• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.455-455
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• 2016

최근 기후변화로 빈번하게 발생하는 국지성 집중호우로 인해 홍수 피해가 증가하고 있으며, 이에 따라 유량 계측 자료의 필요성이 더욱 증대되고 있다. 현재까지 하천의 홍수 유량측정은 대부분 부자법에 의해 수행되어 왔지만, 측정 작업의 위험성이나 측정 정확도에 대해 여러 문제점이 지적되고 있다. 이에 비접촉식 측정 방법으로 안전하고 측정방식이 간편하며 높은 정확도를 갖춘 표면영상유속측정법(Surface Image Velocimetry, SIV)에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 다만 표면영상유속측정법의 경우 질 좋은 영상 촬영을 위해 밝은 빛이 필요하고, 일반적으로 매우 작은 규모의 하천을 제외하고는 영상 획득이 어렵다는 한계가 있다. 이와 같은 문제들을 해결하기 위해 최근 류권규 등(2015)은 영상 획득 장비로 원적외선 카메라의 적용성을 검토한 바 있다. 원적외선 카메라의 경우 별도의 조명을 필요로 하지 않기 때문에 주야간 구분 없이 사용 가능하다는 장점이 있으며 실제 하천에서 홍수와 함께 발생하는 안개의 영향 또한 받지 않아 고정식으로 설치하여 하천 유량측정 시스템을 구성하는 좋은 대안이 될 수 있음을 강조하였다. 다만, 원적외선 카메라는 야간에 적용시 주간과 비교하여 수표면의 움직임이 느리게 분석되는 경향이 있다고 하였다. 실험 결과를 보면, 소형 프로펠러 유속계로 측정한 수표면의 유속값에 비교하여 일반 캠코더 영상으로 산정한 유속 산정 결과의 상대오차는 최대 -10%인 반면, 원적외선 카메라 영상으로 산정한 유속 산정 결과의 오차는 -9%에서 -19%(주간), -10% 에서 -23%까지의 오차 범위를 나타내는 등 일반 캠코더에 비해 원적외선 카메라의 정확도가 다소 떨어지는 결과를 나타냈으며, 이러한 문제를 해결하기 위해서는 원적외선 영상의 명암값 분포 차이를 해결하기 위해 영상 처리 기법에 대한 추가적인 연구가 필요할 것이라고 하였다. 이에 본 연구에서는 원적외선 영상에 대한 다양한 영상 개선을 통해 표면영상유속계의 유속 측정 정확도를 높이고자 하였다. 이를 위해 우선, 적정 해상도와 시간간격을 제시하였으며, 영상의 색 보정과 영상 강화 등의 영상 개선을 통해 원적외선 영상을 이용한 유속 산정 정확도를 향상하였고, 마지막으로 다양한 야간 하천 흐름 조건에 적용하여 원적외선 영상을 활용한 표면영상유속계의 유속 측정 정확도를 높이고자 하였다.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2001년도 춘계학술대회논문집E
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• pp.607-612
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• 2001

Based on the flow characteristics around a piercing cylinder, a free surface-flow velocitmetry which can be used in extremely harsh environment such as molten steel flow was developed. The velocimetry is consisted of finite length cylinder, load detecting elastic plate, electric signal transducer and data acquisition H/W and S/W. Using such a velocimetry, two velocity measurement schemes were established which one is flow resistance detecting scheme and the other is Karman Vortex frequency detecting scheme. For calibration of each scheme, realistic flow water model was used and in followings, detailed calibration processes were explained.

• 한국수자원학회논문집
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• 제49권6호
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• pp.469-480
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• 2016

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.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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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.

