• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.697-697
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• 2012

하나의 측선에 대해 3점법으로 세 지점의 유속을 동시에 측정할 수 있는 장치를 고안하였으며, '다수심 유속계'라 명명하였다. 본 장치는 5단의 관절부를 이용하여 등수심을 유지하며, 표면에서 수심을 측정하는 동시에 피그미 유속계를 이용하여 3지점의 유속 (V0.2, V0.6, V0.8)을 취득할 수 있다. 다수심 유속계의 현장 적용 실험을 실시하였다. 프로펠러 유속계와 다수심 유속계를 이용하여 유량을 측정한 결과, 거의 유사한 유량을 확인할 수 있었다. 하지만 측정시간의 경우 프로펠러 유속계는 약 1시간, 다수심 유속계는 약 30분으로 약 2배에 가까운 차이를 확인할 수 있었다. 한편 현재 개발 단계에 있는 다수심 유속계는 25cm 이상의 수심에서 3점자료 취득이 가능함으로써 하천 형상에 따른 유체 흐름 파악에 적합하며, 관측 자료의 신뢰도 향상에 기여할 수 있다고 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.78-78
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• 2021

영상유속분석법은 비접촉식으로 유속을 측정하는 방법으로 특히 홍수시 하천의 표면유속을 안전하게 계측할 수 있어서 경제적이고 안전한 하천유속 측정 방법 중 하나이다. STIV는 영상의 휘도 정보를 시간 방향으로 나열하여 작성된 STI(Space-Time Image)에 나타나는 패턴의 기울기를 이용하여 유속을 산정하는 방법이다. 특히 STIV(Space-Time Image Velocimetry)는 기존 입자군의 상호상관법에 기초한 입자영상유속계와 달리 표식자의 유무와 상관없이 유속을 측정할 수 있어 적용성과 안정성이 확보된다. 하지만 영상의 상태가 불량한 경우 정확한 유속 측정이 난해하며 야간에는 별도의 조명 추가 및 태풍과 같은 악기상에서는 빗방울이 카메라에 맺히거나 수면의 진동, 구조물의 진동에 의한 영상의 상태가 불량하게 되어 측정 정도가 떨어진다. 이처럼 영상을 이용한 유속 계측에 있어 다양한 연구 및 기술개발이 요구되는 시점이다. 따라서 본 연구에서는 영상을 이용한 정확한 유속측정을 위해 STIV와 인공지능을 융합하여 정확한 유속 평가를 목적으로 한다. 우선 기존 STI에 의한 기울기 추정방법을 확장하여 딥러닝(CNN)에 의한 기울기 추정방법을 도입하였다. CNN은 일반적으로 이미지의 특성을 추출하는데 유용한 방법으로서 STI의 2차원 Fourier변환 이미지를 사용하여 패턴의 기울기를 감지하도록 학습하였고 적용 결과 기울기에 대한 인식율은 매우 양호하였으며 이를 이용한 실제 관측 영상에 적용한 결과 유속에 대한 정밀도도 매우 양호하게 나타났다. 또한 딥러닝을 적용한 STIV는 노이즈(진동, 화면 불량 등)가 있는 영상에서도 안정적으로 유속을 산정할 수 있으며 전파유속계를 이용한 실제 하천의 표면유속 관측치와 비교 검토 결과 매우 양호하게 유속을 평가하고 있는 것으로 나타났다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.291-291
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• 2019

하천에서 식생은 자연적으로 존재하는 수생식물의 집단을 의미하기도 하지만 자연 저항체로서 하천의 평균 흐름을 교란하고 변화시킨다. 식생의 성장은 흐름 저항을 발생시켜 일시적으로 수위유량관계의 전이(shift)를 유발한다. 이러한 수위-유량관계의 전이는 식생의 성장 및 전도와 소멸로 발생하는 식생의 구조변화에 따라 측정 단면에 대한 평균유속의 변화를 발생시킨다. 본 연구에서는 식생의 구조변화에 따른 평균유속 특성의 변화를 사례를 통해 살펴보았다. 고령군(귀원교) 지점은 하천 좌우안 식생의 흐름 저항을 받아 측정 평균유속의 영향을 받는 지점으로, 식생 변화에 대한 모니터링 결과를 토대로 수리특성을 분석하여, 식생의 활착 및 전도에 따른 평균유속의 변화를 분석하였다. 고령군(귀원교) 지점의 수위-평균유속 관계는 식생의 활착 또는 전도에 따라 서로 다른 형태의 고리형태(loop)를 보이는 것으로 확인되었다. 식생이 활착 후 전도되면서 측정된 유속성과는 수위하강시 유속이 증가하는 역 고리형태(loop)를 보이는 것으로 관찰되었다. 식생이 전도된 이후의 측정성과는 수위가 상승함에 따라 유속이 증가하는 정상적인 수위-유속의 고리형태(loop)를 보인다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.426-430
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• 2009

