KR101556389B1 - 무선통신을 기반으로 이루어진 관로분석제어모듈과 스마트 관로로봇 사이의 무선데이터송수신장치 - Google Patents

무선통신을 기반으로 이루어진 관로분석제어모듈과 스마트 관로로봇 사이의 무선데이터송수신장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에서는 기존 유선형 관로로봇이 노후관로의 길이에 비해, 그 길이가 짧기 때문에 측정시간이 오래 걸리는 문제점과, 지하의 흙, 물, 금속과 같이 통신에 영향을 주는 물체들이 존재하는 환경에서는, 신호의 간섭, 감쇄 등이 발생하게 되어, 안정적인 무선 데이터통신을 수행하는 데 어려움이 있고, 이로 인해 실시간 영상데이터 및 위치데이터 획득이 어려운 문제점과, 영상촬영만 할 뿐, 소독시키는 기능이 없는 문제점을 개선하고자, 관로분석제어모듈, 스마트 관로로봇이 구성됨으로서, 관로분석제어모듈과 스마트 관로로봇 사이가 무선통신으로 연결되어, 무선으로 양방향 데이터 통신을 할 수 있고, 장거리(50m~2000m) 내시경 기능을 갖는 스마트 관로로봇을 통해 지중에 매설된 상수관의 매핑(Mapping)을 모니터링상에서 실시간으로 형성시킬 수 있으며, 이를 통해 신뢰성 있는 상수관망 GIS를 구축시킬 수 있으며, 화상진단, 음압 진단으로 이루어진 하이브리드형 측정방식으로 기존에 비해 80% 정밀도를 갖는 누수/손실탐사율을 제공할 수 있는 무선통신을 기반으로 한 노후관로 내부에 위치한 스마트 관로로봇과의 무선데이터송수신장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

Description

무선통신을 기반으로 이루어진 관로분석제어모듈과 스마트 관로로봇 사이의 무선데이터송수신장치{THE APPARATUS OF PIPE MEASURING WITH SMART ROBOT IN ULTRA SONIC FIELD COMMUNICATION}
본 발명에서는 장거리(50m~2000m) 내시경 기능을 갖는 스마트 관로로봇을 통해 지중에 매설된 상수관의 매핑(Mapping)을 모니터링상에서 실시간으로 형성시킬 수 있고, 이를 통해 신뢰성 있는 상수관망 GIS를 구축시킬 수 있는 무선통신을 기반으로 한 노후관로 내부에 위치한 스마트 관로로봇과의 무선데이터송수신장치에 관한 것이다.
현재 우리나라의 상수도는 교체되지 않은 노후된 상수도관의 비율이 높아 수질 및 누수 등의 관련 문제점이 산재해 있다.
즉, 관내의 부식, 관석발생, 이물질발생 및 피복의 벗겨짐 등으로 인해 상수도관에 의한 상수의 이송시에 수질이 오염되고, 누수로 인해 비용이 낭비되거나 누수지점으로부터 이물질 또는 세균 등이 흡입될 가능성이 있다.
이러한 상수도시설의 유지관리를 위해 종래에는 유선형 관로로봇이 사용되고 있다.
하지만 유선형 관로로봇은 노후관로의 길이에 비해, 그 길이가 짧기 때문에 이웃하는 또 다른 노후관로를 측정하기 위해서는 초기 투입된 노후관로로 복귀(Back)한 상태에서, 다시 측정할 노후관로로 신규 투입되어야 하므로, 측정시간이 오래 걸리는 문제점이 있었다.
그리고, 지하의 흙, 물, 금속과 같이 통신에 영향을 주는 물체들이 존재하는 환경에서는, 신호의 간섭, 감쇄 등이 발생하게 되어, 안정적인 무선 데이터통신을 수행하는 데 어려움이 있고, 이로 인해 실시간 영상데이터 및 위치데이터 획득이 어려운 문제점이 있었다.
또한, 기존의 유선형 관로로봇은 관로 내벽에 이물질이 붙어있거나 적층되어 있을 경우에, 영상촬영만 할 뿐, 균열 및 부식으로 인한 누수탐사가 어렵고, 무엇보다 관로 내벽 측량시, 신뢰성 있는 상수관망 GIS 구축이 어려운 문제점이 있었다.
등록실용신안공보 제20-0467681호
상기의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 관로분석제어모듈과 스마트 관로로봇 사이가 무선통신으로 연결되어, 무선으로 양방향 데이터 통신을 할 수 있고, 장거리(50m~2000m) 내시경 기능을 갖는 스마트 관로로봇을 통해 지중에 매설된 상수관의 매핑(Mapping)을 모니터링상에서 실시간으로 형성시킬 수 있으며, 이를 통해 신뢰성 있는 상수관망 GIS를 구축시킬 수 있는 무선통신을 기반으로 이루어진 관로분석제어모듈과 스마트 관로로봇 사이의 무선데이터송수신장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 무선통신을 기반으로 이루어진 관로분석제어모듈과 스마트 관로로봇 사이의 무선데이터송수신장치는
지상 및 노후관로 출구 일측에 위치되어, 탐사하려는 지하에 매설된 노후관로의 내부에 위치한 스마트 관로로봇쪽으로 무선통신을 이용하여 제어명령신호를 무선으로 송신시킨 후, 이에 따른 응답신호를 수신받아, 화면상에 상수도 노후관로 내벽을 측정한 영상데이터와 음압데이터를 표출시키고, 상수관망 GIS를 형성시키는 관로분석제어모듈(100)과,
관로분석제어모듈로부터 제어명령신호를 수신받아, 상수도 노후관로 내벽을 따라 이동하면서 누수부위에서 발생되는 음향을 측정하고, 상수도 노후관로 내벽을 영상을 촬영한 후, 음압데이터와 영상데이터를 관로분석제어모듈로 전송시키는 스마트 관로로봇(200)으로 구성됨으로서 달성된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 관로분석제어모듈과 지하에 위치한 스마트 관로로봇 사이가 무선통신으로 양방향 데이터 통신을 할 수 있어 상수관로 내시경범위와 응용범위를 기존보다 70% 향상시킬 수 있고, 노후관로 내벽 사이를 움직이는 스마트 관로로봇을 통해 지중에 매설된 상수관의 매핑(Mapping)을 모니터링상에서 실시간으로 형성시킬 수 있으며, 이를 통해 신뢰성 있는 상수관망 GIS를 구축시킬 수 있고, 화상진단, 음압 진단으로 이루어진 하이브리드형 측정방식으로 기존에 비해 80% 정밀도를 갖는 누수/손실탐사율을 제공할 수 있으며, 노후관로의 길이에 상관없이, 어느 위치에서나 투입시키고, 회수시킬 수 있어, 측정시간을 기존에 비해 70% 단축시킬 수 있는 좋은 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 무선통신을 기반으로 이루어진 관로분석제어모듈과 스마트 관로로봇 사이의 무선데이터송수신장치(1)의 구성요소를 도시한 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 관로분석제어모듈의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 3은 본 발명에 따른 관로분석제어모듈과 스마트 관로로봇의 구성요소를 도시한 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 제1 무선통신 송신모듈의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 5는 본 발명에 따른 제1 무선통신 수신모듈의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 6은 본 발명에 따른 스마트관로분석제어부의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 7은 본 발명에 따른 스마트 관로로봇의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 8은 본 발명에 따른 스마트 관로로봇의 구성요소를 도시한 내부사시도,
도 9는 본 발명에 따른 스마트 관로로봇의 구성요소를 도시한 내부단면도,
도 10은 본 발명에 따른 쓰리포인트형 캠카메라부의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 11은 본 발명에 따른 음향센서부의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 12는 본 발명에 따른 스마트로봇제어모듈의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 13은 본 발명에 따른 자세감지센서모듈의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 14는 본 발명에 따른 프로펠러부의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 15는 본 발명에 따른 제2 무선통신 수신모듈의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 16은 본 발명에 따른 제2 무선통신 송신모듈의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 17은 본 발명에 따른 제1 송신용 마이컴부의 제어하에 제1 송신용 무선통신센서부에서 이루어지는 송신 신호처리의 예로 16진수 0xAA의 1 바이트 데이터를 1kbps로 전송하는 경우의 신호처리과정을 나타낸 일실시예를 도시한 그래프,
도 18은 본 발명에 따른 노후관로의 수중 채널을 통해 전송된 무선통신 신호가 수신 센서에 의해 전기적인 신호로 변환된 파형과,
제2 수신용 증폭기를 통해 고주파 성분과 미세한 채널 잡음 신호가 제거된 신호파형을 일실시예로 도시한 그래프,
도 19는 본 발명에 따른 관 노후도 설정알고리즘엔진부를 통해 노후관로 내벽의 현재 영상데이터를 읽어와서, 기준 영상데이터를 비교하여 현재 노후관로의 침적물두께, 스케일크기, 박리정도, 접합부 상태를 분석한 후, 관 노후도를 B~F 등급별로 나누어 설정시키는 것을 도시한 일실시예도,
도 20은 본 발명에 따른 스마트 관로로봇을 지상과 30cm~100cm로 근접한 상수도 노후관로 내부에 투입시키고, 지상표면에 관로분석제어모듈이 설치되어 스마트 관로로봇과 무선통신망을 형성시키는 것을 도시한 일실시예도,
도 21은 본 발명에 따른 스마트 관로로봇을 지상으로부터 지하 101cm~500cm까지 형성된 상수도 노후관로에 투입시킨 상태에서, 상수도 노후관로의 전단방향 상수도 노후관로 일측에 관로분석제어모듈이 설치되어 스마트 관로로봇과 무선통신망을 형성시키는 것을 도시한 일실시예도,
도 22는 본 발명에 따른 관로분석제어모듈과 스마트관로로봇 사이가 제1,2 자기장통신망으로 형성된 것을 도시한 일실시예도,
도 23은 본 발명에 따른 관로분석제어모듈과 스마트관로로봇 사이가 제1,2 적외선통신망, 제1,2 지그비통신망, 제1,2 WiFi통신망 중 어느 하나가 선택되어 형성된 것을 도시한 일실시예도.
