KR100361545B1

KR100361545B1 - 무인원격 지하수관측 자동제어시스템

Info

Publication number: KR100361545B1
Application number: KR1020000056538A
Authority: KR
Inventors: 김종수
Original assignee: 동영정보통신 주식회사
Priority date: 2000-09-26
Filing date: 2000-09-26
Publication date: 2002-11-23
Also published as: KR20020024746A

Abstract

본 발명은 무인원격 지하수관측 자동제어시스템에 관한 것으로, 각 지하수관측소(10)의 지하수가 측정항목별로 비교 분석되어 중앙관제소(70)에 실시간으로 표출될 수 있도록 함으로서 운영자가 현지에 가지 않고도 중앙관제소(70)의 원격지에서 각 지하관측소별로 해당 지하수의 변화상태를 정확하게 모니터하여 사건 발생시에 불순물의 진원지를 신속하게 찾아 유지관리할 수 있도록 하며, 그 기술적인 수단으로 각 지하수관측소(10)에 설치되어 지하수를 측정항목별로 관측하게 되는 센서프로브(50)와, 기준 데이터가 저장되어 센서프로브(50)에 관측되는 데이터를 기준 데이터와 비교 분석하는 데이터로거(20)와, 정전이 되었을 때도 시스템에 일정시간 전력을 공급 유지시키게 되는 무정전전원장치(30)와, 지하수의 측정 데이터중 전기전도도가 기준 데이터 수준을 초과하면 지하수를 지하수관정(40) 외부로 양수시키게 되는 수중펌프(42)와, 아울러 지하수의 측정 데이터가 기준 데이터 수준을 초과할 때의 사고발생에 대한 경보 및 데이터가 유/무선통신망(60)을 통해 전송되어 운영자가 관찰하게 되는 호스트컴퓨터(90)와, 지하수관측소(10)의 데이터로거(20)로부터 전송되는 분석 데이터가 중앙관제소(70)의 호스트컴퓨터(90)를 통해 수신되어 저장되는 데이터베이스(80) 및 분석 데이터를 하드출력하게 되는 프린터(92)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

무인원격 지하수관측 자동제어시스템{An automatic control system for observed ground water}

본 발명은 각 지하수관측소를 통해 감시되는 지하수의 항목별 관측상태가 중앙관제소에 실시간으로 통보되도록 한 무인원격 지하수관측 자동제어시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 각 지하수관측소의 지하수가 수위, 수온, 전기전도도, 염도, 용존산소량, 수소이온농도, 산화환원력 등의 측정항목별로 비교 분석되어 중앙관제소에 실시간으로 표출될 수 있도록 함으로서 운영자가 현지에 가지 않고도 중앙관제소의 원격지에서 각 지하관측소별로 해당 지하수의 변화상태를 정확하게 모니터하여 사건 발생시에 불순물의 진원지를 신속하게 찾아 유지관리할 수 있도록 한 무인원격 지하수관측 자동제어시스템에 관한 것이다.

일반적으로 지하수(Ground Water)는 강우의 일부가 지표로부터 토양의 틈새로 침입해서 물을 투과하지 않는 층에 이르러 고이는 물로서, 지하수면의 상부에도 수분은 있으나 틈새가 작으면 모세관수가 되어 표층으로 올라오면서 식물의 뿌리에 흡수된다.

이러한 지하수는 주변의 주유소나 공장 등에 의해 그 오염정도가 단시일 내에 심각하게 진행될 수 있으며, 지금까지는 오염정도가 의심되는 지역의 지하수 변화상태를 관측하기 위해 그때마다 해당 지역에 지하수관정을 뚫고 운영자가 현지에 가서 조사를 할 수밖에 없었다.

따라서, 수많은 지역의 지하수를 조사하는데 소용되는 인력과 시간이 필요이상으로 많이 드는 것은 물론 오염지역에 대한 정확한 관측시점을 판단하기도 어려워 결과적으로 외부로부터 불순물의 유입을 발견할 시기를 놓치게 됨으로서, 적시에 지하수의 오염 여부를 제대로 관측하지 못해 원래의 청정상태로 복귀하는데 상당한 기간과 비용이 불필요하게 소모될 수밖에 없어 막대한 피해를 입는 사고를 근본적으로 해결할 수 없다는 등의 많은 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 지하수의 오염상태가 의심되는 지역에 그때마다 지하수관정을 뚫고 운영자가 일일이 지하수의 변화상태를 관측하였던 지금까지의 원시적인 지하수 관측방법의 제반 문제점을 해결하고자 발명된 것으로, 각 지하수관측소의 지하수가 수위, 수온, 전기전도도, 염도, 용존산소량, 수소이온농도, 산화환원력 등의 측정항목별로 비교 분석되어 중앙관제소에 실시간으로 표출될 수 있도록 함으로서 운영자가 현지에 가지 않고도 중앙관제소의 원격지에서 각 지하관측소별로 해당 지하수의 변화상태를 정확하게 모니터하여 사건 발생시에 해당 지역의 불순물 진원지를 신속하게 찾아 사고처리하여 청정한 지하수를 유지할 수 있도록 하는 무인원격 지하수관측 자동제어시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 무인원격 지하수관측 자동제어시스템 구성도.

