KR101237718B1 - Ｕｓｎ 기반 실시간 수질 모니터링 시스템 및 방법 - Google Patents

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KR101237718B1
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Abstract

본 발명은 원격지의 수질 정보를 실시간으로 감시하고 수질 데이터를 취합 및 분석하여 3차원 데이터를 생성하기 위한 것으로서, 본 발명에 의하면, 인터넷 전문은행 운영에 따른 화상 대면 실명 확인 시스템에 있어서, 적어도 하나의 센서를 이용하여 수질의 다양한 정보를 수집하기 위해 일정 범위에 설치되고, 센싱된 수질 정보를 데이터화하여 통합 게이트 웨이로 전송하기 위한 적어도 하나의 수질 측정 수단과, 상기 수질 측정 수단으로부터 수질 정보 데이터를 수신받아 가공하여 인터넷망을 통해 통합 관제 수단으로 전송하기 위한 적어도 하나의 통합 게이트 웨이와, 상기 통합 게이트 웨이로부터 수신된 수질 데이터 정보를 활용하여 수질 상태를 분석하고, 상기 수질 측정 수단을 통해 센싱된 수심에 따른 수질정보를 분석하여 3차원 수질 정보를 생성하기 위한 통합 관제 수단으로 구성되는 USN 기반 실시간 수질 모니터링 시스템 및 방법을 제공한다.

Description

ＵＳＮ 기반 실시간 수질 모니터링 시스템 및 방법{System and method for monitoring in real time the water quality according to USN}
본 발명은 USN 기반 실시간 수질 모니터링 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다항목 수질측정 통합 시스템과 유비쿼터스 센서 네트워크를 접목하여 실시간으로 원격지의 수질을 감시하기 위한 USN 기반 실시간 수질 모니터링 시스템 및 방법에 관한 것이다.
현재 환경분야, 특히 수질분야는 국민들에게 깨끗한 식수공급과 관련하여 또는 상하수원 등에 대한 수질환경 조사 등을 위하여 다양한 형태의 센서들을 이용하여 여러 지점에서 수질조사가 주기적으로 이루어지고 있다.
이렇게 각 지점에서 채취된 시료 등은 분석을 위하여 연구소 등의 실험기기를 구비한 장소로 운반하여 분석이 행하여지고 있다.
즉, 기존에는 환경 자료에 대한 데이터를 수집하기 위하여 사용자가 직접 측정장치를 가지고 매번 측정장소로 이동하여야 하였고, 또한 여러 항목을 측정하기 위해서는 각 측정 항목별로 사용되는 여러 종류의 계측기기를 사용하여야 하였다.
그리고, 이렇게 측정된 데이터들을 수집하여 분석하는데 많은 시간과 인력이 소모되고 있다.
이러한 문제점을 개선하기 위하여 일부 수처리 시스템에서의 각 측정 지점에서 별도의 측정장치들이 유선으로 자동화 또는 온라인화되어 있어서 실시간으로 측정된 데이터들이 중앙시스템으로 전달되어 체계적인 관리가 이루어지고 있다.
그러나, 이러한 시스템은 유선시스템을 이용하기 때문에 별도의 라인공사, 배관공사 및 측정시스템의 구축을 위하여 설치비용에 따른 공사비의 과다와 전문가의 작업을 필요로 한다. 또한, 한번 설치가 된 후에는 이를 다른 장소로 이동하거나 또는 변경 및 확장에 큰 어려움이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 수질 모니터링을 위한 유비쿼터스 센서 네트워크(USN)를 기반으로 다항목 수질측정 장치들의 센서 노드 및 싱크노드를 이용하여 모든 원격지의 수질을 실시간으로 감시하기 위한 USN 기반 실시간 수질 모니터링 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 수질 측정 환경에 따른 다양한 워터노드 스테이션을 활용하여 다양한 범위의 수질을 감시할 수 있는 USN 기반 실시간 수질 모니터링 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 GPS 좌표와 수심에 따른 수질을 측정하여 3차원(3D)으로 감시하여 오염원의 정확한 위치를 판단하기 위한 USN 기반 실시간 수질 모니터링 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 오류주입법을 활용하여 수질 감시의 실뢰성을 확보하기 위한 USN 기반 실시간 수질 모니터링 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
상기한 본 발명의 목적은, 적어도 하나의 센서를 이용하여 수질의 다양한 정보를 수집하기 위해 일정 범위에 설치되고, 센싱된 수질 정보를 데이터화하여 통합 게이트 웨이로 전송하기 위한 적어도 하나의 수질 측정 수단; 상기 수질 측정 수단으로부터 수질 정보 데이터를 수신받아 가공하여 인터넷망을 통해 통합 관제 수단으로 전송하기 위한 적어도 하나의 통합 게이트 웨이; 및 상기 통합 게이트 웨이로부터 수신된 수질 데이터 정보를 활용하여 수질 상태를 분석하고, 상기 수질 측정 수단을 통해 센싱된 수심에 따른 수질정보를 분석하여 3차원 수질 정보를 생성하기 위한 통합 관제 수단를 포함하는 것을 특징으로 하는 USN 기반 실시간 수질 모니터링 시스템에 의해 달성된다.
