WO2017188476A1

WO2017188476A1 - 적설량 측정 장치 및 방법

Info

Publication number: WO2017188476A1
Application number: PCT/KR2016/004457
Authority: WO
Inventors: 김병무
Original assignee: 주식회사 웨더피아
Priority date: 2016-04-28
Filing date: 2016-04-28
Publication date: 2017-11-02

Abstract

지표고도의 변화에 따른 영향을 감소시킬 수 있는 적설량 측정 방법 및 장치가 제공된다. 레이저 거리 측정기를 사용하여 지표면 상에 눈이 있는지를 감지한다. 눈이 없다고 감지된 상태에서는 레이저 거리 측정기를 사용하여 소정 기간에 걸쳐서 측정한 평균 지표고도에 변화가 있다면 지표고도를 새로 측정된 평균 지표고도로 변경시킨다. 눈이 있다고 감지되면 레이저 거리 측정기를 사용하여 고도를 측정하고 측정된 고도와 지표고도와의 차이값을 사용하여 적설량을 계산한다. 본 발명에서는 눈이 있는지 여부를 정확하게 판단하고 눈이 없을 때 지표고도에 변화가 생기면 이를 추후의 적설량 계산에 반영하므로 지표고도의 변화에 따른 영향을 감소시킬 수 있다.

Description

적설량 측정 장치 및 방법

본 발명은 적설량 측정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 지표고도의 변화에 따른 영향을 감소시켜서 땅 위에 쌓인 눈의 깊이(적설량)를 보다 정확하고 신뢰성 있게 측정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

인터넷과 통신망의 발달에 따라 기상과 관련된 데이터 측정은 컴퓨터, 통신장비 및 센서 등을 이용하여 많이 자동화되고 있다.

적설량의 측정은 자동화의 중요성과 필요성 때문에 자동 측정 분야에서 관심도가 높은 영역 중 하나인데, 특히 목표 지점의 위치가 기상 센터나 거주 지역에서 멀리 떨어져 있는 경우에 더욱 그러하다.

이러한 점 때문에 많은 제조사가 레이저 거리측정기(laser distance meter), 초음파 측정, 시각 신호 (이미지 신호) 프로세싱, 및 기계적 측정 방법을 포함하는 다양한 기술에 근거하여 적설량 측정장비를 개발해오고 있다. 이들 방법은 각자 나름대로의 강점과 약점을 가지고 있다.

현재 출시되거나 제안된 레이저 거리 측정 기술에 근거한 적설량 측정기술은 하나의 레이저 발신기와 수신기를 가진 단일 레이저 거리측정기를 사용하여 측정기와 눈 표면 사이의 거리를 측정하는 경우가 많다. 단일 레이저 측정기가 사용되는 경우에는 샘플을 어디서 그리고 언제 획득하는지에 따라서 일정하지 않은 측정 결과를 얻게 되는 것을 피할 수 없다. 또한 오류를 일으키기 쉽고 다른 요소에 영향받기 쉽다. 예를 들어 레이저 거리측정기의 목표 지점이 낙엽, 먼지, 흩날리는 눈송이와 같은 외부 물질에 의해 가려지거나 방해되는 경우에는 측정결과가 그 지점의 적설량에 대한 원하는 정보를 나타내지 못하게 된다. 또한, 측정 영역 중의 한 지점에 대해서만 측정을 한다고 하면, 전체 면적에서의 눈 깊이를 대표할 수 없다. 레이저에 기반한 적설량 측정장치의 예는 예를 들면 다음과 같은 사이트에서 확인할 수 있다.

http://www.jenoptik.com/en_30111_snow_depths_sensors ,

http://www.degreane-horizon.com/GB/meteorology/autonomous-measurements/identification-state-ground.html

요구되는 정확도와 일관성을 유지하면서 이들 문제점을 해결하기 위해서는 다수의 레이저 발신기와 수신기를 갖는 레이저 거리측정기에 기반한 방법을 시도해볼 수도 있을 것이다. 예상되는 것처럼, 이 방법은 더 많은 비용이 들 것이고, 특히, 실생활에 적용하기 위한 요구조건들을 만족시키기 위해 많은 지점들을 측정할 필요가 있을 때에 더욱 그러할 것이다. 이러한 방법 중 하나로 일본 기상청에서는 진자운동을 하면서 선형의 목표 영역 상의 지점들을 스캔하는 레이저 거리측정기가 사용되고 있다.