먼저, 본 발명에서 설명되는 무선통신모듈은 스피커와 마이크를 이용하여 무선통신 신호에 정보를 실어 통신을 하는 방식으로서, 기준주파수(일예 : 1KHz~1MHz)를 사용하여 2km 이내의 근거리에서 낮은 전력으로 관로분석제어모듈와 스마트 관로로봇 간의 무선통신으로 데이터정보를 양방향으로 송수신시킬 수 있는 비 접촉식 근거리 무선 통신방식의 특성을 가진다.
본 특허는 다른 기존 특허와 비교해봤을 때, 방사 형태의 탄성체(스프링)를 사용하여 상수 관의 굵기에 관련 없이 통과 가능하도록 구성되고, 상수 관의 크기에 따라 방사형 스프링이 벌어졌다 오므라졌다 함으로써 위치 및 자세 고정이 가능하도록 구성되며, 상수관의 파손 부분이나 굴곡에 걸리지 않기 위해 안쪽으로 휜 형태로 구성되고, 상수 관이 막혔거나, 파손된 관으로 인해 걸릴 경우 위치를 파악하여 시공할 수 있도록 위치 데이터를 지상에서 탐지하기 위해 무선통신 통신이 구성되고, 추진체 없이(부유 형태) 상수의 흐름에 따라 흘러가는 형태로 구성되나 또는 프로펠러로 강제 추진체가 구성된 점이 가장 큰 특징을 갖는다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 첨부하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 무선통신을 기반으로 이루어진 관로분석제어모듈과 스마트 관로로봇 사이의 무선데이터송수신장치(1)의 구성요소를 도시한 구성도에 관한 것으로, 이는 관로분석제어모듈(100), 스마트 관로로봇(200)으로 구성된다.
먼저, 본 발명에 따른 관로분석제어모듈(100)에 관해 설명한다.
상기 관로분석제어모듈(100)은 지상 및 노후관로 출구 일측에 위치되어, 탐사하려는 지하에 매설된 노후관로의 내부에 위치한 스마트 관로로봇쪽으로 무선통신을 이용하여 제어명령신호를 무선으로 송신시킨 후, 이에 따른 응답신호를 수신받아, 화면상에 상수도 노후관로 내벽을 측정한 영상데이터와 음압데이터를 표출시키고, 상수관망 GIS를 형성시키는 역할을 한다.
이는 도 2에 도시한 바와 같이, 모듈 본체(110), 제1 무선통신 송신모듈(120), 제1 무선통신 수신모듈(130), 필터링부(140), GPS 수신부(150), 메모리부(160), 디스플레이부(170), 스마트관로분석제어부(180)로 구성된다.
첫째, 본 발명에 따른 모듈 본체(110)에 관해 설명한다.
상기 모듈 본체(110)는 도 3에 도시한 바와 같이, 각 기기를 외압으로부터 보호하고, 지지하는 역할을 한다.
이는 바닥프레임 일측에 "ㅗ"자 형상으로 제1 무선통신 송신모듈과 제1 무선통신 수신모듈이 형성되고, 제1 무선통신 송신모듈과 제1 무선통신 수신모듈의 상단 일측에 필터링부가 형성되며, 상단 일측에 GPS 수신부가 형성되고, GPS 수신부 하단일측에 디스플레이부가 형성되고, 디스플레이부 내부 일측에 메모리부와 스마트관로분석제어부가 포함되어 형성된다.
여기서, 전원부는 충전배터리 또는 AC전원으로 연결되어 전원을 공급받는다.
이때, 충전배터리는 리튬 폴리머 배터리로 구성되고, 출력단자 일측에 정전압 레귤레이터가 포함되어 구성된다.
둘째, 본 발명에 따른 제1 무선통신 송신모듈(120)에 관해 설명한다.
상기 제1 무선통신 송신모듈(120)은 모듈 본체의 일측에 설치되어, AC전원을 공급받아 전자기파를 생성시켜 지하의 노후관로 내부에 위치한 스마트관로로봇쪽으로 무선통신을 이용하여 제어명령신호를 무선으로 송신시키는 역할을 한다.
이는 도 4에 도시한 바와 같이, 제1 송신용 마이컴부(121), 제1 송신용 증폭기(122), 제1 송신용 무선통신센서부(123)로 구성된다.
상기 제1 송신용 마이컴부(121)는 각 기기의 전반적인 동작을 제어하고, 전송하고자 하는 제어명령신호의 이진 데이터를 무선통신생성용 기준주파수 파형에 맞게 설정시켜 변조시키는 역할을 한다.
이는 무선통신생성용 기준주파수 파형을 생성시키는 발진기가 구성된다.
이때, 무선통신생성용 기준주파수 파형은 30khz~900khz로 설정된다.
상기 제1 송신용 마이컴부는 연산처리 능력을 고려하여 비교적 수신 신호처리가 용이한 이진 진폭편이변조(binary amplitude shift keying)를 채택하여 구성된다.
이때, 반송파 주파수(fc)는 일예로, 100kHz를 사용한다.
즉, 전송비트가 1인 경우, 일정 시간동안 제1 송신용 무선통신센서부에서 100kHz의 정현파를 출력시키고, 전송 비트가 0인 경우에는 신호를 출력하지 않도록 구성된다.
상기 반송파 주파수는 구현에 사용되는 센서의 수중전달 특성이 최대화되는 주파수를 실험을 통해 찾은 것이며, 특성이 다른 제1 송신용 무선통신센서부에 맞게 주파수를 조정하도록 구성된다.
본 발명에 따른 제1 송신용 마이컴부는 다중경로 환경에서 심볼 간 간섭으로 인해 발생할 수 있는 데이터 전송 오류를 줄이기 위해 제1 송신용 무선통신센서부의 전송심볼을 다음의 수학식 1과 같이 구성한다.
Figure 112014121597194-pat00001
여기서, T1은 심볼주기를 나타내고, T2는 변조구간을 나타내며, T3는 보호구간을 나타낸다.
즉, 변조구간인 T2동안 변조 신호를 송출한 후, T3만큼의 보호구간을 둠으로써 잔향 및 다중경로 페이딩(multi-path fading)으로부터 변조 신호를 보호한다.
