KR101204424B1 - 하천제방 붕괴 방지를 위한 실시간 모니터링 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하천제방 붕괴 방지를 위한 실시간 모니터링 시스템에 관한 것으로,
보다 상세하게는 빈번하게 발생하고 있는 자연재해 중 하천제방 붕괴 저감을 위한 전략과제인 유역 차원의 홍수방어 및 하천제방 붕괴로 인해 발생하는 인명피해, 재산피해를 최소화함으로써 지역적 특성이 강한 하천제방 붕괴를 유역단위의 범공간적으로 검토하고, 첨단 IT기술을 활용한 보다 적극적인 하천제방 정보 전달을 통해 하천제방 붕괴를 감소시킬 뿐만 아니라, 시설 보수 및 기존 제방 설계의 문제점을 보완하여 보다 안전한 제방 설계를 제공할 수 있도록 하천제방의 정보를 데이터베이스화 할 수 있는 하천제방 붕괴 방지를 위한 실시간 모니터링 시스템에 관한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 하천제방 붕괴 방지를 위한 실시간 모니터링 시스템은 하천제방에 일정 간격으로 지중 매설되고, 기울기 정보를 수집하는 계측수단; 복수개의 상기 계측수단이 상호 근거리통신망으로 연결되어 구성되는 정보수집부; 상기 정보수집부와 무선 연결되는 게이트웨이; 및 상기 게이트웨이와 무선 연결되고, 하천제방의 정보를 실시간 모니터링 하는 관제부; 를 포함하여 이루어지되,
상기 게이트웨이는 모든 하천제방마다 설치되어, 상기 관제부에 구비된 하나의 웹서버로 통합 연결되는 것을 특징으로 한다.

Description

하천제방 붕괴 방지를 위한 실시간 모니터링 시스템 {REAL-TIME MONITORING SYSTEM FOR LEVEE}

본 발명은 하천제방 붕괴 방지를 위한 실시간 모니터링 시스템에 관한 것으로,

보다 상세하게는 빈번하게 발생하고 있는 자연재해 중 하천제방 붕괴 저감을 위한 전략과제인 유역 차원의 홍수방어 및 하천제방 붕괴로 인해 발생하는 인명피해, 재산피해를 최소화함으로써 지역적 특성이 강한 하천제방 붕괴를 유역단위의 범공간적으로 검토하고, 첨단 IT기술을 활용한 보다 적극적인 하천제방 정보 전달을 통해 하천제방 붕괴를 감소시킬 뿐만 아니라, 시설 보수 및 기존 제방 설계의 문제점을 보완하여 보다 안전한 제방 설계를 제공할 수 있도록 하천제방의 정보를 데이터베이스화 할 수 있는 하천제방 붕괴 방지를 위한 실시간 모니터링 시스템에 관한 것이다.

최근 국내 하천제방은 노후화 및 이상홍수로 인하여 치수구조물로서 안정성이 떨어지고, 홍수 시 제방붕괴로 인한 인명 및 재산피해가 가중되어 왔다. 이러한 피해를 줄이기 위해 다양한 모니터링 시스템이 제안되고 있다.

상술한 목적을 위한 종래 기술로는 특허등록 제10-0509173호(등록일자2005년08월10일)가 있는데,

상기 발명은 계곡이나 자연휴양림과 같은 행락객들이 많이 모이는 장소에서 재해발생시 재해 상황을 신속하고도 효과적으로 전파하여 재해로 인한 피해를 극소화하기 위한 재해경보안내 시스템에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 재해 발생여부및 상황통제를 총괄하는 관제부와, 상기 관제부의 원격제어를 무선으로 주고받을 수 있음은 물론, 휴대폰 수신기가 내포된 송수신수단을 포함하는 경보안내부, 그리고 태양광으로부터 전원을 집적하여 공급하는 전원공급부가 포함된 것으로, 상기 관제부에서 휴대폰을 이용하여 상기 경보안내부를 제어할 수 있는 재해경보안내 시스템에 관한 것이다.

상기 발명의 휴대폰을 이용한 재해경보안내 시스템에 의하면 평상시에는 환경 관련 캠페인 등과 같은 방송을 통해 휴양림, 국ㅇ공립 공원, 자연녹지 등 행락객들이 많은 장소에서 환경보전을 위한 관리활동이 용이하게 이루어짐은 물론, 재해나 위급상황 발생시 신속하고 적극적인 상황대처가 가능해지는 효과를 기대할 수 있다.

다른 종래 기술로는 특허공개 제10-2004-0023393호(공개일자 2004년03월18일)가 있는데,

상기 발명은 재해 관리시스템 및 방법에 관한 것으로서, 정보통신망(100); 풍향, 풍속, 수위, 강설량 및 강우량에 관한 정보 중 적어도 어느 하나의 기상정보를 수집하는 기상관련 정보 수집장치; 상기 정보통신망을 통해 상기 기상관련 정보수집장치로부터 상기 기상정보를 수신하는 운영자 서버; 및 상기 정보통신망을 통해 상기 운영자 서버로부터 상기 기상정보, 재해경보 및 효과음, 피해상황에 관한 정보를 수신하고 상기 운영자 서버로 로그인 정보, 피해상황에 대한 조치 내용에 관한 정보를 전송하는 재해경보 수신장치;를 포함하는 재해관리시스템 및 방법에 관한 것이다.

또 다른 종래기술로는 특허공개 제10-2005-0078396호(공개일자 2005년08월05일)가 있는데, 상기 발명은 사면 재해 모니터링 시스템에 관한 것으로 보다 상세하게는 자동연산 신경망(Auto-Associative NeuralNetwork)을 이용하여 이상상태의 데이터 입력을 감지하여 재해를 모니터링 하는 사면 재해 모니터링 시스템에 관한 것이다.

