• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.272-272
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• 2018

하천유량 측정방법 중 표면유속을 측정하는 방법은 수표면의 유속만을 측정하기 때문에 평균 유속을 산정하기 위해서는 평균유속 환산계수를 적용해야 한다. 일반적으로 표면유속을 평균유속으로 산정하기 위하여 이론 및 실험을 통해 제시된 환산계수는 0.84~0.95의 범위에서 현장 여건을 고려하여 적용하도록 되어 있다. 환산계수는 현장에서 수위별(또는 유량별) 직접 유속분포를 측정하여 산정해야 한다. 그러나 표면유속 측정이 주로 이루어지는 홍수사상에서는 유속이 빠르기 때문에 유속분포를 측정하고 분석하는 것이 어려우 국내에서는 0.85를 환산계수로 사용하고 있다. 본 연구에서는 2016~2017년 국토교통부 수문조사사업을 통해 8개 수위관측소에서 전자파표면유속계(MU2720)로 측정된 40개의 자료와 Price AA, ADCP, 부자 등을 이용하여 측정된 자료 기반으로 개발된 수위-유량관계곡선식을 이용하여 표면유속을 평균유속으로 산정하기 위한 환산계수(환산계수 = 수위-유량관계곡선의 유량 / 표면유속으로 산정한 유량)를 검토하였다. 또한 전자파표면유속계와 비교 유속계로 동시에 측정한 3개의 자료를 이용하여 환산계수를 직접 검토하였다. 여기서 표면유속 및 평균유속은 한 측선의 유속이 아닌 전체 단면에 대한 평균유속이다. 그 결과 표면유속을 평균유속으로 환산하기 위한 환산계수는 수위-유량관계곡선식을 이용한 경우 0.76~0.95(평균 0.85, 표준편차 0.04)로 산정되었다. 또한 비교 유속계와 동시에 측정한 3개 자료에 대해 환산계수를 산정한 결과 평균 0.85(0.82~0.91)로 산정되었다. 본 연구의 결과는 기존에 제시된 환산계수의 범위와 크게 다르지 않았으며, 일반적으로 환산계수로 사용되는 0.85의 값은 해당 지점의 유속분포 정보가 없을 때에는 유효할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.1807-1811
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• 2009