도 17은 제1 송신용 마이컴부의 제어하에 제1 송신용 무선통신센서부에서 이루어지는 송신 신호처리의 예로 16진수 0xAA의 1 바이트 데이터를 1kbps로 전송하는 경우의 신호처리과정을 나타낸다.
도 17의 (a)는 제1 송신용 마이컴부의 출력전압을 오실로스코프로 측정한 파형이고, (b)는 (a)의 신호를 시간 축으로 5배 확대한 파형을 나타낸다.
도 17의 (a),(b),(c)에 도시된 T1은 심볼 주기, T2는 변조구간, T3는 보호구간, fc는 100khz로 고정한 반송파 주파수를 나타낸다.
도 17의 (c)는 최종적으로 제1 송신용 무선통신센서부에서 인가되는 신호의 파형으로 제1 송신용 증폭기(122)를 통해 증폭되어 신호레벨이 크게 증가된 그래프를 일실시예로 도시한 것이다.
상기 제1 송신용 증폭기(122)는 제1 발진기에서 생성된 신호를 증폭하여 제1 송신용 무선통신센서부로 전달시키는 역할을 한다.
상기 제1 송신용 무선통신센서부(123)는 지상 및 노후관로 출구 일측에서, 스마트 관로로봇쪽으로 무선통신를 발생시키는 역할을 한다.
셋째, 본 발명에 따른 제1 무선통신 수신모듈(130)에 관해 설명한다.
상기 제1 무선통신 수신모듈(130)은 모듈 본체의 타측에 위치되고, 제1 무선통신 송신모듈 일측에 설치되어, 지하의 노후관로 내부에 위치한 스마트 관로로봇의 제2 무선통신 송신모듈로부터 무선통신을 이용하여 영상데이터신호와 음압데이터신호를 무선으로 수신받는 역할을 한다.
이는 도 5에 도시한 바와 같이, 제1 수신용 무선통신센서부(131), 제1 수신용증폭기(132), 제1 비교기(133), 제1 수신용 마이컴부(134)로 구성된다.
상기 제1 수신용 무선통신센서부(131)는 무선통신를 통해 스마트 관로로봇으로부터 전송된 음압데이터와 영상데이터를 수신받는 역할을 한다.
상기 제1 수신용증폭기(132)는 제1 수신용 무선통신센서부로부터 감지된 음압데이터와 영상데이터를 증폭시키는 역할을 한다.
상기 제1 비교기(133)는 제1 수신용증폭기로부터 증폭된 음압데이터와 영상데이터를 기준신호레벨에 맞게 비교하여 샘플링시키는 역할을 한다.
상기 제1 수신용 마이컴부(134)는 제1 비교기에서 샘플링된 음압데이터와 영상데이터를 관로분석제어모듈의 디지털 신호로 변환시켜 스마트관로분석제어부로 보내는 역할을 한다.
넷째, 본 발명에 따른 필터링부(140)에 관해 설명한다.
상기 필터링부(140)는 모듈 본체의 바닥프레임 상단 일측에 위치되어, 전원부의 동일한 주파수만 필터링시키고, 지하의 이물질에 의한 노이즈 및 또 다른 무선통신 신호 유입을 방지시키는 역할을 한다.
다섯째, 본 발명에 따른 GPS 수신부(150)에 관해 설명한다.
상기 GPS 수신부(150)는 모듈 본체의 상단 일측에 위치되어, 지하의 노후관로 내부에 위치한 스마트관로로봇의 탐지시, 탐지된 위치점의 현재위치를 GPS 위성을 통해 수신받아 메모리부로 전달시키는 역할을 한다.
여섯째, 본 발명에 따른 메모리부(160)에 관해 설명한다.
상기 메모리부(160)는 제1 무선통신수신모듈을 통해 수신받은 스마트 관로로봇의 영상데이터, 및 GPS 수신부를 통해 전달받은 스마트 관로로봇의 현재 위치데이터를 1차 저장시키는 역할을 한다.
일곱째, 본 발명에 따른 디스플레이부(170)에 관해 설명한다.
상기 디스플레이부(170)는 모듈 본체의 중단 일측에 위치되어, 메모리부에 저장된 영상데이터 및 위치데이터를 추출해서 화면상에 출력시키는 역할을 한다.
이는 LCD 모니터창으로 구성된다.
여덟째, 본 발명에 따른 스마트관로분석제어부(180)에 관해 설명한다.
상기 스마트관로분석제어부(180)는 스마트 관로로봇의 이동, 캠카메라 구동신호, 영상데이터 전송요청신호를 무선통신을 통해 송신시켜 스마트 관로로봇의 구동을 제어시키고, 스마트 관로로봇으로부터 전송된 영상데이터를 무선통신을 통해 수신받아 디스플레이부로 출력시킨 후, 상수도 노후관로 내벽을 측정한 영상데이터와 음압데이터를 기준으로 상수관망 GIS를 형성시키도록 제어하는 역할을 한다.
이는 도 6에 도시한 바와 같이, AE(Acoustic Emission) 분석알고리즘엔진모듈(181), 관 노후도 설정알고리즘엔진부(182), 스마트 상수관망 GIS 맵모듈(183)로 구성된다.
첫째, 본 발명에 따른 AE(Acoustic Emission) 분석알고리즘엔진모듈(181)에 관해 설명한다.
상기 AE(Acoustic Emission) 분석알고리즘엔진모듈(181)은 스마트 관로로봇으로부터 전송된 음압데이터를 기준으로 상수도 노후관로 내벽의 작은 변형이나 미세한 크랙을 비파괴적으로 분석시키는 역할을 한다.
이는 상수도 노후관로에서 생기는 탄성파가 파괴되기 이전부터 작은 변형이나 미세한 크랙(crack) 의 진행과정에서 발생하기 때문에 탄성파의 발생 경향을 진단하여 재료와 구조물의 결함 및 파괴를 발견 및 예상한다.
즉, 무선통신 영역(수10kHz~수MHz)의 신호를 대상으로 하고 있어 무선통신 탐상법과 비슷하지만 재료의 결함 자체가 방출하는 동적 에너지를 감지하는 점이 다른 비파괴검사 방법과 달라서, 가소성에 의한 변형이나 미세한 파괴의 진행 과정을 실시간으로 관측이 가능하고, 상수도 노후관로 내벽 결함의 위치를 파악할 수가 있다.
여기서, 음압데이터를 기준으로 상수도 노후관로 내벽의 작은 변형이나 미세한 크랙을 비파괴적으로 분석하여 상수도 노후관로 내벽 결함의 위치를 파악한다는 것은 미리 상황별 기준 정상음압데이터를 데이터베이스화 한 후, 실제 측정된 음압데이터를 비교 분석해서 차이점이 나는 부위를 상수도 노후관로 내벽 결함의 위치로 설정시킨다.
둘째, 본 발명에 따른 관 노후도 설정알고리즘엔진부(182)에 관해 설명한다.
상기 관 노후도 설정알고리즘엔진부(182)는 노후관로 내벽의 현재 영상데이터를 읽어와서, 기준 영상데이터를 비교하여 현재 노후관로의 침적물두께, 스케일크기, 박리정도, 접합부 상태를 분석한 후, 관 노후도를 A~F 등급별로 나누어 설정시키는 역할을 한다.
이는 간접평가인자(Xi)를 독립변수로 하고, 스마트관로로봇을 통해 관 내시경 조사로 인한 종합평가점수(Y)를 종속변수라 하여 다음의 수학식 2와 같은 회귀식알고리즘이 이용된다.
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이는 간접평가인자(Xi)를 독립변수로 하고, 스마트관로로봇을 통해 관 내시경 조사로 인한 종합평가점수(Y)를 종속변수라 하여 다음의 수학식 2와 같은 회귀식알고리즘이 이용된다.
여기서, 베타는 표준화 계수이며, 각각의 독립변수들이 종속변수에 미치는 영향정도를 의미한다.
이와 같은 구성으로 간접평가인자의 가중치를 결정한다.
