KR101596820B1 - 수위 자동인식 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 강물 등의 수위를 자동으로 측정하여 통제소나 관리자에게 송신하는 수위 자동인식 방법에 관한 것이다.
본 발명에 의한 수위 자동인식 방법은, 상기 카메라(C)로 영상을 수집하는 영상입력단계(S800)와, 상기 영상입력단계(S800)에서 입력된 영상을 8bit 흑백영상으로 변환하여 그레이화하는 영상변환단계(S810)와, 상기 영상변환단계(S810)에 의해 변환된 흑백영상을 이용하여 수평엣지를 검출하는 수평엣지검출단계(S820)와, 수평프로젝션과 수직프로젝션을 이용하여 수위표(100) 위치를 검출하는 수위표위치검출단계(S830)와, 상기 수위표위치검출단계(S830)에서 획득된 자료를 분석하여 수면의 위치를 검출하는 수위검출단계(S840)와, 상기 수위검출단계(S840)에서 검출된 수위의 상측 영상을 획득하여 수위값을 인식하는 수위값인식단계(S850)와, 상기 수위값인식단계(S850)에서 인식된 수위값과 수위표(100) 영상 및 하천의 영상을 조합하여 송신하는 송신단계(S860) 등으로 구성된다. 이와 같은 본 발명에 의하면, 원거리에서도 하천 등의 수위관리가 정확하고 효율적으로 이루어지는 이점이 있다.

Description

수위 자동인식 방법 {Method of auto-recognition for water level}

본 발명은 수위 자동인식 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 강물 등의 수위를 자동으로 측정하여 통제소나 관리자에게 송신하는 수위 자동인식 방법에 관한 것이다.

우리나라의 홍수는 여름철 북태평양 고기압의 영향에 따른 장마와, 폭우를 동반하는 태풍으로 인한 집중호우에 의해 발생한다. 호우 발생빈도가 높은 지역으로는 남해안, 지리산 부근의 산청지방과 강화도를 중심으로 한 경기북부지방, 대관령 부근의 산간지방과 제주도 지방이다.

이러한 특징으로 인해서 매해 홍수를 대비하여 낙동강 지역 등에 수위표를 설치하여 실시간으로 수위정보를 모니터링 할 수 있다.

그러나, 관리나 인력의 부족 등으로 계속적으로 하천 등에 사람이 파견되어 수위를 체크하고 관리하는데에는 한계가 있다.

따라서, 한국 특허출원 제10-2004-0074257호에서와 같은 다양한 수위 측정장치들이 개시되어 있으나, 이러한 수위 측정장치와 방법들에서는 부표와 레이저거리측정기 등의 부가적인 장치가 필요하며, 이물질이 파이프나 통수구멍보호망을 차폐하는 경우에는 수위 측정이 어려운 문제점이 있다.

특허출원 제10-2004-0074257호

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 카메라에 의해 촬영된 영상을 분석하여 수위를 측정하며, 수위표가 오염되는 경우에는 자동으로 세정하여 수위를 측정하는 수위 자동인식 방법을 제공하는 데 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명에 의한 수위 자동인식 방법은, 카메라로 영상을 수집하는 영상입력단계와; 상기 영상입력단계에서 입력된 영상을 8bit 흑백영상으로 변환하여 그레이화하는 영상변환단계와; 상기 영상변환단계에 의해 변환된 흑백영상을 이용하여, 수평엣지를 검출하는 수평엣지검출단계와; 수평프로젝션과 수직프로젝션을 이용하여 수위표 위치를 검출하는 수위표위치검출단계와; 상기 수위표위치검출단계에서 획득된 자료를 분석하여 수면의 위치를 검출하는 수위검출단계와; 상기 수위검출단계에서 검출된 수위의 상측 영상을 획득하여 수위값을 인식하는 수위값인식단계와; 상기 수위값인식단계에서 인식된 수위값과 수위표 영상 및 하천의 영상을 조합하여 송신하는 송신단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 수위값인식단계는, 획득한 영상화면의 최상단에 표시된 수위값이 인식가능한지 여부를 판단하는 상단값인식과정과; 상기 상단값인식과정에서 최상단값 인식이 가능한 경우에는 최상단 수위값을 읽어들이는 상단값입력과정과; 획득된 영상화면에서 픽셀값을 계산하여, 상기 상단값입력과정에서 인식한 최상단 수위값으로부터 수면과의 거리가 얼마인지를 계산하는 수면거리계산과정과; 상기 상단값입력과정에서 읽어들인 최상단 수위값에서, 상기 수면거리계산과정에서 계산된 수면까지의 거리를 차감하는 수면거리차감과정과; 상기 수면거리차감과정에 의해 현재값에서 수면까지의 거리를 차감함으로써 수면 높이를 확정하는 수위확정과정과; 상기 수위확정과정에서 확정된 수위를 외부로 디스플레이하는 수위표시과정;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 상단값인식과정에서 최상단값이 인식되지 않는 경우에는, 일정 픽셀을 건너뛰어 하측의 다음값이 인식가능한지를 판단하는 다음값인식과정이 수행되며; 상기 다음값인식과정에서 다음값이 인식되는 경우에는, 상기 상단값입력과정이 수행됨을 특징으로 한다.

