KR20150116676A - 사방댐의 토사확인장치 및 사방댐의 토사확인방법 - Google Patents

사방댐의 토사확인장치 및 사방댐의 토사확인방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 사방댐의 토사확인장치에는, 마이크로웨이브를 송신하고, 상기 마이크로웨이브가 사방댐에 쌓여있는 토사로부터 반사되는 반사파를 수신하는 안테나가 포함되고, 송수신되는 상기 마이크로웨이브의 송수신 시간차를 분석하여 상기 사방댐에 쌓여있는 토사를 확인할 수 있다. 본 발명에 따르면 소규모 설비인 사방댐에 저렴한 가격과 안정된 시스템으로, 사방댐 마다 상치형으로 설치될 수 있으므로 사방댐과 인근주민의 안전을 증진시킬 수 있다. 아울러, 국토의 절반이상이 산지인 우리나라의 경우에 저렴하게 적용되어 주민의 안전에 만전을 기할 수 있는 것이 바람직할 것이다. 또한, 레이저에 비하여 인체 유해성이 떨어지는 마이크로웨이브를 사용할 수 있으므로 안전성이 뛰어난 특징이 있다. 특히, 기존에 LiDAR와 같은 고가장비를 이동하며 사용하여야 하는 방식에 비하여, 상치형으로 제공될 수 있으므로, 국지성 호우와 같은 급변하는 상황에서 신속하게 대응할 수 있으므로, 주민의 생활안전에 더욱 기여할 수 있는 장점을 얻을 수 있다.

Description

사방댐의 토사확인장치 및 사방댐의 토사확인방법{Apparatuses and methods for determining the debris deposition in a dam}
본 발명은 사방댐의 토사확인장치 및 사방댐의 토사확인방법에 관한 것이다. 더 상세하게는, 사방댐에 저류되는 토사의 준설시기를 확인하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
우리나라는 산지가 국토 면적의 약 64%를 차지하고, 경사가 급하고 풍화암, 마사토 지대가 많아 지형 안정성이 취약하기 때문에 호우 시에 산사태가 발생하기 쉽다. 이러한 가운데 기상이변에 따른 국지성 집중호우와 산지 개발로 최근 산사태 발생 면적이 증가하고 있어 대책 마련이 필요한 실정이다. 수년 전에 서울의 남부순환로에서 발생한 산사태는 산사태의 위험성을 잘 말해주고 있다.
사방댐은 집중호우 시 산사태 피해를 예방하기 위한 중요한 시설이다. 사방댐은 하천의 상류에서 일시적으로 발생하는 산사태로 인한 토석류와 유목의 유출을 차단하여, 하류 지역의 가옥, 농경지, 산업시설 등의 재해를 예방할 수 있다. 사방댐에는 침전물이 계속해서 쌓이는 구조물로서 폭이 30~70m 높이가 수미터 정도이기 때문에 유지/관리에 있어서 일정한 높이 이상으로 저류된 토사와 자갈 등을 준설하는 것이 중요한 문제이다.
종래 사방댐의 토사확인장치로는 레이저를 사용하는 LiDAR 측량기법이 활용되어 왔다. 상기 측량기법은 측량자의 숙련도에 영향을 받지 않고 비교적 정밀한 데이터를 쉽게 획득할 수 있다는 장점을 가지고 있다.
그러나, 물 등의 매질에서의 반사로 인한 영향을 줄이기 위해 파장이 서로 다른 복수의 레이저 펄스를 사용해야 하는 문제점, 시스템 복잡도가 증가하는 문제점, 레이저 펄스 생성에 필요한 시스템 비용이 높아지고, 제품의 가격이 비싸고 제품을 실외에서 지속적으로 사용하지 못하는 문제점이 있다. 이들 문제점으로 인하여 LiDAR장치는 사방댐에 상치하지 못하고, 필요한 때에만 LiDAR 장치를 현지로 가지고 가서 사방댐의 준설상태를 판정하였다. 그러나, 토사량이 급격하게 변하는 때에 적절한 시기에 준설을 하지 못하는 경우에는 사방댐의 붕괴우려가 높고 정작 필요한 때에 토사를 막지 못하게되어 인근 거주민의 안전에 심각한 문제를 야기한다.
