다용도 실시간 경사각과 방위각 연속 측정 시스템 개발연구

김규현,조성호,정현기,이효선,손정술 한국지구과학회 2013 한국지구과학회지 Vol.34 No.6

In geophysics and geophysical exploration fields, we can use information about inclination and azimuth in various ways. These include borehole deviation logging for inversion process, real-time data acquisition system, geophysical monitoring system, and so on. This type of information is also necessarily used in the directional drilling of shale gas fields. We thus need to develop a subminiature, low-powered, multi-functional inclination and azimuth measurement system for geophysical exploration fields. In this paper, to develop real-time measurement system, we adopt the high performance low power Micro Control Unit (made with state-of-the-art Complementary Metal Oxide Semiconductor technology) and newly released Micro Electro Mechanical Systems Attitude Heading Reference System sensors. We present test results on the development of a multifunctional real-time inclination and azimuth measurement system. The developed system has an ultra-slim body so as to be installed in 42mm sonde. Also, this system allows us to acquire data in real-time and to easily expand its application by synchronizing with a depth encoder or Differential Global Positioning System. 최근 지구물리·물리탐사 분야에서 경사각과 방위각 정보는 시추공 물리검층 및 물리탐사 자료보정을 위한 시추공 편차검층, 이동형 실시간 자료획득 시스템, 기타 지구물리 모니터링 시스템 등 다양하게 활용되면서 그 중요성이 높아지고 있다. 특히 최근 셰일가스의 개발이 가능하게 한 방향시추 기술에서도 경사각과 방위각 정보는 필수일 정도로그 응용범위가 매우 넓다. 따라서 여러 분야에 응용될 수 있는 경사각과 방위각 측정 시스템의 초소형 옥외 저전력 운용이 절실해졌다. 본 논문에서는 최신 CMOS 저전력, 고성능 MCU 및 멤스(MEMS) 자세방위기준장치(AHRS)를 도입하여 초소형, 저전력으로 제작된 다용도 야외시험용 실시간 경사각과 방위각 연속 측정 시스템 개발 연구의 결과를 제시하고자 한다. 시스템은 최소 지름 42 mm의 존데 내에 설치될 수 있도록 초슬림 형태로 제작되었으며 실시간 데이터획득이 가능할 뿐만 아니라 엔코더, DGPS 연동으로 운용 확장이 가능하여 다양한 응용이 기대된다.

비표준형 돈사의 지붕을 활용한 태양에너지 설비에 관한 연구

김진현,정성진,김태욱,김현태,최준학,하유신 경상대학교 농업생명과학연구원 2015 농업생명과학연구 Vol.49 No.2

군위지역의 돈사를 중심으로 농업시설의 비활용 공간인 지붕을 활용하기 위한 기초자료로써 지붕의 방위각, 경사각 및 농지의 분류에 따른 문제점을 분석하였다. 또한 비표준형 돈사의 구조해석과 보강방안에 대한 대책을 강구하였고, 태양에너지 생산을 위한 지붕의 방위각과 위도에 따른 일사량을 측정한 결과는 다음과 같다. 돈사의 농지의 분류에 따른 결과는 군위지역 돈사의 경우 농림지역을 제외한 곳은 47.8%이었으며 적정 방위각으로 분류하면 21.7%가 활용 가능하였다. 그러나 농지와 방위각을 모두 고려한 조사에서는 10.9%만이 가능하여 돈사의 약 90%는 지붕의 활용이 부적합 한 것으로 판단되었다. 돈사의 지붕 경사각에서는 총 46호 중 10°∼15°가 17호로 가장 많았으며, 20°미만인 경우가 전체의 63%에 해당되었다. 20°이상인 곳은 16호로 전체의 약 35%로 나타나 전반적으로 지붕각은 완만하게 건축되었다. 따라서 돈사의 경우 일사량을 고려하여 태양에너지 설비를 할 경우 최소한 약 4∼5° 정도 지붕경사각이 낮음을 알 수 있었다. 비표준형 돈사에 대한 구조해석을 통하여 보강방안에 대한 대책을 강구하였다. 지붕의 방위각과 위도에 따른 일사량의 측정에서는 정남방향을 기준으로 위도가 27.5°∼50°까지 비교적 높게 나타났으며, 위도를 0°로 고정하였을 경우, 방위각은 S22.5W와 S22.5E에서 높은 것을 알 수 있었다. 따라서 적정 지붕의 경사각은 25°이상으로 건축하는 것이 유리한 것으로 판단되었다. In order to use un-utilized space of agricultural facilities, pigsty roof, as a solar energy facility, this study surveyed roofs of pigsties in Gunwi County, Gyeongsangbuk-do. It measured the azimuth and inclination of roofs of pigsties, facilitate problems according to the classification of arable lands, and insolation according to the azimuth and latitude of roofs of pigsties for solar energy production. The results are as follows. Except the agricultural and forestry areas, 47.8% of the solar energy facilities according to the classification of arable lands of pigsties were available, and 21.7% of them were available by classifying according to the proper azimuth. However, only 10.9% of them were available in the survey considering all the arable land and azimuth, and it was considered that approximately 90% of the roofs of pigsties were used inappropriately. In the roof inclination of the pigsties, from 10 to 15° was the most common, 17 pigsties. The pigsties with the roof inclination less than 20° accounted for 63% of the total. 16 pigsties with the roof inclination more than 20° accounted for approximately 35% and were constructed with gentle roof angle in general. Therefore, it was necessary to increase the roof inclination at least about 4 to 5° when establishing solar energy facilities in consideration of insolation.

