명세서청구범위청구항 1 중소하천의평저수시유량을측정하는유량측정방법에있어서, a) 측량원점에서하천변에특정한기준지점을지정하고, 측량기를사용하여상기기준지점을시준하는선을기준선으로하여그각도와상기측량원점과의거리를측정하는단계 ; b) 상기기준선을측량각 0도로설정하는단계 ; c) 하천

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채연 서
6 years ago
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1 (19) 대한민국특허청 (KR) (12) 등록특허공보 (B1) (45) 공고일자 2015년08월13일 (11) 등록번호 (24) 등록일자 2015년08월06일 (51) 국제특허분류 (Int. Cl.) G01C 13/00 ( ) G01C 1/00 ( ) G01C 3/00 ( ) G01F 9/00 ( ) G01P 5/24 ( ) (21) 출원번호 (22) 출원일자 2014 년 12 월 19 일 심사청구일자 (56) 선행기술조사문헌 KR B1 KR B 년 12 월 19 일 (73) 특허권자 한국건설기술연구원 경기도고양시일산서구고양대로 283( 대화동 ) (72) 발명자 김동구 경기도고양시일산서구대화 1 로 51, 302 동 106 호 ( 대화동, 대화마을 3 단지아파트 ) 김원 서울마포구도화길 28, 107 동 301 호 ( 도화동, 삼성아파트 ) 이찬주 인천남동구백범로 73 번길 20, 402 호 ( 만수동, 진솔빌라 ) (74) 대리인 송세근전체청구항수 : 총 7 항심사관 : 홍정훈 (54) 발명의명칭무측선유량측정방법 (57) 요약 중소하천의평저수시유량측정시, 유속측정이용이한임의의무측선 (No-tagline) 측점위치에서유속, 방향각및위치정보만획득하면서하천을횡단함으로써, 횡단측선 (Tagline) 의설치없이무측선측점에서바로하천유량을측정할수있고, 이에따라하천의주흐름에대해직각방향으로횡단하지않고도유량을정확하게측정할수있고, 또한, 음향도플러유속계 (ADCP) 의유속측정및유량산정방식을이용하여하천유량을용이하게산정할수있는, 무측선유량측정방법이제공된다. 대표도 - 도 3-1 -

2 명세서청구범위청구항 1 중소하천의평저수시유량을측정하는유량측정방법에있어서, a) 측량원점에서하천변에특정한기준지점을지정하고, 측량기를사용하여상기기준지점을시준하는선을기준선으로하여그각도와상기측량원점과의거리를측정하는단계 ; b) 상기기준선을측량각 0도로설정하는단계 ; c) 하천의폭방향을따라횡단하면서유속을측정하고자하는무측선 (No Tagline) 측점을임의로설정하고, 상기측량기를사용하여상기무측선측점에대해측량각및거리를각각측정하고, 상기측정된측량각및거리에따라상기측량원점을기준으로하는무측선측점의좌표를생성하는단계 ; d) 나침반이고정된 2방향유속계를사용하여상기무측선측점의유속을측정하고상기나침반을사용하여방향각을측정하며, 상기무측선측점의법선방향의유속을계산하는단계 ; e) 하천횡단완료시까지다음무측선측점에대해상기 c) 단계및 d) 단계를반복하여수행하는단계 ; 및 f) 하천의폭방향을따라횡단이완료된후, 상기계산된유속에대응하는유량을산출하는단계를포함하는무측선유량측정방법. 청구항 2 제1항에있어서, 상기 c) 단계에서측정자는하천을횡단하면서상기임의로설정되는무측선측점위치에서유속, 방향각및위치정보만획득하는것을특징으로하는무측선유량측정방법. 청구항 3 제1항에있어서, 상기유속계는 2방향속도벡터 (Vx, Vy) 를측정할수있는휴대용초음파유속계 (portable ultrasonic velocity meter) 이고, 상기나침반이상기유속계에고정되는것을특징으로하는무측선유량측정방법. 청구항 4 제1항에있어서, 상기측량기는 GPS 측량기또는토탈스테이션측량기인것을특징으로하는무측선유량측정방법. 청구항 5 제4항에있어서, 상기 d) 단계에서임의의무측선측점을상기 GPS 측량기또는토탈스테이션측량기의반사경으로동시에찍어나가면서유속을측정하고, 방향각을상기나침반으로측정하여기록하는것을특징으로하는무측선유량측정방법. 청구항 6 제1항에있어서, 상기 d) 단계에서상기무측선측점의유속측정은측정자가대략적인방향을바라보고측정할수있는것을특징으로하는무측선유량측정방법

