KR100954605B1 - 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이송관을 포함하는 배관시설을 임의로 파손시켜 이루어지는 도유 또는 배관 내용물의 탈취 위치를 정확하고 빠르게 감지하여 배관손상 또는 배관 내용물 탈취행위를 조기에 차단시킬 수 있도록 하기 위한 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템을 제공한다. 이와 같은 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템(10)은 제 1 검출 유니트(20), 제 2 검출 유니트(40) 및 중앙 제어서버(60)를 구비하여, 배관손상 또는 배관 내용물 탈취 시 발생되는 드릴링과 굴착 관련 미세 신호를 실시간으로 상시 수집하여 도유 여부 및 위치를 파악하고, 배관손상 또는 도유로 판정되는 경우 경보를 울리고, 해당 관리자가 즉각적으로 대처할 수 있도록 한다. 이때, 제 1 검출 유니트(20)는 송유 또는 배관 내용물 이송을 위해 설치되는 스테이션과 스테이션 사이에서 이송관(1)에 정해진 간격으로 설치되고, 이송관(1)에 부착되어 설치되는 진동센서(22)와, 이 진동센서(22)로부터 검출신호를 입력받아 처리하여 외부로 송신하기 위한 제 1 신호처리부(30)를 갖는다. 제 2 검출 유니트(40)는 제 1 검출 유니트(20)가 설치되는 이송관(1)의 양측 스테이션에 각각 설치되고, 이송관(1)에 부착되어 설치되는 지진계(42)와, 이 지진계(42)로부터 입력되는 검출신호를 입력받아 처리하여 외부로 송신하고 제 1 검출 유니트(20)로부터 수신된 검출신호를 수신하여 외부로 송신하기 위한 제 2 신호처리부(50)를 갖는다. 그리고, 중앙 제어서버(60)는 이송관(1)의 배관손상 또는 배관 내용물 탈취 여부를 검출하기 위한 진단 프로그램(62)을 갖고, 이 진단 프로그 램(62)의 구동을 통해 제 2 검출 유니트(40)로부터 수신된 검출신호를 처리하여 이송관(1)의 배관손상 또는 배관 내용물 탈취 여부 및 위치를 획득한다. 이와 같은 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템에 의하면, 배관손상 또는 배관 내용물 탈취가 되기 전에 먼저 경보를 울려 신속하게 대응할 수 있도록 하므로 배관손상 또는 배관 내용물 탈취로 인한 자원 손실, 에너지 손실과 기름 혹은 가스 유출로 인한 환경오염을 사전에 예방할 수 있도록 한다. 특히, 유지보수인력이 상주하거나 접근하기 어려운 곳도 센서 네트워킹 기술을 통해 거의 모든 구간에 대해 실시간으로 감시할 수 있어 자원 손실로 인한 경제적 피해와 인명피해를 막을 수 있고, 누유나 배관 내용물 누출로 인한 토지 및 수질 등 환경파괴와 복구비용을 절감할 수 있으며, 배관손상 또는 배관 내용물 탈취 감시를 위한 패트롤 운영에 따른 인건비 및 경비를 절감할 수 있다.

Description

유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템{REAL-TIME DETECTION SYSTEM FOR PIPELINE BASED ON UBIQUITOUS-INFORMATION TECHNOLOGY}

본 발명은 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 이송관을 임의로 파손시켜 이루어지는 배관손상 또는 배관 내용물 탈취의 위치를 정확하고 빠르게 감지하여 도유행위나 배관 내용물 탈취행위를 조기에 차단시킬 수 있도록 하므로써, 배관손상 또는 배관 내용물 탈취로 인한 자원낭비, 에너지 손실과 기름 혹은 가스 유출로 인한 환경오염을 사전에 예방할 수 있도록 하기 위한 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템에 관한 것이다.

이송관을 포함하는 배관시설 중 특히 송유관은 악천후나 도로 정체 등의 영향을 받지 않는 전천후 수송수단으로서, 유조차 운행으로 인한 문제점{도로 교통량, 도로파손, 배기가스에 의한 대기오염 등}을 해소하고, 유조선 사고로 인한 해양오염을 방지하며, 전시나 유사시 유류 수송시설로 적용될 수 있다는 점에서 광범 위하게 확충되고 있는 사회기반시설이다.