상기 다음값인식과정에서 다음값이 인식되지 않는 경우에는 다음값의 위치가 상기 수위검출단계에서 검출한 수면의 위치보다 아래에 있거나 동등한 위치인지를 판단하는 수위비교과정이 수행되며; 상기 수위비교과정에서의 판단결과, 다음값이 수위 이하인 경우에는 수위표 청소가 이루어지는 수위표청소과정이 진행되고, 다음값이 수위보다 높은 경우에는 하측으로 일정 픽셀을 건너뛰어 하측의 다음값을 인식하는 상기 다음값인식과정이 더 진행됨을 특징으로 한다.

상기 수위표청소과정이 진행된 경우에는, 상기 상단값인식과정으로 복귀하여 상기 수위값인식단계가 다시 진행됨을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 수위 자동인식 방법은 다음과 같은 효과가 있다.

본 발명에서는 수위표를 카메라로 인식한 다음 영상을 분석하여 현재 수위를 자동으로 결정하게 된다. 따라서, 관리자가 하천 등에서 24시간 수위를 관리 감독할 필요가 없으므로 인건비가 절약되고 하천의 수위 관리가 효율적으로 이루어지는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 의하면 수위와 주변 전경이 동시에 촬영되어 관리자에게 통보됨은 물론, 수위값이 자동으로 수시로 계산되어 사용자나 관리자에게 통보된다. 따라서, 사용자가 원거리에 있으면서도 수위 상태를 실시간으로 점검할 수 있으며, 주변 환경 사진이 동시에 전송되므로 수위값 인식이 오류가 있는 경우에도 관리자가 현장 사진을 참조하여 수위 이상을 체크할 수 있는 이점이 있다.

뿐만 아니라, 본 발명에서는 수위표 인식이 어려운 경우에는 자동으로 청소가 이루어진 다음 수위 인식이 이루어지므로, 하천이나 호수 등의 수위관리가 효율적으로 가능한 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 의한 수위 자동인식 방법이 사용되는 전체 시스템의 구성도.
도 2는 본 발명 실시예에 사용되는 수위표 오토클리너의 구성을 보인 상반부 측단면도.
도 3은 본 발명 실시예에 사용되는 수위표 오토클리너를 지지하는 지지프레임의 평면도.
도 4는 본 발명 실시예에 사용되는 오토클리너과 비상정지기구의 구성을 보인 전방 사시도.
도 5는 본 발명 실시예에 사용되는 오토클리너과 비상정지기구의 구성을 보인 후면도.
도 6은 본 발명에 의한 수위 자동인식 방법의 바람직한 실시예의 각 단계를 보인 블럭구성도.
도 7은 본 발명 실시예의 각 단계에서 수행되는 이미지를 보인 예시도.
도 8은 본 발명 실시예를 구성하는 수위값인식단계의 세부과정을 보인 플로우차트.

이하 본 발명에 의한 수위 자동인식 방법의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

먼저 도 1에는 본 발명에 의한 수위 자동인식 방법이 사용되는 전체 시스템의 구성도가 도시되어 있다.

이에 도시된 바와 같이, 전체 수위 인식시스템은, 관측소의 구성과 통제소의 구성으로 나눌 수 있다.

즉, 도시된 바와 같이 관측소의 구성으로는, 해변이나 강변 등에 설치되는 수위표(100)와, 이러한 수위표(100)를 촬영하는 카메라(C)와, 상기 카메라(C)에서 획득된 영상을 수신하는 리시버(R)와, 수위 인식 알고리즘을 통해 수위값을 도출하는 수위영상인식기(W)와, 상기 수위영상인식기(W)에서 측정된 수위값을 CDMA통신으로 관리자에게 문자 등으로 송신하는 무선송신기(T)와, 측정된 수위값과 촬영된 영상 등을 통제소로 실시간으로 송신하는 송신유닛(U) 등이 있다.

한편, 통제소에는 상기 송신유닛(U)을 통해 송신된 자료를 수신하는 다수의 장치들과 영상인식센터(I) 등이 구비된다.

상기 수위표(100)는 물의 높이를 나타내기 위해 눈금이 표시된 것이다. 즉, 수위표(100)는, 전면에는 높이를 나타내는 눈금이 표시되어 강물이나 바닷물 등의 수위를 측정하기 위한 것으로, 눈금은 1㎝단위로 표시되고 숫자표시는 10㎝단위로 표시됨이 바람직하다. 그리고, 숫자는 상측으로 갈수록 크기가 증가하도록 새겨지는 것이 일반적이다.

상기 카메라(C)는, 상기 수위표(100)로부터 소정 거리 이격된 위치에 설치됨이 바람직하며, 상기 수위표(100)와 하천의 전경 등을 촬영하게 된다. 즉, 상기 카메라(C)는 수위표(100) 영상과 하천의 영상 등을 획득하는 기능을 가진다.

상기 카메라(C)에는 원거리를 촬영하기 위한 렌즈와, 수위표(100)의 야간 촬영을 위한 조명 등이 더 구비된다. 조명으로는 적외선LED가 사용되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 카메라(C)에는 팬틸트드라이버(PANTILT DRIVER)가 구비되어 카메라(C)의 상하좌우 조절이 가능하도록 한다.

상기 리시버(R)는, 시리얼 통신제어 등을 이용하여 수위영상인식기(W)의 제어명령을 카메라(C) 등에 전달하는 역할도 한다.

상기 수위영상인식기(W)는 영상 인식 소프트웨어 등을 이용하여 수위값을 도출하는 기능을 하며, 상기 무선송신기(T)는 모뎀(MODEM) 등을 이용하여 수위값을 관리자에게 송신하게 된다.