3 청구항 7 제1항에있어서, 상기 d) 단계에서하천내의특정한위치에서의유속분포정보와함께정밀측위정보및위성지도와결합된지리정보를갖는수리지리정보 (hydrogeographic information) 정보가함께획득되는것을특징으로하는무측선유량측정방법. 발명의설명 [0001] 기술분야본발명은하천유량측정방법에관한것으로, 보다구체적으로, 중소하천의평저수시유량을측정하기위해서, 횡단측선 (Tagline) 의설치없이도하천을횡단하면서무측선측점에서하천유량을측정할수있는무측선유량측정방법에관한것이다. [0002] [0003] [0004] [0005] [0006] [0007] [0008] [0009] [0010] [0011] 배경기술일반적으로, 하천을흐르는물의양과공간, 시간적인변화는지표수공급과수리구조물설계에중요하고필요한정보이다. 이러한정보중에서가장직접적인것은하천의한횡단면을통과하는단위시간에대한물의양으로정의되는하천유량이다. 이러한하천유량 (River Discharge) 은어느특정지점에서의하천수로내에흐르는물량을뜻하며, 유량은하천의횡단면을단위시간에통과하는물의양으로서, 유량의단위는m3 /s를사용하는경우가많다. 예를들면, 하천수의유량은단위면적과상기단위면적을지나는하천수의속도의곱으로나타낼수있으므로, 유량계는단위면적을통과하는하천수의유속을측정하여이를토대로하천수의유량을계산해낼수있다. 이와같이하천수의유속을구하면, 하천의유량을간단하게구할수있으나, 하천수의유속은측정위치에따라달라지기때문에특정위치에서측정한유속으로는정확한유량을계산하는것이불가능하다. 따라서하천을일정간격으로구획하여각구역의하천수의유속을측정하고, 상기측정된값과구획된하천의단면적을곱하여각구역의유량을더하거나, 하천을일정간격으로구획한뒤각구역의유속을측정하고, 상기측정된유속의평균값을내어하천전체의단면적과곱함으로써비교적정확한하천의유량을측정할수있다. 한편, 정확한유량자료는수자원의효율적인관리에필수적이다. 하지만유량을현장에서측정하는것은많은인력과시간이소요된다. 이에따라유량측정의효율성을높이기위해자동화된유량측정장치와방법이지속적으로개발되고있다. 이러한하천유량을측정하기위해가장보편적으로사용하는계측기는유속계이며, 이러한유속계의조작은하천의크기와접근용이도에따라도섭 ( 하천도보횡단 ), 교량, 보트, 케이블등에따라달라진다. 이러한유속계를이용하여하천의유속을측정하는다양한방법중에서가장바람직한방법은한측정단면에대해동일시간에모든지점에서동시에측정하는것이지만, 이것은자료의품질에비해막대한비용등의문제가발생하기때문에보편적으로는하천을횡단하며, 지점의유속을측정하는도섭법 (Wading Method) 을사용하고있다. 현재까지도중소하천의유량을측정하기위해평저수시에주로활용하는방법으로서, 유속계를이용한도섭법이사용되고있다. 즉, 여러가지유량측정방법중에서하천을직접횡단하면서유속과수심을재서유량을측정하는도섭법은하천유량측정이시행된이래로동일한방법이고수되어왔다. 이러한도섭법은하천을건널수있고, 흐름이균일한적당한단면에횡단측선을설치하며, 적절한하폭간격으로측정지점을선정하여유속을측정하는방법이다. 이러한도섭법은대부분의중소하천에서평저수시 (Low Flow) 에시행하는방법으로서, 가장사용빈도가높다. 여전히평저수시측정에는도섭법이가장널리활용되고있지만, 최근음향도플러유속계 (Acoustic Doppler Current Profiler: ADCP) 를비롯한첨단유량측정장비도활용되고있다. 즉, 최근하천에서 3차원적인유속벡터를측정할수있는음향도플러유속계 (ADCP) 의도입으로하천내의특정한위치에서유속분포정보를획득할수있게되었다

