차량용 레인센서에서 생성된 센서시그널을 이용한 강우량 측정

김영곤(Kim, Young Gon),이석호(Lee, Suk Ho),김병식(Kim, Byung Sik) 대한토목학회 2018 대한토목학회논문집 Vol.38 No.2

본 연구에서는 차량용 레인센서를 이용하여 고해상도의 강우관측을 위한 관계식을 개발하였다. 차량용 레인센서는 8개의 채널로 이루어져 있으며, 각 채널은 강우발생시 차량의 전면유리창에 내리는 우적량을 감지하여 센서시그널을 생성하는데, 강우량이 높을수록 센서시그널은 낮은 값으로 형성된다. 레인센서에서 생성되는 센서시그널의 이러한 특징을 이용하여 관계식을 개발하였다. 특정강우를 발생시키기 위하여 인공강우 발생장치를 제작하였으며, 인공강우발생장치에서 분사되는 강우량의 변화에 따른 센서시그널의 변화 값을 분석하였다. 이 중 민감도 분석을 통해 다양한 강우량을 잘 반영하는 최적의 센서 채널을 선정하였다. 선정된 채널을 이용하여 5분 단위 센서시그널를 생성하였고 생성된 5분 단위센서시그널의 대표 값을 평균, 25분위, 50분위, 75분위로 설정하여 관계식을 구축하였다. 구축된 관계식을 이용하여 실강우 데이터에 적용하여 강우량 값을 환산하였고, 환산된 강우량은 지상강우관측소에서 관측된 강우량 값과의 비교를 통해 관계식의 신뢰도를 검증하였다. 검증결과 데이터의 이상치가 발견되어 관계식의 신뢰도는 다소 떨어졌지만, 해당 잔차 범위의 실험 데이터가 부족한 것으로 판단되었다. 개발된 관계식을 실강우에 적용시켜 강우량 값을 환산한 하였고, 신뢰도 검증을 위해 동시간에 관측된 지상강우 관측 장비에서 생성된 강우량 값과 비교를 하였고 관측 결과 레인센서는 0.5mm 이하의 미세한 강우량까지 측정하였고 평균 관측 오차는 0.36mm로 나타났다. In this study, we developed a relational formula for observing high - resolution rainfall using vehicle rain sensor. The vehicle rain sensor consists of eight channels. Each channel generates a sensor signal by detecting the amount of rainfall on the windshield of the vehicle when rainfall occurs. The higher the rainfall, the lower the sensor signal is. Using these characteristics of the sensor signal generated by the rain sensor, we developed a relational expression. In order to generate specific rainfall, an artificial rainfall generator was constructed and the change of the sensor signal according to the variation of the rainfall amount in the artificial rainfall generator was analyzed. Among them, the optimal sensor channel which reflects various rainfall amounts through the sensitivity analysis was selected. The sensor signal was generated in 5 minutes using the selected channel and the representative values of the generated 5 - minute sensor signals were set as the average, 25th, 50th, and 75th quartiles. The calculated rainfall values were applied to the actual rainfall data using the constructed relational equation and the calculated rainfall amount was compared with the rainfall values observed at the rainfall station. Although the reliability of the relational expression was somewhat lower than that of the data of the verification result data, it was judged that the experimental data of the residual range was insufficient. The rainfall value was calculated by applying the developed relation to the actual rainfall, and compared with the rainfall value generated by the ground rainfall observation instrument observed at the same time to verify the reliability. As a result, the rain sensor showed a fine rainfall of less than 0.5 mm And the average observation error was 0.36mm.

우수감지 자동 창문 개폐장치 개발

황세종(Se-Jong Hwang),맹성렬(Sunglyul Maeng) 한국정보기술학회 2014 Proceedings of KIIT Conference Vol.2014 No.5

주택에 창문이 열려있는데 갑작스런 비가 오고 이런 상황에서 거주자가 신속하게 대응하기 어렵거나 집안에 아무도 없어 창문을 닫을 수 없다.면 주택 내부의 가재도구가 빗물에 젖을 수 있다. 이런 상황에 대처하기 위해 본 논문에서는 우수감지 자동 창문 개폐장치 에 대한 제반 사항을 검토했다 본 장치의 기본 개요는 전해질을 기반으로 하는 센서로 비가 올 때 빗물을 감지해 모터를 작동시켜 창문을 여닫는 것이다. 이를 위하여 창문을 닫는 과정을 진행시키는 회로에 대한 설계의 주요 사항 및 창문이 닫히고 난 후 다시 창문을 열을 것인가의 여부를 결정하는 회로 설계에 대해 논했다 또한 이런 장치가 상용화되기 위해서 어떤 문제점을 해결 해야 할지에 대해서도 논의했다. If rain falls abruptly while the residents of house are absent or sleeping with open windows, the interior of the house will be wet by the rain. To protect this situation, we discussed the possibility of the application of electrolyte-based rain sensor and automatic switch in this paper. The fabricated sensor showed very slow operation( ~ 7min.) due to the low solubility of the used electrolyte material(Pb) to water. In order to overcome this problem, it is necessary to develop highly efficient water-solubles for rain sensor application.