본 발명자는 다지점 적설량 측정 장치에 관한 특허출원을 한 바 있다(특허 제10-1565481호). 이 장치는 정확한 측정결과를 내는데 실용적이고 신뢰성 있고 효과적이지만, 측정 성능에 영향을 미치는 몇가지 요인들이 있다. 그 중 하나는 지면 상에 눈이 없을 때라도 표면 상의 또는 토양 속의 습도와 온도의 변화에 따라 지표고도(ground level)가 변한다는 것이다.

이러한 현상의 영향을 감소시킬 수 있는 다양한 방법이 있겠지만, 확실한 방법으로는 평평한 표면을 가진 적설판 같은 것을 사용하는 방법이 있다. 그러나 적설판을 사용하여도 지표고도가 온도 및/또는 습도 변화에 따라 어느 정도는 변하게 된다.

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 지표고도의 변화에 따른 영향을 감소시키고 측정결과에 영향을 미치는 여러 요인들 속에서도 일관된 측정 성능을 담보할 수 있는 적설량 측정 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에서는 눈이 쌓여있는지 여부를 정확하게 판단하고 눈이 쌓여있지 않음에도 지표면의 고도에 변화가 있으면 지표고도가 변경되었다고 판단하고 지표고도를 갱신함으로써 이후의 적설량 측정에서 보다 정확한 측정 데이터를 획득한다. 또한, 주변 환경의 변화에 덜 민감한 적설판을 제안하여 보다 정확하게 적설 여부 및 지표고도 변화를 판단할 수 있도록 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 적설량 측정방법은 레이저 거리측정기와 제어부를 구비하는 적설량 측정장치에서의 적설량 측정방법으로서, 레이저 거리 측정기를 사용하여 지표면 상에 눈이 있는지를 감지하는 적설 감지단계와, 눈이 없다고 감지된 상태에서 레이저 거리 측정기를 사용하여 소정 기간에 걸쳐서 측정한 평균 지표고도에 변화가 있다면 지표고도를 새로 측정된 평균 지표고도로 변경시키는 지표고도 변경단계와, 눈이 있다고 감지되면 레이저 거리 측정기를 사용하여 고도를 측정하고 측정된 고도와 지표고도와의 차이값을 사용하여 적설량을 계산하는 적설량 측정단계를 구비한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 적설량 측정장치는, 레이저 거리측정기와, 상기 레이저 거리 측정기를 사용하여 지표면 상에 눈이 있는지를 감지하고, 눈이 없다고 감지된 상태에서는 레이저 거리 측정기를 사용하여 소정 기간에 걸쳐서 측정한 평균 지표고도에 변화가 있다면 지표고도를 새로 측정된 평균 지표고도로 변경시키며, 눈이 있다고 감지되면 레이저 거리 측정기를 사용하여 고도를 측정하고 측정된 고도와 지표고도와의 차이값을 사용하여 적설량을 계산하는 제어부를 구비한다.

또한 실시예에 따라서는 본 발명의 적설량 측정 장치는 회전축을 포함하는 스텝 모터를 더 구비할 수 있다. 이 경우에 레이저 거리측정기는 스텝 모터의 회전축에 수직인 평면에 대해서 소정 각도로 기울어져 연결되어 회전된다. 제어부는 스텝 모터를 제어하여 레이저 거리측정기를 회전시키면서 레이저 거리측정기를 제어하여 다수의 목표지점에서의 거리를 측정한다.

적설 여부의 판단은, 레이저 거리 측정기를 사용하여 측정한 샘플 데이터가 샘플링 시간과 샘플링 지점에 따라 어떻게 변하는지를 보여주는 변동계수를 구하고, 변동계수가 소정 시간 동안 소정의 임계값 위에서 머무르고 있다면 지표면 상에 눈이 있다고 결정함으로써 이루어진다.

변경계수 계산은 다음과 같은 절차를 거쳐서 이루어질 수 있다.

N개의 샘플링 지점에 대해서 레이저 거리 측정기를 사용하여 N개의 샘플 데이터 {S₁, S₂, ... S_N}를 획득한다. 획득한 샘플 데이터 {S₁, S₂, ... S_N}에서 동일 샘플링 지점에 대한 지표고도 데이터 {G₁, G₂, ... G_N}를 뺀 경시변화량(Δ_m=S_m-G_m) {Δ₁, Δ₂, ... Δ_N}를 계산한다. 경시변화량의 이웃 샘플과의 차이량(λ_m=Δ_m ₊₁-Δ_m) {λ₁, λ₂, ... λ_N}을 계산하고, 이웃 샘플과의 차이량의 평균을 계산하여 변동계수를 구한다.