4 [0012] [0013] [0014] [0015] [0016] [0017] 상기음향도플러유속계 (ADCP) 는, 음파의도플러효과를이용하여유속의프로파일을얻기위해개발된유속측정장치로서, 일정한주파수의음파를송신하고, 해수중부유물에의한반사음을수신하여주파수변동량을측정함으로써반사물의이동속도를구한다. 이때, 음파의송신시간과수신시간의시간차로부터반사물까지의거리를구할수있으므로시간을변경시켜측정함으로써유속프로파일을구할수있다. 이러한 ADCP의종류로는, 예를들면, 해저에설치하여음파를상방의해수중으로발사하여해저로부터의유속프로파일을얻는해저설치형, 그리고선박으로부터음파를하방의해수중으로발사하여해표면으로부터의유속프로파일을얻는선박탑재형이있다. 이러한하천내의특정한위치에서의유속분포정보는함께장착된 GPS(Global Positioning System) 에의한정밀측위정보및위성지도와결합되어정확한지리정보를가지는수리지리적인 (hydrogeographic) 정보가된다. 이러한수리지리정보는 2차원흐름모델의검보정작업 (CAL/VAL activity) 또는수질오염물질의이송을해석하는데활용될수있으며, 또한, 낚시, 수영등의수상레크리에이션목적에도활용된다. 또한, 전술한도섭법유량측정방법의경우에도, 마찬가지로유속의벡터를측정할수있는휴대용 ADV( 음향도플러유속계 ) 가보급되면서이러한정보를획득할수있게되었다. 도 1은종래의기술에따른하찬유량측정을위한도섭법을예시하는사진이다. 도 1을참조하면, 종래의기술에따른하찬유량측정을위한도섭법은측선 (Tagline: 10) 설치시에최단거리, 측정에편한하상을찾기위해지체되는시간과최소 2인이상의측정요원을필요로한다는단점외에측정시유속측정장비의측선 (10) 에대한직각유지등고려사항및주의사항이많다는애로점이있다. 하지만, 종래의기술에따른도섭법을이용한유량측정시에는횡단측선 (10) 을설치하기위해하천을반드시 1 회횡단하여야하고, 또한, 유량을측정하기위해또다시하천을횡단하여야한다. 즉, 최소 2회의횡단을필요로하며, 종종 3회의횡단을하는경우도발생한다. 예를들면, 하상재료의입경이큰하천의경우, 횡단측선을하천한쪽에서끌어서회수하기가곤란하므로한번더횡단하게된다. 이러한과정은 1명의측정자가 2회이상횡단하거나또는조력자가있어야한다는것을의미하므로, 하천유량측정의시간및인적효율성이떨어진다는문제점이있다. 선행기술문헌 [0018] 특허문헌 ( 특허문헌 0001) 대한민국등록특허번호제 호 ( 출원일 : 2010 년 1 월 7 일 ), 발명의명칭 : " 유속및유량 측정시스템및그측정방법 " ( 특허문헌 0002) 대한민국공개특허번호제 호 ( 공개일 : 2009년 7월 27일 ), 발명의명칭 : " 유속및유량측정장치와이를이용한측정시스템 " ( 특허문헌 0003) 대한민국등록특허번호제 호 ( 출원일 : 2013년 1월 18일 ), 발명의명칭 : " 초음파유량측정시스템 " ( 특허문헌 0004) 대한민국등록특허번호제 호 ( 출원일 : 2006년 9월 21일 ), 발명의명칭 : " 유량측정용측선위치결정줄자 " ( 특허문헌 0005) 대한민국등록특허번호제 호 ( 출원일 : 2012년 12월 13일 ), 발명의명칭 : " 소하천용다수심유속측정장치 " ( 특허문헌 0006) 대한민국공개특허번호제 호 ( 공개일 : 2002년 7월 5일 ), 발명의명칭 : "GPS 반송파를이용한유속측정시스템 " ( 특허문헌 0007) 대한민국등록특허번호제 호 ( 출원일 : 2006년 8월 1일 ), 발명의명칭 : "GPS 및토탈스테이션이결합된이동식토탈측량시스템및이를이용한측량법 " 발명의내용 해결하려는과제 - 4 -