광학센서를 이용한 강우정보 생산기법 개발 (최적 강우강도 기법을 이용한 실시간 강우정보 산정)

이병현,김병식,이영미,오청현,최정렬,전원혁 한국환경과학회 2021 한국환경과학회지 Vol.30 No.12

In this study, among the W-S-R(Wiper-Signal-Rainfall) relationship methods used to produce sensor-based rain information in real time, we sought to produce actual rainfall information by applying machine learning techniques to account for the effects of wiper operation. To this end, we used the gradient descent and threshold map methods for pre-processing the cumulative value of the difference before and after wiper operation by utilizing four sensitive channels for optical sensors which collected rain sensor data produced by five rain conditions in indoor artificial rainfall experiments. These methods produced rainfall information by calculating the average value of the threshold according to the rainfall conditions and channels, creating a threshold map corresponding to the 4 (channel) x 5 (considering rainfall information) grid and applying Optima Rainfall Intensity among the big data processing techniques. To verify these proposed results, the application was evaluated by comparing rainfall observations.

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.

광섬유센서의 프리스트레인 부가 고정방식

김기수 ( Ki Soo Kim ) 한국복합재료학회 2012 Composites research Vol.25 No.6

광섬유센서는 구조물에 매립 또는 부착시 전단응력에 의해 편광이 발생하여 피크가 2개로 갈라질 수 있기 때문에 센서는 보호되고 양 끝단을 고정하는 방법으로 패키징을 하여야 하나, 광섬유의 클래딩 부분을 부착하는 방식으로 고정하면, 변형발생시 광케이블을 구성하는 코어와 클래딩 사이에서 미끄러짐 현상이 발생하기 때문에 이를 방지하기위해 센서의 양 끝단에 고정구를 사용하고 광섬유를 부분탈피하여 부착하여 접점을 만들어 줌으로써 외력에 의해 발생하는 변형을 정확하게 측정이 가능하도록 하였다. 그리고 기존 광섬유격자센서가 자체적으로 압축변형의 측정이 곤란한 점을 개선하기위해 미리 긴장(Pre-Strain)상태를 유지하기 위하여 두 개의 접점사이를 볼트와 너트로 조절하여 프리스트레인 가변이 가능하도록 하여 인장/압축변형 측정을 가능하게 한 광섬유격자센서 패키지를 제작하였다. 이러한 광섬유격자센서패키지를 실제구조물에 적용하여 측정하였으며, 이를 통하여 안전을 감시하는 모니터링시스템에 적용할 수 있도록 하였다. FBG sensor peaks could be split due to polarization by shear strain, when the fiber optic sensors embedded or attached to the structure. For the fiber optic sensor packages, sensor grating has to be protected from shear strains. Also, pretension has to be applied to the sensor because compressive strain must be measured. Without pretension of sensor, the sensor does not show any change of signal until it is stretched. In order to mesure compressive and tensile strains, two fixing point and prestressed sensor need. In the fixing point, just holding the optical fiber cause slip between core and cladding in the fiber. A Fixation method of prestressed FBG sensors fixed with partially stripped fibers was developed. The sensor package has the prestress controllable fixtures at the fixing points. Prestress to the sensor imposed by controlling the two fixed points with bolts and nuts make it easy to measure compressive strain as well as tensile strain. The fiber optic sensor packages applied to the actual structure and the structural monitoring system using the package can be applied to safety through surveillance.

한쪽 면이 열린 동축 공동 공진기를 이용한 빗물 감지에 관한 연구

이윤민(Yun-Min Lee),김진국(Jin-Kuk Kim),허정(Jung Hur) 한국전자파학회 2013 한국전자파학회논문지 Vol.24 No.9