상기 발명에 따른 사면 재해 모니터링 시스템은 다수의 감지 센서로부터 입력되는 재해 감지 데이터를 입력받아 모니터링 서버로 전송하는 재해 감지 장치에 있어서, 상기 장치가 상기 감지 센서로부터 출력되는 감지 데이터를 저장하는 메모리와 상기 메모리로부터 독출되는 감지 데이터와 상기 감지 센서로부터 입력되는 감지 데이터 중 하나를 선택적으로 출력하는 스위칭부와 상기 스위칭부에 의해 출력되는 데이터를 상기 모니터링 서버로 무선 송신하는 데이터 송신부와 상기 감지 센서로부터 입력되는 감지 데이터가 규정된 값 이하일 경우 소정의 주기마다 상기 메모리에 저장된 감지 데이터를 독출하여 출력하도록 상기 스위칭부의 제어신호를 출력하거나 상기 감지 데이터가 규정된 값 이상일 경우 해당 감지 데이터를 실시간으로 전송하도록 상기 스위칭부의 제어신호를 출력하는 이상신호 검출부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명에 따른 사면 재해 모니터링 시스템은 다수의 재해 감지 장치가 입력되는 감지 데이터의 이상 유무를 판단하여 이상 패턴의 데이터 입력 시 실시간으로 해당 데이터를 모니터링 서버로 전송함으로써, 재해 발생을 조기 발견하여 빠르게 진압할 수 있는 효과를 갖는다.

나아가 또 다른 종래 기술로는 특허등록 제10-0722419호(등록일자 2007년05월21일)가 있는데,

상기 발명은 비탈면의 붕괴시 붕괴된 상태를 비탈면을 관리하는 곳에 알려주어 빠른 후속조치를 하게 할 수 있게 한 도로의 사면에 설치되는 비탈면 붕괴 안전진단 장치에 관한 것이다.

그러나 상기 발명들은 비탈면 붕괴나 홍수 등의 재해 발생을 조기에 발견하고 그에 따른 재해 경보를 조기에 발령하기 위한 사후조치로서, 하천제방의 정보 변화를 실시간으로 모니터링하고, 이를 데이터베이스화 하여, 하천제방의 붕괴 위험을 예측하고, 하천제방의 유지, 보수 및 설계를 위한 정보를 제공하는 등 사전 예방적인 시스템이라고 할 수 없다.

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로,

하천제방 붕괴와 직, 간접적으로 관련된 지반공학적 원인인 제체 및 기초지반의 침하, 침투, 사면안정 등과 관련된 설계 및 시공, 유지관리 등의 문제점을 감지하고 정보를 수집하기 위하여 하천제방에 일정 간격으로 지중 매설되고, 하천제방의 기울기 정보를 수집, 송신하기 위하여, 기울기센서와 정보 송신을 위한 통신부 및 제어부 포함하는 계측센서를 바디에에 내장하는 복수개의 계측수단으로 형성되는 정보수집부를 포함하고, 상기 정보수집부는 하천제방의 기울기 정보를 관제부에 송신하여 실시간 모니터링이 가능하도록 하며, 수집된 정보를 하나의 웹서버로 통합, 저장하는 하천제방 붕괴 방지를 위한 실시간 모니터링 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명의 계측수단은 외부요인으로부터 정확한 기울기 정보 감지를 방해받지 않기 위하여, 상기 계측센서를 삽입패널을 통해 바디에 내장되게 하여, 상기 계측센서와 상기 바디사이에 이격공간이 형성되게 하고, 비 홍수기에는 정보 송신의 간격을 넓게 하여 계측수단의 배터리 수명을 연장을 도모할 수 있도록 원격제어장치를 통하여 기울기 정보 수집 및 송신 간격을 조절 가능하도록 하는 것을 특징으로 하는 하천제방 붕괴 방지를 위한 실시간 모니터링 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 하천제방 붕괴 방지를 위한 실시간 모니터링 시스템의 계측수단은

하천제방에 일정 간격으로 지중 매설되고, 기울기 정보를 수집하는 계측수단;

복수개의 상기 계측수단이 상호 근거리통신망으로 연결되어 구성되는 정보수집부;

상기 정보수집부와 무선 연결되는 게이트웨이; 및

상기 게이트웨이와 무선 연결되고, 하천제방의 정보를 실시간 모니터링 하는 관제부; 를 포함하여 이루어지되,

상기 게이트웨이는 모든 하천제방마다 설치되어, 상기 관제부에 구비된 하나의 웹서버로 통합 연결되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 하천제방 붕괴 방지를 위한 실시간 모니터링 시스템의 계측수단은 하부에 제1나사산을 갖는 상부 덮개;

상측에 상기 상부 덮개의 제1나사산과 결합되는 제1나사부를 갖고 하측에 제2나사산을 갖는 니플 형상의 송신패널;

내주면에 상기 제2나사산과 결합하는 제2나사부를 갖는 연결패널;

상측 외주면에 상기 제2나사부와 연결되는 나사산을 갖고, 하측 개구부에서 내측으로 절곡되어 돌출 형성되고 외주면에 수나사부를 갖는 바디;

상기 수나사부와 결합하는 암나사부를 갖고 원뿔 형태를 갖는 무게중심부; 및

상기 바디에 내장되고, 안테나와 연결된 통신부와, 기울기 정보를 감지하는 기울기센서와 제어부(도면미표기), 정원공급장치를 포함하는 평판 형상의 본체로 이루어지는 계측센서; 를 포함하여 이루어지고, 상기 계측센서는 본체 양측면 단부가 슬라이딩 결합하는 삽입홈을 구비한 삽입패널;에 결합되어 상기 바디에 내장되고 상기 계측센서와 바디사이에 이격공간을 형성하는 것을 특징으로 한다.