홍수기 유량측정에 있어서 가장 큰 어려움이었던 유속측정의 정확성을 확보하고 실무자의 안전성을 보장하기 위한 기본 취지에서 1993년 시작된 "대하천 유량 자동측정 설비개발"이라는 연구 주제하에 비접촉식 유속측정 기법에 대한 연구를 수년간 연구개발을 거듭한 결과물인 전자파표면유속계를 1999년도에 상품화하여 현재 국내에서 홍수유속측정 설비로 이용되어지고 있다. 현장에서 유량측정업무에 종사하는 실무자들은 홍수유량측정에 비하여 훨씬 간편함을 몸소 느끼게 되었고, 상품화보급이 시작된지 수년이 지난 상태에서는 더욱 성능이 개선된 전자파표면유속계가 개발되기를 기대하였다. 무엇보다도 홍수기에 유량측정시 기존의 유속측정 방법과 같은 방식으로 각 측선마다 전자파표면유속계를 설치해야하는 번거로움을 피력하였다. 기존의 전자파표면유속계는 하천을 가로지르는 교량위에서 흐름방향에 나란히 측정하는 조건을 고려하였기 때문에 이와 같은 편각인 상태의 유속측정은 검토하지 않았다. 이와 같은 사용자의 요구에 대하여 한국수자원공사에서는 홍수기 유량측정시의 사용자 편의성을 증대하기 위하여 성능개선 작업에 착수하여 편각측정용 전자파표면유속계를 개발하였다. 편각측정의 주된 목적은 전자파표면유속계를 모든 측선에 설치하지 않고 한 지점에서 편각(oblique angle)으로 여러 측선의 유속을 측정함으로써 유속측정의 효율성을 증대시키는 것이다. 전자파표면 유속계에서의 편각 측정은 하천의 유속 방향을 기준으로 정면에서 측정하면 수평 편각이 0도가 되며 좌우로 안테나를 회전하여 움직인 각도가 측정 편각으로 결정된다. 전자파의 물리적 특성 때문에 편각이 증가하면 반사된 신호의 수신 크기가 감소하여 측정이 불가능하게 된다. 이러한 문제를 최대한 극복하는 것이 본 연구의 중점 개선사항이다. 이를 통하여 전자파표면유속계를 교량의 임의 지점에 설치하여 좌우로 편각 $20^{\circ}$에 이르는 범위의 유속을 측정하고자 목표로 하였다. 홍수시의 현장 측정 환경은 열악하기 때문에 정확한 측정을 조건으로 측정자에게 최대한의 편리함과 신속한 측정 환경을 제공해야 효과적인 업무수행이 가능하다. 이러한 편각 측정을 가능토록 하기 위해서는 유속측정시 송신되는 전자파의 출력을 기존의 시스템보다 보다 높게 발사하여야 하며 안테나의 수신감도 및 지향성이 개선되어야 한다. 이를 위해서 안테나 형태에 있어 기존 전자파표면유속계와의 차이점은 기존안테나는 파라볼릭 형상이었으나 신규 제작된 안테나는 평면안테나로 이러한 형태의 개선를 통해 안테나 특성 및 구조적인 차이를 유도하였다. 두 가지 안테나 사양 각각 장단점이 있으나 가장 큰 차이점은 빔폭 특성에서 평면 안테나가 우수하며 수신 감도를 향상시킬 수 있다는 강점이 있다. 특히 Tx/Rx 분리의 평면안테나 구조는 파라볼릭 안테나에서 불가능한 기능으로서 편각측정으로 인한 수신감도의 저하의 문제를 해결하기 위한 개선조치이었다. 성능개선 제작된 편각측정용 전자파표면유속계를 이용하여 일반하천의 홍수유속에 대한 편각측정 실험을 안성천에서 실시한 결과 유속 약 1.7 m/s 인 상황에서 편각 $20\;^{\circ}$ 까지 편각 $0\;^{\circ}$일때와 유사한 측정 성능을 보였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.205-209
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• 2017

최근 우리나라의 수자원 관련 기술의 발전과 연구는 상당한 속도로 이루어지고 있다. 그 중 유량측정 분야는 모든 수자원계획과 관리의 근간이 되는 분야로 그 중요성이 상당한 부분을 차지한다. 대부분의 자연하천에서 저평수기는 물의 흐름이 비교적 안정된 정상류 흐름이므로 유속계를 통해 유속분포 및 평균유속의 비교적 정확한 측정이 가능하다. 반면, 홍수기 유량측정은 하천의 수리특성이 급변하고 인력, 장비, 안전 등의 문제로 소극적인 측정을 할 수 밖에 없는 것이 현실이다. 홍수기 유량 측정방법은 부자 측정방법과 전자파 표면유속계와 같은 비접촉식 측정방법에 의존하고 있다. 부자법과 전자파 표면유속계는 평균유속과 유량을 계산하기 위해 측정 유속의 보정계수를 활용하여 평균유속으로 환산하여 사용한다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.53 no.12
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• pp.1071-1079
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• 2020