5 [0019] [0020] 전술한문제점을해결하기위한본발명이이루고자하는기술적과제는, 유속측정이용이한임의의무측선 (No-tagline) 측점위치에서유속, 방향각, 위치정보만획득하면서하천을횡단함으로써, 횡단측선 (Tagline) 의설치없이무측선측점에서바로하천유량을측정할수있는, 무측선유량측정방법을제공하기위한것이다. 본발명이이루고자하는다른기술적과제는, 하천을횡단하면서임의의무측선측점위치에서유속, 방향각및위치정보만획득하여, 음향도플러유속계 (ADCP) 의유속측정및유량산정방식을이용하여하천유량을용이하게산정할수있는, 무측선유량측정방법을제공하기위한것이다. [0021] [0022] [0023] [0024] [0025] [0026] [0027] 과제의해결수단전술한기술적과제를달성하기위한수단으로서, 본발명에따른무측선유량측정방법은, 중소하천의평저수시유량을측정하는유량측정방법에있어서, a) 측량원점에서하천변에특정한기준지점을지정하고, 측량기를사용하여상기기준지점을시준하는선을기준선으로하여그각도와상기측량원점과의거리를측정하는단계 ; b) 상기기준선을측량각 0도로설정하는단계 ; c) 하천의폭방향을따라횡단하면서유속을측정하고자하는무측선 (No Tagline) 측점을임의로설정하고, 상기측량기를사용하여상기무측선측점에대해측량각및거리를각각측정하고, 상기측정된측량각및거리에따라상기측량원점을기준으로하는무측선측점의좌표를생성하는단계 ; d) 나침반이고정된 2방향유속계를사용하여상기무측선측점의유속을측정하고상기나침반을사용하여방향각을측정하며, 상기무측선측점의법선방향의유속을계산하는단계 ; e) 하천횡단완료시까지다음무측선측점에대해상기 c) 단계및 d) 단계를반복하여수행하는단계 ; 및 f) 하천의폭방향을따라횡단이완료된후, 상기계산된유속에대응하는유량을산출하는단계를포함하여이루어진다. 여기서, 상기 c) 단계에서측정자는하천을횡단하면서상기임의로설정되는무측선측점위치에서유속, 방향각및위치정보만획득하는것을특징으로한다. 여기서, 상기유속계는 2방향속도벡터 (Vx, Vy) 를측정할수있는휴대용초음파유속계 (portable ultrasonic velocity meter) 이고, 상기나침반이상기유속계에고정되는것을특징으로한다. 여기서, 상기측량기는 GPS 측량기또는토탈스테이션측량기일수있다. 여기서, 상기 d) 단계에서임의의무측선측점을상기 GPS 측량기또는토탈스테이션측량기의반사경으로동시에찍어나가면서유속을측정하고, 방향각을상기나침반으로측정하여기록하는것을특징으로한다. 여기서, 상기 d) 단계에서상기무측선측점의유속측정은측정자가대략적인방향을바라보고측정할수있는것을특징으로한다. 여기서, 상기 d) 단계에서하천내의특정한위치에서의유속분포정보와함께정밀측위정보및위성지도와결합된지리정보를갖는수리지리정보 (hydrogeographic information) 정보가함께획득될수있다. [0028] [0029] 발명의효과본발명에따르면, 중소하천의평저수시유량측정시, 유속측정이용이한임의의무측선 (No-tagline) 측점위치에서유속, 방향각, 위치정보만획득하면서하천을횡단함으로써, 횡단측선 (Tagline) 의설치없이무측선측점에서바로하천유량을측정할수있다. 이에따라하천의주흐름에대해직각방향으로횡단하지않고도유량을정확하게측정할수있다. 본발명에따르면, 하천을횡단하면서임의의무측선측점위치에서유속, 방향각및위치정보만획득하여, 음향도플러유속계 (ADCP) 의유속측정및유량산정방식을이용하여하천유량을용이하게산정할수있다. [0030] 도면의간단한설명 도 1 은종래의기술에따른하찬유량측정을위한도섭법을예시하는사진이다. 도 2는본발명의실시예에따른무측선유량측정방법에서측정방식을예시하는도면이다. 도 3은본발명의실시예에따른무측선유량측정방법의동작흐름도이다. 도 4는본발명의실시예에따른무측선유량측정방법에서유속및유량을계산하는측정사례를나타내는도면이다. 도 5는본발명의실시예에따른무측선유량측정방법을위한실내모형실험의실험수로에서임의횡단경로 - 5 -

