WO2015141935A1 - Digital snowfall measuring device - Google Patents
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- WO2015141935A1 WO2015141935A1 PCT/KR2014/012753 KR2014012753W WO2015141935A1 WO 2015141935 A1 WO2015141935 A1 WO 2015141935A1 KR 2014012753 W KR2014012753 W KR 2014012753W WO 2015141935 A1 WO2015141935 A1 WO 2015141935A1
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- G01W1/00—Meteorology
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Definitions
- the present invention relates to an apparatus for measuring snowfall, and more particularly, to an apparatus for more practically and reliably measuring the depth (snowfall) of snow accumulated on the ground.
- Snowfall measurement is one of the areas of high interest in the field of automatic measurement due to the importance and necessity of automation, especially when the location of the target point is far from the weather center or residential area.
- Snowfall measurement equipment based on the currently launched or proposed laser distance measurement technology uses one or two lasers and a receiver connected thereto (for example, Republic of Korea Patent No. 348574). This raises complaints about inconsistent measurement results and vulnerabilities to various environments in the actual measurement site. For example, if a target point of a laser transmitter is obscured or obstructed by foreign matter such as fallen leaves, dust or flying snowflakes, the measurement results may not show the desired information about the snowfall at that point. Also, if you measure only one or two points in an area of 1 meter x 1 meter, the measured value cannot represent the total area.
- Some models based on image processing use various signal / image processing techniques to recognize the location of the point representing the depth of the eye.
- One of the problems with these models arises from unclear or blurred images due to snow or ice formed at target points, such as scaled bars, and multiple light sources on a straight line.
- Another problem is that if it is too dark, it should be lit properly. (E.g. U.S. Patent Publication No. 2011/0219868)
- Methods based on mechanical measurements present a potential big problem of mechanical malfunction due to cold weather, strong winds, and ice formation.
- the measurement result is remarkably changed depending on the type of eye. For example, if the eye is soft, mechanical devices in contact with the eye may press the eye and affect the measurement data.
- the present invention has been made in view of the above, and it is to provide a snow quantity measuring apparatus which is less affected by the surrounding environment and has high reliability of the measurement result while using a single laser range finder.
- the present invention proposes an apparatus for solving the conventional problems by performing a multi-point measurement of the amount of snow using a single laser rangefinder combined with a step motor.
- the laser rangefinder is tilted at an angle to the step motor so that the laser signals from the laser rangefinder at different points in time (or at different angles of rotation) point to different points on the eye surface or in a circle on the ground. Is attached.
- This method makes it possible to measure snowfall on a number of points scattered along a circle on the snow surface.
- the size of the circle (ellipse) may vary depending on the distance between the laser rangefinder and the eye surface, and the angle between the direction indicated by the laser rangefinder and the direction indicated by the axis of the step motor.
- the present invention uses a stopper mechanism for preventing cutting or breakage of a cable connecting the controller unit and the rotating laser range finder.
- the present invention uses an infrared or visible light emitting device and a phototransistor based position control mechanism.
- the invention also provides a method of calibrating the device of the invention. Boxes or jigs are used that allow the target area to be raised by a predetermined height to allow the calibration procedure to calculate the angle of arrival at each point of the circle on the ground or snow surface.
- the proposed method calculates the average depth of the area defined by this circle. By filtering and further processing the measurement data acquired along the path, the abnormal measurements are discarded and averaged only with meaningful measurement data to produce the final result.
- transmission and reception of data and transmission of power between the control unit and the laser range finder are performed wirelessly.
- the laser range finder for emitting the laser beam is attached to the axis of the step motor slightly inclined, snow quantity measurement on a plurality of points scattered along a circle on the eye surface becomes possible. It is also possible to detect erroneous measurement data over time and isolate the affected point (s) until the erroneous action is corrected. Also, because more samples can be obtained for the ellipsoid on the eye surface, the average snowfall measured may be closer to the actual snowfall value compared to other methods based on one or less samples. In addition, the present invention can easily change the position of the measuring point when finding a point showing an abnormal result. According to the invention it is possible to change the measurement sensitivity. In addition, according to the present invention, since only a low-cost device including one laser range finder and a step motor is used, it can be made in a relatively smaller housing with high cost efficiency and lower complexity.
- FIG. 1 is a conceptual diagram showing the configuration of the snow amount measuring apparatus of the present invention.
- FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining a laser beam sending operation of the snowfall measuring apparatus of the present invention.
- FIG. 3 is a view for explaining the snowfall measurement principle of the snowfall measuring apparatus of the present invention.
- FIG. 4 is a view for explaining the operation of the snow amount measurement device of the present invention to measure the snow amount along the circle on the eye surface.
- 5 is an example of a measurement data graph having protrusion values and depression values.
- FIG. 6 is a diagram illustrating a method of performing the calibration of the present invention using a tool having a height Lref for a measurement performed at a given time t.
- FIG. 7 is a flowchart illustrating a calibration process according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 8 is a view showing a multi-point snowfall measuring device accommodated in a protective housing.
- FIG. 11 shows an optical sensor method for the repositioning method of the present invention.
- FIG. 12 is a flowchart for explaining a motor repositioning process.
- 13 is a diagram showing how the resetting algorithm uses the circular positions when the step motor rotates once.
- FIG. 14 is a block diagram illustrating a configuration of an embodiment for wirelessly transmitting power and data between a controller and a laser range finder.
- depth of the eye refers to the height of the eye from the ground surface
- circle means the projection of the laser light from the laser range finder attached to the step motor at an angle ( It is used interchangeably to represent a circular pattern formed on the eye surface by projection.
- a projected laser signal pointing to a specific point or on the eye surface, it also includes a reflected signal that is reflected off the eye surface and returns to the laser range finder along the exact same path, repeated description of the return signal. Is omitted.
- the snowfall measurement system includes three modules: a laser range finder 10, a step motor 11, and a controller 12.
- the laser beam 16 projected by the laser range finder 10 attached to the step motor 11 is tilted at an angle to the step motor 11. Since it is attached in the form, as the laser rangefinder 10 rotates by the step motor 11, it generates a trajectory of elliptical (or circular) 14 on the eye surface 15.
- the laser range finder 10 sends a laser signal to a target point on the eye surface, receives a signal reflected on the eye surface, and calculates a distance to a point on the eye surface 15 indicated by the laser beam. .
- the distance data is transmitted to the control unit 12 and / or the central server, where the control unit 12 processes and stores the data.
- the laser range finder 10 is tilted and attached to the motor shaft 13 to change the direction of the laser signal from the laser range finder 10 as the step motor 11 rotates.
- the laser range finder 10 is slightly inclined with respect to the direction of the motor axis 13 by an angle ⁇ .
- the laser beam 16 from the laser range finder 10 forms a circular shape.
- the radius of the circle is determined by the distance and angle ⁇ between the eye surface (or ground) and the laser range finder 10.
- FIG. 3 shows a single laser beam projected from the laser rangefinder 10 at a given time t and reflected back to the laser rangefinder 10 by the eye surface.
- Ls ( t ) the measurement distance from the laser rangefinder 10 to the surface of the eye
- Lg ( t ) the distance from the laser rangefinder 10 to the ground surface
- the eye depth d ( t ) at time t can be obtained by the following equation. Where ( t ) is the angle at which the laser beam meets the ground surface at time t .
- the controller 12 rotates the step motor by an angle ⁇ .
- the depth of snow d ( t ) at each time t (rotation angle t ⁇ ) can be obtained as follows.
- control unit 12 may store all the measurement data in a local storage or transmit it to an external server for further analysis.
- the control unit 12 and / or the external server analyze the data by averaging the measured raw data. At this time, it is desirable to remove an abnormally high or low value from the measurement data compared with the statistical value or the reference value.
- reference values are the mean of data measured at neighboring points or the effective mean of snowfall previously measured at the same point.
- An exemplary graph measured for 24 points along a circle is shown in FIG. 5. In this example, spikes 18 and 19 and dip 20 can be removed when calculating the final result. Meaningful data can be obtained by removing significant abnormalities and then averaging the remaining values.
- FIG. 6 is a diagram illustrating a calibration method of the present invention for a specific time t .
- a box or raised plane jig 21 can be used to provide a predetermined eye depth (height) as shown in FIG. 6.
- Lg ( t ) be the distance from the laser range finder 10 to the ground surface at time t and Lr ( t ) be the distance to the jig surface.
- the first step in the calibration process is to measure the distance from the laser range finder 10 to the ground surface.
- step S74 the jig 21 of height Lref is placed on the ground surface (the target plane is raised by Lref) (step S74) and the same procedure is repeated (steps S75, 76).
- the above two steps may be performed in succession, but may be performed separately at different times as necessary.
- FIG. 8 shows a measuring device according to an embodiment of the invention surrounded by a protective housing 22.
- a protective housing 22 In front of the laser range finder of the protective housing 22 may be provided with a hood for preventing diffuse reflection of light into the laser range finder 10.
- the protective housing 22 may be fixed to the pillar or structure in order not to shake or move by strong winds or other external force.
- the controller 12 may be connected to an external communication module for communicating with a server of a remote location where additional data processing is performed.
- the connecting means 28 in any form is required between the controller 12 and the laser range finder 10 as shown in FIG. 9. Rotating connectors may be used to maintain the connection while the step motor 11 rotates the laser range finder 10. Rotating connectors take up considerable space and increase the overall cost of the system. It may also not be a reliable way to provide long-term signal and power in extreme weather conditions.
- a high-stretch cable is used as the connecting means 28 for connecting the control unit 12 and the laser range finder 10. If the cable is used to connect the laser range finder 10 and the control unit 12, if the step motor 11 rotates in only one direction, the cable is twisted and damaged, which will eventually stop the operation. In a preferred embodiment, the step motor 11 rotates in only one direction and reverses direction before reaching the end of a 360 degree circle. For example, if you measure at 30-degree intervals, measure up to 330 degrees and reverse the direction. Thus, even if measured to 330 degrees corresponds to the measurement of 360 degrees. If you measure at 50-degree intervals, measure up to 350 degrees and reverse the direction.