본 논문은 한쪽 면이 열린 동축 공동 공진기를 이용하여 빗물의 양을 선형적으로 감지하는 레인 센서에 관한 연구이다. 공진기의 열린 면에 놓이는 유전체의 양과 특성에 따라 공진 주파수와 손실이 달라지는 원리를 이용하여 공진기를 자동차 앞유리 표면에 떨어진 빗물의 양을 측정할 수 있는 센서로 활용할 수 있음을 보여준다. 공진기 양 벽면에 입력과 출력 포트를 구성하고, 입출력 커플링 프로브는 ‘ㄱ’자 형으로 구성한다. 공진기 내부도체 반지름을 2 ㎜, 5 ㎜, 10 ㎜로 변화시켜 빗물의 반응을 시뮬레이션으로 확인한 결과, 내부 도체 반지름이 5 ㎜일 때 공진 주파수가 비교적 선형적으로 민감하게 변화하여 빗방울의 양을 감지할 수 있는 공진기에 가장 적합함을 확인할 수 있었다. 시뮬레이션 결과를 바탕으로 제작된 공진기는 빗방울의 양이 변함에 따라 공진 주파수가 3.55 ㎓부터 3 ㎓까지 선형적으로 변하였고, Q값은 42.38부터 24.3까지 변화하는 것을 확인하였다. 따라서 본 논문에서 설계한 공진기의 구조가 공진 주파수를 측정 파라미터로 이용하여 빗물의 양을 선형적으로 감지하는 레인 센서로 적용할 수 있음을 보여주었다. This paper is a study of a rain sensor using an open-ended coaxial cavity resonator which senses the amount of rain drops linearly. It shows that it will be used as a sensor to sense the amount of rain dropped on the windshield of an automobile based on the principle of varied resonant frequency and the loss according to the amount and characteristics of an dielectric lied on the open side of a resonator. The input and output ports are built in the both sides of the resonator and the input and output coupling probes are formed like ’ㄱ’ shape. The response of rain drops were simulated by the radius of inner conductor of 2 ㎜, 5 ㎜, and 10 ㎜ respectively and it showed that the raindrop was sensed most linearly and sensitively when the radius of inner conductor is 5 ㎜, We have measured that the resonant frequency have varied from 3.55 ㎓ to 3 ㎓ and the Q value have varied from 42.38 to 24.3 according to the variation of rain drop amount on the fabricated resonator. Therefore, it shows that the designed resonator can be applied as a rain sensor that measures the amount of rain drops linearly by using the resonant frequency as a measurement parameter.

광도파관 외부산란광을 이용한 우적감지 센서

최규남(Kyoo Nam Choi) 大韓電子工學會 2011 電子工學會論文誌-SC (System and control) Vol.48 No.2

차량의 윈드실드 유리 외면에서의 빗방울에 의한 산란광을 수신하여 빗방울 존재 유무를 판별하는 우적감지 센서를 제안한다. 기존의 윈드실드 유리를 광도파관으로 이용하는 우적감지 센서는 신호광을 윈드실드 유리 내부로 주입하기 위하여 정밀한 광학계를 필요로 하며 외부 진동이나 충격에 의해 광결합률에 영향을 주어 오작동되는 경우가 있었다. 제안하는 광도파관 외부에 존재하는 빗방울에 의한 산란광을 이용하는 우적감지 센서는 광도파관 내부에 신호광을 주입할 필요가 없으므로 별도의 광학계가 필요 없으며 외부 충격이나 진동의 영향을 받지 않는 장점이 있다. 스프레이어를 이용한 가상강우 환경에서, 제작된 광도파관 외부 산란광을 이용한 우적감지 센서에 대한 실험결과는 빗방울뿐만 아니라 안개와 같은 미세한 입자에도 반응하여 차량용 우적감지 센서로 이용할 수 있는 가능성을 보여주었다. Rain sensor detecting the presence of rain outside windshield glass of automobile by receiving scattered light from rain drops is proposed. Rain sensor using windshield glass as light waveguide required precision optical apparatus to inject light signal into windshield glass, and it was susceptible to outside shock and vibration, resulting malfunction, which altered optical coupling ratio. Proposed rain sensor, which detected scattered light from rain drops outside optical waveguide, did not require optical components because it did not need to inject light signal into light waveguide. This was advantageous because the sensor was less effected by shock and vibration. Fabricated rain sensor using scattered light outside waveguide responded not only to rain drops but also mist particles under simulated rain conditions using spraying nozzle, thus it showed prospects as rain sensor for automobile application.