가중치로서, 본 특허에서는 침적물 두께, 스케일크기, 박리정도, 접합부 상태의 측정값을 동일한 가중치로 합산하여 관 노후도 및 관체의 상태를 설정한다.
여기서, 4개의 측정값에 대한 가중치를 동일하게 부여하는 이유는 4개의 지표가 노후관로 내벽의 동일한 부위를 평가한 것이 아니라, 접합부, 관내벽, 도막 등과 같이 노후관로 내벽 내의 다른 부위를 측정한 것이기 때문이다.
스마트 관로로봇을 통해 이루어진 노후관로 내시경 조사로 나온 종합평가점수는 최소 0점이고 최대가 100점이 되도록 하였다. 여기서 점수가 높을수록 관 노후도 및 관체의 상태가 나쁜 것이다.
본 발명에 따른 관 노후도 설정알고리즘엔진부는 도 19에 도시한 바와 같이, 종합평가점수를 0~30을 'F(심각)'으로 설정하고, 31~50을 'D(불량)'으로 설정하며, 51~70을 'C(보통)'으로 설정하고, 71~90을 'B(양호)'로 설정하며, 91~100을 'A(우수)'로 설정한다.
셋째, 본 발명에 따른 스마트 상수관망 GIS 맵모듈(183)에 관해 설명한다.
상기 스마트 상수관망 GIS 맵모듈(183)은 GIS 관망 데이터베이스에다가 스마트관로로봇의 현재 위치데이터를 기준으로 노후관로의 파손 및 누수지점을 산출시켜 스마트 상수관망 GIS 맵을 형성시키는 역할을 한다
또한, 본 발명에 따른 관로분석제어모듈(100)은 제1 무선통신 송신모듈(120), 제1 무선통신 수신모듈(130)으로 이루어진 무선통신망을 대신하여, 제1 적외선통신망, 제1 자기장통신망, 제1 지그비통신망, 제1 WiFi통신망 중 어느 하나가 선택되어 구성된다.
상기 제1 적외선통신망(infrared transmission)은 가시 광선보다 조금 아래 주파수대의 적외선을 사용하여 신호를 송수신하는 무선 통신 수단으로서, 가시 범위에서만 통신이 가능하다는 제한이 있지만 보안성이 뛰어나며, 전파 무선 통신보다 소형이므로 소비 전력도 적은 특성을 가진다.
이는 지하의 상수도 노후관로 일측을 개봉시켜, 스마트관로로봇을 투입시킨 후, 지하의 상수도 노후관로 전단 일측에 관로분석제어모듈가 위치되어, 스마트관로로봇과 적외선통신을 하도록 구성된다.
상기 제1 자기장통신망(Near Field Communication)은 자기장 영역을 이용한 무선 통신 시스템으로 금속, 수중, 지중, 건물 붕괴 장해 등 극한 환경에서 무선 통신을 가능하게 하는 기술로서, 자기장 영역은 전자계가 안테나로부터 분리, 전자파가 되어 공간으로 전파되기 전까지의 거리를 말하는데, 안테나에서부터 λ(파장)/2π까지의 영역을 나타낸다. 이는 기존의 고주파(2.4GHz대) 통신과는 달리 저주파(100KHz~수백Hz)를 이용해 물, 흙, 금속 등의 극한 환경에서도 무선통신이 가능한 특성을 가진다.
상기 제1 지그비통신망(Zigbee Communication)은 노드와 센서사이의 무선통신으로서, 저전력, 초소형, 저비용을 특징으로 하며 IEEE802.15.4를 기반으로 반경 10m~20m 내에서 250kbps의 속도로 데이터를 전송하며, 65,000개 이상의 노드를 연결할 수 있다.
또, 듀얼 PHY 형태로 주파수 대역은 2.4GHz, 868/915MHz를 사용하고, 모뎀방식은 직접 시퀀스 확산 스펙트럼(DS-SS)이며, 데이터 전송속도는 20~250kpbs의 특성을 가진다.
상기 제1 WiFi통신망은 하이파이(Hi-Fi, High Fidelity)에 무선기술을 접목한 것으로, 고성능 무선통신을 가능하게 하는 무선랜 기술을 말한다.
즉, 무선 랜이란 네트워크 구축시 유선을 사용하지 않고 전파나 빛등을 이용하여 네트워크를 구축하는 방식으로 일명 「와이파이」(Wi-Fi)라 불리는 802.11B(IEEE 802.xx는 IEEE의 LAN에 대한 일련의 규격)는 3Com, 시스코 시스템즈(Cisco Systems), 애플(Apple Computer), 루슨트 테크놀로지(Lucent Technologies) 등에서 제안하고 있는 무선 표준이다. 이는 2.4GHz의 주파수 대역으로 구성된다.
이처럼, 본 발명에 따른 관로분석제어모듈은 도 22에 도시한 바와 같이, 제1 자기장통신망으로 선택되어 구성되어, 스마트 관로로봇쪽으로 제어명령신호를 자기장통신으로 송신시키고, 스마트 관로로봇에서 측정한 음압데이터와 영상데이터를 자기장통신으로 수신받는다.
또한, 본 발명에 따른 관로분석제어모듈은 도 23에 도시한 바와 같이, 제1 적외선통신망, 제1 지그비통신망, 제1 WiFi통신망 중 어느 하나가 선택되어 구성되어, 스마트 관로로봇쪽으로 제어명령신호를 무선으로 송신시키고, 스마트 관로로봇에서 측정한 음압데이터와 영상데이터를 무선으로 수신받는다.
다음으로, 본 발명에 따른 스마트 관로로봇(200)에 관해 설명한다.
상기 스마트 관로로봇(200)은 관로분석제어모듈로부터 제어명령신호를 수신받아, 상수도 노후관로 내벽을 따라 이동하면서 누수부위에서 발생되는 음향을 측정하고, 상수도 노후관로 내벽을 영상을 촬영한 후, 음압데이터와 영상데이터를 관로분석제어모듈로 전송시키는 역할을 한다.
이는 도 7에 도시한 바와 같이, 관로로봇몸체(210), 스키보드날개형 탄성체(220), 쓰리포인트형 캠카메라부(230), 음향센서부(240), 헤드램프부(250), 스마트로봇제어모듈(260), 프로펠러부(270), 제2 무선통신 수신모듈(280), 제2 무선통신 송신모듈(290)로 구성된다.
첫째, 본 발명에 따른 관로로봇몸체(210)에 관해 설명한다.
상기 관로로봇몸체(210)은 전단면과 후단면이 관통된 날개달린 원통드럼 형상으로 이루어져 각 기기를 외부로부터 보호하고 지지하는 역할을 한다.
이는 알루미늄 합금재질로 이루어진다.
상기 관로로봇몸체는 도 8 및 도 9에 도시한 바와 같이, 전단면과 후단면이 관통된 원통드럼형상의 메인본체로 이루어지고, 메인본체의 표면 측면 둘레를 따라 스키보드날개형 탄성체가 형성되고, 헤드부 상에 헤드램프부가 형성되며, 헤드램프부 후단 일측에 제2 무선통신 무선통신모듈이 형성되고, 중단부에 쓰리포인트형 캠카메라부와 음향센서부가 형성되고, 음향센서부 일측에 스마트로봇제어모듈이 형성되어 구성된다.
그리고, 후단부 엣지쪽에 프로펠러부가 형성되어 구성된다.
또한, 본 발명에 따른 관로로봇몸체는 측면일측에 복수개의 부유체가 형성되어 구성된다.
상기 부유체(211)는 프로펠러의 추진력이 없을 경우에, 상수도 노후관로 내부에 흐르는 유체의 힘만으로 구동되어, 관로로봇몸체의 자세를 유지하면서 흐르는 유체의 힘에 따라 흘러가면서 관로로봇몸체를 이동시키는 역할을 한다.
이는 에어튜브와 스티로폼 중 어느 하나가 선택되어 구성된다.
둘째, 본 발명에 따른 스키보드날개형 탄성체(220)에 관해 설명한다.