- the present invention uses mechanical stoppers 25 and 26 to stop the step motor 11 from suddenly rotating beyond the limit. 9 and 10, when the step motor 11 rotates the laser range finder 10 by a predetermined angle or more, the mechanical structure 25 is blocked by another structure 26 attached to the motor bracket. You lose. 9 and 10 show the mechanical structure of the stoppers attached to the laser range finder 10, the bracket 24, the step motor 11, and the controller 12 from different viewpoints.
- This stopper mechanism can be used to reposition the step motor 11.
- the step motor 11 due to the inconstant repulsion that occurs when the stepper motor 11 hits the stopper, it is not always possible to predict the exact position of the stepper motor 11 when the two stoppers hit. Also, sometimes the step motor 11 can lose its current position data for various reasons. In particular, when the system is restarted, the probability of resetting the step motor 11 to the exact same position becomes low.
- the system of the present invention measures the distance to the target points while rotating the laser rangefinder only in one direction (for example, direction A of FIG. 10).
- an embodiment of the present invention uses a pair of IR detectors and a light detector such as a phototransistor.
- Position detection of the laser range finder 10 using an infrared generator / phototransistor pair may be implemented in various ways.
- the plastic switch or the piece of plastic or metal passing through the photo switch may be used when the photo switch is attached to the laser range finder 10 and rotates to reach a specific position.
- the phototransistor / detector may be installed on the side or bottom, and the light reflected from the label attached to the laser range finder 10 may be detected.
- a positioning mechanism based on the infrared or visible light emitting element 29 and the infrared / phototransistor 31 is used.
- the infrared or visible light signal 32 passes through the motor bracket 24 and the hole 30 on the motor housing as shown in FIG.
- step motor 11 shows an implementation of an optical sensing mechanism according to one embodiment of the present invention that allows a new round of measurement to be started at exactly the same location. While the step motor 11 rotates the laser range finder 10, the infrared (or visible) light emitting element 29 emits an infrared (visible) signal, and the infrared (visible) phototransistor 31 The strength of the signal 31 received through the drive 30 is checked.
- the bracket 24 rotates together with the rotation of the step motor 11, and when the direction of the infrared signal emitted from the light emitting element 29 is perfectly aligned with the hole 30 formed in the bracket 24, the received signal is received. Is the maximum intensity. In this embodiment, as shown in Fig.
- a long and elongated hole is used so that the signal arrives only when the infrared (visible light) signal is perfectly aligned with the direction of the hole.
- the step motor 11 is shown in FIG. 11 and the hole is formed in the step motor 11, the step motor 11 is small so as to deviate from the light path. It is also possible to configure the diameter and to form the bracket 24 in FIG. 11 so that the cross section is a c-shape to form a long narrow hole only in the bracket 24.
- FIG. 12 is a flow diagram illustrating a preferred embodiment of implementing a reposition method for resetting (repositioning) a stepper motor before starting a new measurement round.
- FIG. 13 shows how the reposition algorithm uses positions following a single rotation of the step motor 11.
- direction A is a positive direction.
- the stopper hits when rotating in the opposite direction is assumed to be the zero point (33). Every measurement round starts at the starting point 34 and ends at an end point 35 close to the 360 degree circle just before hitting the stopper again. In one embodiment, the measurement round uses only about 90% of the 360 degree circles.
- the relocation process begins with completing one measurement round. As shown in FIG. 12, assuming that the step motor 11 is at the end point 35 after the last measurement round, it is necessary to make sure that the stepper must hit the stopper (close to the 36 position in FIG. 13) or is sufficient for the stopper when the process starts. Step motor 11 is further advanced to approach (S120). First, the step motor 11 is rotated near the start point 33 to its original position (S121), and then the step motor 11 is rotated so as to be located at the scan start point 37 of the shadow area between 37 and 38 ( S122).
- the step motor 11 is moved by one step (or by a certain number of microsteps) while scanning the shaded area between 37 and 38, and reading the received infrared signal to record the position of the maximum value (S123). .
- This process is repeated for 2N points (S124), and when a point 39 having the maximum signal strength of the received infrared signal is determined, this point is set as a hole point (S125). Then, the motor moves backward by the predetermined number of points from this point 39 to reset the step motor 11 to the desired actual starting point 34 (S126).
- the step motor 11 may not be at the end point 35 that the algorithm assumes, and if this happens the algorithm described above will find the position with the strongest signal from the beginning. It may not be. In this case, move the step motor 11 further back and forward to point 37 so that the step motor 11 firmly collides with the stopper (33 points) to start scanning the maximum light intensity point 39 as described above. do.
- the stopper mechanism is used to reset the step motor 11. Basically, by stepping the stepper motor 11 against the stopper, the motor position is surely at the zero point 33. Then, after stepping on the stopper, the step motor 11 is moved as fast as several microsteps to the estimated starting point 34. Due to the bouncing back of the stepper motor 11 after hitting the stopper, this mechanism can generate an offset and produce a slightly erroneous output. If the positioning mode is changed, it will need to be recalibrated for precise measurements.
- the shape of the circle is not important and may be a perfect circle or an ellipse depending on where the device is installed and the angle at which the laser signal is projected.
- control unit 12 and the laser range finder 10 are connected by using a cable
- the wireless power transmitter is provided in the controller 12 and the wireless power receiver is provided in the laser range finder 10 so that the laser range finder ( 10) may be configured to transmit power wirelessly, and to provide wireless data communication units in the control unit 12 and the laser range finder 10 to transmit and receive data wirelessly.
- FIG. 14 An example of this is shown in FIG. 14. That is, as shown in FIG. 14, the power transmission coil 41 connected to the general power transmission circuit 42 through the cable 45 and driven by the power transmission circuit 42 is disposed adjacent to the power transmission coil 41. Power is supplied wirelessly to the laser range finder 10 by electromagnetic induction with the power receiving coil 40 connected to the power receiving circuit 44.
- data communication between the laser range finder 10 and the control unit 12 may be implemented to wirelessly transmit and receive data by providing short-range wireless data communication units 43 and 44 such as Zigbee or a Bluetooth module on both sides.
- the power transmission circuit 42 and the power reception circuit 44 may be implemented using a general wireless power transmission and reception circuit.
- the power transmission circuit 42 may be composed of an oscillating circuit and a driving circuit
- the power receiving circuit 44 may be composed of a receiving circuit and a rectifying and constant voltage circuit.
- the controller 12 and the laser range finder 10 By wirelessly configuring the controller 12 and the laser range finder 10 in this way, a complicated mechanism due to the use of a cable can be avoided, and the rotation direction of the laser range finder 10 continues to rotate in one direction without a complicated configuration. It can be configured to scan the entire circumference of the rotating circumference to maximize the number of measuring points and reduce the possibility of malfunction due to wear of the cable.
- the short-range wireless data communication unit 43 and 44 may be configured to include a digital / analog port by itself so that necessary control signals may be directly transmitted to both sides, or by adding a separate processor, data communication and necessary control between the two sides in the processor may be performed. It can also be configured to perform
- the present invention is not necessarily limited to these embodiments, although all components constituting the embodiments of the present invention have been described as being combined or operating in combination. In other words, within the scope of the present invention, all of the components may be selectively operated in combination with one or more. In addition, although all of the components may be implemented in one independent hardware, each or all of the components may be selectively combined to perform some or all functions combined in one or a plurality of hardware. It may be implemented as a computer program having a. Codes and code segments constituting the computer program may be easily inferred by those skilled in the art. Such a computer program may be stored in a computer readable storage medium and read and executed by a computer, thereby implementing embodiments of the present invention.
- the present invention can be applied to a snow amount measuring device.
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Abstract
Provided are a snowfall measuring method and a snowfall measuring device that use a single laser distance measurer. The snowfall measuring device of the present invention comprises: a step motor including a rotating shaft; a laser distance measurer connected to the rotating shaft of the step motor at a predetermined angle with respect to a vertical plane; and a control unit controlling the step motor and rotating the laser distance measurer, and controlling the laser distance measurer and measuring the distances to multiple target points. According to the present invention, because the laser distance measurer is attached to the shaft of the step motor at a slight angle to rotate, snowfall that is scattered along a circle on a surface of snow can be measured at multiple points.
Description
본 발명은 적설량 측정 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 땅 위에 쌓인 눈의 깊이(적설량)를 보다 실용적이고 신뢰성 있게 측정하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for measuring snowfall, and more particularly, to an apparatus for more practically and reliably measuring the depth (snowfall) of snow accumulated on the ground.
인터넷과 통신망의 발달에 따라 기상과 관련된 데이터 측정은 컴퓨터, 통신장비 및 센서 등을 이용하여 많이 자동화되고 있다.With the development of the Internet and communication networks, weather-related data measurements are being automated using computers, communication equipment and sensors.
적설량의 측정은 자동화의 중요성과 필요성 때문에 자동 측정 분야에서 관심도가 높은 영역 중 하나인데, 특히 목표 지점의 위치가 기상 센터나 거주 지역에서 멀리 떨어져 있는 경우에 더욱 그러하다.Snowfall measurement is one of the areas of high interest in the field of automatic measurement due to the importance and necessity of automation, especially when the location of the target point is far from the weather center or residential area.
이러한 점 때문에 많은 제조사가 레이저 거리측정기(laser distance meter), 초음파 측정, 시각 신호 (이미지 신호) 프로세싱, 및 기계적 측정 방법을 포함하는 다양한 기술에 근거하여 적설량 측정장비를 개발해오고 있다.Because of this, many manufacturers have been developing snow measurement equipment based on a variety of techniques, including laser distance meter, ultrasonic measurement, visual signal (image signal) processing, and mechanical measurement methods.
