KR101682940B1 - 도로 해빙 및 제설을 위한 통합 관리 시스템 및 그의 처리 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 도로 해빙 및 제설을 위한 통합 관리 시스템 및 그의 처리 방법에 관한 것이다. 본 발명의 통합 관리 시스템은 도로, 다리 등의 다양한 장소에 설치되는 복수 개의 도로 해빙 및 제설 장치와, 도로 해빙 및 제설 장치들을 통합 관리하는 통합 관리 서버를 포함한다. 또 통합 관리 시스템은 도로 해빙 및 제설 장치로부터 다양한 감지 정보를 받아서 도로 표면 상태와 도로 주변 환경 상태를 실시간으로 모니터링하거나 도로 해빙 및 제설 장치를 원격 제어하는 관리자 단말기를 포함한다. 본 발명의 도로 해빙 및 제설 장치는 도로 표면과 도로 주변 환경에 대한 정보를 실시간으로 측정, 모니터링하고, 강설 및 결빙이 발생되면, 히터를 가열하여 도로를 해빙 및 제설한다. 따라서 본 발명의 통합 관리 시스템은 다양한 장소에 각각 설치된 복수 개의 도로 해빙 및 제설 장치들로부터 측정된 정보를 실시간으로 수집, 모니터링, 원격 제어 및 통합 관리함으로써, 복수 개의 도로 해빙 및 제설 시스템들을 원격지에서 관리가 가능하고, 실시간으로 도로 상태를 확인하여 도로의 결빙 및 강설을 방지할 수 있으며, 이를 통해 사고를 미연에 방지할 수 있다.
Description
본 발명은 도로 해빙 및 제설을 위한 통합 관리 시스템에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로 겨울철에 도로, 다리 등에서 눈이나 결빙에 의한 빙판길 사고가 발생되는 것을 미연에 방지하기 위하여, 도로, 다리 등의 다양한 장소에 설치되어 도로 표면과 도로 주변 환경에 대한 정보를 측정하는 온도 센서, 습도 센서, 수분 감지 센서, 이슬점 센서 및 강설 센서 등 다양한 센서들을 이용하여 실시간으로 도로 상태를 모니터링하고, 강설 및 결빙이 발생되면, 히터를 가열하여 도로를 해빙 및 제설하도록 처리하는 복수 개의 도로 해빙 및 제설 장치들을 통신망을 이용하여 실시간으로 모니터링, 원격 제어 및 통합 관리하기 위한 통합 관리 시스템 및 그의 처리 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 겨울철에 도로에 눈이 내리면 결빙되기 쉽고, 이렇게 결빙이 되는 경우에는 차량 사고와 보행자의 안전 사고가 발생될 수 있으므로, 도로에 쌓인 눈을 신속히 제설하여 도로가 결빙되는 것을 방지할 필요가 있다.
고속도로, 일반도로, 주택가의 이면도로 등 뿐만 아니라 최근에는 섬지방을 연결하는 연육교 등을 겨울철 결빙으로 인한 교통사고가 급증하고 있다. 겨울철 결빙으로 인한 교통사고는 연쇄추돌 사고가 발생하기 쉽고 대형사고로 이어지는 경우가 많다. 특히 서해대교, 영종대교 등과 같이 해안도로의 경우에는 안개 등으로 인한 시야확보가 어려운 경우가 많기 때문에 결빙으로 인한 교통사고의 위험이 매우 높다.
또한 이면도로 또는 다리와 같은 경우 겨울에 눈이나 결빙에 의한 빙판길 사고가 다수 발생하고 있다. 따라서 이와 같은 빙판길 사고를 미연에 예방하고자 다양한 도로 해빙 및 제설 장치가 개발되고 있는 실정이다.
예컨대, 우리나라는 계절적 영향으로 인해 여름철에는 강우가 집중되고, 겨울철에는 강설량이 많은 편이다. 그리고, 산악 지형이 많은 우리나라의 도로 지형 특성상 여름과 겨울에는 봄이나 가을에 비해 운전자의 운전주의 여부와는 별도의 도로 상태 예를 들어, 침수, 결빙 등에 따라서 불가피한 교통 사고가 발생하고 있다.