6 를예시하는도면이다. 도 6a 내지도 6c는각각본발명의실시예에따른하천의무측선유량측정을위한실내모형실험사진들이다. 도 7a 및도 7b는각각본발명의실시예에따른하천의무측선유량측정을위한현장측정시유속계에나침반을고정하는것을나타내는사진이다. 도 8은본발명의실시예에따른본발명의실시예에따른하천의무측선유량측정을위한현장측정사진이다. 도 9a 내지도 9d는각각본발명의실시예에따른무측선유량측정방법에의해측정된무측선측점들의측정방향과무측선측정궤적을예시하는도면들이다. [0031] [0032] [0033] [0034] [0035] [0036] [0037] [0038] [0039] [0040] [0041] [0042] [0043] 발명을실시하기위한구체적인내용아래에서는첨부한도면을참조하여본발명이속하는기술분야에서통상의지식을가진자가용이하게실시할수있도록본발명의실시예를상세히설명한다. 그러나본발명은여러가지상이한형태로구현될수있으며여기에서설명하는실시예에한정되지않는다. 그리고도면에서본발명을명확하게설명하기위해서설명과관계없는부분은생략하였으며, 명세서전체를통하여유사한부분에대해서는유사한도면부호를붙였다. 명세서전체에서, 어떤부분이어떤구성요소를 " 포함 " 한다고할때, 이는특별히반대되는기재가없는한다른구성요소를제외하는것이아니라다른구성요소를더포함할수있는것을의미한다. 먼저, 본발명의실시예에따른유량측정방법은, 후술하는바와같이, 기존의도섭법유량측정시필수적인횡단측선 (Tagline) 설치과정을생략할수있으므로, 본발명의실시예에따른유량측정방법은무측선 (No Tagline) 유량측정방법으로칭한다. [ 무측선유량측정방법 ] 도 2는본발명의실시예에따른무측선유량측정방법에서측정방식을예시하는도면이다. 본발명의실시예에따른무측선유량측정방법은, 도 2에도시된바와같이, 크게두가지방식으로적용할수있다. 첫째로, 정밀한 GPS 측량기를사용할수있는경우, 유속계에 GPS와나침반을부착하여병용함으로써유량측정방법을수행할수있다. 여기서, 상기 GPS 측량기는인공위성신호를수신하는 GPS 안테나, 및상기 GPS 안테나로부터수신된신호를처리하여측점의위치좌표를산출하여표시및저장하는소프트웨어가내장된 GPS 수신기를포함하여구성될수있다. 둘째로, 토탈스테이션측량기를이용한좌표측량방식으로서, 이러한방식은 2개의기준지점에대한좌표측량을수행할별도의인력이필요하지만측정자는하천횡단을하지않아도된다. 여기서, 상기토탈스테이션은각도와거리를측정하여측점의위치좌표를산출하여표시한다. 본발명의실시예에따른무측선유량측정방법은, 중소하천의평저수시유량측정시, 유속측정이용이한임의의무측선 (No-tagline) 측점위치에서유속, 방향각, 위치정보만획득하면서하천을횡단함으로써, 횡단측선 (Tagline) 의설치없이무측선측점에서바로하천유량을측정할수있다. 즉, 본발명의실시예에따른무측선유량측정방법은, 도 1에도시된바와같이, GPS 측량기또는토탈스테이션측량기를이용하여무측선측점의위치를측정하고, 또한, 유속계를시용하여 2차원속도벡터 (Vx, Vy) 로주어지는유속을측정하며, 또한, 나침반 (Compass) 으로방향각을측정하게된다. 따라서본발명의실시예에따른무측선유량측정방법은, 기존의도섭법유량측정방법을효율적으로개선하면서수리지리정보를함께획득할수있는편리한유속및유량측정방법이라고할수있다. 한편, 도 3은본발명의실시예에따른무측선유량측정방법의동작흐름도이고, 도 4는본발명의실시예에따른무측선유량측정방법에서유속및유량을계산하는측정사례를나타내는도면이다. 도 3 및도 4를참조하면, 본발명의실시예에따른무측선유량측정방법은, 먼저, 측량원점에서하천변에특정한기준지점을하나지정한다 (S110). 다음으로, 측량기를사용하여상기기준지점을시준하는선을기준선으로하여그각도와상기측량원점과의거리를측정한다 (S120). 여기서, 상기측량기는 GPS 측량기또는토탈스테이션측량기일수있다