현재 출시되거나 제안된 레이저 거리 측정 기술에 근거한 적설량 측정장비는 하나 또는 두 개의 레이저와 그에 연계된 수신기를 사용한다(예: 대한민국 등록특허 제348574호). 이러한 점 때문에, 일관적이지 않은 측정결과와 실제 측정장소에서의 다양한 환경에 대한 취약성과 관련된 불만이 제기되고 있다. 예를 들면, 레이저 송신기의 목표 지점이 낙엽, 먼지, 흩날리는 눈송이와 같은 외부 물질에 의해 가려지거나 방해되는 경우에는 측정결과가 그 지점의 적설량에 대한 원하는 정보를 나타내지 못하게 된다. 또한, 1 미터 x 1 미터 면적에서 한두 지점에 대해서만 측정한다면, 측정된 값은 전체 면적을 대표할 수 없다. Snowfall measurement equipment based on the currently launched or proposed laser distance measurement technology uses one or two lasers and a receiver connected thereto (for example, Republic of Korea Patent No. 348574). This raises complaints about inconsistent measurement results and vulnerabilities to various environments in the actual measurement site. For example, if a target point of a laser transmitter is obscured or obstructed by foreign matter such as fallen leaves, dust or flying snowflakes, the measurement results may not show the desired information about the snowfall at that point. Also, if you measure only one or two points in an area of 1 meter x 1 meter, the measured value cannot represent the total area.
초음파 신호에 기반한 모델들은 널리 사용되고는 있으나, 이들 모델들은 초음파 신호 자체의 특성상, 그리고 온도 변화에 따른 변동으로 인하여 측정 정확도 면에서 약점이 있다. Models based on ultrasonic signals are widely used, but these models have weaknesses in terms of measurement accuracy due to the characteristics of the ultrasonic signal itself and variations due to temperature changes.
영상처리에 기반한 몇몇 모델들은 눈의 깊이를 나타내는 지점의 위치를 인식하기 위하여 다양한 신호/영상 처리 기술을 사용한다. 이들 모델이 갖는 문제점 중 하나는, 눈금이 형성된 막대기와 같은 목표지점에 형성된 눈 또는 얼음과, 일직선 상에 비치는 다수의 광원 등에 기인한 불명확하거나 흐린 영상에 의해 발생한다. 또 다른 문제점으로는, 너무 어두워지면 적절한 조명을 해줘야 한다는 점이 있다. (예: 미국특허공개 제2011/0219868호)Some models based on image processing use various signal / image processing techniques to recognize the location of the point representing the depth of the eye. One of the problems with these models arises from unclear or blurred images due to snow or ice formed at target points, such as scaled bars, and multiple light sources on a straight line. Another problem is that if it is too dark, it should be lit properly. (E.g. U.S. Patent Publication No. 2011/0219868)
기계적인 측정에 기반한 방법들은 추운 날씨, 강한 바람, 그리고 얼음의 형성 등에 따른 기계적인 오동작이라는 잠재적인 큰 문제를 안고 있다. 게다가, 눈의 종류에 따라 측정결과가 현저하게 변할 가능성이 있다. 예를 들어 눈이 부드럽다면, 눈에 접촉되는 기계 장치는 눈을 눌러버려서 측정 데이터에 영향을 줄 우려가 있다. Methods based on mechanical measurements present a potential big problem of mechanical malfunction due to cold weather, strong winds, and ice formation. In addition, there is a possibility that the measurement result is remarkably changed depending on the type of eye. For example, if the eye is soft, mechanical devices in contact with the eye may press the eye and affect the measurement data.
용기를 사용하여 물로 치환된 등가량으로 눈의 양을 측정하는 방법(예: 미국특허 제6,044,699호)이나, GPS 신호를 사용하여 넓은 지역에 대해서 측정하는 방법(예: 미국특허 제5,761,095호)에 관한 몇몇 연구들이 있지만, 이들 방법들은 본 발명이 제공하는 해결책이 적용되는 응용분야와는 다른 응용분야에 관한 것이다. Using a container to measure the amount of snow with an equivalent amount of water (e.g., U.S. Patent No. 6,044,699), or a method using a GPS signal over a large area (e.g. U.S. Patent No. 5,761,095) There are several studies relating to these methods, but these methods relate to applications other than those to which the solution provided by the present invention is applied.
요구되는 정확도와 일관성을 유지하면서 이들 문제점을 해결하기 위해서는 다수의 레이저 발신기와 수신기를 갖는 구조에 기반한 레이저 거리측정기를 시도해볼 수도 있을 것이다. 예상되는 것처럼, 이 방법은 더 많은 비용이 들 것이고, 특히, 실생활에 적용하기 위한 요구조건들을 만족시키기 위해 많은 지점들을 측정할 필요가 있을 때에 더욱 그러할 것이다.In order to solve these problems while maintaining the required accuracy and consistency, one may try a laser range finder based on a structure with multiple laser transmitters and receivers. As expected, this method will be more expensive, especially when it is necessary to measure many points to meet the requirements for real life applications.
본 발명은 이러한 점을 감안하여 이루어진 것으로서, 단일 레이저 거리측정기를 사용하면서도 주변 환경의 영향을 덜 받고 측정 결과의 신뢰성이 높은 적설량 측정 장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above, and it is to provide a snow quantity measuring apparatus which is less affected by the surrounding environment and has high reliability of the measurement result while using a single laser range finder.
본 발명은 스텝모터와 결합한 단일 레이저 거리측정기를 사용하여 적설량의 다지점 측정을 하도록 함으로써 종래의 문제점들을 해결하기 위한 장치를 제안한다. 서로 다른 시점(또는 다른 회전각)에 레이저 거리측정기로부터 송출된 레이저 신호가 눈 표면 위의 또는 땅 위의 원 모양 상의 서로 다른 지점을 가리키도록 레이저 거리측정기가 스텝모터에 일정 각도로 기울어진 형태로 부착된다. 이 방법에 따르면 눈 표면 상의 원을 따라 흩어져 있는 다수의 지점 상에서의 적설량 측정이 가능해진다. 원(타원)의 크기는, 레이저 거리측정기와 눈 표면 사이의 거리와, 레이저 거리측정기가 가리키는 방향과 스텝모터의 축이 가리키는 방향 사이의 각에 따라 달라질 수 있다.The present invention proposes an apparatus for solving the conventional problems by performing a multi-point measurement of the amount of snow using a single laser rangefinder combined with a step motor. The laser rangefinder is tilted at an angle to the step motor so that the laser signals from the laser rangefinder at different points in time (or at different angles of rotation) point to different points on the eye surface or in a circle on the ground. Is attached. This method makes it possible to measure snowfall on a number of points scattered along a circle on the snow surface. The size of the circle (ellipse) may vary depending on the distance between the laser rangefinder and the eye surface, and the angle between the direction indicated by the laser rangefinder and the direction indicated by the axis of the step motor.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 본 발명은 컨트롤러 유닛과 회전하는 레이저 거리측정기를 연결하는 케이블의 절단이나 파손을 예방하기 위한 스토퍼 메카니즘을 사용한다.According to another aspect of the present invention, the present invention uses a stopper mechanism for preventing cutting or breakage of a cable connecting the controller unit and the rotating laser range finder.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 본 발명은 적외선 또는 가시광선 발광소자와 포토트랜지스터에 기초한 위치제어 메카니즘을 사용한다.According to another aspect of the present invention, the present invention uses an infrared or visible light emitting device and a phototransistor based position control mechanism.
본 발명은 또한 본 발명의 장치를 캘리브레이션(calibration)하는 방법을 제공한다. 목표 영역을 소정의 높이만큼 들어올려서 캘리브레이션 절차에서 땅 또는 눈 표면 상의 원의 각 지점에의 도달 각도를 계산할 수 있도록 하는 상자나 지그(jig)가 사용된다.The invention also provides a method of calibrating the device of the invention. Boxes or jigs are used that allow the target area to be raised by a predetermined height to allow the calibration procedure to calculate the angle of arrival at each point of the circle on the ground or snow surface.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 제안된 방법은 이 원에 의해 정의되는 영역의 평균 깊이를 계산한다. 경로를 따라 획득한 측정 데이터를 필터링하고 추가 처리함으로써 비정상적인 측정치는 파기되고 유의미한 측정 데이터만으로 평균을 계산하여 최종 결과를 낸다.According to another aspect of the invention, the proposed method calculates the average depth of the area defined by this circle. By filtering and further processing the measurement data acquired along the path, the abnormal measurements are discarded and averaged only with meaningful measurement data to produce the final result.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 제어부와 레이저 거리측정기 사이의 데이터의 송수신 및 전력의 전달은 무선으로 이루어진다.According to another aspect of the present invention, transmission and reception of data and transmission of power between the control unit and the laser range finder are performed wirelessly.
본 발명에 따르면, 레이저 빔을 방출시키기 위한 레이저 거리측정기가 스텝모터의 축에 약간 기울어져 부착되어 있으므로, 눈 표면 상의 원을 따라 흩어져 있는 다수의 지점 상에서의 적설량 측정이 가능해진다. 또한, 시간의 경과에 따라 잘못된 측정 데이터를 감지하고 잘못된 동작이 고쳐질 때까지 영향받는 지점(들)을 분리시킬 수 있다. 또한, 눈 표면 상의 원(타원)형에 대해서 더 많은 수의 샘플을 얻을 수 있으므로 측정되는 평균 적설량은 하나 또는 적은 샘플에 기반하는 다른 방법들에 비해서 실제 적설량 값에 좀 더 근접할 수 있다. 또한, 본 발명에서는 비정상적인 결과를 보이는 지점을 발견하게 되면 측정 지점의 위치를 쉽게 바꿀 수 있다. 본 발명에 따르면 측정 감도의 변경이 가능하다. 또한, 본 발명에 따르면, 하나의 레이저 거리측정기와 스텝 모터를 포함하는 저가의 장치만을 사용하므로, 비용 효율이 높고 좀더 낮은 복잡도로 비교적 더 작은 하우징 안에 만들 수 있다.According to the present invention, since the laser range finder for emitting the laser beam is attached to the axis of the step motor slightly inclined, snow quantity measurement on a plurality of points scattered along a circle on the eye surface becomes possible. It is also possible to detect erroneous measurement data over time and isolate the affected point (s) until the erroneous action is corrected. Also, because more samples can be obtained for the ellipsoid on the eye surface, the average snowfall measured may be closer to the actual snowfall value compared to other methods based on one or less samples. In addition, the present invention can easily change the position of the measuring point when finding a point showing an abnormal result. According to the invention it is possible to change the measurement sensitivity. In addition, according to the present invention, since only a low-cost device including one laser range finder and a step motor is used, it can be made in a relatively smaller housing with high cost efficiency and lower complexity.