나아가 본 발명에 따른 하천제방 붕괴 방지를 위한 실시간 모니터링 시스템의 계측수단은 원격제어장치를 통하여 기울기 정보 수집, 송신하는 간격을 조절 가능하도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 하천제방 붕괴 방지를 위한 실시간 모니터링 시스템은 하천제방 기울기 정보를 수집하기 위한 기울기센서와 정보 송신을 위한 통신부 및 제어부를 내장하는 계측수단을 각각의 하천제방에 일정 간격으로 지중 매설하고, 상기 계측수단으로부터 수집되는 정보를 하나의 관제부의 웹서버로 통합 연결되게 함으로써, 하천제방 붕괴와 직, 간접적으로 관련된 지반공학적 원인인 제체 및 기초지반의 침하, 침투, 사면안정 등과 관련된 설계 및 시공, 유지관리 등의 문제점을 감지하고 이 정보를 데이터베이스화 하여 광범위한 실시간 모니터링 및 사전예방적 관리체계를 구축하고, 국부적 혹은 일면적 분석체계에서 탈피하여, 국내 모든 하천제방 전 구간에 걸친 총체적인 접근이 가능하도록 할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 하천제방 붕괴 방지를 위한 실시간 모니터링 시스템은 기울기센서부와 통신부 및 제어부를 포함하는 계측센서를 별도의 삽입패널을 통해 바디에 내장함으로써, 하천제방의 정확한 기울기 정보를 실시간으로 수집하고 송신 할 수 있다.

나아가 본 발명에 따른 하천제방 붕괴 방지를 위한 실시간 모니터링 시스템은 상기 계측수단이 하천제방의 기울기 정보를 수집하고 송신하는 간격을 조절할 수 있는 원격제어장치를 구비하여 강우량이 많은 홍수기에는 정보 송신 간격을 짧게 하고, 강우량이 적을 비 홍수기에는 정보 송신 간격을 넓게 함으로써, 정보 송신 간격을 탄력적으로 조절 가능할 뿐만 아니라, 배터리 수명을 연장시켜 장기간동안 별도의 보수, 유지 없이도 하천제방을 실시간으로 모니터링이 가능하도록 할 수 있다.

도 1은 하천제방의 기울기 및 붕괴 예시도.
도 2는 본 발명에 따른 하천제방 붕괴 방지를 위한 실시간 모니터링 시스템의 계측수단의 분해 사시도 및 조립 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 하천제방 붕괴 방지를 위한 실시간 모니터링 시스템의 실시예.
도 4는 본 발명에 따른 하천제방 붕괴 방지를 위한 실시간 모니터링 시스템의 정보 송수신 관계도.
도 5는 본 발명에 따른 하천제방 붕괴 방지를 위한 실시간 모니터링 시스템의 실시예에 따른 어플리케이션 활용예.
도 6은 본 발명에 따른 하천제방 붕괴 방지를 위한 실시간 모니터링 시스템의 계측수단 변형례를 나타낸 분해 사시도.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 구현예(態樣, aspect)(또는 실시예)들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면에서 동일한 참조부호, 특히 십의 자리 및 일의 자리 수, 또는 십의 자리, 일의 자리 및 알파벳이 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 기능을 갖는 부재를 나타내고, 특별한 언급이 없을 경우 도면의 각 참조부호가 지칭하는 부재는 이러한 기준에 준하는 부재로 파악하면 된다.

또 각 도면에서 구성요소들은 이해의 편의 등을 고려하여 크기나 두께를 과장되게 크거나(또는 두껍게) 작게(또는 얇게) 표현하거나, 단순화하여 표현하고 있으나 이에 의하여 본 발명의 보호범위가 제한적으로 해석되어서는 안 된다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예(태양, 態樣, aspect)(또는 실시예)를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, ~포함하다~ 또는 ~이루어진다~ 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 명세서에서 기재한 ~제1~, ~제2~ 등은 서로 다른 구성 요소들임을 구분하기 위해서 지칭할 것일 뿐, 제조된 순서에 구애받지 않는 것이며, 발명의 상세한 설명과 청구범위에서 그 명칭이 일치하지 않을 수 있다.

하천제방은'유수의 원활한 소통을 유지시키고 제내지를 보호하기 위하여 하천을 따라 흙으로 축조한공작물'로 정의된다.「하천설계기준한국수자원학회 2005)」). 즉 유수가 하도밖으로 흘러넘치는 것을 방지하기 위해 설치한 인공구조물이다. 제방은 공간적으로 하천구역을 나타내는 제내지와 제외지의 경계를 지으며 치수목적으로 보면 제내지로의 범람을 방어해주는 가장 중요한 홍수방어시설이다.

최근 국내 하천제방은 노후화 및 이상홍수로 인하여 치수구조물로서 안정성이 떨어지고, 홍수 시 제방붕괴로 인한 인명 및 재산피해가 가중되어 왔다. 국내 제방붕괴 유형은 1987년~2003년까지의 통계자료에 의하면 조사건수 758건 중 월류 300건(39.6%), 침식 295건(38.9%), 제체 불안정 87건(11.5%), 구조물에 의한 파괴 76건(10.0%) 등인 것으로 보고하고 있다.(한국건설기술연구원, 2004) 하천제방 붕괴 원인은 분석 결과를 고찰하면 수공학적 원인 뿐만 아니라 지반공학적 원인과 직, 간접적으로 관련되어 있음을 알 수 있다. 예로써 제체 불안정에 의한 파괴는 전통적으로 지반공학분야인 제체 및 기초지반의 침하, 침투, 사면안정 등과 관련된 설계 및 시공, 유지관리 등의 문제점들이 복합되어 발생된다.

이러한 관점에서 하천설계기준(2005)은 치수구조물로서 제방 분야 설계기준 개정과 관련하여 수공학 및 지반공학의 관련 전문가가 공동대안을 제시하였다는 점에서 큰 의의가 있다. 2005년도 판 하천설계기준 개정 중 지반공학분야와 관련된 중요내용은 다음과 같다.

※입도분포특성, 투수특성 등을 고려한 제방재료 선정기준 강화.