이와 같은 송유관의 유지관리측면에서 가장 중요한 요소 중의 하나는 송유관의 누유(漏油)를 효과적으로 방지하는 것이다. 이때, 송유관에서 발생되는 누유의 원인에는 송유관용 배관이 부식 등으로 노후화되어 배관의 파손으로 인해 기름이 누출되는 경우, 지진 등 지반의 변동에 의하여 배관이 손상되어 누출되는 경우, 송유관 도유 또는 임의의 제3자에 의해 손상되는 경우 등이 있다. 그리고, 송유관의 파손으로 인한 기름의 유출은 경제적인 손실뿐만아니라 유출 지역의 환경에도 큰 악영향을 미치게 된다.

이와 같은 송유관의 누유문제를 효과적으로 해결하고자 하기 위한 기술로, 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-0906922호 "유량계 측정오차를 보정하여 누유를 감지하는 방법 및 장치", 제10-0906937호 "4개지점에서 측정된 압력값으로부터 누유위치를 추정하는 방법 및 장치" 및 제10-0906936호 "송유관 내의 유종별 전달상수에 의한 양 지점간 감지시간의차이를 이용하는 누유위치 추정방법 및 장치" 등이 제안되어 있다.

한편, 일반적인 송유관의 누유문제는 지속적인 관리와 보수를 통해 어느 정도 예측하고 해소할 수 있으나, 송유관에 구멍을 내어 도유(盜油)를 하는 경우에는 이와 같은 유지보수의 측면에서 예측이 불가능한 문제점이 있다. 특히, 유가가 급 등하고, 경제상황의 악화와 실업률증가 등으로 인한 사회불안요인으로 인해 송유관을 훼손하고 도유하는 사건이 증가하고 있어 이를 초기에 검출하고 대응할 수 있는 방안이 요구되고 있다. 또한, 도유에 의한 기름 유출은 다른 경우의 송유관 파손과 달리 기름 유출을 초기에 막을 수 없기 때문에 기름의 대량 유출에 따른 토양 및 수질 등의 환경파괴를 최소화시킬 수 없는 문제점이 있는 것이다.

이와 같은 송유관 파손을 통한 도유의 문제는 종래기술을 적용해서 효과적으로 해결하기 어려운 문제점이 있다. 즉, 이들은 기본적으로 전술한 종래기술과 같이 유량/압력 변화에 따른 누수 검출 시스템(LDS; Leak Detection System)과 감시 제어 및 데이터 취득 시스템(SCADA; supervisory control and data acquisition)이 주로 적용되고 있는데, 이와 같은 종래기술은 도유가 이루어지고 난 다음의 누유에 대해서 감시가 이루어진다는 점에서 예측 불가능한 지점에서 임의적으로 발생되는 도유와 같은 경우 초기의 빠른 대응이 어려운 것이다.

따라서, 본 발명자는 송유관을 포함하는 배관시설의 파손 혹은 도유를 효과적으로 감지하기 위해서는 도유를 위한 송유관의 임의 파손을 정확하고 빠르게 감지하여 이에 대한 대책을 즉시 세우는 것이 가장 바람직한 방지책이라 판단하여 본 발명을 제안하게 되었다.

따라서 본 발명은 이와 같은 필요를 충족시키기 위해 제안된 것으로, 송유관을 비롯한 이송관을 임의로 파손시켜 이루어지는 도유나 배관 내용물 탈취 위치를 정확하고 빠르게 감지할 수 있도록 하는 새로운 형태의 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