또한 본 발명에 따르면, 상기 수질 측정 수단과 상기 통합 게이트 웨이 중 적어도 어느 하나를 탑재하여 센서 노드(Sensor Node) 또는 싱크 노드(Sink Node) 플렛폼을 형성하기 위해 부착 또는 부표 형태를 갖는 워터노드 스테이션을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따르면, 상기 수질 측정 수단은, 전원 공급 장치; 원통의 방수 케이스에 적어도 하나의 센서와 데이터를 수집하기 위한 통합보드가 내장된 다항목 수질 측정 장치; 상기 다항목 수질 측정 장치를 수심으로 강하하기 위한 수직강하장치; 수집된 상기 수질 데이터를 통합 게이트 웨이로 전송하기 위한 네트워크부; 및 상기 수질 측정 수단의 각 장치를 제어하기 위한 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따르면, 상기 다항목 수질 측정 장치는, 전도도(EC) 센서, 염도 센서, 온도 센서, 용존산소(DO) 센서, 용존수소(pH) 센서, 탁도 센서, 수심 측정 센서, 암모니암 및 질소 측정 센서 중 적어도 어느 하나 이상의 센서가 상기 원통의 방수 케이스의 멀티 챔버에 구비되며, 상기 적어도 하나 이상의 센서의 수질 센싱 정보를 취합하기 위한 통합 보드를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따르면 상기 수직강하장치는, 와이어 드럼; 상기 와이어 드럼을 동작시키기 위한 모터; 상기 모터를 제어하기 위한 모터 드라이버 및 모터 컨트롤러; 선택적으로 전원을 공급하기 위한 SMPS; 수위를 센싱하기 위한 수위 센서; 및 상기 수위 센서의 센싱 정보에 따라 상기 모터의 동작을 제어하기 위한 수위 조절 제어부를 포함하되, 수위에 따라 다항목 수질 측정 장치가 수중에 침지되도록 자동 조절하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따르면, 상기 수질 측정 수단은 1차 센서 노드로써, 알에프 지그비(RF Zigbee)를 포함하는 알에프 방식으로 무선 통신하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따르면, 상기 통합 게이트 웨이는 2차 센서 노드로써, 상기 수질 측정 수단으로부터 수신된 수질 데이터를 CDMA 모뎀을 사용하여 싱크 노드인 WCDMA 또는 인터넷 네트워크망을 통해 원격 데이터 전송을 위한 데이터로 가공하며, 수신 신호 세기(RSSI)를 이용하여 전송율을 확인하고, 문제 발생시 경고음을 출력하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따르면, 상기 통합 게이트 웨이는 RS-232, RS-485, RS-422, USB, A/I, D/I, A/O, D/O, WCDMA, XDSL, Wibro 중 적어도 어느 하나의 인터페이스로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따르면, 상기 워터노드 스테이션은 GPS 장치를 포함하여, 상기 수질 측정 수단의 다항목 수질 측정기의 수심 레벨에 따른 수질 정보 데이터과 GPS 좌표 값을 통해 일정 범위의 수질의 3차원 입체 측정이 가능한 것을 특징으로 한다.
상기한 본 발명의 목적은 또한, 수질 측정 수단이 적어도 하나의 센서를 이용하여 수질의 다양한 정보를 수집하기 위해 일정 범위에 설치되어, 현장 게이트 웨이를 통해 수질 정보 데이터를 통합 게이트 웨이로 전송하는 단계; 통합 게이트 웨이가 상기 수질 측정 수단으로부터 수질 정보 데이터를 수신받아 가공하여 인터넷망을 통해 통합 관제 수단로 전송하는 단계; 및 통합 관제 수단가 상기 통합 게이트 웨이로부터 수신된 수질 데이터 정보를 활용하여 수질 상태를 분석하고, 각 장소와 수심에 따른 3차원 수질 정보를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 USN 기반 실시간 수질 모니터링 방법에 의해서도 달성된다.