본 발명은 상기되는 문제점을 해결하고, 사방댐의 토사확인을 안전하고 편리하고 저렴하게 할 수 있도록 하는 하는 사방댐의 토사확인장치 및 사방댐의 토사확인방법을 제안한다.
본 발명에 따른 사방댐의 토사확인장치에는, 마이크로웨이브를 송신하고, 상기 마이크로웨이브가 사방댐에 쌓여있는 토사로부터 반사되는 반사파를 수신하는 안테나가 포함되고, 송수신되는 상기 마이크로웨이브의 송수신 시간차를 분석하여 상기 사방댐에 쌓여있는 토사를 확인할 수 있는 것을 특징으로 한다. 간단하고 저렴하고 상치형으로 안정적으로 사방댐을 관리할 수 있다.
상기 사방댐의 토사확인장치에서, 상기 안테나는 하나이고, 상기 안테나를 상기 사방댐의 전방 상공에 지지하는 지지대가 포함될 수 있다. 이로써, 더욱 저렴하게 사방댐을 관리할 수 있다. 상기 안테나는 적어도 두 개 이상이고, 상기 사방댐의 전면을 따라서 상하로 이격 배치될 수 있는데, 이로써, 더욱 정확하고 안전하게 사방댐을 관리할 수 있다. 상기 안테나 중의 적어도 어느 하나는 수면 바깥쪽에 위치할 수 있다. 이로써 내구성이 더 높은 토사확인장치를 구현할 수 있고, 상기 안테나가 적어도 두개인 경우에, 상기 안테나 중의 적어도 어느 하나는 수면 안쪽에 위치할 수 있는데, 이로써 더 정확한 토사확인장치를 얻을 수 있다. 또한, 상기 마이크로웨이브는, 초광대역의 펄스신호일 수 있는데, 이로써 실수가 없는 토사확인장치를 구현할 수 있다. 또한, 상기 마이크로웨이브의 송수신 시간차 분석은, 적어도 두 개 이상의 안테나가 이용되는 경우에는, 지연-합 방식을 이용하는 백프로젝션을 이용할 수 있다. 이로써 정확한 토사확인장치를 구현할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 사방댐의 토사확인장치에는, 펄스신호를 생성하는 펄스생성기; 상기 펄스신호를 마이크로웨이브로 송신하고, 상기 마이크로웨이브가 사방댐에 쌓여있는 토사로부터 반사되는 반사파를 수신하는 안테나; 상기 안테나에서 수신되는 신호를 전처리하는 신호전처리부: 및 송수신되는 상기 마이크로웨이브의 송수신 시간차를 분석하여 상기 사방댐에 쌓여있는 토사를 확인하는 깊이 추정부가 포함된다. 이에 따르면 간단하고 저렴하고 상치형으로 가능하고, 항상 인근 주민이 안전을 확보할 수 있다.
상기 토사확인장치에 있어서, 상기 신호전처리부에는, 수면에서 반사되는 신호를 토사에서 반사되는 신호가 아닌 것으로 처리하는 수면반사신호처리부; 및 물의 유전율이 공기와는 다른 것을 보상하기 위한 유전율처리부가 포함되어, 더 정확한 신호처리가 가능할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 사방댐의 토사확인방법에 따르면, 펄스신호를 생성하는 것; 적어도 하나 이상의 안테나를 통하여 펄스신호를 마이크로웨이브로 송신하고 그 반사신호를 획득하는 것; 상기 반사신호를 전처리하는 것; 및 상기 마이크로웨이브의 송수신 시간차를 이용하여 토사의 깊이를 추정하는 것이 포함된다. 이에 따르면, 간단하고 저렴하고 상치형으로 사방댐의 토사높이를 확인할 수 있다.
상기 토사확인방법에 따르면, 상기 전처리에는, 수면에서 반사된 신호를 무시하는 것, 및 공기와 물의 유전율이 다른 것을 고려하여 거리계산에서 이를 보상하는 것 중의 적어도 하나는 포함될 수 있고, 이로써 더 정확한 토사높이를 확인할 수 있다. 상기 토사확인방법에 있어서, 상기 안테나가 하나인 경우에는 송수신 신호의 시간차를 이용하여 토사의 깊이를 측정할 수 있고, 상기 안테나가 적어도 두 개인 경우에는, 지연-합 방식을 이용하는 백프로젝션으로 토사의 깊이를 측정할 수 있다. 이로써, 정확한 정보획득이 가능하다.
