KR100786642B1 - 범용 다기능 하천 수문관측 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 범용 다기능 하천 수문관측 장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는 하천에 부유하여 상기 장치의 하부에 구비된 센서를 이용한 하천 유량측정은 물론, 수질센서, 카메라 등을 이용하여 하천의 수문정보를 수집하는 장치에 관한 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 하천 등의 깊이방향으로 설치되며, 내부가 빈 통 형상의 몸체; 상기 몸체의 상부 일측에 구비되는 서보모터; 상기 몸체의 상부 및 상기 서보모터를 감싸고 하부가 개방된 보호캡; 상기 서보모터의 회전력을 전달하는 동력전달수단; 상기 몸체의 내부 타측에 구비되며, 상기 동력전달수단으로부터 회전력을 전달받아 회전하는 웜 및 웜기어; 상기 몸체의 외부 타측에 구비되며, 상기 웜기어의 회전에 의해 회전하는 회전형 브라켓; 상기 브라켓의 상면에 고정되며, 수중의 수문정보를 측정 또는 수집하는 회전부; 및 상기 몸체에 연결되어 몸체를 부양할 수 있는 부양설비부; 상기 부양설비부의 일측에 구비되며 상기 몸체를 회전시킬 수 있는 제2모터; 상기 부양설비부 내부에 위치하며 부착된 센서에 전원공급을 항상 할 수 있는 전원설비부; 및 상기 센서, 모터 및 전원설비부의 제어와 데이터 통신을 원격지에서 할 수 있도록 하는 무선통신 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성으로 인하여 하천의 지형적인 제약조건 특히 하상의 형상에 구애받지 아니하고, 어느 장소에서나 자유롭게 설치하여 하천의 수중정보를 획득할 수 있으며, 회전제어부 특히 센서 등의 유지보수가 용이한 효과가 있다. 또한 이로 인하여 유량측정을 제어하는 모든 시스템을 원격지에서 조정가능 하도록 구성되었으며, 또한 실시간으로 정보를 수집 분석할 수 있도록 하였다.

몸체, 동력전달수단, 회전형 브라켓, 보호캡, 회전제어부, 부양설비부, 전원설비부, 무선통신 제어부

Description

범용 다기능 하천 수문관측 장치{A general purpose and multifunctional device for river hydrological observation}

도 1은 하천의 수문정보 수집과정을 형상화한 모식도.

도 2는 초음파 유속분포 측정기의 빔 퍼짐 현상을 개선한 경우를 나타내는 사시도.

도 3은 본 발명에 따른 회전제어부를 나타내는 사시도.

도 4는 도 3의 A부분 확대사시도.

도 5는 도 3의 B부분에 회전형 브라켓이 결합된 것을 나타내는 사시도.

도 6은 상부 부양설비부 및 하부 부양설비부를 나타내는 사시도.

도 7은 상부 부양설비부, 하부 부양설비부와 상기 회전제어부와 결합된 형태를 나타내는 사시도.

도 8은 도 7의 C부분 확대사시도.

도 9는 도 7의 D부분 확대사시도.

도 10은 도 7의 상부 부양설비부 내에 설치된 시설물의 사시도.

도 11은 본 발명에 있어서 보호캡이 수중에 입수된 경우에 내부의 주요장비에 물의 영향이 미치지 않음을 나타내는 개념도.

도 12는 본 발명에 있어서 에어 밸브의 작용 국면을 나타내는 개념도.

도 13은 본 발명에 있어서 상부 부양설비부 및 하부 부양설비부의 흘수(吃水) 조절이 가능함을 나타내는 개념도.

도 14는 본 발명에 있어 다기능 하천 수문관측 장치의 구동개념을 표현한 개념도.

도 15는 본 발명에 따른 범용 다기능 하천 수문관측 장비의 제1실시예를 나타내는 설치도.

도 16은 본 발명에 따른 범용 다기능 하천 수문관측 장비의 제2실시예를 나타내는 설치도.

도 17은 본 발명에 따른 범용 다기능 하천 수문관측 장비의 제3실시예를 나타내는 설치도.

도 18은 본 발명에 따른 범용 다기능 하천 수문관측 장비의 제4실시예를 나타내는 설치도.

도 19는 본 발명에 따른 범용 다기능 하천 수문관측 장비의 제5실시예를 나타내는 설치도.

도 20은 본 발명에 따른 범용 다기능 하천수문관측장비의 제6실시예를 나타내는 설치도.

도 21은 본 발명에 따른 범용 다기능 하천 수문관측 장비의 제7실시예를 나타내는 설치도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

몸체 : 10 서보모터 : 20

동력전달수단 : 30 회전형브라켓 : 40

보호캡 : 50 회전부 : 60

상부 부양설비부 : 70 하부 부양설비부 : 80

보조부력장치 : 90 전원공급장치 : 100

고정장치 : 110

본 발명은 범용 다기능 하천 수문관측 장비에 관한 것으로 더욱 상세하게는 하천에 부유하여 상기 장치의 하부에 구비된 센서를 이용한 하천 유량측정은 물론, 수질센서, 카메라 등을 이용하여 하천의 수문정보를 수집하는 장치에 관한 것이다.