상기 송신유닛(U)은 측정된 수위값과 하천의 영상 등을 통제소로 실시간으로 송신하게 되며, 통제소의 영상인식센터(I)에서는 통합모니터링 소프트웨어 등을 이용하여 전체적인 현황을 체크하고 제어한다.

한편, 상기 수위표(100)에는, 수위표(100)가 더러워지는 경우에 청소를 수행하는 수위표 오토클리너(200)가 더 구비된다. 상기 수위표 오토클리너(200)는 수위표(100)가 오염된 경우에는 자동으로 작동하여 수위표(100)의 청소를 수행하게 된다.

도 2에는 상기 수위표 오토클리너(200)가 설치된 상태가 개략적으로 도시되어 있다.

이에 도시된 바와 같이, 물의 높이를 나타내는 눈금이 표시된 수위표(100)가 상하로 길게 설치되거, 이러한 수위표(100)의 전면을 청소하는데 사용되는 오토클리너(200)가 수위표(100)의 상하로 유동 가능하게 설치된다.

그리고, 상기 오토클리너(200)의 상하 이동을 가이드하는 지지프레임(300)과, 상기 지지프레임(300)의 일측에 구비되어 상기 오토클리너(200)의 작동과 상하 이동을 제어하는 제어부(400)와, 상기 오토클리너(200)의 상하 이동시에 얼음 또는 견고한 물체와의 충돌이 방지되도록 하는 비상정지기구(500) 등이 더 구비된다.

보다 구체적으로 살펴보면, 강물(10)을 가로질러 다리(20)가 횡으로 설치되며, 이러한 다리(20)는 다수의 교각(30)에 의해 지탱된다.

상기 다리(20)의 좌측에는 제어부(400)가 구비되며, 이러한 제어부(400)는 중앙제어부와 모터 컨트롤러 등 다수의 제어기기들로 이루어지며, 관측소라고 불리는 건물의 내부에 상기 리시버(R) 및 수위영상인식기(W) 등과 함께 내장된다.

상기 교각(30)에는 상하로 지지프레임(300)이 설치되고, 이러한 지지프레임(300)의 전면에는 수위표(100)가 설치된다.

상기 지지프레임(300)의 상측에는 상부박스(110)가 설치된다. 상기 상부박스(110)는 상기 다리(20)의 전면 등에 고정 설치되며, 내부에는 윈치(winch: 원통형의 드럼에 와이어 로프를 감아 도르래를 이용해서 중량물(重量物)을 높은 곳으로 들어올리거나 끌어당기는 기계)가 구비되어 아래에서 설명할 지지로프(320)의 노출 길이를 조절한다.

상기 지지프레임(300)에는 본체박스(310)가 상하로 유동하도록 설치된다. 상기 본체박스(310)는 도시된 바와 같이, 사각형상의 박스 형태의 외관을 가지며, 아래에서 설명할 오토클리너(200)을 구성하는 부품들이 대부분 내부에 내장된다.

상기 본체박스(310)는 지지로프(320)에 의해 상기 상부박스(110)와 연결된다. 상기 지지로프(320)는 내부가 중공된 로프(rope)로 이루어지며, 지지로프(320)의 내부에는 아래에서 설명할 오토클리너(200)가나 차단센서(550) 등에 전원을 공급하는 전원선이나 신호를 전달하는 신호전달선 등이 내장된다.

상기 지지로프(320)의 상단은 상기 상부박스(110) 내부에 내장되는 윈치에 감기게 되어, 상기 본체박스(310)의 상하 이동을 제어하게 된다. 그리고, 상기 지지로프(320)는 도시된 바와 같이 쌍으로 이루어져, 상기 본체박스(310)의 좌우 양단을 지지하도록 설치됨이 바람직하다.

상기 제어부(400)는, 아래에서 설명할 오토클리너(200)의 작동과 상하이동의 제어는 물론, 아래에서 설명할 각종 센서나 수위검지수단 등으로부터 전달되는 신호를 감지하여 각 부품의 작동을 제어하는 중앙처리장치의 기능을 수행한다.

상기 본체박스(310)의 하측으로는 도시된 바와 같이 브러쉬(210)가 구비되며, 이러한 브러쉬(210)는 아래에서 설명할 오토클리너(200)의 일 구성요소가 된다.

상기 본체박스(310)의 우측으로는 아래에서 설명할 오토클리너(200)가 수면에 도달하는 것을 감지하는 수위검지수단(600)이 구비된다.

상기 수위검지수단(600)은, 상기 본체박스(310)의 하단 또는 브러쉬(210)가 수면에 닿았는지의 여부를 1차적으로 감지하는 부분이다. 따라서, 이러한 수위검지수단(600)은, 물 위에 뜨는 부표(浮標)와 같은 것을 구성되어 수면에 닿았음을 상기 제어부(400)로 직접 전달하거나, 기구적으로 상기 본체박스(310)의 하강을 정지시키도록 구성되거나, 경우에 따라서는 상기 본체박스(310)의 하강을 정지시킴과 동시에 아래에서 설명할 오토클리너(200)가 자동으로 작동하여 상기 브러쉬(210)에 의해 수위표(100)의 청소가 진행되도록 제어하는 것도 가능할 것이다. 즉, 변기에 설치되는 물 수위조절장치와 같이 기구적으로 모터의 전원을 차단하거나 오토클리너(200)의 작동을 제어하도록 구성될 수 있다. 본 발명에서는, 상기 수위검지수단(600)이 물을 통한 전기의 통전에 의해 수위를 감지하는 구성으로 이루어진다.