For integrated water management, it is essential to secure basic data such as the amount of agricultural water intake. The river water intake through the intake weir is carried out through the agricultural irrigation canal, and a method for measuring the quantity of water intake is required to suit the characteristics of the measuring points. In this study, the accuracy of the calculated flow data was determined by applying a microwave water surface current meter. The microwave water surface current meter is a method of calculating surface velocity using doppler effect, which is mainly used in high-velocities situations such as flood. Surface velocity is difficult to represent the average velocity of the entire section at low dicharges or high wind speeds, it is considered to be low in continuous utilization throughout the year, and it is necessary to verify whether the measurement using an microwave water surface curren meter is appropriate in agricultural irrigation canal. The data measured with an microwave water surface curren meter were compared with the actual flow data to calculate the intake data in agricultural irrigation canal. In agricultural irrigation canal, the low-level discharge calculated using an microwave water surface current meter at a minimum velocity of about 0.3 m/s and a minimum discharge of about 1.0 m3/s or higher was found to have a high tendency and accuracy compared to the standard discharge, especially when the high discharge was high. Although effective results can be obtained in terms of quantity at low discharge, it is deemed that subsequent studies are needed to calculate the average discharge of the cross section at low discharge, given that the trend of data is unstable. Through this study, it is suggested that it is appropriate to calculate the amount of water intake through the microwave water surface current meter in artificial waterways with a certain discharge or higher, so it is expected to be widely distributed as a method for measuring river water intake.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.230-230
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• 2020

하천 유량측정을 위한 표면유속계는 비접촉식 방식이기 때문에 현장에서의 측정이 간편하고, 비교적 안전하기 때문에 홍수시 유량측정에 널리 이용되고 있다. 비접촉식 유속계가 가지고 있는 이러한 장점으로 전자파표면유속계의 활용이 점차 증가하고 있으며, 영상유속계와 같은 비접촉 측정방식의 활용방안 마련에 대한 연구개발 등이 꾸준히 진행되어 왔다. 최근에는 고정식으로 상시 운영이 가능한 표면유속계 등이 출시되어 소규모 하천이나 수로에서의 상시 유량측정에 활용되고 있다. 다만, 이러한 비접촉식 유속계는 표면의 유속을 측정하기 때문에 유량산정을 위해서는 평균유속으로의 환산이 필요하지만, 현재까지는 평균유속 환산계수를 사용하여 표면유속을 평균유속으로 환산하는 방법이 유일하게 활용되고 있다. 하지만, 실제 하천에서는 단면 및 하도형태, 하상조건, 수리특성 및 유속분포 등의 다양한 조건에 따라 환산계수가 결정되기 때문에 이를 단순히 일률적으로 적용하는 것은 곤란하며, 이로 인해 과거 오랫동안 표면유속을 평균유속으로 환산하기 위한 다양한 연구가 진행되었지만, 실제 다양한 조건의 하천에 적용할 수 있는 표준화된 방법은 아직까지 제시되지 못하고 있다. 현재까지, 고정식으로 설치된 유속계로부터 측정된 유속을 평균유속으로 환산하는 방법으로는 국내외적으로 지표유속법(Index Velocity Method)과 유속분포법(Velocity Profile Method)이 대표적이며, H-ADCP (Horizontal-Acoustic Doppler Velocity Profiler) 또는 UVM(Ultrasonic Velocity Meter) 등과 같은 초음파유속계를 활용한 자동유량측정시설의 유량산정방법으로 활용되고 있다. 이러한 방법들은 고정된 유속계의 측정유속을 지표유속(V_i)으로 하여 다양한 범위의 실측된 평균유속과의 관계를 개발하여 활용하거나, 지표유속을 매개로 개수로 단면의 이론적인 유속분포를 추정하여 평균유속을 산정한다. 이러한 지표유속을 활용하는 방법들에서 공통적으로 중요한 것은 하천단면의 최대유속(V_max)이 가장 좋은 지표유속이라는 것이다. 따라서 국제기준에서는 지표유속을 측정하는 유속계의 가장 바람직한 위치로 유심부(core flow)를 권장하고 있다. 하지만, 접촉식 유속계의 경우 유심부 설치가 매우 어렵고 많은 비용이 들기 때문에, 비접촉식 유속계를 활용하여 하천단면의 최대유속을 측정할 수 있다면, 가장 효율적인 고정식 측정방법이 될 수 있을 것이다. 따라서, 본 연구에서는 비접촉식 표면유속계의 고정식 유량측정 활용성 및 적용성을 검토할 목적으로 표면유속에 대한 유량산정방법을 검토하였다. 이를 위해 24GHz의 주파수를 갖는 레이다표면유속계인 Sensoflow를 낙동강 수계 길안천에 위치한 안동시(대사3교)에 고정설치하여 표면유속을 지표유속으로 수집하였다. 다양한 유량규모에서 측정한 실측 표면유속과 수집된 표면유속을 지표유속으로 활용하여 지표유속관계를 개발하였으며, 산정된 유량을 기존 수위-유량관계곡선식의 환산유량과 비교하여 표면유속의 지표유속 활용성을 검토하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.1887-1891
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• 2010