특히, 겨울철 운전사고의 80 ~ 90 %가 도로 결빙에 의한 것으로 도로 결빙은 겨울철 운전자의 최대 위협이 되고 있으며, 야간에는 주간에 비해 도로의 상태를 육안으로 확인하기 쉽지 않아 주행 구간 내내 서행하면서 주의를 기울이지 않는 한 도로 결빙에 의한 사고를 사전에 예방할 수 없다. 이와 같은 사고를 예방하기 위한 도로 해빙 및 제설 장치들이 다양한 장소에 설치되어 있다. 따라서 복수 개의 도로 해빙 및 제설 장치들을 원격지에서 통합 관리하기 위한 시스템의 구축이 필요하다.
본 발명의 목적은 통신망을 이용하여 복수 개의 도로 해빙 및 제설 장치들을 통합 관리하기 위한 통합 관리 시스템 및 그의 처리 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 원격지에서 통신망을 이용하여 다양한 장소에 설치된 복수 개의 도로 해빙 및 제설 장치들을 통합 관리하기 위한 통합 관리 시스템 및 그의 처리 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 다양한 형태의 센서들의 배열 구조를 갖는 도로 해빙 및 제설 장치들을 모니터링, 원격 제어 및 통합 관리하기 위한 통합 관리 시스템 및 그의 처리 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적들을 달성하기 위한, 본 발명의 통합 관리 시스템은 다양한 장소에 각각 설치된 복수 개의 도로 해빙 및 제설 장치들과 통신망을 통해 연결되고, 도로 해빙 및 제설 장치들로부터 측정된 도로 표면과 도로 주변 환경에 대한 정보를 실시간으로 수집하여 도로 상태를 모니터링하고, 강설 및 결빙이 발생되면, 히터를 가열하여 도로를 해빙 및 제설하도록 원격 제어하며, 복수 개의 도로 해빙 및 제설 장치들을 원격지에서 통합 관리하도록 하는데 그 한 특징이 있다. 이와 같은 본 발명의 통합 관리 시스템은 다양한 장소에 설치된 도로 해빙 및 제설 장치들로부터 도로 표면 및 도로 주변 환경에 대한 정보를 실시간으로 수집, 모니터링, 원격 제어 및 통합 관리함으로써, 복수 개의 도로 해빙 및 제설 시스템들을 원격지에서 관리가 가능하고, 실시간으로 도로 상태를 확인하여 도로의 결빙 및 강설을 방지할 수 있으며, 이를 통해 사고를 미연에 방지할 수 있게 한다.
이 특징에 따른 본 발명의 도로 해빙 및 제설을 위한 통합 관리 시스템은, 통신망과; 서로 다른 장소에 설치되어 각각이 상기 통신망에 연결되고, 해당 장소의 도로 표면 상태 및 도로 주변 환경 상태에 대한 감지 정보를 실시간으로 측정 및 모니터링하고, 도로 표면이 결빙되거나 도로 주변에 강설이 발생되면, 히터를 가동시켜서 도로를 해빙 및 제설하도록 처리하는 복수 개의 도로 해빙 및 제설 장치 및; 상기 도로 해빙 및 제설 장치들과 상기 통신망을 통해 연결되고, 상기 도로 해빙 및 제설 장치들 각각에 대한 관리 정보와 설정 정보를 통합 관리하고, 상기 도로 해빙 및 제설 장치들 각각으로부터 측정된 도로 표면과 도로 주변 환경에 대한 감지 정보를 실시간으로 수집하여 각각의 해당 장소의 도로 상태를 모니터링하는 통합 관리 서버를 포함한다.
이 특징의 한 실시예에 있어서, 상기 통합 관리 시스템은; 상기 통신망을 통하여 상기 도로 해빙 및 제설 장치의 동작을 제어하기 위한 설정 정보를 설정하고, 상기 통신망 통하여 상기 도로 해빙 및 제설 장치와 상기 통합 관리 서버로부터 해당 장소의 도로 표면 상태 및 도로 주변 환경 상태에 대한 감지 정보를 실시간으로 받아서 도로 상태를 모니터링하며, 해당 도로 해빙 및 제설 장치를 원격 제어하는 관리자 단말기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도로 해빙 및 제설을 위한 통합 관리 시스템.