※하상토 활용의 제한적 권장

※제방다집관리 기준 강화 - 제방 구간 : 상대다짐도 90%로 상향 조정.

- 구조물 구간 : 상대다짐도 96%로 상향 조정.

※1:3 비탈면 경사 완화에 의한 제방안정성, 친수성, 장비 접근성 개선.

※배수통문 주변 제방재료 선정, 다짐규정 강화, 말뚝사용의 예외적 제한 등.

※파이핑 방지 관련 설계 및 대책공법의 보완.

그럼에도 불구하고 국내 하천제방 관련 설계기준은 안정성 및 합리성에 있어서 미국, 일본, 유럽 등에 비해 매우 미흡한 수준으로 지속적인 관련 전문가들의 연구, 보완이 요구된다.

최근 지반공학분야와 관련된 하천제방 붕괴는 전체 제방 피해의 20.5%에 해당하는 큰 문제 요인으로 대두되고 있다. 특히 하천제방과 관련된 수자원분야, 주변지반의 파이핑, 다짐, 침하와 관련된 지반분야, 배수박스설계와 관련된 구조분야 등 토목 전반에 관련된 요소기술의 집합적 성격을 가지고 있다. 국내 하천제방 관련 피해는 기술적 측면에서 이러한 토목기술의 모든 분야가 관련되어 있으면서도 구조물이 단순하다는 이유로, 관련 분야에 대한 공동연구가 추진되지 않아 붕괴에 따른 피해가 다소 확대되어 왔다. 일본은 이미 제방 및 배수통문과 관련하여 시설물 개요, 위치, 공학적 특성, 피해이력, 토질특성 등의 데이터베이스를 정립해 놓은 실정에 있으며 또한, 하천제방 관련 최대 취약점인 하천제방 주변 공동을 탐지할 수 있는 연통시스템과 지반침하를 고려한 유구조/유지지 배수통문 시스템을 제안해 놓은 실정에 있다. 본 발명은 이러한 연구추세와 관련하여 연통시스템과 같은 탐사기술의 개발, 제방관련 국가 시설물관리를 위한 D/B 구축, 연약지반상 합리적 암거설계기술 등의 수자원, 지반, 구조분야의 공동 연구 등을 위하여, 하천제방 붕괴와 직, 간접적으로 관련된 지반공학적 원인인 제체 및 기초지반의 침하, 침투, 사면안정 등과 관련된 설계 및 시공, 유지관리 등의 문제점을 감지하고 국내 하천제방 관련 정보를 수집하여 실시간으로 모니터링하면서 하천제방 붕괴를 방지하고, 수집된 정보를 데이터베이스화하여 하천제방의 유지, 보수 및 하천제방 설계에 도움을 줄 수 있는 하천제방 붕괴 방지를 위한 실시간 모니터링 시스템을 제안한다.

이하에서는 본 발명에 따른 하천제방 붕괴 방지를 위한 실시간 모니터링 시스템을 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

우선 하천제방의 붕괴 원인을 도 1을 참조하여 설명하면, 도 1의 A에서와 같이 하천에 따라 하천제방 설계 시 성토재료 불량에 의하여 하천이 하천제방으로 침투하여 누수가 발생하고 이로 인하여 하천제방에 공동이 발생하여 하천제방 기초의 부등침하가 진행되어 하천제방이 전도되어 붕괴된다. 또한 도 1의 B에서 도시된 바와 같이, 강우량에 따른 하천의 유량 변화 등으로 인하여 하천이 침식하여 하천제방의 제방비탈면 내지 제방하단부에 세굴이 발생하고 하천제방 내부로 갈수록 하천이 침식이 강해져 하천제방의 기울기 변화를 일으킬 뿐만 하천제방의 진행성 붕괴를 야기한다. 나아가 도 1 C에서 도시된 바와 같이, 토사 또는 유목으로 인한 통수능 저하 및 통수능을 초과하는 홍수 유출로 인하여 월류가 발생하게 되면 월류에 의해 하천제방의 붕괴가 일어난다. 이러한 원인 등으로 인하여 하천제방의 붕괴가 시작되면 하천제방은 필연적으로 기울기 변화를 동반한다.

상술한 하천제방의 붕괴 시 하천제방의 기울기가 변화하는 점에 착안하여 본 발명은 하천제방 붕괴와 직, 간접적으로 관련된 지반공학적 원인인 제체 및 기초지반의 침하, 침투, 사면안정 등과 관련된 설계 및 시공, 유지관리 등의 문제점 및 수공학적 원인인 월류 등에 의한 제방붕괴의 문제점을 감지하고 정보를 수집하기 위한 기울기센서(61)를 구비한 계측수단을 포함하여 이루어진다. 도 2에서 도시된 바와 같이 상기 계측수단은 하부에 제1나사사(11)을 갖는 상부 덮개(10);와 상측에 상기 상부 덮개(10)의 제1나사산(11)과 결합되는 제1나사부(21)를 갖고 하측에 제2나사산(22)을 갖는 니플 형상의 송신패널(20);과 내주면에 상기 제2나사산(22)과 결합하는 제2나사부(32)를 갖는 연결패널(30;)과 상측 외주면에 상기 제2나사부(32)와 연결되는 나사산(41)을 갖고, 하측 개구부에서 내측으로 절곡되어 돌출 형성되어 외주면에 수나사부(42)를 갖는 바디(40); 상기 바디(40)의 수나사부(42)와 결합하는 암나사부(62)를 갖고 원뿔 형태를 갖는 무게중심부(60); 및 기울기 정보를 감지하는 기울기 센서(71)와 안테나(72a)와 연결된 통신부(72)와 제어부(도면미표기), 전원공급부(73)를 포함하고, 상기 삽입패널(50)의 삽입홈(51)에 슬라이딩 결합하는 평판 형상의 본체(75)로 이루어지는 계측센서;를 포함하여 이루어진다.