방위각 고정 기법을 이용한 개선된 Tracking Parameter File 생성 방법

전문진(Moon-Jin Jeon),김응현(Eunghyun Kim),임성빈(Seong-Bin Lim) 한국항공우주연구원 2013 항공우주기술 Vol.12 No.2

저궤도 위성은 지상국과의 접속 중에 X-band 안테나를 이용해 촬영한 영상을 전송한다. X-band 안테나는 교신 시간 동안 TPF (tracking parameter file)에 따라 움직이며 지상국의 안테나를 지속적으로 지향한다. TPF 생성 소프트웨어는 위성의 궤도 및 자세 정보와 촬영 및 다운링크 임무 정보를 이용해 X-band 안테나가 지상국을 지향하도록 하는 Azimuth, Elevation 정보를 생성한다. 위성이 지상국 상공을 지나가는 경우 X-band 안테나 특성 상 방위각 속도가 급격하게 증가하며, 특정 각속도로 회전하는 경우 위성의 지터를 유발할 수 있다. 영상촬영과 다운링크를 동시에 수행하는 실시간 임무의 경우 지터에 의한 영상 열화를 방지하기 위해 Azimuth 각속도를 일정 수준 이하로 낮춰야 한다. 현재 사용하는 방법인 한 점의 가상 지상국을 지향하는 방법으로는 각속도를 낮추는데 한계가 있다. 이 논문에서는 방위각 고정 기법을 이용해 X-band 안테나의 Azimuth 각속도를 낮추는 방법을 제안한다. 시뮬레이션 결과는 제안된 방법을 이용해 방위각 속도가 현저하게 감소함을 나타낸다. A LEO satellite transmits recorded images to a ground station using an X-band antenna during contact. The X-band antenna points to the ground station according to a TPF (tracking parameter file) during communication time. A TPF generation software generates azimuth and elevation profile which make the antenna point to the ground station using satellite orbit and attitude information and mission information including recording and downlink operation. When the satellite passes above the ground station, azimuth velocity increases rapidly so that jitter may occur if the azimuth velocity is in specific range. In case of realtime mission in which the satellite perform recording and downlink simultaneously, azimuth velocity must be lower than specific value to prevent image blur due to jitter effect. The method to point one virtual ground station has limitation of azimuth velocity reduction. In this paper, we propose the azimuth fixing method to reduce azimuth velocity of X-band antenna. The experimental results show that azimuth velocity of the X-band antenna is remarkably reduced using proposed method.

