponding building. Can be calculated.
  • the height multiplied by the ground floor number may be 3 meters, but is not limited thereto and may be lower or higher than 3 meters.
  • the sample point height information collecting unit 111 may calculate the height of the sample point as zero.
  • the sample point when the sample point is located on the ground or the surface of the water, such as land, rivers, lakes, and seas, which are not buildings, the height of the sample point may be calculated as zero.
  • FIG. 11 is an exemplary diagram illustrating a process of calculating height information of a plurality of sample points in an area 20 according to an embodiment of the present invention.
  • the sample point height information collecting unit 111 may collect ground floor number information of the corresponding building. .
  • the ground floor number of the building in which sample point 1 is located is four.
  • the sample point height information collecting unit 111 may calculate the height information of the sample point by multiplying the number of ground floors of the building by a predetermined height (for example, 3 meters). In this case, the height of the sample point 1 shown in FIG. 11 may be calculated as 12 meters. Likewise, the height of sample point 2 can be calculated to be 18 meters.
  • the sample point height information collecting unit 111 calculates the height of the sample point as 0. can do.
  • the sample point height information collecting unit 111 may collect the height information of the sample point using the electronic map of the area 20.
  • the height information of the sample point may be collected using survey data obtained by surveying the area 20 using at least one of a ground survey, a GPS survey, an aerial survey, a radar survey, and a rider survey.
  • the sample point height information collecting unit 111 may collect three-dimensional points collected using at least one of ground surveying, GPS surveying, aerial surveying, radar surveying, and rider surveying with respect to the area 20. Filtering may be performed on the data to extract building and ground data, and sample points corresponding to the extracted building and ground data may be generated. The sample point height information collecting unit 111 may calculate the height of the sample point located in the building as the height of the building, and calculate the height of the sample point located on the ground or the water as 0.
  • the target point height information acquisition unit 112 may obtain height information of a plurality of target points in an area using the height information of the sample point.
  • the target point is a point that is considered in order to calculate a parameter used for calculating the wind load of the area, and according to an embodiment of the present invention, the parameter may be calculated based on height information of the target point.
  • the target point height information obtaining unit 112 may generate a digital elevation model (DEM) using the collected height information of the sampled points. Then, a plurality of target points corresponding to the grid of the numerical elevation model may be generated, and the height value of the grid of the numerical elevation model DEM may be calculated as the height information of the target point corresponding to the grid.
  • DEM digital elevation model
  • the target point height information obtaining unit 112 may allocate a point in the grid of the numerical elevation model as a target point.
  • the target point height information acquisition unit 112 may allocate the center of the grid of the numerical elevation model as a target point.
  • the target point height information obtaining unit 112 generates a plurality of target points in the region (eg, see FIG. 2), and interpolates based on the height information of the collected sample points.
  • the height information of the target point may be calculated using.
  • the target point height information acquisition unit 112 may use linear interpolation, nonlinear interpolation, or natural neighbor interpolation to calculate the height information of the target point, but the interpolation method used is not limited thereto.
  • FIG. 12 is a block diagram exemplarily illustrating a wind load calculating device 100 according to another embodiment of the present invention.
  • the information collecting unit 110 may collect elevation information of a plurality of points in the area 20 and overall height information in which the height of the building is reflected in the elevation.
  • the wind load calculating device 100 may further include a ground surface height calculator 140 for calculating a ground surface height of the area 20 based on the elevation information.
  • the frequency distribution calculator 120 may calculate a frequency distribution for the difference between the total height calculated for each point and the ground surface height.
  • the information acquisition unit 110 may calculate the total height of the point by adding the height of the building to the elevation of the ground. In addition, when the point is located on the ground or the water surface, the information acquisition unit 110 may calculate the elevation of the ground or the water surface as the total height of the corresponding point.
  • FIG. 13 is an exemplary diagram for describing a process of obtaining elevation information and overall height information of a plurality of points according to an embodiment of the present invention.
  • the total height of the point 1 is 17 m, which is the height of the building, which is calculated by multiplying the elevation of the ground by 5 m and the ground floor of the building by 3 m. Can be estimated.
  • the total height of the point 2 can be calculated as 20 m, which is the height of 11 m, the elevation of the ground, and 3 m above the 3rd floor of the building. .
  • the total height of the point 3 may be calculated as 2 m, which is the elevation of the ground.
  • the ground surface height calculator 140 may calculate the ground surface height of the area 20 based on the elevation information of the plurality of points.
  • the ground surface height calculating unit 140 may calculate the minimum value or the most frequent elevation of the elevation of the plurality of points as the ground surface height.
  • FIG 14 is an exemplary graph in which the elevations of multiple points in the area 20 are arranged in order in accordance with one embodiment of the present invention.
  • the minimum value among the elevations of the multiple points collected from the area 20 is 2 m and the mode is 8 m.
  • the ground surface height calculator 140 may calculate 2 m corresponding to the minimum value among the elevations of the plurality of points as the ground surface height of the region 20.
  • the ground surface height calculator 140 may calculate an 8 m corresponding to the most frequent number among the elevations of a plurality of points as the ground surface height of the region 20.
  • the ground surface height calculation unit 140 calculates a frequency distribution for the elevation of a plurality of points, and classifies the rank value of the largest degree in the frequency distribution in the area 20. It can be calculated from the surface height.
  • FIG. 15 is an exemplary frequency distribution diagram illustrating frequency distributions for elevations of multiple points in region 20 in accordance with one embodiment of the present invention.
  • the ground level calculator 140 calculates the class value 4.5 m of the class 1, which is the largest class, in the frequency distribution of the elevations of a plurality of points as the surface height of the region 20. can do.
  • the ground surface height calculator 140 may calculate the average value of the elevation belonging to the rank having the greatest frequency in the frequency distribution as the ground surface height of the region 20.
  • the ground surface height calculating unit 140 may calculate the average value of the elevations belonging to class 1, which is the largest class, to determine the ground surface height of the region 20.
  • the ground surface height calculator 140 may calculate the rank value of the lowest rank in the frequency distribution as the ground surface height of the region 20. According to an exemplary embodiment, the ground level calculator 140 may calculate the average value of the elevation belonging to the lowest rank in the frequency distribution as the ground surface height of the region 20.
  • the average value may be an arithmetic mean value, an geometric mean value, or a geometric mean value of the elevation, and in some embodiments, the average value may be a weighted average value of applying the frequency of the elevation to the elevation.
  • the size of the rank is set to 9 m, but the size of the rank is not limited thereto and may be set smaller or larger than 9 m.
  • the sizes of the ranks are set to be the same, but according to an embodiment, the sizes of the ranks constituting the frequency distribution may be set differently.
  • the frequency distribution calculator 120 may calculate a difference value between the total height and the ground surface height for each of a plurality of points, and calculate the frequency distribution with respect to the difference value.
  • the information collecting unit 110 may further collect location information of a plurality of points in the area 20.
  • the ground height calculator 140 calculates a regression equation using regression analysis based on the positional information and the elevation information of the point, and substitutes the positional information of the point in the regression equation to increase the ground surface height for each point. Can be calculated.
  • the location information of the point may include absolute coordinates composed of latitude and longitude data of the point, but may also include relative coordinates based on an arbitrary point according to an embodiment.
  • the location information of the point may be collected from an electronic map of the area 20, and may be collected from data obtained by surveying the area 20 according to an exemplary embodiment.
  • 16 is an exemplary diagram for describing a process of acquiring position information of a plurality of points X according to another embodiment of the present invention.
  • the positions of the plurality of points X may be represented by two-dimensional rectangular coordinates having the center 21 of the region 20 as the origin.
  • the coordinates (x, y) of the plurality of points (X) may be determined according to the distance and direction from the origin.
  • the origin of the coordinate system is set to the center 21 of the region 20, but the position of the origin is not limited thereto and may be set to any point located inside or outside the region 20.
  • the ground surface height calculator 140 may calculate a regression equation using regression analysis based on location information and elevation information of a point.
  • the ground surface height calculator 140 may calculate a regression equation based on location information and elevation information of some points among a plurality of points. In other words, the ground surface height calculator 140 may perform regression analysis on only a part of the plurality of points.
  • the ground surface height calculator 140 may calculate a regression equation based on location information and elevation information of a point corresponding to a predetermined number or ratio among the plurality of points.
  • the ground surface height calculator 140 may select a point to be used for regression analysis from the plurality of points using the frequency distribution.
  • the ground surface height calculating unit 140 calculates a frequency distribution for the elevation of the plurality of points, selects a point having an elevation belonging to the largest class in the frequency distribution, and selects the selected point.
  • the regression equation can be calculated based on the location information and elevation information of.
  • the ground level calculator 140 may select a point having an elevation belonging to the lowest rank in the frequency distribution, and calculate a regression equation based on the location information and the elevation information of the selected point. have.
  • the ground surface height calculating unit 140 may set the position information of the point as an independent variable and calculate the regression equation by setting the elevation information of the point as a dependent variable.
  • 17 is an exemplary diagram illustrating a process of calculating a regression equation based on location information and elevation information of a point according to another embodiment of the present invention.
  • the ground surface height calculator 140 regresses the position and elevation information (x, y, z) of the points P 1 to P 6 .
  • the following regression equation can be calculated:
  • the regression equation may be an equation representing the plane 30 shown in FIG. 17.
  • the ground surface height calculation unit 140 has the following error e i A to minimize the sum of squares of 0 , a One , a 2 We can calculate:
  • the ground surface height calculation unit 140 is S r Unknown to a 0 , a One , a 2
  • S r Unknown to a 0 , a One , a 2
  • the ground surface height calculator 140 sets the position information (x, y) of the points P 1 to P 6 as independent variables and sets the elevation information z as a dependent variable to calculate a regression equation. can do.
  • the calculated regression equation can be used to estimate the ground surface height for each of a plurality of points as described below.
  • the ground surface height calculating unit 140 may calculate the ground surface height for each of the plurality of points by substituting the position information (x, y) of the points in the regression equation.