상기 비상정지기구(500)는, 도시된 바와 같이 상기 본체박스(310)의 우측에 설치된다. 즉, 아래에서 설명할 오토클리너(200)의 우측에 결합되어, 오토클리너(200)의 상하 이동시에 얼음 또는 견고한 물체와의 충돌이 방지되도록 하는 역할을 한다.

따라서, 상기 비상정지기구(500)는, 완충기능을 가지는 완충수단(510)과, 상기 완충수단(510)의 작동에 따라 상기 본체박스(310)의 하강을 정지시키는 차단센서(550) 등으로 이루어진다.

상기 차단센서(550)는, 근접센서로 이루어져 상기 완충수단(510)의 상단이 근접하는 경우에는 이를 감지하여 상기 제어부(400)에 신호를 전달함으로써, 아래에서 설명할 오토클리너(200)가 구비된 상기 본체박스(310)의 하강을 정지시키는 역할을 한다. 이러한 비상정지기구(500)의 기능에 대해서는 아래에서 상세히 살펴본다.

상기 지지프레임(300)의 상단부에는, 아래에서 설명할 오토클리너(200)의 상측 이동을 제한하는 상단센서(330)가 구비된다.

상기 상단센서(330)는, 상기 본체박스(310)의 상단이 상승하는 경우에 상승을 차단하여 상기 본체박스(310)가 상기 상부박스(110)에 부딪치지 않도록 하는 것으로, 근접센서로 이루어짐이 바람직하다.

근접센서는, '근접스위치'라고도 하는 것으로, 스위치의 검출면에 접근하는 물체 혹은 근방에 존재하는 물체의 유무를 전자계의 힘을 이용하여 기계적 접촉이 없이 검출하는 스위치를 일컫는다.

물론, 상기 상단센서(330)는 근접센서 외에 직접 접촉에 의해 상기 제어부(400)로 신호를 전달하거나, 기구적으로 상기 상부박스(110) 또는 본체박스(310) 등으로 공급되는 전원을 차단하여 본체박스(310)의 상승을 정지시키도록 구성될 수 있음은 물론이다.

도 3에는 상기 지지프레임(300)의 평면도가 도시되어 있다.

이에 도시된 바와 같이, 상기 지지프레임(300)은 상하로 길게 형성되는 한 쌍의 세로프레임(302)과, 상기 한 쌍의 세로프레임(302) 사이를 연결하는 가로프레임(304) 등으로 이루어진다.

상기 세로프레임(302)의 단면은 도시된 바와 같이, 좌우로 대칭되는 형상을 가지며, 좌측의 세로프레임(302)은 'ㄹ'자 형태를 가진다. 따라서, 상기 한 쌍의 세로프레임(302)에는 좌우 양단으로부터 중앙부 내측으로 함몰된 '⊃' 및 '⊂'형상의 대칭되는 수용홈(302')이 각각 형성되고, 이러한 수용홈(302')에는 아래에서 설명할 회전바퀴(236)가 수용된다.

상기 가로프레임(304)은, 가는 직사각형의 평판으로 이루어지며, 상하로 등(等) 간격을 가지도록 다수 개가 좌우로 설치된다.

도 4 및 도 5에는 상기 본체박스(310) 내부에 구비되는 오토클리너(200)와 상기 비상정지기구(500)의 상세구성이 도시되어 있다. 즉, 도 4에는 상기 본체박스(310) 내부에 구비되는 오토클리너(200)와 상기 비상정지기구(500)의 전방 사시도가 도시되어 있으며, 도 5에는 오토클리너(200)와 비상정지기구(500)의 후면도가 도시되어 있다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 상기 오토클리너(200)은, 상기 수위표(100)의 전면에 접하며 회전 가능하게 설치되는 브러쉬(210)와, 상기 브러쉬(210)의 일측에 구비되어 상기 브러쉬(210)에 회전 동력을 제공하는 브러쉬모터(220)와, 상기 지지프레임(300)을 따라 상하로 유동하며 상기 브러쉬(210)와 브러쉬모터(220)가 장착되는 본체프레임(230) 등으로 구성된다.

보다 구체적으로 살펴보면, 직사각형상의 평판으로 이루어지는 본체프레임(230)이 좌우로 소정 길이를 가지도록 형성된다.

상기 본체프레임(230)은, 상기 지지프레임(300)을 따라 상하로 유동하며, 상기 브러쉬(210)와 브러쉬모터(220)가 장착되는 부분이다. 그리고, 이러한 본체프레임(230)의 좌우 양단에는 'ㄴ'자로 절곡된 측판(232)이 각각 연결된다.

상기 좌우의 측판(232)은, 도시된 바와 같이, '┛'와 '┗'형상(도 4의 하방에서 볼 경우)으로 이루어진다. 그리고, 좌우 측판(232)의 후단부는 다시 내측으로 대칭되게 돌출되어 바퀴편(234)을 형성하며, 이러한 바퀴편(234)에는 각각 2개의 회전바퀴(236)가 회전 가능하게 설치된다.

따라서, 상기 회전바퀴(236)는, 상기 지지프레임(300)의 수용홈(302')에 각각 삽입되어, 구름운동을 하게 된다.