또한 본 발명에 따르면, 워터노드 스테이션이 상기 수질 측정 수단과 상기 통합 게이트 웨이 중 적어도 어느 하나를 탑재하여 센서 노드(Sensor Node) 또는 싱크 노드(Sink Node) 플렛폼을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따르면, 상기 수질 측정 수단은 전도도(EC) 센서, 염도 센서, 온도 센서, 용존산소(DO) 센서, 용존수소(pH) 센서, 탁도 센서, 수심 측정 센서, 암모니암 및 질소 측정 센서 중 적어도 어느 하나로부터 수질 데이터를 측정하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따르면, 상기 통합 게이트 웨이가 상기 수질 측정 수단으로부터 수신된 수질 데이터를 CDMA 모뎀을 사용하여 싱크 노드인 WCDMA 또는 인터넷 네트워크망을 통해 원격 데이터 전송을 위한 데이터로 가공하며, 수신 신호 세기(RSSI)를 이용하여 전송율을 확인하고, 문제 발생시 경고음을 출력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따르면, 상기 통합 게이트 웨이가 RS-232, RS-485, RS-422, USB, A/I, D/I, A/O, D/O, WCDMA, XDSL, Wibro 중 적어도 어느 하나의 인터페이스로 통신하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따르면, 상기 통합 관제 수단이 워터노드 스테이션에 구비된 GPS 장치로터 얻어진 GPS 좌표와 상기 수질 측정 수단의 다항목 수질 측정기의 수심 레벨에 따른 수질 정보 데이터를 분석하여 일정 범위의 수질을 3차원 입체 측정하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따르면, 오류 주입법을 이용하여 센서, 엠베디드 시스템, 통신망, 서버의 신뢰성을 검증하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따르면, 상기 오류 주입법은 돌연변이 코드(Mutation Code)를 주입하여 각 하드웨어의 JTAP(Joint Test Action Group)를 이용하여 오류 관리자 및 오류 분석자를 통해 취약성(Vulnerable) 파악하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 USN 기반 실시간 수질 모니터링 시스템 및 방법에 의하면, 수질 모니터링을 위한 유비쿼터스 센서 네트워크(USN)를 기반으로 다항목 수질측정 장치들의 센스노드와 데이터 전달을 위한 싱크 노드를 이용하여 모든 원격지의 수질을 실시간으로 감시할 수 있는 효과가 있다.
또한, 수질 측정 환경에 따른 다양한 워터노드 스테이션을 활용하여 다양한 범위의 수질을 감시할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 수심에 따른 수질을 측정하여 3차원(3D)으로 감시하여 오염원의 정확한 위치를 판단할 수 있는 효과가 있으며, 오류주입법을 활용하여 수질 감시의 실뢰성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 USN 기반 실시간 수질 모니터링 시스템을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 USN 기반 실시간 수질 모니터링 시스템이 Non-IP-USN과 IP-USN으로 구분되어 구성되는 것을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수질 모니터링 시스템의 USN 구성을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 수질 측정 수단의 구성을 나타낸 블록도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 다항목 수질 측정 장치를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 수직 강하 장치의 구성을 나타낸 도면.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 실시예에 따른 워터노드 스테이션의 형태를 나타낸 도면.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 통합 게이트 웨이의 구성을 나타낸 도면.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 수질 모니터링 시스템의 오류주입법에 따른 센서모듈의 적용 형태를 나타낸 블록도.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 수질 모니터링 시스템의 오류주입법에 따른 오류 주입 센서모듈의 네트워크상에서의 검증 형태를 나타낸 블록도.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 수질 감시 형태을 나타낸 도면.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 USN 기반 실시간 수질 모니터링 방법을 나타낸 흐름도.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 USN 기반 실시간 수질 모니터링 시스템을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 USN 기반 실시간 수질 모니터링 시스템이 Non-IP-USN과 IP-USN으로 구분되어 구성되는 것을 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수질 모니터링 시스템의 USN 구성을 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 USN 기반 실시간 수질 모니터링 시스템은 적어도 하나의 센서를 이용하여 수질의 다양한 정보를 수집하기 위해 일정 범위에 설치되고, 센싱된 수질 정보 데이터를 통합 게이트 웨이(200)로 전송하기 위한 적어도 하나의 수질 측정 수단(100)과, 상기 수질 측정 수단(100)으로부터 수질 정보 데이터를 수신받아 가공하여 인터넷망(300)을 통해 통합 관제 수단(400)로 전송하기 위한 적어도 하나의 통합 게이트 웨이(200)와, 상기 통합 게이트 웨이(200)로부터 수신된 수질 데이터 정보를 활용하여 수질 상태를 분석하고, 상기 수질 측정 수단(100)을 통해 센싱된 수심에 따른 수질정보를 분석하여 3차원 수질 정보를 생성하기 위한 통합 관제 수단(400)으로 구성되며, 수질 데이터 허용치 초과시 경고음을 출력하거나 관리 담당자에게 SMS로 통보하여 현장의 오염원을 확인토록 하기위한 현장 긴급 출동 수단(500)이 포함되고, 인터넷망(300)을 통해 일반 사용자(600)가 웹페이지에서 수질 상태를 확인할 수 있도록 웹서비스가 제공을 위한 웹서버(미도시)가 포함된다.