  • FIG. 18 is an exemplary diagram illustrating a process of calculating a ground surface height for each point using a regression equation according to another embodiment of the present invention.
  • the regression equation calculated based on the position and elevation information of some points may be regarded as representing the ground surface of the area 20, and thus the ground surface height calculator 140 may be applied to the regression equation.
  • the ground surface height calculator 140 may be applied to the regression equation.
  • the surface height z for each point can be calculated. Since an embodiment of the present invention regards the plane 30 represented by the regression equation to correspond to the ground surface of the area 20, the position information (x, y) of each point P 1 to P 6 is regressed.
  • the height z obtained by substituting the equation may correspond to the surface height at each point.
  • the height of the ground surface of each point is calculated using a regression equation representing the plane 30, but according to the embodiment, the height of the ground surface of each point is calculated by calculating a regression equation representing the curved surface instead of the plane. You can also calculate
  • FIG. 19 is a flowchart illustrating a wind load calculation method according to an embodiment of the present invention.
  • the parameter for the area may be calculated by applying a weight to a parameter set for each surface roughness, based on the frequency distribution of the heights of the plurality of points in the area.
  • the wind load calculation method may be executed by the wind load calculation apparatus 100 according to the embodiment of the present invention described above.
  • the design wind speed estimation method 200 may include collecting height information of a plurality of points in the area (S210) and calculating a frequency distribution for the heights of the plurality of points ( S220), allocating surface roughness to the rank of the frequency distribution (S230), and calculating a parameter for the region by applying a weight based on the frequency distribution to a parameter set for each surface roughness (S240). It may include.
  • the collecting step S210 may include collecting the height information from an electronic map including information about the area 20.
  • the data on the electronic map is stored in a storage unit provided in the wind load calculation device 100, or stored in an external storage device connected to the wind load calculation device 100, or the wind load calculation device according to an embodiment of the present invention. 100 may be stored in a server connected through a network.
  • a plurality of points in the area 20 may correspond to a building located in the area.
  • the height of the building may be calculated as height information of the point.
  • some of the plurality of points in the area 20 may correspond to the ground or the surface where the building is not located.
  • the height of the point in the collecting step S210, when a point in the area 20 is located on the ground or the water, the height of the point may be calculated as zero.
  • the collecting step (S210) is a step of extracting a building, an elevation point and a reference point from the electronic map of the area, a node generated by extracting a node from the center or the outline of the building from the extracted building And generating a one-to-one corresponding point with respect to the elevation point and the reference point located on the ground, and calculating the height of the point located on the building as the height of the building, and calculating the height of the point located on the ground as zero.
  • the height of the building may be calculated by multiplying a predetermined height by the number of ground floors of the building.
  • the height multiplied by the ground floor number of the building may be 3 meters, but is not limited thereto and may be set higher or lower than 3 meters.
  • the collecting step (S210) is filtering from the three-dimensional point data collected using at least one of ground survey, GPS survey, aerial survey, radar survey and rider survey for the area Extracting building and ground data, generating a one-to-one point corresponding to the extracted building and ground data, calculating the height of the point located in the building as the height of the building, and calculating the height of the point on the ground as 0. It may include the step.
  • Computing the frequency distribution (S220) is a step of calculating the frequency distribution for the height of the plurality of points. For example, in the calculating of the frequency distribution (S220), the heights of the plurality of points may be divided into a plurality of ranks, and then the frequency of the points belonging to each rank may be calculated to calculate a frequency distribution.
  • the number of ranks may correspond to the number of grades of surface roughness.
  • calculating the frequency distribution (S220) may include calculating a frequency distribution in which the heights of the plurality of points are seriesed into four ranks. .
  • the step of allocating the surface roughness may include allocating the surface roughness according to the magnitude of the rank.
  • the surface roughness having a larger roughness may be assigned as the magnitude of the rank is larger.
  • the wind speed altitude distribution coefficient (K zr ), the topography coefficient (K zt ), the turbulence intensity (I z ), the wind speed altitude distribution index ( ⁇ ), and the reference Parameters such as hardness wind height (Z g ) and atmospheric boundary layer starting height (Z b ) have different values for each surface roughness.
  • the surface roughness is assigned to each class of the frequency distribution, and the parameter values set for each surface roughness are multiplied by the relative degrees of each class by weight and summed to obtain a final parameter of the area 20. Can be calculated.
  • the step of collecting the height information of the point (S210) is a step of collecting the height information of a plurality of sample points in the area 20, and using the height information of the sample point
  • the method may include obtaining height information of a plurality of target points in the area 20.
  • the obtaining of the height information of the target point may include generating a numerical elevation model using the collected height information of the sample point, and generating a plurality of target points corresponding to the grid of the numerical elevation model. And calculating height values of grids of the digital elevation model as height information of target points corresponding to the grids.
  • the obtaining of the height information of the target point may include generating a plurality of target points in the area 20 and using the interpolation method based on the collected height information of the sample points. Calculating information.
  • the step of collecting the height information of the point (S210), to collect the elevation information of the plurality of points in the area 20, and the overall height information reflecting the height of the building in the elevation It may include a step.
  • the wind load calculation method 200 may further include calculating a ground surface height of the region 20 based on the elevation information.
  • the calculating of the frequency distribution (S220) may include calculating a frequency distribution of a difference value between the total height calculated for each point and the ground surface height.
  • the height of the building can be calculated by adding the height of the building to the elevation of the ground.
  • the elevation of the ground or the surface may be calculated as the total height of the corresponding point.
  • the calculating of the ground surface height may include calculating the minimum value or the most frequent number of the elevations of the plurality of points as the ground surface height.
  • the calculating of the ground surface height may include calculating a frequency distribution of elevations of a plurality of points, a rank value of a rank having the greatest frequency in the frequency distribution, and a rank having the greatest frequency in the frequency distribution. An average value of elevations belonging, a rank value of the lowest rank in the frequency distribution, or an average value of elevations belonging to the lowest rank in the frequency distribution may be calculated as the surface height.
  • the step of collecting the height information of the point (S210), may further include the step of collecting the position information of a plurality of points in the area (20).
  • the calculating of the ground surface height may include calculating a regression equation using regression analysis based on the position information and the elevation information, and substituting the position information of the point into the regression equation for the ground surface for each point. Calculating a height.
  • the position information (x, y) may be set as an independent variable of the regression equation, and the elevation information (z) may be set as a dependent variable.
  • the calculating of the regression equation may include calculating a regression equation based on location information and elevation information of some of the plurality of points.
  • the calculating of the regression equation may include calculating a frequency distribution of elevations of the plurality of points, and selecting a point having an elevation belonging to the highest or lowest rank in the frequency distribution. And calculating a regression equation based on the location information and the elevation information of the selected point.
  • the wind load calculation method 200 may be manufactured as a program to be executed in a computer and stored in a computer-readable recording medium.
  • the computer readable recording medium includes all kinds of storage devices in which data that can be read by a computer system is stored. Examples of computer-readable recording media include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage device, and the like.
  • the frequency distribution for the height of a plurality of points in the area to be considered when calculating the wind load is calculated, and the parameter for the area is calculated by applying a weight to a parameter value set for each surface roughness based on the frequency distribution.
  • the wind load estimating apparatus and method for estimating the wind load for the region using the parameters thus described have been described.
  • the wind load estimating apparatus and method instead of using a uniformly set parameter value for each surface roughness, it is possible to calculate a parameter value and wind load suitable for a corresponding region based on objective information of the region.
  • the wind load is inappropriately calculated by the surface roughness of the area determined by the designer's subjective judgment, thereby preventing the safety and economics of the structure from being lowered.

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Abstract

본 발명은 풍하중 산정 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 풍하중 산정 장치는, 영역 내 다수의 지점의 높이 정보를 수집하는 정보 수집부; 상기 다수의 지점의 높이에 대한 도수분포를 산출하는 도수분포 산출부; 및 상기 도수분포의 계급에 지표면 조도를 할당하고, 풍하중을 산정하기 위해 상기 지표면 조도마다 설정된 파라미터에 상기 도수분포를 기반으로 한 가중치를 적용하여, 상기 영역의 파라미터를 산출하는 파라미터 산출부;를 포함할 수 있다.

Description

풍하중 산정 장치 및 방법
본 발명은 교육부의 재원으로 지원을 받아 수행된 산학협력 선도대학(LINC) 육성사업의 연구결과로서 풍하중 산정 장치 및 방법에 관한 것이다.
구조물 설계에 있어서 바람은 반드시 고려해야 할 항목 중 하나이다. 풍속 또는 풍향과 같은 바람의 특성은 주변 지형의 영향을 많이 받으며, 풍속이 주변 지형에 의해 빨라지는 경우 구조물의 안전에 큰 영향을 미칠 수 있다. 바람이 구조물에 가하는 하중을 고려하기 위해, 구조물의 설계 시 풍하중을 계산한다.
풍하중을 산정하는 과정에서, 지표면의 거칠기를 나타내는 지표면 조도에 따라 풍하중의 계산에 사용되는 파라미터들이 결정된다. 종래에는 이러한 지표면 조도가 설계자의 주관적인 판단에 따라 결정되었으며, 그로 인해 상기 파라미터들이 객관적이고 합리적으로 산정되지 못하는 문제가 있었다.
본 발명의 일 실시예는, 풍하중 계산에 사용되는 파라미터를 보다 객관적이고 합리적으로 산출하여 적절한 풍하중을 계산할 수 있는 풍하중 산정 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 풍하중 산정 장치는, 영역 내 다수의 지점의 높이 정보를 수집하는 정보 수집부; 상기 다수의 지점의 높이에 대한 도수분포를 산출하는 도수분포 산출부; 및 상기 도수분포의 계급에 지표면 조도를 할당하고, 풍하중을 산정하기 위해 상기 지표면 조도마다 설정된 파라미터에 상기 도수분포를 기반으로 한 가중치를 적용하여, 상기 영역의 파라미터를 산출하는 파라미터 산출부;를 포함할 수 있다.