도 1은 본 발명의 적설량 측정장치의 구성을 보여주는 개념도이다.1 is a conceptual diagram showing the configuration of the snow amount measuring apparatus of the present invention.
도 2는 본 발명의 적설량 측정장치의 레이저 빔 송출 동작을 설명하기 위한 설명도이다.2 is an explanatory diagram for explaining a laser beam sending operation of the snowfall measuring apparatus of the present invention.
도 3은 본 발명의 적설량 측정장치의 적설량 측정 원리를 설명하기 위한 도면이다.3 is a view for explaining the snowfall measurement principle of the snowfall measuring apparatus of the present invention.
도 4는 본 발명의 적설량 측정장치가 눈 표면 상의 원을 따라서 적설량 측정을 하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.4 is a view for explaining the operation of the snow amount measurement device of the present invention to measure the snow amount along the circle on the eye surface.
도 5는 돌출값과 함몰값을 갖는 측정 데이터 그래프의 예이다.5 is an example of a measurement data graph having protrusion values and depression values.
도 6은 주어진 시간 t에서 수행한 측정을 위하여 높이 Lref를 갖는 도구를 사용하여 본 발명의 캘리브레이션을 수행하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.6 is a diagram illustrating a method of performing the calibration of the present invention using a tool having a height Lref for a measurement performed at a given time t.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 캘리브레이션 과정을 보여주는 흐름도이다.7 is a flowchart illustrating a calibration process according to an embodiment of the present invention.
도 8은 보호용 하우징에 수용된 다지점 적설량 측정장치를 보여주는 도면이다.8 is a view showing a multi-point snowfall measuring device accommodated in a protective housing.
도 9는 레이저 거리측정기와 스텝모터를 연결하는 케이블의 단절을 방지하기 위한 스토퍼 메카니즘을 보여준다.9 shows a stopper mechanism for preventing the disconnection of the cable connecting the laser range finder and the step motor.
도 10은 다른 시점에서 본 스토퍼 메카니즘을 보여준다.10 shows the stopper mechanism as seen from another time point.
도 11은 본 발명의 재위치 설정 방법을 위한 광학 센서 방식을 보여준다.11 shows an optical sensor method for the repositioning method of the present invention.
도 12는 모터 재위치 설정 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.12 is a flowchart for explaining a motor repositioning process.
도 13은 스텝모터가 한번 회전할 때의 원형 위치들을 재설정 알고리즘이 어떻게 사용하는지를 보여주는 도면이다.13 is a diagram showing how the resetting algorithm uses the circular positions when the step motor rotates once.
도 14는 제어부와 레이저 거리측정기 사이에서 무선으로 전력 및 데이터를 전송하는 실시예의 구성을 보여주는 블록도이다.14 is a block diagram illustrating a configuration of an embodiment for wirelessly transmitting power and data between a controller and a laser range finder.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
이하의 설명에서, 눈의 "깊이"는 지표면으로부터의 눈의 높이를 의미하며, "원형", "원", "타원"은 일정 각도로 스텝모터에 부착된 레이저 거리측정기로부터의 레이저 광의 투사(projection)에 의해 눈 표면 상에 형성되는 원형 패턴을 나타내기 위하여 상호 호환적으로 사용된다. 본 문서에서 특정 지점을 가리키는 또는 눈 표면 상의 투사된 레이저 신호를 언급할 때에는, 눈 표면에서 반사되어 완전히 동일한 경로를 따라 레이저 거리측정기로 복귀하는 반사된 신호도 포함하며, 복귀 신호에 대한 반복된 설명은 생략한다. In the following description, "depth" of the eye refers to the height of the eye from the ground surface, and "circle", "circle", "ellipse" means the projection of the laser light from the laser range finder attached to the step motor at an angle ( It is used interchangeably to represent a circular pattern formed on the eye surface by projection. In this document, when referring to a projected laser signal pointing to a specific point or on the eye surface, it also includes a reflected signal that is reflected off the eye surface and returns to the laser range finder along the exact same path, repeated description of the return signal. Is omitted.
도 1에 도시한 본 발명의 일 실시예에 따른 적설량 측정시스템은 다음과 같은 세가지 모듈을 구비한다: 레이저 거리측정기(10), 스텝 모터(11), 제어부(12).The snowfall measurement system according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 1 includes three modules: a laser range finder 10, a step motor 11, and a controller 12.
도 1에 도시한 것처럼, 스텝모터(11)에 부착된 레이저 거리측정기(10)에 의해 투사된 레이저 빔(16)은, 레이저 거리측정기(10)가 스텝모터(11)에 각도를 가지고 기울어진 형태로 부착되어 있으므로, 레이저 거리측정기(10)가 스텝모터(11)에 의해 회전함에 따라 눈 표면(15) 상에 타원형 (또는 원형)(14)의 궤적을 생성한다. 적설량 측정을 위해서 레이저 거리측정기(10)는 눈 표면 상의 목표지점으로 레이저 신호를 송출하고, 눈 표면 상에서 반사되는 신호를 수신하여, 레이저 빔이 가리키는 눈 표면(15) 상의 지점까지의 거리를 계산한다. 거리 데이터는 제어부(12) 및/또는 중앙 서버로 전송되고, 제어부(12)는 데이터를 처리하고 저장한다.As shown in FIG. 1, the laser beam 16 projected by the laser range finder 10 attached to the step motor 11 is tilted at an angle to the step motor 11. Since it is attached in the form, as the laser rangefinder 10 rotates by the step motor 11, it generates a trajectory of elliptical (or circular) 14 on the eye surface 15. For snow cover measurement, the laser range finder 10 sends a laser signal to a target point on the eye surface, receives a signal reflected on the eye surface, and calculates a distance to a point on the eye surface 15 indicated by the laser beam. . The distance data is transmitted to the control unit 12 and / or the central server, where the control unit 12 processes and stores the data.
도 2는 모터 축(13)에 레이저 거리측정기(10)가 기울어져서 부착됨으로 인하여 스텝 모터(11)가 회전함에 따라 레이저 거리측정기(10)로부터의 레이저 신호의 방향을 어떻게 변화시키는지를 보여주고 있다. 도 2에서 볼 수 있는 것처럼, 레이저 거리측정기(10)는 모터 축(13) 방향에 대해서 각도 θ만큼 약간 기울어져 있다. 스텝 모터(11)가 축(13)을 중심으로 회전함에 따라 레이저 거리측정기(10)로부터의 레이저 빔(16)은 원 형상을 형성한다. 원의 반경은 눈 표면(또는 지면)과 레이저 거리측정기(10) 사이의 거리와 각도 θ에 의해 결정된다.2 shows how the laser range finder 10 is tilted and attached to the motor shaft 13 to change the direction of the laser signal from the laser range finder 10 as the step motor 11 rotates. . As can be seen in FIG. 2, the laser range finder 10 is slightly inclined with respect to the direction of the motor axis 13 by an angle θ. As the step motor 11 rotates about the axis 13, the laser beam 16 from the laser range finder 10 forms a circular shape. The radius of the circle is determined by the distance and angle θ between the eye surface (or ground) and the laser range finder 10.
도 3은 주어진 시간 t에 레이저 거리측정기(10)에서 투사되고 눈 표면에 의해 레이저 거리측정기(10)로 반사되어 돌아오는 단일 레이저 빔을 보여준다. 도 3에 도시한 것처럼, 어떤 측정시점 t에서 레이저 거리측정기(10)에서 눈의 표면까지의 측정 거리가 Ls(t)이고, 레이저 거리측정기(10)로부터 지표면까지의 거리가 Lg(t)라면, 시점 t에서의 눈의 깊이 d ( t )는 다음 식에 의해 구할 수 있다. 여기에서, (t)는 시점 t에서 레이저 빔과 지표면이 만나는 각도이다.3 shows a single laser beam projected from the laser rangefinder 10 at a given time t and reflected back to the laser rangefinder 10 by the eye surface. As shown in FIG. 3, if the measurement distance from the laser rangefinder 10 to the surface of the eye is Ls ( t ) at any measurement time t and the distance from the laser rangefinder 10 to the ground surface is Lg ( t ) , The eye depth d ( t ) at time t can be obtained by the following equation. Where ( t ) is the angle at which the laser beam meets the ground surface at time t .
d ( t ) = ((Lg(t) - Ls(t)) x sinθ(t) d ( t ) = (( Lg ( t ) -Ls ( t )) x sin θ ( t )
도 4에 도시한 눈 표면 상의 원(14) 상의 다음 지점에 대한 측정을 위하여, 제어부(12)는 스텝모터를 각도 Φ만큼 회전시킨다. 그리고, 원 상의 모든 지점에 대한 측정을 완료하기 위하여 본 발명의 측정 시스템은 스텝 모터(11)에 의해 회전된 전체 각도가 360도에 가까운 원하는 각도가 될 때까지 t=0에서 t=n-1까지 동일한 단계를 반복하거나, 한 라운드의 측정을 위한 의도된 수만큼의 측정을 완료한다. 인접하는 지점 사이의 회전량을 각도로 나타낸 φ는, 예를 들면 한 라운드의 전체 회전이 330도라면, φ = 330 / n 또는 φ × n = 330 이 된다. 도 4는 t = 0 에서 t = n-1까지의 모든 지점, 회전각으로 나타내면 tf에 대해서 측정이 어떻게 이루어지는지를 보여주고 있다. For the measurement of the next point on the circle 14 on the eye surface shown in FIG. 4, the controller 12 rotates the step motor by an angle Φ. And, in order to complete the measurement for all points on the circle, the measuring system of the present invention is t = 0 to t = n-1 until the total angle rotated by the step motor 11 is the desired angle close to 360 degrees. Repeat the same steps until, or complete the intended number of measurements for one round of measurements. Φ which represents the rotational amount between adjacent points by an angle becomes φ = 330 / n or φ × n = 330 if the total rotation of one round is 330 degrees, for example. FIG. 4 shows how measurements are made for tf in all points from t = 0 to t = n−1, rotation angle.
