KR101110069B1 - 센서 네트워크를 이용한 파이프라인 누수 및 누출 모니터링 시스템 - Google Patents

센서 네트워크를 이용한 파이프라인 누수 및 누출 모니터링 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 센서 네트워크를 이용한 파이프라인 누수 및 누출 모니터링 시스템에 관한 것으로, 파이프라인에 설치되어 파이프의 진동을 측정하는 다수의 진동감지 센서모듈(11)과, 파이프라인의 외부진동에 의한 변위값을 측정하는 다수의 변위감지센서(12)와, 파이프라인 내부의 압력을 측정하는 다수의 압력감지 센서모듈(13) 및, 파이프라인 내부 파열음을 측정하는 다수의 음향감지 센서모듈(14)로 이루어지는 감지 데이터 수집부(10)와; 상기 감지 데이터 수집부(10)의 감지 데이터를 전송받아 분석하여 파이프의 상태를 모니터링하는 모니터링부(20) 및; 상기 감지 데이터 수집부(10)의 감지 데이터를 전송받아 위급사항을 경보하고 시설물을 통제 및 제어하는 중앙감시서버(30)로 구성되어 파이프라인의 누수, 누출에 관련된 데이터를 수집하고, 누수 및 누출시 관리자에게 정보를 전송함으로써 파이프라인 관련 사고를 조기에 발견하여 피해를 예방 또는 최소화할 수 있고, 파이프라인 상의 진동, 압력, 음향, 변위신호를 수집 처리하여 원거리에서 실시간으로 파이프라인 외관의 결함 유무와 결함 발생시 파이프라인의 결함 위치를 파악할 수 있어 효율적인 파이프라인 외관 관리를 할 수 있는 각별한 장점이 있는 유용한 발명이다.
센서 네트워크, 파이프라인, 모니터링 시스템, 센서모듈

Description

센서 네트워크를 이용한 파이프라인 누수 및 누출 모니터링 시스템{Leakage monitoring system of pipeline using sensor networks}
본 발명은 파이프라인의 누수를 모니터링하는 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 센서네트워크 기술을 파이프라인에 적용하여 배관의 균열과 훼손에 관한 데이터를 수집하여 배관의 외부 상태, 파이프의 균열, 누수 및 가스 누출 여부를 판단하고, 이상 발생시 관리자에게 정보를 제공하는 센서 네트워크를 이용한 파이프라인 누수 및 누출 모니터링 시스템에 관한 것이다.
종래에는 가스배관, 수도배관, 송유관 등의 파이프라인 설비의 안전관리를 위하여 관리자들이 주기적으로 현장을 방문하여 배관상태를 점검하고 관리하였으며, 이에 따라 많은 비용과 시간이 소모되고 있다.
이러한 종래의 파이프라인 설비 관리방법은 배관의 이상 상황 발생 시 즉각적인 조치가 이루어지기 힘든 방법이고, 그에 따라 배관관련 대형 사고들이 발생하여 경제적인 손실뿐만 아니라 인명사고로 이어지기도 하였다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위한 누수감시시스템이 개발되고 있는데, 기존 누수 감시시스템은 센서가 수집한 데이터를 전송하기 위해 CDMA나 WiFi와 같은 전 송장치를 갖추어야 하기 때문에 전송에 필요한 별도의 비용이 발생하며, 센서모듈 하나가 수집한 데이터를 분석 처리함으로써 누수 또는 누출 감지에 필요한 정보의 신뢰성이 떨어지는 문제점이 있었다.
한편 유비쿼터스 컴퓨팅의 중요한 인프라 중 하나로 센서 네트워크를 들 수 있으며, 센서 네트워크는 "정보수집(sensing), 처리(processing), 무선통신(wirele ss communication)의 기능을 가진 센서노드들로 구성된 무선 네트워크"로 정의된다. 센서 네트워크는 여러 개의 센서노드가 싱크노드를 통해 외부 네트워크에 연결되는 구조를 갖는다. 센서노드는 주변 상황을 센싱하여 싱크노드로 전송하며, 싱크 노드에서 원격 관리자에게 전달되는 데이터는 유무선 인터넷 등을 통해 전송된다. 즉, 관측이 필요로 하는 곳에 센서 노드들을 배치하고, 배치된 센서노드들을 통해 주변의 상황을 지속적으로 관찰할 수 있다. 센서노드는 주변의 상황을 지속적으로 모니터링하여 데이터를 서버에 전달하고, 서버에 전달된 데이터는 분석 및 가공 처리되어 필요한 정보로 가공된다. 센서노드와 싱크노드들 사이에서는 무선으로 통신되고, 게이트웨이를 통해 백본망과 연결되어 필요한 정보를 제공하여 관심지역을 지속적으로 모니터링한다.