상기 정보 수집부는: 상기 지점이 건축물에 위치하는 경우, 건축물의 높이를 지점의 높이 정보로 산정하고, 상기 지점이 지면 또는 수면에 위치하는 경우, 지점의 높이 정보를 0으로 산정할 수 있다.
상기 다수의 지점은 상기 영역 내에 균일하게 분포할 수 있다.
상기 다수의 지점은 상기 영역 내 건축물에 일대일 대응할 수 있다.
상기 파라미터 산출부는: 상기 계급의 크기에 따라 상기 지표면 조도를 할당할 수 있다.
상기 파라미터는 풍속고도분포계수, 지형계수, 난류강도, 풍속고도분포지수, 기준경도풍높이 및 대기경계층시작높이 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 파라미터 산출부는: 각 계급의 상대도수를 계산하고, 상기 지표면 조도마다 설정된 파라미터에 상기 상대도수를 곱하여 산출된 값을 합산할 수 있다.
상기 정보 수집부는: 상기 영역 내 다수의 샘플 지점의 높이 정보를 수집하는 샘플 지점 정보 수집부; 및 상기 샘플 지점의 높이 정보를 이용하여 상기 영역 내 다수의 타겟 지점의 높이 정보를 획득하는 타겟 지점 정보 획득부;를 포함할 수 있다.
상기 타겟 지점 정보 획득부는: 상기 수집된 샘플 지점의 높이 정보를 이용하여 수치표고모델(DEM)을 생성하고, 상기 수치표고모델의 격자에 대응하는 다수의 타겟 지점을 생성하고, 상기 수치표고모델의 격자의 높이 값을 상기 격자에 대응하는 타겟 지점의 높이 정보로 산정할 수 있다.
상기 타겟 지점 정보 획득부는: 상기 영역 내에 다수의 타겟 지점을 생성하고, 상기 수집된 샘플 지점의 높이 정보를 기반으로 보간법을 이용하여 상기 타겟 지점의 높이 정보를 산정할 수 있다.
상기 정보 수집부는 상기 영역 내 다수의 지점의 표고 정보, 및 표고에 건축물 높이가 반영된 전체 높이 정보를 수집하고, 상기 풍하중 산정 장치는 상기 표고 정보를 기반으로 상기 영역의 지표면 높이를 산출하는 지표면 높이 산출부를 더 포함하고, 상기 도수분포 산출부는 각 지점에 대하여 계산된 전체 높이와 상기 지표면 높이 간의 차이값에 대한 도수분포를 산출할 수 있다.
상기 정보 수집부는: 상기 지점이 건축물에 위치하는 경우, 지면의 표고에 건축물의 높이를 합산하여 해당 지점의 전체 높이로 산정하고, 상기 지점이 지면 또는 수면에 위치하는 경우, 지면 또는 수면의 표고를 해당 지점의 전체 높이로 산정할 수 있다.
상기 지표면 높이 산출부는 상기 다수의 지점의 표고의 최소값 또는 최빈수를 상기 지표면 높이로 산출할 수 있다.
상기 지표면 높이 산출부는: 상기 다수의 지점의 표고에 대한 도수분포를 산출하고, 상기 도수분포에서 도수가 가장 큰 계급의 계급값; 상기 도수분포에서 도수가 가장 큰 계급에 속하는 표고의 평균값; 상기 도수분포에서 가장 낮은 계급의 계급값; 또는 상기 도수분포에서 가장 낮은 계급에 속하는 표고의 평균값;을 상기 지표면 높이로 산출할 수 있다.
상기 정보 수집부는 상기 영역 내 다수의 지점의 위치 정보를 더 수집하고, 상기 지표면 높이 산출부는 상기 위치 정보 및 상기 표고 정보를 기반으로 회귀분석을 이용하여 회귀방정식을 산출하고, 상기 회귀방정식에 상기 위치 정보를 대입하여 각 지점에 대한 지표면 높이를 산출할 수 있다.
상기 지표면 높이 산출부는: 상기 위치 정보를 독립변수로 설정하고, 상기 표고 정보를 종속변수로 설정하여, 상기 회귀방정식을 산출할 수 있다.
상기 지표면 높이 산출부는: 상기 다수의 지점 중에서 일부 지점의 위치 정보 및 표고 정보를 기반으로 상기 회귀방정식을 산출할 수 있다.
상기 지표면 높이 산출부는: 상기 다수의 지점의 표고에 대한 도수분포를 산출하고, 상기 도수분포에서 도수가 가장 큰 계급 또는 가장 낮은 계급에 속하는 표고를 갖는 지점을 선택하고, 상기 선택된 지점의 위치 정보 및 표고 정보를 기반으로 상기 회귀방정식을 산출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 풍하중 산정 방법은, 정보 수집부, 도수분포 산출부 및 파라미터 산출부를 포함하는 풍하중 산정 장치를 이용하여 풍하중을 산정하는 방법으로서, 상기 정보 수집부가 영역 내 다수의 지점의 높이 정보를 수집하는 단계; 상기 도수분포 산출부가 상기 다수의 지점의 높이에 대한 도수분포를 산출하는 단계; 상기 도수분포 산출부가 상기 도수분포의 계급에 지표면 조도를 할당하는 단계; 및 상기 파라미터 산출부가 풍하중을 산정하기 위해 상기 지표면 조도마다 설정된 파라미터에 상기 도수분포를 기반으로 한 가중치를 적용하여 상기 영역의 파라미터를 산출하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 풍하중 산정 방법은, 컴퓨터로 실행될 수 있는 프로그램으로 구현되어, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 설계자가 주관적으로 판단한 지표면 조도에 의해 풍하중 계산에 사용되는 파라미터가 부적절하게 결정되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 풍하중 산정 시 고려되는 영역의 객관적인 정보를 바탕으로 상기 파라미터 및 그에 따른 풍하중을 객관적이고 합리적으로 산정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍하중 산정 장치를 예시적으로 나타내는 블록도다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 풍하중 산정 시 고려하는 영역 및 높이 정보를 수집하는 영역 내 다수의 지점을 나타내는 예시적인 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 영역 내 다수의 지점의 높이 정보를 산출하는 과정을 설명하는 예시적인 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 산출된 영역 내 다수의 지점의 높이에 대한 도수분포를 나타내는 도수분포도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 지표면 조도마다 설정된 파라미터들을 예시적으로 나타내는 표이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 풍하중 산정 장치를 예시적으로 나타내는 블록도다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따라 풍하중 산정 시 고려하는 영역 및 상기 영역에 포함된 건축물의 평면모습을 나타내는 예시적인 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따라 영역에 포함된 건축물의 중심을 나타내는 예시적인 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따라 영역에 포함된 건축물의 외곽선으로부터 획득된 절점을 나타내는 예시적인 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따라 영역 내 다수의 샘플 지점의 높이 정보를 산출하는 과정을 설명하는 예시적인 도면이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 풍하중 산정 장치를 예시적으로 나타내는 블록도다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 다수의 지점의 표고 정보 및 전체 높이 정보를 획득하는 과정을 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 영역 내 다수의 지점의 표고를 순서대로 늘어놓은 예시적인 그래프다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 영역 내 다수의 지점의 표고에 대한 도수분포를 나타내는 예시적인 도수분포도다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 다수의 지점의 위치 정보를 획득하는 과정을 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 지점의 위치 정보 및 표고 정보를 기반으로 회귀방정식을 산출하는 과정을 설명하는 예시적인 도면이다.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 회귀방정식을 이용하여 각 지점에 대한 지표면 높이를 산출하는 과정을 설명하는 예시적인 도면이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍하중 산정 방법을 설명하는 흐름도다.
본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술 되는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적인 사전들에 의해 정의된 용어들은 관련된 기술 그리고/혹은 본 출원의 본문에 의미하는 것과 동일한 의미를 갖는 것으로 해석될 수 있고, 그리고 여기서 명확하게 정의된 표현이 아니더라도 개념화되거나 혹은 과도하게 형식적으로 해석되지 않을 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다' 및/또는 이 동사의 다양한 활용형들 예를 들어, '포함', '포함하는', '포함하고', '포함하며' 등은 언급된 조성, 성분, 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 조성, 성분, 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 본 명세서에서 '및/또는' 이라는 용어는 나열된 구성들 각각 또는 이들의 다양한 조합을 가리킨다.
한편, 본 명세서 전체에서 사용되는 '~부', '~기', '~블록', '~모듈' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미할 수 있다. 예를 들어 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미할 수 있다. 그렇지만 '~부', '~기', '~블록', '~모듈' 등이 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부', '~기', '~블록', '~모듈'은 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다.
따라서, 일 예로서 '~부', '~기', '~블록', '~모듈'은 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부', '~기', '~블록', '~모듈'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부', '~기', '~블록', '~모듈'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부', '~기', '~블록', '~모듈'들로 더 분리될 수 있다.
이하, 본 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 풍하중 산정 장치 및 방법은, 풍하중 산정 시 고려하는 영역 내 다수의 지점의 높이 정보를 수집하여 도수분포를 산출할 수 있다. 그리고, 상기 도수분포를 기반으로 지표면 조도마다 설정된 파라미터에 가중치를 적용하여 상기 영역에 대한 파라미터를 산출할 수 있다. 그리고, 산출된 파라미터를 이용하여 상기 영역에 대한 풍하중을 산정할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "구조물"은 건축물, 공작물, 구축물, 창호, 옥외광고물, 교량 등을 포괄하는 용어로서, 공간 상에 배치되어 바람에 의한 하중을 받는 모든 물건을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍하중 산정 장치를 나타내는 블록도다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 풍하중 산정 장치(100)는 높이 정보 수집부(110), 도수분포 산출부(120) 및 파라미터 산출부(130)를 포함할 수 있다.