본 연구에서는 ADCP 측정자료를 효율적으로 활용할 수 있도록 ADCP 이동측정법 자료의 후처리 프로그램을 개발하였다. 먼저, 측정된 ensemble과 방위별 유속으로 표시되던 단면유속분포를 한 눈에 알아볼 수 있도록 좌표를 정리하고 주흐름방향 유속을 출력하는 등, Sontek과 RDI 자료 취득 소프트웨어의 ascii 파일을 사용자가 쉽게 알아보고 가공할 수 있도록 변형하였다. 또한, 기존 ADCP 사용과 관련하여 발표된 screening 및 smoothing 기법을 적용하여 유효한 유속자료를 선별하고 단면의 평균 흐름에 근접한 유속자료를 제공하도록 하였다. 멱함수를 이용한 외삽으로 측정불가역의 유속 및 유량을 추정하였으며, 총 53개 측정자료의 유량을 추정한 결과 ADCP 소프트웨어가 제공하는 유량과 평균 1.33 %의 오차를 보였다. 마지막으로, 정리된 ADCP 자료로부터 하천의 주요 수리학적 특성을 추정하도록 하여 하천단면을 횡단하는 간단한 ADCP 측정만으로도 많은 시간과 노력을 들여 측정하던 하천의 특성을 신속히 파악할 수 있도록 하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2006.05a
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• pp.242-246
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• 2006

최근 들어 전 세계적으로 유량측정 분야의 큰 변화의 방향은 자동화이다. 전자, 전기 기술과 정보통신 기술의 발달을 유량측정 분야에 적용하여 자동적으로 유량측정을 수행하고 실시간으로 모든 유량자료를 수집하는 시스템을 구성하려는 연구가 활발하게 진행중이다. 최근에 초음파 유량계와 더불어 자동 유량측정 기법으로 각광을 받고 있는 기법이 유속지수법(index velocity method)이다. 유속지수법의 원리는 매우 간단하다. 수위 기록을 통하여 수위-면적 관계로부터 흐름 단면적을 구하고, 임의의 영역에서 측정된 유속이 단면 평균 유속으로 환산될 수 있다면, 흐름 단면적과 평균 유속에 의해 연속적으로 유량을 구할 수 있다. 유속지수법에서 가장 중요한 것이 전체 평균 유속을 대표할 수 있는 유속지수를 정확하고 효율적으로 측정하는 것이다. 유속지수법에 의한 연속 유량측정 목적으로 최근에 ADVM(Acoustic Doppler Velocity Meter)이 개발되어 이용되고 있다. ADVM은 수중에 초음파를 발사해서 산란체에서 반사되어 돌아오는 초음파의 주파수 편이, 즉 도플러 효과를 이용하여 유속을 측정하는 유속계이다. 본 연구에서는 ADVM을 괴산댐 하류에 위치한 시험하천에 설치하여, 유속지수법에 의한 유량측정기법을 적용하고 그 특성을 분석하였다. 유속지수법으로 측정된 유량을 괴산댐 방류량과 비교한 결과 평균 4.0%의 상대오차를 지니고 있어 비교적 정확한 연속 유량측정이 가능한 것으로 나타났다. 이와 같은 유속지수법을 하천 유량측정에 활용하면 보다 정확한 유량을 연속적으로 자동화하여 측정할 수 있을 것으로 기대된다.연계모형의 한계로 인하여 두 모형의 통합모형이 필요하다. 즉, 강우 혹은 월류유량으로 발생한 지표유량 중 일부분이 과부하가 발생하지 않는 유입구 지점을 통과할 때 배수시스템으로 유입되는 것을 고려할 수 있고, 유입된 유량은 배수시스템 내의 흐름에 반영되도록 배수시스템과 침수해석모형을 통합한 모형 개발이 필요하다. 그러기 위해서는 지표면과 배수시스템에 대한 수리학적 관계를 정립하여야 한다. 본 연구에서는 배수시스템 해석 모형과 도시침수해석 모형을 통합하고, 두 모형간의 유량의 전송과정을 수리학적 관계를 고려한 dual-drainage 도시침수해석모형을 개발하였다. 이를 위해 도시지역 배수시스템 해석 모형으로 널리 이용되고 있는 SWMM모형을 이용하여 지표면으로의 월류량을 산정하고 유입된 지표유량에 대해서 배수시스템에서의 흐름해석을 수행하였다. 그리고, 침수해석을 위해서는 2차원 침수해석을 위한 DEM기반 침수해석모형을 개발하였고, 건물의 영향을 고려할 수 있도록 구성하였다. 본 연구결과 지표류 유출 해석의 물리적 특성을 잘 반영하며, 도시지역의 복잡한 배수시스템 해석모형과 지표범람 모형을 통합한 모형 개발로 인해 더욱 정교한 도시지역에서의 홍수 범람 해석을 실시할 수 있을 것으로 판단된다. 본 모형의 개발로 침수상황의 시간별 진행과정을 분석함으로써 도시홍수에 대한 침수위험 지점 파악 및 주민대피지도 구축 등에 활용될 수 있을 것으로 판단된다. 있을 것으로 판단되었다.4일간의 기상변화가 자발성 기흉 발생에 영향을 미친다고 추론할 수 있었다. 향후 본 연구에서 추론된 기상변화와 기흉 발생과의 인과관계를 확인하고 좀 더 구체화하기