본 발명의 발명자 들은 거듭된 연구의 결과로 상기한 모니터링 기술을 파이프라인의 누수 및 누출을 감시하는데 채용할 수 있었다.
본 발명은 상기한 실정을 감안하여 종래 파이프라인 누수 감시시스템에서 야기되는 여러 가지 결점 및 문제점들을 해결하고자 발명한 것으로서, 그 목적은 파이프라인의 일정한 간격마다 진동센서 노드, 변위센서 노드, 압력센서 노드 및 음향센서를 설치하여 파이프라인의 누수 및 누출에 관련된 데이터를 수집하고, 누수 및 누출이 발생할 때 관리자에게 정보를 전송함으로써 파이프라인 관련 사고를 조기에 발견하여 피해를 예방 또는 최소화할 수 있는 센서 네트워크를 이용한 파이프라인 누수 및 누출 모니터링 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 파이프라인 상의 진동, 압력, 음향, 변위 신호를 수집 처리하여 원거리에서 실시간으로 파이프라인 외관의 결함 유무와 결함 발생시 파이프라인의 결함 위치를 파악할 수 있으므로 효율적인 파이프라인 외관 관리를 구현할 수 있는 센서 네트워크를 이용한 파이프라인 누수 및 누출 모니터링 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 파이프라인에 이상상황 발생시에 관리자 및 안전요원에게 경보를 보냄으로써 즉각적인 대처가 이루어지게 하여 파이프라인의 결함을 적시에 감지하지 못해 발생하는 경제적인 손실을 최소화할 수 있는 센서 네트워크를 이용한 파이프라인 누수 및 누출 모니터링 시스템을 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 센서 네트워크를 이용한 파이프라인 누수 및 누출 모니터링 시스템은 파이프라인에 설치되어 파이프의 진동을 측정하는 다수의 진동감지 센서모듈과, 파이프라인의 외부진동에 의한 변위값을 측정하는 다수의 변위감지센서와, 파이프라인 내부의 압력을 측정하는 다수의 압력감지 센서모듈 및, 파이프라인 내부 파열음을 측정하는 다수의 음향감지 센서모듈로 이루어지는 감지 데이터 수집부와; 상기 감지 데이터 수집부의 감지 데이터를 전송받아 분석하여 파이프의 상태를 모니터링하는 모니터링부 및; 상기 감지 데이터 수집부의 감지 데이터를 전송받아 위급사항을 경보하고 누수정보를 안전관리자 또는 관리자에게 통지하며 시설물을 통제 및 제어하는 중앙감시서버로 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명은 파이프라인의 일정한 간격마다 진동센서 노드, 변위센서 노드, 압력센서 노드 및 음향센서를 설치하여 파이프라인의 누수 및 누출에 관련된 데이터를 수집하고, 누수 및 누출이 발생할 때 관리자에게 정보를 전송함으로써 파이프라인 관련 사고를 조기에 발견하여 피해를 예방 또는 최소화할 수 있고, 파이프라인 상의 진동, 압력, 음향, 변위 신호를 수집 처리하여 원거리에서 실시간으로 파이프라인 외관의 결함 유무와 결함 발생시 파이프라인의 결함 위치를 파악할 수 있으므로 효율적인 파이프라인 외관 관리를 구현할 수 있는 각별한 장점이 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명 센서 네트워크를 이용한 파이프라인 누수 및 누출 모니터링 시스템의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명 센서 네트워크를 이용한 파이프라인 누수 및 누출 모니터링 시스템의 구성도, 도 2a는 본 발명에 채용되는 진동감지 센서모듈의 사진, 도 2b는 본 발명에 채용되는 변위감지센서의 사진, 도 2c는 본 발명에 채용되는 압력감지 센서모듈의 사진, 도 2d는 본 발명에 채용되는 음향감지 센서모듈의 사진으로서, 본 발명 센서 네트워크를 이용한 파이프라인 누수 및 누출 모니터링 시스템은 파이프라인에 설치되어 파이프의 진동을 측정하는 다수의 진동감지 센서모듈(11)과, 파이프라인의 외부진동에 의한 변위값을 측정하는 다수의 변위감지센서(12)와, 파이프라인 내부의 압력을 측정하는 다수의 압력감지 센서모듈(13) 및, 파이프라인 내부 파열음을 측정하는 다수의 음향감지 센서모듈(14)로 이루어지는 감지 데이터 수집부(10)와; 상기 감지 데이터 수집부(10)의 감지 데이터를 전송받아 분석하여 파이프의 상태를 모니터링하는 모니터링부(20) 및; 상기 감지 데이터 수집부(10)의 감지 데이터를 전송받아 위급사항을 경보하고 누수정보를 안전관리자 또는 관리자에게 통지하며 시설물을 통제 및 제어하는 중앙감시서버(30)로 구성되어 있다.