일반적인 하천의 수문관측항목에는 수위, 유량, 수질 등이 있는데, 이들의 관측자료는 시시각각 변화하고 있어 매시 측정을 수행해야 하며 대부분의 측정장비는 물 속에서 작동하고 있다. 특히 유량측정은 다양한 타입의 유속계를 이용 유속과 횡단면 정보로부터 유량으로 환산하는 방법이며, 수위를 측정하여 일정한 유량 계산공식에 의하여 유량을 환산하는 웨어나 플륨을 이용하는 방법, 그리고 이러한 직접적인 측정을 하지 않고 간접적으로 유량을 산정하는 방법들이 있다.

유속계에 의한 유량측정방법에서 유량은 유수 단면적과 그 평균유속의 곱으 로 구해지는데, 평균유속은 정해진 간격으로 배치된 측점에서의 유속을 측정하여 정의할 수 있다. 유속계를 이용하여 측정하는 방법에는 유속을 측정하는 측정원의 이동방법에 따라 도보 측정, 선박에 의한 측정, 교량에 의한 측정, Cableway에 의한 측정, 레일에 의한 측정 등이 있다.

먼저, 도보에 의한 측정 방법은 수심이 1m 이하이고, 유속이 1m/sec 이하인 곳에서 시행할 수 있는 대표적인 유량측정 방법이다. 이 방법은 수심이 얕은 곳에서의 작업이지만, 수중에서 이루어지는 관계로 갈수기라 하더라도 안전에 유의하여야 하며, 강우가 계속되고 있거나, 유량이 증가할 우려가 있을 때에는 사용할 수 없다.

다음으로 선박에 의한 측정방법은 하천양안에 로프를 설치한 후, 로프를 이용하여 선박을 이동시키거나 인접한 지역에서 무선제어를 통해 선박을 이동시켜 유속을 측정한다. 선박측정은 안전을 고려하여 가능한 한 하천의 최대유속이 2m/sec 이내의 구간에서만 시행토록 하며, 강우 중이거나 유량이 증가할 우려가 있을 경우에는 다른 측정방법을 선택하여야 한다. 측정 시에는 선박이 물의 흐름을 방해하지 않도록 선두에서 유속을 측정하되 유속계가 수직이 되도록 하여 측정한다.

세 번째로, 교량에 의한 측정방법은 데릭 등에 유속계를 연결하고, 교량 위에서 유속계를 내려서 유속을 측정한다. 이때 유속계가 빠른 유수에 의해 유속계가 기울어지는 현상을 막기 위해 추를 부착하며, 추에 의한 유속측정은 유속의 빠르기를 판단하여 추의 무게를 결정한다. 교량 교각의 영향으로 물의 흐름이 구간마다 많은 차이가 발생할 수 있어 가능하다면 다른 유량측정 방법을 찾는 것이 유리하 며, 불가피한 경우에는 수심측선과 유속측선을 세심하게 설정하여 오차 발생을 최소화하여야 한다.

네 번째로, 케이블웨이에 의한 측정방법은 관측원이 케이블에 탑승하여 직접 유속측정을 시행하는 방법과 원격으로 케이블과 유속계를 조정하여 무인으로 관측하는 방법이 있다. 케이블웨이에 의한 측정은 홍수 및 평수시 등에 항상 측정할 수 있다는 장점이 있다.

마지막으로 레일에 의한 측정방법으로 레일을 이동하는 활차에 유속측정치를 고정시켜 유량측정을 시행하는 방법이다. 이 방법은 레일의 이동방향에 따라 수직이동 방식과 수평이동 방식이 있다. 이 방식은 레일이라는 고정시설물을 이용하는 방법으로 이동거리의 획득 및 외력에 의한 유속측정 장치의 흔들림 교정이 가능하다.

일반적인 하천의 단면형상은 양안의 경사각이 완만하며 경우에 따라 불규칙한 형태의 단면을 갖게 된다. 특수한 단면형태로 어느 한쪽이 거의 수직에 가까운 경우가 있어 수직으로 이동시키는 레일을 사용하여 유량측정을 수행하기도 한다.