각 시간 t (회전각 tφ)에서 눈의 깊이(적설량) d ( t )는 다음과 같이 구할 수 있다.The depth of snow d ( t ) at each time t (rotation angle tφ) can be obtained as follows.
d ( t ) = ((Lg(t) - Ls(t)) x sinθ(t), d ( t ) = (( Lg ( t ) -Ls ( t )) x sin θ ( t ),
(t = 0 에서 n-1 까지이고, n = 눈 위의 목표 표면 영역 상의 원을 따라 측정되는 샘플의 수)( t = 0 to n-1, n = number of samples measured along a circle on the target surface area above the eye)
시점 t = 0 에서 t = n-1 (회전각 tφ = 0 도에서 (n-1)φ 도)까지의 각 시점에서의 Lg(t)를 측정하고, θ(t) 값은 캘리브레이션 과정(calibration procedure)에서 결정되며, 이에 대해서는 후술한다. Lg ( t ) is measured at each time point from time t = 0 to t = n-1 (rotation angle tφ = 0 degrees to (n-1) φ degrees), and the value of θ ( t ) is measured by the calibration process. procedure), which will be described later.
한 회전의 측정이 완료되면, 제어부(12)는 모든 측정 데이터를 로컬 저장소에 저장해두거나 외부 서버로 전송하여 추가적인 분석을 할 수 있다.When the measurement of one rotation is completed, the control unit 12 may store all the measurement data in a local storage or transmit it to an external server for further analysis.
제어부(12) 및/또는 외부 서버는 측정된 원 데이터에 평균을 취함으로써 데이터를 분석한다. 이때, 통계치 혹은 기준치와 비교하여 비정상적으로 높거나 낮은 값을 측정 데이터로부터 제거하는 것이 바람직하다. 기준치의 예로는 이웃 지점에서 측정된 데이터의 평균값 또는 동일한 지점에서 이전에 측정한 적설량의 유효 평균값을 들 수 있다. 원을 따라 24개의 지점에 대해 측정한 예시적인 그래프가 도 5에 도시되어 있다. 이 예에서는 돌출값(spike)(18, 19)과 함몰값(dip)(20)은 최종 결과를 계산할 때 제거될 수 있다. 현저하게 비정상적인 값들을 제거한 후에 남아있는 값에 평균을 취함으로써 의미있는 평균 데이터를 얻을 수 있다. The control unit 12 and / or the external server analyze the data by averaging the measured raw data. At this time, it is desirable to remove an abnormally high or low value from the measurement data compared with the statistical value or the reference value. Examples of reference values are the mean of data measured at neighboring points or the effective mean of snowfall previously measured at the same point. An exemplary graph measured for 24 points along a circle is shown in FIG. 5. In this example, spikes 18 and 19 and dip 20 can be removed when calculating the final result. Meaningful data can be obtained by removing significant abnormalities and then averaging the remaining values.
본 발명의 측정 시스템을 처음 현장에 설치하고 측정을 실시하기 전에 다음과 같은 과정을 거쳐서 캘리브레이션(calibration)하여야 한다. 도 6은 본 발명의 캘리브레이션 방식을 특정 시간 t에 대해서 도시한 도면이다. 캘리브레이션을 위해서 도 6에 도시한 것처럼 미리 정해진 눈의 깊이(높이)를 제공하기 위해 상자나 올려진 평면으로 된 지그(21)를 사용할 수 있다.Before the measurement system of the present invention is first installed in the field and the measurement is performed, the following procedure should be performed. 6 is a diagram illustrating a calibration method of the present invention for a specific time t . For calibration a box or raised plane jig 21 can be used to provide a predetermined eye depth (height) as shown in FIG. 6.
도 7는 전형적인 캘리브레이션 절차를 보여주는 흐름도이다. 시간 t에서 레이저 거리측정기(10)에서 지표면까지의 거리를 Lg(t)라 하고, 지그 표면까지의 거리를 Lr(t)라 하자. 캘리브레이션 과정의 첫번째 단계는 레이저 거리측정기(10)에서 지표면까지의 거리를 측정하는 것이다. 7 is a flow chart showing a typical calibration procedure. Let Lg ( t ) be the distance from the laser range finder 10 to the ground surface at time t and Lr ( t ) be the distance to the jig surface. The first step in the calibration process is to measure the distance from the laser range finder 10 to the ground surface.
t=0으로 초기화한 후에, 즉 스텝모터(11)를 초기 위치에 놓은 후에(단계 S70), 지표면을 치우고(S71), Lg(t)를 측정하고 스텝 모터(11)를 φ만큼 회전함으로써 t를 하나 증가시킨다(단계 S72). 단계 S72을 t=n이 되기 전까지 반복함으로써(단계 S73) t=0에서 t=n-1까지의 Lg(t)를 측정하고 기록한다. After initializing t = 0, i.e. after setting the step motor 11 to the initial position (step S70), the surface is cleared (S71), Lg ( t ) is measured and the step motor 11 is rotated by φ t Is increased by one (step S72). It is repeated until the step S72 to t = n (Step S73) and t = 0 measured Lg (t) at t = n-1, and to record.
다음으로, 지표면에 Lref 높이의 지그(21)를 놓고(목표 평면을 Lref만큼 높이고)(단계 S74) 동일한 절차를 반복한다(단계 S75, 76). 즉, 스텝 모터(11)를 φ만큼 회전시키면서 t=0에서 t=n-1까지의 Lr(t)를 측정하고 기록한다.Next, the jig 21 of height Lref is placed on the ground surface (the target plane is raised by Lref) (step S74) and the same procedure is repeated (steps S75, 76). In other words, measure and record the Lr (t) at t = 0 to t = n-1 φ while rotated by a step motor (11).
각 시간 t에서의 Lg(t)와 Lr(t)를 측정하고 나서 t=0에서 t=n-1까지에 대해서 sinθ(t)에 해당하는 Lref/(Lg(t) - Lr(t))를 구하고 기록해둔다(단계 S77). 이렇게 계산된 계수들(t=0에서 t=n-1까지의 sinθ(t))은 측정된 Ls(t)를 사용하여 적설량 d ( t )를 계산할 때 사용된다. Lref가 클수록(평면(21)이 레이저 거리측정기에 가까울수록) 오차가 적어지므로 계수값도 실제값에 가까워진다.Lref / (Lg (t) corresponding to Lg (t) and Lr for after measuring the (t) from t = 0 to t = n-1 sin θ (t) at each time t - Lr (t) ) Is obtained and recorded (step S77). The coefficients thus calculated (sin θ ( t ) from t = 0 to t = n-1) are used to calculate snowfall d ( t ) using the measured Ls ( t ). The larger the Lref (the closer the plane 21 is to the laser range finder), the smaller the error, so the coefficient value is also closer to the actual value.
위의 두 단계는 연이어서 진행할 수도 있지만, 필요에 따라 다른 시점에 별도로 진행하여도 무방하다. The above two steps may be performed in succession, but may be performed separately at different times as necessary.
도 8은 보호용 하우징(22)에 둘러싸인 본 발명의 일 실시예에 따른 측정 장치를 보여준다. 보호용 하우징(22)의 레이저 거리측정기 앞에는 레이저 거리측정기(10)로 빛의 난반사되어 들어가는 것을 방지하기 위한 후드가 구비될 수 있다. 또한, 보호용 하우징(22)은강풍이나 다른 외력에 의해 흔들리거나 움직이지 않도록 하기 위하여 기둥이나 구조물에 고정될 수 있다. 제어부(12)는 추가적인 데이터 처리가 이루어지는 원격지의 서버와 통신하기 위한 외부 통신 모듈에 연결될 수 있다.8 shows a measuring device according to an embodiment of the invention surrounded by a protective housing 22. In front of the laser range finder of the protective housing 22 may be provided with a hood for preventing diffuse reflection of light into the laser range finder 10. In addition, the protective housing 22 may be fixed to the pillar or structure in order not to shake or move by strong winds or other external force. The controller 12 may be connected to an external communication module for communicating with a server of a remote location where additional data processing is performed.
레이저 거리측정기(10)는 회로부를 가지고 있으므로 동작을 위해서는 전원장치가 필요하다. 따라서, 제어부(12)와 레이저 거리측정기(10) 사이에는 도 9에 도시한 것처럼 어떤 형태든 연결수단(28)이 필요하다. 스텝모터(11)가 레이저 거리측정기(10)를 회전시키는 동안에도 연결을 유지하기 위하여 회전 커넥터를 사용할 수도 있을 것이다. 회전 커넥터는 상당한 공간을 차지하고 시스템의 전체 원가를 상승시킨다. 또한, 극한의 기상 상태에서 오랜 기간 동안 신호와 전력을 공급하는데는 신뢰할만한 방법은 아닐 수도 있다. Since the laser range finder 10 has a circuit portion, a power supply device is required for operation. Therefore, the connecting means 28 in any form is required between the controller 12 and the laser range finder 10 as shown in FIG. 9. Rotating connectors may be used to maintain the connection while the step motor 11 rotates the laser range finder 10. Rotating connectors take up considerable space and increase the overall cost of the system. It may also not be a reliable way to provide long-term signal and power in extreme weather conditions.