도 2는 본 발명의 무인원격 지하수관측 자동제어시스템 블록도.

도 3은 본 발명의 무인원격 지하수관측 자동제어시스템의 작동흐름도.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ※

10 : 지하수관측소 12,72 : 모뎀

20 : 데이터로거 22 : 프로세서제어

24 : 데이터포트 26 : 전원제어

30 : 무정전전원장치 32 : 하트랜드케이블

40 : 지하수관정 42 : 수중펌프

50 : 센서프로브 51 : 수온감시센서

52 : 전기전도도 감시센서 53 : 염도감시센서

54 : 용존산소량 감시센서 55 : 수소이온농도 감시센서

56 : 산화환원력 감시센서 57 : 수위센서

60 : 유/무선통신망 70 : 중앙관제소

80 : 데이터베이스 90 : 호스트컴퓨터

92 : 프린터

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 무인원격 지하수관측 자동제어시스템은, 각 지하수관측소의 지하수관정에 설치되어 해당 지하수를 측정항목별로 관측하게 되는 센서프로브와, 정상적인 지하수의 기준 데이터가 저장되어 상기 센서프로브에 관측되는 데이터를 기준 데이터와 비교 분석하는 데이터로거와, 정전이 되었을 때도 시스템에 일정시간 전력을 공급 유지시키게 되는 무정전전원장치와, 상기 센서프로브에 의해 관측되는 지하수의 측정 데이터중 전기전도도가 기준 데이터 수준을 초과하면 지하수를 지하수관정 외부로 양수시키게 되는 수중펌프와, 아울러 지하수의 측정 데이터가 기준 데이터 수준을 초과할 때의 사고발생에 대한 경보 및 데이터가 유/무선통신망을 통해 전송되어 운영자가 관찰하게 되는 호스트컴퓨터와, 상기 지하수관측소의 데이터로거로부터 전송되는 분석 데이터가 중앙관제소의 상기 호스트컴퓨터를 통해 수신되어 저장되는 데이터베이스 및 분석 데이터를 하드출력하게 되는 프린터를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 센서프로브는 측정할 지하수를 수온, 전기전도도, 염도, 용존산소량, 수소이온농도, 산화환원력, 수위별로 각각 관측하여 분석하기 위해 수온감시센서, 전기전도도 감시센서, 염도감시센서, 용존산소량 감시센서, 수소이온농도 감시센서, 산화환원력 감시센서, 수위감시센서를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 데이터로거는 센서프로브의 각 감시센서에 의해 관측되는 측정 데이터들이 입력되면서 분석 데이터가 출력되는 데이터포트와, 입력되는 측정 데이터를 저장된 기준 데이터와 비교 분석하는 프로세서제어 및 관측되는 측정 데이터를 기준 데이터와 비교하여 수중펌프의 작동 유무를 제어하게 되는 전원제어를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 수중펌프는 사건 발생되어 지하수를 양수시킨 후에 측정 데이터가 기준 데이터 수준으로 환원되면 오수에 의한 일시적인 사고상태로 판단하여 자동으로 작동 정지될 수 있도록 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 무인원격 지하수관측 자동제어시스템의 작동원리에 대한 바람직한 일 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 1와 도 2는 본 발명에 의한 지하수관측 자동제어시스템의 구성관계를 도시한 것으로, 각 지하수관측소(10)의 지하수를 측정항목별로 정확하게 관측하기 위해 지하수관정(40)에 해당 감시센서(51)(52)(53)(54)(55)(56)(57)들이 일체 구성된 센서프로브(50)가 설치되어 하트랜드케이블(Hartland Cable)(32)을 통해 지하수관측소(10)의 데이터로거(20)에 연결된다.

아울러, 관측되는 지하수의 측정(Logging) 데이터에 따라 기준 데이터와 비교 분석하여 지하수의 사고(오염)로 판단되면 지하수관정(40)의 지하수를 외부로 자동 양수(Pumping)시킬 수 있도록 수중펌프(42)가 상기 데이터로거(20)에 연결되며, 정전이 되었을 때도 시스템에 일정시간 전력을 공급 유지시킬 수 있도록 무정전전원장치(UPS : Uninterruptible Power Supply)(30)가 상기 데이터로거(20)에 연결된다.