다른 실시예에 있어서, 상기 도로 해빙 및 제설 장치는; 적어도 도로 주변의 외기 환경과 도로 표면에 대한 온도, 습도, 수분, 이슬점 및 강설 여부를 실시간으로 감지하는 복수 개의 센서들과; 히팅 라인으로 구비되어 도로 상에 설치되는 히터와; 전원 공급부로부터 전원을 공급받아서 상기 히터가 가열되도록 전원을 공급하는 적어도 하나의 제어 정류기 및; 상기 센서들로부터 측정된 정보에 대응하여 도로 표면의 결빙 상태와 강설 상태를 판별하고, 판별 결과에 따라 상기 제어 정류기를 제어하여 상기 히터가 설정 온도에 도달되도록 가열하여 도로 표면을 해빙 및 제설되도록 제어하는 제어기를 포함한다.
또 다른 실시예에 있어서, 상기 센서들은; 도로 표면의 수분을 측정하는 적어도 하나의 수분 감지 센서와; 도로 표면의 온도를 측정하는 적어도 하나의 도로 온도 센서와; 도로 주변 환경의 온도를 측정하는 적어도 하나의 외기 온도 센서와; 도로 주변 환경의 습도를 측정하는 적어도 하나의 습도 센서와; 도로 주변 환경에 대한 이슬점을 측정하는 이슬점 센서 및; 도로 표면에 눈이 오는지를 감지하는 강설 센서를 포함한다.
또 다른 실시예에 있어서, 상기 수분 감지 센서와 상기 습도 센서들 각각은 접점 간극 또는 배열 구조를 달리하여 구비된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 통신망을 이용하여 다양한 장소에 설치된 복수 개의 도로 해빙 및 제설 장치들을 통합 관리하는 도로 해빙 및 제설을 위한 통합 관리 시스템의 처리 방법이 제공된다.
이 특징에 따른 본 발명의 도로 해빙 및 제설을 위한 통합 관리 시스템의 처리 방법은, 통합 관리 서버가 통신망을 이용하여 다양한 장소에 설치된 복수 개의 도로 해빙 및 제설 장치들과 연결되고, 상기 도로 해빙 및 제설 장치들에 대한 관리 정보와 설정 정보를 이용하여 통합 관리하고; 상기 도로 해빙 및 제설 장치가 실시간으로 해당 장소의 도로 표면과 도로 주변 환경 상태에 대한 감지 정보와 강설 여부를 측정하고; 상기 통합 관리 서버와 관리자 단말기 각각으로 상기 도로 해빙 및 제설 장치로부터 감지 정보를 실시간으로 전송받아서 해당 도로 표면 상태와 도로 주변 환경 상태를 모니터링하고; 상기 도로 해빙 및 제설 장치가 측정된 감지 정보를 이용하여 해당 도로의 표면에 강설 및 결빙 발생 여부를 판별하고; 판별 결과, 해당 도로 표면에 강설 및 결빙 여부로 판단되면, 상기 도로 해빙 및 제설 장치가 설정된 목표 온도에 도달되도록 히터를 가열하고; 그리고 상기 히터가 가열되면, 상기 도로 해빙 및 제설 장치가 해당 도로 표면의 온도가 목표 온도에 도달되는지를 판별하여 목표 온도에 도달되면, 도로 표면이 해빙 및 제설된 것으로 판단하여 상기 히터를 목표 온도로 유지하는 것을 특징으로 한다.
이 특징의 한 실시예에 있어서, 상기 강설 여부를 측정하는 것은; 온도, 습도, 수분 감지, 이슬점 및 강설을 감지하는 복수 개의 센서들을 이용하여 실시간으로 도로 주변 환경의 온도, 습도 및 이슬점을 측정 수집하고, 도로 표면의 수분 감지 및 온도를 측정 수집하며, 도로 표면의 강설 여부를 측정 수집한다.
다른 실시예에 있어서, 상기 강설 및 결빙 여부를 판단하는 것은; 도로 주변 환경의 온도, 습도 및 이슬점 정보와 도로 표면의 수분과 온도를 반복적으로 모니터링하고, 도로 주변 환경의 온도와 습도가 지속적으로 하강하는 것의 변화 과정을 추적하여 판단한다.