상기 높이 정보 수집부(110)는, 영역 내 다수의 지점의 높이 정보를 수집할 수 있다. 여기서, 상기 영역은 풍하중을 산정할 때 고려하는 영역으로서, 구조물의 주변에 위치한 영역일 수 있다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 풍하중 산정 시 고려하는 영역 및 상기 영역 내에서 높이 정보가 수집되는 다수의 지점을 나타내는 예시적인 도면이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 영역(20)은 구조물(21)을 중심으로 풍상측 라인에 의해 반분되는 부채꼴 형상을 가질 수 있다. 상기 부채꼴의 중심각 θ은 45°일 수 있으나, 실시예에 따라 그보다 작거나 큰 각도를 가질 수 있다. 상기 부채꼴의 반지름 d는 구조물(21)의 기준높이 H의 40배와 3 km 중 작은 값을 가질 수 있다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 달리, 상기 영역(20)은 반지름이 d인 원형일 수도 있으며, 상기 영역의 형상은 이에 제한되지 않고 다각형이나 임의의 형상을 가질 수도 있다.
상기 정보 수집부(110)는 상기 영역(20) 내 다수의 지점(도 2 및 도 3에서 x로 표시된 지점)의 높이 정보를 수집할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 다수의 지점은 상기 영역(20) 내에서 균일하게 분포할 수 있다. 그러나, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 다수의 지점은 상기 영역 (20) 내에서 불균일하게 분포할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 정보 수집부(110)는 상기 영역(20)의 전자지도(digital map)로부터 상기 다수의 지점의 높이 정보를 수집할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 전자지도에 관한 데이터는 상기 지표면 조도 산정 장치(100)에 포함된 저장부에 저장되어 있을 수 있다. 이 경우, 상기 정보 수집부(110)는 상기 저장부로부터 상기 전자지도에 관한 데이터를 불러와 영역(20) 내 다수의 지점의 높이 정보를 수집할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 상기 전자지도에 관한 데이터는 상기 지표면 조도 산정 장치와 네트워크 등을 통해 연결된 서버 또는 외부 저장장치에 저장되어 있을 수 있다. 이 경우, 상기 정보 수집부(110)는 네트워크 또는 데이터 인터페이스를 통해 상기 서버 또는 외부 저장장치로부터 상기 전자지도에 관한 데이터를 불러와 영역(20) 내 다수의 지점의 높이 정보를 수집할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 정보 수집부(110)는 지상측량, GPS 측량, 항공사진측량, 레이더(radar) 측량 및 라이더(LiDAR) 측량 중 적어도 하나를 사용하여 상기 영역(20)을 측량한 데이터로부터 상기 다수의 지점의 높이 정보를 수집할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 영역(20) 내 다수의 지점은 상기 영역 내에 위치하는 건축물에 대응할 수도 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 영역(20) 내 다수의 지점은 상기 영역 내 건축물에 일대일 대응할 수도 있다. 상기 정보 수집부(110)는 영역(20) 내 일 지점이 건축물에 위치하는 경우, 건축물의 높이를 지점의 높이 정보로 산정할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 상기 영역(20) 내 다수의 지점 중 일부는 건축물이 위치하지 않은 지면 또는 수면에 대응할 수도 있다. 상기 정보 수집부(110)는, 영역(20) 내 일 지점이 지면 또는 수면에 위치하는 경우, 해당 지점의 높이를 0으로 산정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 정보 수집부(110)는 상기 영역의 전자지도에서 건축물과 표고점 및 기준점을 추출할 수 있다. 그리고, 추출된 건축물로부터 건축물의 중심 또는 외곽선에서 절점을 추출하여 생성된 절점과 지면에 위치한 표고점 및 기준점에 대하여 일대일 대응하는 지점을 생성할 수 있다. 그리고, 건축물에 위치한 지점의 높이는 건축물의 높이로 산정하고, 지면에 위치한 지점의 높이는 0으로 산정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 건축물의 높이는 상기 건축물의 지상층수에 기 설정된 높이를 곱하여 해당 지점의 높이 정보를 산출할 수 있다. 상기 건축물의 지상층수에 곱해지는 높이는 3 미터일 수 있으나, 이에 제한되지 않고 3 미터보다 높거나 낮게 설정될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 정보 수집부(110)는 상기 영역에 대한 지상측량, GPS 측량, 항공사진측량, 레이더 측량 및 라이더 측량 중 적어도 하나를 사용하여 수집한 3차원 점 데이터로부터 필터링을 실시하여 건축물과 지면 데이터를 추출하고, 추출된 건축물과 지면 데이터에 일대일 대응하는 지점을 생성하여, 건축물에 위치한 지점의 높이는 건축물의 높이로 산정하고, 지면에 위치한 지점의 높이는 0으로 산정할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 영역(20) 내 다수의 지점의 높이 정보를 산출하는 과정을 설명하는 예시적인 도면이다.
도 4를 참조하면, 영역(20) 내 다수의 지점 중 지점 1에 건축물이 위치하는 경우, 상기 정보 수집부(110)는 건축물의 지상층수 정보를 수집할 수 있다. 도 4에서 지점 1에 위치하는 건축물의 지상층수는 4이다. 상기 정보 수집부(110)는 상기 건축물의 지상층수에 기 설정된 높이(예컨대, 3 미터)를 곱하여 해당 지점의 높이 정보를 산출할 수 있다. 이 경우, 도 4에 도시된 지점 1의 높이는 12 미터로 산출될 수 있다. 마찬가지로, 지점 2의 높이는 18 미터로 산출될 수 있고, 지점 3의 높이는 0으로 산정할 수 있다.
상기 도수분포 산출부(120)는 상기 다수의 지점의 높이에 대한 도수분포를 산출할 수 있다. 예를 들어, 상기 도수분포 산출부(120)는 상기 다수의 지점의 높이를 다수의 계급으로 구분한 뒤, 각 계급에 속하는 지점의 도수를 계산하여 계열화한 도수분포를 산출할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 계급의 개수는 지표면 조도의 등급의 개수와 일치할 수 있다. 예를 들어, 지표면 조도가 4 개의 등급으로 구분되어 있으면, 상기 도수분포 산출부(120)는 상기 다수의 지점의 높이를 4 개의 계급으로 계열화한 도수분포를 산출할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 산출된 다수의 지점의 높이에 대한 도수분포를 나타내는 도수분포도의 일 예다.
도 5에 도시된 바와 같이, 영역(20)으로부터 수집된 다수의 지점의 높이 정보는 네 개의 계급으로 구분될 수 있으며, 도시된 도수분포도는 각 계급에 속하는 지점들의 도수를 세로축에 나타낸다.
상기 파라미터 산출부(130)는, 상기 도수분포의 계급에 지표면 조도를 할당할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 파라미터 산출부(130)는 상기 계급의 크기에 따라 지표면 조도를 할당할 수 있다.
예를 들어, 도 5를 참조하면, 상기 파라미터 산출부(130)는 높이가 가장 큰 계급인 계급 4에 대해 거칠기가 가장 큰 지표면 조도 A를 할당하고, 그 다음으로 높이가 큰 계급인 계급 3에 대해 거칠기가 두 번째로 큰 지표면 조도 B를 할당하고, 그 다음으로 높이가 큰 계급인 계급 2에 대해 거칠기가 세 번째로 큰 지표면 조도 C를 할당하고, 높이가 가장 낮은 계급인 계급 1에 대해 거칠기가 가장 낮은 지표면 조도 D를 할당할 수 있다.
상기 파라미터 산출부(130)는 지표면 조도마다 설정된 파라미터에 상기 도수분포를 기반으로 한 가중치를 적용하여 상기 영역(20)의 파라미터를 산출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 파라미터는 풍하중 계산에 사용되는 파라미터 중에서 지표면 조도마다 값이 상이하게 설정되는 파라미터일 수 있다. 예를 들어, 상기 파라미터는 풍속고도분포계수(Kzr), 지형계수(Kzt), 난류강도(Iz), 풍속고도분포지수(α), 기준경도풍높이(Zg) 및 대기경계층시작높이(Zb) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 파라미터 산출부(130)는 도수분포를 구성하는 각 계급의 상대도수를 계산하고, 상기 지표면 조도마다 설정된 파라미터의 값에 상기 상대도수를 곱하여 산출된 값을 합산함으로써, 상기 영역에 대한 파라미터 값을 산출할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 지표면 조도마다 설정된 파라미터들의 값을 예시적으로 나타내는 표다.
도 6에 도시된 바와 같이, 풍속고도분포계수(Kzr), 지형계수(Kzt), 난류강도(Iz), 풍속고도분포지수(α), 기준경도풍높이(Zg) 및 대기경계층시작높이(Zb)는 각 지표면 조도마다 서로 다른 값으로 설정될 수 있다.