배경잡음 교차상관을 이용한 국내 광대역 지진계의 방위각 보정값 측정

이상준 ( Sang Jun Lee ),이준기 ( Junkee Rhie ) 한국지구물리·물리탐사학회 2015 지구물리와 물리탐사 Vol.18 No.2

배경잡음 교차상관을 이용하여 국내에 설치된 지표 및 시추공 관측소 지진계의 방위각 보정값을 계산하였다. 이방법은 원거리 지진자료를 사용하던 기존 연구들과는 달리 배경잡음 자료를 이용하며, 수직-수직성분 배경잡음 교차상관함수를 90o 위상변화시키면 수직-방사성분 교차상관함수의 위상과 일치하게 된다는 특성을 이용한다. 2007년 1월부터2008년 9월까지의 연속 자료를 중합하여 계산한 결과는 원거리 지진자료를 이용하여 계산된 이전 연구결과와 매우 유사하며, 계산 결과의 표준편차도 대부분 5o 이하로 나타나는 것을 확인할 수 있다. 한편, 자료를 30일씩 중합하여 계산한결과 역시 표준편차가 5o 이하로 낮게 계산되며, 시간에 따른 방위각 보정값의 변화가 거의 없는 것으로 미루어 2007년1월부터 2008년 9월 사이 기간에는 전체 관측소의 지진계 방위각이 크게 바뀌지 않은 것으로 보인다. 배경잡음 교차상관분석 방법의 중합기간에 대한 민감도를 분석한 결과, 국내 지진관측소에 대한 신뢰할 수 있는 방위각 보정값을 얻는데필요한 배경잡음 연속 기록의 최소 기간은 30일 정도로 추정된다. Orientation corrections for Korean seismic stations were calculated by using ambient noise cross-correlation. This method uses Rayleigh waves extracted from ambient noise cross-correlation instead of teleseismic waveforms from earthquakes, which have been generally used for previous studies. The theoretical background of the method is that the phase of radial-vertical cross-correlation function should be the same as that of 90o phase-shifted vertical-vertical crosscorrelation function. The results calculated from stacked cross-correlograms from Jan. 2007 to Sep. 2008 are comparable to the previous results obtained from teleseismic waveforms. In addition, overall the standard deviations of orientation corrections are less than 5o. The temporal variation in orientation corrections calculated for every 30 days shows no significant change and also standard deviations of them are mostly less than 5o. This means that the orientations of stations used in this study have been kept constant during the period. The sensitivity test for stacking period of the ambient noise cross-correlation method shows that continuous ambient noise record of at least about 30 days is required for estimating reliable orientation corrections.

이동노드의 실내위치파악 시스템을 통한 벡터기반 상대방위각 알고리즘

손주영(Joo-Young Son) 한국항해항만학회 2014 한국항해항만학회지 Vol.38 No.5

실내에 있는 노드의 위치를 알려주는 시스템은 여러 유용한 응용에 활용된다. 그 가운데 가장 대중적인 응용이 내비게이션 시스템이다. 여기서는 노드가 움직이는 방향에 대한 정보를 필요로 한다. 특히 위치 이동에 따른 변화량과 방향에 대한 정보가 실시간으로 제공되어야 한다. 이 논문에서는 방위각 센서가 작동하지 않는 실내에서 기존의 위치를 파악할 수 있는 시스템을 이용하여 움직이는 노드의 이동 방위 각의 변화량과 변화방향을 정확하게 파악하는 데 효과적인 벡터기반 알고리즘을 제시한다. 기존 알고리즘은 여러 기하학적 계산 단계들을 통해 이동방향의 변화량을 파악한다. 이 논문에서 제안하는 알고리즘은 벡터를 기반으로 하는 단순한 산술식을 통해 이동 노드의 진행방향의 방위각 변화량을 구하고, 노드가 직전에 이동한 방향에 근거하여 도출된 단순한 수식의 부호값(음 또는 양)에 따라 변화방향을 파악한다. 지속적으로 이동하는 노드의 변화하는 방위각에 대한 파악이 기존 알고리즘에 비해 신속하고 정확한 결과를 얻을 수 있음을 논리식과 수식으로 증명하였다. Indoor-positioning systems are useful to various applications. Navigation system is one of the most popular applications, which needs the information of directions of nodes’ movements. Specifically the applications should get the information in real-time to properly show the current moving position of a node. In this paper, simple vector-based algorithms are proposed to compute amount and direction of changes of azimuth of mobile nodes’ heading directions using existing indoor positioning systems in indoor environments where azimuth sensors do not work properly. Previous algorithms calculate the azimuth changes by too many steps of topology-based formula. The algorithms proposed in this paper get the amount of changes of azimuth by simple formula based on vector, and determine the direction of changes by the sign of value of simple formula based on the previous movement of nodes. The algorithms are much simpler and less error-prone than previous ones, and then they can detect changes in many location-based applications as well. The performance of the algorithms is proved logically and mathematically.