상기 수질 측정 수단(100)은 수질을 측정하기 위한 일정 범위에 다수 설치되어 1차 센서 노드(Sensor Node)를 형성한다.
상기 수질 측정 수단(100)의 네트워크 방식은 Non-IP-USN으로 구성되기 위해 알에프 지그비(RF ZigBee) 형태의 근거리 통신망이 활용되는 것이 바람직하며, Non-IP로 데이터를 송수신할 수 있는 모든 근거리 통신 방법이 적용될 수 있다.
상기 수질 측정 수단(100)은 데이터 전송이 가능한 센서 노드를 통해 수질 데이터를 전송하여 통합 게이트 웨이(200)로 전달되도록 한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 수질 모니터링 시스템은 Non-IP-USN과 IP-USN으로 구분될 수 있는데, 1차 센서 노드인 수질 측정 수단(100)과 2차 센서 노드인 통합 게이트 웨이(200)는 Non-IP-USN으로 구성되고, 인터넷망(300)과 통합 관제 수단(400)은 IP-USN으로 구성된다.
상기 1,2차 센서 노드는 근거리 통신망을 이용하여 Non-IP-USN을 구성함으로써, IP할당에 따른 비용이 절감되기 때문에, 적은 예산으로도 다수의 수질 측정 수단(100)을 설치할 수 있다.
상기 통합 게이트 웨이(200)는 2차 센서 노드로써, 상기 수질 측정 수단(100)으로부터 수질 데이터를 수신받아 CDMA 모뎀을 이용하여 WCDMA를 포함하는 인터넷망(300)을 통해 상기 통합 관제 수단(400)으로 수질 데이터를 전송한다.
상기 통합 관제 수단(400)은 수질에 대한 통합적인 관리를 하기 위한 관제실로써, 데이터 수집서버(미도시) 및 데이터베이스 서버(미도시)로 구성될 수 있으며, 상기 통합 게이트 웨이(200)로부터 수신된 수질 데이터를 분석하여 오염원의 정확한 위치를 파악하기 위한 컴퓨터가 포함되어 구성될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, USN 기반의 수질 모니터링 시스템은 제 1 단계층으로 상기 수질 측정 수단(100)인 센서노드 레벨 2와 제 2 단계층으로 통합 게이트 웨이(200)인 센서노드 레벨 1과 제 3 단계층으로 WCDMA 또는 인터넷망(300)인 싱크노드와 제 4 단계층인 유/무선 네트워크망과 제 5 단계층인 통합 관제 수단(400)으로 계층적 USN 구조로 형성되어 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 수질 측정 수단의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 수질 측정 수단(100)은 전원 공급 장치(150)와, 원통의 방수 케이스(116)에 적어도 하나의 센서로 구성되는 센서부(112) 및 데이터를 수집하기 위한 통합보드(114)가 내장된 다항목 수질 측정장치(110)와, 상기 다항목 수질 측정 장치(110)를 수심으로 강하하기 위한 수직강하장치(130)와, 수집된 상기 수질 데이터를 통합 게이트 웨이(200)로 전송하기 위한 네트워크부(180)와, 상기 수질 측정 수단의 각 장치를 제어하기 위한 제어부(190)로 구성된다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 다항목 수질 측정기를 나타낸 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 다항목 수질 측정 장치(110)는 전도도(EC) 센서, 염도 센서, 온도 센서, 용존산소(DO) 센서, 용존수소(pH) 센서, 탁도 센서, 수심 측정 센서, 암모니암 및 질소 측정 센서 중 적어도 어느 하나를 포함하는 센서부(112)가 원통의 방수 케이스(116)의 멀티 챔버에 구비되며, 상기 적어도 하나 이상의 센서의 수질 센싱 정보를 취합하기 위한 통합 보드(114)로 구성된다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 수직 강하 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 수직강하장치(130)는 다항목 수질 측정 장치(110)를 고정하여 상하로 이동시키기 위한 와이어 드럼(132)과, 상기 와이어를 동작시키기 위한 모터(134)와, 상기 모터(134)를 제어하기 위한 모터 드라이버(136) 및 모터 컨트롤러(138)와, 선택적으로 전원을 공급하기 위한 SMPS(140)와, 수위를 센싱하기 위한 수위 센서(142)와, 상기 수위 센서(142)의 센싱 정보에 따라 상기 모터(134)의 동작을 제어하기 위한 수위 조절 제어부(144)로 구성되며, 수위에 따라 다항목 수질 측정 장치(110)가 수중에 침지되도록 자동 조절한다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 실시예에 따른 워터노드 스테이션의 형태를 나타낸 도면이다.