7 [0044] [0045] [0046] [0047] [0048] [0049] [0050] [0051] [0052] [0053] [0054] [0055] [0056] [0057] 다음으로, 상기기준선을측량각 0도로설정한다 (S130). 다음으로, 하천의폭방향을따라횡단하면서유속을측정하고자하는무측선 (No Tagline) 측점을임의로설정하고, 측량기를사용하여상기무측선측점에대해측량각및거리를각각측정한다 (S140). 이때, 측정자는하천을횡단하면서상기임의로설정되는무측선측점위치에서유속, 방향각및위치정보만획득할수있다. 다음으로, 상기측정된측량각및거리에따라상기측량원점을기준으로하는무측선측점의좌표를생성한다 (S150). 다음으로, 나침반이고정된 2방향유속계를사용하여상기무측선측점의유속을측정하고상기나침반을사용하여방향각을측정한다 (S160). 이때, 상기측점의유속측정은측정자가대략적인방향을바라보고측정해도무방하며, 임의의측점을 GPS와측량기의반사경으로동시에찍어나가면서유속을측정하고, 방향각을나침반으로측정하여기록할수있다. 또한, 상기유속계는 2방향속도벡터 (Vx, Vy) 를측정할수있는휴대용초음파유속계 (portable ultrasonic velocity meter) 일수있고, 상기나침반이상기유속계에고정된다. 다음으로, 상기측점의법선방향의유속을계산한다 (S170). 이때, 하천내의특정한위치에서의유속분포정보와함께정밀측위정보및위성지도와결합된지리정보를갖는수리지리정보 (hydrogeographic information) 정보가함께획득될수있다. 다음으로, 다음무측선측점을설정할지여부를결정한다 (S180). 즉, 하천횡단완료시까지다음무측선측점에대해전술한 S140 내지 S170 단계를반복하여수행한다. 다음으로, 하천의폭방향을따라횡단이완료된후, 상기계산된유속에대응하는유량을산출한다 (S190). 본발명의실시예에따른무측선유량측정방법은, 기존의단면유량측정에필수적인것으로여겨져왔던횡단측선 (Tagline) 을사용하지않고, 이러한횡당측선을설치하기위해측정자가하천을반드시 1회횡단하지않아도된다. 그대신에 GPS 측량기또는토탈스테이션측량기를사용하여무측선측점위치를정확하게결정하고, 나침반을결합시킨 2방향 (x, y) 유속성분을측정할수있는유속계를사용한다. 그에따라하천의주흐름에대해직각방향으로횡단하지않고도유량을정확하게측정할수있다. 본발명의실시예에따른무측선유량측정방법은하천을횡단하면서임의의무측선측점위치에서유속, 방향각및위치정보만획득하여, 음향도플러유속계 (ADCP) 의유속측정및유량산정방식을이용하여하천유량을용이하게산정할수있다. 즉, 본발명의실시예에따른무측선유량측정방법은본질적으로는기존의음향도플러유속계 (ADCP) 가하상추적 (Bottom Tracking) 또는 GPS 추적 (GPS tracking) 을기반으로유량을계산하는것과동일하다. 다른점이있다면, 기존의 ADCP는진행방향 ( 하폭방향 ) 으로조밀하지만순간적으로이동하면서법선의유속성분을측정하는데비해서, 본발명의실시예에따른무측선유량측정방법은무측선측점의수가제약이있으며, 하나의측점에서시간평균한자료를얻는다는점이다. 또한, 본발명의실시예에따른무측선유량측정방법을구현하기위해 GPS 측량기와같은위치확인장비와방향각을확인하기위한나침반이반드시필요하지만, 전술한바와같이, 횡단측선의설치없이바로유량측정이가능하고, 임의의무측선측점위치에서유속, 방향각, 위치정보만획득하면서하천을횡단함으로써유량값을용이하게산정할수있다. 결국, 본발명의실시예에따른무측선유량측정방법의경우, 중소하천의평저수시유량측정시, 유속측정이용이한임의의무측선 (No-tagline) 측점위치에서유속, 방향각, 위치정보만획득하면서하천을횡단함으로써, 횡단측선 (Tagline) 의설치없이무측선측점에서바로하천유량을측정할수있다. 이에따라하천의주흐름에대해직각방향으로횡단하지않고도유량을정확하게측정할수있다. 또한, 하천을횡단하면서임의의무측선측점위치에서유속, 방향각및위치정보만획득하여, 음향도플러유속계 (ADCP) 의유속측정및유량산정방식을이용하여하천유량을용이하게산정할수있다. 한편, 본발명의실시예에따른무측선유량측정방법은, 직각단면이일정하게상하류로유지될경우, 이론적으로는단면에서의유량측정과같은유량이계산된다. 하지만, 실제하천에서는하상이일정하지않고불규칙하다. 이에따라본발명의실시예에따른무측선유량측정방법의검증을위한실내모형실험과현장측정을수행하였다. [ 실내모형실험 ] 도 5는본발명의실시예에따른무측선유량측정방법을위한실내모형실험의실험수로에서임의횡단경로 - 7 -