그리고, 상기 데이터로거(20)는 모뎀(12)으로 유/무선통신망(60)과 연결되어중앙관제소(70)의 호스트컴퓨터(90)에 설치된 모뎀(72)으로 연결되며, 데이터전송장치인 이들 모뎀(12(72)은 8㎓ 대의 3W 이상으로 유/무선통신망(60)을 통해 20㎞ 이상으로 데이터가 전송처리될 수 있도록 한다.

아울러, 무정전전원장치(30)는 정전이 되었을 때도 컴퓨터시스템(90)에 계속 전력을 공급할 수 있도록 되어 있는 전원장치로, 내장 배터리의 용량에 따라 다르지만 통상 10-15시간 정도는 전원을 유지해 주므로 그때까지의 작업내용을 저장할 수 있도록 한다.

그리고, 센서프로브(50)는 측정할 지하수를 수온(Temperature), 전기전도도(Conductivity), 염도(Salinity), 용존산소량(Dissolved Oxygen), 수소이온농도(pH), 산화환원력(ORP : Oxidation Reduction Potential), 수위(Depth)별로 각각 관측하여 분석하기 위해 수온감시센서(51), 전기전도도 감시센서(52), 염도감시센서(53), 용존산소량 감시센서(54), 수소이온농도 감시센서(55), 산화환원력 감시센서(56), 수위감시센서(57)를 포함하여 구성되고, 아울러 지하수관정(40)의 지하수 수심에 설치되면서 데이터로거(20)의 데이터포트(24)를 통해 프로세서제어(22)에 연결된다.

또한, 상기 센서프로브(50)는 PVC재질로서 320㎜의 길이와 47㎜의 지름으로 그 케이스 치수가 이루어지며, 특히 전원제어(26)는 12V의 전압과 100㎃의 전류가 인가되고, 수온감시센서(51)를 통해 -5℃에서 50℃의 범위와 ±0.05℃의 정밀도 및 0.02℃의 분해도를 가지며, 전기전도도 감시센서(52)를 통해서는 0-10,000㎲/㎝의 범위와 ±0.05％ FSR의 정밀도 및 3㎲/㎝의 분해도를 가지는 한편,수위감시센서(51)를 통해 0-100M의 범위와 0.05％ FSR의 정밀도 및 0.02M의 분해도를 가지며, 수소이온농도 감시센서(55)를 통해서는 0-14까지의 범위와 ±0.05의 정밀도 및 0.01의 분해도를 가지게 됨이 바람직하다.

그리고, 상기 데이터로거(20)는 센서프로브(50)의 각 감시센서(51)(52)(53) (54)(55)(56)(57)에 의해 관측되는 측정 데이터들이 입력되면서 분석 데이터가 출력되는 데이터포트(24)와, 입력되는 측정 데이터를 저장된 기준 데이터와 비교 분석하는 프로세서제어(22) 및 관측되는 측정 데이터를 기준 데이터와 비교하여 수중펌프(42)의 작동 유무를 제어하게 되는 전원제어(26)를 포함하여 이루어진다.

아울러, 상기 데이터로거(20)는 정상적인 지하수의 기준 데이터가 저장되어 상기 센서프로브(50)에 관측되는 데이터를 기준 데이터와 비교 분석하여 사고 발생시에 해당 분석 데이터를 유/무선통신망(60)을 통해 중앙관제소(70)의 호스트컴퓨터(90)로 자동 전송하게 되고, PVC재질로서 300W × 200H × 180D(㎜)의 크기로 케이스 치수가 이루어지며, 통신포트는 RS232 1포트(Port) 또는 2포트로 확장가능하고, 4M RAM과 512K ROM(16Bits)의 메모리로 20,586Sets(512Kb)로 자료저장될 수 있으며, 표본비(Sample Rate)는 1 Per Second이면서 화면해상도(Display)는 20×4 Line 영숫자(Alphanumeric) LCD를 이루고, 5×4 (총 20Key) 숫자 및 기능키로서 기타 각종 감시제어기능이 내장되며, 상위 PC에서 전화라인을 통하여 호출가능하여 실시간 데이터 액세스기능이 제공되면서 내장용 배터리는 선택 가능하다.