USN 기반 실시간 수질 모니터링 시스템은 수질 측정 수단(100)과 통합 게이트 웨이(200) 중 적어도 어느 하나를 탑재하여 센서 노드(Sensor Node) 또는 싱크 노드(Sink Node) 플렛폼을 형성하기 위해 도 7a 내지 도 7c에 도시된 바와 같이, 부착, 부표 및 교량 형태를 갖는 워터노드 스테이션(700)가 더 포함되어 구성된다.
상기 워터노드 스테이션(700)은 상기 수질 측정 수단(100)이 다양한 위치에서 수질을 측정할 수 있도록 하기 위한 것으로서, Water-quality sensor-node station과 Water quality sink-node station의 의미를 포함하는 것이다.
공공수역 내 교량 등의 인공 구조물이 설치된 지점에 다항목 수질 수질 측정 장치(110)와 수직 강하 장치(130)를 포함하는 수질 측정 수단(100)이 탑재된 워터노드 스테이션(700)을 3개 이상 설치하면, 입체적 수질 모니터링을 수행할 수 있다.
도시되진 않았지만, 워터노드 스테이션(700)에 구비된 GPS 장치(미도시)로터 얻어진 GPS 좌표와 상기 수질 측정 수단(100)의 다항목 측정 장치(110)의 수심 레벨에 따른 수질 정보 데이터를 분석하여 일정 범위의 수질을 3차원 입체 측정할 수 있으며, 정확한 오염원의 위치를 판단할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 통합 게이트 웨이의 구성을 나타낸 도면이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 상기 통합 게이트 웨이(200)는 유무선 네트워크부(210)와 통신 제어부(250)로 구성되며, RF ZigBee 2.4GMHz, 10mW, DC3.3V로써, 상기 수질 측정 수단(100)으로부터 수질 데이터를 수신 받아 CDMA 모뎀을 사용하여 인터넷망으로 원격 데이터를 전송하기 위한 데이터로 변환하여 통합 관제 수단(400)으로 전송하며, RSSI를 이용하여 전송율을 확인하고, 문제 발생시 경고음을 출력한다.
상기 통합 게이트 웨이(200)는 모든 RF 방식이 적용될 수 있다.
TCP/IP 컨트롤러와 CDMA 컨트롤러를 포함하며, 온도와 습도를 조절하는 항온장치가 포함되어 시스템을 안정화 한다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 수질 모니터링 시스템의 오류주입법에 따른 센서모듈의 적용 형태를 나타낸 블록도이다.