본 발명에 따르면, 저렴한 가격과 안정된 시스템으로 사방댐 마다 상치형으로 설치될 수 있으므로 사방댐과 인근주민의 안전을 증진시킬 수 있다. 단일의 마이크로웨이브로 충분하기 때문에 시스템이 간단해지고 가격이 저렴해 지는 장점이 있다. 그 외에도 본 발명의 본질로부터 드러나는 다양한 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 제 1 실시예에 따른 사방댐의 토사확인장치의 사용상태도.
도 2는 제 1 실시예에 따른 사방댐의 토사확인장치의 블록도.
도 3은 제 1 실시예에 따른 사방댐의 토사확인방법을 설명하는 흐름도.
도 4는 제 2 실시예에 따른 사방댐의 토사확인장치의 사용상태도.
도 5는 제 2 실시예에 따른 사방댐의 토사확인장치의 블록도.
도 6은 지연정보를 설명하는 참조도면.
도 7은 제 2 실시예에 따른 사방댐의 토사확인방법을 설명하는 흐름도.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 사상은 이하의 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 및 추가 등에 의해서 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명 사상의 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
<제 1 실시예>
도 1은 제 1 실시예에 따른 사방댐의 토사확인장치의 사용상태도이다.
도 1을 참조하면, 사방댐(4)에 토사가 쌓여있고, 상기 사방댐(4) 또는 상기 사방댐(4)에 부속되는 구조물에는 제어장치(1)가 마련된다. 상기 제어장치(1)는 안테나(3)와 전기적으로 연결될 수 있고, 상기 안테나(3)가 상기 사방댐(4)에 저수되는 물 또는 토사에 대하여 특정한 곳에 위치하도록 하는 지지대(2)가 제공된다.
상기 안테나(3)는, 예를 들어 사방댐의 중앙에서 전방 15미터지점의 토사깊이를 측정할 수 있다. 도면에서는 상기 안테나가 수표면 밖으로 나와 있는 것으로 나타내지만, 안테나(3)는 물 속에 들어 있을 수도 있다. 이 경우에는 수밀성을 확보해야 할 것이다. 실시예에서는 수표면 밖으로 나와 있는 것을 가정하도록 한다.
상기 제어장치(1)에는 통신수단이 마련되어 중앙통제센터와 연결될 수 있다. 이로써, 토사확인결과를 중앙통제센터로 통지할 수 있다. 상기 중앙통제센터는 토사확인결과를 확인하여 준설팀을 해당하는 사방댐으로 파견할 수 있다.
상기 안테나에서는 펄스신호를 송신하고 토사로부터 반사된 펄스신호를 수신한다. 상기 안테나에서 송신하는 펄스신호는 마이크로웨이브로서, 낮은 중심주파수를 사용하여 물 등의 매질에서의 침투 성능이 우수하고, 넓은 대역폭을 사용하여 나노초 단위의 짧은 펄스를 송수신할 수 있어서, 단일의 초광대역 마이크로웨이브 신호만으로 사방댐의 준설지역(즉, 토사) 지형변화를 측량할 수 있다. 이로써, 종래의 LiDAR에서 복수의 레이저 펄스를 사용하는 것보다 시스템 복잡도 측면에서 유리한 장점이 있다. 또한, 전자파를 사용하므로 시스템의 안정도가 뛰어나고, 가혹한 실외 환경에 충분히 견딜 수 있다. 따라서 상치형으로 항상 측정하더라도 문제가 없다.
상기 지지대(2)는 사방댐(4)의 구조물과 안테나를 기계적으로 연결하는 구조물로서, 사방댐(4)의 저수된 물의 특정지점(예를 들어, 사방댐 전방 15미터)에 안테나(3)가 위치하도록 한다.
상기되는 사방댐의 토사확인장치의 사용방법을 설명한다.
실시예에 따른 사방댐의 토사확인장치는 사방댐에 상치되어 있다. 즉, 사방댐(4)에 영구적으로 설치되어 일정한 주기, 예를 들어 하루 단위 또는 한 시간 단위로 토사 높이를 측정한다. 이때 토사 높이를 측정하는 지점은, 사방댐 앞의 소정 지점, 예를 들어 사방댐 중앙으로부터 전방 15미터 지점일 수 있다.