아울러, 상기 수중펌프(Submerged Pump)(42)는 펌프와 이것을 구동하기 위한 전동기를 일체화한 것을 지하수에 투입하여 양수할 수 있는 펌프로서, 일반적으로소형이면서 경량이며 취급이 쉽고 프라이밍 조작이 필요없는 등의 특징이 있으며, 센서프로브(50)에 의해 관측되는 지하수의 측정 데이터중 전기전도도가 기준 데이터 수준을 초과하면 지하수를 지하수관정(40) 외부로 양수시킬 수 있도록 구성된다.

그리고, 상기 하트랜드케이블(32)은 수중용 데이터케이블로서 수심 300M 이상의 수압, 염분, 습기 등에서도 견딜 수 있도록 내구성을 감안하여 특수설계한 것을 사용함이 바람직하다.

한편, 중앙관제소(70)는 지하수의 측정 데이터가 기준 데이터 수준을 초과할 때의 사고발생에 대한 경보 및 데이터가 유/무선통신망(60)을 통해 전송되어 운영자가 실시간으로 관찰하게 되는 호스트컴퓨터(90)와, 상기 지하수관측소(10)의 데이터로거(20)로부터 전송되는 분석 데이터가 상기 호스트컴퓨터(90)를 통해 수신되어 저장되는 데이터베이스(80) 및 분석 데이터를 하드출력하게 되는 프린터(92)를 포함하여 이루어진다.

이와같이 이루어지는 본 발명의 무인원격 지하수관측 자동제어시스템은 도 1 및 도 2의 시스템 구성관계 및 도 3의 시스템 작동흐름에서 알 수 있는 바와같이, 각 지하수관측소(10)의 지하수 수심에 설치된 센서프로브(50)의 감시센서(51)(52) (53)(54)(55)(56)(57)들에 의해 관측되는 측정 데이터(Data)가 데이터로거(Data Logger)의 프로세서제어(22)에 저장되는 동시에, 상기 데이터로거(20)는 저장된 기준 데이터와 관측되는 측정 데이터들을 비교 분석하여 해당 분석 데이터가 유/무선통신망(60)을 통해 중앙관제소(70)로 송신되어 지며, 호스트컴퓨터(90)의 모니터에실시간으로 송신되는 분석 데이터를 표출시켜 이를 운영자가 확인하여 지하수의 사고발생이 신속하고 정확하게 운영자에게 통보될 수 있도록 한다.

즉, 지하수관정(40)의 60-300M 수심에 설치되는 센서프로브(50)의 각 감시센서(51)(52)(53)(54)(55)(56)(57)들에 의해 관측되는 지하수의 측정 데이터가 하트랜드케이블(32)을 통하여 데이터로거(20)의 프로세서제어(22)에 보내지며, 이들 측정 데이터들은 데이터로거(20)에 저장되면서 축적되는 동시에 운영자의 요구에 따라 실시간으로 모뎀(12)(72)을 통하여 중앙관제소(70)의 호스트컴퓨터(90)에 전송되어 모니터에 표출된다.

그리고, 지하수관측소(10)의 지하수관정(40)에 설치된 전기전도도 감시센서(52)에 의해 관측된 측정 데이터가 데이터로거(20)에 저장된 기준 데이터 수준을 넘게되면, 상기 데이터로거(20)의 프로세서제어(22)가 이들의 측정 데이터를 분석하여 수중펌프(42)를 자동으로 제어 작동시켜 지하수를 지하수관정(40) 외부로 양수시키게 되며, 동시에 유/무선통신망(60)을 통해 중앙관제소(70)의 운영자에게 사건발생 경보를 전송하여 운영자가 관찰할 수 있도록 한다.

아울러, 익일 지하수의 측정 데이터를 재관측하여 변동이 없으면 지하수관정(40) 주변의 차량정비업소나 공장 등의 오염물질 배출업소 등에서 오폐수가 인입된 것으로 간주하여 조사요원을 파견하도록 하며, 측정 데이터가 저장된 기준 데이터 수준으로 내려가면 일시적인 오수 유입으로 판단하고 감시할 수 있도록 한다.

즉, 수중펌프(42)에 의한 지하수 양수 후의 측정 데이터가 기준 데이터로 환원되면 오수에 의한 일시적인 상태로 판단되고, 아울러 측정 데이터가 지속적으로 증가되면 주변의 주유소나 공장 등의 기타 원인으로 판단되어 조사원을 즉시 파견하여 원인을 신속하게 규명할 수 있도록 하며, 특히 지하수의 수위가 오수 유입 등으로 올라가면 데이터로거(20)가 이를 감지해서 수중펌프(42)를 작동시켜 지하수를 적정선으로 양수할 수 있도록 한다.