본 발명에서의 오류 주입법은 상기 USN 기반의 실시간 수질 모니터링 시스템의 구성요소인 센서, 엠베디드 시스템, 통신망, 서버 등에 대한 신뢰성을 검증하기 위해 오류 주입 시험을 수행하여 각 주요 구성요소의 위험성을 계산하고, 위험 요소의 고장 감내형 설계를 통해 신뢰성을 향상하기 위한 것이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 호스트 피씨(Host PC)(450)에서 센서 모듈(112)의 하드웨어 즉 통합보드(114)의 JTAP(Joint Test Action Group) 오류 주입 모듈(JTAP Fault Injection)(454)을 통해 오류(Fault)를 주입하고, JTAG 라인을 통해 오류 관리자(Fault Manager)(452) 및 오류 분석자(Fault Analyzer)(453)가 상기 센서 모듈(112)의 통합보드(114)에 엠베디트 시스템, PCB 및 IC의 내부를 조사하며, 코드 뮤테이션(455)이 소프트웨어(113) 코드 돌연변이를 확인한다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 수질 모니터링 시스템의 오류주입법에 따른 오류 주입 센서모듈의 네트워크상에서의 검증 형태를 나타낸 블록도이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 센서 모듈(112)의 상태 정보를 센서 서버(460)에 저장하고, 인터넷 망(300) 즉 네트워크를 통해 오류 주입 관리자(Fault Injection Manager)(420)가 오류 모델을 확인하여 오류 모델 데이터베이스(425)에 저장하고, 오류 주입 분석자(Fault Injection Analyzer)(430)를 통해 상기 센서 모듈(112)의 분석 결과를 결과 데이터 베이스(Result DB)(435)에 저장한다.
상기와 같은 오류주입법을 통해 수질의 센싱 정보에 대한 신뢰성을 확보할 수 있게된다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 수질 감시 형태을 나타낸 도면이다.
도 11에 도시된 실시 예와 같이, GPS 수신 장치(미도시)와 수질 측정 수단(100)을 탑재한 6개의 워터노드 스테이션(700)이 소정의 위치에 부표된다.
상기 6개의 워터노드 스테이션(700)을 설명의 편의상 제 1 워터노드 스테이션(100a), 제 2 워터노드 스테이션(100b), 제 3 워터노드 스테이션(100c), 제 4 워터노드 스테이션(100d), 제 5 워터노드 스테이션(100e), 제 6 워터노드 스테이션(100f)으로 표기하여 설명하도록 한다.
상기 제 1 내지 제 6 워터노드 스테이션(100a~100f)에 따라 각각의 다항목 수질 측정 장치(110a,110b,110c,110d,110e,100f)가 수직 강하된다.
상기 다항목 수질 측정 장치(110a,110b,110c,110d,110e,100f)에 구비된 센서들이 깊이에 따른 수질 정보를 센싱한다.
상기 제 1 내지 제 6 워터노드 스테이션(100a~100f)의 GPS 좌표 값과 상기 다항목 수질 측정 장치(110a,110b,110c,110d,110e,100f)에서 측정된 수심에 따른 수질 정보를 취합하여 생성된 좌표 값을 통해, 어느 위치의 어느 수심에서 오염원이 존재하는지 정확히 파악할 수 있다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 USN 기반 실시간 수질 모니터링 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 12에 참조하면, 일정범위에 설치되어 Non-IP-USN을 구성하는 적어도 하나의 수질 측정 수단(100)은 다항목 수질 측정 장치(110)에 구비된 센서들을 통해 수질 정보를 센싱한다(S100).
상기 다항목 수질 측정 장치(110)의 통합 보드(114)가 각 센서들로부터 수집된 수질 정보를 취합하여 수질 정보 데이터를 생성한다(S102).
상기 수질 측정 수단(100)은 네트워크부(180)를 통해 생성된 수질 정보 데이터를 통합 게이트 웨이(200)로 전송한다(S104).
이때, RF ZigBee를 포함하는 RF 방식을 통해 근거리 통신 가능한 통합 게이트 웨이(200)가 있는지 판단한다(S106).
단계 106의 판단결과, 전달 가능한 통합 게이트 웨이(200)가 존재하면, 수질 정보 데이터를 전송한다(S110).
단계 106의 판단결과, 전달 가능한 통합 게이트 웨이(200)가 존재하지 않으면, 근거리에 존재하는 전달 가능한 센서노드 즉, 다른 수질 측정 수단(100)으로 수질 정보 데이터를 전송한다(S108).
상기 통합 게이트 웨이(200)는 상기 수질 측정 수단(100)으로부터 수신받은 수질 데이터를 인터넷망(300)으로 전송 가능한 데이터로 가공한다(S112).
상기 통합 게이트 웨이(200)는 CDMA 모뎀을 이용하여 WCDMA 또는 인터넷망(300) 통해 수집된 수질의 정보 데이터를 통합 관제 수단(400)으로 전송한다.
