지아이에스, 디지피에스 및 음향측심기를 이용한 하천 및 댐의 3차원 좌표 데이터베이스 구축방법과 그 시스템 및 이를 이용한 시뮬레이션 방법{CONSTRUCTION METHOD AND SYSTEM AND SIMULATION METHOD FOR 3D COORDINATES DATABASE OF DAMS AND RIVERS USING GIS, DGPS AND ECHO SOUNDER}
본 발명은 GIS, DGPS 및 음향측심기를 이용하여 하천 및 댐의 3차원 좌표 데이터베이스를 구축하고, 데이터베이스에 저장된 값을 이용하여 하천 및 댐의 용적을 3차원 형상으로 시뮬레이션하는 방법에 관한 것이다.
가뭄이나 홍수에 대비하거나 수질관리를 위해서는 하천 및 댐에 저장된 용수의 정확한 용적 데이터가 필요하다. 그러나, 댐을 설계할 당시에 조사된 하천 및 댐의 수심과 용적 등의 기초데이터는 그 이후, 하저면에 퇴적물이 쌓이면서 변경되므로, 수질관리 또는 가뭄에 대비하여 용수저장량을 파악하거나 홍수에 대비하여 바닥면 준설작업을 하고자 하는 경우, 하저면의 퇴적상태를 다시 조사할 필요가 있다. 종래에는, 하천 및 댐의 준설 정보를 얻기 위한 수중 하저면의 퇴적상태 또는 형태를 조사하기 위하여, 잠수부들과 탐사장비를 실은 탐사정이 측정이 필요한 장소로 이동한 다음에 잠수부들이 들어가서 하저면을 조사하거나, 촬영장비를 사용하여 촬영하였으며, 이 때문에 수질오염 및 환경오염을 피할 수 없고, 측정이 필요한 장소의 수심과 하저면의 전체적인 형태에 대한 데이터를 정확하고 체계적으로 취득하기 어려워, 작업자들이 취득한 데이터에 기초하여 하저면의 입체적인 정보를 정확하게 얻기가 어려웠다. 또한, 비교적 탐사장비와 탐사요원을 실은 큰 탐사정이 하천 및 댐으로 이동하여야 하므로 조사기간이 길어지고, 장비운용 및 인건비 증가에 따른 경제적인 손실과 환경오염 등의 발생은 물론이고, 수중작업시에 발생할 수 있는 작업자들의 인명피해 등 안전사고의 위험도 있다. 아울러, 이렇게 얻은 정보는 일회성으로 활용될 뿐이므로, 별도의 데이터베이스를 구축하여, 조사된 데이터를 이후에도 적기적소에 활용할 수 있도록 할 필요가 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 일실시예는, 하천 및 댐의 GIS 정보를 수집하는 단계와, DGPS 수신기 및 음향측심기를 탑재한 선박이 이동하면서 위도 및 경도 좌표와 수심을 측정하는 단계와, 위도 및 경도 좌표값을 TM 좌표값으로 변환하는 단계, 및 TM 좌표값과 수심값을 데이터베이스에 저장하는 단계를 포함하고, 측정시간과 비용을 절감하며, 저장된 데이터를 필요에 따라 활용할 수 있는 GIS, DGPS 및 음향측심기를 이용한 하천 및 댐의 3차원 좌표 데이터베이스 구축방법과 관련된다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 의하면, 하천 및 댐의 GIS 정보를 수집하는 단계와, DGPS 수신기 및 음향측심기를 탑재한 선박이 이동하면서 위도 및 경도 좌표와 수심을 측정하는 단계와, 위도 및 경도 좌표값을 TM 좌표값으로 변환하는 단계, 및 TM 좌표값과 수심값을 데이터베이스에 저장하는 단계를 포함하는 GIS, DGPS 및 음향측심기를 이용한 하천 및 댐의 3차원 좌표 데이터베이스 구축방법이 제공된다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 선박의 이동과 동시에 하천 및 댐의 바닥면 퇴적상태를 정확하고 용이하게 파악할 수 있어, 측정에 걸리는 시간과 비용을 절감할 수 있으며, 별도의 데이터베이스를 구축하여 측정된 데이터를 저장함으로써, 필요한 때에 다시 재활용할 수 있다. 또한, 측정된 데이터를 사용하여 하천 및 댐의 바닥면 형상을 입체적으로 구현함으로써, 수질관리와 바닥면 준설을 효율적으로 시행할 수 있다.