상기 영역(20)에 대한 파라미터 값을 구하기 위해, 상기 파라미터 산출부(130)는 먼저 도수분포의 각 계급의 상대도수를 계산한다. 예를 들어, 도 5에 도시된 도수분포도를 참조하면, 상기 파라미터 산출부(130)는 다음과 같이 각 계급의 상대도수를 계산할 수 있다:
계급 1: 상대도수 1 = 7 / 30 ≒ 0.23
계급 2: 상대도수 2 = 9 / 30 = 0.3
계급 3: 상대도수 3 = 10 / 30 ≒ 0.33
계급 4: 상대도수 4 = 4 / 30 ≒ 0. 13
그러고 나서, 상기 파라미터 산출부(130)는 상기 지표면 조도마다 설정된 파라미터의 값에 상기 상대도수를 곱하고, 그로부터 얻은 값을 합산하여 상기 영역(20)의 파라미터 값을 계산할 수 있다. 예를 들어, 영역(20)의 풍속고도분포계수(Kzr), 지형계수(Kzt), 난류강도(Iz), 풍속고도분포지수(α), 기준경도풍높이(Zg) 및 대기경계층시작높이(Zb)는 다음과 같이 계산될 수 있다:
Kzr = 0.58 × 0.13 + 0.81 × 0.33 + 1.0 × 0.3 + 1.13 × 0.23 = 0.9026
Kzt = 1.28 × 0.13 + 1.20 × 0.33 + 1.17 × 0.3 + 1.13 × 0.23 = 1.1733
Iz = 0.23 × 0.13 + 0.22 × 0.33 + 0.19 × 0.3 + 0.15 × 0.23 = 0.1940
α = 0.33 × 0.13 + 0.22 × 0.33 + 0.15 × 0.3 + 0.10 × 0.23 = 0.1835
Zg = 500 × 0.13 + 400 × 0.33 + 300 × 0.3 + 250 × 0.23 = 344.5
Zb = 20 × 0.13 + 15 × 0.33 + 10 × 0.3 + 5 × 0.23 = 11.7
전술한 높이 정보 수집부(110), 도수분포 산정부(120) 및 파라미터 산출부(130)는 풍하중을 산정하기 위한 프로그램을 실행하여 풍하중 산정 작업을 수행하는 프로세서, 예컨대 CPU로 구성될 수 있다. 또한, 상기 풍하중을 산정하기 위한 프로그램은 메모리와 같은 저장부에 저장되어 있을 수 있고, 상기 풍하중 산정 장치(100)는 상기 저장부로부터 상기 프로그램을 불러와 실행할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 풍하중 산정 장치(100)를 예시적으로 나타내는 블록도다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 정보 수집부(110)는 샘플 지점 정보 수집부(111) 및 타겟 지점 정보 획득부(112)를 포함할 수 있다. 상기 샘플 지점 정보 수집부(111)는 영역(20) 내 다수의 샘플 지점의 높이 정보를 수집할 수 있다. 상기 타겟 지점 정보 획득부(112)는 상기 샘플 지점의 높이 정보를 이용하여 상기 영역(20) 내 다수의 타겟 지점의 높이 정보를 획득할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 샘플 지점 높이 정보 수집부(111)는, 영역(20)의 전자지도에서 건축물을 추출하고, 상기 추출된 건축물에 샘플 지점을 할당할 수 있다. 또한, 상기 샘플 지점 높이 정보 수집부(111)는, 영역(20)의 전자지도에서 표고점 및 기준점 중 적어도 하나를 추출하고, 상기 추출된 표고점 및 기준점 중 적어도 하나를 샘플 지점으로 할당할 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따라 풍하중 산정 시 고려하는 영역 및 상기 영역에 포함된 건축물의 평면모습을 나타내는 예시적인 도면이다.
도 8을 참조하면, 상기 샘플 지점 높이 정보 수집부(111)는 영역(20)의 전자지도로부터 건축물(201)에 해당하는 오브젝트를 추출하고, 지면 또는 수면에 위치하는 표고점(202)을 추출할 수 있다. 실시예에 따라, 상기 샘플 지점 높이 정보 수집부(111)는 표고점(202) 대신 전자지도의 기준점을 추출하거나, 표고점과 기준점 둘 모두를 추출할 수도 있다.
그러고 나서, 상기 샘플 지점 높이 정보 수집부(111)는 상기 추출된 건축물, 표고점, 기준점에 샘플 지점을 할당할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 샘플 지점 높이 정보 수집부(111)는 상기 추출된 건축물의 중심에 샘플 지점을 할당할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 영역(20)에 포함된 건축물(201)의 중심을 나타내는 예시적인 도면이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 상기 샘플 지점 높이 정보 수집부(111)는 상기 영역(20)의 전자지도로부터 추출된 건축물(201)의 중심(2011)에 샘플 지점을 할당할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 샘플 지점 높이 정보 수집부(111)는 상기 추출된 건축물의 외곽선으로부터 절점을 추출하고, 추출된 절점을 샘플 지점으로 할당할 수도 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라 영역(20)에 포함된 건축물(201)의 외곽선으로부터 획득된 절점을 나타내는 예시적인 도면이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 상기 샘플 지점 높이 정보 수집부(111)는 상기 영역(20)의 전자지도로부터 추출된 건축물(201)의 외곽선에서 절점(2012)을 추출하고, 추출된 절점을 샘플 지점으로 할당할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 절점(2012)은 건축물(201)의 외곽선으로 구성되는 다각형의 코너에 해당할 수 있다.
이와 같이, 상기 샘플 지점 높이 정보 수집부(111)는 영역(20)의 전자지도로부터 건축물(201) 및 표고점(202)을 추출하고, 추출된 건축물(201) 및 표고점(202)에 샘플 지점을 할당할 수 있다. 상기 샘플 지점은 건축물(201)의 중심(2011) 또는 건축물(201)의 외곽선으로부터 획득된 절점(2012)에 할당될 수 있으며, 실시예에 따라 건축물의 중심과 절점 둘 모두에 할당될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 샘플 지점 높이 정보 수집부(111)는 상기 샘플 지점이 건축물(201)에 위치하는 경우, 해당 건축물의 높이를 샘플 지점의 높이로 산정할 수 있다. 이 실시예에서, 상기 샘플 지점 높이 정보 수집부(111)는 상기 샘플 지점이 위치하는 건축물(201)의 지상층수 정보를 수집하고, 수집된 건축물의 지상층수에 기설정된 높이를 곱하여 해당 건축물의 높이를 산출할 수 있다. 상기 지상층수에 곱해지는 높이는 3 미터일 수 있으나, 이에 제한되지 않고 3 미터보다 낮거나 높을 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 샘플 지점 높이 정보 수집부(111)는 상기 샘플 지점이 지면 또는 수면에 위치하는 경우, 해당 샘플 지점의 높이를 0으로 산정할 수 있다. 다시 말해, 샘플 지점이 건축물이 아닌 땅, 하천, 호수, 바다와 같이 지면이나 수면에 위치하는 경우에는, 상기 샘플 지점의 높이는 0으로 산정될 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라 영역(20) 내 다수의 샘플 지점의 높이 정보를 산출하는 과정을 설명하는 예시적인 도면이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 영역(20) 내 다수의 샘플 지점 중에서 샘플 지점 1이 건축물에 위치하는 경우, 상기 샘플 지점 높이 정보 수집부(111)는 해당 건축물의 지상층수 정보를 수집할 수 있다. 도 5에서 샘플 지점 1이 위치하는 건축물의 지상층수는 4이다. 상기 샘플 지점 높이 정보 수집부(111)는 상기 건축물의 지상층수에 기설정된 높이(예컨대, 3 미터)를 곱하여 해당 샘플 지점의 높이 정보를 산출할 수 있다. 이 경우, 도 11에 도시된 샘플 지점 1의 높이는 12 미터로 산출될 수 있다. 마찬가지로, 샘플 지점 2의 높이는 18 미터로 산출될 수 있다.
또한, 도 11에 도시된 바와 같이, 영역(20) 내 다수의 샘플 지점 중에서 샘플 지점 3이 지면에 위치하는 경우, 상기 샘플 지점 높이 정보 수집부(111)는 해당 샘플 지점의 높이를 0으로 산정할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 샘플 지점 높이 정보 수집부(111)는 영역(20)의 전자지도를 이용하여 샘플 지점의 높이 정보를 수집할 수 있으나, 다른 실시예에 따르면 지상측량, GPS 측량, 항공사진측량, 레이더 측량 및 라이더 측량 중 적어도 하나를 사용하여 상기 영역(20)을 측량한 측량 데이터를 이용하여 샘플 지점의 높이 정보를 수집할 수도 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 샘플 지점 높이 정보 수집부(111)는 상기 영역(20)에 대해 지상측량, GPS 측량, 항공사진측량, 레이더 측량 및 라이더 측량 중 적어도 하나를 사용하여 수집한 3차원 점 데이터로부터 필터링을 실시하여 건축물과 지면 데이터를 추출하고, 추출된 건축물과 지면 데이터에 대응하는 샘플 지점을 생성할 수 있다. 그리고, 상기 샘플 지점 높이 정보 수집부(111)는 건축물에 위치한 샘플 지점의 높이를 건축물의 높이로 산정하고, 지면 또는 수면에 위치한 샘플 지점의 높이를 0으로 산정할 수 있다.
다시 도 7을 참조하면, 상기 타겟 지점 높이 정보 획득부(112)는 상기 샘플 지점의 높이 정보를 이용하여 영역 내 다수의 타겟 지점의 높이 정보를 획득할 수 있다. 여기서, 상기 타겟 지점은 영역의 풍하중 산정에 사용되는 파라미터를 산출하기 위해 고려되는 지점으로서, 본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 파라미터는 타겟 지점의 높이 정보를 기반으로 산출될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 타겟 지점 높이 정보 획득부(112)는 상기 수집된 샘플 지점의 높이 정보를 이용하여 수치표고모델(DEM)을 생성할 수 있다. 그러고 나서, 상기 수치표고모델의 격자에 대응하는 다수의 타겟 지점을 생성하고, 상기 수치표고모델(DEM)의 격자의 높이 값을 상기 격자에 대응하는 타겟 지점의 높이 정보로 산정할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 타겟 지점 높이 정보 획득부(112)는 상기 수치표고모델의 격자 내 일 지점을 타겟 지점으로 할당할 수 있다. 예를 들어, 상기 타겟 지점 높이 정보 획득부(112)는 상기 수치표고모델의 격자의 중심을 타겟 지점으로 할당할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 타겟 지점 높이 정보 획득부(112)는 상기 영역 내에 다수의 타겟 지점을 생성하고(예컨대, 도 2 참조), 상기 수집된 샘플 지점의 높이 정보를 기반으로 보간법을 이용하여 타겟 지점의 높이 정보를 산정할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 타겟 지점 높이 정보 획득부(112)는 타겟 지점의 높이 정보를 산정하기 위해 선형 보간, 비선형보간 또는 Natural Neighbor 보간을 이용할 수 있으나, 이용되는 보간법은 이에 제한되지 않는다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 풍하중 산정 장치(100)를 예시적으로 나타내는 블록도다.