그러나 도보에 의한 측정방법, 선박에 의한 측정방법, 교량에 의한 측정방법, 케이블웨이에 의한 측정방법은 장비를 현장에서 이동시키면서 유속측정을 해야하므로, 현장에 인력이 있어야 한다는 단점이 있다. 반면 레일에 의한 유량측정은 제어가 원격으로 가능하고 위치정보의 습득이 용이하여 현장인력이 없이도 측정이 가능하다. 다만 수직이동 방식은 적용할 수 있는 하천형상이 한쪽 면이 수직에 가까울 때 경제적인 방식으로, 한쪽 면이 수직에 가깝지 않은 경우 하천에 기둥과 같 은 구조물을 동시에 설치해야하므로 일반적인 하천에서는 그 설치방법이 비경제적이다. 또한 수평이동 방식은 레일을 설치하기 위해 기존의 교량 등의 구조물을 사용할 수도 있으나 교량이 없는 하천에서는 유량측정을 위해 하천을 횡단하는 구조물을 설치해야 하므로 비경제적인 방법일 수 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하고자 안출한 것으로 하천의 단면형상의 제약을 받지 않고, 횡단구조물이 없는 곳에도 자유롭게 설치하여 현장에 인력을 보내지 않고도 경제적인 방식으로 무인측정시스템을 통해 하천의 수문정보를 획득할 수 있도록 하기 위함이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 하천 등의 깊이방향으로 설치되며, 내부가 빈 통형상의 몸체; 상기 몸체의 상부 일측에 구비되는 서보모터; 상기 몸체의 상부 및 상기 서보모터를 감싸고 하부가 개방된 보호캡; 상기 서보모터의 회전력을 전달하는 동력전달수단; 상기 몸체의 내부 타측에 구비되며, 상기 동력전달수단으로부터 회전력을 전달받아 회전하는 웜 및 웜기어; 상기 몸체의 외부 타측에 구비되며, 상기 웜기어의 회전에 의해 회전하는 회전형 브라켓; 상기 브라켓의 상면에 고정되며, 수중의 수문정보를 측정 또는 수집하는 회전부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 서보모터의 회전력을 전달하는 상기 동력전달수단은 상기 서보모터에 구비된 기어, 상기 기어에 치합하여 회전하는 벨트풀리(belt pulley) 및 벨트, 상기 벨트풀리의 회전에 의해 회전하는 웜 및 웜기어인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 회전형 브라켓의 상면에 안착되며, 상기 회전형 브라켓의 상하방향을 회전축으로 하여 회전하는 센서안착부가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 회전형 브라켓의 일측에 구비되며 상기 센서안착부를 좌우회전시키는 회전부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 회전부의 회전각을 제어하고, 회전각과 유속분포측정센서로부터 수집한 유속정보를 사용하여 정밀유량법을 통해 하천의 유량정보를 직접 획득하는 시스템이 포함되는 것을 특징으로 한다. 아울러,본 발명의 하천유량측정방법은 상기 회전부를 상기 서보모터를 통해 회전시키는 단계와 회전된 센서로부터 센서가 바라보는 방향의 유속분포를 측정하는 단계를 반복수행하는 단계, 측정된 회전각과 유속분포 데이터를 통해 크리깅 기법과 유량산출기법을 이용하여 유량을 산출하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 몸체의 중심부에 힌지결합부가 구비되며, 상기 힌지결합부에 체결되고, 일측에 절개부가 형성된 부양설비부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 부양 설비부의 저면에 구비되며, 그 내부에 물 또는 추를 채울 수 있는 하부 부양설비부가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 몸체의 외부에 길이방향으로 래크(rack)가 구비되고, 상기 몸체 의 외부에 구비된 연결부에 구비되며 상기 래크와 치합되는 피니언(pinion)을 회전시켜 상기몸체를 위로 들어올릴 수 있는 제1모터가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 부양설비부의 상측에 구비되며, 상기 연결부의 일측에 구비된 힌지에 체결되어 상기 연결부 및 상기 몸체를 회전시켜 몸체에 연결된 회전부를 물 위로 노출시켜주는 제2모터가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 부양설비부의 그 절개부에 힌지부가 구비되며, 상기 부양설비부에는 상기 힌지부에 체결되는 보조부력장치가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 부양설비부의 내부에 전원공급장치가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전원공급장치는 상기 부양설비부의 내부에 구비된 연료에 의해서 구동되는 발전기, 상기 발전기에 의해 생산된 전력을 충전하는 배터리, 상기 배터리의 전력을 상기 모터, 센서 및 무선통신제어부에 안정적으로 공급하는 무정전 전원공급장치(Uninterruptible Power Supply)로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 발전기는 원격지에서 배터리의 전력잔량을 확인하고 필요할 경우 원격지에서 발전기의 구동을 시킬 수 있는 회로가 포함되는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부한 도면을 참고로 본 발명을 상술하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 회전방식의 하천유량측정개념을 나타내는 도면이며, 도 2는 초음파 유속분포 측정기의 빔 퍼짐 현상을 개선한 경우를 나타내는 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 회전제어부를 나타내는 사시도이며, 도 4는 도 3의 A부분 확대사시도이고, 도 5는 도 3의 B부분에 회전형 브라켓이 결합된 것을 나타내는 사시도이다. 또한, 도 6은 부양설비부 및 하부 부양설비부를 나타내는 사시도이며, 도 7은 부양설비부, 하부 부양설비부와 상기 회전제어부가 결합된 형태를 나타내는 사시도이다. 그리고 도 8은 도 7의 C부분 확대사시도이며, 도 9는 도 7의 D부분 확대사시도이고, 도 10은 도 7의 상부 부양설비부 내에 설치된 시설물의 사시도이며, 도 11은 도 3의 A 부분이 잠수시 내부의 서보모터 등이 방수가 되는 것을 나타내는 사시도이며, 도 12는 도 6의 상부 부양설비부가 물에 잠기더라도 상부 부양설비부에 물이 유입되지 않는 것을 나타내는 사시도이며, 도 13은 도 6의 상부 부양설비부의 내부에 물을 넣어 흘수(吃水)의 조절이 가능함을 나타낸 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이 상기한 목적을 달성하기 위해 수중에서 초음파 유속분포 측정기(92)를 회전시켜 하천횡단상의 모든 지점의 유속분포를 측정할 수 있도록 함이 특징이다. 즉 초음파 유속분포 측정기(92)를 지정된 각도로 회전시킨 후 정지하여 주어진 회전각에 해당되는 하천 횡단선상의 유속분포를 측정하고 다음단계로 지정된 각도로 회전시킨 후 정지하여 주어진 회전각에 해당되는 하천 횡단선상의 유속분포를 측정하는 일련의 과정을 거쳐 수집한 자료를 바탕으로 하천 전단면의 유속분포를 측정하고 크리깅 등의 기법을 활용하여 정밀유량법에 의해 유량을 환산한다.