본 발명에서는 도 9에 도시한 것처럼, 제어부(12)와 레이저 거리측정기(10)를 연결하는데에 연결수단(28)으로서 고신축 케이블을 사용한다. 레이저 거리측정기(10)와 제어부(12)를 연결하는데 케이블을 사용한다면, 스텝모터(11)가 한쪽 방향으로만 회전하는 경우에는 케이블이 꼬여서 손상되어, 결국 동작을 멈추게 될 것이다. 바람직한 실시예에서, 스텝모터(11)는 한 방향으로만 회전하다가 360도 원의 끝에 다다르기 전에 방향을 반대로 바꾼다. 예를 들어, 30도 간격으로 측정을 하는 경우에는 330도까지 측정하고 방향을 반대로 바꾼다. 이와 같이 330도까지 측정하여도 실질적으로는 360도만큼의 측정을 한 것에 해당한다. 50도 간격으로 측정을 하는 경우에는 350도까지 측정하고 방향을 반대로 바꾼다.In the present invention, as shown in Figure 9, a high-stretch cable is used as the connecting means 28 for connecting the control unit 12 and the laser range finder 10. If the cable is used to connect the laser range finder 10 and the control unit 12, if the step motor 11 rotates in only one direction, the cable is twisted and damaged, which will eventually stop the operation. In a preferred embodiment, the step motor 11 rotates in only one direction and reverses direction before reaching the end of a 360 degree circle. For example, if you measure at 30-degree intervals, measure up to 330 degrees and reverse the direction. Thus, even if measured to 330 degrees corresponds to the measurement of 360 degrees. If you measure at 50-degree intervals, measure up to 350 degrees and reverse the direction.
이것이 완벽하게 작동된다면 케이블의 손상과 시스템의 오동작을 일으키지 않고 동작할 수 있을 것이다. 그러나, 시스템 재시작과 같은 비정상적인 상황이 있다. 시스템이 리셋되는 시간에 따라서는, 스텝모터(11)의 현재 위치가 한 라운드의 측정을 시작할 때 이 방식이 추정하는 그 위치가 아닐 수 있다. 그러므로, 케이블 손상을 일으킬 수 있는 오동작의 가능성은 항상 있다.If this works, you will be able to operate without causing damage to the cables or malfunctioning of the system. However, there are abnormal situations such as restarting the system. Depending on the time the system is reset, the current position of the step motor 11 may not be the position that this approach assumes when starting a round of measurements. Therefore, there is always a possibility of malfunction that can cause cable damage.
이러한 형태의 문제를 방지하기 위하여, 본 발명에서는 스텝모터(11)가 돌발적으로 한도 이상 회전되는 것을 멈추기 위하여 기계적 스토퍼(25, 26)를 사용한다. 도 9 및 도 10에 도시된 것처럼, 스텝모터(11)가 레이저 거리측정기(10)를 소정의 각도 이상으로 회전시키면, 기계적 구조물(25)이 모터 브라켓에 부착된 다른 구조물(26)에 의해 막혀지게 된다. 도 9 및 10은 레이저 거리측정기(10), 브라켓(24), 스텝모터(11) 및 제어부(12)에 부착되어 있는 스토퍼들의 기계적인 구조를 서로 다른 시점으로 보여준다.In order to prevent this type of problem, the present invention uses mechanical stoppers 25 and 26 to stop the step motor 11 from suddenly rotating beyond the limit. 9 and 10, when the step motor 11 rotates the laser range finder 10 by a predetermined angle or more, the mechanical structure 25 is blocked by another structure 26 attached to the motor bracket. You lose. 9 and 10 show the mechanical structure of the stoppers attached to the laser range finder 10, the bracket 24, the step motor 11, and the controller 12 from different viewpoints.
이 스토퍼 메카니즘은 스텝모터(11)를 재위치시키는데 사용될 수 있다. 그러나, 스텝모터(11)가 스토퍼에 부딪혔을 때에 발생되는 일정하지 않은 반발로 인하여, 두 스토퍼가 부딪혔을 때 스텝모터(11)의 정확한 위치를 예측하는 것은 항상 가능한 것은 아니다. 또한, 때때로 스텝모터(11)는 여러가지 이유로 현재의 위치 데이터를 잃을 수 있다. 특히 시스템이 재시작될 때는, 스텝모터(11)를 정확히 동일한 위치에 리셋시킬 확률이 낮아진다.This stopper mechanism can be used to reposition the step motor 11. However, due to the inconstant repulsion that occurs when the stepper motor 11 hits the stopper, it is not always possible to predict the exact position of the stepper motor 11 when the two stoppers hit. Also, sometimes the step motor 11 can lose its current position data for various reasons. In particular, when the system is restarted, the probability of resetting the step motor 11 to the exact same position becomes low.
본 발명에서 의도하는 정확성과 감도를 획득하기 위하여 본 발명의 시스템은 레이저 거리측정기를 한쪽 방향(예를 들면 도 10의 방향 A)으로만 회전시키면서 목표지점들까지의 거리를 측정한다. In order to obtain the accuracy and sensitivity intended by the present invention, the system of the present invention measures the distance to the target points while rotating the laser rangefinder only in one direction (for example, direction A of FIG. 10).
스텝모터(11)와 레이저 거리측정기(10)의 보다 정밀한 재위치 설정을 위하여, 본 발명의 일 실시예는 한 쌍의 적외선 발생기(IR emitter)와 포토트랜지스터 등의 광 감지기를 사용한다. 적외선 발생기/포토트랜지스터 쌍을 사용한 레이저 거리측정기(10)의 위치 감지는 여러 가지 방법으로 구현될 수 있다. 예를 들면, 포토 스위치와, 레이저 거리측정기(10)에 부착되어 회전하면서 특정 위치에 도달하면 포토 스위치를 통과하는 플라스틱이나 금속 조각을 사용할 수 있다. 또는, 포토트랜지스터/디텍터를 측면 또는 바닥에 설치하고, 레이저 거리측정기(10)에 부착된 표지로부터 반사되는 빛을 검출할 수도 있다. In order to more precisely reposition the step motor 11 and the laser range finder 10, an embodiment of the present invention uses a pair of IR detectors and a light detector such as a phototransistor. Position detection of the laser range finder 10 using an infrared generator / phototransistor pair may be implemented in various ways. For example, the plastic switch or the piece of plastic or metal passing through the photo switch may be used when the photo switch is attached to the laser range finder 10 and rotates to reach a specific position. Alternatively, the phototransistor / detector may be installed on the side or bottom, and the light reflected from the label attached to the laser range finder 10 may be detected.
본 발명의 일 실시예에서는 적외선 또는 가시광선 발광소자(29)와 적외선/포토트랜지스터(31)에 기초한 위치설정 메카니즘을 사용한다. 이 실시예에서는 도 11에 도시한 것처럼 적외선 혹은 가시광선 신호(32)가 모터 브라켓(24)과 모터 하우징 상의 구멍(30)을 통과한다. In one embodiment of the present invention, a positioning mechanism based on the infrared or visible light emitting element 29 and the infrared / phototransistor 31 is used. In this embodiment, the infrared or visible light signal 32 passes through the motor bracket 24 and the hole 30 on the motor housing as shown in FIG.
도 11은 정확히 동일한 위치에서 새로운 측정 라운드를 시작할 수 있도록 하는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 감지 메카니즘의 구현예를 보여준다. 스텝모터(11)가 레이저 거리측정기(10)를 회전시키는 동안, 적외선(또는 가시광선) 발광소자(29)는 적외선(가시광성) 신호를 방출하며, 적외선(가시광선) 포토트랜지스터(31)는 구동(30)을 통해 수신한 신호(31)의 세기를 확인한다. 브라켓(24)은 스텝모터(11)의 회전에 따라 함께 회전하며, 발광소자(29)에서 방출된 적외선 신호의 방향이 브라켓(24)에 형성되어 있는 구멍(30)과 완벽하게 정렬되면 수신 신호의 세기가 최대치가 된다. 본 실시예에서는 도 11에 도시한 것처럼 적외선(가시광선) 신호가 구멍의 방향과 완벽하게 정렬될 때만 신호가 도달하도록 하기 위하여 길고 좁은(elongated) 구멍을 사용한다. 한편, 도 11에는 스텝모터(11)가 광경로 상에 있고, 스텝모터(11)에도 구멍이 형성되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 실시예에 따라서는 스텝모터(11)는 광경로 상에서 벗어나도록 작은 지름으로 구성하고, 브라켓(24)을 도 11에서 단면이 ㄷ자 형태가 되도록 구성하여 브라켓(24)에만 길고 좁은 구멍을 형성하는 것도 가능하다. 11 shows an implementation of an optical sensing mechanism according to one embodiment of the present invention that allows a new round of measurement to be started at exactly the same location. While the step motor 11 rotates the laser range finder 10, the infrared (or visible) light emitting element 29 emits an infrared (visible) signal, and the infrared (visible) phototransistor 31 The strength of the signal 31 received through the drive 30 is checked. The bracket 24 rotates together with the rotation of the step motor 11, and when the direction of the infrared signal emitted from the light emitting element 29 is perfectly aligned with the hole 30 formed in the bracket 24, the received signal is received. Is the maximum intensity. In this embodiment, as shown in Fig. 11, a long and elongated hole is used so that the signal arrives only when the infrared (visible light) signal is perfectly aligned with the direction of the hole. Meanwhile, although the step motor 11 is shown in FIG. 11 and the hole is formed in the step motor 11, the step motor 11 is small so as to deviate from the light path. It is also possible to configure the diameter and to form the bracket 24 in FIG. 11 so that the cross section is a c-shape to form a long narrow hole only in the bracket 24.
도 12는 새로운 측정 라운드를 시작하기 전에 스텝모터를 리셋(위치 재설정)하는 위치 재설정 방법을 구현하는 바람직한 실시예를 보여주는 흐름도이다. 도 13은 위치 재설정 알고리즘이 어떻게 스텝모터(11)의 단일 회전을 따르는 위치들을 사용하는지를 보여주는 도면이다. 12 is a flow diagram illustrating a preferred embodiment of implementing a reposition method for resetting (repositioning) a stepper motor before starting a new measurement round. FIG. 13 shows how the reposition algorithm uses positions following a single rotation of the step motor 11.