사방댐의 높이를 측정하는 방식은, 먼저 제어장치(1)의 제어하에서 펄스를 발생시키고, 펄스신호는 안테나(3)를 통하여 마이크로웨이브로 토사측으로 방사된다. 방사된 마이크로웨이브는, 수면에서도 반사되고, 토사에서도 반사될 수 있다. 이때 수면에서 반사되는 마이크로웨이브는 안테나(3)에 가장 먼저 도달하는 반사파로서 토사의 깊이와 무관한 반사파이므로 이를 무시할 수 있다. 수면에서 반사된 반사파 다음으로 반사되어 안테나(3)로 돌아오는 반사파는, 안테나의 직근 하측, 즉 측정지점의 토사에서 반사되는 반사파로서 측정하고자 하는 반사파이다. 상기 측정지점의 토사로부터 반사되는 반사파의 측정시각과 안테나에서 마이크로웨이브를 방사한 방사시각의 차이를 이용하면 토사와 안테나 사이의 거리를 구할 수 있다.
측정지점의 토사높이와 안테나 사이의 거리정보와, 원래 안테나의 설치높이를 알 수 있으므로, 토사의 높이를 알아낼 수 있다.
이후에는 상기 토사높이가 일정수준을 초과하면, 준설을 해야 하는 것으로 판단하고, 준설을 수행하도록 할 수 있다. 경우에 따라서는, 급격하게 토사가 증가하는 것으로 확인되는 경우에는 산사태가 임박한 것으로서 인근주민들에 대한 대피신호를 발령할 수도 있다.
도 2는 제 1 실시예에 따른 사방댐의 토사확인장치의 블록도이다.
도 2를 참조하면, 소정 패턴의 펄스를 생성하는 펄스 생성기(11)와, 펄스 생성기(11)에서 생성된 펄스를 마이크로웨이브로 방사하고, 그 방사된 마이크로웨이브에서 반사된 마이크로웨이브를 수신하는 안테나1(3)와, 안테나1(3)로부터 수신된 신호를 전처리하는 신호 전처리부(12)와, 토사의 깊이를 추정하는 깊이 추정부(13)가 포함된다.
상기 사방댐의 토사확인장치를 구성하는 각 부품은, 안테나1(3)에 부속되는 물품으로서 포함되어 있을 수도 있고, 상기 제어장치(1)에 부속되어 있을 수도 있다.
상기 신호 전처리부(12)에는, 토사높이와는 무관하게 수면에서 반사되는 마이크로웨이브를 제거하도록 처리하는 수면반사신호처리부(121)와, 공기중의 유전율과 수면에서의 유전율의 차이에 의해서 마이크로웨이브의 전파속도가 달라지는 것을 보상하는 유전율처리부(122)가 포함된다. 상기 수면반사신호처리부(121)는 안테나에서 가장 먼저 도착하는 반사파를 제거하거나 무시하는 것에 의해서 수행될 수 있다. 상기 유전율처리부(122)에서는, 마이크로웨이브의 전파매질이 달라지는 것을 고려하여 거리를 보상한다. 구체적으로 설명하면, 전체적인 전파매질로서 물이 사용될 때에는 수학식 1과 같이 거리를 나타낼 수 있다.
Figure pat00001
여기서, d는 안테나와 반사지점까지의 거리이고, c는 광속이고, t는 반사지점에서 반사파가 도달하는 때까지 걸린 시간이고, εwater는 매질로서 물의 유전율이다. 상기 수학식 1의 경우에는 안테나1(3)가 물 속에 있는 경우를 나타낸다. 따라서, 실시예 1과 같이 안테나가 물 밖에 있는 경우는 하기되는 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00002
여기서, t1은 수면반사파가 도달한 시간이고, t2는 측정지점의 토사에서 반사된 토사반사파가 도달한 시간이다. 상기 수학식 2에 따르면 실제 반사파가 도달한 시각들과, 물의 유전율과, 광속을 통하여 유전율이 보상되도록 하여 실제로 토사와 안테나 사이의 거리를 알아낼 수 있다.