실시예에 따라서는 샘플링 지점마다 상부가 평평한 부분 적설판이 설치될 수 있다. 부분 적설판은 상부에 배치된 평평한 판과, 상기 판의 하부에 직하방으로 돌출되는 베이스로 구성될 수 있다. 베이스는 단단한 토대 또는 지상의 구조물에 삽입되어 고정되는 것이 바람직하다. 부분 적설판은 적설 여부를 판단하기 위하여 일부 측정 지점에서만 서로 밀접하게 인접하도록 배치될 수 있다.

다른 실시예에서, 샘플링 지점들은 하나의 적설판 상의 지점들이다. 이 적설판은 상면은 평평하고 하면에는 지지격자가 형성되어 있어서 온도 변화에 따른 변화를 최소화하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 변동계수를 사용하여 눈이 있는지 여부를 정확하게 판단하고 눈이 없을 때 지표고도에 변화가 생기면 이를 추후의 적설량 계산에 반영하므로 지표고도의 변화에 따른 영향을 감소시킬 수 있다. 또한, 온도에 따른 변화가 적은 적설판을 사용하므로 주변 온도의 변화에 따른 영향을 최소화할 수 있다.

도 1은 지표면 상에 적설판을 설치하고 레이저 거리측정기, 스텝모터, 제어부를 구비하는 본 발명의 적설량 측정장치를 사용하여 적설량을 측정하는 구성을 보여주는 도면이다.

도 2는 주변 온도의 변화에 따른 지표고도의 변화의 일반적인 예이다.

도 3은 본 발명의 적설량 측정단계의 동작을 보여주는 흐름도이다.

도 4는 본 발명의 지표고도 갱신 절차의 동작을 보여준다.

도 5는 눈 감지를 위하여 변동계수(fluctuation coefficient)를 계산하는 절차를 보여준다.

도 6은 온도 변화에 따른 표면 변화를 감소시키기 위한 지지격자(supporting lattice)를 가진 FRP 적설판을 보여준다.

도 7은 목표 영역에 적용되는 부분 적설판을 사용한 실시예와 그에 사용되는 부분 적설판의 예이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 상세히 설명한다.

이하의 설명에서, 눈의 "깊이"는 지표면으로부터의 눈의 높이를 의미하며, "원형", "원", "타원"은 일정 각도 θ로 스텝모터에 부착된 레이저 거리측정기로부터의 레이저 광의 투사(projection)에 의해 눈 표면 상에 형성되는 원형 패턴을 나타내기 위하여 상호 호환적으로 사용된다. 본 문서에서 눈 표면 상의 특정 위치나 지점을 가리키는 투사된 레이저 신호를 언급할 때에는, 눈 표면에서 반사되어 완전히 동일한 경로를 따라 레이저 거리측정기로 복귀하는 반사된 신호도 포함하는 것이며, 편의상 복귀 신호에 대한 반복된 설명은 생략한다. 또한 제어부(controller)/연산유닛(processing unit)은 그 기능에 초점을 맞춰 제어부 유닛 또는 연산유닛 중의 하나로 언급할 것이다.

도 1에 도시한 본 발명의 일 실시예에 따른 적설량 측정시스템은 레이저 거리측정기(10), 스텝 모터(11), 제어부(12)의 세가지 모듈을 구비한다.

도 1의 실시예에서 레이저 거리측정기(10)는 스텝 모터(11)의 회전축에 수직인 평면에 대해서 소정 각도로 기울어져 연결되어 회전된다. 제어부(12)는 스텝 모터(11)를 제어하여 레이저 거리측정기(10)를 회전시키면서 다수의 목표지점에서의 거리를 측정한다.

도 1에 도시한 것처럼, 스텝모터(11)에 부착된 레이저 거리측정기(10)에 의해 투사된 레이저 빔(16)은, 레이저 거리측정기(10)가 스텝모터(11)에 각도를 가지고 기울어진 형태로 부착되어 있으므로, 레이저 거리측정기(10)가 스텝모터(11)에 의해 회전함에 따라 눈 또는 적설판(15) 표면 상에 타원형 (또는 원형)(14)의 궤적을 생성한다.

적설량 측정을 위해서 레이저 거리측정기(10)는 눈 표면 상의 목표지점으로 레이저 신호를 송출하고, 눈 표면 상에서 반사되는 신호를 수신하여, 레이저 빔이 가리키는 눈 표면 상의 지점까지의 거리(고도)를 계산한다. 거리 데이터는 제어부 및/또는 중앙 서버로 전송되고, 제어부(12)는 데이터를 처리하고 저장한다.