방향 A가 양의 방향이라고 가정하자. 그리고 반대방향으로 회전할 때 스토퍼가 부딪힐 때를 영점(33)이라고 가정한다. 매 측정 라운드는 출발점(34)에서 시작하고 스토퍼에 다시 부딪히기 바로 직전에 360도 원에 가까운 종점(35)에서 끝난다. 일 실시예에서 측정 라운드는 360도 원의 대략 90%만을 사용한다.Suppose direction A is a positive direction. And when the stopper hits when rotating in the opposite direction is assumed to be the zero point (33). Every measurement round starts at the starting point 34 and ends at an end point 35 close to the 360 degree circle just before hitting the stopper again. In one embodiment, the measurement round uses only about 90% of the 360 degree circles.
위치 재설정 프로세스는 하나의 측정 라운드를 완료하고 시작된다. 도 12에 도시한 것처럼, 직전의 측정 라운드 후에 스텝모터(11)가 종점(35)에 있다고 가정하면, 프로세스가 시작되면 스토퍼(도 13의 36 위치에 가까운)와 반드시 부딛히도록 또는 스토퍼에 충분히 접근하도록 스텝모터(11)를 약간 더 전진시킨다(S120). 우선 스텝모터(11)를 시작점(33) 근방으로 회전시켜서 원위치시킨 후(S121), 다시 37과 38 사이의 음영 지역의 스캔 시작점(37)으로 위치할 수 있도록 스텝모터(11)를 회전한다(S122). 그리고 스텝모터(11)를 한 스텝씩 (또는 일정한 수의 마이크로 스텝씩) 이동시키면서 37과 38 사이의 음영으로 표시된 영역을 스캔하고 수신된 적외선 신호를 읽어 들여 최대값의 위치를 기록한다(S123). 이러한 과정을 2N 포인트에 대해서 반복하여(S124), 수신된 적외선 신호가 최대의 신호 세기를 갖는 지점(39)이 결정되면 이 지점을 구멍 지점으로 설정한다(S125). 그리고, 이 지점(39)으로부터 미리 지정된 수의 포인트만큼 후진하여 스텝모터(11)를 원하는 실제 출발점(34)으로 리셋시킨다(S126).The relocation process begins with completing one measurement round. As shown in FIG. 12, assuming that the step motor 11 is at the end point 35 after the last measurement round, it is necessary to make sure that the stepper must hit the stopper (close to the 36 position in FIG. 13) or is sufficient for the stopper when the process starts. Step motor 11 is further advanced to approach (S120). First, the step motor 11 is rotated near the start point 33 to its original position (S121), and then the step motor 11 is rotated so as to be located at the scan start point 37 of the shadow area between 37 and 38 ( S122). Then, the step motor 11 is moved by one step (or by a certain number of microsteps) while scanning the shaded area between 37 and 38, and reading the received infrared signal to record the position of the maximum value (S123). . This process is repeated for 2N points (S124), and when a point 39 having the maximum signal strength of the received infrared signal is determined, this point is set as a hole point (S125). Then, the motor moves backward by the predetermined number of points from this point 39 to reset the step motor 11 to the desired actual starting point 34 (S126).
시스템이 재시작되거나 파워업될 때, 스텝모터(11)는 알고리즘이 상정하고 있는 종점(35)에 있지 않을 수도 있으며, 이러한 일이 발생되면 전술한 알고리즘은 처음부터 가장 센 신호를 갖는 위치를 찾을 수 없을지도 모른다. 이러한 경우에는 스텝모터(11)가 스토퍼(33 지점)와 확실히 부딛히도록 스텝모터(11)를 뒤로 더 이동시키고 37 지점까지 앞으로 이동시켜서 전술한 것처럼 최대의 빛 세기 지점(39)의 스캐닝을 시작한다.When the system is restarted or powered up, the step motor 11 may not be at the end point 35 that the algorithm assumes, and if this happens the algorithm described above will find the position with the strongest signal from the beginning. It may not be. In this case, move the step motor 11 further back and forward to point 37 so that the step motor 11 firmly collides with the stopper (33 points) to start scanning the maximum light intensity point 39 as described above. do.
어느 방법으로도 최대 지점(39)을 찾지 못하면, 스토퍼 메카니즘을 사용하여 스텝모터(11)를 리셋시킨다. 기본적으로, 스텝모터(11)를 힘차게 회전시켜서 스토퍼와 부딛히도록 함으로써 모터 위치가 확실하게 영점(33)에 있도록 한다. 그리고는, 스토퍼에 부딛힌 후에 추정되는 시작점(34)으로 스텝모터(11)를 수 마이크로 스텝만큼 빨리 이동시킨다. 스토퍼에 부딛힌 후의 스텝모터(11)의 바운싱백으로 인하여 이 메카니즘은 오프셋을 발생시켜서 약간의 오류가 있는 출력을 낼 수 있다. 위치설정 모드가 변경되면, 정밀한 측정을 위하여 다시 캘리브레이션 할 필요가 있다.If the maximum point 39 is not found by either method, the stopper mechanism is used to reset the step motor 11. Basically, by stepping the stepper motor 11 against the stopper, the motor position is surely at the zero point 33. Then, after stepping on the stopper, the step motor 11 is moved as fast as several microsteps to the estimated starting point 34. Due to the bouncing back of the stepper motor 11 after hitting the stopper, this mechanism can generate an offset and produce a slightly erroneous output. If the positioning mode is changed, it will need to be recalibrated for precise measurements.
한편, 본 발명에서 원의 형태는 중요한 것은 아니며, 장치가 설치되는 곳에 따라 그리고 레이저 신호가 투사되는 각도에 따라 완전한 원이어도 되고 타원이어도 된다. On the other hand, in the present invention, the shape of the circle is not important and may be a perfect circle or an ellipse depending on where the device is installed and the angle at which the laser signal is projected.
이상의 설명에서는 제어부(12)와 레이저 거리측정기(10) 사이를 케이블을 사용하여 연결하는 실시예에 대해서 설명하였지만, 이를 무선으로 대체하는 것도 가능하다. 즉, 레이저 거리측정기와 제어부를 연결하는 케이블을 사용하는 대신에, 제어부(12)에 무선전력 송신부를 마련하고 레이저 거리측정기(10)에 무선전력 수신부를 마련하여 제어부(12)에서 레이저 거리측정기(10)로 무선으로 전력을 송신하고, 제어부(12)와 레이저 거리측정기(10)에 무선데이터통신부를 각각 마련하여 무선으로 데이터를 송수신하도록 구성할 수 있다.In the above description, the embodiment in which the control unit 12 and the laser range finder 10 are connected by using a cable has been described, but it may be replaced by a wireless device. That is, instead of using a cable connecting the laser range finder and the control unit, the wireless power transmitter is provided in the controller 12 and the wireless power receiver is provided in the laser range finder 10 so that the laser range finder ( 10) may be configured to transmit power wirelessly, and to provide wireless data communication units in the control unit 12 and the laser range finder 10 to transmit and receive data wirelessly.
이러한 예가 도 14에 도시되어 있다. 즉, 도 14에서 도시한 것처럼, 일반적인 송전회로(42)에 케이블(45)을 통해 연결되어 송전회로(42)에 의해 구동되는 송전 코일(41)과, 송전 코일(41)에 인접하여 배치되며 수전회로(44)에 연결되는 수전코일(40)과의 사이에서의 전자기유도에 의해 레이저 거리측정기(10)에 전원을 무선으로 공급한다. An example of this is shown in FIG. 14. That is, as shown in FIG. 14, the power transmission coil 41 connected to the general power transmission circuit 42 through the cable 45 and driven by the power transmission circuit 42 is disposed adjacent to the power transmission coil 41. Power is supplied wirelessly to the laser range finder 10 by electromagnetic induction with the power receiving coil 40 connected to the power receiving circuit 44.
또한, 레이저 거리측정기(10)와 제어부(12) 간의 데이터 통신은 양쪽에 지그비 또는 블루투스 모듈 등의 근거리 무선 데이터통신부(43, 44)를 설치하여 무선으로 데이터를 송수신하도록 구현할 수 있다. 송전회로(42) 및 수전회로(44)는 일반적인 무선전력 송수신회로를 사용하여 구현할 수 있다. 예를 들어, 송전회로(42)는 발진회로와 구동회로으로 구성하고, 수전회로(44)는 수신회로와 정류 및 정전압회로로 구성할 수 있다.In addition, data communication between the laser range finder 10 and the control unit 12 may be implemented to wirelessly transmit and receive data by providing short-range wireless data communication units 43 and 44 such as Zigbee or a Bluetooth module on both sides. The power transmission circuit 42 and the power reception circuit 44 may be implemented using a general wireless power transmission and reception circuit. For example, the power transmission circuit 42 may be composed of an oscillating circuit and a driving circuit, and the power receiving circuit 44 may be composed of a receiving circuit and a rectifying and constant voltage circuit.
이와 같이 제어부(12)와 레이저 거리측정기(10) 사이를 무선으로 구성함으로써, 케이블을 사용하는데 따른 복잡한 메카니즘을 피할 수 있고, 레이저 거리측정기(10)의 회전 방향도 복잡한 구성없이 한 방향으로 계속 회전하도록 구성할 수 있으며, 회전 원주의 전체를 스캔하여 측정점의 수를 극대화하고 케이블의 마모 등으로 인한 오작동의 가능성을 줄일 수 있다. By wirelessly configuring the controller 12 and the laser range finder 10 in this way, a complicated mechanism due to the use of a cable can be avoided, and the rotation direction of the laser range finder 10 continues to rotate in one direction without a complicated configuration. It can be configured to scan the entire circumference of the rotating circumference to maximize the number of measuring points and reduce the possibility of malfunction due to wear of the cable.
