[논문]스마트폰을 이용한 실시간 표면영상유속계 개발

류권규; 황정근

doi:10.3741/jkwra.2016.49.6.469

스마트폰을 이용한 실시간 표면영상유속계 개발
Development of a real-time surface image velocimeter using an android smartphone 원문보기

Journal of Korea Water Resources Association = 한국수자원학회논문집, v.49 no.6, 2016년, pp.469 - 480

류권규 (동의대학교 공과대학 토목공학과) , 황정근 (동의대학교 공과대학 토목공학과)

초록
AI-Helper

본 연구는 안드로이드 기반의 스마트폰을 이용한 실시간 표면영상유속계를 개발하는 것이다. 스마트폰이 내장한 카메라, GPS, 방향 센서, CPU를 활용하여, 실시간으로 현장에서 하천의 표면유속을 측정하는 것이다. 먼저, 스마트폰의 GPS를 이용하여 측정 현장의 위치를 파악하고, 경사계(방향 센서)를 활용하여 카메라와 촬영면의 기하적인 관계를 설정한다. 이 때 입력해야 할 유일한 변수는 수면과 카메라의 연직 높이뿐이다. 내장된 카메라로 정해진 시간만큼 동영상을 촬영한다. 촬영된 동영상을 개방 소스의 영상처리 라이브러리인 OpenCV를 이용하여 프레임별로 분할하고, 이를 시공간 영상 분석하여 하천 표면의 2차원 유속장을 추정한다. 시판되는 안드로이드 스마트폰에 적용하여 현장 시험한 결과 약 11초에 1회의 순간유속 측정 (1초간의 평균유속 측정)을 할 수 있어, 현장에서 즉각적으로 하천 수표면의 표면유속을 측정할 수 있었다. 또한 이 순간유속을 수십회 반복한 뒤 평균하여 시간평균유속을 구할 수 있었다. 개발된 시스템을 실험 수로에서 시험한 결과, 측정이 매우 효과적이며 편리하였다. 측정된 결과를 프로펠러 유속계에 의한 측정값과 비교한 결과, 최대 오차 13.9%, 평균적으로 10 % 이내의 오차로 실험 수로의 표면 유속을 측정할 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

The present study aims to develop a real-time surface image velocimeter (SIV) using an Android smartphone. It can measure river surface velocity by using its built-in sensors and processors. At first the SIV system figures out the location of the site using the GPS of the phone. It also measures the angles (pitch and roll) of the device by using its orientation sensors to determine the coordinate transform from the real world coordinates to image coordinates. The only parameter to be entered is the height of the phone from the water surface. After setting, the camera of the phone takes a series of images. With the help of OpenCV, and open source computer vision library, we split the frames of the video and analyzed the image frames to get the water surface velocity field. The image processing algorithm, similar to the traditional STIV (Spatio-Temporal Image Velocimeter), was based on a correlation analysis of spatio-temporal images. The SIV system can measure instantaneous velocity field (1 second averaged velocity field) once every 11 seconds. Averaging this instantaneous velocity measurement for sufficient amount of time, we can get an average velocity field. A series of tests performed in an experimental flume showed that the measurement system developed was greatly effective and convenient. The measured results by the system showed a maximum error of 13.9 % and average error less than 10 %, when we compared with the measurements by a traditional propeller velocimeter.

주제어

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	평상시 우리나라의 유속 측정은 어떻게 하는가?	홍수시 유속 측정은 매우 어려운 일이다. 현재 우리나라의 유속 측정은 평수시는 프로펠러 유속계나 ADCP, 홍수시는 봉부자에 의존하고 있다(Korean Water Resources Association, 2009). 이러한 유속 측정 작업은 노력과 경비가 많이 들며, 때로는 위험을 동반한다.
	안드로이드 기반의 스마트폰을 이용한 실시간 표면영상유속계는 무엇인가?	본 연구는 안드로이드 기반의 스마트폰을 이용한 실시간 표면영상유속계를 개발하는 것이다. 스마트폰이 내장한 카메라, GPS, 방향 센서, CPU를 활용하여, 실시간으로 현장에서 하천의 표면유속을 측정하는 것이다. 먼저, 스마트폰의 GPS를 이용하여 측정 현장의 위치를 파악하고, 경사계(방향 센서)를 활용하여 카메라와 촬영면의 기하적인 관계를 설정한다.
	홍수시 유속측정이 어려운 이유는?	홍수시 유속측정이 어려운 이유는 다음과 같이 네 가지로 요약할 수 있다(Fujita, 2013). 첫째, 계측 환경이 매우 열악하다. 즉, 홍수류를 계측하는 환경은 바람이나 비 등의 자연 조건에 완전히 노출된 상태에서 수행해야만 한다. 둘째, 계측 작업에 상당한 시간을 요한다. 이것은 대상이 되는 하천의 물리 척도가 수 m부터 수백 m의 규모 등으로 매우 크기 때문이다. 셋째, 홍수류는 대소의 자갈 혼합의 부유사를 대량으로 포함하는 고액혼상류이며, 실험실에서 이용하는 탐침 형태의 계측 장치는 사용할 수 없다. 마지막으로, 홍수류 계측에는 여러 가지 위험을 동반한다는 점이다. 즉, 홍수시의 초기에는 특히 대량의 유목이나 쓰레기 등이 흘러오는 경우가 많기 때문에, 보트 등을 이용하여 계측하는 데는 위험이 동반되는 점을 들 수 있다.

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용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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