상기 스키보드날개형 탄성체(220)는 관로로봇몸체의 외부 표면 둘레를 따라 위치되면서, 상수도 노후관로의 직경에 따라 탄성체의 탄성력에 의해 맞춤형으로 관로로봇몸체의 자세를 지지하면서, 상수도 노후관로 내부에 흐르는 유체의 힘 및 프로펠러의 추진력을 전달받아 상수도 노후관로 내벽을 따라 미끄러지면서 이동되도록 보조해주는 역할을 한다.
이는 도 9에 도시한 바와 같이, 스키보드날개(221), 탄성체(222)로 구성된다.
상기 스키보드날개(221)는 상수도 노후관로 내부에 흐르는 유체의 힘 및 프로펠러의 추진력을 전달받아 상수도 노후관로 내벽을 따라 미끄러지면서 이동되도록 보조해주는 역할을 한다.
이는 상수도 노후관로의 직경에 맞게 설치되어, 통과 가능하도록 설계상수도 관의 크기에 따라 탄성체가 벌어졌다 오므라졌다 함으로써 관로로봇몸체를 상수도 노후관로의 내벽에 정위치시켜 자세 고정시킨다.
상기 탄성체(222)는 스키보드날개과 관로로봇몸체 사이에 설치되어, 탄성력에 의해 상수도 노후관로의 직경에 따라 탄성체의 탄성력에 의해 맞춤형으로 관로로봇몸체의 자세를 지지하는 역할을 한다.
이는 탄성스프링으로 구성된다.
즉, 일예로, 상수도 노후관로의 직경이 100mm인 경우에 스키보드날개를 접어서 상수도 노후관로에 삽입시키면 스키보드날개가 탄성체의 탄성력에 의해 상수도 노후관로 내벽과 맞춤형으로 접촉된다.
이로 인해, 상수도 노후관로 내부에 흐르는 유체의 힘 및 프로펠러의 추진력을 전달받아 상수도 노후관로의 중앙부위에 위치되면서, 상수도 노후관로의 내부 상면, 내부 측면, 내부 하면을 촬영할 수가 있다.
셋째, 본 발명에 따른 쓰리포인트형 캠카메라부(230)에 관해 설명한다.
상기 쓰리포인트형 캠카메라부(230)는 관로로봇몸체 표면의 중단 일측에 띠형상으로 형성되어, 1°~360°로 회전하면서 상수도 노후관로의 내부 상면, 내부 측면, 내부 하면을 촬영한 영상데이터를 스마트로봇제어모듈로 전달시키는 역할을 한다.
이는 도 10에 도시한 바와 같이, 상수도 노후관로의 내부 상면을 촬영하는 제1 카메라(231)와, 상수도 노후관로의 내부 측면을 촬영하는 제2 카메라(232)와, 상수도 노후관로의 내부 하면을 촬영하는 제3 카메라(233)와, 제1 카메라, 제2 카메라, 제3 카메라를 지지하면서 관로로봇몸체를 기준으로 1°~360°로 회전시키는 띠형회전모듈(234)과, 제1 카메라, 제2 카메라, 제3 카메라에서 촬영한 영상데이터를 저장시키는 메모리부(235)가 포함되어 구성된다.
상기 제1,2,3 카메라는 카메라제어모듈의 제어하에 구동되어, 쓰리포인트형 캠카메라부의 촬영렌즈와 촬상소자가 내장되어 있는 촬영부를 상하 좌우 이동 및 회전, 줌확대, 줌축소하면서 특정대상물을 촬영하도록 구성된다.
즉, 촬영렌즈와 촬상소자가 내장되는 촬영부와, 그 촬영부를 구동하는 줌모터, 포커스모터, 아이리스용 모터, 촬영부를 상하좌우 수평방향으로 이동시키는 팬(PAN : 수평방향)모터, 촬영부를 회전시키는 틸트(Tilt : 수직방향)모터로 구성된다.
그리고, 줌모터, 포커스모터, 아이리스용 모터, 팬모터, 틸티모터 각각에 구동 풀리 및 벨트, 그리고 팬틸트 각축을 지지하는 베어링이 구성된다.
넷째, 본 발명에 따른 음향센서부(240)에 관해 설명한다.
상기 음향센서부(240)는 쓰리포인트형 캠카메라부 일측에 위치되어, 상수도 노후관로쪽으로 음향신호를 송신시키고, 상수도 노후관로로부터 반사된 음압데이터를 수신받아 스마트로봇제어모듈로 전달시키는 역할을 한다.
이는 도 11에 도시한 바와 같이, 압전소자(241), 음향방출신호변환기(242)로 구성된다.
상기 압전소자(241)는 상수도 노후관로의 내벽에서 변형 또는 파괴시에 발생하는 음을 탄성파로 방출시키는데, 이때 방출시킨 탄성파에 의해 생긴 입자운동을 전기적 신호로 변환시켜 검출하는 역할을 한다.
상기 음향방출신호변환기(242)는 압전소자에서 검출된 음향방출(AE)파를 수신받아 음향방출신호로 변환시키는 역할을 한다.
다섯째, 본 발명에 따른 헤드램프부(250)에 관해 설명한다.
상기 헤드램프부(250)는 관로로봇몸체의 헤드부 상에 위치되어, 진행방향쪽으로 LED 불빛을 쏴주는 역할을 한다.
이는 파워LED모듈이 원형상으로 형성되어 구성된다.
여섯째, 본 발명에 따른 스마트로봇제어모듈(260)에 관해 설명한다.
상기 스마트로봇제어모듈(260)은 관로로봇몸체의 내부 후단에 원형 PCB기판으로 이루어져 각 기기의 전반적인 동작을 제어하는 역할을 한다.
이는 도 12에 도시한 바와 같이, 자세감지센서모듈(261), 데이터송신제어모듈(262), 위치수신제어모듈(263), 카메라제어모듈(264), 로봇제어용 마이컴부(265), 배터리전원제어부(266)로 구성된다.
상기 자세감지센서모듈(261)은 관로로봇몸체의 표면 중단부 일측에 위치되어, 관로로봇몸체와 관로분석제어모듈 사이의 거리, 관로로봇몸체 자체의 위치 및 자세 정보를 멀티센서부를 통해 센싱시키는 역할을 한다.
이는 도 13에 도시한 바와 같이, 관로로봇몸체의 수평자세를 감지하는 자이로센서(261a)와, 관로로봇몸체의 궤적과 가속도 상태를 감지하는 가속도센서(261b)와, 현재 관로로봇몸체의 진행방향과 방향각을 감지하는 지자계센서(261c)와, 관로로봇몸체의 기울기 및 롤링상태를 감지하는 기울기센서(tilt)(261d)로 구성된다.
상기 데이터송신제어모듈(262)은 메모리부에 저장된 음압데이터와 영상데이터를 불러와서, 제2 무선통신 무선통신모듈을 통해 관로분석제어모듈로 송신시키도록 제어하는 역할을 한다.
상기 위치수신제어모듈(263)은 제2 무선통신 무선통신모듈을 통해 지상의 GPS위성으로부터 수신받은 현재 관로로봇몸체의 위치를 수신받아 로봇제어용 마이컴부로 전달시키는 역할을 한다.
이는 상수도 노후관로가 막혔거나 또는 파손된 관으로 인해 관로로봇몸체가 걸릴 경우에 상수도 노후관로의 현위치를 파악하여 시공할 수 있도록 현재 관로로봇몸체의 위치데이터를 지상의 GPS위성을 통해 지상에서 탐지한다.
상기 카메라제어모듈(264)은 쓰리포인트형 캠카메라부를 관로로봇몸체를 기준으로 1°~360°로 회전하면서 상수도 노후관로의 내부 상면, 내부 측면, 내부 하면을 촬영하도록 위치제어시키는 역할을 한다.
상기 로봇제어용 마이컴부(265)는 각 기기의 전반적인 동작을 제어하는 역할을 한다.
이는 PIC원칩마이컴으로 구성된다.
