차량용 강우센서를 이용한 강우 관측 방법 개발 연구

이충대,박준수,이병현,김병식 한국방재학회 2019 한국방재학회논문집 Vol.19 No.3

Flood damage has been increasing due to the increase in local heavy rainfall. Rainfall data is very important to prevent flood damage. However, the precipitation network currently in operation provides limited rainfall data due to its low density. To improve this, more rainfall information needs to be produced. One of the ways to observe such dense rainfall is to use vehicles. The purpose of this study is to evaluate the application of rainfall sensors in the field by analyzing the relationship between rainfall sensor signals (S) and rainfall (R). Therefore, the S-R relationship was developed in the laboratory and rainfall observations were carried out in the field by attaching rain sensors to five vehicles. Results showed the possibility of observing rainfall using rainfall sensors on vehicles. 국지성 집중호우의 증가로 인하여 홍수 피해 역시 증가하고 있다. 홍수 피해를 막기 위해서는 강우량 정보는 매우 중요한 요소이다. 하지만 현재 운영 중인 강수량관측망은 낮은 밀도로 인하여 강우정보를 제공하는데 한계가 있다. 이를 개선하기 위해서는 더 많은 강우정보의 생산이 필요하다. 이와 같이 밀도 높은 강우 관측을 할 수 있는 방법 중에 하나는 사람들이 가장 많이 사용하는 차량을 이용하는 것이다. 본 연구의 목적은 강우센서와 강우량 사이의 관계를 해석하여 S (Sensor Signal) - R (Rainfall) 관계식을 개발하고 개발된 S-R 관계식을 이용하여 차량용 강우센서의 현장 적용성을 평가하는 것이다. 이를 위하여 인공강우발생장치가 있는 실험실에서 S-R 관계식을 개발하였으며, 5대의 차량에 강우센서를 부착하여 현장에서 강우 관측을 수행하였다. 그 결과 차량용 강우센서를 이용한 강우 관측의 가능성을 보여주었다.

실측 강우량과 센서 계측 강우량 관계식을 이용한 미계측 유역의 강우량 예측 기법 개발 및 평가

이충대(Lee,Chungdae),김하룡(Kim,Hayong) 한국방재학회 2021 한국방재학회논문집 Vol.21 No.6

최근 정보통신기술과 사물인터넷 기술의 발전으로 센서를 이용한 관측 기술도 다양하게 적용되고 있다. 센서 기술을 활용하여 강우를 관측할 수 있게 된다면 미계측 지역에서의 강우를 산정할 수 있을 것이다. 본 연구에서는 인공강우발생 장치에서 실험을 통해 강우센서 신호(S)와 강우량(R)과의 관계를 규명하여 관계식을 개발하고 적용성을 평가하였다. 실내 실험을 통해 개발된 관계식의 결정계수는 0.95;평균절대오차 2.66 mm/hr;평균제곱근오차 3.87 mm/hr;효율성계수 0.89;일치도지수 0.97로 매우 높은 신뢰도를 보여주었다. 실외 실험 결과에서는 강우센서와 강수량관측소 자료를 비교한 결과 오차율은 7.96%로 나타났다. 오차가 발생한 원인은 차량용 강우센서와 강수량관측소가 동일한 위치에서 관측된 것이 아니기 때문에 이동 강우에 따라 강우량의 변화가 발생하여 오차가 발생한 것이다. 이와 같이 일부 오차가 발생하지만 강수량관측소가 설치되지 않은 지역에서는 강우센서를 이용한 강우 관측이 가능할 것으로 판단된다. Recently;with the development of information and communication technology and the Internet of Things (IoT);observation technology using sensors is being applied in a variety of ways;such as using a sensor to observe rainfall in an unmeasured area. In this study;the relationship between the rainfall sensor signal (S) and the amount of rainfall (R) was developed through an experiment in an artificial rainfall generator;and the applicability was evaluated through outdoor observation. The coefficient of determination of the relational expression developed through the indoor experiment was 0.95;the mean absolute error was 2.66 mm/hr;the root mean square error was 3.87 mm/hr;the efficiency coefficient was 0.89;and the concordance index was 0.97;showing very high reliability. In the outdoor test results;the error rate was 7.96% when comparing the data from the rainfall sensors in vehicles and the precipitation station;which were not observed at the same location. Despite such errors;it is judged that accurate rainfall observation using a rainfall sensor is possible in an area where a precipitation station is not installed.

Development Methodology of Rainfall Information Using Optical Sensors - Applicability Test of Car Rain Sensors Using Observed Rainfall Data -

Byung Hyun Lee,Byung Sik Kim,Sung Jin Hwang 위기관리 이론과 실천 2020 Crisisonomy Vol.16 No.11