상기 깊이추정부(13)에는, 어떠한 기준정보로서 안테나와 토사까지의 거리정보가 저장되어 있을 수 있는데, 예를 들어 토사가 없는 때의 거리정보가 포함되어 있을 수 있다. 그러면, 상기 신호전처리부(12)로부터 전달된 토사와 안테나 사이의 거리정보와, 상기 기준정보를 비교하여 토사의 높이를 알아낼 수 있다. 상기 기준정보로는 토사가 쌓여있지 않은 경우를 예로 들 수 있다.
도 3은 제 1 실시예에 따른 사방댐의 토사확인방법을 설명하는 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 펄스신호를 생성하고(S1), 안테나를 통하여 펄스신호를 마이크로웨이브로 송신하고 그 반사신호를 획득한다(S2). 획득된 반사신호를 전처리를 수행한다(S3). 상기 전처리로는, 토사와는 무관하게 수면에서 반사된 신호를 무시하거나, 공기와 물의 유전율이 다른 것을 고려하여 거리계산에서 이를 보상하는 것이 포함될 수 있다.
전처리된 신호에는 현재의 안테나와 토사와의 거리정보가 포함될 수 있는데, 이후에는 기준정보로서 안테나와 토사까지의 원래의 거리정보와 전처리된 신호의 거리정보를 비교하여 토사높이, 즉, 수면에서 토사까지의 깊이를 알아낼 수 있다.
상기 제 1 실시예에 따른 장치 및 방법은, 지지대(2)를 설치하여야 하는 불편함이 있고, 특히 실외환경에서 지지대가 파손될 우려가 있는 단점이 있다. 또한, 토사가 적층되는 지형의 변화가 심한 경우에는, 반사파가 반드시 측정지점의 토사로부터 반사된 것이라 할 수는 없어서 측정값에 오차를 일으키는 문제점이 있다.
<제 2 실시예>
본 발명의 제 2 실시예는 제 1 실시예의 상기 문제점을 감안하여 제안되는 것으로서, 상기되는 문제점을 해소할 수 있다. 다만, 제 1 실시예에 사용되는 초광대역 마이크로웨이브를 안테나를 통하여 송신하고 토사로부터 반사되는 반사파를 수신하는 방법에 따른 것이므로, 제 2 실시예에서 특징적으로 달라지는 부분에 대해서만 구체적으로 설명하고, 구체적으로 설명이 없는 부분은 제 1 실시예의 설명을 그대로 적용할 수 있을 것이다.
도 4는 제 2 실시예에 따른 사방댐의 토사확인장치의 사용상태도이다.
도 4를 참조하면, 사방댐(4) 또는 그 인근지점에 제어장치(1)가 마련되고, 적어도 두 개의 안테나(31~3N)가 사방댐(4)의 전방에서 깊이방향으로 배열되어 있다. 상기 안테나(31~3N)는 제어장치(1)와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 안테나는 기계적으로 서로 연결되고, 사방댐(4)의 전면 중앙에 위치고정적으로 일렬로 정렬되어 있을 수 있다.
상기 적어도 두 개의 안테나는, 어느 하나의 안테나가 마이크로웨이브를 송신하고 수신할 때에는 다른 안테나는 동작하지 않는다. 다른 하나의 안테나가 동작할 때에도 마찬가지이다. 따라서, 어느 하나의 안테나가 동작할 때의 마이크로웨이브의 반사정보가 안테나에서 획득될 것이고, 모든 안테나 들의 해당정보가 모여질 수 있다. 상기 안테나는 수면 위에도 놓일 수 있고, 수면 아래에도 놓일 수 있어서, 공기와 물의 유전율의 차이에 따른 보상이 수행될 수 있다.
상기 적어도 두 개의 안테나에서 획득된 정보는 수면반사파 및 유전율에 대하여 보상처리한 다음에, 토사깊이를 추정한다. 이때 토사깊이의 추정은 지연-합 방식을 이용하는 백 프로젝션(back projection)에 의해서 수행될 수 있다. 상기 백 프로젝션에 대해서는 후술한다. 토사의 깊이가 측정된 다음에는 현재 상황에서 준설이 필요한지를 판정할 수 있다.