한편, 상기 초음파 유속분포 측정기(92)에서 발사되는 빔의 퍼짐현상은 상기한 바와 같이 초음파 유속분포 측정기(92)를 회전할 경우 하천의 폭이 수심에 비해 넓은 경우 측정영역이 줄어들게 된다. 본 발명은 이러한 현상을 줄이기 위해 도 2에 도시된 바와 같이 우레탄과 고무로 이루어진 원통형의 관(91)을 빔이 발사되는 곳에 부착하여 빔의 직진성을 확보하고 하폭이 넓은 곳에서도 측정영역을 확보할 수 있는 것을 특징으로 한다.

도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 하천 등의 깊이방향으로 설치되며, 내부가 빈 통형상의 몸체(10); 상기 몸체(10)의 상부 일측에 구비되는 서보모터(20); 상기 몸체(10)의 상부 및 상기 서보모터(20)를 감싸고 하부가 개방된 보호캡(50); 상기 서보모터(20)의 회전력을 전달하는 동력전달수단(30); 상기 몸체(10)의 내부 타측에 구비되며, 상기 동력전달수단(30)으로부터 회전력을 전달받아 회전하는 웜(35) 및 웜기어(34); 상기 몸체(10)의 외부 타측에 구비되며, 상기 웜기어(34)의 회전에 의해 회전하는 회전형 브라켓(40); 상기 브라켓(40)의 상면에 고정되며, 수중의 정보를 측정 또는 수집하는 회전부(60); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 몸체(10)의 내부는 빈 통형상이며, 상기 서보모터(20)에 의한 동력을 동력전달수단(30)에 의해 상기 몸체(10)의 일측으로부터 타측으로 전달하기 용이하도록 원통형상인 것이 바람직하다.

상기 서보모터(20)는 서보모터인 것이 바람직하며 일측 또는 상부에 감속 기(21)가 더 구비되어, 하기하는 회전형 브라켓(40)의 회전정도를 정교하게 제어할 수 있으며, 회전력을 증가시킬 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

상기 보호캡(50)은 상기 몸체(10)전체가 물에 잠기더라도 상기 서보모터(20)가 물에 닿지 않도록 함이 바람직하다. 즉 도 11에 도시된 바와 같이 물이 상기 몸체(10)의 하부로부터 물이 차오를 때 상기 보호캡(50)의 하부에서부터 물이 들어오게 되는데, 상기 보호캡의 내부에 갖힌 공기의 압력으로 차오르는 물을 밀어내는 역할을 하도록 함이 바람직하다. 이를 위하여 상기 보호캡(50)은 하부가 넓고 상부가 좁으며 최상부의 형상은 돔형인 모자형태가 바람직하다. 또한 이러한 형상으로 인해 상기 보호캡(50)의 내부가 공기순환이 가능하므로 물방울이 생기는 것을 방지할 수 있을 것이다.

도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 서보모터(20)의 구동력을 전달받은 타측 회전축(36)은 상기 몸체(10)의 수직방향으로 회전하게 된다. 상기 회전축(36)과 연결되어 있는 웜(35) 및 상기 웜(35)에 치합된 웜기어(34)를 통해 회전형 브라켓(40) 또한 마찬가지로 상기 몸체(10)의 수직방향으로 회전하게 된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 회전형 브라켓(40)에 있어서 그 말단부에 4개의 봉(45)이 구비되어 있어 하기하는 회전부(60)에 센서의 고정설치를 용이하도록 함이 바람직하다.

상기 회전형 브라켓(40)의 상면에 구비되는 상기 회전부(60)는 구체적으로 도시하지 않았으나 다양한 센서, 즉 유속센서, 수질센서 등을 부착하여 사용할 수 있으며, 수중의 정보를 알 수 있도록 수중카메라, CCTV 등을 부착할 수도 있다.

도3 또는 도4에 도시된 바와 같이 상기 서보모터(20)의 회전력을 전달하는 상기 동력전달수단(30)은 상기 서보모터(20)에 구비된 기어, 상기 기어에 치합하여 회전하는 벨트풀리(belt pulley, 33) 및 벨트(32)인 것을 특징으로 한다.

즉 상기 몸체(10)의 상부 일측에 구비된 서보모터(20)에 구비된 기어는 베벨기어(31)를 사용하였으며, 체인 및 체인에 연결되어 회전하는 스프로킷으로 하부 회전형 브라켓(40)이 회전 가능할 것이나, 수중에서 회전하는 점을 고려하면 상기 베벨기어(31)에 의해 치합되어 회전하는 벨트풀리(33)에 의해 하측에 구비된 벨트풀리(37)로 회전력이 전달될 수 있도록 벨트 전동된다. 여기서 상기 벨트(32)는 타이밍벨트인 것이 바람직하다. 이러한 구성으로 인하여 상기 서보모터(20)로 상기 회전형 브라켓(40)의 회전정도를 정밀하게 제어할 수 있도록 하였다. 또한 상기 타이밍벨트로부터 회전력을 전달받는 회전축(36)은 웜(35)과 연결되어 웜기어(34)가 부착된 회전형 브라켓(40)을 회전시킬 수 있도록 하였다. 이러한 구성으로 회전형 브라켓을 회전시키는 동력이 일방향으로 전달되어 상기 서보모터(20)의 비상정지시 회전부(60)의 자중에 의해 회전부가 임의의 각으로 회전하는 것을 방지하였다.