상기 바디(40)와 무게중심부(60) 및 연결패널(20)은 금속 등의 재질로 이루어져 외부 요인의 영향을 가능한 받지 않도록 형성되는 것이 바람직하며 나아가 상기 바디(30)의 하부에 결합되는 무게중심부(60)는 상기 바디보다 무거운 재질로 이루어지고 지중 매설 시 상기 계측수단의 중심을 잡고, 기울기 변화를 보다 정확히 감지할 수 있도록 원뿔 형태로 형성되어 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 바디(34) 하부와 무게중심부(60)의 결합 방법은 상기 바디의 내부를 수분 등의 침투로부터 방지 할 수 있도록 밀폐되면 족하다. 또한 상기 상부 덮개(10)는 추후 상기 계측수단의 재활용이나 전원공급장치(73) 등을 포함하는 계측센서(70)의 고장이나 교체 또는 업그레이드 등을 위하여, 개폐가 가능하되, 밀폐되도록 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명은 도 3에서 도시된 바와 같이, 상술한 계측수단을 하천제방에 일정 간격을 두고 일렬로 지중 매설하여, 하천제방의 기울기 변화 정보를 수집하는데, 상기 계측수단은 하천제방의 길이나 형태, 크기에 따라 수개의 계측수단을 일렬 또는 병렬하여 일정 간격을 두고 지중 매설할 수 있다. 본 발명에 따른 계측수단의 바람직한 지중 매설 실시예는 도 3에서 도시된 바와 같이, 하천제방을 따라 약 500M의 간격으로 일렬로 매설하는 것이 바람직하다. 또한 상기 계측수단은 하천제방의 기울기 정보를 수집하기 위하여 소정의 깊이에 매설되는데, 본 발명에 따른 하천제방 붕괴 방지를 위한 실시간 모니터링 시스템의 계측수단은 하천의 평균 수면 높이보다 하부에 매설되는 것이 바람직하다. 상술한 바와 같이 하천제방의 붕괴는 상기 하천제방의 하부에서부터 그 붕괴가 시작되어 기울기에 변화가 발생하므로 상기 하천제방의 일정 깊이에 매설되는 상기 계측수단은 더욱 정확한 기울기 변화 정보를 수집할 수 있다.

상술한 바와 같이, 상기 계측수단은 하천제방의 기울기 정보를 수집하기 위한 계측센서(60)를 내장하는데, 상기 계측센서는 보다 정확한 기울기 정보를 감지하기 위해서 바디(30) 내부 중앙에 고정되는 것이 바람직하다. 상기 계측센서(70)가 상기 바디(30)에 직접 결합되면 진동이나 충격 등에 의한 외부요인으로 정확한 기울기 정보 감지를 방해받을 수 있으므로, 별도의 계측센서 고정부재를 구비하여, 상기 계측센서가 고정 유지되는 것이 더 바람직하다. 본 발명에 따른 실시예로서 도 2에서 도시된 바와 같이, 상기 계측센서(70)를 더욱 안정되게 고정하여 외부요인으로 인하여 기울기 정보 수집을 간섭받지 않기 위하여, 상기 바디(40)에 내장되고, 수직 방향으로 내주면과 외주면이 관통되어 형성되는 삽입홈(51) 한 쌍을 갖는 삽입패널(50);에 상기 계측센서(70)가 결합된다. 상기 삽입패널(50)에 의한 계측센서의 결합을 상세히 설명하면, 상기 계측센서(70) 본체(75)의 양측면 단부를 상기 삽입패널(50)의 삽입홈(51)에 슬라이딩 결합시킨 후 상기 연결패널(30)과 바디(40)의 결합체에 내장한다. 그 후 상기 송신패널(20)을 상기 연결패널(30)과 결합하고 상기 상부 덮개(10)를 결합하여 상기 계측센서(70)를 계측수단 내에 내장하고 밀폐시킨다. 그리고 상기 삽입패널(50)은 상기 바디(40)의 하부 내측으로 절곡된 면에 본딩 결합 등의 방식으로 고정되어 내장된다. 이때, 상기 삽입패널(50)의 외측 직경을 w1, 상기 바디의 내측 직경을 w2라 할 때, w1 < w2 의 크기 관계를 가짐으로써, 상기 삽입패널(50)과 상기 바디(40) 사이에는 이격공간을 갖는 것을 특징으로 한다. 이 이격공간으로 말미암아, 상기 삽입패널(50)에 결합된 계측센서(70)는 상기 바디와 일정 공간 떨어지게 됨으로써, 상기 계측수단은 외부로부터의 충격 이나 진동 등 외부 요인으로 인한 부정확한 기울기 정보 감지를 최소화 할 수 있다.

상술한 바와 같이, 상기 계측센서는 기울기 센서(71)를 포함하는데, 이 기울기 센서는 종래 공개된 모든 기울기 센서를 포함한다. 특허공개 제10-2006-0074672호(공개일자 2006년07월03일)는 기울기변화에 따른 충전용량의 변화 값을 출력하는 캐패시터부와; 상기 캐패시터부의 전극과 유전체사 이의 충전용량값을 검출한 후 기울기를 연산하여 출력하는 기울기 연산부를 포함하여 구성되어 기울기 센서로서의 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 칩을 대체하여 이동통신 단말기 등에 탑재되는 소형 피씨비의 하단부에 장착되어 피씨비의 기울기 변화에 따라 변화되는 충전용량의 변화량을 측정함으로써 피씨비 등의 기울기를 검출할 수 있도록 하는 기울기 검출 장치를 제시하고 있는데, 상기 발명의 기울기 검출 장치와 같이 소형으로 제작되어 계측수단에 내장될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

또한 상기 계측수단의 기울기 센서는 장기간 동안 하천제방의 기울기 정보를 수집하여야 하므로, 전력소모가 적고 하천제방의 기울기 변화를 감지할 수 있는 정도의 정밀도가 요구된다. 상기 기울기 센서의 정밀도는 상기 계측수단의 매설 위치에 따라 다르게 선택할 수 있다. 하천제방 비탈면 세굴부에 매설 시에는 안전도가 민감한 부분으로서 높은 정밀도가 요구되며, 제방 하단부에 매설 시에는 하상세굴이 빈번히 발생하는 부분으로서 제방비탈면보다는 비교적 낮은 정밀도를 요구하므로 상기 계측수단의 기울기 센서는 매설 깊이와 하천제방의 형태, 크기에 따라 선택 가능하다.