특히, 본 발명은 유지보수인력이 상주하거나 접근하기 어려운 곳도 센서 네트워킹 기술을 통해 거의 모든 구간에 대해 실시간 상시적으로 각종 기계적, 전기적 신호를 분석해서 배관손상 또는 배관 내용물 탈취를 위한 이송관의 파손이 이루어지기 전에 배관손상 또는 배관 내용물 탈취 위치를 정확하고 빠르게 감지하여 도유행위나 탈취행위를 차단시킬 수 있도록 하므로써, 배관손상 또는 배관 내용물 탈취로 인한 자원 낭비, 에너지 손실과 기름 유출로 인한 환경오염을 사전에 예방할 수 있도록 할 수 있는 새로운 형태의 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명은 송유를 포함하는 배관시설의 배관 내용물 이송을 위해 설치되는 스테이션과 스테이션 사이에서 이송관(1)에 정해진 간격으로 설치되고, 상기 이송관(1)에 부착되어 설치되는 진동센서(22)와, 상기 진동센서(22)로부터 검출신호를 입력받아 처리하여 외부로 송신하기 위한 제 1 신호처리부(30)를 갖는 제 1 검출 유니트(20)와; 상기 제 1 검출 유니트(20)가 설치되는 이송관(1)의 양측 스테이션에 각각 설치되고, 상기 이송관(1)에 부착되어 설치되는 지진계(42)와, 상기 지진계(42)로부터 입력되는 검출신호를 입력받아 처리하여 외부로 송신하고 상기 제 1 검출 유니트(20)로부터 수신된 검출신호를 수신하여 외부로 송신하기 위한 제 2 신호처리부(50)를 갖는 제 2 검출 유니트(40) 및; 이송관(1)의 배관손상 또는 배관 내용물 탈취여부를 검출하기 위한 진단 프로그램(62)을 갖고, 상기 진단 프로그램(62)의 구동을 통해 상기 제 2 검출 유니트(40)로부터 수신된 검출신호를 처리하여 상기 이송관(1)의 배관 내용물 탈취 여부 및 배관 내용물 탈취 위치를 획득하기 위한 중앙 제어서버(60)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 따른 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템에서 상기 제 1 검출 유니트(20)의 제 1 신호처리부(30)는 상기 진동센서(22)로부터 입력되는 검출신호를 증폭시키고, 필터링하여 정해진 범위의 주파수 대역의 이상감지신호를 출력시키기 위한 인터페이스 보드(32) 및, 상기 인터페이스 보드(32)로부터 입력되는 신호를 디지털 처리하고, 지그비(ZigBee) 통신을 통해 외부로 전송되도록 하기 위한 유에스엔 노드(34; USN Sensor Node)를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 따른 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템에서 상기 제 2 검출 유니트(40)는 상기 지진계(42)와 상기 제 1 검출 유니트(20)로부터 입력되는 신호를 처리하고, 인터넷망을 통해 상기 중앙 제어서버(60)로 전송하기 위한 임베디드 게이트웨이(52; Embedded G/W)를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 따른 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템에서 상기 제 1 검출 유니트(20)는 상기 제 1 검출 유니트(20)의 감시 범위를 촬영하기 위한 적외선 카메라(70) 및, 상기 제 1 검출 유니트(20)에 소요되는 전원을 공급하기 위한 태양 전지(80; solar cell)을 더 구비할 수 있다.

본 발명에 의한 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템에 의하면, 도유나 배관 내용물이 탈취 되기 전에 먼저 경보를 울려 신속하게 대응할 수 있도록 하므로 배관손상 또는 배관 내용물 탈취로 인한 자원 낭비, 에너지 손실과 기름 유출로 인한 환경오염을 사전에 예방할 수 있도록 한다. 특히, 유지보수인력이 상주하거나 접근하기 어려운 곳도 센서 네트워킹 기술을 통해 거의 모든 구간에 대해 실시간으로 감시할 수 있어 기름을 포함하는 배관 내용물의 손실로 인한 경제적 피해와 인명피해를 막을 수 있고, 누유나 배관 내용물 누출로 인한 토지 및 수질 등 환경파괴와 복구비용을 절감할 수 있다. 또한, 배관손상 또는 배관 내용물 탈취 감 시를 위한 패트롤 운영에 따른 인건비 및 경비를 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 기술 사상에 따른 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 도 1에서 보인 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템의 작용을 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명은 유비쿼터스(u-IT; Ubiquitous Information Technology)를 이용하여 구성되는 배관시설 상태 상시 감시 시스템을 제공한다. 이와 같은 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템(10)은 제 1 검출 유니트(20), 제 2 검출 유니트(40) 및 중앙 제어서버(60)를 구비하여 이루어진다. 이때, 제 1 검출 유니트(20)는 이송관 스테이션(station; 파이프 박스) 사이의 이송관(1)에 부착설치되는 진동센서(22)와 USN 노드(센서노드)를 갖는 제 1 신호 처리부(30)를 구비하여, 배관손상 또는 배관 내용물 탈취 시 발생되는 드릴링과 굴착 관련 미세 신호를 실시간으로 상시 수집한다. 그리고, 제 2 검출 유니트(40)는 이송관 스테이션 양단에서 이송관에 부착설치되는 고정도의 지진계(42)와, Embedded G/W 및 CDMA 혹은 인터넷 접속 랜 장치 모듈 등을 갖는 제 2 신호 처리부(50)를 구비한다. 그리고, 중앙 제어서버(60)는 제 2 검출 유니트(40)로부터 전송받은 신호 정보{진동센서(22)와 지진계(42)의 검출 신호}들을 진단 프로그램(62)을 사용하여 배관손상 또는 배관 내용물 탈취 여부 및 도유나 배관 내용물 탈취 위치를 파악하 고, 배관손상 또는 배관 내용물 탈취로 판정되는 경우 경보를 울리고, 해당 관리자가 즉각적으로 대처할 수 있도록 한다.