즉, 입력단자 일측에 자세감지센서모듈의 자이로센서가 연결되어, 자이로센서에서 감지한 관로로봇몸체의 수평자세가 입력되고, 또 다른 입력단자 일측에 자세감지센서모듈의 가속도센서가 연결되어, 가속도센서에서 감지한 관로로봇몸체의 궤적과 가속도 상태가 입력되며, 또 다른 입력단자 일측에 지자계센서가 연결되어, 지자계센서에서 감지한 현재 관로로봇몸체의 진행방향과 방향각이 입력되고, 또 다른 입력단자 일측에 기울기센서가 연결되어, 기울기센서에서 감지한 관로로봇몸체의 기울기 및 롤링상태가 입력되며, 또 다른 입력단자 일측에 위치수신제어모듈이 연결되어, 제2 무선통신 무선통신모듈을 통해 지상의 GPS위성으로부터 수신받은 현재 관로로봇몸체의 위치를 수신받고, 출력단자 일측에 데이터송신제어모듈이 연결되어 메모리부에 저장된 음압데이터와 영상데이터를 불러와서, 제2 무선통신 무선통신모듈을 통해 관로분석제어모듈로 송신시키도록 제어하고, 또 다른 출력단자 일측에 카메라제어모듈이 연결되어, 쓰리포인트형 캠카메라부를 관로로봇몸체를 기준으로 1°~360°로 회전하면서 상수도 노후관로의 내부 상면, 내부 측면, 내부 하면을 촬영하도록 위치제어시키며, 또 다른 출력단자 일측에 배터리전원제어부가 연결되어, 충전배터리의 상태를 체크하면서, 각 기기에 전원을 공급시키도록 제어시킨다.
상기 배터리전원제어부(266)는 로봇제어용 마이컴부의 제어신호에 따라 구동되어, 충전배터리로부터 전원을 인가받아 각 기기에 전원을 공급시키는 역할을 한다.
이는 리튬 폴리머 배터리로 구성되고, 출력단자 일측에 정전압 레귤레이터가 포함되어 구성된다.
일곱째, 본 발명에 따른 프로펠러부(270)에 관해 설명한다.
상기 프로펠러부(270)는 상수도 노후관로에 물이 있을 때, 스마트로봇제어모듈의 제어신호에 따라 구동되어, 관로로봇몸체를 후단의 스크류회전에 의해 전후의 직선방향으로 구동시키는 역할을 한다.
이는 도 14에 도시한 바와 같이, 프로펠러(271), 고속회전모터(272)로 구성된다.
상기 프로펠러(271)는 고속회전모터의 회전력을 전달받아 관로로봇몸체를 전진방향 또는 후진방향으로 이동시키는 역할을 한다.
상기 고속회전모터(272)는 프로펠러에 회전력을 발생시키는 역할을 한다.
여덟째, 본 발명에 따른 제2 무선통신 수신모듈(280)에 관해 설명한다.
상기 제2 무선통신 수신모듈(280)은 헤드램프부 일측에 위치되어, 관로분석제어모듈와 무선통신 무선통신망로부터 연결되어 관로분석제어모듈로부터 제어명령신호를 수신받는 역할을 한다.
이는 도 15에 도시한 바와 같이, 제2 수신용 무선통신센서부(281), 제2 수신용증폭기(282), 제2 비교기(283), 제2 수신용 마이컴부(284)로 구성된다.
상기 제2 수신용 무선통신센서부(281)는 무선통신를 통해 관로분석제어모듈로부터 전송된 제어명령신호를 수신받는 역할을 한다.
도 18의 (a)는 노후관로의 수중 채널을 통해 전송된 무선통신 신호가 수신 센서에 의해 전기적인 신호로 변환된 파형을 나타낸다.
상기 제2 수신용증폭기(282)는 제2 수신용 무선통신센서부로부터 감지된 제어명령신호를 증폭시키는 역할을 한다.
도 18의 (b)는 제2 수신용 증폭기를 통해 고주파 성분과 미세한 채널 잡음 신호가 제거된 신호파형을 나타낸다.
상기 제2 비교기(283)는 제2 수신용증폭기로부터 증폭된 제어명령신호를 기준신호레벨에 맞게 비교하여 샘플링시키는 역할을 한다.
상기 제2 수신용 마이컴부(284)는 제2 비교기에서 샘플링된 제어명령신호를 스마트 관로로봇의 디지털 신호로 변환시켜 스마트로봇제어모듈로 보내는 역할을 한다.
이는 아날로그/디지털 변환기, 인터럽트부로 구성된다.
상기 아날로그/디지털 변환기는 제2 비교기에서 샘플링된 제어명령신호를 디지털신호로 변환시키는 역할을 한다.
상기 인터럽트부는 아날로그/디지털 변환기를 통해 변환된 디지털신호의 데이터 패킷 중 최초 상승 엣지가 입력되면 인터럽트를 발생시켜 수신 신호에 대한 샘플링을 시작시키는 역할을 한다.
이때 샘플링은 최초 인터럽트가 발생된 이후 50㎲ 간격으로 3회 내지 11회 수행하며, 매 심볼 주기마다 동일한 방법으로 샘플링을 반복 수행시킨다.
최종적으로, 샘플링된 값들에 대해 다수 판정을 수행함으로써 수신 비트를 0 또는 1로 결정한다.
아홉째, 본 발명에 따른 제2 무선통신 송신모듈(290)에 관해 설명한다.
상기 제2 무선통신 송신모듈(290)은 제2 무선통신 수신모듈 일측에 위치되어, 무선통신 신호에 정보를 실어, 측정한 음압데이터와 영상데이터를 관로분석제어모듈로 송신시키는 역할을 한다.
이는 도 16에 도시한 바와 같이, 제2 송신용 마이컴부(291), 제2 송신용 증폭기(282), 제2 송신용 무선통신센서부(293)로 구성된다.
상기 제2 송신용 마이컴부(291)는 각 기기의 전반적인 동작을 제어하고, 전송하고자 하는 제어명령신호의 이진 데이터를 무선통신생성용 기준주파수 파형에 맞게 설정시켜 변조시키는 역할을 한다.
이는 무선통신생성용 기준주파수 파형을 생성시키는 발진기가 구성된다.
이때, 무선통신생성용 기준주파수 파형은 30khz~900khz로 설정된다.
상기 제2 송신용 마이컴부는 연산처리 능력을 고려하여 비교적 수신 신호처리가 용이한 이진 진폭편이변조(binary amplitude shift keying)를 채택하여 구성된다.
상기 제2 송신용 증폭기(292)는 제2 발진기에서 생성된 신호를 증폭하여 제2 송신용 무선통신센서부로 전달시키는 역할을 한다.
상기 제2 송신용 무선통신센서부(293)는 상수도 노후관로 상에서 관로분석제어모듈쪽으로 무선통신를 발생시키는 역할을 한다.
또한, 본 발명에 따른 스마트 관로로봇은 제2 무선통신 수신모듈(280), 제2 무선통신 송신모듈(290)으로 이루어진 무선통신망을 대신하여, 제2 적외선통신망, 제2 자기장통신망, 제2 지그비통신망, 제2 WiFi통신망 중 어느 하나가 선택되어 구성된다.
상기 제2 적외선통신망(infrared transmission)은 가시 광선보다 조금 아래 주파수대의 적외선을 사용하여 신호를 송수신하는 역할을 한다. 즉, 가시 범위에서만 통신이 가능하다는 제한이 있지만 보안성이 뛰어나며, 전파 무선 통신보다 소형이므로 소비 전력도 적은 특성을 가진다.
이는 지하의 상수도 노후관로 일측을 개봉시켜, 스마트관로로봇을 투입시킨 후, 지하의 상수도 노후관로 전단 일측에 관로분석제어모듈가 위치되어, 스마트관로로봇과 적외선통신을 하도록 구성된다.
상기 제2 자기장통신망(Near Field Communication)은 자기장 영역을 이용한 무선 통신 시스템으로 금속, 수중, 지중, 건물 붕괴 장해 등 극한 환경에서 무선 통신을 가능하게 하는 기술로서, 자기장 영역은 전자계가 안테나로부터 분리, 전자파가 되어 공간으로 전파되기 전까지의 거리를 말하는데, 안테나에서부터 λ(파장)/2π까지의 영역을 나타낸다. 이는 기존의 고주파(2.4GHz대) 통신과는 달리 저주파(100KHz~수백Hz)를 이용해 물, 흙, 금속 등의 극한 환경에서도 무선통신이 가능한 특성을 가진다.