상기 측판(232)의 하단 전면에는 지지단(240)이 전방으로 돌출되게 형성되며, 이러한 지지단(240)에 브러쉬축(242)이 설치된다.

상기 브러쉬축(242)은 가는 환봉 형상으로 이루어지며, 양단이 상기 좌우의 지지단(240)에 각각 회전 가능하게 설치된다. 그리고, 이러한 브러쉬축(242)의 외면에 상기 브러쉬(210)가 고정 장착된다. 또한, 상기 브러쉬축(242)의 우측단에는 브러쉬풀리(244)가 더 형성된다.

상기 브러쉬(210)는, 도시된 바와 같이, 좌우로 소정 길이를 가지도록 형성된 원기둥 형상의 솔(brush)로 이루어지고, 중앙부를 가로지르는 상기 브러쉬축(242)에 의해 회전 가능하도록 설치된다. 즉, 상기 브러쉬축(242)의 좌우 양단은 지지단(240)에 회전 가능하게 설치된다.

상기 오토클리너(200)가 상기 지지프레임(300)에 설치되는 경우에는, 상기 브러쉬(210)는 상기 수위표(100)의 전면에 접하게 되어 수위표(100)의 청소를 수행하게 되는 것이다.

상기 브러쉬모터(220)는, 도시된 바와 같이 상기 브러쉬(210)의 상측에 설치되어, 상기 브러쉬(210)에 회전 동력을 제공하게 된다. 즉, 상기 브러쉬모터(220)는, 상기 본체프레임(230)의 전면에 고정 장착된다.

상기 브러쉬모터(220)의 우측으로는 모터축(222)이 돌출되고, 이러한 모터축(222)에는 모터풀리(224)가 형성된다. 상기 모터풀리(224)는 상기 브러쉬모터(220)의 회전을 상기 브러쉬(210)에 전달하기 위한 것이다.

따라서, 상기 모터풀리(224)와 브러쉬풀리(244)는 연결벨트(250)에 의해 서로 연결된다. 상기 연결벨트(250)는 고무와 같은 재질로 이루어져 마찰력에 의해 회전 동력을 전달하거나, 체인 등으로 이루어질 수도 있다.

상기 본체프레임(230)의 우측에는 상기 비상정지기구(500)가 설치된다. 즉, 상기 본체프레임(230)의 우측 측판(232)에 비상정지기구(500)가 고정 장착된다.

구체적으로 살펴보면, 상기 본체프레임(230)의 우측 측판(232)에는 'ㄴ'자 형상의 완충단(502)이 형성되고, 이러한 완충단(502)의 상단에는 상기 차단센서(550)가 설치된다. 그리고, 상기 완충단(502)의 하단에는 상기 완충수단(510)이 구비된다.

상기 차단센서(550)는, 근접센서로 이루어지며, 상기 완충수단(510)의 근접여부를 판단하게 된다. 즉, 상기 완충수단(510)의 상단이 상기 차단센서(550)에 근접하면, 이러한 정보를 상기 제어부(400)에 전달하여 상기 오토클리너(200)의 하강을 멈추게 한다.

상기 완충수단(510)은, 상기 본체프레임(230)의 우측에 구비되며, 상하로 탄성 유동이 가능하도록 설치되어 외부의 딱딱한 물체가 하측에 부딪히는 경우에도 파손이 방지되도록 구성된다.

상기 완충수단(510)은, 가는 환봉 형상을 가지는 완충봉(512)과, 상기 완충봉(512)의 상단과 하단에 각각 형성되는 상단편(514) 및 하단편(516)과, 상기 하단편(516)에 하측으로의 압축력을 가하는 복귀스프링(518) 등으로 구성된다.

상기 완충봉(512)은, 도시된 바와 같이 상기 완충단(502)의 우측단에 상하로 설치된다. 즉, 상기 완충단(502)의 우측단에는 상하로 관통된 봉홀(502')이 형성되고, 이러한 봉홀(502')에 상기 완충봉(512)이 삽입 설치된다.

상기 봉홀(502')의 내경은, 상기 완충봉(512)의 외경보다는 크게 형성되고, 상기 상단편(514) 및 하단편(516)의 외경보다는 작은 크기를 가진다. 즉, 상기 완충봉(512)의 상단과 하단에 각각 형성되는 상단편(514) 및 하단편(516)의 외경, 상기 완충봉(512)의 외경보다 더 큰 외경을 가지고, 상기 봉홀(502')의 내경은 상기 상단편(514) 및 하단편(516)의 외경보다 작다. 따라서, 상기 완충봉(512)은 상기 봉홀(502')에 삽입 설치된 상태로 상하로 이탈되지 않게 되는 것이다.

상기 복귀스프링(518)은, 상기 완충봉(512)의 외면을 감싸도록 설치되며, 압축스프링으로 이루어진다. 따라서, 상기 복귀스프링(518)은, 항상 상기 하단편(516)에 하측으로의 압축력을 가하게 된다.

상기 완충단(502)에는 물을 감지하는 상기 수위검지수단(600)이 설치된다.

상기 수위검지수단(600)은, 도시된 바와 같이, 서로 이격되게 상하로 길게 설치되는 한 쌍의 전극봉(610)과, 상기 전극봉(610)을 지지하는 지지판(620) 등으로 이루어진다.