한 지점에 대한 측정이 끝나면 제어부(12)는 다음번 측정지점으로 소정의 각도 Φ만큼 이동하도록 제어신호를 스텝모터(11)로 출력한다. 스텝모터(11)의 회전에 의해 레이저 거리측정기(10)가 원 궤적 상의 다음번 측정지점을 향하게 되면, 제어부(12)는 이 측정지점에 대해서 동일한 절차를 거쳐서 거리를 측정한다. 이렇게 측정된 여러 측정지점에서의 거리값의 평균을 눈이 없을 때의 거리값으로부터 뺀 값을 이용하여 적설량을 측정한다.

한편, 제어부(12)는 측정된 원 데이터에 평균을 취함으로써 데이터를 분석한다. 이때, 통계치 혹은 기준치와 비교하여 비정상적으로 높거나 낮은 값을 측정 데이터로부터 제거하는 것이 바람직하다. 기준치의 예로는 이웃 지점에서 측정된 데이터의 평균값 또는 동일한 지점에서 이전에 측정한 적설량의 유효 평균값을 들 수 있다.

또한, 적설량 측정장치를 처음 현장에 설치하고 측정을 실시하기 전에 지그(jig)를 사용하여 캘리브레이션(calibration)을 하는 것이 바람직하다. 시간 t에서 레이저 거리측정기(10)에서 지표면까지의 거리를 Lg(t)라 하고, 지그 표면까지의 거리를 Lr(t)라 하자. 캘리브레이션 과정의 첫번째 단계는 레이저 거리측정기(10)에서 지표면까지의 거리를 측정하는 것이다. t=0으로 초기화한 후에, 즉 스텝모터(11)를 초기 위치에 놓은 후에, 지표면을 치우고 Lg(t)를 측정하고 스텝 모터(11)를 φ만큼 회전함으로써 t를 하나 증가시킨다. 이 과정을 t=n이 되기 전까지 반복함으로써 t=0에서 t=n-1까지의 Lg(t)를 측정하고 기록한다. 다음으로, 지표면에 Lref 높이의 지그를 놓고(목표 평면을 Lref만큼 높이고) 동일한 절차를 반복한다. 즉, 스텝 모터(11)를 φ만큼 회전시키면서 t=0에서 t=n-1까지의 Lr(t)를 측정하고 기록한다. 각 시간 t에서의 Lg(t)와 Lr(t)를 측정하고 나서 t=0에서 t=n-1까지에 대해서 sinθ(t)에 해당하는 Lref/(Lg(t) - Lr(t))를 구하고 기록해둔다. 이렇게 계산된 계수들(t=0에서 t=n-1까지의 sinθ(t))은 측정된 Ls(t)를 사용하여 적설량 d ( t )를 계산할 때 사용된다. Lref가 클수록(평면이 레이저 거리측정기에 가까울수록) 오차가 적어지므로 계수값도 실제값에 가까워진다.

이와 같이 스텝모터에 비스듬히 부착된 레이저 거리측정기를 사용하여 적설량을 측정하는 방법에 대해서는 예를 들면 대한민국 특허 제1565481호에 개시된 방법을 사용할 수 있지만, 본 발명은 특정 적설량 측정방법에 한정되지 않는다.

그런데, 실제 환경에서는 도 2에 도시한 것처럼 주변 온도 또는 공기 온도(21)가 변함에 따라 지표고도가 어느 정도는 변하며, 목표 표면의 종류에 따라 변화의 정도가 달라진다. 예를 들면, 목재 적설판(22)에서의 지표고도 변화는 천연의 진흙땅(23)에 비해 훨씩 적다. 이러한 지표고도의 변화는 특히 눈이 없는 경우에 잘못된 경고나 오류 있는 출력을 내게 된다. 본 발명에서는 이 문제를 해결하기 위하여 여러 알고리즘 적인 접근과 기계적/물리적 개선을 시도하였다.

도 3을 참조하여 본 발명의 적설량 측정방법을 설명한다. 도 3은 본 발명의 적설량 측정단계의 동작을 보여주는 흐름도이다.

제어부(12)는 레이저 거리 측정기(10)를 사용하여 지표면 상에 눈이 있는지를 감지한다(단계 S31). 적설 여부의 감지 방법에 대해서는 후술한다.

눈이 없다고 감지된 상태에서는(단계 S32의 '아니오'), 측정된 평균거리 즉, 지표고도에 변화가 있으면 지표고도를 새로운 측정 데이터 갱신한다(단계 S33). 지표고도의 갱신절차에 대해서는 후술한다.