나아가 본 발명에 따른 하천제방 붕괴 방지를 위한 실시간 모니터링 시스템은 도 3 및 도 4에서 도시된 바와 같이, 복수개의 계측수단이 매설되어 하천제방의 기울기 정보를 감지하고, 상기 계측수단은 서로 단거리통신망으로 연결되는 하나의 정보수집부를 이루게 된다. 이를 위하여, 상술한 바와 같이 상기 계측수단은 정보 송신을 위한 통신부(62)를 내장한다. 상기 계측수단의 통신부는 지중에서도 원할한 정보 송신이 가능하고, 노이즈가 없는 것이 바람직하다. 상기 정보수집부를 이루도록 하는 상기 통신부는 종래의 여러 통신기술을 모두 포함하여 이루어질 수 있는데, 특히 특허공개 제10-2008-0000290호(공개일자 2008년01월02일)에서 제시하는 것과 같이 지그비 모듈을 이용하는 것이 바람직하다. 상기 발명은 지그비 통신을 이용하여 별도의 네트워크 구축 없이 공동 주택 내에 구비된 보일러와 같은 다양한 감시 대상의 상태정보를 수집 관리할 수 있도록, 각각이 식별정보를 가지며 상호 간 데이터를 송수신하는 지그비 통신 모듈을 포함하고, 장치의 각 부분의 상태를 감지하는 감지 수단으로부터 출력되는 상태정보를 수신하여 상기 지그비 통신 모듈을 통해 출력하거나 지그비 통신 모듈을 통해 수신되는 상태정보를 전달하되, 공동 주택의 좌우로 최단 거리에 인접하고, 상하로 최단 거리에 인접한 감시 대상들로 그룹화되는 다수의 감시 대상과; 상기 감시 그룹별로 전송되는 상태 정보를 수신 및 수집하여 출력하는 하나 이상의 로컬 서버와; 상기 로컬 서버로부터 제공되는 기기 상태정보를 관리자에게 제공하고, 이를 저장 및 처리하는 중앙 서버;를 포함하여 구성된 지그비를 이용한 모니터링 시스템을 제시한다. 이러한 지그비 모듈 방식을 활용하여 하천제방의 전부 또는 구역별로 나누어진 하천제방의 일부에 매설된 상기 계측수단은 근거리 통신망을 형성하는 정보수집부를 이루게 된다.

나아가 본 발명은 상술한 정보수집부의 원활한 형성을 위하여, 도 2에서 도시된 바와 같이, 상기 상부 덮개(10)와 송신패널(20)은 전파 방해가 없는 PVC 재질 등으로 이루어지는 것이 바람직하다. 도 2에서 도시된 바와 같이, 상기 계측수단에는 PVC 재질로 이루어지고 니플 형상으로 이루어진 송신패널(20)을 구비하고 있다. 이는 상기 계측센서(70)와 결합되는 삽입패널(50)이 상기 연결패널(30)과 상기 바디(40)에 내장되어질 때, 금속 재질로 이루어진 연결패널(30)과 바디(40)로 인하여 기울기 정보 송신 시 재질의 특성으로 인한 전파방해를 받아 원활한 정보 송신이 이루어지지 않을 수 있기 때문이다. 상기 연결패널(20)은 상기 바디(40) 내장되는 삽입패널(50) 때문에 상기 바디(40)의 외측면에 형성될 수밖에 없는데 PVC 등의 전파 방해가 적은 재질로 이루어질 경우, 재질의 특성상 파손되기 쉬움으로 억지끼움이 불가능하여 나사 결합 등의 방식으로 밖에 결합할 수 없다. 이때 서로 경도가 다른 재질을 나사 결합할 경우 상기 연결패널(30)의 작은 경도로 인하여 외부의 충격 등에 의해 쉽게 파손 될 수 있기 때문에 추후 연결패널(50)의 고정이 이완되면 계측수단으로서, 기울기 센서(71)가 하천제방의 정확한 기울기 정보를 수집하기 어려워질 수 있다.

이에 본 발명은 금속 재질의 연결패널(20)을 도입하여 상기 바디(40)와 억지끼움 함으로써, 상기 계측수단 구성부분간의 견고한 고정 결합을 장시간 보장하고, 전파 방해가 적은 송신패널(20)을 더 구비하고, 후술할 상기 안테나(72a)가 상기 송신패널(20) 내측에 위치되도록 하여, 하천제방의 기울기 정보의 원활한 송신을 가능하도록 한다.