차량용 강우센서와 강우관측소 관측자료 비교분석

이충대,이병현,조형제,김병식 대한토목학회 2018 대한토목학회논문집 Vol.38 No.6

The biased estimation of low density rainfall network and radar rainfall has limited application to extreme rainfall in a small area. To improve this, more rainfall information needs to be produced. In this study, we analyzed the applicability of the vehicle rainfall sensor developed and used recently. The developed rainfall sensor was attached to the vehicle to observe the rainfall according to the movement of the vehicle. The analytical method used time series and average rainfall values for observations of rainfall sensors andnearby rainfall stations. The results show that the trend of observed values according to rainfall events shows a certain pattern. It isanalyzed that it is caused by various causes such as the difference between the observation position of the rainfall sensor and the nearby rainfall station, the moving speed of the vehicle, and the rainfall observation method. This result shows the possibility of rainfall observation using a rainfall sensor for a vehicle, and it is possible to observe rainfall more precisely through experiments andimprovement of rainfall sensors in various conditions in the future. 낮은 밀도의 강우관측망과 레이더 강우의 편향적인 추정은 좁은 지역에서 발생하는 돌발홍수에 대한 적용에는 한계가 있다. 이를 개선하기 위해서는 더 많은 강우정보의 생산이 필요하다. 본 연구에서는 최근에 개발되어 활용되고 있는 차량용 강우센서를 이용하여 적용성을 분석하였다. 개발된 강우센서를 차량에 부착하여 차량의 이동에 따른 강우 관측을 수행하였다. 분석 방법은 강우센서와 인근 강우관측소의 관측값에 대하여 시계열 및 평균 강수량을 이용하였다. 차량별로 부착된 센서(1~10번)의 관측 강우를 분석한 결과 전체적으로 센서별로 상대적으로 차이가 발생하고 있으나 강우 사상에 따른 관측값의 경향은 일정한 패턴을 나타내고 있는 것을 알 수 있었다. 이는 강우센서의 관측위치와 인근 강우관측소와의 거리 차이, 차량의 이동 속도, 강우관측 방법 등 다양한 원인에 의해 발생하는 것으로 분석되었다. 이 결과는 차량용 강우센서를 이용한 강우관측의 가능성을 보여주었으며 향후 다양한 조건에서의 실험 및 강우센서 개선을 통하여 보다 정밀한 강우관측이 가능할 것으로 검토되었다.

전기방사한 PVDF 기반의 강수 센서 제작 및 강수형태에 따른 압전특성에 관한 연구

김슬비,이세영,김한성,Kim, Seul Bi,Lee, Se Young,Kim, Han Seong 한국섬유공학회 2016 한국섬유공학회지 Vol.53 No.2

Polyvinylidene fluoride (PVDF) is a popular piezoelectric polymer because of its mechanical properties, high flexibility, thermal stability, chemical resistance, and relatively low cost. These features make PVDF attractive for applications such as electromechanical actuators and energy harvesters, in which physically flexible devices perform energy conversion. This study used PVDF as the sensor element in a piezoelectric rain sensor that was manufactured from electrospun PVDF nanoweb. The reactivity of the rain sensor was investigated by using high speed photography to study the correlation between the sensor angle and raindrop height, raindrop frequency and raindrop weight. The piezoelectric voltage signals produced were found to vary as a function of raindrop form.

광산란을 이용한 우적 감지방식

최규남(Kyoo Nam Choi) 한국통신학회 2009 韓國通信學會論文誌 Vol.34 No.2

본 논문에서는 빗방울과 같은 큰 물 입자나 안개와 같은 작은 수분 입자를 향하여 광을 방사하여 이들로부터 난반사 되는 반사광을 효율적으로 수신하여 물 또는 수분 입자의 양을 추정 할 수 있는 방법에 대하여 제안한다. 기존의 직접 반사방식 및 광도파로 방식 빗방울 감지 센서는 빗방울이 유리 표면에 접촉했을 때만 감지할 수 있으며 방사광을 빔 형태로 집속시켜주는 광학계와 반사 또는 도파된 광을 다시 수광소자에 집속시켜주는 광학계가 필요하여 구조가 복잡하여지나, 광원으로 부터의 광속이 대부분 수광소자로 전달되고 빗방울에 의하여 누설되는 광속만이 손실에 기여하므로 상대적으로 수신부가 간단하게 되는 장점이 있었다. 제안하는 광산란 반사 방식 우적센서는 방사광을 특정 주파수로 변조하여 주변광의 영향을 최소화 하였으며 광 송출시 강력한 시분할 펄스구동방식을 사용하여 수신되는 광신호의 신호 대 잡음비를 보상하는 방법을 사용하였다. 시작된 광산란 방식 우적센서는 효율적으로 우적을 감지할 수 있음을 보여주었다. In this paper, we propose an efficient way of monitoring the amount of raindrop or mist by detecting the scattered light from the water particle of rain or mist. A conventional raindrop monitoring method such as directly detecting reflected light by raindrop or transmitted light through optical waveguide required the complex geometrical optics to collimate or focus the light beam. And it sensed only when raindrop is in contact with glass surface, while it had inherent high sensitivity because most light power from source was delivered to the photo-detector. The proposed raindrop detection method utilizing light scattering was insensitive to ambient light by adapting modulation using high frequency, and it compensated SNR by driving light source with high current using time division scheme. The fabricated, raindrop detection system using light scattering scheme showed particularly advantageous in detection of raindrop or mist even before those contact with glass surface.