정지위성 방위각 정보를 활용한 전자 컴퍼스 편차 자동보정기법 연구

이재원(Jae Won Lee),이건호(Geon Ho Lee) 한국항해항만학회 2017 한국항해항만학회지 Vol.41 No.4

이동형해상감시레이더는 해안을 따라 이동하며, 해역을 감시하는 기능을 수행한다. 초기 레이더의 방향은 차량의 선수방향으로 정렬되어 있기 때문에 전개지 이동 후 신속하게 표적의 방위각을 획득하기 위해서는 변경된 차량의 선수방향을 아는 것이 중요하다. 차량의 선수방위각은 자이로 컴퍼스, GPS 컴퍼스 혹은 전자 컴퍼스로 획득할 수 있다. 그 중에서 전자 컴퍼스는 가격이 저렴할 뿐만 아니라, 부피가 작고, 안정화 시간이 짧아서 빠른 기동성을 요구하는 이동형해상감시레이더에 적합하다. 하지만, 지자계 센서를 사용하다보니 주변 자장의 영향으로 오차가 발생될 수 있으며, 발생된 오차는 초기 위성의 자동추적을 어렵게 하고, 레이더의 탐지정확도를 떨어뜨린다. 따라서 본 논문에서는 이동형해상감시레이더 및 정지 위성간의 두 위치좌표로부터 측지학적 역 문제 해석을 통해 기준 방위각을 산출하고 이를 위성 안테나가 실제 지향한 방위각과 비교 산출하여 얻어진 보정값을 레이더에 반영하는 자동보정절차를 제안하고 제안된 방법을 실제 운용 중인 이동형해 상감시레이더에 적용함으로써 운용가능성 및 편리성을 검증하였다. The Moving Search Radar System (MSRS) monitors sea areas by moving along the coast. Since the radar is initially aligned to the front of the vehicle, it is important to know the changes in the heading azimuth of the vehicle to quickly acquire the target azimuth from the radar after the MSRS has moved. The heading azimuth can be obtained using the gyro compass, the GPS compass or the electronic compass. The electronic compass is suitable for MSRS requiring fast maneuverability due to its small volume, short stabilization time and low price. However, using a geomagnetic sensor may result in an error due to the surrounding magnetic field. Errors can make early automatic tracking of the satellites difficult and can reduce the radar detection accuracy. Therefore, this paper proposes a method to automatically compensate for the error reflecting the correction value on the radar obtained by comparing the reference azimuth calculated by solving the geodesic inverse problem using two coordinates between the radar and the geostationary satellite with the actually-directed azimuth angle of the satellite antenna. The feasibility and convenience of the proposed method were verified by applying it to the MSRS in the field.

무인기의 지향성 데이터링크를 위한 탑재 지향성 안테나의 방위각 계산

오수훈,강영신,이대희 한국항공우주학회 2011 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2011 No.4

무인기 탑재 지향성 안테나의 지상 안테나 지향을 위한 방위각의 3차원 계산식을 유도하고 CATIA Model을 이용하여 검증하였다. 무인기 자세의 영향을 무시하고 단순히 무인기의 기수방위각과 지상안테나 지향 방위각의 차이로부터 탑재 지향성 안테나의 방위각을 결정하면 상당한 오차를 수반함을 확인하였다. In this paper, 3D equation for getting azimuth angle of the UAV-onboard directional antenna to point a ground antenna is derived and verified by CATIA modeling. A simpler way of computation is possible by ignoring the effect of UAV attitude from the difference between the UAV heading and azimuth angle pointing ground antenna, but it accompanies considerable amount of errors.