상기한 바와 같은 목적 달성을 위하여, 상기 연결패널(30)을 억지끼움 하기 위해서는 별도의 억지끼움부재(90)가 필요한데 도 3의 우측 쇄선으로 구분한 부분 사시도에서 도시된 바와 같이 상기 억지끼움부재(90)는 상기 연결패널(30)의 제2나사부(32)와 결합하는 볼트부(91)를 갖고, 같은 금속재질로 이루어진다. 이 때 상기 바디(40)의 상측 외주면은 평평하게 형성되어 상기 억지끼움부재(90)와 결합한 상기 연결패널(30)을 상기 바디(40)의 상측 개구부와 맞닿게 위치시켜 해머 등의 강한 타격수단을 이용하여 상기 연결패널(30)의 제2나사부(32)를 상기 바디(40))의 외주면에 억지끼움시킴으로써, 상기 계측수단의 구성부분간의 견고한 고정 결합을 가능하게 할 수 있다. 또는 상기 억지끼움부재(90) 상부에 형성되는 회전조임부(92)를 이용하여, 상기 억지끼움부재(90)와 결합한 상기 연결패널(30)의 제2나사부(32)를 상기 바디의 외주면에 억지 나사 조임을 함으로써, 일반적인 나사볼트, 너트 결합 방식 보다 견고한 고정을 가능하게 할 수 있다. 상기 억지끼움부재(90)를 통한 연결패널(30)의 고정을 완료하면, 상기 억지끼움부재(90)와 연결패널(30)의 나사 결합을 해제하고, 니플형상으로 이루어진 송신패널(20)의 제2나사산(22)을 상기 연결패널(30)의 제2나사부(32)와 결합시키고, 상기 상부 덮개(10)의 제1나사산(11)과 상기 송신패널(20)의 제1나사부(21)를 결합함으로써, 본 발명에 따른 하천제방 붕괴 방지를 위한 실시간 모니터링 시스템은 계측센서의 정보 송신을 원활히 하면서도, 견고한 고정결합으로 인하여 정확한 기울기 정보 수집이 가능한 계측수단을 구비하여, 목적에 맞는 정보수집부를 형성할 수 있게 된다.

상술한 계측센서(70)의 안정된 고정 유지와 원활한 정보 송신을 위하여 도 6에서 도시된 바와 같이 본 발명의 계측수단은 변형가능하다. 본 발명의 변형례에 따른 상기 계측수단은 내주면의 상부 일측에서 돌출되어 형성되고, 상기 통신부의 안테나가 고정 결합되는 안테나고정부(84)를 갖고, 상기 삽입패널(50)에는 제2삽입홈(51a)을 더 구비하여, 상기 안테나고정부(84)는 상기 삽입패널(50)의 제2삽입홈(51a)에 슬라이딩 결합되는 이격패널(80)을 포함하여 이루어진다. 도 6에서와 같이 상기 안테나고정부(84)는 내측으로 돌출 형성되어 안테나가 억지끼움 가능하도록 형성되어, 상기 안테나가 상기 송신패널(20) 내측에 고정됨으로써, 전파 방해 없이 원활한 정보 송신을 가능하게 한다. 뿐만 아니라 상기 계측센서(60)의 안정된 고정 유지를 위하여, 도 6에 따른 변형례에서 상기 이격패널(80)은 내주면의 타측에서 돌출되어 수직방향으로 형성되고, 내측 말단에 상기 계측센서(70)의 본체(75) 양측면 단부가 결합하는 고정홈(81a)을 구비하고, 상기 삽입패널(50)의 삽입홈(51)에 슬라이딩 결합하는 삽입가이드(81)를 한 쌍 포함하고, 외주면에 돌출되어 수직 방향으로 형성되고, 상기 바디(40)의 내주면과 맞닿는 복수개의 고정레일(82)을 더 구비하는 관 형상으로 이루어진다.

이때, 도 6의 좌측 일점쇄선으로 표현된 상기 삽입패널과 계측센서, 이결패널 및 바디의 결합 단면도에서 알 수 있듯이, 상기 삽입패널(50)의 삽입홈(51)의 너비를 g1, 상기 삽입가이드의 폭을 g2, 상기 고정홈의 너비를 g3, 상기 계측센서 본체(75)의 측면 너비를 g4라 할 때, g1 > g2 > g3 > g4 의 크기 관계가 형성되어 상기 계측센서의 고정을 이중으로 견고히 할 수 있다.

또한, 상기 바디(40)의 내측 직경을 d1, 상기 이격패널(80)의 내측 직경을 d2, 상기 이격패널(80)의 한 쌍의 삽입가이드(81)에 구비된 고정홈(81a)의 내측을 잇는 너비를 d3라 할 때, d3 < d2 < d1 의 크기 관계가 형성되어, 상기 계측센서(70)와 결합된 이격패널(80)과 상기 바디(40)사이에 이격공간을 갖게 함으로써, 상기 계측센서(70)는 외부 진동이나 충격 등의 외부 요인으로 인한 정확한 기울기 정보 수집 방해를 최소화하여 보다 정확한 정보 수집이 가능해질 뿐만 아니라 상기 계측센서(70)가 이중으로 견고하게 고정되게 함으로써, 상기 계측센서의 장시간 사용에 따른 상기 계측센서의 이탈을 방지할 수 있다. 이러한 구성을 통하여 각각의 계측수단으로부터 원활한 하천제방의 기울기 정보 수집 및 송신이 이루어지게 되면 상기 정보수집부는 게이트웨이와 무선으로 연결되어 관제부로 수집된 정보를 송신하다.

이어서, 도 3 및 도 3에서와 같이, 상기 정보수집부와 게이트웨이는 국내 모든 하천제방에 설치되고 각각의 하천제방으로부터 수집된 정보는 각각의 게이트웨이를 통하여 하나로 통합 운용되어지는 관제부로 전달된다. 이 때 상기 관제부는 하나의 웹서버를 갖고, 국내 모든 하천제방으로부터 전달되는 각각의 하천제방의 정보들을 행정별, 유역별, 하천별, 명칭별 등으로 통합, 분석된 데이터베이스를 구축하여 상기 웹서버에 저장하고, 하천제방의 정보를 실시간으로 모니터링 함으로써, 광범위한 실시간 모니터링 및 사전예방적 관리체계를 구축하고, 국부적 혹은 일면적 분석체계에서 탈피하여, 국내 모든 하천제방 전 구간에 걸친 총체적인 접근이 가능하도록 할 수 있다. 상기 데이터베이스로 구축된 정보는 하천제방의 실시간 모니터링뿐만 아니라, 향후 하천제방의 유지, 보수를 위한 정보를 제공하고, 데이터베이스화된 정보를 분석하여 새로운 하천제방 설계 시 하천제방 붕괴를 방지할 수 있는 다양한 연구를 가능하게 한다.