눈이 있다고 감지되면(단계 S32의 '예') 레이저 거리 측정기를 사용하여 고도를 측정하고 측정된 고도와 지표고도와의 차이값을 사용하여 적설량을 계산한다(단계 S34). 보다 정확한 적설량의 측정을 위하여 측정된 데이터에서 순간 피크값 등을 제거하는 등의 필터링 작업을 거칠 수 있다. 적설량의 측정방법으로는 예를 들면 대한민국 특허 제1565481호에 개시된 방법을 사용할 수 있다.

다음으로, 지표고도의 갱신절차를 도 4를 참조하여 설명한다. 도 4는 본 발명의 지표고도 갱신 절차의 동작을 보여준다.

본 발명에서는 레이저 거리 측정기를 사용하여 소정 기간에 걸쳐서 측정한 평균 지표고도에 변화가 있다면 지표고도를 새로 측정된 평균 지표고도로 변경시킨다. 이와 같이 본 발명에서는 도 4에 도시한 것처럼 지표고도의 변화를 면밀하게 추적함으로써 오류 있거나 잘못된 눈 감지를 감소시킬 수 있다.

먼저, 모든 샘플링 지점에서 거리를 측정하여 지표고도에 대한 샘플링 데이터를 획득한다(단계 S41). 획득한 샘플링 데이터는 노이즈를 없애기 위하여 필터링될 수 있다. 노이즈가 제거된 샘플링 데이터의 소정 기간 동안의 평균값을 구한다(단계 S42).

본 발명에서는 표면의 평균 높이(평균 지표고도)를 면밀하게 관찰하고 필요한 경우에 지표고도를 리셋(지표고도를 최근의 평균 지표고도로 변경)시킨다. 지표고도의 리셋은 예를 들면 다음의 두가지 경우에 수행한다.

첫 번째로, 소정의 기간보다 오랫동안 평균값이 현재의 지표고도보다 낮을 경우에 리셋이 수행된다(단계 S43). 측정된 거리값이 지속적으로 지표고도보다 낮게 나타난다는 것은 지표고도가 낮아졌음을 나타내는 것이기 때문이다.

두 번째로, 소정의 기간보다 오랫동안 평균값이 임계치(예를 들면 현재 지표고도 + 1.5mm)보다 낮게 유지되는 경우에 리셋이 수행된다(단계 S44). 이때 소정의 하한값보다 낮은 변화는 무시할 수 있다. 예를 들면 0.5 mm 정도의 낮은 고도 변화는 무시하도록 프로그래밍할 수 있다. 임계치와 하한값은 사용하는 거리측정기와 사용환경 등에 따라서 적절하게 정할 수 있으며, 사용자가 임의로 설정 가능하도록 구성하는 것도 가능하다. 눈이 없을 때 측정된 평균값이 임계치보다 낮은 경우에만 지표고도 리셋을 수행하는 것은 지표고도가 갑자기 어느 비율 이상 높아질 수 없다는 점을 고려한 것이다. 지각활동이 활발한 곳과 같이 실시 상황에 따라서는 임계치를 두지 않고 평균값이 지표고도보다 소정 기간 이상 높게 나타나면 지표고도를 갱신하도록 구성하는 것도 가능하다.

이와 같은 두 가지 경우 중의 어느 하나에 해당되면 제어부(12)는 지표고도를 최근의 지표고도 평균값으로 변경한다(단계 S46). 한편, 이러한 과정을 정해진 시간마다 수행하도록 하기 위하여 카운터를 갱신하고(단계S45), 카운터가 종료되면 도 4의 과정을 다시 수행하도록 구성하는 것도 가능하다.

이러한 전체 과정은 지표고도의 변화 속도는 실제 적설에 의한 높이 변화 속도보다 현저히 낮다는 가정에 근거를 두고 있다. 그러나 실제로는 지표고도의 변화 속도가 실제 적설에 의한 높이 변화 속도만큼 빠를 수도 있고, 특히 특정 형태의 강설의 경우에 실제 적설에 의한 높이 변화 속도가 지표고도의 변화 속도만큼 느릴 수도 있다.

이러한 잘못된 눈 감지 이슈를 해결하기 위하여, 본 발명에서는 샘플링 시간에 따라 그리고 샘플링 장소에 따라 임의의 샘플 데이터가 어떻게 변하는지를 보여주는 "변동계수(fluctuation coefficient)"라는 변수를 고안하였다.