• 융합신호처리학회논문지
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• 제25권2호
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• pp.52-57
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• 2024

난류 경계층 내부 와류 구조물 형상을 측정하기 위해 열선 유속계(Hot-wire sensor)를 스테퍼 모터 컨트롤러(Stepper motor controller)에 고정하여 측정 지점으로 이동시켰다. 유동장 내 표면 근처 유속은 상대적으로 느려 차후 측정 데이터 해석 시 신호처리 과정에서 전자파 간섭으로 민감하게 반응하게 된다. 전자파 잡음은 주로 컴퓨터나 기타 전자 장비의 전원 공급에서 발생하는데, 실험 장비 중 전원이 활성화된 스테퍼 모터(Stepper motor)에서 전자파 잡음이 열선 유속계와 연결된 BNC 케이블로 유입되었다. 이는 열선 유속계를 이동시키기 위해 모터 컨트롤러(Motor controller)에 전원 공급이 인가되면, 오실로스코프 화면에 전자파 잡음이 나타나는 것을 확인하였다. 열선 유속계에서 측정된 데이터에 예상치 못한 잡음이 포함될 가능성이 있으므로, 이를 감소시키고 측정 과정에서 신호대 잡음비(Signal-to -Noise Ratio, SNR)를 향상하도록 연결 케이블을 차폐시키고 전자파가 차단되는 컴퓨터로 교체하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.15-15
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• 2022

우리나라 홍수 발생은 강수량이 집중되는 여름철에 집중되어 있어 홍수피해 방지에 주의가 필요하다. 보와 제방 등 이러한 홍수 피해를 대비하기 위한 구조물에 설계를 위해서는 하천의 유량 조사가 필수적으로 요구된다. 하지만 홍수기 직접적인 유량 조사는 안전상의 이유로 거의 이루어지지지 않고 있으며, 수위를 측정하여 수위-유량 관계를 만들어 유량을 측정하고 있다. 그러나 중소 규모의 하천의 경우 하도 경사가 급해 사류가 발생하거나 하도 단면이 급변하는 경우가 있어 수위-유량 관계를 그대로 적용하기 어려운 문제가 있다. 따라서 이러한 문제를 해결하기 위해 하천에 진입하지 않고 유속을 측정 할 수 있는 영상유속계와 같이 흐름 영상을 사용하여 유속을 측정하는 방법들이 개발되었다. 영상유속계의 측정 방법중 Spatio Temporal Image(시공간 영상)을 사용하는 방법은 일정시간의 시간평균 유속을 산정할 수 있고 한 장의 시공간 영상을 분석하기 때문에 유속 산정에 걸리는 시간이 작은 장점이 있지만 영상 내 흐름 방향을 정확히 설정하지 못하면 오차가 생길 수 있는 문제가 있어 주 흐름 방향을 정확히 탐색할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 영상에서 시공간 체적을 만들어 주흐름 방향을 찾아내는 기법들의 장단점을 비교하고 안동 하천실험센터의 실규모 하천수로에 적용하여 결과를 비교하고 적용성을 평가하였다. 이를 위해 하천수로에 추적자를 살포하여 영상으로 녹화하였으며 녹화된 영상을 자기상관법과 시간적분법을 적용하였으며, 이를 통해 주 흐름 방향을 판별하였다. 또한 두 방법을 통해 결정된 주흐름 방향을 적용하여 시공간 영상을 제작하고 이를 이용하여 유속을 산정하여 비교하였으며, 주흐름 방향을 산정하는데 생기는 오차가 유속 계산에 얼마만큼의 영향을 끼치는지 분석하였다. 이러한 실험을 통해 하천에서 시공간 영상을 활용한 표면영상 유속계측 방법을 활용하는데 있어 도움이 될 것으로 기대된다.

• 한국방재학회 논문집
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• 제5권1호
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• pp.63-68
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• 2005

영상 해석을 이용한 유속 측정 방법인 LSIV를 합류점의 수리 모형 실험에 적용하였다. LSIV에 의해 측정된 표면 유속은 유속계에 의해 측정된 평균 유속과 상당히 유사한 결과를 나타내었다. 일반적인 유속계는 순간적인 지점 유속만을 나타내기 때문에 전체적인 유속장을 살피는 데 어려움이 있으나, LSIV는 전체적인 흐름장의 양상을 한 눈에 살펴 볼 수 있는 좋은 도구이다. 특히 합류점이나 교각 주변부와 같이 흐름이 국부적으로 변화가 심한 경우 LSIV는 적절한 실험 도구가 될 수 있을 것이다.

