국지적인 강우량을 정확히 측정해 수재해로부터의 국민들의 안전을 확보할 수 있는 새로운 개념의 강우량 측정장치인 전파강수계가 세계 최초로 선보여 이목을 집중시키고 있다.

넓은 면적에서 지상에 내리는 우량을 측정하는 이 전파강수계는 전자파를 이용해 반경 3km 범위에서 발생하는 강우, 바람장, 강설 등을 정확히 관측할 수 있는 전파강수계다.

특히, 기존의 강우계를 대체할 수 있는 다기능의 고효율 기술로, 지상 부근의 고도에서 강수의 공간적 분포 측정이 가능해 향후 홍수예보와 국지성 집중호우에 대한 측정 정확도를 향상시켜 도시 홍수 예방과 골든타임 확보에도 크게 기여할 전망이다.

반경 3km 범위 발생 강우 바람장 강설 정확히 ‘관측’
안테나 구동부, 송수신장치, 신호처리장치 등으로 구성
환경부 ‘홍수예보 플랫폼 구축’ 통해 전국 설치 기대감

직경 20cm 가량의 원통에 내린 비로 우량을 측정하는 측우기가 세상에 선보인지 580년이 지난 현재 자동적으로 비의 양을 파악하는 점만 달라지고, 아직 동일한 원리를 적용해 비의 양을 측정하고 있다.

하지만, 현재 강우계의 경우 측정 면적이 매우 작다는 한계점을 지닌다. 즉, 넓은 면적에 내리는 비의 양을 정확히 파악하기에는 무리가 따르고 있다.

특히, 최근 지역별 강우량 편차가 크게 발생하고 있어 강우계가 비의 양을 대표할 수 없다는 지적이다.

즉, 기존 강우계의 경우 지상의 강우를 연속적, 직접적으로 측정할 수 있는 장점이 있는 반면, 우량계가 설치되지 않은 영역에 대한 공간적인 강우 분포를 정확하게 제공하는 데 한계가 있다.

이에 환경부의 지원 아래 한국건설기술연구원 김원 박사를 중심으로 진행된 ‘수재해 피해 저감을 위한 전파강수계 개발·구축’ 연구를 통해 기존 강우계의 한계를 극복한 새로운 개념의 강우량 측정장치인 전파강수계를 개발됐다.

이 연구는 강수의 공간분포를 측정할 수 있는 전자파 기반 센서를 비롯해 강우, 강설, 바람장 등을 동시에 측정할 수 있는 다목적 강수계, 지상강수량을 정확하게 측정할 수 있는 저고도 측정 기술, 기존 기상레이더와 지상우량계 사이의 틈새시장을 파고들 수 있는 전자파 기반의 저렴한 관측 장비 개발을 목표로 진행됐다.

이를 위해 강수 관측을 위한 Ku 대역의 이중편파 송수신·제어 기술과 함께 전파강수계 시스템과 소프트웨어 통합 기술, 전파강수계 IQ 자료를 이용한 강수정보 산출 알고리즘 개발 기술, 강우의 공간 분포를 고려한 전파강수계 강우측정성능 검증 기술, 마스터-슬레이브 네트워크에 기반의 강수정보 최적화 기술 등 핵심기술들을 개발했다.

전파강수계
전파강수계는 안테나 구동부와 이중편파 RF 송수신장치, 고속 FPGA 기반의 신호처리장치 등으로 구성된다.

안테나는 빔폭 2.0도, 직경 60cm의 소형 파라볼릭형으로, 중심 주파수 17GHz 대역을 사용하고, 수평·수직 동시 이중편파 기술이 적용돼 있다.

이를 통해 직경 3km에 내리는 비의 양 측정이 가능하다. 전파강수계가 측정하는 면적 안에는 강우계가 1억 개 들어간다.

특히, 전파강수계는 대형 강우레이더의 한계도 극복해 눈길을 끈다.

기존 강우레이더가 수 km 상공의 비를 측정하는 것에 비해 전파강수계는 지상 강우량을 측정해 보다 정확한 측정이 가능하다.

전파강수계는 환경부의 인공지능을 적용한 홍수예보 체제(플랫폼) 구축 사업을 통해 전국적으로 설치될 예정으로 귀추가 주목된다.

환경부는 지난 해 7월∼8월 장마기간에 내린 집중호우와 이에 따른 피해를 근본적으로 줄이기 위한 대책 일환으로 첨단기술을 활용한 ‘과학적 홍수관리’를 본격 추진한다고 밝힌 바 있다.

또한, 기후변화에 따른 집중호우에 대응하기 위해 오는 2025년까지 인공지능을 활용한 홍수예보 시스템도 도입할 예정이다.
이를 위해 홍수에 취약한 전국 100곳의 지방하천에 홍수정보 수집센서를 설치하고, 각 센서로부터 수집되는 정보를 활용, 인공지능을 적용한 홍수예보 체제(플랫폼)를 구축할 예정이다.

이 같은 체제 구축을 위해 올해 2대를 시작으로, 2022년 13대, 2023년 13대 등 총 전체 28대의 전파강수계가 전국적으로, 설치될 예정이다.

한편, 전파강수계는 국지성 집중호우에 대한 정확한 측정과 감시를 통해 초단기·돌발 홍수예보에 적용, 도심과 산간지역 등의 산사태 피해 예방과 정확한 대피 정보 제공 등의 효과를 거둘 것으로 기대를 모으고 있다.

또한, 공간 우량 측정 시 불확실성 해소를 통해 홍수예보 정확도 제고가 가능하고, 특히, 강우 편차가 큰 도심 부근 침수 예측 정확도 향상에 기여할 전망이다.

특히, 저고도의 강우 분포 측정을 통해 고고도 탐지 위주의 강우레이더의 국지적 강우 추정 능력 제고와 강우레이더와의 연계를 통한 악천후 대응 능력 향상도 가능할 것으로 예상된다.

환경융합시스템 전문기업 ㈜제이컴스는 ···

전파강수계 개발에는 국내를 대표하는 환경융합시스템 전문기업인 ㈜제이컴스(대표 최정호)의 앞선 기술력이 고스란히 담겨 있다.

㈜제이컴스는 환경·기상, 홍수, 도로 등 재해·재난 관련, 풍부한 경험과 다양한 전공의 구성원들이 모여 지난 2015년 설립한 회사로, 2017년 벤처기업인증을 시작으로 다수의 특허와 인증을 보유하며, 성장해 나가고 있다. 

2017년 벤처기업인증 시작으로 특허 인증 받으며 지속적 성장 거듭
‘전파강수계 원리 응용’ 차량 복합센서와 환경융합 신호처리시스템도 선봬

현재 생명의 근원인 물을 시작으로 환경에 이르기까지 모든 사람들이 마음 놓고 즐길 수 있는 자연을 만들기 위해 다양한 환경원격탐사장비를 개발하고, 이를 활용한 ICT 기반의 통합 환경융합시스템을 구축, 국민의 건강과 재산 보호는 물론 국민의 삶의 질 향상에 크게 기여하고 있다.

특히, 지난해 환경부 연구사업을 통해 건설기술연구원과 함께 국내 최초로 전파를 이용해 강우량과 강설, 바람장 등을 관측할 수 있는 네트워크 기반의 고해상도 전파강수계(EWRG, Electromagnetic Wave Rain Gauge)를 개발하는 데 성공했다.

또한, 이 같은 기술력을 바탕으로 전파강수계의 실제 하천 적용을 위한 단계별 노력과 함께 전파강수계의 원리를 응용한 새로운 융합시스템으로, 차량 복합센서와 환경융합 신호처리시스템도 선보였다.