예를 들어, 고도 변화가 눈 이외의 이유에 의해 발생되었다면 서로 다른 시간에 다른 장소에서 측정한 샘플 사이의 변화 또는 변동은 크지 않을 것이다. 반대로, 눈이 있다면 서로 다른 시간에 다른 장소에서 측정한 샘플값의 변화 및/또는 샘플값은 표면 상의 눈의 임의성(randomness)으로 인하여 변하게 될 것이다.

도 5를 참조하여 변동계수를 계산하는 방법을 설명한다.

N개의 샘플링 지점에 대해서 레이저 거리 측정기를 사용하여 N개의 샘플 데이터 {S₁, S₂, ... S_N}를 획득한다(단계 S51). 샘플 데이터 S_m은 샘플링 지점 m에서 획득한 샘플 데이터(예를 들면 측정된 거리값)을 나타낸다.

획득한 샘플 데이터 {S₁, S₂, ... S_N}에서 동일 샘플링 지점에 대한 지표고도 데이터 {G₁, G₂, ... G_N}를 뺀 경시변화량 {Δ₁, Δ₂, ... Δ_N}를 계산한다(단계 S52). 즉, 샘플링 지점 m에서의 경시변화량 Δ_m은 Δ_m=S_m-G_m으로 계산된다. 지표고도 데이터는 이전에 측정해둔 지표고도의 데이터값으로서 적설량을 계산할 때 사용된다. G_m은 샘플링 지점 m에서의 지표고도 데이터값을 나타낸다. 경시변화량은 시간 경과에 따라 지표고도가 변한 양을 의미한다.

다음으로, 계산된 경시변화량 {Δ₁, Δ₂, ... Δ_N}으로부터 경시변화량의 이웃 샘플과의 차이량 {λ₁, λ₂, ... λ_N}을 계산한다(단계 S53). 즉, 샘플링 지점 m과 그 이웃하는 샘플링 지점 m+1 사이의 차이량 λ_m은 λ_m=Δ_m ₊₁-Δ_m로 계산한다. 샘플링 지점은 원형 또는 타원형이므로 샘플링 지점 N에서의 이웃 샘플과의 차이량 λ_N은 λ_N=Δ₁-Δ_N로 계산한다.

이웃 샘플과의 차이량 {λ₁, λ₂, ... λ_N}을 계산하였으면, 그 평균이 변동계수가 된다(단계 S54).

즉, 변동계수 f는 수학식 1과 같이 구할 수 있다.

본 발명에서는 이렇게 얻은 변동계수를 사용하여 목표 표면의 눈을 감지한다. 즉, 변동계수가 소정 시간 동안 소정의 임계값 위에서 머무르고 있다면 지표면 상에 눈이 있다고 결정한다.

구체적으로는, 변동계수를 구한 다음에 제어부(12)는 이 값을 소정의 임계값과 비교하고 타이머를 개시한다. 변동계수가 소정 시간 동안 소정의 임계값 위에서 머무르고 있다면, 제어부(12)는 표면 상에 눈이 있다고 결정하고 이 값을 후속 처리에 사용한다. 예를 들어 이 계수가 예를 들어 5분 이상 동안 1.25보다 크게 유지되었다면 제어부(12)는 목표 지점에 눈이 있다고 결정하고 그에 따라 적설량을 계산한다.

변동계수를 사용하여 판단한 결과, 눈이 없다고 판단되면 제어부(12)는 도 3에서 설명한 것처럼 지표고도 갱신 절차(단계 S33)를 밟는다. 눈이 없는 상태에서 높이 변화가 있다면 제어부(12)는 이것이 실제 강설때문이 아니라 지표고도의 변화 때문이라고 판단하여 소정 기간 이후에 지표고도를 리셋시킬 것이다.

본 발명에서는 지표고도(또는 기준고도)의 변화를 최소화하기 위하여 도 6에 도시한 것처럼 지지격자(supporting lattice)(62)를 갖는 FRP(fiber reinforced plastics) 적설판(61)을 사용한다. 적설판(61)을 사용하는 경우에 샘플링 지점들은 모두 적설판 위에 위치하게 된다. 적설판(61)은 도 6의 (a)에 도시한 것처럼 상면은 평평하고 하면에는 도 6의 (b)에 도시한 것처럼 지지격자(62)가 형성되어 있다. 적설판(61)은 하면의 격자 구조로 인하여 온도 변화에 따른 판의 뒤틀림이나 변형이 최소화된다.