크로스토크 제거를 위한 얼굴 방위각 검출 기법

한상일(Sangil Han),차형태(Hyungtai Cha) 한국지능시스템학회 2007 한국지능시스템학회논문지 Vol.17 No.1

2채널 방식을 이용하는 입체 음향 구현 방법은 멀티채널 방식에 비해 비용의 감소 효과 및 설치가 쉽다는 장점이 있으나 크로스토크(crosstalk)를 제거하는 것이 어려운 문제이다. 크로스토크를 제거하기 위해서는 머리의 위치를 정확하게 추정하는 것이 필수적이다. 따라서 본 논문에서는 2채널 방식에서 3차원 입체 음향을 구현하기 위해 얼굴의 방향을 추정하기 위한 알고리즘을 제시한다. 제안하는 알고리즘은 Haar-like 특징을 이용하여 얼굴을 검출하고 전처리 작업과 수학적 형태학을 이용한 두 눈의 위치를 검출하는 알고리즘을 이용, 얼굴이 향하고 있는 방위각을 검출한다. 본 논문에서 제안하는 알고리즘은 기존의 제안되어진 방법들에 비해 적용 범위가 더 넓으며, 얼굴 방위각이 매우 안정적으로 검출됨을 실험을 통해 알 수 있었다. The method of 3D sound realization using 2 speakers provides two advantages: cheap and easy to build. In the case, crosstalk between 2 speakers has to be eliminated. To calculate and remove the effect of the crosstalk, it is essential to find a rotation angle of human head correctly. In the paper, we suggest an algorithm to find the head angle of 2 channel system. We first detect a face area of the given image using Haar-like feature. After that, the eye detection using pre-processor and morphology method. Finally, we calculate the face rotation angle with the face and the eye location. As a result of the experiment on various face images, the proposed method improves the efficiency much better than the conventional methods.

효율적인 3차원 구조보정법으로서의 공통방위각 구조보정법의 적용

최윤경,지준,이흥연,고승원,전재호 한국자원공학회 2010 한국자원공학회지 Vol.47 No.6

The purpose of this study is to implement a common-azimuth (COMAZ) migration algorithm as an efficient 3D seismic imaging technique, and investigate the feasibility of the algorithm for synthetic data and real field data. The COMAZ migration is a 3-D prestack depth migration (PSDM) based on the full wave equation, derived by a stationary-phase approximation expressed in the frequency-wavenumber domain. To make an input to COMAZ migration, which is common-azimuth data, azimuth-moveout (AMO) processing is used. To check feasibility, we performed an impulse response test successfully with one zero-offset impulse. From the SEG/EAGE 3D synthetic data example, we could see clear delineation of the shape of a salt dome and nearby reflectors on the migrated image. Comparison of the imaging results obtained by COMAZ migration for the field data to those of wave-equation migration showed very similar quality in general, but the image of the COMAZ migration showed better resolutions in some regions. 본 연구의 목적은 효율적인 3차원 탄성파 영상화 기술 확보를 위하여 공통방위각 구조보정 이론에 기초하여 알고리듬을 구현하고 합성자료와 현장자료에 대해 알고리듬의 적용성을 확인하는 것이다. 공통방위각 구조보정법은 주파수-파수 영역에서 완전 파동 방정식에 정적 위상근사를 적용한 3차원 중합전 심도 구조보정 기법으로 입력 자료는 방위각보정으로 보정된 공통 방위각 자료이다. 구현된 구조보정 모듈의 적용성을 확인하기 위하여, 3차원 합성 자료에 대한 임펄스 반응 결과로부터 구조보정이 성공적으로 이루어졌음을 알 수 있었고, SEG/EAGE 3차원 암염 모델자료에 적용한 결과 암염구조와 주변 지층 경계면들이 정확히 영상화된 것을 확인할 수 있었다. 현장 자료에 적용하여 파동방정식 구조보정 영상과 비교해 본 결과 두 영상이 매우 유사하였으며, 일부 지역에서는 선명한 영상이 얻어진 것으로 관찰되었다.