여기서 상기 누수정보는 누수지역의 위치를 포함하고 상기 중앙감시서버(30)는 상기 누수정보를 안전관리자 또는 관리자의 이동통신 단말기에 SMS 방식을 이용하여 전송하게 된다.
상기 진동감지 센서모듈(11)은 파이프 내부 파열진동을 측정하는 파열진동센서와, 파이프라인 내의 유체진동을 측정하는 유체진동센서 및, 파이프라인 외부진동을 측정하는 외부진동센서로 이루어지고, 상기 진동감지 센서모듈(11)과 변위감지센서(12), 압력감지 센서모듈(13) 및 다수의 음향감지 센서모듈(14)은 다수의 센 서 노드에서 측정된 데이터를 전송하기 위한 지그비 통신모듈로 이루어진다.
여기서 지그비 통신모듈은 진동감지 센서모듈(11)과 변위감지센서(12), 압력감지 센서모듈(13) 및 다수의 음향감지 센서모듈(14)의 감지 데이터 전송 순서를 결정하게 된다.
또한 상기 감지 데이터 수집부(10)로부터 모니터링부(20)로의 감지 데이터의 전송 및 감지 데이터 수집부(10)로부터 중앙감시서버(30)로의 감지 데이터의 전송은 게이트웨이 싱크노드에 의해 유선 또는 무선 네트워크로 이루어지고, 상기 모니터링부(20)와 중앙감시서버(30) 각각에는 전송받은 감지 데이터를 저장하는 데이터베이스가 구비되어 있다.
상기 게이트웨이 싱크노드는 설정된 라우팅을 통해 다수의 센서노드로부터 받은 감지 데이터를 모니터링부(20)와 중앙감시서버(30)로 전송하게 된다.
다음에는 상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 작용을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명 센서 네트워크를 이용한 파이프라인 누수 및 누출 모니터링 시스템의 구성도로서, 도 1에 나타낸 바와 같이 본 발명은 파이프라인으로부터 진동, 음향, 변위, 압력 신호를 감지하는 다수의 센서노드(진동감지 센서모듈(11), 변위감지센서(12), 압력감지 센서모듈(13), 음향감지 센서모듈(14))와 센서노드로부터 데이터를 모니터링부(20) 및 중앙감시서버(30)로 전달하는 싱크노드로 구성된다.
상기 모니터링부(20)는 싱크노드로부터 전달받은 데이터를 분석하고 저장하여 누수여부를 감지하게 되고, 중앙감시서버(30)는 누수정보를 관리자가 확인 가능 한 이동통신 단말기에 전송하거나 파이프라인 모니터링 시스템의 전자지도 위에 경보상황을 표시함으로써 관리자나 현장 작업자가 신속하게 대응할 수 있도록 정보를 제공한다.
도 2a 내지 도 2는 각각 진동감지 센서모듈(11), 변위감지센서(12), 압력감지 센서모듈(13), 음향감지 센서모듈(14)의 사진으로서, 상기 센서모듈(11), 변위감지센서(12), 압력감지 센서모듈(13), 음향감지 센서모듈(14)을 파이프라인의 다양한 곳에 장착한 후 파이프라인의 파열 및 누수로 인한 음성신호와 진동 노이즈를 감지하게 뙨다.
또한 누수지점에서 발생한 노이즈는 누수지점으로부터 양 방향으로 일정하게 퍼져나가기 때문에 이러한 누수신호를 감지한 음향 및 진동 센서노드는 그 누수신호를 인접 센서노드로 전송하고, 센서노드 사이의 거리와 파이프라인 안에 전파속도를 통해 누수시점과 누수위치를 파악할 수 있게 된다.