도 5에 도시된 바와 같이 상기 회전형 브라켓(40)의 상면에 안착되며, 상기 회전형 브라켓(40)의 상하방향을 회전축으로 하여 회전하는 센서안착부(41)가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

이러한 센서안착부(41)는 상기 회전형 브라켓(40)의 상하방향 또는 물의 깊 이방향을 회전축으로 하여 회전하게 된다. 이러한 회전은 모터(미도시)등을 이용하여 자동회전이 가능할 것이나, 본 발명의 유량측정방식에서 이러한 회전은 최초설치시에만 하면되므로 상기 센서안착부(41)의 일측에 구비된 볼트(42)를 통하여 회전 전후에 고정시키는 역할을 할 수 있도록 수동조작을 함이 바람직하다. 이러한 회전에 있어서 회전각은 90도 정도로 한다.

도 5에 도시된 바와 같이 상기 회전형 브라켓(40)의 일측에 구비되며 상기 센서안착부(41)를 좌우 회전시키는 회전판(43)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

즉 상기 회전판(43)은 상기 회전형 브라켓(40)의 양단부에 고정설치되어 있으며, 상기 센서안착부(41)와 연결되어 있다. 상기 회전판(43)의 회전판에는 회전 가능하도록 회전 안내공(44)이 구비되어 있어 상기 센서안착부(41)가 회전할 수 있도록 되어 있다. 이러한 회전에 있어서 회전각은 약 10도 내외로 하여 하천횡단면에서 크게 벗어나지 않은 방향으로 유속분포 측정이 가능하게 한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기와 같은 회전형 브라켓(40)의 회전, 센서안착부(41)의 회전, 회전판(43)의 회전 등, 총 3축 회전이 가능하다. 이는 회전부(60)에 부착되는 센서의 일종인 초음파유속분포측정기의 특성상 하천단면 전체를 조망하는 방향이더라도 파의 진행을 방해하는 요소가 있으면 그 이후의 측정성과를 활용하지 못하는 단점이 있었으나, 3축 회전을 통한 센서의 회전으로 이미 만들어진 구조물 혹은 수면에 의해 파가 차단되지 않도록 센서의 각도를 조절할 수 있도록 하였다.

또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 몸체(10)의 중심부에 구비된 연결부(11)에 힌지(17)가 구비되며, 상기 힌지(17)에 체결되고, 일측에 절개부(71)가 형성된 상부 부양설비부(70)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 상부 부양설비부(70)는 이동시 발생할 수 있는 상향력 및 하향력이 동일하도록 하여 수류(水流)에 의한 부양설비부의 기울어짐을 방지할 수 있도록 하였다. 일반적으로 배에 부딪치는 유속에 의해 발생하는 상하향력이 불균형적으로 발생하면 배가 기울어질 수 있으나, 본 발명에서는 부양설비부의 위로 기울어진 부분의 면적과 아래로 기울어진 부분의 면적을 상하향력이 균형을 이루도록 설계하여 유체의 흐름에도 불구하고 부양설비부의 기울어짐이 없도록 할 수 있는 것이 특징이다.

또한 상기 상부 부양설비부(70)의 상면 양측에는 에어 밸브(air valve, 73)가 구비되어 있다. 이러한 에어밸브는 내부에 있는 공기의 순환을 돕는 역할을 수행할 것이며, 액체가 상기 상부 부양설비부(70)의 내부에 물이 유입되는 것을 막을 수 있는 기능을 수행한다. 일반적으로 에어 밸브는 밸브내부에 액체 및 공기가 채워진 경우 공기를 유출시키기 위한 목적으로 사용된다. 그러나 도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 이를 역으로 이용하여 밸브내부에 물이 유입되는 경우 밸브의 구멍을 막음으로써 상기 상부 부양설비부(70)의 내부에 물이 유입되는 것을 방지하기 위함이다. 이러한 에어밸브의 구조 및 성능에 대해서는 당업자의 입장에서는 자명할 것이므로 여기서는 상술을 피하도록 한다.

또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 상부 부양설비부(70)의 저면에 구비되며, 그 내부에 물 또는 추 등을 채울 수 있는 하부 부양설비부(80)가 더 구비되는 것을 특징으로 한다. 이때 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 상부 부양설비부(70) 및 상기 하부 부양설비부(80)가 물에 잠기는 흘수(吃水)를 조절할 수 있도록 별도의 소형펌프를 사용하여 상기 하부 부양설비부(80)에 물을 채우고 빼낼 수 있도록 하여 다양한 수심의 하천에 설치할 수 있도록 하였다.