상기 통합 관제 수단(400)은 수신된 수질 정보 데이터를 분석하여, 데이터베이스에 저장하고, 수질 데이터 허용치 초과시 경고음을 출력하고 긴급 출동 수단(500)으로 긴급 출동 신호를 송출하며, 담당자에게 SMS를 통해 문제 상황을 전달한다.
그리고, 웹페이지를 통해 일반 사용자(600)들이 실시간으로 수질 정보를 확인할 수 있도록 서비스를 제공한다(S118).
상기와 같이, USN의 센서 노드를 구성하는 워터노드 스테이션(700)에 탑재된 수질 측정 수단(100)으로부터 수심에 따른 수질 정보를 센싱하여 데이터화하여 통합 게이트 웨이(200)로 전송하고, 싱크 노드를 구성하는 유무선 네트워크 즉, 인터넷 망(300)을 통해 수질 데이터를 통합 관제 수단(400)으로 전송하여 원격지의 수질을 실시간으로 감시할 수 있으며, GPS 좌표와 수심에 따른 수질의 분석을 통해 오염원의 정확한 위치를 판단할 수 있고, 오류 주입법을 이용하여 하드웨어의 취약성을 파악하고 보고하며 보안함으로써, 수질 검사에 대한 신뢰성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100 : 수질 측정 수단 110 : 다항목 수질 측정 장치
112 : 센서부(센서모듈) 114 : 통합보드
116 : 방수 케이스 130 : 수직 강하 장치
132 : 와이어 드럼 134 : 모터
136 : 모터 드라이버 138 : 모터 컨트롤러
140 : SMPS 142 : 수위센서
144 : 수위 조절 제어부 150 : 전원 공급 장치
180 : 네트워크부 190 : 제어부
200 : 통합 게이트 웨이 210 : 유무선 네트워크부
250 : 통신 제어부 300 : 인터넷 망
400 : 통합 관제 수단 420 : 오류 주입 관리자
425 : 오류 모델 데이터베이스 430 : 오류 주입 분석자
435 : 결과 데이터베이스 450 : 호스트 피씨
452 : 오류 관리자 453 : 오류 분석자
454 : 오류 주입 모듈 455 : 코드 뮤테이션
500 : 긴급 출동 수단 600 : 일반 사용자
700 : 워터노드 스테이션

Claims (17)

  1. 적어도 하나의 센서를 이용하여 수질의 다양한 정보를 수집하기 위해 일정 범위에 설치되고, 센싱된 수질 정보를 데이터화하여 통합 게이트 웨이로 전송하기 위해, 전원 공급 장치와, 원통의 방수 케이스에 적어도 하나의 센서와 데이터를 수집하기 위한 통합보드가 내장된 다항목 수질 측정 장치와, 상기 다항목 수질 측정 장치를 수심으로 강하하기 위한 수직강하장치와, 수집된 수질 데이터를 통합 게이트 웨이로 전송하기 위한 네트워크부 및 수질 측정 수단의 각 장치를 제어하기 위한 제어부를 포함하는 적어도 하나의 수질 측정 수단;
    상기 수질 측정 수단으로부터 수질 정보 데이터를 수신받아 가공하여 인터넷망을 통해 통합 관제 수단으로 전송하기 위한 적어도 하나의 통합 게이트 웨이; 및
    상기 통합 게이트 웨이로부터 수신된 수질 데이터 정보를 활용하여 수질 상태를 분석하고, 상기 수질 측정 수단을 통해 센싱된 수심에 따른 수질정보를 분석하여 3차원 수질 정보를 생성하기 위한 통합 관제 수단을 포함하며,
    상기 수직강하장치는,
    와이어 드럼과, 상기 와이어 드럼을 동작시키기 위한 모터와, 상기 모터를 제어하기 위한 모터 드라이버 및 모터 컨트롤러와, 선택적으로 전원을 공급하기 위한 SMPS와, 수위를 센싱하기 위한 수위 센서 및 상기 수위 센서의 센싱 정보에 따라 상기 모터의 동작을 제어하기 위한 수위 조절 제어부를 포함하되,
    수위에 따라 다항목 수질 측정 장치가 수중에 침지되도록 자동 조절하는 것을 특징으로 하는 USN 기반 실시간 수질 모니터링 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 수질 측정 수단과 상기 통합 게이트 웨이 중 적어도 어느 하나를 탑재하여 센서 노드(Sensor Node) 또는 싱크 노드(Sink Node) 플렛폼을 형성하기 위해 부착 또는 부표 형태를 갖는 워터노드 스테이션을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 USN 기반 실시간 수질 모니터링 시스템.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 다항목 수질 측정 장치는,