본 발명에 적용되는 USN은 어느 곳에나 부착된 태그와 센서로부터 사물 및 환경 정보를 감지, 저장, 가공하여 인터넷을 통해 전달하는 기술로 현재 다양한 산업분야에 적용하기 위한 기술로 개발되고 있다. 이때, 센서노드는 USN을 구성하는 가장 기본적인 요소로 기존 RFID 기술에 비하여 가장 큰 장점은 센서로부터 주위 환경을 모니터링 하면서 최적의 네트워크를 구성 및 기존의 유무선 통신 기술을 이용하여 사용자가 원하는 네트워크 구성이 가능하다는 것이다. 본 발명은 송유관을 포함하는 이송관에 센서를 설치해 중앙통제센터에서 실시간으로 전송되는 정보를 바탕으로 배관손상 또는 배관 내용물이 탈취되는 것을 확인할 수 있도록 한다. 즉, 도유범이나 탈취범이 송유를 포함하는 배관 내용물 이송을 위한 배관에 용접과 드릴링을 하게 될 경우 발생하게 되는 각종 주파수의 신호를 감지하고, 이 신호들을 수집하여 USN 노드를 통하여 중앙통제센터에 전송하게 되며, 중앙통제센터에서는 배관손상 또는 배관 내용물 탈취 시 발생하는 신호음의 패턴화 처리를 통해 환경소음(ambient noise)과 분류시킴으로써 실시간으로 이송관을 감시한다.

이와 같은 본 발명에 따르면, 도 2에서 보는 바와 같이, 제 1 검출 유니트(20)의 진동센서(22)에서 감지되는 신호{이송관에 배관손상 또는 배관 내용물 탈취를 위한 구멍을 형성시킬 때 발생되는 드릴 등의 충격음}는 제 1 신호 처리 부(30)를 통해 처리되어 USN 지그비 통신으로 제 2 검출 유니트(40)로 송출된다. 그리고, 이 신호는 제 2 검출 유니트(40)의 제 2 신호처리부(50)를 통해 인터넷망으로 중앙 제어서버(60)에 전송된다. 물론, 제 2 검출 유니트(40)의 지진계(42)에서 검출된 신호는 제 2 신호 처리부(50)에서 처리되어 동일하게 인터넷망으로 중앙 제어서버(60)에 전송된다. 중앙 제어서버(60)는 진단 프로그램(62)의 구동을 통해 수신된 검출신호를 처리하고, 배관손상 또는 배관 내용물 탈취를 위한 이상신호인지를 판단하게 되며, 그 검출신호가 이상신호로 판단되면, 배관손상 또는 배관 내용물 탈취 지점정보를 형성하여 경보를 발령하므로써, 배관손상 또는 배관 내용물 탈취 시도를 초기에 막을 수 있도록 한다.