전자파표면유속계를 이용한 홍수유속측정에 있어서 수심평균유속환산계수로 0.85를 표면유속에 일률적으로 적용하도록 제시하고 있다. 그 동안 이의 적절성 여부에 대한 논의가 꾸준히 지속되어져 왔다. 이에 전자파 표면유속계를 개발하고 상품화하여 보급시킨 개발 주체의 입장에서 이에 대한 검증을 시도하였다. 이의 검증을 위해서 가장 중요한 것은 정해진 측정지점의 유량측정시각의 정확한 유량을 파악해야 함은 필수조건이다. 하지만 유량측정지점의 유량의 참값은 알기는 참으로 어려운 일이다. 이에 지금까지는 댐의 방류량을 참값이라고 가정을 하고 여러 가지 기기를 이용한 유량측정을 실시하여 각 기기의 측정오차를 비교하는 기준유량으로 댐방류량을 이용하였다. 따라서 본 연구에서는 방류량의 정확성 파악에 의하여 수심평균유속환산계수의 적정성 여부를 검토하고자 하였다. 또한 이에 대한 이론적인 접근의 방법으로서 유속분포곡선식으로부터 수심평균유속환산계수를 산정하여 이를 기존에 표면유속을 평균유속으로 환산하기 위해서 적용하였던 계수와 비교를 하였다. 기존의 수심평균유속환산계수로 이용한 0.85에 대한 이론적인 검증을 위해서 Power law형의 유속분포식으로부터 수심평균유속환산계수를 유도한 결과 하상의 재료에 따라 0.833 (거친 하상)~0.875 (부드러운 하상)의 범위에 분포하였다. 이는 환산계수로 이용하고 있는 0.85는 유속분포가 크게 변동하지 않은 경우에 수심 평균유속을 환산하는데 이용함에 무리가 없음을 보여준다. 기존의 대청댐 방류량을 이용한 수심평균유속환산 계수를 산정한 결과를 분석한 결과 환산계수가 0.828~0.868의 범위에 분포하고 있다. 즉 기존의 수심평균유속환산계수로 이용을 하고 있는 0.85와 비교했을때 ${\pm}3%$의 오차를 보이고 있음을 알 수 있다. 대청댐 방류량에 대한 검증을 위해서 여러 가지 기기를 이용한 동시 유량 측정을 실시하였고, 전자파표면유속계로 측정한 표면유속에 기존의 수심평균유속환산계수 0.85를 적용했을때의 유량산정 결과를 다른 방법에 의한 측정 결과 및 방류량과 비교를 실시하였다. ADCP 측정은 유량조사사업단과 한국수자원공사 충청지역본부의 도움을 받아 실시하였는데, 유량조사사업단은 9회 측정하여 평균한 유량이 242.0 cms, 충청지역본부에서는 6회 측정하여 평균한 결과가 234.6 cms이었고, 전자파표면유속계로 측정한 표면유속을 이용하여 산정한 유량이 249.0 cms이었으며, 동시유량 측정당시 방류량은 242 cms이었다. ADCP를 이용한 유량측정에 있어서, 각 측정시의 유량측정 오차가 최대 20% 까지 나타나고 있다. 반면 대청댐의 발전 방류량은 거의 일정한 수준을 유지했던 것을 감안할 경우 유량측정 기간에 하류의 조정지댐으로 인한 배수효과의 영향으로 ADCP를 이용한 유량측정값에 변동이 발생한 것으로 추측된다. 전반적으로 부자를 제외하고는 사용된 유량측정 방법들이 거의 동일한 값을 보임을 알 수 있다. 또한 표면유속에 기존의 환산계수를 적용하여도 유량산정이 다른 방법과 유사하게 산정됨을 알 수 있다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.30 no.6
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• pp.671-678
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• 1997