제 2 실시예에 따르면 제 1 실시예의 경우와 같은 별도의 지지대를 설치할 필요가 없다. 다만, 안테나를 사방면의 벽면을 따라서 소정의 간격으로 연결하여 고정하는 구조만이 있으면 된다. 따라서 설치비가 줄어드는 이점이 있다. 또한, 다수의 안테나를 이용함으로써, 보다 정확한 결과를 얻을 수 있는 장점이 있다.
도 5는 제 2 실시예에 따른 사방댐의 토사확인장치의 블록도이다.
도 5를 참조하여 제 2 실시예에 따른 토사확인장치의 구성 및 작용을 설명한다. 상기 펄스 생성기(11)에서 제공된 펄스는 안테나1(31)부터 안테나N(3N)까지를 통하여 각각 송신되고, 장애물에 의해서 반사되는 반사파가 수신된다. 이때에는 한 번에 하나씩의 안테나가 동작된다.
딜레이정보제공부(15)에서는, 지연-합방식을 이용하는 백프로세싱을 하기 위하여, 각 안테나(31~3N)와 안테나로부터의 전방에 위치하는 저류공간의 각 지점 간의 거리관계를 이용하여, 지연정보(τ)를 저장하고 제공한다. 도 6은 상기 지연정보를 설명하는 도면이다.
도 6을 참조하면, 안테나(31~3N)로부터 수직하는 방향으로서 전방, 즉 저류공간의 각지점 예를 들어 일지점(Z0,X0)과 각 안테나(31~3N)간의 위치관계를 보이고 있다. 다시 말하면, 안테나(31~3N)가 설치되는 사방댐의 수직선에서 사방댐에 대하여 수직방향으로 투사되는 각 지점을 X로 나타내고 있다. 상기 일지점까지 토사가 쌓여서 마이크로웨이브가 반사되는 경우에, 상기 안테나N(3N)에서 반사파가 수신되는 시각은, 안테나1(31)에서 반사파가 수신되는 시각에 비하여 τ만큼 더 걸리게 된다. 따라서 역으로 상기 일지점에서 반사되는 반사파가 있는 경우에, 안테나N(3N)에서 수신한 반사파를 τ만큼(τ는 시간이지만, 광속을 기준으로 할 때 거리로 환산할 수 있다) 지연시켜서 안테나1(31)에서 수신한 반사파와 합하면, 신호는 강하게 증폭될 수 있다.
결국, 상기 일지점까지 토사가 쌓여서 상기 일지점에서 실제로 마이크로웨이브의 반사파가 발생하는 경우에는 강한 신호를 포착할 수 있고, 이 곳까지 토사가 쌓여있는 것을 확인할 수 있다. 반사파가 없는 경우에는 각 신호가 상쇄되므로 강한 신호로서 감지되지 못하므로 토사가 그 높이까지 쌓여있지 않은 것으로 판단할 수 있다.
다시 도 5를 참조하면, 상기 일지점과 상기 안테나(31~3N)의 상대적 위치관계에 따라서 τ값은 각 안테나별로 달라질 수 있다. 따라서, 해당되는 상대적 위치관계별로 τ값이 할당되고, 상기 τ값은 상기 딜레이정보제공부(15)에 제공되어 있을 수 있다.
신호전처리부(12)에서는, 수면반사신호처리부(121)와 유전율처리부(122)가 포함될 수 있다.
상기 수면반사신호처리부(121)에서는 수면의 위치를 파악하여 토사와 무관한 정보로서 제외시킬 수 있다. 예를 들어, 수면은 항상 수평을 이루는 사실을 감안하여 상측 또는 하측에 있는 몇개의 안테나를 이용하여 지연-합 방식을 이용하는 백프로젝션을 수행한 결과, 반사파의 발생지점이 일정한 길이의 수평선을 이루는 경우에는 이를 수면으로 추정할 수 있다. 또 다른 방법으로 상기 일지점과 상기 안테나(31~3N)의 상대적 위치관계에 따른 τ값을 정할 때, 어느 지점에 수면이 있음을 예상하고 유전율을 고려하여 상기 τ값을 지정해 놓을 수 있다. 이 경우에는 τ값에 따라서 지연-합 방식에 의한 백프로젝션의 결과, 반사파의 발생지점이 일정한 길이의 수평선을 이루는 경우에는 이를 수면으로 추정할 수 있다.