상기 제2 지그비통신망(Zigbee Communication)은 노드와 센서사이의 무선통신으로서, 저전력, 초소형, 저비용을 특징으로 하며 IEEE 802.15.4를 기반으로 반경 10m~20m 내에서 250kbps의 속도로 데이터를 전송하며, 65,000개 이상의 노드를 연결할 수 있다.
또, 듀얼 PHY 형태로 주파수 대역은 2.4GHz, 868/915MHz를 사용하고, 모뎀방식은 직접 시퀀스 확산 스펙트럼(DS-SS)이며, 데이터 전송속도는 20~250kpbs의 특성을 가진다.
상기 제2 WiFi통신망은 하이파이(Hi-Fi, High Fidelity)에 무선기술을 접목한 것으로, 고성능 무선통신을 가능하게 하는 무선랜 기술을 말한다.
즉, 무선 랜이란 네트워크 구축시 유선을 사용하지 않고 전파나 빛등을 이용하여 네트워크를 구축하는 방식으로 일명 「와이파이」(Wi-Fi)라 불리는 802.11B(IEEE 802.xx는 IEEE의 LAN에 대한 일련의 규격)는 3Com, 시스코 시스템즈(Cisco Systems), 애플(Apple Computer), 루슨트 테크놀로지(Lucent Technologies) 등에서 제안하고 있는 무선 표준이다. 이는 2.4GHz의 주파수 대역으로 구성된다.
이처럼, 본 발명에 따른 스마트 관로로봇은 도 22에 도시한 바와 같이, 제2 자기장통신망으로 선택 구성되어, 관로분석제어모듈로부터 제어명령신호를 무선으로 수신받고, 측정한 음압데이터와 영상데이터를 관로분석제어모듈로 송신시킨다.
또한, 본 발명에 따른 스마트 관로로봇은 도 23에 도시한 바와 같이, 제2 적외선통신망, 제2 지그비통신망, 제2 WiFi통신망 중 어느 하나가 선택되어 구성되어, 관로분석제어모듈로부터 제어명령신호를 무선으로 수신받고, 측정한 음압데이터와 영상데이터를 관로분석제어모듈로 송신시킨다.
이하, 본 발명에 따른 무선통신을 기반으로 이루어진 관로분석제어모듈과 스마트 관로로봇 사이의 무선데이터송수신장치의 구체적인 동작과정에 관해 설명한다.
[관로분석제어모듈의 동작과정]
먼저, 도 20에 도시한 바와 같이, 지상과 30cm~100cm로 근접한 상수도 노후관로 내부에 스마트 관로로봇이 투입된 상태에서, 지상표면에 관로분석제어모듈이 설치된다.
또한, 도 21에 도시한 바와 같이, 지상으로부터 지하 101cm~500cm까지 형성된 상수도 노후관로가 있다면, 굴착기를 통해 상수도 노후관로까지 토사를 파낸 후, 상수도 노후관로의 투입구 일측에 스마트 관로로봇을 투입시킨 상태에서, 상수도 노후관로의 전단방향 상수도 노후관로 일측에 관로분석제어모듈이 설치된다.
다음으로, 스마트관로분석제어부의 제어하에 제1 무선통신 송신모듈이 구동되어, 스마트관로로봇쪽으로 무선통신을 이용하여 제어명령신호를 무선으로 송신시킨다.
다음으로, 스마트관로분석제어부의 제어하에 제1 무선통신 수신모듈이 구동되어, 지하의 노후관로 내부에 위치한 스마트 관로로봇의 제2 무선통신 송신모듈로부터 전송된 무선통신을 이용하여 영상데이터신호와 음압데이터신호를 무선으로 수신받는다.
다음으로, 필터링부에서 전원부의 동일한 주파수만 필터링시키고, 지하의 이물질에 의한 노이즈 및 또 다른 무선통신 신호 유입을 방지시킨다.
다음으로, GPS 수신부에서 지하의 노후관로 내부에 위치한 스마트관로로봇의 탐지시, 탐지된 위치점의 현재위치를 GPS 위성을 통해 수신받아 메모리부로 전달시킨다.
다음으로, 메모리부에서 제1 무선통신수신모듈을 통해 수신받은 스마트 관로로봇의 영상데이터, 및 GPS 수신부를 통해 전달받은 스마트 관로로봇의 현재 위치데이터를 1차 저장시킨다.
다음으로, 스마트관로분석제어부에서 스마트 관로로봇으로부터 전송된 영상데이터를 무선통신을 통해 수신받아 디스플레이부로 출력시킨 후, 상수도 노후관로 내벽을 측정한 영상데이터와 음압데이터를 기준으로 상수관망 GIS를 형성시킨다.
끝으로, 스마트관로분석제어부의 제어신호에 따라 디스플레이부가 구동되어, 메모리부에 저장된 영상데이터 및 위치데이터를 추출해서 화면상에 출력시키고, 사용자 선택에 따라 상수관망 GIS맵을 표출시킨다.
[스마트 관로로봇의 동작과정]
먼저, 도 20에 도시한 바와 같이, 지상과 30cm~100cm로 근접한 상수도 노후관로 내부에 스마트 관로로봇이 투입된 상태에서, 지상표면에 관로분석제어모듈이 설치된다.
또한, 도 21에 도시한 바와 같이, 지상으로부터 지하 101cm~500cm까지 형성된 상수도 노후관로가 있다면, 굴착기를 통해 상수도 노후관로까지 토사를 파낸 후, 상수도 노후관로의 투입구 일측에 스마트 관로로봇을 투입시킨 상태에서, 상수도 노후관로의 전단방향 상수도 노후관로 일측에 관로분석제어모듈이 설치된다.
다음으로, 스마트 관로로봇의 제2 무선통신 수신모듈에서 관로분석제어모듈와 무선통신 무선통신망으로부터 연결되어 관로분석제어모듈로부터 제어명령신호를 수신받는다.
다음으로, 스마트로봇제어모듈의 제어하에 헤드램프부가 구동되어, 진행방향쪽으로 LED 불빛을 쏴준다.
다음으로, 스마트로봇제어모듈의 제어하에 프로펠러부가 구동되어, 관로로봇몸체를 후단의 스크류회전에 의해 전후의 직선방향으로 구동시킨다.
다음으로, 스마트로봇제어모듈의 제어하에 쓰리포인트형 캠카메라부가 구동되어, 1°~360°로 회전하면서 상수도 노후관로의 내부 상면, 내부 측면, 내부 하면을 촬영한 영상데이터를 스마트로봇제어모듈로 전달시킨다.
다음으로, 스마트로봇제어모듈의 제어하에 음향센서부가 구동되어, 상수도 노후관로쪽으로 음향신호를 송신시키고, 상수도 노후관로로부터 반사된 음압데이터를 수신받아 스마트로봇제어모듈로 전달시킨다.
끝으로, 스마트로봇제어모듈의 제어하에 제2 무선통신 송신모듈이 구동되어, 무선통신 신호에 정보를 실어, 측정한 음압데이터와 영상데이터를 관로분석제어모듈로 송신시킨다.