판상형 공동주택의 인동간격 및 배치 방위각이 일조ㆍ옥외열환경에 미치는 영향 분석

정숙진,윤성환 대한건축학회지회연합회 2015 대한건축학회연합논문집 Vol.17 No.6

경제성장에 따른 대도시의 인구집중으로 공동주택 수요가 급증하게되며, 고밀·고층화 추세를 보이게된다. 이로 인하여 열악한 일조환경 및 인공피복율의 증대로 도시 미기후는 점차 악화되고 있는 실정이다. 쾌적한 주거환경 및 도시 미기후 개선을 위해서는 공동주택 단지계획시 일조환경 및 옥외열환경을 고려한 설계가 필요하다. 본 연구에서는 공동주택의 설계 프로세스 단계에서 일조환경 및 옥외열환경을 고려한 배치계획을 함으로서 쾌적한 주거환경으로 에너지 절약 및 도시 미기후 개선을 통한 열섬현상 완화 등을 도모할 수 있는 방안을 모색하고자 한다. 공동주택의 배치계획 주요인자인 인동간격 및 배치 방위각 변화에 따라 주거단지의 일조환경 및 옥외열환경을 예측함과 최적의 인동간격 및 배치 방위각을 선별하여 공동주택 주거단지의 초기 설계계획시 기초 자료로 활용하는 것을 연구의 목적으로 한다. 일조환경 결과로 주거동의 인동간격이 증가할수록 일조 미확보율은 감소한다(인동간격 0.8H에서 1.2H). 또한 배치 방위각은 ESE, WSW에서 일조 미확보율이 낮게 분포하고 있다. 열환경 결과에서 첫 번째, 전 건물표면온도 평균치는 인동간격이 증가할수록 높게 나타나고 있으며, 평균치가 약 0.6℃ 정도 차이를 보이고 있다. 배치 방위각 SE, ESE에서 전 건물표면온도가 낮게 분포하고 있다. 두 번째, MRT 평균값은 인동간격이 증가할수록 감소하는 경향을 보이고 있다. 세 번째, 열섬잠재성은 인동간격이 증가할수록 높게 나타나고 있다. 평균치가 1.0℃ 정도 차이를 보이고 있다. 배치 방위각 SE, ESE에서 열섬잠재성 분포가 낮게 나타나고 있다. Economic growths lead to population increases in large cities. This has brought about the growing necessity for apartment housing which has resulted in higher density populations living in high-rise apartment complexes. Therefore, the urban microclimate is aggravated due to the increasing ratio of artificial coverage and substandard daylight availability. It is important for an apartment to get an adequate amount of sunlight and have a pleasant external surface temperature for the comfort of the occupants. To achieve this, sunlight exposure and external surface temperature must be carefully considered when planning an apartment complex. This study conducts a numerical simulation of the role of major factors when planning an apartment building block with regard to sunlight exposure and external surface temperature. The purpose of this study is to provide a basic reference source for the design and planning of apartment complexes. This study selected the orientation of and distance between buildings the buildings, two important factors in apartment block planning, and evaluated their effects on sunlight exposure and external surface temperature of plate-type apartments. For sunlight exposure, we took the measurements of each house in accordance with the ordinances and rules under the Building Act. For external surface temperature, we conducted a 3D surface temperature simulation and derived the surface temperature, the Mean Radiant Temperature(MRT), and Heat Island Potential(HIP) for the entire building. For sunlight exposure, we used the winter solstice as a reference point and found that as the distance between buildings the buildings increased, the sunlight exposure increased. The ESE and WSW orientations correlated with high sunlight exposure. According to the results of thermal environment, first, the average of the whole building surface temperature is shown to be higher as the pitch of building increases. And a difference of approximately 0.6℃ was shown on the average. Low temperature of the whole building surface is distributed in azimuth SE, ESE. Second, it is shown that average MRT tends to decrease as the pitch of building increases. Third, it is shown that heat island potential is higher as the pitch of building increases. A difference is shown to be approximately 1.0℃ on the average. It is shown that the low heat island potential is distributed in azimuth ESE.