Water surface velocity meters with microwave were applied to stream discharge measurements and its practical aspects were evaluted. The rating of the surface velocity meters was performed through a carriage and a water tank for the ship model test. It gave5.5% or less errors of average measured velocities under the vertical tilt ang1e of 20$^{\circ}$, 35$^{\circ}$, or 45$^{\circ}$ . A surface velocity meter was used to measure flood velocities at Yoju bridge from 8:00 a.m. to 10:00 a.m. on August 26, 1995. The results showed that surface velocities ranged from 2 to 4 m/s. With the measured surface velocities multiplied by 0.85, the discharge was computed as 10,500 m$^3$/s. It differed $\pm$2% or less from the value of a stage-discharge curve and that of an unsteady flow simulation. Although the measured data are used sparsely per 40 or 60 meters, the computed discharges do not give large variation. Stream discharge measurements were also performed under the normal condition without floods. With the known values of Taechong Dam releases. the depth averaging factors of velocity were calculated by 0.83~0.87. Although there are errors from wind action and inherent ones in the velocity meters, the research showed that surface velocity meters could be an simple and practical alternative for flood discharge measurements.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.274-274
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• 2019

최근 하천에서 실시간 유량측정을 위하여 유수에 접촉 또는 비접촉 유속측정방식을 이용한 자동유량측정시스템이 설치 운영되고 있으며, 주로 지표유속법(index velocity method)이 적용되고 있다. 지표유속법 적용을 위해서는 다양한 범위에서 측정된 지표유속과 평균유속관계를 분석해야한다. 그러나 유속계 설치초기에는 측정된 유속이 없기 때문에 측정된 유량을 신뢰하기가 어렵다. 본 연구에서는 비접촉 유속계인 전자파표면유속계(MU2720)로 측정된 표면유속과 지표유속법을 이용하여 일반적인 하천에서 비접촉(레이다 또는 전자파표면유속계 등) 방식에 의한 자동유량측정 시스템 운영초기에 적용 가능한 경험적 지표-평균유속 관계식을 개발하여 검토하였다. 연구 대상지점은 한탄강(1개소), 홍천강(3개소), 내린천(2개소), 북천(1개소), 탄천(1개소), 섬강(1개소) 등 6개 하천 9개 지점이며, 2016~2018년에 지점별로 측정된 총 103개(6~26개)의 측정자료를 이용하여 분석하였다. 지점별 최대유속이 발생하는 지표유속과 평균유속과의 관계를 분석한 결과 결정계수(R2)가 0.8848(원주시(문막교))~0.9874(서울시(대곡교))로 평균 0.9626를 보여 매우 높은 상관성을 보였다. 또한 9개 지점의 모든 유속자료를 통합하여 지표-평균유속 관계식을 개발하였다. 그 결과 결정계수는 0.9247를 보였으며, 유속분포가 일반적이지 않은 홍천강의 홍천군(반곡교), 섬강의 원주시(문막교) 지점 자료를 제외한 7개 지점의 자료만으로 지표-평균유속 관계식을 개발한 결과 결정계수가 0.9603으로 매우 높은 상관성을 보였다. 이러한 결과를 볼 때 일반적인 유속분포(포물선형태)를 가진 하천은 본 연구에서 7개 지점으로 개발된 지표-평균유속 관계식을 운영초기에 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