1 : 무선데이터송수신장치 100 : 관로분석제어모듈
110 : 모듈 본체 120 : 제1 무선통신 송신모듈
130 : 제1 무선통신 수신모듈 140 : 필터링부
150 : GPS 수신부 160 : 메모리부
170 : 디스플레이부 180 : 스마트관로분석제어부
200 : 스마트 관로로봇

Claims (7)

  1. 지상 및 노후관로 출구 일측에 위치되어, 탐사하려는 지하에 매설된 노후관로의 내부에 위치한 스마트 관로로봇쪽으로 무선통신을 이용하여 제어명령신호를 무선으로 송신시킨 후, 이에 따른 응답신호를 수신받아, 화면상에 상수도 노후관로 내벽을 측정한 영상데이터와 음압데이터를 표출시키고, 상수관망 GIS를 형성시키는 관로분석제어모듈(100)과,
    관로분석제어모듈로부터 제어명령신호를 수신받아, 상수도 노후관로 내벽을 따라 이동하면서 누수부위에서 발생되는 음향을 측정하고, 상수도 노후관로 내벽을 영상을 촬영한 후, 음압데이터와 영상데이터를 관로분석제어모듈로 전송시키는 스마트 관로로봇(200)으로 구성되되;,
    상기 관로분석제어모듈(100)은
    각 기기를 외압으로부터 보호하고, 지지하는 모듈 본체(110)와,
    모듈 본체의 일측에 설치되어, AC전원을 공급받아 전자기파를 생성시켜 지하의 노후관로 내부에 위치한 스마트관로로봇쪽으로 무선통신을 이용하여 제어명령신호를 무선으로 송신시키는 제1 무선통신 송신모듈(120)과,
    모듈 본체의 타측에 위치되고, 제1 무선통신 송신모듈 일측에 설치되어, 지하의 노후관로 내부에 위치한 스마트 관로로봇의 제2 무선통신 송신모듈로부터 무선통신을 이용하여 영상데이터신호와 음압데이터신호를 무선으로 수신받는 제1 무선통신 수신모듈(130)과,
    모듈 본체의 바닥프레임 상단 일측에 위치되어, 전원부의 동일한 주파수만 필터링시키고, 지하의 이물질에 의한 노이즈 및 또 다른 무선통신 신호 유입을 방지시키는 필터링부(140)와,
    모듈 본체의 상단 일측에 위치되어, 지하의 노후관로 내부에 위치한 스마트관로로봇의 탐지시, 탐지된 위치점의 현재위치를 GPS 위성을 통해 수신받아 메모리부로 전달시키는 GPS 수신부(150)와,
    제1 무선통신수신모듈을 통해 수신받은 스마트 관로로봇의 영상데이터, 및 GPS 수신부를 통해 전달받은 스마트 관로로봇의 현재 위치데이터를 1차 저장시키는 메모리부(160)와,
    모듈 본체의 중단 일측에 위치되어, 메모리부에 저장된 영상데이터 및 위치데이터를 추출해서 화면상에 출력시키는 디스플레이부(170)와,
    스마트 관로로봇의 이동, 캠카메라 구동신호, 영상데이터 전송요청신호를 무선통신을 통해 송신시켜 스마트 관로로봇의 구동을 제어시키고, 스마트 관로로봇으로부터 전송된 영상데이터를 무선통신을 통해 수신받아 디스플레이부로 출력시킨 후, 상수도 노후관로 내벽을 측정한 영상데이터와 음압데이터를 기준으로 상수관망 GIS를 형성시키도록 제어하는 스마트관로분석제어부(180)로 구성되는 무선통신을 기반으로 이루어진 관로분석제어모듈과 스마트 관로로봇 사이의 무선데이터송수신장치에 있어서,
    상기 스마트관로분석제어부(180)는
    스마트 관로로봇으로부터 전송된 음압데이터를 기준으로 상수도 노후관로 내벽의 작은 변형이나 미세한 크랙을 비파괴적으로 분석시키는 AE(Acoustic Emission) 분석알고리즘엔진모듈(151)과,
    노후관로 내벽의 현재 영상데이터를 읽어와서, 기준 영상데이터를 비교하여 현재 노후관로의 침적물두께, 스케일크기, 박리정도, 접합부 상태를 분석한 후, 관 노후도를 A~F 등급별로 나누어 설정시키는 관 노후도 설정알고리즘엔진부(152)와,
    GIS 관망 데이터베이스에다가 스마트관로로봇의 현재 위치데이터를 기준으로 노후관로의 파손 및 누수지점을 산출시켜 스마트 상수관망 GIS 맵을 형성시키는 스마트 상수관망 GIS 맵모듈(153)이 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 무선통신을 기반으로 이루어진 관로분석제어모듈과 스마트 관로로봇 사이의 무선데이터송수신장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 무선통신 송신모듈(120)은
    각 기기의 전반적인 동작을 제어하고, 전송하고자 하는 제어명령신호의 이진 데이터를 무선통신생성용 기준주파수 파형에 맞게 설정시켜 변조시키는 제1 송신용 마이컴부(121)와,
    제1 발진기에서 생성된 신호를 증폭하여 제1 송신용 무선통신센서부로 전달시키는 제1 송신용 증폭기(122)와,
    상수도 노후관로 상에서 관로분석제어모듈쪽으로 무선통신를 발생시키는 제1 송신용 무선통신센서부(123)로 구성되는 것을 특징으로 하는 무선통신을 기반으로 이루어진 관로분석제어모듈과 스마트 관로로봇 사이의 무선데이터송수신장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 무선통신 수신모듈(130)은
    무선통신를 통해 스마트 관로로봇으로부터 전송된 음압데이터와 영상데이터를 수신받는 제1 수신용 무선통신센서부(131)와,
    제1 수신용 무선통신센서부로부터 감지된 음압데이터와 영상데이터를 증폭시키는 제1 수신용증폭기(132)와,
    제1 수신용증폭기로부터 증폭된 음압데이터와 영상데이터를 기준신호레벨에 맞게 비교하여 샘플링시키는 제1 비교기(133)와,
    제1 비교기에서 샘플링된 음압데이터와 영상데이터를 관로분석제어모듈의 디지털 신호로 변환시켜 스마트관로분석제어부로 보내는 제1 수신용 마이컴부(134)로 구성되는 것을 특징으로 하는 무선통신을 기반으로 이루어진 관로분석제어모듈과 스마트 관로로봇 사이의 무선데이터송수신장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 스마트 관로로봇(200)은
    전단면과 후단면이 관통된 날개달린 원통드럼 형상으로 이루어져 각 기기를 외부로부터 보호하고 지지하는 관로로봇몸체(210)와,
    관로로봇몸체의 외부 표면 둘레를 따라 위치되면서, 상수도 노후관로의 직경에 따라 탄성체의 탄성력에 의해 맞춤형으로 관로로봇몸체의 자세를 지지하면서, 상수도 노후관로 내부에 흐르는 유체의 힘 및 프로펠러의 추진력을 전달받아 상수도 노후관로 내벽을 따라 미끄러지면서 이동되도록 보조해주는 스키보드날개형 탄성체(220)과,
    관로로봇몸체 표면의 중단 일측에 띠형상으로 형성되어, 1°~360°로 회전하면서 상수도 노후관로의 내부 상면, 내부 측면, 내부 하면을 촬영한 영상데이터를 스마트로봇제어모듈로 전달시키는 쓰리포인트형 캠카메라부(230)와,
    쓰리포인트형 캠카메라부 일측에 위치되어, 상수도 노후관로쪽으로 음향신호를 송신시키고, 상수도 노후관로로부터 반사된 음압데이터를 수신받아 스마트로봇제어모듈로 전달시키는 음향센서부(240)와,
    관로로봇몸체의 헤드부 상에 위치되어, 진행방향쪽으로 LED 불빛을 쏴주는 헤드램프부(250)와,
    관로로봇몸체의 내부 후단에 원형 PCB기판으로 이루어져 각 기기의 전반적인 동작을 제어하는 스마트로봇제어모듈(260)과,
    상수도 노후관로에 물이 있을 때, 스마트로봇제어모듈의 제어신호에 따라 구동되어, 관로로봇몸체를 후단의 스크류회전에 의해 전후의 직선방향으로 구동시키는 프로펠러부(270)와,
    헤드램프부 일측에 위치되어, 관로분석제어모듈와 무선통신 무선통신망로부터 연결되어 관로분석제어모듈로부터 제어명령신호를 수신받는 제2 무선통신 수신모듈(280)과,
    제2 무선통신 수신모듈 일측에 위치되어, 무선통신 신호에 정보를 실어, 측정한 음압데이터와 영상데이터를 관로분석제어모듈로 송신시키는 제2 무선통신 송신모듈(290)로 구성되는 것을 특징으로 하는 무선통신을 기반으로 이루어진 관로분석제어모듈과 스마트 관로로봇 사이의 무선데이터송수신장치.
  7. 삭제
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