상기 상부 부양설비부(70)와 상기 하부 부양설비부(80)는 상호 체결되며 다양한 하천에 적용됨을 감안하여 조립되는 형식이 바람직할 것이다. 상기 하부 부양설비부(80)는 하천에 부유하는 것을 돕기 위한 것으로, 그 내부에 물 또는 추 등을 채워 무게중심을 낮추어 범용 다기능 하천 수문관측 장치가 부유할 경우 전복되는 것을 방지한다.

도 6 또는 도 7에 도시된 바와 같이 상기 상부 부양설비부(70)의 양측에 상기 상부 부양설비부(70)가 좌우로 흔들리는 현상을 최소화 할 수 있도록 부상부체(112)가 더 구비되는 것이 바람직하다. 상기 부상부체(112)는 다양한 형태로 상부 부양설비부(70)의 양측에 일정간격을 띄워 구비될 수 있으며, 다만 도 6 또는 도 7에서는 그 형태를 고려하여 곡선형으로 도시하였다. 또한 이러한 부상부체(112)는 그 내부에 물이 유입되지 않도록 하되 중량을 줄이기 위해 내부가 빈 관 형이 바람직하다.

또한, 도 7 및 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 몸체(10)의 외부에 길이방향으로 래크(12)가 구비되고, 상기 몸체의 외부에 구비된 연결부(11)에 구비되며 상기 래크(rack, 12)와 치합하는 피니언(pinion, 13)을 회전시키는 제1모터(14)가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

보다 구체적으로 도 9에 도시된 바와 같이, 제1모터(14)가 상기 연결부(11)에 구비됨으로써 상기 몸체(10)를 상하로 이동시킬 수 있게 된다. 상기 제1모터(14)의 일측에 손잡이(15)가 부착되어 있어 수동으로 상기 몸체(10)의 하부에 구비된 회전형 브라켓(40) 및 회전부(60)의 수중에 잠기는 높이를 조절할 수 있게 된다. 상기 제1모터(14)에 있어서 그 일측에 감속기가 더 구비되어 몸체(10)의 상하운동을 하는데 있어서 정밀하게 조정할 수 있도록 함이 바람직하다.

또한, 상기 상부 부양설비부(70)의 상측에 구비되며, 상기 연결부(11)의 일측에 구비된 힌지에 체결되어 상기 연결부(11) 및 상기 몸체(10)를 회전시키는 제2모터(16)가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

상기 제2모터(16)는 상기 상부 부양설비부(70)의 상부 중앙 일측에 구비된다. 상기 제2모터(16)의 회전으로 인하여 상기 몸체(10) 전체를 상기 상부 부양설비부(70)의 수평 또는 수직으로 회전시킬 수 있게 된다. 이러한 구성으로 인하여 수중에 입수하여 상기 회전부(60)의 유지 및 보수가 곤란한 점을 보완할 수 있을 것이다. 즉, 상기 몸체(10)의 하부에 구비된 회전부(60)를 수면위에 올리기 위해서 상기 제2모터를 회전시킨 후, 상기 회전부(60)를 장착하는 회전형 브라켓(40)의 회전각도를 조절할 수 있을 것이며, 상기 상부 부양설비부(70)에 사람이 올라타거나, 또는 본 발명에 의한 장치를 육상으로 꺼내어 상기 회전부(60)의 유지, 보수 및 교환하는데 있어 용이하게 할 수 있게 된다.

또한, 도 10에 도시된 바와 같이 상기 상부 부양설비부(70)의 내부에 전원공급장치(100)가 더 구비되는 것을 특징으로 한다. 상기 전원공급장치(100)는 상기 상부 부양설비부(70)의 내부에 구비된 연료에 의해서 구동되는 발전기(101), 상기 발전기(101)에 의해 생산된 전력을 충전하는 배터리(102), 상기 배터리(102)의 전력에 의해 작동하는 무정전 전원공급장치(Uninterruptible Power Supply, UPS, 103)인 것을 특징으로 한다.

상기 전원공급장치(100)는 상기 서보모터(20) 및 상기 회전부(60)에 전력을 공급하며, 원격제어하기위해 필요한 전력을 공급하기위한 장치로 파랑에 의한 전원공급장치의 누전을 막기 위해 상부 부양설비부(70)의 내부에 구비하고 방수처리함이 바람직하다. 상기 상부 부양설비부(70)의 내부에 연료통(104)이 구비되어 있으며 상기 연료통(104)의 내부에 점검주기를 감안하여 충분한 양의 연료를 담을 수 있다. 또한 상기 연료를 바탕으로 배터리의 전력이 부족할 경우 상기 발전기(101)에서 생산된 전력을 배터리(102)를 충전시킨다. 상기 무정전 전원공급장치(UPS, 103)는 상용 전원에서 발생 가능한 전원 장애를 극복하여 양질의 안정된 교류 전력 을 공급하는 장치로서, 일반 전원 또는 예비 전원 등을 사용할 때 전압 변동, 주파수 변동, 순간 정전, 과도 전압 등으로 인한 전원 이상을 방지하고 항상 안정된 전원을 공급하여 주는 장치이다. 상기와 같은 전원공급장치(103)로 인하여 안정적이고 지속적인 수중의 수문정보를 수집할 수 있도록 하였다. 즉 발전기(101)에서 생산된 전력을 배터리(102)에 충전시키고, 상기 배터리(102)에 저장된 전력을 회전부(60) 즉 각종 센서에 전달하는 역할을 수행하게 된다.