근거리 무선 데이터통신부(43,44)는 자체적으로 디지털/아날로그 포트를 포함하도록 구성하여 필요한 제어신호를 양측으로 바로 전달하도록 할 수도 있고, 별도의 프로세서를 추가하여 프로세서에서 양측 사이의 데이터 통신과 필요한 제어를 수행하도록 구성할 수도 있다. The short-range wireless data communication unit 43 and 44 may be configured to include a digital / analog port by itself so that necessary control signals may be directly transmitted to both sides, or by adding a separate processor, data communication and necessary control between the two sides in the processor may be performed. It can also be configured to perform
이상, 본 발명을 몇가지 예를 들어 설명하였으나, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성 요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성 요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수 개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 그 컴퓨터 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 본 발명의 기술 분야의 당업자에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다. 이러한 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 저장매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다. As mentioned above, although the present invention has been described with some examples, the present invention is not necessarily limited to these embodiments, although all components constituting the embodiments of the present invention have been described as being combined or operating in combination. In other words, within the scope of the present invention, all of the components may be selectively operated in combination with one or more. In addition, although all of the components may be implemented in one independent hardware, each or all of the components may be selectively combined to perform some or all functions combined in one or a plurality of hardware. It may be implemented as a computer program having a. Codes and code segments constituting the computer program may be easily inferred by those skilled in the art. Such a computer program may be stored in a computer readable storage medium and read and executed by a computer, thereby implementing embodiments of the present invention.
이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. The terms "comprise", "comprise" or "have" described above mean that the corresponding component may be included unless specifically stated otherwise, and thus, other components are not excluded. It should be construed that it may further include other components.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those skilled in the art to which the present invention pertains may make various modifications and changes without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention but to describe the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of the present invention.
본 발명은 적설량 측정 장치에 적용이 가능하다.The present invention can be applied to a snow amount measuring device.
Claims (15)
- 회전축을 포함하는 스텝 모터,A step motor including a rotating shaft,상기 스텝 모터의 상기 회전축에 수직인 평면에 대해서 소정 각도로 기울어져 연결되어 있는 레이저 거리측정기,A laser rangefinder connected at an angle with respect to a plane perpendicular to the rotation axis of the step motor,상기 스텝 모터를 제어하여 상기 레이저 거리측정기를 회전시키면서 상기 레이저 거리측정기를 제어하여 다수의 목표지점에서의 거리를 측정하는 제어부Control unit for controlling the laser range finder while controlling the step motor to control the laser range finder to measure the distance from a plurality of target points를 구비하는 적설량 측정 장치.Snow quantity measuring device having a.
- 제1항에 있어서, The method of claim 1,상기 제어부는 상기 레이저 거리측정기를 제어하여 거리를 측정하고, 소정의 회전각 φ만큼 상기 스텝 모터를 회전시킨 다음에 거리를 측정하는 과정을 상기 레이저 거리측정기가 실질적으로 일 회전할 때까지 반복하고, 측정된 거리 데이터로부터 적설량을 계산하는 것을 특징으로 하는 적설량 측정 장치.The control unit measures the distance by controlling the laser range finder, rotates the step motor by a predetermined rotation angle φ and repeats the process of measuring the distance until the laser range finder substantially one rotation, A snow amount measuring apparatus, characterized in that the snow amount is calculated from the measured distance data.
- 제2항에 있어서, The method of claim 2,임의의 측정시점 t에서 상기 거울로부터 눈의 표면까지의 측정 거리를 Ls(t), 상기 거울로부터 지표면까지의 거리를 Lg(t), 레이저 빔과 지표면이 만나는 각도를 θ(t)라 할 때, 측정순번 t에서의 적설량 d ( t )는 When the measurement distance t from the mirror to the surface of the eye at an arbitrary measurement point t is Ls ( t ), the distance from the mirror to the ground surface is Lg ( t ), and the angle where the laser beam meets the surface is θ ( t ). , The snow quantity d ( t ) at the measurement sequence t isd ( t ) = ((Lg(t) - Ls(t)) x sinθ(t) d ( t ) = (( Lg ( t ) -Ls ( t )) x sin θ ( t )에 의해 구하는 것을 특징으로 하는 적설량 측정 장치.The snow quantity measuring apparatus characterized by the above-mentioned.
- 제3항에 있어서, The method of claim 3,상기 제어부는 기준치보다 일정 비율 이상 높거나 낮은 값은 제거하고 남은 측정값만을 사용하여 평균 적설량을 계산하며,The control unit calculates an average snow amount using only the remaining measured value after removing a value higher or lower than a reference ratio by a certain ratio.상기 기준치는 직전의 적어도 한 회전동안 측정한 적설량의 최종 평균값인 것을 특징으로 하는 적설량 측정 장치.And said reference value is a final average value of snow quantity measured during at least one rotation immediately preceding.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 4,상기 적설량 측정장치는 장치보호를 위한 보호용 하우징 안에 수용되며,The snow quantity measuring device is accommodated in a protective housing for device protection,상기 보호용 하우징의 상기 레이저 거리측정기 앞에는 후드가 설치되는 것을 특징으로 하는 적설량 측정장치.A snow quantity measuring device, characterized in that a hood is installed in front of the laser range finder of the protective housing.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 4,상기 레이저 거리측정기는 파워 서플라이와 고신축 케이블에 의해 연결되며,The laser range finder is connected by a power supply and a highly flexible cable,상기 제어부는 상기 스텝모터를 한 방향으로 회전시키다가 360도 원의 끝에 다다르기 전에 방향을 반대로 바꾸는 것을 특징으로 하는 적설량 측정장치.And the controller rotates the step motor in one direction and reverses the direction before reaching the end of a 360 degree circle.
- 제6항에 있어서,The method of claim 6,스텝모터가 한도 이상 회전되는 것을 멈추기 위한 기계적 스토퍼를 더 포함하는 적설량 측정장치.Snowfall measuring apparatus further comprises a mechanical stopper for stopping the step motor to rotate more than the limit.
- 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein광 감지기와, With light sensor,레이저 거리측정기가 회전하면서 특정 위치에 도달하면 상기 광 감지기에 광이 검출 또는 차단될 수 있도록 하는 위치에 설치된 표지A marker placed in a position that allows the light detector to detect or block light when the laser rangefinder reaches a specific position as it rotates를 더 포함하는 적설량 측정장치.Snowfall measuring apparatus further comprising.
- 제8항에 있어서,The method of claim 8,상기 표지는 광 발생기인 것을 특징으로 하는 적설량 측정장치.The label is snowfall measuring apparatus, characterized in that the light generator.
- 제9항에 있어서, The method of claim 9,상기 광 감지기와 상기 광발생기 사이에 위치하며 상기 스텝모터의 회전에 따라 함께 회전하는 브라켓이 더 포함되며, Located between the light detector and the light generator further includes a bracket that rotates together in accordance with the rotation of the step motor,상기 브라켓에는 구멍이 형성되어 있으며, 상기 구멍은 상기 스텝모터가 소정의 위치에 있을 때 상기 광발생기에서 방출되는 광신호의 방향이 상기 구멍과 완벽하게 정렬되도록 하는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 적설량 측정장치.A hole is formed in the bracket, and the hole is formed in a position such that the direction of the optical signal emitted from the light generator is perfectly aligned with the hole when the step motor is in a predetermined position. Measuring device.
- 제10항에 있어서, The method of claim 10,상기 구멍은 길게 연장된(elongated) 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 적설량 측정장치.And the hole has an elongated shape.
- 제8항에 있어서,The method of claim 8,상기 광 감지기는 포토 스위치이며,The light detector is a photo switch,상기 표지는 상기 레이저 거리측정기에 부착되어 회전하면서 특정 위치에 도달하면 포토 스위치를 통과하면서 포토 스위치의 광 발생기와 광 감지기 사이의 빛을 차단하는 물체인 것을 특징으로 하는 적설량 측정장치.The marker is attached to the laser range finder, when the rotation reaches a specific position while passing through the photo switch to cut off the light between the light generator and the light sensor of the photo switch, characterized in that the snow.
- 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein상기 제어부는 직전의 측정 라운드 후에 스캔 시작점으로 위치하도록 스텝모터를 회전시킨 후, 스텝모터를 한 스텝 이동시키면서 수신된 적외선 신호를 읽어 들여 최대값의 위치를 결정하고, 이 지점으로부터 미리 지정된 수의 포인트만큼 후진하여 스텝모터의 위치를 리셋시키는 것을 특징으로 하는 적설량 측정장치.The control unit rotates the stepper motor to be located at the scan start point after the previous measurement round, and reads the received infrared signal while moving the stepper motor one step to determine the position of the maximum value, and from this point a predetermined number of points The amount of snow measurement device, characterized in that for reversing the number of steps to reset the position of the step motor.
- 제13항에 있어서,The method of claim 13,상기 제어부는 직전의 측정 라운드 후에 스토퍼와 반드시 부딛히도록 스텝모터를 더 이동시킨 후에 스캔 시작점으로 위치하도록 스텝모터를 회전시키는 것을 특징으로 하는 적설량 측정장치.And the control unit rotates the step motor to be positioned at the scan start point after further moving the step motor so as to hit the stopper after the last measurement round.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 4,상기 제어부에는 전력을 무선으로 송신하기 위한 무선전력송신부와, 데이터를 무선으로 송수신하기 위한 데이터 무선통신부가 구비되며, 상기 레이저 거리측정기에는 전력을 무선으로 수신하기 위한 무선전력수신부와, 데이터를 무선으로 송수신하기 위한 데이터 무선통신부가 구비되는 것을 특징으로 하는 적설량 측정장치.The control unit includes a wireless power transmitter for wirelessly transmitting power, a data wireless communication unit for wirelessly transmitting and receiving data, and the laser range finder includes a wireless power receiver for wirelessly receiving power, and wirelessly transmits data. Snowfall measuring apparatus is provided with a data wireless communication unit for transmitting and receiving.
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