전 세계적으로 이상기후 등 다양한 환경 요인으로 인하여 국지성 집중호우의 빈도는 증가하고 이로 인한 도로재해 규모가 매년 증가하고 있다. 이러한 집중호우는 직접적인 강우 관측이 이루어지지 않는 미계측 지역은 인근 관측 값을 통해 추정하여 활용하기 때문에 정확도가 떨어질 수밖에 없으 며, 이를 해결하기 위하여 레이더를 이용한 강우 관측, 방재기상관측소 등 강우 관측 기술에 대한 관심이 집중되고 있다. 그러나 이러한 시설들은 고비용이 소요되기 때문에 설치 수에 제한이 있다. 본 논문에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해 차량용 레인센서에서 생산되는 센서 시그널 정보를 이용하여 강우정보를 생산하는 기술을 개발하였다. 레인센서 시그널을 강우정보로 활용하기 위하여 기존에 개발된 W-S-R 관계식은 5분 동안 생산된 값의 평균을 적용한 방법으로 와이퍼의 영향을 충분히 고려하지 못하여 정확도가 떨어지는 결과를 확인하였다. 이를 해결하기 위하여 레인센서 시그널에서 와이퍼가 동작한 전⋅후의 값의 차를 이용하는 방법을 적용하여 강우정보를 생산하고 지상강우량과 기존 W-S-R에 의한 강우량과 각각 비교하여 검증하였다. Due to climate change and various environmental factors, localized torrential rains and weather-related road accidents have been increasing around the world. The estimated precipitation of torrential rains is subtantially inaccurate in areas where the rainfall data are not directly observed but estimated based on neighboring observations. Much attention is focused on rainfall observation technologies such as radar and AWS, but these facilities are too expensive to install and therefore lack the spatial resolution. We developed a technology to produce rain information using sensor signal features generated from rain sensors for vehicles. The W-S-R relationship formula, which was developed to utilize rain sensor signals to obtain rain information, was applied to the average signal values for five minutes, but found inaccurate due to insufficient consideration of the wiper effects. To solve this problem, the rain information was generated by the method of using the difference between the values before and after wipers were operated on the rain sensor signal, and evaluated by comparing the ground rainfall with that from W-S-R method.

차량용 강우센서의 Signal과 관측강우의 관계식 개

이석호,김영곤,김병식 한국수자원학회 2017 한국수자원학회논문집 Vol.50 No.1

차량용 강우센서는 강우에 따라 와이퍼의 동작 속도를 제어하기 위해 만들어졌다. 따라서 강수의 많고 적음을 대략적으로 판단하여 와이퍼의 속 도단계를 결정하기 위한 장치이다. 하지만 기술의 발달로 인하여 강우센서의 성능이 개선됨에 따라 와이퍼의 속도단계 결정 외에 강우량의 크기를 좀 더 정확히 판단할 수 있는 기술이 개발되고 있다. 본 연구에서는 강우입자로 인한 빛의 산란을 이용한 강우계측 방법을 이용하였다. 센서에서 광 신호를 보내고 전면부 유리창에 반사되어 돌아오는 광신호를 이용하는 방법으로 물방울 입자가 커지면 빛의 산란으로 센서의 광 감지량이 줄어들 게 된다. 강우량의 정확도를 높이기 위하여 강우센서의 검지면적과 검지채널을 기존 강우센서에 비해 크게 확장하였다. 또한 센서의 감지 신호 (Signal)를 강우량으로 환산하기 위하여 실내 강우발생 실험 장치를 이용하여 와이퍼의 속도단계(W)에 따른 특정 강우(R) 발생시 센서 감지량(S) 과의 관계를 이용한 W-S-R 관계식을 개발하였다. 이 관계식을 통하여 차량 강우센서의 신호체계를 실제 강우량으로 환산하여 사용자에게 제공한 다면 차량관측망이 강우측정망이 되어 실제 강우측정망보다 고해상도의 강우정보를 생산할 수 있을 것으로 판단된다. A vehicle rainfall sensor is made to control the operating speed of wipers depending on rainfall. Therefore this is the apparatus to determine the velocity phase of the wipers roughly based on the amount of rainfall. However, the technology which can judge the size of rainfall amount besides determining speed level of the wipers is developing according to the development of the function of rainfall sensor due to the development of technology. In this study, a rainfall measurement by using light scattering by precipitation particles was used. This measurement is to use light signal reflection from front glass and the bigger particle is the less detection of light by light scattering. The detection area of the rainfall sensor and detection channel were extended sizes to increase the accuracy of the rainfall. Also the W-S-R relational expression was developed by using a relationship between the specific precipitation (R) and the amount of sensor detection (S) when there is speed change of the wipers (W) and an indoor rainfall apparatus was used to convert sensing signal to rainfall. The signal system of vehicle rainfall sensor can be converted to the actual rainfall amount by using this formula and if this is provided to users then the vehicle observation network can produce higher-resolution than actual observation network can be produced.

비선형 회귀분석을 통한 S-R관계식 개발에 관한 연구 - 실내실험을 중심으로 -

황성진(Hwang, Sung Jin),이병현(Lee, Byung Hyun),정세진(Jeung, Se Jin),김병식(Kim, Byung Sik) 대한토목학회 2020 대한토목학회 학술대회 Vol.2020 No.10

차량용 강우센서의 Signal을 이용한 관측강우 관계식 개발

이석호 ( Suk Ho Lee ),김병식 ( Byung Sik Kim ) 한국농공학회 2017 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2017 No.-

차량용 강우센서는 강우에 따라 와이퍼의 동작 속도를 제어하기 위해 만들어졌다. 따라서 강수의 크고 적음을 대략적으로 판단하여 와이퍼의 속도단계를 결정하기 위한 장치이다. 차량용 강우 센서는 동작원리는 송수신되는 광신호에 기반한다. 일반적인 강우관측기와 달리 물 입자가 커질수록 빛의 산란이 크게 일어나는 현상을 이용한다. 산란이 크게 일어나면 강우 센서에 수광부의 광신호 값이 줄고 이는 강수가 높다는 것을 의미한다. 따라서 센서의 감지신호(Signal)와 실제강우(R)과의 관계를 이용하여 강우량으로 환산할 수 있는 R-S관계식을 개발하였다. 센서의 감지 신호(Signal)를 강우량으로 환산하기 위하여 실내 강우발생 실험 장치를 이용하여 일정 강우(R)를 증가시키고 그때 발생된 센서 감지량(S)의 관계를 수치적으로 분석하여 상관식을 만들었으며 실제 AWS, 자기우량계와 비교 분석하였디.