도 12를 참조하면, 상기 정보 수집부(110)는 영역(20) 내 다수의 지점의 표고 정보, 및 표고에 건축물의 높이가 반영된 전체 높이 정보를 수집할 수 있다. 그리고, 상기 풍하중 산정 장치(100)는 상기 표고 정보를 기반으로 영역(20)의 지표면 높이를 산출하는 지표면 높이 산출부(140)를 더 포함할 수 있다. 그리고, 상기 도수분포 산출부(120)는 각 지점에 대하여 계산된 전체 높이와 상기 지표면 높이 간의 차이값에 대한 도수분포를 산출할 수 있다.
상기 정보 획득부(110)는 지점이 건축물에 위치하는 경우, 지면의 표고에 건축물의 높이를 합산하여 해당 지점의 전체 높이를 산정할 수 있다. 또한, 상기 정보 획득부(110)는 지점이 지면 또는 수면에 위치하는 경우, 상기 지면 또는 수면의 표고를 해당 지점의 전체 높이로 산정할 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따라 다수의 지점의 표고 정보 및 전체 높이 정보를 획득하는 과정을 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 13을 참조하면, 지점 1은 건축물에 위치하므로 상기 지점 1의 전체 높이는, 지면의 표고인 5 m와 건축물의 지상층수 4층에 3 m를 곱하여 산출된 건축물 높이 12 m를 더한 값인 17 m로 산정될 수 있다.
마찬가지로, 지점 2 역시 건축물에 위치하므로 상기 지점 2의 전체 높이는, 지면의 표고인 11 m와 건축물의 지상층수 3층에 3 m를 곱하여 산출된 건축물 높이 9 m를 더한 값인 20 m로 산정될 수 있다.
반면, 지점 3은 건축물이 없는 지면에 위치하므로 상기 지점 3의 전체 높이는 지면의 표고인 2 m로 산정될 수 있다.
상기 지표면 높이 산출부(140)는 상기 다수의 지점의 표고 정보를 기반으로 영역(20)의 지표면 높이를 산출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 지표면 높이 산출부(140)는 상기 다수의 지점의 표고의 최소값 또는 최빈수를 지표면 높이로 산출할 수 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따라 영역(20) 내 다수의 지점의 표고를 순서대로 늘어놓은 예시적인 그래프다.
도 14에 도시된 실시예에 따르면, 영역(20)으로부터 수집된 다수의 지점의 표고 중에서 최소값은 2 m이며, 최빈수는 8 m이다. 일 실시예에 따르면, 상기 지표면 높이 산출부(140)는 다수의 지점의 표고 중에서 최소값에 해당하는 2 m를 영역(20)의 지표면 높이로 산정할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 상기 지표면 높이 산출부(140)는 다수의 지점의 표고 중에서 최빈수에 해당하는 8 m를 영역(20)의 지표면 높이로 산정할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 지표면 높이 산출부(140)는, 다수의 지점의 표고에 대한 도수분포를 산출하고, 상기 도수분포에서 도수가 가장 큰 계급의 계급값을 영역(20)의 지표면 높이로 산정할 수 있다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따라 영역(20) 내 다수의 지점의 표고에 대한 도수분포를 나타내는 예시적인 도수분포도다.
도 15를 참조하여 설명하면, 상기 지표면 높이 산출부(140)는 다수의 지점의 표고에 대한 도수분포에서 도수가 가장 큰 계급인 계급 1의 계급값 4.5 m를 영역(20)의 지표면 높이로 산정할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 지표면 높이 산출부(140)는 도수분포에서 도수가 가장 큰 계급에 속하는 표고의 평균값을 영역(20)의 지표면 높이로 산정할 수도 있다. 예를 들어, 도 15의 실시예에서, 상기 지표면 높이 산출부(140)는 도수가 가장 큰 계급인 계급 1에 속하는 표고들의 평균값을 산출하여 영역(20)의 지표면 높이로 결정할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 지표면 높이 산출부(140)는 도수분포에서 가장 낮은 계급의 계급값을 영역(20)의 지표면 높이로 산정할 수 있다. 실시예에 따라, 상기 지표면 높이 산출부(140)는 도수분포에서 가장 낮은 계급에 속하는 표고의 평균값을 영역(20)의 지표면 높이로 산정할 수도 있다.
여기서, 상기 평균값은 표고의 산술평균값, 기하평균값 또는 기하평균값일 수 있으며, 실시예에 따라 상기 표고에 해당 표고의 도수를 가중치로 적용한 가중평균값일 수도 있다.
도 15에 도시된 도수분포도는 계급의 크기가 9 m로 설정되었으나, 상기 계급의 크기는 이에 제한되지 않고 9 m보다 작거나 크게 설정될 수도 있다. 또한, 도 6에 도시된 도수분포도는 각 계급의 크기가 동일하게 설정되었으나, 실시예에 따라 도수분포를 구성하는 각 계급의 크기는 서로 다르게 설정될 수도 있다.
그러고 나서, 상기 도수분포 산출부(120)는 다수의 지점 각각에 대하여 전체 높이와 상기 지표면 높이 간의 차이값을 계산하고, 상기 차이값에 대하여 도수분포를 산출할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 정보 수집부(110)는 영역(20) 내 다수의 지점의 위치 정보를 더 수집할 수 있다. 그리고, 상기 지표면 높이 산출부(140)는 지점의 위치 정보 및 표고 정보를 기반으로 회귀분석을 이용하여 회귀방정식을 산출하고, 상기 회귀방정식에 지점의 위치 정보를 대입하여 각 지점에 대한 지표면 높이를 산출할 수 있다.
여기서, 지점의 위치 정보는 지점의 위도 및 경도 데이터로 구성된 절대 좌표를 포함할 수 있으나, 실시예에 따라 임의의 지점을 기준으로 한 상대 좌표를 포함할 수도 있다. 상기 지점의 위치 정보는 영역(20)의 전자지도로부터 수집할 수 있으며, 실시예에 따라 영역(20)을 측량하여 얻은 데이터로부터 수집할 수도 있다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 다수의 지점(X)의 위치 정보를 획득하는 과정을 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 16에 도시된 바와 같이, 상기 다수의 지점(X)의 위치는 영역(20)의 중심(21)을 원점으로 하는 2차원 직교좌표로 나타낼 수 있다. 이 경우, 상기 다수의 지점(X)의 좌표(x, y)는 원점으로부터의 거리 및 방향에 따라 결정될 수 있다.
도 16에서는 좌표계의 원점이 영역(20)의 중심(21)으로 설정되었으나, 원점의 위치는 이에 제한되지 않고 영역(20)의 안 또는 밖에 위치한 임의의 지점으로 설정될 수도 있다.
상기 지표면 높이 산출부(140)는 지점의 위치 정보 및 표고 정보를 기반으로 회귀분석을 이용하여 회귀방정식을 산출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 지표면 높이 산출부(140)는 다수의 지점 중에서 일부 지점의 위치 정보 및 표고 정보를 기반으로 회귀방정식을 산출할 수 있다. 다시 말해, 상기 지표면 높이 산출부(140)는 상기 다수의 지점 중에서 일부에 대해서만 회귀분석을 수행할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 지표면 높이 산출부(140)는 상기 다수의 지점 중에서 기 결정된 개수 또는 비율에 해당하는 지점의 위치 정보 및 표고 정보를 기반으로 회귀방정식을 산출할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 상기 지표면 높이 산출부(140)는 도수분포를 이용하여 상기 다수의 지점 중에서 회귀분석에 사용될 지점을 선택할 수 있다.
예를 들어, 상기 지표면 높이 산출부(140)는, 상기 다수의 지점의 표고에 대한 도수분포를 산출하고, 상기 도수분포에서 도수가 가장 큰 계급에 속하는 표고를 갖는 지점을 선택하고, 상기 선택된 지점의 위치 정보 및 표고 정보를 기반으로 회귀방정식을 산출할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 지표면 높이 산출부(140)는 도수분포에서 가장 낮은 계급에 속하는 표고를 갖는 지점을 선택하고, 상기 선택된 지점의 위치 정보 및 표고 정보를 기반으로 회귀방정식을 산출할 수 있다.
상기 지표면 높이 산출부(140)는 지점의 위치 정보를 독립변수로 설정하고, 지점의 표고 정보를 종속변수로 설정하여 회귀방정식을 산출할 수 있다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 지점의 위치 정보 및 표고 정보를 기반으로 회귀방정식을 산출하는 과정을 설명하는 예시적인 도면이다.
도 17에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 지표면 높이 산출부(140)는 지점(P1 내지 P6)의 위치 및 표고 정보(x, y, z)를 회귀분석하여 다음과 같은 회귀방정식을 산출할 수 있다:
zi = a0 + a1xi + a2yi + ei
상기 회귀방정식은 도 17에 도시된 평면(30)을 나타내는 방정식일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 지표면 높이 산출부(140)는 다음과 같은 오차 ei의 제곱의 합을 최소로 하는 a0, a1, a2 를 계산할 수 있다:
Figure PCTKR2013010499-appb-I000001
이를 위해, 상기 지표면 높이 산출부(140)는 Sr을 미지수 a0, a1, a2 각각에 대하여 편미분을 하여 다음과 같은 연립방정식을 구할 수 있다:
Figure PCTKR2013010499-appb-I000002
Figure PCTKR2013010499-appb-I000003
Figure PCTKR2013010499-appb-I000004
그러고 나서, 상기 연립방정식의 해를 구하여 a0, a1, a2를 계산할 수 있다.
일 예로, 지점(P1 내지 P6)의 위치 및 표고 정보(x, y, z)가 P1(0, 0, 5), P2(2, 1, 10), P3(2.5, 2, 9), P4(1, 3, 0), P5(4, 6, 3), P6(7, 2, 27)으로 주어진 경우, a0 = 5, a1 = 4, a2 = -3로 계산된다.