한편, 도 6과 같은 실제 크기의 적설판을 사용하면 전체 비용이 상당히 증가하고 설치 과정이 복잡해질 수 있다. 또한, 하면의 격자 구조에도 불구하고 주변 온도 변화나 충격 등에 따른 적설판 변형을 완전히 막을 수는 없으며, 그에 따라 적설판 상의 측정 지점들의 고도 또한 변하게 될 것이다.

본 발명의 일 실시예에서는 이러한 문제점을 해결하고 본 발명의 눈 감지 방법의 효과를 극대화하기 위하여 부분 적설판(71)을 사용한다. 부분 적설판(71)은 상부에 배치된 평평한 판(72)과, 상기 판의 하부에 직하방으로 돌출되는 베이스(73)로 구성되며, 샘플링 지점마다 설치된다.

부분 적설판(71)은 도 7에 도시한 것처럼 단단한 토대 또는 지상의 구조물(74) 위에 고정되어 이들 지점이 온도 변화에 따라 변하지 않도록 한다. 즉, 부분 적설판의 베이스를 단단한 토대 또는 지상의 구조물(74)에 삽입함으로써 부분 적설판이 단단하게 고정되도록 한다. 부분 적설판(71)을 사용하면 이웃하는 샘플 지점들이 서로 충분히 가깝게 되도록 더 밀도 높은 샘플들을 획득할 수 있다. 도 7 우측의 원 안에는 여러 형태의 베이스(73)를 가진 부분 적설판의 예가 도시되어 있다.

실시예에 따라서는, 도 7에서 측정 지점들을 형성하는 원(14)의 우측 부분에 도시한 것처럼 샘플링 경로의 일부에만 서로 밀접하게 부분 적설판을 설치하고 나서 눈 깊이 센서가 이들 부분 적설판 상의 샘플들만을 읽고 눈이 있는지를 판단하도록 구성할 수도 있다. 눈이 없다면 시스템은 자연적인 지표고도의 변동을 반영하여 지표고도를 리셋시킨다. 이는, 전술한 적설 감지 알고리즘을 부분 적설판 상에서 획득한 샘플들에 대해서만 적용한다는 것을 의미한다. 이들 샘플은 밀접하게 이웃하고 있는 지점들로부터 획득하며, 이러한 점이 알고리즘의 성능을 현저하게 높여준다. 또한, 부분 적설판이 적절하게 설치된다면 눈 이외의 다른 요인으로는 부분 적설판의 고도 차이가 발생되지 않는다고 가정할 수 있다.

이상, 본 발명을 몇가지 예를 들어 설명하였으나, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성 요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성 요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수 개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 그 컴퓨터 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 본 발명의 기술 분야의 당업자에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다. 이러한 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 저장매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다.

이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

* 부호의 설명 *

10 레이저 거리측정기,

11 스텝모터,

12 제어부,

15 적설판.

Claims

레이저 거리측정기와 제어부를 구비하는 적설량 측정장치에서의 적설량 측정방법으로서,

레이저 거리 측정기를 사용하여 지표면 상에 눈이 있는지를 감지하는 적설 감지단계와,

눈이 없다고 감지된 상태에서 레이저 거리 측정기를 사용하여 소정 기간에 걸쳐서 측정한 평균 지표고도에 변화가 있다면 지표고도를 새로 측정된 평균 지표고도로 변경시키는 지표고도 변경단계와,

눈이 있다고 감지되면 레이저 거리 측정기를 사용하여 고도를 측정하고 측정된 고도와 지표고도와의 차이값을 사용하여 적설량을 계산하는 적설량 측정단계

를 구비하는 적설량 측정방법.
제1항에 있어서, 상기 적설 감지단계는

레이저 거리 측정기를 사용하여 측정한 샘플 데이터가 샘플링 시간과 샘플링 지점에 따라 어떻게 변하는지를 보여주는 변동계수를 구하는 변동계수 계산단계와,

변동계수가 소정 시간 동안 소정의 임계값 위에서 머무르고 있다면 지표면 상에 눈이 있다고 결정하는 적설 판단단계

를 포함하는 적설량 측정방법.
제2항에 있어서, 상기 변경계수 계산단계는,

N개의 샘플링 지점에 대해서 레이저 거리 측정기를 사용하여 N개의 샘플 데이터 {S₁, S₂, ... S_N}를 획득하는 단계와,

획득한 샘플 데이터 {S₁, S₂, ... S_N}에서 동일 샘플링 지점에 대한 지표고도 데이터 {G₁, G₂, ... G_N}를 뺀 경시변화량(Δ_m=S_m-G_m) {Δ₁, Δ₂, ... Δ_N}를 계산하는 단계와,