본 발명은 이와 같이 전원의 공급과 네트워크의 구성이 용이한 이송관 스테이션{송유나 배관 내용물 이송을 위해 일정구간마다 설치되어 가압시키기 위한 설비를 총칭한다; 파이프 박스 또는 가압장}에는 도유 위치나 배관 내용물 탈취 위치를 예측하기 위한 지진계(42) 및 이 지진계(42)로부터 감지된 신호를 중앙 제어서버(60)로 전송하기 위한 설비를 구성하고, 전원의 공급 및 일반적인 네트워크의 구성이 어려운 양측 지진계(42) 사이에는 배관손상 또는 배관 내용물 탈취 시도여부를 감시하기 위한 진동 센서(22)를 일정한 간격으로 설치하여 이들 신호가 유비쿼터스 기술이 적용되어 양측 스테이션에 설치된 전송 설비를 통해 중앙 제어서버(60)로 전송되도록 하므로써, 배관손상 또는 배관 내용물 탈취 감시를 위한 관리 인원을 최소화시키면서도 상시 실시간 감시가 가능하도록 하는 것을 특징으로 한 다.

이하 도유 감시에 적용되는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면 도 3 내지 도 9에 의거하여 상세히 설명한다. 한편, 각 도면에서 일반적인 유비쿼터스 기술을 활용한 센싱기술, 통신을 위한 각종 장비 및 프로그램 및 그 과정, 서버 및 단말기를 구성하는 기본적인 기술적 구성 및 작용 등, 통상적인 기술로부터 용이하게 적용할 수 있는 기술적 내용에 대한 도시 및 상세한 설명은 이 분야의 종사자들이 용이하게 이해할 수 있는 부분들이므로 간략히 하거나 생략하고 본 발명과 관련된 부분들을 중심으로 도시하였다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 도 3에서 보인 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템의 작용을 설명하기 위한 도면이며, 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템에서 지진계에 의한 도유 지점의 계산방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템에서 USN 기술이 적용되는 제 1 검출 유니트를 상세히 설명하기 위한 도면이며, 도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템에서 중앙 제어서버에 설치되는 진단 프로그램의 일례를 설명하기 위한 도면이고, 도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템에서 배관손상 또는 도유 여부의 신호를 분석하는 일례를 설명하기 위한 도면이며, 도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템에서 배관손상 또는 도유 위치를 계산하는 일례를 설명하기 위한 도면이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템(10)은 제 1 검출 유니트(20), 제 2 검출 유니트(40) 및 중앙 제어서버(60)를 구비하여, 도유시 발생되는 드릴링과 굴착 관련 미세 신호를 실시간으로 상시 수집하여 배관손상 또는 도유 여부 및 도유 위치를 파악하고, 배관손상 또는 도유로 판정되는 경우 경보를 울리고, 해당 관리자가 즉각적으로 대처할 수 있도록 한다.

이때, 도 3 및 도 4에서 보는 바와 같이, 제 1 검출 유니트(20)는 송유를 위해 설치되는 스테이션과 스테이션 사이에서 송유관으로 사용되는 이송관(1)에 정해진 간격으로 설치되고, 이송관(1)에 부착되어 설치되는 진동센서(22)와, 이 진동센서(22)로부터 검출신호를 입력받아 처리하여 외부로 송신하기 위한 제 1 신호처리부(30)를 갖는다.

좀 더 구체적으로, 본 실시예에서 제 1 검출 유니트(20)의 제 1 신호처리부(30)는 진동센서(22)로부터 입력(S100)되는 검출신호를 증폭시키고, 필터링하여 정해진 범위의 주파수 대역의 이상감지신호를 출력(S110)시키기 위한 인터페이스 보드(32)를 갖고, 이 인터페이스 보드(32)로부터 입력되는 신호를 디지털 처리하고, 지그비(ZigBee) 통신을 통해 외부로 전송(S120)되도록 하기 위한 유에스엔 노드(34; USN Sensor Node)를 갖는다. 그리고, 검출 신호 및 동영상 신호의 무선 송수신을 위한 무선 랜 브리지(36)와, 제 1 검출 유니트(20)의 감시 범위를 촬영하기 위한 적외선 카메라(70) 및, 제 1 검출 유니트(20)에 소요되는 전원을 공급하기 위한 태양 전지(80; solar cell)을 갖는다.