이하, 본 발명의 일실시예에 따른 GIS, DGPS 및 음향측심기를 이용한 하천 및 댐의 3차원 좌표 데이터베이스 구축방법과 그 시스템 및 이를 이용한 시뮬레이션 방법에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 내려져야 할 것이다. 아울러, 아래의 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하며, 본 발명의 명세서 전반에 걸친 기술사상에 포함되고 청구범위의 구성요소에서 균등물로서 치환 가능한 구성요소를 포함하는 실시예는 본 발명의 권리범위에 포함될 수 있다. 실시예 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 GIS, DGPS 및 음향측심기를 이용한 하천 및 댐의 3차원 좌표 데이터베이스 구축시스템을 도시한 사시도, 도 2는 시스템 개념도, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 GIS, DGPS 및 음향측심기를 이용한 하천 및 댐의 3차원 좌표 데이터베이스 구축방법을 도시한 순서도, 도 4 내지 도 12는 데이터베이스로부터 전용 어플리케이션(Application)에 의해 사용자 단말기에 표시되는 화면을 나타내고 있다. 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 GIS, DGPS 및 음향측심기를 이용한 하천 및 댐의 3차원 좌표 데이터베이스 구축시스템(10)은, 현재위치정보를 취득하는 DGPS 수신기(20)와, 수심을 측정하는 음향측심기(echo sounder)(30)와, 하천 및 댐에 관한 GIS 정보를 내장하고 있는 사용자 단말기(40)를 포함하며, 이들은 모두 하천 및 댐의 수면위를 운항하는 선박(60)에 탑재되어 사용될 수 있다. 이하, 도 3에 도시된 순서도를 참고하여, 본 발명의 일실시예에 따른 GIS, DGPS 및 음향측심기를 이용한 하천 및 댐의 3차원 좌표 데이터베이스 구축시스템을 설명하기로 한다. 여기서, DGPS 수신기(20)는 GPS 수신기(21)와 BEACON 수신기(22)를 구비하는 데, GPS 수신기(21)는 인공위성(210)으로부터 제공되는 좌표정보를 제공받고, BEACON 수신기(22)는 지상기지국(220)으로부터 제공되는 RTCM(Radio Technical Commission for Maritime) 프로토콜에 따른 오차보정정보를 중파신호를 통해 수신한다. 이때, DGPS 수신기(20)는 수신된 좌표정보를 오차보정정보를 이용하여 보정하고, 보다 정확한 좌표값을 산출하여, 후술하는 사용자 단말기(40)로 NMEA(National Marine Electronics Associate) 프로토콜에 의거하여 제공한다. 또한, DGPS 수신기(20)와 사용자 단말기(40)는 RS232C 시리얼 통신으로 접속될 수 있으며, 이와 같이 오차가 보정된 좌표값을 제공받은 사용자 단말기(40)는 WGS84(World Geodetic System 1984) 좌표체계에 의하여 위도와 경도를 표시할 수 있고, 바람직하게는 TM 좌표로 변환한 후 미리 입력된 GIS 도엽 단위의 데이터와 함께 표시함으로써, 도 4에 도시된 바와 같이 GIS에 선박의 위치를 표시하고 선박의 이동경로를 데이터베이스(41)에 저장할 수 있게 된다. 선박(60)의 일측에는 음향측심기(echo sounder)(30)가 설치된다. 음향측심기(30)는 수면에서 매우 짧은 시간 지속하는 음파를 수면 아래로 발사하는데, 발사된 음파는 사방으로 확산되면서 전파된다. 여기서, 음파의 일부는 수직으로 전파되고, 하저면에서 일부는 투과되나 대부분은 반사되어 수면부근에 도달하며, 이때 음파신호는 일정한 범위로 확산되지만 평탄한 하저면에서는 수직방향 부근의 음파신호가 가장 강하게 검출된다. 따라서, 송신음파와 수신음파의 도달시간차를 정확히 측정하고, 수중음속을 알면 수심을 계산할 수 있으며, 이러한 계산방식은 이미 널리 공지된 사실에 해당하므로 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다. 이때, 음향측심기(30)에서 인지한 신호는 컨트롤러(31)에서 변환되어 RS232C 통신포트를 통해 사용자 단말기(40)에 입력되고, 측정된 수심값은 데이터베이스(41)에 저장된다. 사용자 단말기(40)는 온라인 또는 오프라인 환경에서 사용자가 사용하는 단말기로서, 개인용컴퓨터(PC), 노트북 등의 데스크탑과 지리정보를 제공하는 셀룰러폰, PCS, PDA 등의 이동통신단말기 등을 포함하며, 기타 지리정보를 제공하는 네비게이션 장치 등을 포함할 수 있다. 