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.158-158
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• 2020

국내외 기상이변으로 인한 하천허용유량의 초과가 많이 일어나고 있다. 이때 사람이 직접 도섭으로 하천의 정보 대한 정보를 취득하기 어렵기 때문에 간접적인 방법으로의 정보취득이 중요시 되어야 한다. 그에 따른 방법으로 주입식의 표면부자를 활용한 방법이나, PIV 기법을 활용한 표면영상유속계측법을 이용한 유속측정방법 등이 있다. 하지만 이런 표면영상유속계측법은 영상의 변위가 커지게 되어 시간간격 설정에 대한 어려움 등이 있고, 표면부자법의 경우 표면 유속을 대변 할 수 있을지에 대한 분석연구가 필요하다. 따라서 이러한 표면 영상 유속계측법과 표면부자의 수표면 유속 측정 능력 등을 분석하여 GPS 전자부자의 활용성을 확인해 보고자 하였다. Lab-Scale 수로에서 GPS전자부자를 입자로 활용하여 주입 후 흘러가는 부분을 영상촬영하고, LS-PIV 기법을 활용하여 분석한 후 검증이 된 전자유속계 (FlowTracker)의 데이터를 참값으로 비교 분석하였다. LS-PIV 기법을 통해서 GPS 전자부자의 표면 유속 측정 능력을 잘 검증해낸다면, 유속측정에 용이하고 접근성 및 안정성까지 확보할 수 있다. 더 나아가 홍수 시 사용뿐만 아니라, ADCP나 ADV로 측정이 불가능한 저수심·저유속의 중소하천에서도 적용할 수 있다. GPS전자부자의 지속적인 연구는 향후 하천 측정 시스템에 많은 도움을 줄 것으로 사료된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.1845-1849
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• 2009