• Water for future
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• v.28 no.6
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• pp.183-191
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• 1995

Applying microwave, a velocity measurement system has been developed in order to measure the velocity of stream water surface. It's main purpose is the measurement for high velocity of flood water. It is under the developing stage of experimental measurement system. The microwave surface velocity meter uses Doppler effects of microwave. It consists of a radio frequency(RF) part and that of signal processing. Thr RF part has the function of microwave oscillation, reception of reflected wave, and determination of Doppler frequency, etc. Signal processing designates amplification, fast Fourier transform, etx. Various measuring experiments were performed at bridges and a spillway of Taechong re-regulation dam with the microwave velocity meter. Verification test was also made through water tank of ship model test at Research Institute of Ships and Ocean Engineering. It shows 4% error inherent in A/D converter and additional several percentage errors from measurement circumstance. The measuring ranges are from 0.5 to 3.5 m/s. The result shows good linear relationship between carriage velocity and measured velocity, thus proves usefulness as a measuring instrument for flood water velocity. The instrument requires overall re-engineering procedure and number of data should be accumulated and analyzed to treat wind effects and random fluctuations of water surface.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.16-16
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• 2022

영상유속계는 영상을 이용한 비접촉식 유속계로 하천과 같은 넓은 범위의 유속 및 유량을 간편하게 측정할 수 있다는 장점이 있어 현재 국내외에서 영상유속계의 실용화 연구가 수행되고 있다. 특히 유속 및 유량을 측정하기 위해 카메라 외에 별도의 측정 장비가 필요없기 때문에 드론에 장착하여 표면유속을 측정하는 연구 또한 활발히 이루어지고 있다. 기존 드론 영상을 이용한 표면유속 측정 연구에서는 드론을 측정하고자 하는 하천 영역 위에서 정지하여 영상을 촬영하여 표면유속을 측정하고 있다. 이때 한 화면에 하폭이 다 담기지 않는 넓은 하천의 경우 촬영 위치를 옮겨서 다시 영상을 촬영하거나 하폭이 담길 때까지 비행 고도를 높여 촬영하고 있다. 하지만 촬영 위치를 옮겨 촬영하는 방식의 경우 넓은 하천을 다 담기 위해 여러 번의 촬영을 하고 이를 정합하는 과정이 필요하다는 단점이 있으며 비행 고도를 높여 촬영하는 방식의 경우 촬영 품질 저하로 인해 측정한 유속의 불확도가 크게 산정된다는 단점이 있다. 이에 본 연구에서는 드론을 이동하며 촬영한 연속적인 영상을 이용하여 하천의 표면유속을 측정하는 방법에 대한 연구를 수행하였다. 하천을 가로질러 비행하며 촬영한 드론 이동영상을 활용하면 폭이 넓은 하천의 경우도 간편하게 유속 분포를 측정할 수 있다. 이동영상을 이용하여 유속을 측정하기 위해서는 연속된 이동영상 내에서 지표면의 공통된 특징점을 찾아 흔들림 보정 알고리즘을 적용하여 유속을 산정하는 방법과 드론의 이동 속도를 이용하여 영상의 수표면 이동속도와 벡터연산을 적용하는 두가지 방법을 사용할 수 있다. 이 두가지 방법 중 영상 분석에 필요한 전처리 과정이 적고 지표면의 고정점이 필요 없는 드론의 이동속도를 이용한 벡터 연산을 적용하는 방법을 실제 흐름에 적용하였다. 측정한 수표면의 유속을 전자파표면유속계로 측정한 유속과 비교한 결과 평균 5 % 이내의 차이를 보이는 것을 확인하였다. 향후 다양한 흐름 조건과 드론의 비행속도를 변경하여 측정하는 등의 유속 측정 적용성을 검토하는 연구가 수행된다면 하폭이 넓은 하천 등 다양한 조건에서 드론 영상을 이용한 유속 측정이 가능할 것으로 기대한다.