이와 같은 본 실시예에서 제 1 검출 유니트(20)는 상용전원 공급이 곤란한 이송관 스테이션 구간 내에 일정 간격으로 설치되어 배관손상 또는 도유 시도시 발생되는 드릴링과 굴착 관련 미세 신호를 실시간으로 상시 수집하고 증폭한 후, 인터넷망으로 중앙 제어서버(60)와 연결된 양측 스테이션의 제 2 검출 유니트(40)로 송출(S130)하게 된다.

이와 같은 제 1 검출 유니트(20)는 이송관 배관에 일정한 간격(500m 내외; 물론 이와 같은 간격은 필요에 따라 조정될 수 있는 것이다)으로 USN 센서 노드(34)를 설치하여 배관손상 또는 도유를 시도할 때 발생할 수 있는 각종 신호의 종류를 정량화 계량화하여 USN 기술과 진동센서(22)를 결합하여 이상 신호 감지 센서 망을 구축하는 것이다. 즉, 제 1 검출 유니트(20)를 구성함에 있어서 진동센서(22)는 예상되는 이상 신호의 특성에 따라 선정될 수 있고, 도 6에서 보는 바와 같이, USN 기술을 이용되는 중계노드(30')를 설치하여 제 1 검출 유니트(20) 간 네트워킹을 통해 실시간 멀티 정보 수집이 가능하도록 한다. 그리고, 진동센서(32)에서 이상 신호가 감지되면, 도 4에서 보는 바와 같이, 중앙 제어서버(60)의 제어신호(S300, S310; PTZ 제어신호)에 의해 USN 노드(34)를 활용하여 적외선 카메라(70)를 통해 해당 제 1 검출 유니트(20)가 설치되는 이송관(1)의 인근을 촬영하고, 이 동영상을 전송(S400, S410, S420)하여 원격지{중앙 제어서버(60)}에서 확인할 수 있도록 함으로써 배관손상 또는 도유 발생시 직접 현장에 가서 확인할 수 있도록 한다.

이때, USN 노드(34)의 신호처리 및 제어는 일반적으로 구현된 기술을 적용할 수 있을 것이다. 예컨대, 진동센서(22)의 출력신호는 소신호이므로, 1차 소신호를 증폭한 후, 센서출력신호 성분 중 노이즈 성분과 이상감지신호 분석을 위해 대역통과필터(band pass filter)를 사용하여 일정 이하의 저주파 및 일정 이상의 고주파는 차단하고 이상감지신호만이 통과되도록 한다. 그리고, 이 출력신호의 감도를 높이기 위해 2차 증폭 후, raw data는 USN 노드(34)의 ADC(Analog to Digital Convert)를 통해 임베디스 게이트웨이(52)에 수집하여, 인터넷망을 이용하여, 설정시간마다 중앙 제어서버(60)에 전송되도록 한다. 여기서, 2차 증폭을 통과한 신호는 비교기를 통해 일정이상의 신호가 감지되면, 곧바로 비상전송 가능한 형태이며, 아울러, 위치파악을 위해 일측의 USN 센서 노드와 타측의 USN 센서 노드의 중간위치 확인을 위하여, 인터넷에서 제공하는 표준시간 동기를 통해 어느 정도의 근사 위치파악이 가능한 것이다.

한편, 제 2 검출 유니트(40)는 제 1 검출 유니트(20)가 설치되는 이송관(1)의 양측 스테이션에 각각 설치되고, 이송관(1)에 부착되어 설치되는 지진계(42)와, 이 지진계(42)로부터 입력되는 검출신호를 입력받아 처리하여 외부로 송신하고 제 1 검출 유니트(20)로부터 수신된 검출신호를 수신하여 외부로 송신하기 위한 제 2 신호처리부(50)를 갖는다.

좀 더 구체적으로, 본 실시예에서 제 2 검출 유니트(40)의 제 2 신호처리부(50)는 지진계(42)와 제 1 검출 유니트(20)로부터 입력되는 신호(S130, S200)를 처리하고, CDMA 혹은 인터넷 접속 랜 장치 모듈(56)을 통해 중앙 제어서버(60)로 전송(S210, S230)하기 위한 임베디드 게이트웨이(52; Embedded G/W)가 설치된다. 그리고, 검출 신호 및 동영상 신호의 무선 송수신을 위한 무선 랜 브리지(36)와, 제 2 검출 유니트(40)의 감시 범위를 촬영하기 위한 적외선 카메라(70) 및, 동영상 정보 등을 저장하기 위한 저장장치(54)를 갖는다. 물론, 검출신호와 동영상 정보를 제공하는 방법은 전술한 제 1 검출 유니트(40)와 동일하게 이루어진다.