    전도도(EC) 센서, 염도 센서, 온도 센서, 용존산소(DO) 센서, 용존수소(pH) 센서, 탁도 센서, 수심 측정 센서, 암모니암 및 질소 측정 센서 중 적어도 하나의 센서가 상기 원통의 방수 케이스의 멀티 챔버에 구비되며, 상기 적어도 하나의 센서의 수질 센싱 정보를 취합하기 위한 통합 보드를 포함하는 것을 특징으로 하는 USN 기반 실시간 수질 모니터링 시스템.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 수질 측정 수단은 1차 센서 노드로써, 알에프 지그비(RF Zigbee)를 포함하는 알에프 방식으로 무선 통신하는 것을 특징으로 하는 USN 기반 실시간 수질 모니터링 시스템.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 통합 게이트 웨이는 2차 센서 노드로써, 상기 수질 측정 수단으로부터 수신된 수질 데이터를 CDMA 모뎀을 사용하여 싱크 노드인 WCDMA 또는 인터넷 네트워크망을 통해 원격 데이터 전송을 위한 데이터로 가공하며, 수신 신호 세기(RSSI)를 이용하여 전송율을 확인하고, 문제 발생시 경고음을 출력하는 것을 특징으로 하는 USN 기반 실시간 수질 모니터링 시스템.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 통합 게이트 웨이는 RS-232, RS-485, RS-422, USB, A/I, D/I, A/O, D/O, WCDMA, XDSL, Wibro 중 적어도 어느 하나의 인터페이스로 구성되는 것을 특징으로 하는 USN 기반 실시간 수질 모니터링 시스템.
  9. 제 2항에 있어서,
    상기 워터노드 스테이션은 GPS 장치를 포함하여, 상기 수질 측정 수단의 다항목 수질 측정 장치의 수심 레벨에 따른 수질 정보 데이터과 GPS 좌표 값을 통해 일정 범위의 수질의 3차원 입체 측정이 가능한 것을 특징으로 하는 USN 기반 실시간 수질 모니터링 시스템.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101959935B1 (ko) 2018-10-24 2019-07-15 (주)대우건설 수질감지부표 및 이를 활용한 통합수질 스마트 실시간 모니터링 시스템
CN110118812A (zh) * 2019-05-30 2019-08-13 巢湖学院 一种水中氧气量及水浑浊度数据采集传输装置

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107807215A (zh) * 2017-12-12 2018-03-16 河北国呈电子科技有限公司 基于物联网的水质监测系统及平台
CN111897318B (zh) * 2020-06-12 2021-11-23 中国环境科学研究院 基于无人船的水体污染智能调查方法及装置
KR102460023B1 (ko) * 2020-08-11 2022-10-28 주식회사 워터아이즈 스마트 워터 시티 구축을 위한 다항목 수질 측정을 사용한 통합정보 제공 시스템
KR102592931B1 (ko) * 2021-10-19 2023-10-23 주식회사 에어위드 사물인터넷 수질 측정 장치를 이용한 위치 기반의 지능형 수질 모니터링 시스템 및 그 방법
KR102377605B1 (ko) * 2021-12-16 2022-03-23 주식회사 나웅테크 스마트시티를 위한 수처리 계장제어 시스템

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100741691B1 (ko) 2005-06-02 2007-07-23 남의석 유비쿼터스 기술을 이용한 광역상수도 수운영시스템 및 그방법
KR100865794B1 (ko) * 2006-07-26 2008-10-28 한국수자원공사 Ｕｓｎ 기반 수도정보 통합관리방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100741691B1 (ko) 2005-06-02 2007-07-23 남의석 유비쿼터스 기술을 이용한 광역상수도 수운영시스템 및 그방법
KR100865794B1 (ko) * 2006-07-26 2008-10-28 한국수자원공사 Ｕｓｎ 기반 수도정보 통합관리방법

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101959935B1 (ko) 2018-10-24 2019-07-15 (주)대우건설 수질감지부표 및 이를 활용한 통합수질 스마트 실시간 모니터링 시스템
CN110118812A (zh) * 2019-05-30 2019-08-13 巢湖学院 一种水中氧气量及水浑浊度数据采集传输装置
CN110118812B (zh) * 2019-05-30 2021-03-30 巢湖学院 一种水中氧气量及水浑浊度数据采集传输装置

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