상기 수면반사신호처리부(122)에서는 위와 같은 예시적인 방법으로 수면을 식별하고 이를 토사높이가 아닌 것으로 무시할 수 있다. 상기 수면이 정해지면, 상기 유전율처리부(122)에서는 수면을 기준으로 상측과 하측에 있는 안테나(31~3N)에 유전율에 따른 거리를 보상할 수 있다. 따라서 상기 일지점과 상기 안테나의 상대적인 위치관계와 함께 유전율을 고려하여 τ값을 보상할 수 있을 것이다.
깊이 추정부(13)는 상기 전처리부를 거친 결과를 참조로 하여, 안테나 전방에 있는 지점에 대한 백프로젝션이 수행될 수 있다. 수행된 결과는, 안테나의 전방에서 토사가 쌓여있는 높이에서는 반사파가 실제로 있으므로, 백프로젝션의 수행결과 강한신호가 되어 토사의 높이에 따른 등고선이 2차원 이미지로 디스플레이 될 수 있을 것이다.
상기 판정부(14)에서는 준설의 여부를 판정하는 특정 지점(예를 들어, 사방댐 중앙에서 전방 15미터의 지점)에서 깊이 추정부(13)에서 추정되는 토사의 높이를 확인하고, 기준정보와 비교하여 준설의 필요성을 판정할 수 있다.
도 7은 제 2 실시예에 따른 사방댐의 토사확인방법을 설명하는 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 먼저, 펄스신호를 생성하고(S11), 각 안테나를 통하여 펄스신호를 마이크로웨이브로 송신하고 그 반사신호를 획득한다(S12). 상기 송신 및 수신단계(S12)는 어느 하나의 안테나에 대하여 수행될 때 다른 안테나는 정지되어 있고, 모든 안테나 또는 신호처리에 필요한 정도의 안테나에 대해서는 반복적으로 수행될 수 있다.
획득된 반사신호를 전처리를 수행한다(S13). 상기 전처리로는, 토사와는 무관하게 수면에서 반사된 신호를 무시하거나, 공기와 물의 유전율이 다른 것을 고려하여 각 안테나별로 거리계산에서 τ값을 보상하는 것이 포함될 수 있다.
전처리된 신호를 참조하면, 깊이를 추정한다(S14). 토사의 깊이를 추정할 때에는 지연-합 방식을 이용하는 백프로젝션 기술이 적용될 수 있고, 전처리시에 보상되는 τ값이 적용될 수 있다.
이후에는 토사가 현재의 높이에 있을 때 준설이 필요한 지의 여부를 판단하여 준설을 수행할 수 있다.
제 2 실시예의 경우에는 토사의 높이를 사방댐의 전방으로 연속적으로 파악할 수 있는 장점이 있다. 예를 들어, 제 1 실시예의 경우에는 사방댐의 전방의 특정지점에 대한 토사의 높이를 확인하여 준설여부를 판단할 수 있었던 것임에 반하여, 제 2 실시예의 경우에는 사방댐의 중앙을 기준으로 할 때 전방으로 향하는 2차원 어느 지점에 대하여도 토사의 높이를 확인할 수 있다. 따라서, 특정 지점에서 토사가 물밖으로 나올 정도로 쌓여있는 경우에도 이를 감지할 수 있는 등 더 많은 장점을 기대할 수 있다.
본 발명의 사상에는 다른 실시예를 더 포함할 수 있다. 예를 들어 제 2 실시예의 경우에 각 안테나에서 수신되는 신호를 처리하는 벡프로세싱 방법은 일 예에 지나지 않고, 다른 어떠한 방식을 사용해서 토사의 높이를 측정할 수도 있을 것이다. 다른 경우로서, 제 2 실시예에서는 수면위와 수면아래에 각각 안테가 설치되는 것으로 가정하였으나, 어느 한 쪽에만 안테나가 설치되도록 할 수도 있을 것이고, 이 경우에는 수면반사파처리와 유전율에 대한 처리가 더 간편하게 수행될 수 있을 것이다. 또 다른 경우로서, 안테나를 2차원으로 배치하는 경우에는 토사의 높이를 삼차원으로도 측정할 수 있는 장점을 얻을 수 있다. 더 다른 경우로서, 상기 전처리부는 별도로 제공될 필요가 없이 그 기능이 깊이 추정부에서 함께 수행될 수도 있다.