여기서, 사용자 단말기(40)는 GIS 도엽 단위로 데이터베이스(41)에 저장된 지리정보를 객체화시키고 화면에 표시하여, 사용자가 확인할 수 있도록 그 기능을 수행하는데 이때, 객체화된 지리정보데이터들은 사용자 단말기(40)에 설치된 전용 어플리케이션(Application)에 의해 도 5에 도시된 바와 같이 화면에 표시될 수 있다. 또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 전술한 DGPS 수신기(20)로부터 입력된 위도와 경도 좌표값이 TM 좌표값으로 변환되어 GIS 도엽과 함께 표시됨으로써, 선박(60)의 현재 위치를 실시간으로 정확히 알 수 있으며, 데이터베이스(41)에 저장된 좌표값을 시간단위로 연결하여 표시함으로써, 도 7에 도시된 바와 같이 시간의 경과에 따른 선박(60)의 이동경로를 표시할 수도 있다. 아울러, 도 8에 도시된 바와 같이, 측정된 수심값을 일정한 격자간격(grid)으로 분할된 GIS 도엽과 함께 표시함으로써, 수면의 위치에 따른 수심의 변화를 시뮬레이션하여 보여주게 된다. 이때, 선박(60)을 무작위로 이동하면서 자동수집된 수심값을 가로 및 세로방향으로 일정한 격자간격(1m, 3m, 5m, 10m, 20m, 50m... 등)으로 분할하고, 격자내의 임의위치에서의 수심값을 계산함으로써, 직접 측정되지 않은 부분에서의 수심값을 도출해낼 수 있다. 한편, 측정된 좌표값과 수심값을 계산하여 하저면의 3차원 형상을 입체적으로 시뮬레이션할 수 있는데, 도 9에 이러한 예가 도시되어 있고, 도 10은 임의로 선택된 하저면을 절개하여 하저면의 위치변화에 따른 퇴적물의 퇴적량을 보이고 있으며, 도 11에 도시된 바와 같이, 댐의 전체 면적과 저장된 용수의 용량이 계산되어 표시될 수 있다. 댐 및 하천의 수질측정은 수질계측센서(50)에 의해 이루어지는데, 이 수질계측센서(50)는 클로로필(chlorophyll) 센서, DO(dissolved oxygen) 센서, pH 센서, 탁도 센서, 온도 센서 및 일사량 센서 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 이때, 수질측정을 위한 표본수집 지점은 사용자가 임의로 선택가능하며, 예를 들어 수면으로부터 각각 3m, 5m, 7m 하부, 하저면으로부터 3m 상부 지점에서 펌 프로 용수를 끌어올린 후, 수질계측센서(50)로 각각의 표본에 대한 수질을 측정하고 측정된 값을 데이터베이스(41)에 저장함으로써, 필요한 때에 도 12에 도시된 바와 같이 사용자 단말기(40)의 화면에 표시하여 확인할 수 있다. 상술한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따르면 선박(60)의 이동과 동시에 하저면의 데이터를 용이하게 수집할 수 있어, 측정시간과 비용을 절감할 수 있고 수집된 데이터는 데이터베이스(41)에 저장되어 이후 3D 형상으로 시뮬레이션할 수 있어, 정확한 수심과 면적 대비 용량을 파악하여, 준설 등 수질관리와 개선을 위한 기초 및 정책자료로 폭 넓게 활용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 GIS, DGPS 및 음향측심기를 이용한 하천 및 댐의 3차원 좌표 데이터베이스 구축시스템을 도시한 사시도. 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 GIS, DGPS 및 음향측심기를 이용한 하천 및 댐의 3차원 좌표 데이터베이스 구축시스템의 개념도. 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 GIS, DGPS 및 음향측심기를 이용한 하천 및 댐의 3차원 좌표 데이터베이스 구축방법을 도시한 순서도. 도 4 내지 도 12는 데이터베이스로부터 전용 어플리케이션(Application)에 의해 사용자 단말기에 표시되는 화면. * 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 * 10 : GIS, DGPS 및 음향측심기를 이용한 하천 및 댐의 3차원 좌표 데이터베이스 구축시스템 20 : DGPS 수신기 21 : GPS 수신기 210 : 인공위성 22 : BEACON 수신기 220 : 지상기지국 30 : 음향측심기 31 : 컨트롤러 40 : 사용자 단말기 41 : 데이터베이스 50 : 수질계측센서 60: 선박 |