이와 같은 제 2 검출 유니트(40)는 이송관 배관에 일정한 간격으로 설치되는 양측의 스테이션에 설치되어, 지진계(42)를 통해 배관손상 또는 도유 위치를 예측하기 위해 사용된다. 즉, 도 5에서 보는 바와 같이, 지진계(32)를 통한 도유시도 위치를 파악하는 방법은 스테이션 사이의 이송관 전체 길이(D), 스테이션의 양측에 설치되는 지진계(32)의 검출신호를 받았을 때의 시간차(Δt), 음속(v)을 변수로 하여 이루어진다. 이때, 도유시도 위치 예측과 관련된 식은

Δd = d1 - d2 = v Δt ---- 식(1)

d1 = 1/2 [ D + v Δt ] ----- 식(2)

이때, v는 신호속도(signal velocity), Δt는 impact 후에 일측 지진계와 타측 지진계가 신호를 받았을 때의 시간 간격이다.

따라서, 이와 같은 방법에 의하면, 도 5를 기준으로 보았을 때, 오른쪽 스테이션에서 도유 시도 위치까지의 거리(d1)을 구할 수 있게 된다.

한편, 중앙 제어서버(60)는 이송관(1)의 도유여부를 검출하기 위한 진단 프로그램(62)을 갖고, 이 진단 프로그램(62)의 구동을 통해 제 2 검출 유니트(40)로부터 수신된 검출신호를 처리하여 상기 이송관(1)의 배관손상 또는 도유 여부 및 도유 위치를 획득한다. 이와 같은 중앙 제어서버(60)는 제 1 검출 유니트(20)와 제 2 검출 유니트(40)에서 수집되는 정보를 인터넷망을 이용하여 전송 받고, 진단 프로그램(62)을 통해 도유 시도여부를 실시간으로 분석하고 진단하게 된다. 물론, 진단 프로그램(62)에 적용되는 도유 시도여부에 대한 분석 및 진단은 이미 구축된 데이터베이스를 활용하여 이루어질 것이다. 예컨대, 이와 같은 진단 프로그램은, 도 7에서 보는 바와 같이, 관련분야에 널리 적용되고 있는 신호 분석방법, 계량화 및 정량화를 통해 탐색트리 구조로 된 신호분류 데이터베이스를 적용할 수 있을 것이다. 그리고, 이와 같은 데이터베이스의 구성시 배관손상 또는 도유 여부신호의 분석방법에서 도유 시도의 이상신호는 이송관을 직접 드릴링 할 때 발생하는 진동이나 도유로를 굴착할 때 발생하는 진동을 분석하여 정의된 dominant parameter를 계산하고, 도 8에서 보는 바와 같이, critical curve를 기준으로 배관손상 또는 도유 시도 여부를 판단하도록 할 수 있을 것이다. 그리고, 배관손상 또는 도유 위치의 계산은 1차적으로 전술한 계산방법과 같이, 각 스테이션에 신호가 도달하는 시간차를 이용하여 계산을 수행하지만, 이 값은 실제와 차이가 발생할 수 있으므로, 도 9에서 보는 바와 같이, 도유 발생시 수집되는 <Frequency, dt(도달시간차)>값과 실제 기준 스테이션으로부터의 거리 정보를 데이터베이스화하고, 이 데이터베이스화된 정보로부터 linear interpolation으로 예측을 할 수 있도록 한다. 물론, 이와 같은 진단 프로그램 및 그에 적용되는 데이터베이스의 구성은 이 분야 및 관련분야의 기술로부터 다양하게 구성할 수 있는 것이므로, 상세한 설명은 생략한다.

한편, 상기와 달리 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템은 일반적인 배관 내용물 탈취 감시에 적용될 수 있음은 물론이다.