보다 구체적으로 살펴보면, 상기 완충단(502)의 저면에는 원판 형상의 지지판(620)이 부착 설치되고, 이러한 지지판(620)에는 한 쌍의 전극봉(610)이 하측으로 돌출되게 형성된다. 상기 한 쌍의 전극봉(610)은 가는 원기둥 형상을 가지며, 상하로 동일한 길이를 가지도록 형성되며, 서로 극이 다른 전기가 흐르게 된다.

따라서, 상기 한 쌍의 전극봉(610)이 물에 닿게 되면, 두 전극봉(610)이 도통이 되므로 이러한 도통 신호가 제어부(400)로 전달된다. 이처럼 상기 한 쌍의 전극봉(610)이 평상시에는 서로 통전이 되지 않다가, 물에 닿으면 도통이 되므로 이러한 원리를 이용하여 물 표면에 근접하였는지를 판단하게 되는 것이다.

상기 본체프레임(230)에는 상기 오토클리너(200)와 본체프레임(230)의 상하 이동거리를 계산함으로써 수위를 측정하도록 하는 거리측정수단(700)이 더 구비된다.

상기 거리측정수단(700)은, 엔코더(encoder) 등으로 이루어지며, 상기 오토클리너(200)와 본체프레임(230)의 상하 이동거리를 측정하기 위한 장치이다. 보다 바람직하게는 상기 거리측정수단(700)은 회전각을 펄스 신호로 변환하는 '로터리 엔코더'를 포함하는 구성으로 이루어진다. 따라서, 기계적인 길이(상하의 이동거리)를 디지털 신호로 변환함으로써 판독 오차를 작게 할 뿐 아니라, 마이크로 프로세서나 컴퓨터 등을 이용한 측정 데이터의 처리가 쉬워지는 이점이 있다. 즉, 상기 거리측정수단(700)에 의해 계산된 상기 오토클리너(200)와 본체프레임(230)의 상하 이동거리가 상기 제어부(400)로 전달되어, 수위의 측정이 가능하게 되는 것이다.

구체적으로 살펴보면, 상기 거리측정수단(700)은, 상기 본체프레임(230)의 상단부에 형성되는 엔코더고정단(710)과, 상기 엔코더고정단(710)의 양단에 설치되는 한 쌍의 회전바퀴(720)와, 상기 회전바퀴(720)의 회전각을 펄스 신호로 변환하는 엔코더(730) 등으로 이루어진다.

상기 엔코더고정단(710)은, 도시된 바와 같이 상기 본체프레임(230)의 중앙 상단으로부터 상측으로 돌출되게 형성되며, 이러한 엔코더고정단(710)의 좌우 양단에는 회전바퀴(720)가 회전 가능하게 설치된다.

상기 회전바퀴(720)는, 상기 오토클리너(200)가 상기 수위표(100)의 전면을 따라 상하로 이동할 때 회전되고, 이러한 상기 회전바퀴(720)의 회전 상태가 상기 엔코더(730)에 전달된다.

상기 엔코더(730)는 상기에서 설명한 '로터리 엔코더'로 이루어짐이 바람직하며, 이러한 '로터리 엔코더'는, '펄스 계수식 센서(pulse counting-type sensor)'라고도 불리며, 기본 원리는 이미 알려진 것이므로 여기서는 더 이상의 상세 설명은 생략한다.

이하에서는 상기와 같은 시스템에 의해 수행되는 수위 자동인식 방법을 도 6 및 도 7을 참조하여 살펴본다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 수위 자동인식 방법은, 상기 카메라(C)로 영상을 수집하는 영상입력단계(S800)와, 상기 영상입력단계(S800)에서 입력된 영상을 8bit 흑백영상으로 변환하여 그레이화하는 영상변환단계(S810)와, 상기 영상변환단계(S810)에 의해 변환된 흑백영상을 이용하여 수평엣지를 검출하는 수평엣지검출단계(S820)와, 수평프로젝션과 수직프로젝션을 이용하여 수위표(100) 위치를 검출하는 수위표위치검출단계(S830)와, 상기 수위표위치검출단계(S830)에서 획득된 자료를 분석하여 수면의 위치를 검출하는 수위검출단계(S840)와, 상기 수위검출단계(S840)에서 검출된 수위의 상측 영상을 획득하여 수위값을 인식하는 수위값인식단계(S850)와, 상기 수위값인식단계(S850)에서 인식된 수위값과 수위표(100) 영상 및 하천의 영상을 조합하여 송신하는 송신단계(S860) 등으로 구성된다.

상기 영상입력단계(S800)는, 상기 카메라(C)를 이용하여 수위표(100)의 영상과 하천이나 해변의 영상을 획득하는 과정이며, 도 7의 (a)에는 상기 수위표(100)의 영상을 촬영한 일례가 도시되어 있다.

상기 영상변환단계(S810)는, 상기 영상입력단계(S800)에서 입력된 영상을 8bit 흑백영상으로 변환하여 그레이(grey)화하는 과정이다. 즉, 칼라로 촬영된 영상을 그레이(grey)화하는 것으로, 이와 같은 과정을 거치게 되면, 도 7의 (a)와 같은 영상이 도 7의 (b)와 같은 영상으로 된다.

상기 수평엣지검출단계(S820)는, 상기 영상변환단계(S810)에 의해 변환된 흑백영상을 이용하여 수평엣지(horizontal edge)를 검출하는 과정으로, 이때의 이미지는 도 7의 (c)에 도시되어 있다.