하천 유량자료의 중요성이 커짐에 따라 기존 유량측정 기법의 정확도를 향상시키는 기술개발이 필요하다. 자동유량측정은 기존 유량측정방법의 한계를 극복하기 위해 많은 개발이 이루어 졌다. 최근 초음파 유량계와 더불어 자동 유량 측정 방법으로 널리 사용되고 있는 기법이 유속지수법(index velocity method)이다. 유속지수법은 기존의 수위-유량관계식이 수위만을 변수로 이용하여 발생되는 한계를 극복하기 위해 유속을 추가적인 지수로 이용하여 유량을 산정하는 방법이다. 본 연구에서는 유속지수법의 적용을 위해 연속적인 유속, 수위 측정이 가능한 측방형 (side-looking) Acoustic Doppler Velocity Meter(ADVM)을 괴산댐 하류에 설치·운영하고 그 결과를 이용하여 유량을 산정하는 방법을 개발하였다. 2005년부터 2008년까지 유속지수법에 의해 산정된 유량 자료의 상대오차는 댐방류량에 비해 각각 평균 5.2%, 6.7%, 6.5%, 6.5%로 나타났다. 기존의 수위-유량 관계식에 의해 산정된 유량 자료가 댐 방류량에 비해 각각 평균 9.9%, 28.6%,34.0%, 54.2%로 나타난 것과 비교한다면 상당히 높은 정확도를 보였으며, 시간에 따른 오차 발생이 적어 운영에 효율적인 것으로 판단된다. 이와 같은 유속지수법을 하천 유량 측정에 적용한다면 보다 정확한 유량을 연속적으로 자동화하여 측정할 수 있을 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.14-14
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• 2022

홍수시 하천의 유량측정은 매우 어렵고 위험하며 많은 노력과 비용이 드는 작업이다. 이러한 홍수시 유량측정을 위해 영상을 이용하여 하천의 표면유속을 측정하고 여기서 유량을 산정하는 기술은 하천 유량 측정의 자동화와 안전한 유량 측정을 위한 대안으로 크게 주목받고 있다. 그런데, 유속측정을 위해 20~40초 정도의 영상의 평균유속을 구하고자 하면, 방대한 양의 영상처리에 많은 시간이 소요되어 실시간 측정이나 분석이 어렵게 된다. 본 연구는 영상을 이용하여 홍수시 하천의 유량을 실시간으로 측정하기 위해 투영변환과 시공간영상 분석법을 적용하여 실용적인 표면영상유속계를 개발하기 위한 것이다. 이를 위해, 3차원 투영변환(11변수 변환)을 적용하여 측정선과 유속측정점의 위치를 영상내에 특정하고 이 부분만을 추출하여 시공간 영상(spatio-temporal images)으로 구성하고, 이 시공간 영상을 분석하여 유속과 유량을 산출하는 기법을 개발하였다. 즉, 하천의 주흐름 방향의 유속만을 산정하도록 하여 영상의 분석에 소요되는 계산량과 계산시간을 단축하였다. 또한, 시공간 분석과정도 기존의 CASTI (Correlation Analysis of Spatio-Temporal Images)를 훨씬 간단하고 빠르게 계산할 수 있도록 개량하였다. 그 결과 영상의 유속분석 및 유량산정에 소요되는 시간을 획기적으로 줄일 수 있었으며, 실시간으로 유량 측정이 가능하게 되었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.1789-1793
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• 2008