따라서, 상기 지점(P1 내지 P6)을 회귀분석하여 얻은 평면방정식은 다음과 같다:
z = 5 + 4x - 3y
이와 같이, 상기 지표면 높이 산출부(140)는 지점(P1 내지 P6)의 위치 정보(x, y)를 독립변수로 설정하고, 표고 정보(z)를 종속변수로 설정하여 회귀방정식을 산출할 수 있다. 산출된 회귀방정식은 후술하는 바와 같이 다수의 지점 각각에 대한 지표면 높이를 산정하기 위해 사용될 수 있다.
그러고 나서, 상기 지표면 높이 산출부(140)는 상기 회귀방정식에 지점의 위치 정보(x, y)를 대입하여 다수의 지점 각각에 대한 지표면 높이를 산출할 수 있다.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 회귀방정식을 이용하여 각 지점에 대한 지표면 높이를 산출하는 과정을 설명하는 예시적인 도면이다.
일 실시예에 따르면, 일부 지점의 위치 및 표고 정보를 기반으로 산출된 회귀방정식은 영역(20)의 지표면을 나타내는 것으로 간주될 수 있으며, 이에 따라 상기 지표면 높이 산출부(140)는 상기 회귀방정식에 다수의 지점 각각의 위치 정보를 대입함으로써 각 지점에 대한 지표면 높이를 구할 수 있다.
예를 들어, 도 18에 도시된 바와 같이, 상기 지표면 높이 산출부(140)는 회귀방정식 zi = a0 + a1x + a2y에 각 지점의 위치 정보(x, y)를 대입하여 각 지점에 대한 지표면 높이(z)를 계산할 수 있다. 본 발명의 일 실시예는 회귀방정식에 의해 표현되는 평면(30)이 영역(20)의 지표면에 대응하는 것으로 간주하므로, 각 지점(P1 내지 P6)의 위치 정보(x, y)를 회귀방정식에 대입하여 얻은 높이 z는 각 지점의 지표면 높이에 해당할 수 있다.
도 17 및 도 18에 도시된 실시예에서는 평면(30)을 나타내는 회귀방정식을 이용하여 각 지점의 지표면 높이를 계산하였으나, 실시예에 따라 평면 대신 곡면을 나타내는 회귀방정식을 산출하여 각 지점의 지표면 높이를 계산할 수도 있다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍하중 산정 방법을 설명하는 흐름도다.
본 발명의 일 실시예에 따른 풍하중 산정 방법은, 영역 내 다수의 지점의 높이에 대한 도수분포를 기반으로, 지표면 조도마다 설정된 파라미터에 가중치를 적용하여 상기 영역에 대한 파라미터를 산출할 수 있다. 상기 풍하중 산정 방법은 전술한 본 발명의 실시예에 따른 풍하중 산정 장치(100)에 의해 실행될 수 있다.
도 19에 도시된 바와 같이, 상기 설계 풍속 산정 방법(200)은, 상기 영역 내 다수의 지점의 높이 정보를 수집하는 단계(S210), 상기 다수의 지점의 높이에 대한 도수분포를 산출하는 단계(S220), 상기 도수분포의 계급에 지표면 조도를 할당하는 단계(S230), 및 상기 지표면 조도마다 설정된 파라미터에 상기 도수분포를 기반으로 한 가중치를 적용하여 상기 영역에 대한 파라미터를 산출하는 단계(S240)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 수집하는 단계(S210)는, 상기 영역(20)에 대한 정보를 포함하는 전자지도로부터 상기 높이 정보를 수집하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 전자지도에 대한 데이터는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍하중 산정 장치(100)에 구비된 저장부에 저장되거나, 상기 풍하중 산정 장치(100)에 연결된 외부 저장장치에 저장되거나, 상기 풍하중 산정 장치(100)에 네트워크를 통해 연결된 서버에 저장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 수집하는 단계(S210)는, 지상측량, GPS 측량, 항공사진측량, 레이더 측량 및 라이더 측량 중 적어도 하나를 사용하여 상기 영역(20)을 측량한 데이터로부터 상기 다수의 지점의 높이 정보를 수집하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 영역(20) 내 다수의 지점은 상기 영역 내에 위치하는 건축물에 대응할 수도 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 수집하는 단계(S210)는 영역(20) 내 일 지점이 건축물에 위치하는 경우, 건축물의 높이를 지점의 높이 정보로 산정할 수 있다.
반면, 상기 영역(20) 내 다수의 지점 중 일부는 건축물이 위치하지 않은 지면 또는 수면에 대응할 수도 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 수집하는 단계(S210)는, 영역(20) 내 일 지점이 지면 또는 수면에 위치하는 경우, 지점의 높이를 0으로 산정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 수집하는 단계(S210)는 상기 영역의 전자지도에서 건축물과 표고점 및 기준점을 추출하는 단계, 추출된 건축물로부터 건축물의 중심 또는 외곽선에서 절점을 추출하여 생성된 절점과 지면에 위치한 표고점 및 기준점에 대하여 일대일 대응하는 지점을 생성하는 단계, 및 건축물에 위치한 지점의 높이는 건축물의 높이로 산정하고, 지면에 위치한 지점의 높이는 0으로 산정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 건축물의 높이는 건축물의 지상층수에 기설정된 높이를 곱하여 산출될 수 있다. 상기 건축물의 지상층수에 곱해지는 높이는 3 미터일 수 있으나, 이에 제한되지 않고 3 미터보다 높거나 낮게 설정될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 수집하는 단계(S210)는 상기 영역에 대한 지상측량, GPS 측량, 항공사진측량, 레이더 측량 및 라이더 측량 중 적어도 하나를 사용하여 수집한 3차원 점 데이터로부터 필터링을 실시하여 건축물과 지면 데이터를 추출하는 단계, 추출된 건축물과 지면 데이터에 일대일 대응하는 지점을 생성하는 단계, 건축물에 위치한 지점의 높이는 건축물의 높이로 산정하고, 지면에 위치한 지점의 높이는 0으로 산정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 도수분포를 산출하는 단계(S220)는 상기 다수의 지점의 높이에 대한 도수분포를 산출하는 단계이다. 예를 들어, 상기 도수분포를 산출하는 단계(S220)는 상기 다수의 지점의 높이를 다수의 계급으로 구분한 뒤, 각 계급에 속하는 지점의 도수를 계산하여 계열화한 도수분포를 산출할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 계급의 개수는 지표면 조도의 등급의 개수와 일치할 수 있다. 예를 들어, 지표면 조도가 4 개의 등급으로 구분되어 있으면, 상기 도수분포를 산출하는 단계(S220)는 상기 다수의 지점의 높이를 4 개의 계급으로 계열화한 도수분포를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 지표면 조도를 할당하는 단계(S230)는, 상기 계급의 크기에 따라 상기 지표면 조도를 할당하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 지표면 조도를 할당하는 단계(S230)는, 계급의 크기가 클수록 거칠기가 큰 지표면 조도를 할당할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 영역의 파라미터를 산출하는 단계(S240)는, 도수분포를 구성하는 각 계급의 상대도수를 계산하는 단계, 및 지표면 조도마다 설정된 파라미터의 값에 상기 상대도수를 곱하여 얻은 값을 합산하는 단계를 포함할 수 있다.
도 6을 참조하여 전술한 바와 같이, 풍하중을 계산하기 위해 필요한 파라미터 중 풍속고도분포계수(Kzr), 지형계수(Kzt), 난류강도(Iz), 풍속고도분포지수(α), 기준경도풍높이(Zg) 및 대기경계층시작높이(Zb)와 같은 파라미터는 지표면 조도마다 다른 값이 설정되어 있다.
본 발명의 일 실시예는, 영역(20)의 파라미터 값을 지표면 조도별로 획일적으로 결정하는 대신, 영역(20) 내 다수의 지점의 높이에 대한 정보를 이용하여 영역(20)에 적합한 합리적이고 객관적인 수치를 제공할 수 있다. 본 발명의 일 실시예는, 도수분포의 각 계급마다 지표면 조도를 할당하고, 지표면 조도별로 설정된 파라미터 값에 각 계급의 상대도수를 가중치로 곱하고 이를 합산하여, 상기 영역(20)의 최종 파라미터를 산출할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 지점의 높이 정보를 수집하는 단계(S210)는 영역(20) 내 다수의 샘플 지점의 높이 정보를 수집하는 단계, 및 상기 샘플 지점의 높이 정보를 이용하여 상기 영역(20) 내 다수의 타겟 지점의 높이 정보를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
일 예로, 상기 타겟 지점의 높이 정보를 획득하는 단계는, 상기 수집된 샘플 지점의 높이 정보를 이용하여 수치표고모델을 생성하는 단계, 상기 수치표고모델의 격자에 대응하는 다수의 타겟 지점을 생성하는 단계, 및 상기 수치표고모델의 격자의 높이 값을 상기 격자에 대응하는 타겟 지점의 높이 정보로 산정하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 예로, 상기 타겟 지점의 높이 정보를 획득하는 단계는, 영역(20) 내에다수의 타겟 지점을 생성하는 단계, 및 상기 수집된 샘플 지점의 높이 정보를 기반으로 보간법을 이용하여 상기 타겟 지점의 높이 정보를 산정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 지점의 높이 정보를 수집하는 단계(S210)는, 영역(20) 내 다수의 지점의 표고 정보, 및 표고에 건축물의 높이가 반영된 전체 높이 정보를 수집하는 단계를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 풍하중 산정 방법(200)은 상기 표고 정보를 기반으로 상기 영역(20)의 지표면 높이를 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 도수분포를 산출하는 단계(S220)는, 각 지점에 대하여 계산된 전체 높이와 상기 지표면 높이 간의 차이값에 대한 도수분포를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
이 실시예에 따르면, 상기 지점이 건축물에 위치하는 경우, 지면의 표고에 건축물의 높이를 합산하여 해당 지점의 전체 높이로 산정할 수 있다. 그리고, 상기 지점이 지면 또는 수면에 위치하는 경우, 지면 또는 수면의 표고를 해당 지점의 전체 높이로 산정할 수 있다.