상기 수위표위치검출단계(S830)는, 수평프로젝션(horizontal fragmentation)과 수직프로젝션(vertical fragmentation)을 이용하여 수위표(100) 위치를 검출하는 과정으로, 이때의 이미지는 도 7의 (d)에 도시되어 있다.

상기 수위검출단계(S840)는, 상기 수위표위치검출단계(S830)에서 획득된 자료를 분석하여 수면의 위치를 검출하는 과정으로, 이때의 이미지는 도 7의 (e)에 도시되어 있다.

상기 수위값인식단계(S850)는, 상기 수위검출단계(S840)에서 검출된 수위의 상측 영상을 획득하여 수위값을 인식하는 과정이다. 즉, 도 7의 (f)에서와 같은 상태에서 상측 영상을 획득하는 과정이며, 이때의 상세 과정은 아래에서 설명한다.

상기 송신단계(S860)는, 상기 수위값인식단계(S850)에서 인식된 수위값과 수위표(100) 영상 및 하천의 영상을 조합하여 관리자나 통제소 등으로 송신하는 과정이다.

도 8에는 상기 수위값인식단계(S850)를 구성하는 각 과정이 도시되어 있다.

이에 도시된 바와 같이, 상기 수위값인식단계(S850)는, 획득한 영상화면의 최상단에 표시된 수위값이 인식가능한지 여부를 판단하는 상단값인식과정(S900)과, 상기 상단값인식과정(S900)에서 최상단값 인식이 가능한 경우에는 최상단에 표시된 수위값을 읽어들이는 상단값입력과정(S910)과, 획득된 영상화면에서 픽셀값을 계산하여 상기 상단값입력과정(S910)에서 인식한 최상단값으로부터 수면과의 거리가 얼마인지를 계산하는 수면거리계산과정(S920)과, 상기 상단값입력과정(S910)에서 읽어들인 수위값에서 상기 수면거리계산과정(S920)에서 계산된 수면까지의 거리를 차감하는 수면거리차감과정(S930)과, 상기 수면거리차감과정(S930)에 의해 읽어들인 값에서 수면까지의 거리를 차감함으로써 수면 높이를 확정하는 수위확정과정(S940)과, 상기 수위확정과정(S940)에서 확정된 수위를 외부로 디스플레이하는 수위표시과정(S950) 등으로 구성된다.

이와 같이, 상기 수위값인식단계(S850)에서는, 획득된 수위표(100) 영상에서 최상단의 수위값이 인식 가능한지 여부를 판단하여 우선적으로 최상단의 수위값을 인식한다. 이는 수면 근처에서는 파도나 물결 또는 오물 등으로 인하여 상대적으로 수위 인식이 어려운 점을 감안한 것이다.

그런 다음에는 현재 수위값을 읽어들이는 상단값입력과정(S910)이 수행되는데, 이는 상기 수위검출단계(S840)에서 검출된 수면의 위치를 읽어들이는 과정이다.

이와 같이, 최상단의 수위값과 현재 수위를 알게 된 다음에는, 수면거리를 차감하게 되면 수위가 최종적으로 확정되며, 이를 외부로 디스플레이하면 사용자가 시각적으로 확인이 가능하게 되는 것이다.

한편, 상기 상단값인식과정(S900)에서 최상단값이 인식되지 않는 경우에는, 일정 픽셀을 건너뛰어 하측의 다음값이 인식가능한지를 판단하는 다음값인식과정(S960)이 수행된다. 즉, 상기에서와 같이 수위표(100) 영상 중 최상단의 수위값이 인식불가인 경우에는 아래로 한 단계 내려 하측의 수위값을 인식하게 된다.

상기 다음값인식과정(S960)에서 다음값이 인식되는 경우에는, 상기 상단값입력과정(S910)이 수행된다. 즉, 다음값이 인식되면, 상기에서 설명한 상단값입력과정(S910)과, 수면거리계산과정(S920) 그리고 수면거리차감과정(S930), 수위확정과정(S940), 수위표시과정(S950)이 차례로 수행되는 것이다.

그리고, 상기 다음값인식과정(S960)에서 다음값이 인식되지 않는 경우에는, 다음값의 위치가 상기 수위검출단계(S840)에서 검출한 수면의 위치보다 아래에 있거나 동등한 위치인지를 판단하는 수위비교과정(S970)이 수행된다.

그런 다음, 상기 수위비교과정(S970)에서의 판단결과, 다음값이 수위 이하인 경우에는 수위표(100) 청소가 이루어지는 수위표청소과정(S980)이 진행된다. 즉, 다음값이 수위와 같거나 이하인 경우에는 수위표(100) 영상으로 획득된 모든 수위값이 인식 불가인 경우이므로, 더 이상 수위값 인식을 할 수 없게 된다. 따라서, 이때에는 상기 수위표 오토클리너(200)를 이용하여 수위표(100)를 청소하여야 한다. 물론, 이러한 수위표 오토클리너(200)를 이용한 수위표(100) 청소는 사용자(관리자)의 명령이나 제어에 의해 이루어질 수 있으나, 상기의 과정에서 수위값 인식이 불가능한 경우에는 자동적으로 이루어지도록 프로그램화하는 것도 가능하며, 이러한 경우에 사용자나 관리자에게 수위표(100) 청소가 필요하다는 신호를 제어장치에서 자동적으로 보내는 것도 가능할 것이다.