8 를예시하는도면이고, 도 6a 내지도 6c 는각각본발명의실시예에따른하천의무측선유량측정을위한실 내모형실험사진들로서, 도 6a 는실험수로상부에설치되는이동가능한유속계를나타내고, 도 6b 는실험수 로를나타내며, 도 6c 는데이터분석장치를각각나타내는도면이다. [0058] [0059] [0060] [0061] 본발명의실시예에따른유량측정방법으로측정한유량은단면에서횡단측선을설치한상태에서일반적인유량측정방법으로동일한장비, 지속시간및 20개내외의측선의수를적용하여측정한유량과비교하였다. 본발명의실시예에따른실내모형실험의경우, 다양한조건으로횡단경로를변화시켜가면서유량을측정하여비교할수있다. 이를위해서다음과같은실험조건으로실험을수행하였다. 도 5, 도 6a 내지도 6c에도시된바와같이, 실험수로의폭은 200cm이며, 실험구간의길이는 50cm로제작되었다. 이때, 수로폭방향으로는 10cm씩총 19개의측점을설정하였고, 하류방향으로는 10cm씩측점을설정하여총 114개의측점에서유속을측정하였다. 또한, 실험수로의수심은 30cm이고, 공급유량은 m3 /s이다. 이때, 실험수로의단면은직사각형단면이이고, 유속은 10Hz측정빈도를가지는 Sontek사의 3차원 Micro ADV를이용하여측정하였다. 이때, 상기유속은 u, v 방향의유속만을사용하였다. 구체적으로, 유량측정은 1점법으로 40초씩총 400개의유속자료를시간평균하여산정하였다. 이때, 유량계산을위해, 도 5에도시된바와같이, 4개의가상횡단경로 ( 제1 내지제4 횡단경로 ) 를구성하여실시하였다. 이때, 유량은중간단면적법을이용하여계산하였으며, 특히, 비스듬하게대각선으로횡단한구간은유속벡터를각도환산하여법선유속 (Normal Velocity) 을산출하였다. 표 1 [0062] [0063] 표 1은실내모형실험의실험결과로서, 제2 횡단경로에서, 공급유량대비최대 1.5% 오차, 및기준단면유량대비최대 0.4% 오차가있었다. 일반적으로, 실내모형실험에서유량측정의오차는 3% 이내인점을고려하면정확한측정이이루어졌다. 이러한실험결과에따라본발명의실시예에따른무측선유량측정방법이상당히정확하다는것을알수있다. [0064] [0065] [0066] [0067] [0068] [ 현장측정 ] 도 7a 및도 7b는각각본발명의실시예에따른하천의무측선유량측정을위한현장측정시유속계에나침반을고정하는것을나타내는사진이고, 도 8은본발명의실시예에따른본발명의실시예에따른하천의무측선유량측정을위한현장측정사진으로서, 예를들면, 내성천에서의측정사진이다. 도 7a 및도 7b에도시된바와같이, 현장측정을위해현장에서사용한 2차원유속계 (110) 는 Sontek사의 FlowTracker이다. 이때, 상기 2차원유속계 (110) 를사용하여각측선에서 1점법으로 40초간유속을측정하였다. 본발명의실시예의경우, 유속계 (110) 와 GPS 측량기또는토탈스테이션프리즘이통합되어있지않으므로별도의 GPS 측량기및토탈스테이션프리즘을유속측정지점에서사용하였다. 예를들면, GPS 측량기는 Topcon사의가상기준점 (Virtual Reference Station: VRS) 장비를사용하였다. 이러 - 8 -

9 한 GPS 측량기의측위정밀도는수평 2 mm이다. 또한, 상기토탈스테이션은 Topcon 사의장비를사용하였다. 여 기서, 유량측정의대상이되는하폭은최소수 m 에달하므로상기수평 2 mm의측위정밀도는충분하다고판단된 다. 표 2 [0069] [0070] [0071] [0072] [0073] [0074] [0075] [0076] [0077] 또한, 도 7a 및도 7b에도시된바와같이, 나침반 (120) 은아이폰4S의내장나침반을보여주는어플리케이션을사용하였다. 현장에서측정하는동안나침반의오류는발견되지않았다. 지금까지현장측정을위한대상하천은다양한하상재료를가진내성천, 공릉천, 영강이며, 대상측정지점현황은표 2에도시된바와같다. 총 4개측정지점에대한하폭, 측선수, 평균측선간격, 하상재료에대해표시하였다. 도 8에도시된바와같이, 현장측정지점의하폭은 14~22m이고, 평균수심은 0.36~0.61m이다. 측점은측선유량측정과무측선유량측정모두 20개정도로구성하였다. 구체적으로, 현장측정절차는, 먼저, 종래의기술에따른측선설치에의한유량측정을실시하여표 3에나타낸바와같은측선유량을얻었다. 이러한측정값은현장측정시작과끝에각 1회씩측선유량을측정하여평균하여얻은결과이다. 또한, 종래의기술에따른측선유량측정이완료된후에, 본발명의실시예에따른무측선유량측정방법은, 도 9a 내지도 9d에도시된바와같이, 임의의측점을 GPS와측량기반사경으로동시에찍어나가면서유속을측정하고, 방향각을나침반으로측정하여기록하는방식으로진행하였다. 도 9a 내지도 9d는각각본발명의실시예에따른무측선유량측정방법에의해측정된무측선측점들의측정방향과무측선측정궤적을예시하는도면들로서, 도 9a는내성천 _ 미림에서측정한것을나타내고, 도 9b는내성천 _ 용혈에서측정한것을나타내며, 도 9c는공릉천에서측정한것을나타내고, 도 9d는영강에서측정한것을각각나타낸다. 도 9a 내지도 9d에도시된바와같이, 무측선측정궤적은다양한형상이나오도록시도되었고, 최대한유속을측정하기쉬운지점을찾아다니면서, 측정궤적을구성하였다. 이때, 현장에서측정된결과중에서, 종래의기술에따른측선유량은현장에서바로계산되지만, 본발명의실시예에따른무측선유량의경우, 엑셀시트를이용하여계산하였으며, 그결과를정리한것이표 3으로서, 측정결과비교및상대오차를나타낸다