전자파표면유속계는 홍수유속측정을 위하여 개발된 기기로 평 갈수기에는 유속측정이 불가하여 프로펠러 유속계를 이용하고 있다. 현재 보급된 전자파표면유속계는 하천의 흐름방향에 나란하게 설치하였을 때에만 유속을 측정할 수 있는 기기의 구조상의 한계성 때문에 교량이 없는 지점에서는 유속측정이 불가하여 유량산정을 할 수가 없다. 또한 편각측정이 불가능하여 기기를 각 측선마다 이동 설치하여야 하기 때문에 유속측정시 효율성 떨어진다. 이에 홍수시 유량측정의 효율성을 증대시키고 전자파표면유속계의 활용도를 높이고자 편각측정이 가능하도록 전자파표면유속계의 성능을 개선하는 것이 본 연구의 주된 목적이다. 전자파표면 유속계에서의 편각 측정은 하천의 유속방향을 기준으로 정면에서 측정하면 수평 편각이 0도가 되며 좌우로 안테나를 회전하여 움직인 각도가 측정 편각으로 결정된다. 현장에서 전자파표면유속계의 사용시 편의성을 높이고 유량측정을 효율적으로 하기 위해서는 가급적 편각을 크게 해서 측정을 해야 하지만, 편각이 증가하면 전자파의 물리적 특성 때문에 반사된 신호의 수신 크기가 감소하여 측정이 불가능하게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 유속 측정시 전자파 출력을 기존의 시스템보다 높게 물표면에 발사하여야 하며 안테나를 포함한 RF 모듈의 수신감도 및 지향성이 개선되어야 한다. 이에 편각측정이 가능하도록 이러한 사항에 주안점을 두어 새로운 시스템을 구성하였다. 수신감도 향상을 위해서는 물표면에 반사되어 돌아오는 신호를 가장 먼저 수신하는 안테나의 특성이 중요하며 그 다음 수신용 증폭기, IF 증폭기 순으로 개선이 필요하다. 본 연구에서는 안테나의 형태를 기존 파라볼릭 안테나에서 위상 배열 평면안테나로 변경하였으며, 이에 따른 이점으로는 송수신부를 분리하여 하나의 평면에 두 개의 안테나를 구성할 수 있다는 사항이다. 즉 외형적으로는 하나의 안테나로 보이지만 두 개의 안테나가 하나로 구성된 것이다. 송수신부를 분리하는 형태는 기존 파라볼릭 안테나에선 불가능한 구조로 변경에 따른 수신감도 향상은 수치적으로 10dB 이상 개선하였다. 송수신부 분리가 수신감도에 영향을 미치는 이유는 물표면으로 발사된 송신 신호의 일부가 수신단으로 유입되는 현상으로 누설되는 송신 신호를 최대한 차단하는 분리도가 수신 신호 검출에 직접적인 양향을 주기 때문에다. 평면 안테나를 적용하면 기존 파라볼릭 안테나에서 사용하던 써큘레이터라는 부품을 삭제할 수 있으며, 안테나의 구조적인 분리를 통해서 수신감도를 개선할 수 있었다. 안테나의 지향성은 발사하는 전자파의 빔폭 성능과 일치하며 각도 단위로 표시한다. 각도 값이 작을수록 전자파의 에너지가 한 곳에 집중된다고 말할 수 있다. 즉 빔폭이 크면 측정시 반사면적이 커져 정확한 지점의 유속을 측정하기 어려운 문제가 발생한다. 본 연구를 통해 빔폭은 기존 안테나 대비2도를 개선하였으며 25%의 개선 효과를 얻었다. 또한 수신감도 및 지향성 개선과 더불어 전자파의 출력을 기존 장비 대비하여 1.6배를 증가하여 편각측정을 위한 전자파표면 유속계의 성능을 개선하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.70-70
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• 2017

영상처리 기법을 이용한 유속 측정 방법인 표면영상유속계는 비접촉식으로 간편하게 유속을 측정할 수 있다는 장점이 있지만 영상 내 추적자의 움직임을 식별하기 어려운 야간의 경우와 새벽의 안개가 발생하는 경우에 대한 유속 측정의 어려움이 있었다. 표면영상유속계를 이용한 야간 유속 측정은 조명과 적외선 카메라를 이용하여 수표면을 가시화하는 방법을 통해 현장 적용성을 검증하였으나, 안개 발생 상황에서는 적용하기 어렵다는 한계가 있었다. 야간과 안개 등의 한계를 동시에 극복하기 위한 방법으로 원적외선 카메라를 이용한 연구들이 이루어지고 있지만 아직 시작단계이고, 원적외선의 경우 주변 환경 변화에 따라 물체의 표면온도가 검출되는 파장이 달라져 영상의 품질에 차이가 발생하기 때문에 이에 대한 다양한 실험적 연구가 필요하다. 이에 본 연구에서는 야외 개수로에서 드라이아이스를 이용하여 안개 조건을 재현하고, 다양한 흐름 조건에서 원적외선 영상을 이용한 표면유속 측정 적용성을 검토하였다. 안개가 발생하는 경우 원적외선 표면영상 유속계를 적용한 결과 안개가 없을 때의 유속 측정 결과와 거의 일치하는 것을 확인하였다. 따라서 원적외선 카메라를 이용한 표면유속 측정 방법은 야간과 안개가 발생하는 상황에 모두 사용하기에 적합한 것을 나타났다. 향후 하천 유량조사에 원적외선 카메라를 활용한다면 기존의 표면영상유속계의 비가시 환경에 대한 한계들을 많은 부분 극복할 수 있을 것으로 기대한다.