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적외선 카메라를 이용한 야간유속측정 방법 개발
Development of a Velocity Measurement Method at Night Time using an Infrared Camera 원문보기

한국수자원학회 2010년도 학술발표회, 2010 May 10, 2010년, pp.478 - 482  

김서준 (명지대학교 토목환경공학과) ,  류권규 (동의대학교 토목공학과) ,  윤병만 (명지대학교 토목환경공학과)

초록
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최근 개발된 표면영상유속계(Surface Image Velocimetry, SIV)는 하천 표면의 영상을 분석하여 유속을 산정하는 매우 실용적이며 간편한 유속측정 방법이다. 그러나, 표면영상유속계는 수표면의 움직임을 계산하여 표면유속을 산정하기 때문에 야간의 경우 획득영상시 수표면의 움직임을 확인할 수 없어 유속측정이 어렵다는 단점이 있었다. 이 때문에 표면영상유속계의 간편성과 유용성에도 불구하고, 주간에만 유속측정이 가능하여 연속적인 하천유량측정을 하기 어려웠다. 과거 수표면에 야광 입자를 흘려보내면서 야간유속측정을 실시하였으나 대하천의 경우 야광 물질의 크기가 작아 영상내에서 식별이 어렵고, 측정시마다 야광 입자를 뿌려주어야 하기 때문에 환경적인 문제가 있다. 이에 본 연구에서는 적외선 카메라를 이용하여 야간에도 영상획득이 가능하도록 시스템을 개선하였다, 야간 영상획득 장비는 최대 가시거리가 200 m까지 가능하고, 주야간 모두 영상획득이 가능하도록 시스템을 구성하였다. 적외선 카메라에서 획득된 동영상은 초당 최대 30장까지 자동 분할이 가능하여 홍수시 고유속을 분석하기에 문제가 없도록 제작하였다. 이와 같이 제작된 야간유속측정 시스템을 이용하여 동일한 유속조건에 대하여 현장에서 주간과 야간 표면유속 측정의 정확도 분석을 수행한 결과 만족스러운 결과를 얻었으며, 향후 실제 하천유량측정에 적용하게 된다면 보다 간편하게 실시간으로 주야간 유량측정이 모두 가능할 것으로 기대된다.

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 SIV의 적용상 한계인 빛이 없는 경우에 대해 적외선 카메라를 이용하여 야간 표면유속을 측정한 후 정확도 분석을 통해 적용성을 검토하였다.
  • 본 연구에서는 적외선 카메라를 이용한 표면유속 측정 방법에 대한 정확도 분석을 수행하기 위해서 우선 실험수로에서 빛의 밝기에 따른SIV의 정확도 분석을 수행하여 SIV의 정확도를 확보할 수 있는 빛의 밝기 범위를 분석하였다. 그리고 적외선 카메라를 현장에 적용하여 주간과 야간의 표면유속 측정 결과를 비교 분석하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
상호상관 (cross-correlation) 기법이란? SIV는 동일 입자군의 판별을 위해 PIV의 영상 판별 기법으로 가장 널리 이용되고 있는 상호상관 (cross-correlation) 기법을 사용하고 있다. cross-correlation 기법은 실제로 완벽하게 일치하는 동일 입자군을 판별하기 어렵기 때문에 두 영상내에서 상관계수가 가장 높은 입자군을 동일입자군으로 판별해서 이동거리를 구하는 기법이다(Fujita, 1997, 노영신, 2005). 자세한 분석절차는 그림 1에서 보는 바와 같이 상관영역 (interrogation area)을 설정한 후 흐름장 유속을 개략적으로 파악하여, 동일한 입자군이 이동될 수 있는 범위 즉, 탐색영역(searching area)을 설정한다.
SIV에 의한 표면 유속 측정의 장점은? SIV에 의한 표면 유속 측정은 가장 큰 장점은 매우 경제적이며, 단시간에 유속 측정을 할 수 있다는 점이다. 측정에 소요되는 시간도 수 초 정도의 녹화된 동영상 또는 수십매 정도의 정지 영상이면 충분하므로, 기존 측정방법에 비해 측정시간을 약 1/10로 단축할 수 있다. 따라서 SIV를 이용한 유량측정 방법은 홍수 측정 시 유량이 급격하게 변화하여 신속한 측정이 필요한 경우에 특히 유용한 방법이다. 또한, 사용하는 측정 장비가 캠코더와 같은 간단한 촬영장치 뿐이므로 측정인원도 기존의 3~4 명에서 1~2 명으로 줄어, 측정 작업을 더욱 효과적으로 수행할 수 있다. 또한 SIV는 하천 현장에 고정적으로 설치하면 유량 측정을 할 수 있기 때문에 언제어디서나 현장의 유량 측정 자료를 실시간으로 측정할 수도 있다. 아울러, 전체 흐름장을 파악할 수 있어 교각 또는 수제와 같은 구조물 주변의 국부적인 흐름변화를 파악하기가 용이하다. 따라서 유량측정의 활용뿐만 아니라 수리모형실험 및 하천의 주요 관심영역에 대한 흐름장을 파악하는데도 편리하게 활용될 수 있다.
표면영상유속계 방법이란? 최근 개발된 표면영상유속계(Surface Image Velocimetry, SIV)는 하천 표면의 영상을 분석하여 유속을 산정하는 매우 실용적이며 간편한 유속측정 방법이다. 그러나, 표면영상유속계는 수표면의 움직임을 계산하여 표면유속을 산정하기 때문에 야간의 경우 획득영상시 수표면의 움직임을 확인할 수 없어 유속측정이 어렵다는 단점이 있었다.
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