• 물과 미래
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• 제28권6호
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• pp.183-191
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• 1995

하천의 홍수유속을 측정하기 위하여, 전자파를 이용한 물 표면 유속 측정체계를 개발하였다. 현재의 개발단계는 실험용 유속측정체계 수준이다. 전자파 표면유속계는 초고주파(micro-wave) 전자파의 도플러 효과를 이용한다. 이는 전자파의 발진과 안테나를 통한 반사파 수신, 차주파수 신호의 추출로 이루어지는 RF부분과, 차주파수 신호의 A/D변환 및 고속 후리에 변환 등으로 이루어지는 신호처리부로 구성된다. 구성된 유속측정 체계로 교량 아래 유속, 대청 조정지댐 방수로 등에서 측정 실험하였고 선박해양공학 연구센터의 선박 실험용 선형수조에서 검증 실험을 수행하였다. 검증결과 A/D 변환기 제작오류에서 발생된 4% 오차 이외에 측정환경의 문제에서 비롯된 몇 %의 오차가 혼재되어 있음이 분석되었다. 그러나 0.5~3.5 m/s 유속을 측정한 결과, 기준속도와 측정속도간 선형성이 우수하고 홍수 유속 측정에 매우 유용한 장비임이 입증되었다. 향후 소형화, 경량화를 수행하고 바람, 물 표면의 불규칙 유동에 의한 영향을 분석하여 신호처리 방안을 마련하는 재제작 (re-engineering) 과정이 요구된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제48권8호
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• pp.659-672
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• 2015

홍수시 하천의 유속 측정을 위한 표면영상유속계에서 가장 기본이 되는 단계는 적절한 영상을 취득하는 것이다. 하지만 영상 획득에 있어 야간에 발생하는 홍수 흐름을 촬영하는 것은 매우 어렵다. 이에 본 연구에서는 표면영상 유속계의 야간 영상 획득 장치로 원적외선 카메라를 이용하는 방안을 검토하였다. 원적외선 카메라는 별도의 조명을 필요로 하지 않으므로, 주야간 모두 영상을 획득할 수 있는 장점이 있다. 또한 안개나 연기의 영향을 받지 않아서 고정식 표면영상유속계를 구성하는 좋은 대안이 될 수 있다. 원적외선 영상을 이용한 유속 산정의 결과를 비교하기 위해, 보통의 가시광 카메라와 근적외선 카메라를 이용한 동시 촬영을 하여 영상을 분석하였다. 아울러 소형 프로펠러 유속계에 의한 유속 측정 자료와 비교하였다. 정확도 분석 결과 원적외선의 주간 영상을 이용할 경우 최소-9%에서 최대 -19%의 오차를 나타냈고, 야간 영상을 이용할 경우 최소 -10%에서 최대 -23%의 오차를 나타냈다. 또한 일반캠코더를 이용한 경우와 비교하여 최대 10% 이내의 차이를 보였기 때문에 주야간 유속 측정에 원적외선 카메라의 적용이 가능한 것을 확인하였다. 다만 주간 영상에 비해 야간 영상이 약간 흐려지는 경향이 있기 때문에, 이러한 영상을 적절히 분석하기 위한 지속적인 연구가 필요할 것으로 생각한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2005년도 학술발표회 논문집
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• pp.986-990
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• 2005

본 연구는 입자영상유속계(PIV)와 일차원 프로펠러 유속계를 이용하여 개수로 흐름 외부영역의 연직 유속분포를 측정하고 분석하였다. 수리실험은 크게 두 가지 조건에 대해 수행하였다. 첫 번째는 하상조건에 따른 유속분포의 변화를 파악하였고 두 번째는 흐름특성, 특히 Froude 수의 변화에 따른 유속분포를 파악하였다. 측정 결과 바닥에서부터 최대유속 발생지점까지는 후류법칙과 잘 맞는 경향을 보였으나, 최대 유속발생지점으로부터 수표면까지는 유속이 감소하는 현상이 나타났다. 또한 외부영역의 유속분포는 조도보다 Froude 수의 영향을 많이 받는 것으로 나타났으며 Froude 수가 증가함에 따라 유속감소 현상도 커지는 것을 알 수 있었다. 이에 따라 최대유속과 표면유속의 차와 평균유속과 표면유속의 비가 Froude 수가 증가함에 따라 각각 증가하는 것으로 나타났다.