또한, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 상부 부양설비부(70)의 그 절개부(71)에 힌지(72)가 구비되며, 상기 상부 부양설비부(70)에는 상기 힌지(72)에 체결되는 보조부력장치(90)가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

상기 보조부력장치(90)는 상기 상부 부양설비부(70)의 절개부(71)가 부력을 받지 못하는 것을 고려하여 구비되는 것으로서 상기 몸체(10)의 하부에 구비된 회전부(60)가 입수된 후 상기 보조부력장치(90)를 체결함이 바람직할 것이다.

본 발명의 실시에 있어 물리적 안정성을 획득하기 위해 부력에 대한 안정성, 전도에 대한 안정성, 파랑에 대한 안정성을 검토하여 부양설비부의 형태와 크기를 결정함이 바람직하다.

본 발명에 따른 하천 정보 수집 장치의 작동기작을 상술하면 다음과 같다. 도 14에 도시된 바와 같이, 수중에 입수된 회전부에서 수집된 정보를 먹스(MUX, multi-plexer)에 전달되며, CDMA 통신 또는 근거리 무선통신을 이용하여 본부(본 사)나 상기 하천 정보 수집 장치의 근처에 설치된 스테이션(STATION, 현지국사) 전달하여 자료 및 명령어를 송수신하는 형태로 사용될 수 있다.

이하 첨부한 도면을 참고로 다양한 실시예를 기술한다. 도 15는 본 발명에 따른 범용 다기능 하천 수문관측 장치의 제1실시예를 나타내는 설치도이며, 도 16은 본 발명에 따른 범용 다기능 하천 수문관측 장치의 제2실시예를 나타내는 설치도이고, 도 17은 본 발명에 따른 범용 다기능 하천 수문관측 장치의 제3실시예를 나타내는 설치도이다. 그리고 도 18은 본 발명에 따른 범용 다기능 하천 수문관측 장치의 제4실시예를 나타내는 설치도이며, 도 19은 본 발명에 따른 범용 다기능 하천 수문관측 장치의 제5실시예를 나타내는 설치도이고, 도 20는 본 발명에 따른 범용 다기능 하천 수문관측 장치의 제6실시예를 나타내는 설치도이고, 도 21은 범용 다기능 하천 수문관측 장치의 제7실시예를 나타내는 설치도이다.

(실시예 1~3)

도 15 내지 도 17에 도시된 바와 같이, 먼저, 수중에 고정시켜서 센서가 하천바닥에서 항상 일정한 위치에 있도록 하는 방법이다. 특히 도 15 및 도 16에 도시된 방법을 사용하게 되면 수중의 고정장치(110)가 세굴현상에 의해 수중에 드러나지 않도록 주의해야 한다.

또는 도 17에 도시된 방법을 사용하게 되면 교량의 교각의 하부(111)에 설치하는 방법이다. 몸체(10)를 최저수면보다 아래쪽에 고정하여 연속적인 측정이 이루 어질 수 있도록 해야 한다. 그리고 이 경우 몸체(10)가 완전히 물에 잠기더라도 보호캡 내부의 모터가 방수되도록 상기 보호캡의 제작에 주의가 필요하다.

(실시예 4)

도 18에 도시된 바와 같이, 상부 부양설비부(70)에 몸체(10)를 체결하여 일정위치에 떠 있게 하는 방법이다. 이때 상부 부양설비부(70)의 위치는 수심과 하폭의 비율을 감안하여 설치하여야 한다. 이 경우 상부 부양설비부(70)가 예상치 못한 방향으로 회전 및 이동할 수 있으므로 자세센서(compass)와 GPS를 상기 상부 부양설비부(70)에 더 구비함이 바람직하다.

(실시예 5~7)

또는 도 19에 도시된 바와 같이, 하천의 저면과 와이어 등을 이용하여 상호 연결하여 하천에 설치할 수도 있을 것이다. 이때 상부 부양설비부(70)와 몸체(10)가 전도되는 것을 방지하기 위해 상부 부양설비부(70)의 전후방에 와이어가 연결된 부표를 띄워 부양설비부를 전후방향으로 잡을 수 있도록 함이 바람직하다. 또는 도 20, 21에 도시된 바와 같이, 교량의 교각에 상기 부양설비부를 와이어로 연결하여 고정시키는 방법이 있다. 이때에도 마찬가지로 부양설비부와 몸체가 전도되지 않도록 전후방에 와이어가 연결된 부표를 띄워 연결함이 바람직하다. 이때에는 회전제어부의 위치가 좌우로 움직이지 않도록 하천의 저면에 고정시키는 고정장치가 필요할 수도 있다.

상기 모든 실시예에 공통적으로, 물속에 잠겨 있는 회전부 및 회전장치를 유지보수하기 위해 몸체전체를 90도회전할 수 있도록 부양설비부의 상부에 모터를 구비하였으며, 이때 보트 혹은 부양설비부에서 직접 회전제어부를 유지 보수할 수 있다.

상기와 같은 구성으로 인하여 하상의 형상에 구애받지 않고, 어느 장소에나 자유롭게 본 발명품을 설치할 수 있으며, 잠수 상태에서도 방수가 될 수 있어 홍수기 수면이 높아지는 현상이 발생하여도 대응할 수 있는 효과가 있다. 또한 무선통신을 통한 원격제어로 유선망이 구축될 수 없는 지역에서도 현장의 인력이 없이 수문관측이 가능하도록 하였으며, 실시간으로 수문정보를 수집 분석할 수 있도록 하였다.