나아가 도 5에서 도시된 바와 같이, 상기 관제부의 웹서버는 휴대용 단말기와 연동 가능하도록 형성되어진다. 본 발명에 따른 하천제방 붕괴 방지를 위한 실시간 모니터링 시스템의 실시예로서 스마트폰 등의 어플리케이션을 활용하여 하천제방의 정보를 실시간으로 쉽고 빠르게 찾을 수 있는 하천제방 조회 서비스를 가능하도록 하는 것이 바람직하다. 상기 어플리케이션 역시 유역별, 하천별, 명칭별 검색을 통한 데이터베이스 정보의 표출이 가능하도록 하는 것이 더욱 바람직하다.

또한 상기 관제부는 원격제어장치를 통하여 각각의 하천제방에 설치된 정보수집부의 계측수단을 원격 제어하여 계측수단의 정보 수집 및 송신 간격을 탄력적으로 선택할 수 있다. 장마철 등의 홍수기나 집중호우로 인하여 하천의 유량이 증가할 때에는 상기 원격제어장치를 통하여 계측수단이 하천제방의 기울기 정보를 수시로 수집하고 송신하게 하여 급작스런 유량 증가로 인한 하천제방 붕괴를 방지하고, 비 홍수기 등 유량이 적을 때에는 계측수단이 하천제방의 기울기 정보를 수집, 송신하는 간격을 조절함으로써, 배터리 수명을 연장시켜 보다 오랜 기간 동안 정보 수집 활동이 가능하도록 할 수 있다. 그리고 본 발명에 의한 계측수단은 기울기 정고 수집 시 이전 수집된 정보와 큰 변화가 감지될 경우 별도의 위험 경보 신호를 관제부에 송신할 수 있게 하고, 관제부는 위험 경보 신호를 받는 하천제방을 집중 모니터링 할 수 있도록 한다. 위험 경보 송신은 각각의 하천제방의 특수성에 따라 별도의 위험 지침을 마련하여, 하천천제방 붕괴 방지를 위한 실시간 모니터링 시스템을 탄력적으로 운용될 수 있도록 한다.

나아가 본 발명에 따른 하천제방 붕괴 방지를 위한 실시간 모니터링 시스템의 계측수단은 하천제방에 지중 매설될 뿐만 아니라 부착형으로 변형 제작하여 하천제방의 모양, 특색에 따라 다양한 설치가 가능하도록 한다. 뿐만 아니라 상기 계측수단은 기울기 센서를 내장할 뿐만 아니라, 침수센서, 간극수압계, 누수측정기, 변형측정계 등을 추가 내장하여 하천제방 붕괴 방지를 위한 다방면의 정보를 수집할 수 있게 함으로써 하천제방 붕괴 방지를 위한 실시간 모니터링 시스템의 활용을 극대화 할 수 있다.

S : 계측수단
10 : 상부덮개 11 : 제1나사산
20 : 송신패널 21 : 제1나사부
22 : 제2나사산 30 : 연결패널
32 : 제2나사부 40 : 바디
41 : 나사산 42 : 수나사부
50 : 삽입패널 51 : 삽입홈
52 : 삽입탭 60 : 무게중심부
62 : 암나사부 70 : 계측센서
71 : 기울기 센서 72 : 통신부
72a : 안테나 73 : 전원공급장치
75 : 본체 80 : 이격패널
81 : 삽입가이드 81a : 고정홈
82 : 고정레일 83 : 삽입부재
90 : 억지끼움부재 91 : 볼트부
92 : 회전조임부

Claims (4)

1. 하부에 제1나사산을 갖는 상부 덮개;
   상측에 상기 상부 덮개의 제1나사산과 결합되는 제1나사부를 갖고 하측에 제2나사산을 갖는 니플 형상의 송신패널;
   내주면에 상기 제2나사산과 결합하는 제2나사부를 갖는 연결패널;
   상측 외주면에 상기 제2나사부와 연결되는 나사산을 갖고, 하측 개구부에서내측으로 절곡되어 돌출 형성되고 외주면에 수나사부를 갖는 바디;
   상기 수나사부와 결합하는 암나사부를 갖고 원뿔 형태를 갖는 무게중심부; 및
   상기 바디에 내장되고, 안테나와 연결된 통신부와, 기울기 정보를 감지하는 기울기센서와 제어부(도면미표기), 전원공급장치를 포함하는 평판 형상의 본체로 이루어지는 계측센서; 를 포함하여 이루어지는 계측수단을 통하여 하천제방을 실시간 모니터링하되,
   상기 계측수단은 상기 계측센서의 본체 양측면 단부가 슬라이딩 결합하는 삽입홈을 구비한 삽입패널;을 포함하고 이루어지고 상기 계측센서와 바디사이에 이격공간이 형성되는 것을 특징으로 하는 하천제방 붕괴 방지를 위한 실시간 모니터링 시스템.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 계측수단은 복수개가 구비되어 하천제방에 일정 간격으로 지중 매설되고, 기울기 정보를 수집하되,
   상기 복수개의 계측수단이 상호 근거리통신망으로 연결되어 구성되는 정보수집부;
   상기 정보수집부와 무선 연결되는 게이트웨이; 및
   상기 게이트웨이와 무선 연결되고, 하천제방의 정보를 실시간 모니터링 하는 관제부; 를 포함하여 이루어지고,
   상기 게이트웨이는 모든 하천제방마다 설치되어, 상기 관제부에 구비된 하나의 웹서버로 통합 연결되는 것을
   특징으로 하는 하천제방 붕괴 방지를 위한 실시간 모니터링 시스템.
   
3. 삭제
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 계측수단은 원격제어장치를 통하여 기울기 정보 수집, 송신하는 간격을 조절 가능하도록 하는 것을 특징으로 하는 하천제방 붕괴 방지를 위한 실시간 모니터링 시스템.

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