상기 파이프라인의 구조는 직선 부분, 곡선 부분, 급확대관 부분, 축소관 부분, 노즐, 배럴 등 다양한 형태로 구성이 되어 있고, 유체가 이러한 곳을 지나칠 때 유체 진동이 발생하게 되므로 이러한 유체 진동을 측정하기 위해 도 1에 도시한 바와 같이 파이프라인 외부에 진동감지 센서모듈(11)을 부착하여 파이프 내에서 발생하는 유체의 진동을 주기적으로 측정 비교함으로써 배관의 진동상태를 신속하게 감지할 수 있게 된다.
그리고 상기 파이프라인의 기반 구조물 및 파이프라인 외부에 미세한 위치변화, 파이프라인의 변형 크기나 경향을 파악하기 위해 변위감지센서(12)를 이용하여 외부 미소 변위값을 주기적으로 측정, 비교하여 구조물의 변형을 파악할 수 있게 된다.
또한 압력감지 센서모듈(13)은 파이프라인 내부의 압력을 지속적으로 샘플링하여 실시간으로 모니터링한다. 파이프라인에 파열이 발생했을 경우 파이프라인 내 압력은 떨어지게 되므로, 파이프라인 내부에 장착된 다수의 압력감지 센서모듈(13)이 파열 유무와 파열위치를 파악할 수 있다. 이때, 파이프라인의 파열 여부를 결정하기 위해서는 압력 임계치를 사용하는데, 중앙감시서버(30)는 압력데이터가 기준압력보다 설정범위 이상으로 낮거나 점진적으로 낮아지는 경우 누수로 판단하여 결과를 관리자의 이동통신 단말기에 통보하거나 파이프라인 모니터링 시스템의 전자지도 위에 경보상황을 표시함으로써 관리자나 현장 작업자가 신속하게 대응할 수 있게 된다.
지금까지 본 발명을 바람직한 실시예로서 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 발명의 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명 센서 네트워크를 이용한 파이프라인 누수 및 누출 모니터링 시스템의 구성도,
도 2a는 본 발명에 채용되는 진동감지 센서모듈의 사진,
도 2b는 본 발명에 채용되는 변위감지센서의 사진,
도 2c는 본 발명에 채용되는 압력감지 센서모듈의 사진,
도 2d는 본 발명에 채용되는 음향감지 센서모듈의 사진이다.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
10 : 감지 데이터 수집부 11 : 진동감지 센서모듈
12 : 변위감지센서 13 : 압력감지 센서모듈
14 : 음향감지 센서모듈 20 : 모니터링부
30 : 중앙감시서버

Claims (7)

  1. 파이프라인에 설치되어 파이프의 진동을 측정하는 다수의 진동감지 센서모듈(11)과, 파이프라인에 설치되어 파이프라인의 외부진동에 의한 변위값을 측정하는 다수의 변위감지센서(12)와, 파이프라인에 설치되어 파이프라인 내부의 압력을 측정하는 다수의 압력감지 센서모듈(13) 및, 파이프라인에 설치되어 파이프라인 내부 파열음을 측정하는 다수의 음향감지 센서모듈(14)로 이루어지는 감지 데이터 수집부(10)와; 상기 감지 데이터 수집부(10)의 감지 데이터를 전송받아 부석하여 파이프의 상태를 모니터링하는 모니터링부(20) 및; 상기 감지 데이터 수집부(10)의 감지 데이터를 전송받아 위급사항을 경보하고 누수정보를 안전관리자 또는 관리자에게 통지하며 시설물을 통제 및 제어하는 중앙감시서버(30)로 구성된 센서 네트워크를 이용한 파이프라인 누수 및 누출 모니터링 시스템에 있어서;
    상기 진동감지 센서모듈(11)은 파이프 내부 파열진동을 측정하는 파열진동센서와, 파이프라인 내의 유체진동을 측정하는 유체진동센서 및, 파이프라인 외부진동을 측정하는 외부진동센서로 이루어지고;
    상기 진동감지 센서모듈(11)과 변위감지센서(12), 압력감지 센서모듈(13) 및 다수의 음향감지 센서모듈(14)은 다수의 센서 노드에서 측정된 데이터를 전송하기 위한 지그비 통신모듈로 이루어지며;
    상기 지그비 통신모듈은 진동감지 센서모듈(11)과 변위감지센서(12), 압력감지 센서모듈(13) 및 다수의 음향감지 센서모듈(14)의 감지 데이터 전송 순서를 결정하는 것을 특징으로 하는 센서 네트워크를 이용한 파이프라인 누수 및 누출 모니터링 시스템.
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