또한, 지하수상태 측정항목인 수온, 전기전도도, 염도, 용존산소량, 수소이온농도, 산화환원력, 수위 등을 실시간으로 감시하는 중에 간첩이나 불순분자 등에 의해 사건이 발생되면, 데이터로거(20)를 통해 측정 데이터의 이상이 감지되므로 중앙관제소(70)에 사건발생 경보를 표시하고 알람을 발생시켜 상기 중앙관제소(70)의 운영자가 이를 확인할 수 있도록 하는 한편, 운영자의 부재시에는 전화나 핸드폰으로 시건경보를 발령하여 운영자가 긴급히 대처할 수 있도록 하고 있다.

이상 설명한 바와같은 본 발명의 무인원격 지하수관측 자동제어시스템에 의하면, 지하수의 오염상태를 감지하기 위해 지하수관정을 뚫고 부족한 인력으로 조사를 하는데 수개월의 시간이 낭비되는 기존의 원시적인 지하수 측정방법과는 달리, 다수의 각 지하수관측소의 지하수상태를 중앙의 중앙관제소에서 실시간으로 정확하게 무인관측할 수 있도록 함으로서 현장에 조사요원의 투입 없이도 적시에 해당 지하수의 오염상태를 정확하게 측정 판단할 수 있어 인원 및 비용을 획기적으로 절감할 수 있다.

특히, 각 지하수관측소의 지하수관정에 설치된 센서프로브를 통해 해당 지하수의 변화상태가 관측되어 데이터로거에 저장된 기준 데이터와 자동으로 비교 분석되면서 지하수의 주기적인 변화상태가 실시간으로 중앙관제소로 통보될 수 있도록 하여, 해당 지하수관정의 지하수에 대해 사건이 발생되면 중앙관제소의 운영자가 아를 확인하고 곧바로 해당 지하수관측소로 도착하여 불순물의 진원지를 신속하게 조사해서 사고처리할 수 있을 것으로 기대된다.

Claims

각 지하수관측소(10)의 지하수관정(40)에 설치되어 해당 지하수를 측정항목별로 관측하게 되는 센서프로브(50)와,

정상적인 지하수의 기준 데이터가 저장되어 상기 센서프로브(50)에 관측되는 데이터를 기준 데이터와 비교 분석하는 데이터로거(20)와,

정전이 되었을 때도 시스템에 일정시간 전력을 공급 유지시키게 되는 무정전전원장치(30)와,

상기 센서프로브(50)에 의해 관측되는 지하수의 측정 데이터중 전기전도도가 기준 데이터 수준을 초과하면 지하수를 지하수관정(40) 외부로 양수시키게 되는 수중펌프(42)와,

아울러 지하수의 측정 데이터가 기준 데이터 수준을 초과할 때의 사고발생에 대한 경보 및 데이터가 유/무선통신망(60)을 통해 전송되어 운영자가 관찰하게 되는 호스트컴퓨터(90)와,

상기 지하수관측소(10)의 데이터로거(20)로부터 전송되는 분석 데이터가 중앙관제소(70)의 상기 호스트컴퓨터(90)를 통해 수신되어 저장되는 데이터베이스(80) 및 분석 데이터를 하드출력하게 되는 프린터(92)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 무인원격 지하수관측 자동제어시스템.
제 1항에 있어서,

상기 센서프로브(50)는 측정할 지하수를 수온, 전기전도도, 염도, 용존산소량, 수소이온농도, 산화환원력, 수위별로 각각 관측하여 분석하기 위해 수온감시센서(51), 전기전도도 감시센서(52), 염도감시센서(53), 용존산소량 감시센서(54), 수소이온농도 감시센서(55), 산화환원력 감시센서(56), 수위감시센서(57)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 무인원격 지하수관측 자동제어시스템.
제 1항에 있어서,

상기 데이터로거(20)는 센서프로브(50)의 각 감시센서(51)(52)(53)(54)(55) (56)(57)에 의해 관측되는 측정 데이터들이 입력되면서 분석 데이터가 출력되는 데이터포트(24)와, 입력되는 측정 데이터를 저장된 기준 데이터와 비교 분석하는 프로세서제어(22) 및 관측되는 측정 데이터를 기준 데이터와 비교하여 수중펌프(42)의 작동 유무를 제어하게 되는 전원제어(26)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 무인원격 지하수관측 자동제어시스템.
제 1항에 있어서,

상기 수중펌프(42)는 사건이 발생되어 지하수를 양수시킨 후에 측정 데이터가 기준 데이터 수준으로 환원되면 오수에 의한 일시적인 사고상태로 판단하여 자동으로 작동 정지될 수 있도록 이루어진 것을 특징으로 하는 무인원격 지하수관측 자동제어시스템.