본 발명에 따르면 소규모 설비인 사방댐에 저렴한 가격과 안정된 시스템으로, 사방댐 마다 상치형으로 설치될 수 있으므로 사방댐과 인근주민의 안전을 증진시킬 수 있다. 아울러, 국토의 절반이상이 산지인 우리나라의 경우에 저렴하게 적용되어 주민의 안전에 만전을 기할 수 있는 것이 바람직할 것이다. 또한, 레이저에 비하여 인체 유해성이 떨어지는 마이크로웨이브를 사용할 수 있으므로 안전성이 뛰어난 특징이 있다.
특히, 기존에 LiDAR와 같은 고가장비를 이동하며 사용하여야 하는 방식에 비하여, 상치형으로 제공될 수 있으므로, 국지성 호우와 같은 급변하는 상황에서 신속하게 대응할 수 있으므로, 주민의 생활안전에 더욱 기여할 수 있는 장점을 얻을 수 있다.
3: 안테나
13: 깊이추정부

Claims (13)

  1. 마이크로웨이브를 송신하고, 상기 마이크로웨이브가 사방댐에 쌓여있는 토사로부터 반사되는 반사파를 수신하는 안테나가 포함되고,
    송수신되는 상기 마이크로웨이브의 송수신 시간차를 분석하여 상기 사방댐에 쌓여있는 토사를 확인할 수 있는 사방댐의 토사확인장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 안테나는 하나이고, 상기 안테나를 상기 사방댐의 전방 상공에 지지하는 지지대가 포함되는 사방댐의 토사확인장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 안테나는 적어도 두 개 이상이고, 상기 사방댐의 전면을 따라서 상하로 이격 배치되는 사방댐의 토사확인장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 안테나 중의 적어도 어느 하나는 수면 바깥쪽에 위치하는 사방댐의 토사확인장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 안테나가 적어도 두 개인 경우에, 상기 안테나 중의 적어도 어느 하나는 수면 안쪽에 위치하는 사방댐의 토사확인장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로웨이브는, 초광대역의 펄스신호인 사방댐의 토사확인장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로웨이브의 송수신 시간차 분석은, 적어도 두 개 이상의 안테나가 이용되는 경우에는, 지연-합 방식을 이용하는 백프로젝션을 이용하는 사방댐의 토사확인장치.
  8. 펄스신호를 생성하는 펄스생성기;
    상기 펄스신호를 마이크로웨이브로 송신하고, 상기 마이크로웨이브가 사방댐에 쌓여있는 토사로부터 반사되는 반사파를 수신하는 안테나;
    상기 안테나에서 수신되는 신호를 전처리하는 신호전처리부: 및
    송수신되는 상기 마이크로웨이브의 송수신 시간차를 분석하여 상기 사방댐에 쌓여있는 토사를 확인하는 깊이 추정부가 포함되는 사방댐의 토사확인장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 신호전처리부에는,
    수면에서 반사되는 신호를 토사에서 반사되는 신호가 아닌 것으로 처리하는 수면반사신호처리부; 및
    물의 유전율이 공기와는 다른 것을 보상하기 위한 유전율처리부가 포함되는 사방댐의 토사확인장치.
  10. 펄스신호를 생성하는 것;
    적어도 하나 이상의 안테나를 통하여 펄스신호를 마이크로웨이브로 송신하고 그 반사신호를 획득하는 것;
    상기 반사신호를 전처리하는 것; 및
    상기 마이크로웨이브의 송수신 시간차를 이용하여 토사의 깊이를 추정하는 것이 포함되는 사방댐의 토사확인방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 전처리에는, 수면에서 반사된 신호를 무시하는 것, 및 공기와 물의 유전율이 다른 것을 고려하여 거리계산에서 이를 보상하는 것 중의 적어도 하나는 포함되는 사방댐의 토사확인방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 안테나가 하나인 경우에는 송수신 신호의 시간차를 이용하여 토사의 깊이를 측정하는 사방댐의 토사확인방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 안테나가 적어도 두 개인 경우에는, 지연-합 방식을 이용하는 백프로젝션으로 토사의 깊이를 측정하는 사방댐의 토사확인방법.
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