경시변화량의 이웃 샘플과의 차이량(λ_m=Δ_m ₊₁-Δ_m) {λ₁, λ₂, ... λ_N}을 계산하는 단계와,

상기 이웃 샘플과의 차이량의 평균을 계산하여 변동계수를 구하는 단계

를 포함하는 적설량 측정방법.
제2항 또는 제3항에 있어서,

상기 샘플링 지점마다 상부가 평평한 부분 적설판이 설치되는 것을 특징으로 하는 적설량 측정방법.
제4항에 있어서,

상기 부분 적설판은 상부에 배치된 평평한 판과, 상기 판의 하부에 직하방으로 돌출되는 베이스로 구성되는 것을 특징으로 하는 적설량 측정방법.
제5항에 있어서,

상기 베이스는 단단한 토대 또는 지상의 구조물에 삽입되어 고정되는 것을 특징으로 하는 적설량 측정방법.
제2항 또는 제3항에 있어서,

상기 샘플링 지점들은 하나의 적설판 상의 지점들이며,

상기 적설판은 상면은 평평하고 하면에는 지지격자가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 적설량 측정방법.
레이저 거리측정기와,

상기 레이저 거리 측정기를 사용하여 지표면 상에 눈이 있는지를 감지하고, 눈이 없다고 감지된 상태에서는 레이저 거리 측정기를 사용하여 소정 기간에 걸쳐서 측정한 평균 지표고도에 변화가 있다면 지표고도를 새로 측정된 평균 지표고도로 변경시키며, 눈이 있다고 감지되면 레이저 거리 측정기를 사용하여 고도를 측정하고 측정된 고도와 지표고도와의 차이값을 사용하여 적설량을 계산하는 제어부

를 구비하는 적설량 측정 장치.
제8항에 있어서,

상기 적설량 측정 장치는 회전축을 포함하는 스텝 모터를 더 구비하며,

상기 레이저 거리측정기는 상기 스텝 모터의 상기 회전축에 수직인 평면에 대해서 소정 각도로 기울어져 연결되어 회전되며,

상기 제어부는 상기 스텝 모터를 제어하여 상기 레이저 거리측정기를 회전시키면서 상기 레이저 거리측정기를 제어하여 다수의 목표지점에서의 거리를 측정하는 것을 특징으로 하는 적설량 측정 장치.
제9항에 있어서, 상기 제어부는,

레이저 거리 측정기를 사용하여 측정한 샘플 데이터가 샘플링 시간과 샘플링 지점에 따라 어떻게 변하는지를 보여주는 변동계수를 구하고,

변동계수가 소정 시간 동안 소정의 임계값 위에서 머무르고 있다면 지표면 상에 눈이 있다고 결정하는 것을 특징으로 하는 적설량 측정 장치.
제10항에 있어서, 상기 제어부는,

N개의 샘플링 지점에 대해서 레이저 거리 측정기를 사용하여 N개의 샘플 데이터 {S₁, S₂, ... S_N}를 획득하고,

획득한 샘플 데이터 {S₁, S₂, ... S_N}에서 동일 샘플링 지점에 대한 지표고도 데이터 {G₁, G₂, ... G_N}를 뺀 경시변화량(Δ_m=S_m-G_m) {Δ₁, Δ₂, ... Δ_N}를 계산하고,

경시변화량의 이웃 샘플과의 차이량(λ_m=Δ_m ₊₁-Δ_m) {λ₁, λ₂, ... λ_N}을 계산하여, 상기 이웃 샘플과의 차이량의 평균을 변동계수로 취하는 것을 특징으로 하는 적설량 측정 장치.
제10항 또는 제11항에 있어서,

상기 샘플링 지점마다 상부가 평평한 부분 적설판이 설치되는 것을 특징으로 하는 적설량 측정 장치.
제12항에 있어서, 상기 부분 적설판은

상부에 배치된 평평한 판과,

상기 판의 하부에 직하방으로 돌출되는 베이스

로 구성되는 것을 특징으로 하는 적설량 측정 장치.
제13항에 있어서,

상기 베이스는 단단한 토대 또는 지상의 구조물에 삽입되어 고정되는 것을 특징으로 하는 적설량 측정 장치.
제10항 또는 제11항에 있어서,

상기 샘플링 지점들은 하나의 적설판 상의 지점들이며,

상기 적설판은 상면은 평평하고 하면에는 지지격자가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 적설량 측정 장치.