표 3 [0078] [0079] [0080] [0081] [0082] [0083] 한편, 현장테스트에의한 4개지점에대한측정결과는표 3에나타낸바와같고, 종래의기술에따른측선에의한유량측정결과와본발명이실시예에따른무측선에의한유량측정결과를각각비교하였다. 표 3에나타낸바와같이, 비교결과측선유량에대한무측선유량의상대오차는 5% 이내로허용범위이내에포함된다.

10 표 3 [0078] [0079] [0080] [0081] [0082] [0083] 한편, 현장테스트에의한 4개지점에대한측정결과는표 3에나타낸바와같고, 종래의기술에따른측선에의한유량측정결과와본발명이실시예에따른무측선에의한유량측정결과를각각비교하였다. 표 3에나타낸바와같이, 비교결과측선유량에대한무측선유량의상대오차는 5% 이내로허용범위이내에포함된다. 또한, 종래의기술에따른측선유량의불확실도가 3% 정도인점을고려하면, 본발명의실시예에따른무측선유량은유량차이가거의없다는것을알수있다. 본발명의실시예에따른무측선유량측정방법에대한현장측정결과, 종래의기술에따른측선유량측정방법에비해 5% 이내의상대오차를보이고있어정확도면에서문제가없음을알수있다. 또한, 본발명의실시예에따른무측선유량측정방법은, 여러유량측정방법중에서유속계를이용한도섭법에포함되며, 본발명의실시예에따른무측선유량측정방법은, 현장측정시간을보다감소시킬수있고, 또한측정인원을감축시킬수있다. 전술한본발명의설명은예시를위한것이며, 본발명이속하는기술분야의통상의지식을가진자는본발명의기술적사상이나필수적인특징을변경하지않고서다른구체적인형태로쉽게변형이가능하다는것을이해할수있을것이다. 그러므로이상에서기술한실시예들은모든면에서예시적인것이며한정적이아닌것으로이해해야만한다. 예를들어, 단일형으로설명되어있는각구성요소는분산되어실시될수도있으며, 마찬가지로분산된것으로설명되어있는구성요소들도결합된형태로실시될수있다. 본발명의범위는상기상세한설명보다는후술하는특허청구범위에의하여나타내어지며, 특허청구범위의의미및범위그리고그균등개념으로부터도출되는모든변경또는변형된형태가본발명의범위에포함되는것으로해석되어야한다. [0084] 부호의설명 110: 2 차원유속계 120: 나침반

11 도면 도면 1 도면

12 도면

13 도면 4 도면

14 도면 6a 도면 6b

15 도면 6c 도면 7a

16 도면 7b 도면 8 도면 9a

17 도면 9b 도면 9c 도면 9d

_유량관측의자동화및동향.ppt

_유량관측의자동화및동향.ppt 수요물산책유량관측의자동화및개선방향 27. 9. 19. 하천정보센터연구사이민호 1 발표순서 1. 자동화목적 2. 자동유량측정이란 3. 국내외동향및설치사례 5. 문제점및개선방향 6. 기대효과 2 1 1. 목적 유량이란어느시간동안하천단면을흘러가는물의양으로써, 유량측정자료는홍수예보, 물관리업무등에활용 인력으로측정하기어려운지점에서기계를이용한신속한유량측정 배수영향, 조석의영향을받는곳에서의유량측정