Claims (16)

1. 하천 등의 깊이방향으로 설치되며, 내부가 빈 기둥형상의 몸체(10);

   상기 몸체의 상부 일측에 구비되는 서보모터(20);

   상기 몸체의 상부 및 상기 서보모터를 감싸고 하부가 개방된 보호캡(50);

   상기 서보모터의 회전력을 전달하는 동력전달수단(30);

   상기 몸체의 타측 내부에 구비되며, 상기 동력전달수단으로부터 회전력을 전달받아 회전하는 웜(35) 및 웜기어(34);

   상기 몸체의 외부 타측에 구비되며, 상기 웜기어(34)의 회전에 의해 회전하는 회전형 브라켓(40);

   상기 브라켓의 상면에 고정되며, 수중의 정보를 측정 또는 수집하는 장치를 포함하는 회전부(60);

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 범용 다기능 하천 수문관측 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   회전부(60)에는 수중 정보 측정 또는 수집하는 장비로 초음파 유속분포 측정기(92)가 구비되며, 상기 초음파 유속분포 측정기의 빔 전면부에 우레탄과 고무를 이용한 원통형의 관(91)을 설치할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 범용 다기능 하천 수문관측 장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 서보모터(20)의 회전력을 전달하는 상기 동력전달수단(30)은 상기 서보모터에 구비된 베벨기어(31), 상기 기어에 치합하여 회전하는 벨트풀리(belt pulley, 33) 및 벨트(32), 상기 벨트풀리(33)의 회전에 의해 회전하는 웜(35) 및 웜기어(34)인 것을 특징으로 하는 범용 다기능 하천 수문관측 장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 회전형 브라켓의 상면에 안착되며, 상기 회전형 브라켓의 상하방향을 회전축으로 하여 회전하는 센서안착부(41)가 더 구비되어 초음파가 발사되는 사이각을 조정할 수 있는 것을 특징으로 하는 범용 다기능 하천 수문관측 장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 회전형 브라켓의 일측에 구비되며 상기 센서안착부를 좌우회전시키는 회전판(43)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 범용 다기능 하천 수문관측 장치.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 보호캡(50)은 홍수시 계측장비가 물속에 전체가 들어가도 내부에 구비된 모터(20, 21) 등을 보호할 수 있도록 하부가 넓고 상부가 좁으며 최상부는 돔형인 것을 특징으로 하는 범용 다기능 하천 수문관측 장치.
7. 제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 몸체의 중심부에 구비된 연결부에 힌지가 구비되며, 상기 힌지결합부에 체결되고, 일측에 절개부가 형성된 상부 부양설비부(70)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 범용 다기능 하천 수문관측 장치.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 상부 부양 설비부(70)의 저면에 구비되며, 상부 부양설비부(70)의 상향력과 하향력이 균형을 이루어 부이의 속도와 하천유속이 변화하는 상황에도 평형을 유지할 수 있도록 그 내부에 물 또는 납 등을 채울 수 있는 하부 부양설비부(80)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 범용 다기능 하천 수문관측 장치.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 몸체의 외부에 길이방향으로 래크(12)가 구비되고, 상기 몸체의 외부에 구비된 연결부(11)에 구비되며 상기 래크(rack)와 치합되는 피니언(pinion, 13)을 회전시키는 제1모터(14)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 범용 다기능 하천 수문관측 장치.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 상부 부양 설비부(70)의 상측에 구비되며, 상기 연결부의 일측에 구비된 힌지에 체결되어 상기 연결부 및 상기 몸통을 회전시키는 제2모터(16)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 범용 다기능 하천 수문관측 장치.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 상부 부양 설비부(70)의 내부에 전원공급장치(100)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 범용 다기능 하천 수문관측 장치.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 전원공급장치는 상기 상부 부양 설비부(70)의 내부에 구비된 연료에 의해서 구동되는 발전기(101), 상기 발전기에 의해 생산된 전력을 충전하는 배터리(102), 상기 배터리의 전력에 의해 작동하는 무정전 전원공급장치(Uninterruptible Power Supply, 103)인 것을 특징으로 하는 범용 다기능 하천 수문관측 장치.
13. 제 12 항에 있어서,

    상기 상부 부양 설비부(70)의 그 절개부에 힌지부가 구비되며, 상기 부양설비부에는 상기 힌지부에 체결되는 부력보조장치(90)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 범용 다기능 하천 수문관측 장치.
14. 제 13 항에 있어서,

    액체가 상기 상부 부양설비부(70)의 내부에 유입되는 것을 방지하기위한 상기 상부 부양설비부(70)의 상면 양측에 에어 밸브(air valve, 73)가 더 구비되어 부체가 침수되더라도 물이 유입되지 않도록 설계된 것을 특징으로 하는 범용 다기능 하천 수문관측 장치.
15. 제 14 항에 있어서,

    상기 상부 부양설비부(70)의 양측에는 상기 상부 부양설비부(70)가 좌우로 흔들리는 현상을 최소화 할 수 있도록 부상부체(112)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 범용 다기능 하천 수문관측 장치.
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