또한, 상기 수위비교과정(S970)에서의 판단결과, 다음값이 수위보다 높은 경우에는 하측으로 일정 픽셀을 건너뛰어 하측의 다음값(다다음값)을 인식하는 상기 다음값인식과정(S960)이 더 진행된다. 즉, 상기 수위비교과정(S970)에서의 판단결과, 다음값이 수위보다 충분히 높은 위치에 있어 다음값과 수위 사이에 아직 인식되지 않은 수위값이 더 존재할 가능성이 있는 경우에는 상기 다음값인식과정(S960)이 더 진행된다. 즉, 조금 하측으로 내려와서 다다음값을 인식하게 되는 것이다.

이러한 다음값인식과정(S960)은 다음값이 수위와 같거나 수위 이하가 될 때까지 계속된다.

그리고, 상기 수위표청소과정(S980)이 진행된 경우에는, 상기 상단값인식과정(S900)으로 복귀하여 상기 수위값인식단계(S850)가 다시 진행된다. 즉, 수위표(100)의 청소가 완료되었으므로, 이때에는 수위표(100)의 최상단부터 다시 수위값을 인식하는 과정이 진행된다.

이러한 본 발명의 범위는 상기에서 예시한 실시예에 한정되지 않고, 상기와 같은 기술범위 안에서 당 업계의 통상의 기술자에게 있어서는 본 발명을 기초로 하는 다른 많은 변형이 가능할 것이다.

100. 수위표 110. 상부박스
200. 오토클리너 210. 브러쉬
220. 브러쉬모터 230. 본체프레임
240. 지지단 250. 연결벨트
300. 지지프레임 310. 본체박스
320. 지지로프 330. 상단센서
400. 제어부 500. 비상정지기구
510. 완충수단 550. 차단센서
600. 수위검지수단 700. 거리측정수단
S800. 영상입력단계 S810. 영상변환단계
S820. 수평엣지검출단계 S830. 수위표위치검출단계
S840. 수위검출단계 S850. 수위값인식단계
S860. 송신단계 S900. 상단값인식과정
S910. 상단값입력과정 S920. 수면거리계산과정
S930. 수면거리차감과정 S940. 수위확정과정
S950. 수위표시과정 C. 카메라
I. 영상인식센터 R. 리시버
T. 무선송신기 U. 송신유닛
W. 수위영상인식기

Claims (5)

1. 카메라로 영상을 수집하는 영상입력단계와, 상기 영상입력단계에서 입력된 영상을 8bit 흑백영상으로 변환하여 그레이화하는 영상변환단계와, 상기 영상변환단계에 의해 변환된 흑백영상을 이용하여 수평엣지를 검출하는 수평엣지검출단계와, 수평프로젝션과 수직프로젝션을 이용하여 수위표 위치를 검출하는 수위표위치검출단계와, 상기 수위표위치검출단계에서 획득된 자료를 분석하여 수면의 위치를 검출하는 수위검출단계와, 상기 수위검출단계에서 검출된 수위의 상측 영상을 획득하여 수위값을 인식하는 수위값인식단계와, 상기 수위값인식단계에서 인식된 수위값과 수위표 영상 및 하천의 영상을 조합하여 송신하는 송신단계를 포함하며;
   상기 수위값인식단계는,
   획득한 영상화면의 최상단에 표시된 수위값이 인식가능한지 여부를 판단하는 상단값인식과정과, 상기 상단값인식과정에서 최상단값 인식이 가능한 경우에는 최상단에 표시된 수위값을 읽어들이는 상단값입력과정과, 획득된 영상화면에서 픽셀값을 계산하여 상기 상단값입력과정에서 인식한 최상단값으로부터 수면과의 거리가 얼마인지를 계산하는 수면거리계산과정과, 상기 상단값입력과정에서 읽어들인 수위값에서 상기 수면거리계산과정에서 계산된 수면까지의 거리를 차감하는 수면거리차감과정과, 상기 수면거리차감과정에 의해 읽어들인 값에서 수면까지의 거리를 차감함으로써 수면 높이를 확정하는 수위확정과정과, 상기 수위확정과정에서 확정된 수위를 외부로 디스플레이하는 수위표시과정을 포함하고;
   상기 상단값인식과정에서 최상단값이 인식되지 않는 경우에는, 일정 픽셀을 건너뛰어 하측의 다음값이 인식가능한지를 판단하는 다음값인식과정이 수행되며;
   상기 다음값인식과정에서 다음값이 인식되는 경우에는, 상기 상단값입력과정이 수행되고;
   상기 다음값인식과정에서 다음값이 인식되지 않는 경우에는, 다음값의 위치가 상기 수위검출단계에서 검출한 수면의 위치보다 아래에 있거나 동등한 위치인지를 판단하는 수위비교과정이 수행되며;
   상기 수위비교과정에서의 판단결과,
   다음값이 수위 이하인 경우에는 수위표 청소가 이루어지는 수위표청소과정이 진행되고, 다음값이 수위보다 높은 경우에는 하측으로 일정 픽셀을 건너뛰어 하측의 다음값을 인식하는 상기 다음값인식과정이 더 진행됨을 특징으로 하는 수위 자동인식 방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서, 상기 수위표청소과정이 진행된 경우에는, 상기 상단값인식과정으로 복귀하여 상기 수위값인식단계가 다시 진행됨을 특징으로 하는 수위 자동인식 방법.

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