이 실시예에 따르면, 상기 지표면 높이를 산출하는 단계는 다수의 지점의 표고의 최소값 또는 최빈수를 지표면 높이로 산정하는 단계를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 상기 지표면 높이를 산출하는 단계는, 다수의 지점의 표고에 대한 도수분포를 산출하고, 상기 도수분포에서 도수가 가장 큰 계급의 계급값, 상기 도수분포에서 도수가 가장 큰 계급에 속하는 표고의 평균값, 상기 도수분포에서 가장 낮은 계급의 계급값, 또는 상기 도수분포에서 가장 낮은 계급에 속하는 표고의 평균값을 지표면 높이로 산출할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 지점의 높이 정보를 수집하는 단계(S210)는, 영역(20) 내 다수의 지점의 위치 정보를 수집하는 단계를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 지표면 높이를 산출하는 단계는, 상기 위치 정보 및 상기 표고 정보를 기반으로 회귀분석을 이용하여 회귀방정식을 산출하는 단계, 및 상기 회귀방정식에 지점의 위치 정보를 대입하여 각 지점에 대한 지표면 높이를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 위치 정보(x, y)는 회귀방정식의 독립변수로 설정되고, 상기 표고 정보(z)는 종속변수로 설정될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 회귀방정식을 산출하는 단계는, 상기 다수의 지점 중에서 일부 지점의 위치 정보 및 표고 정보를 기반으로 회귀방정식을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
일 예로, 상기 회귀방정식을 산출하는 단계는, 상기 다수의 지점의 표고에 대한 도수분포를 산출하는 단계, 상기 도수분포에서 도수가 가장 큰 계급 또는 가장 낮은 계급에 속하는 표고를 갖는 지점을 선택하는 단계, 및 상기 선택된 지점의 위치 정보 및 표고 정보를 기반으로 회귀방정식을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
전술한 본 발명의 실시예에 따른 풍하중 산출 방법(200)은 컴퓨터에서 실행되기 위한 프로그램으로 제작되어 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체에 저장될 수 있다. 상기 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 저장 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있다.
이상, 풍하중 산정 시 고려하는 영역 내 다수의 지점의 높이에 대한 도수분포를 산출하고, 상기 도수분포를 기반으로 지표면 조도마다 설정된 파라미터 값에 가중치를 적용하여 상기 영역에 대한 파라미터를 산출하고, 상기 산출된 파라미터를 이용하여 상기 영역에 대한 풍하중을 산정하는 풍하중 산정 장치 및 방법이 설명되었다.
상기 풍하중 산정 장치 및 방법에 따르면, 지표면 조도마다 획일적으로 설정된 파라미터 값을 사용하는 대신, 영역의 객관적인 정보를 바탕으로 해당 영역에 적합한 파라미터 값 및 풍하중을 산정할 수 있다. 또한, 설계자의 주관적인 판단에 의해 결정된 영역의 지표면 조도에 의해 풍하중이 부적절하게 계산되어, 구조물의 안전성 및 경제성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

Claims (20)

  1. 영역 내 다수의 지점의 높이 정보를 수집하는 정보 수집부;
    상기 다수의 지점의 높이에 대한 도수분포를 산출하는 도수분포 산출부; 및
    상기 도수분포의 계급에 지표면 조도를 할당하고, 풍하중을 산정하기 위해 상기 지표면 조도마다 설정된 파라미터에 상기 도수분포를 기반으로 한 가중치를 적용하여, 상기 영역의 파라미터를 산출하는 파라미터 산출부;
    를 포함하는 풍하중 산정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 정보 수집부는:
    상기 지점이 건축물에 위치하는 경우, 건축물의 높이를 지점의 높이 정보로 산정하고,
    상기 지점이 지면 또는 수면에 위치하는 경우, 지점의 높이 정보를 0으로 산정하는 풍하중 산정 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 지점은 상기 영역 내에 균일하게 분포하는 풍하중 산정 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 지점은 상기 영역 내 건축물에 일대일 대응하는 풍하중 산정 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 파라미터 산출부는:
    상기 계급의 크기에 따라 상기 지표면 조도를 할당하는 풍하중 산정 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 파라미터는 풍속고도분포계수, 지형계수, 난류강도, 풍속고도분포지수, 기준경도풍높이 및 대기경계층시작높이 중 적어도 하나를 포함하는 풍하중 산정 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 파라미터 산출부는:
    각 계급의 상대도수를 계산하고, 상기 지표면 조도마다 설정된 파라미터에 상기 상대도수를 곱하여 산출된 값을 합산하는 풍하중 산정 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 정보 수집부는:
    상기 영역 내 다수의 샘플 지점의 높이 정보를 수집하는 샘플 지점 정보 수집부; 및
    상기 샘플 지점의 높이 정보를 이용하여 상기 영역 내 다수의 타겟 지점의 높이 정보를 획득하는 타겟 지점 정보 획득부;
    를 포함하는 풍하중 산정 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 타겟 지점 정보 획득부는:
    상기 수집된 샘플 지점의 높이 정보를 이용하여 수치표고모델(DEM)을 생성하고, 상기 수치표고모델의 격자에 대응하는 다수의 타겟 지점을 생성하고, 상기 수치표고모델의 격자의 높이 값을 상기 격자에 대응하는 타겟 지점의 높이 정보로 산정하는 풍하중 산정 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 타겟 지점 정보 획득부는:
    상기 영역 내에 다수의 타겟 지점을 생성하고,
    상기 수집된 샘플 지점의 높이 정보를 기반으로 보간법을 이용하여 상기 타겟 지점의 높이 정보를 산정하는 풍하중 산정 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 정보 수집부는 상기 영역 내 다수의 지점의 표고 정보, 및 표고에 건축물 높이가 반영된 전체 높이 정보를 수집하고,
    상기 풍하중 산정 장치는 상기 표고 정보를 기반으로 상기 영역의 지표면 높이를 산출하는 지표면 높이 산출부를 더 포함하고,
    상기 도수분포 산출부는 각 지점에 대하여 계산된 전체 높이와 상기 지표면 높이 간의 차이값에 대한 도수분포를 산출하는 풍하중 산정 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 정보 수집부는:
    상기 지점이 건축물에 위치하는 경우, 지면의 표고에 건축물의 높이를 합산하여 해당 지점의 전체 높이로 산정하고,
    상기 지점이 지면 또는 수면에 위치하는 경우, 지면 또는 수면의 표고를 해당 지점의 전체 높이로 산정하는 풍하중 산정 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 지표면 높이 산출부는 상기 다수의 지점의 표고의 최소값 또는 최빈수를 상기 지표면 높이로 산출하는 풍하중 산정 장치.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 지표면 높이 산출부는:
    상기 다수의 지점의 표고에 대한 도수분포를 산출하고,
    상기 도수분포에서 도수가 가장 큰 계급의 계급값;
    상기 도수분포에서 도수가 가장 큰 계급에 속하는 표고의 평균값;
    상기 도수분포에서 가장 낮은 계급의 계급값; 또는
    상기 도수분포에서 가장 낮은 계급에 속하는 표고의 평균값;
    을 상기 지표면 높이로 산출하는 풍하중 산정 장치.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 정보 수집부는 상기 영역 내 다수의 지점의 위치 정보를 더 수집하고,
    상기 지표면 높이 산출부는 상기 위치 정보 및 상기 표고 정보를 기반으로 회귀분석을 이용하여 회귀방정식을 산출하고, 상기 회귀방정식에 상기 위치 정보를 대입하여 각 지점에 대한 지표면 높이를 산출하는 풍하중 산정 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 지표면 높이 산출부는:
    상기 위치 정보를 독립변수로 설정하고, 상기 표고 정보를 종속변수로 설정하여, 상기 회귀방정식을 산출하는 풍하중 산정 장치.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 지표면 높이 산출부는:
    상기 다수의 지점 중에서 일부 지점의 위치 정보 및 표고 정보를 기반으로 상기 회귀방정식을 산출하는 풍하중 산정 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 지표면 높이 산출부는:
    상기 다수의 지점의 표고에 대한 도수분포를 산출하고,
    상기 도수분포에서 도수가 가장 큰 계급 또는 가장 낮은 계급에 속하는 표고를 갖는 지점을 선택하고,
    상기 선택된 지점의 위치 정보 및 표고 정보를 기반으로 상기 회귀방정식을 산출하는 풍하중 산정 장치.
  19. 정보 수집부, 도수분포 산출부 및 파라미터 산출부를 포함하는 풍하중 산정 장치를 이용하여 풍하중을 산정하는 방법에 있어서,
    상기 정보 수집부가 영역 내 다수의 지점의 높이 정보를 수집하는 단계;
    상기 도수분포 산출부가 상기 다수의 지점의 높이에 대한 도수분포를 산출하는 단계;
    상기 도수분포 산출부가 상기 도수분포의 계급에 지표면 조도를 할당하는 단계; 및
    상기 파라미터 산출부가 풍하중을 산정하기 위해 상기 지표면 조도마다 설정된 파라미터에 상기 도수분포를 기반으로 한 가중치를 적용하여 상기 영역의 파라미터를 산출하는 단계;
    를 포함하는 풍하중 산정 방법.
  20. 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 있어서,
    정보 수집부가 영역 내 다수의 지점의 높이 정보를 수집하는 단계;
    도수분포 산출부가 상기 다수의 지점의 높이에 대한 도수분포를 산출하는 단계;
    상기 도수분포 산출부가 상기 도수분포의 계급에 지표면 조도를 할당하는 단계; 및
    파라미터 산출부가 풍하중을 산정하기 위해 상기 지표면 조도마다 설정된 파라미터에 상기 도수분포를 기반으로 한 가중치를 적용하여 상기 영역의 파라미터를 산출하는 단계;
    를 포함하는 풍하중 산정 방법을 구현하도록 컴퓨터로 실행될 수 있는 프로그램이 기록된 기록매체.
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