상술한 바와 같은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유비쿼터스 기반 배관 시설 상태 상시 감시 시스템을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 예컨대, 본 발명에 따른 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템은 유사한 기간시설인 가스관로, 수도관로, 침출수 이송관로 등에도 적용할 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명의 기술 사상에 따른 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템을 설명하기 위한 도면;

도 2는 도 1에서 보인 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템의 작용을 설명하기 위한 도면;

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템을 설명하기 위한 도면;

도 4는 도 3에서 보인 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템의 작용을 설명하기 위한 도면;

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템에서 지진계에 의한 도유 지점의 계산방법을 설명하기 위한 도면;

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템에서 USN 기술이 적용되는 제 1 검출 유니트를 상세히 설명하기 위한 도면;

도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템에서 중앙 제어서버에 설치되는 진단 프로그램의 일례를 설명하기 위한 도면;

도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템에서 배관손상 또는 도유 여부의 신호를 분석하는 일례를 설명하기 위한 도면;

도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템에서 배관손상 또는 도유 위치를 계산하는 일례를 설명하기 위한 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 이송관

10 : 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템

20 : 제 1 검출 유니트 22 : 진동센서

30 : 제 1 신호 처리부 32 : 인터페이스 보드

34 : 유에스엔 노드(USN Sensor Node)

40 : 제 2 검출 유니트 42 : 지진계

50 : 제 2 신호 처리부 52 : 임베디스 게이트웨이

60 : 중앙 제어버서 62 : 진단 프로그램

70 : 적외선 카메라 80 : 태양 전지(Solar cell Module)

Claims (4)

1. 송유를 포함하는 배관시설의 배관 내용물 이송을 위해 설치되는 스테이션과 스테이션 사이에서 이송관(1)에 정해진 간격으로 설치되고, 상기 이송관(1)에 부착되어 설치되는 진동센서(22)와, 상기 진동센서(22)로부터 검출신호를 입력받아 처리하여 외부로 송신하기 위한 제 1 신호처리부(30)를 갖는 제 1 검출 유니트(20)와;

   상기 제 1 검출 유니트(20)가 설치되는 이송관(1)의 양측 스테이션에 각각 설치되고, 상기 이송관(1)에 부착되어 설치되는 지진계(42)와, 상기 지진계(42)로부터 입력되는 검출신호를 입력받아 처리하여 외부로 송신하고 상기 제 1 검출 유니트(20)로부터 수신된 검출신호를 수신하여 외부로 송신하기 위한 제 2 신호처리부(50)를 갖는 제 2 검출 유니트(40) 및;

   이송관(1)의 배관손상 또는 도유를 포함하는 배관 내용물 탈취여부를 검출하기 위한 진단 프로그램(62)을 갖고, 상기 진단 프로그램(62)의 구동을 통해 상기 제 2 검출 유니트(40)로부터 수신된 검출신호를 처리하여 상기 이송관(1)의 배관손상 또는 배관 내용물 탈취 여부 및 배관 내용물 탈취 위치를 획득하기 위한 중앙 제어서버(60)를 포함하는 것을 특징으로 하는 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 검출 유니트(20)의 제 1 신호처리부(30)는 상기 진동센서(22)로부터 입력되는 검출신호를 증폭시키고, 필터링하여 정해진 범위의 주파수 대역의 이상감지신호를 출력시키기 위한 인터페이스 보드(32) 및,

   상기 인터페이스 보드(32)로부터 입력되는 신호를 디지털 처리하고, 지그비(ZigBee) 통신을 통해 외부로 전송되도록 하기 위한 유에스엔 노드(34; USN Sensor Node)를 구비하는 것을 특징으로 하는 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 제 2 검출 유니트(40)는 상기 지진계(42)와 상기 제 1 검출 유니트(20)로부터 입력되는 신호를 처리하고, 인터넷망을 통해 상기 중앙 제어서버(60)로 전송하기 위한 임베디드 게이트웨이(52; Embedded G/W)를 구비하는 것을 특징으로 하는 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 제 1 검출 유니트(20)는 상기 제 1 검출 유니트(20)의 감시 범위를 촬영하기 위한 적외선 카메라(70) 및,

   상기 제 1 검출 유니트(20)에 소요되는 전원을 공급하기 위한 태양 전지(80; solar cell)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템.

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