또 다른 실시예에 있어서, 상기 방법은; 상기 관리자 단말기에서 실시간 도로 표면 상태와 도로 주변 환경 상태를 모니터링하는 중 해당 장소의 도로 표면에 대해 원격 제어가 필요한 경우, 상기 통신망을 통하여 상기 통합 관리 서버로 원격 제어 정보를 전송하여 상기 도로 해빙 및 제설 장치를 원격 제어한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 통합 관리 시스템은 다양한 장소에 설치된 도로 해빙 및 제설 장치들로부터 도로 표면 및 도로 주변 환경에 대한 정보를 실시간으로 수집, 모니터링, 원격 제어 및 통합 관리함으로써, 복수 개의 도로 해빙 및 제설 시스템들을 원격지에서 관리가 가능하고, 실시간으로 도로 상태를 확인하여 도로의 결빙 및 강설을 방지할 수 있으며, 이를 통해 사고를 미연에 방지할 수 있다.
또 본 발명의 통합 관리 시스템은 도로 해빙 및 제설 시스템의 다양한 형태의 히팅 라인을 이용하여 도로 상에 히터를 설치하고, 도로 주변의 외기 환경과 도로 표면에 대한 온도, 습도 등을 센싱하여, 도로 표면의 결빙 상태와 강설 상태를 판별하여 히터를 설정 온도에 도달되도록 가열함으로써, 실시간으로 도로 상태를 모니터링할 수있으며, 도로 결빙 및 강설 시, 실시간으로 도로 표면을 해빙 및 제설 처리한다.
또 본 발명의 통합 관리 시스템은 도로 해빙 및 제설 시스템을 이용하여 대기 중의 온도와 습도, 이슬점을 통해서 강설 여부 또는 가능성을 판단하며, 도로 표면의 온도 변화와 수분 존재 여부 등을 통해서 도로 표면의 결빙 가능성을 도출함으로써, 측정된 정보를 활용하여 종합적으로 판단 가능하고, 궁극적으로 그 지역의 강설 여부 및 도로 표면의 결빙 가능성을 정확하게 결정할 수 있다.
또한 본 발명의 통합 관리 시스템은 관리자 단말기와 리모콘을 이용하여 도로 해빙 및 제설 시스템을 통신망을 통해 설정 및 원격 제어가 가능하다.
도 1은 본 발명에 따른 복수 개의 도로 해빙 및 제설 장치들을 위한 통합 관리 시스템의 개략적인 구성을 도시한 블럭도;
도 2는 도 1에 도시된 도로 해빙 및 제설 장치의 구성을 도시한 블럭도;
도 3은 도 2에 도시된 제어기의 상세한 구성을 도시한 블럭도;
도 4는 도 1에 도시된 통합 관리 서버의 구성을 도시한 블럭도;
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 일정 시간 동안의 외기 온도 변화를 나타내는 파형도;
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 일정 시간 동안의 외기 습도 변화를 나타내는 파형도;
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 일정 시간 동안의 이슬점 변화를 나타내는 파형도;
도 8a 내지 도 8f는 도 2에 도시된 도로 표면의 수분 감지 센서의 배열 구조를 나타내는 도면들;
도 9a 내지 도 9f는 다양한 형태의 강설 센서의 구조를 나타내는 도면들;
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 일정 시간 동안의 수분 검출 변화량을 나타내는 파형도;
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 수분 감지 센서와 컨트롤러 사이에 구비되는 수분 검출 회로의 구성을 도시한 도면;
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 온도 센서와 컨트롤러 사이에 구비되는 온도 측정 회로의 구성을 도시한 도면;
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 온도 조절을 위한 SCR 출력 제어 회로의 구성을 도시한 도면;
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 컨트롤러와 알람부 사이에 구비되는 경보 회로의 구성을 도시한 도면;
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 컨트롤러와 표시부 사이에 구비되는 디스플레이 및 설정 회로의 구성을 도시한 도면;
도 16a 및 도 16b는 본 발명의 실시예에 따른 컨트롤러와 유무선 통신 모듈 사이에 구비되는 인터페이스 회로와 통신 선택 모드 스위치의 구성을 도시한 도면; 그리고
도 17은 본 발명에 따른 복수 개의 도로 해빙 및 제설 장치들의 통합 관리 시스템의 처리 수순을 도시한 흐름도이다.
도 2는 도 1에 도시된 도로 해빙 및 제설 장치의 구성을 도시한 블럭도;
도 3은 도 2에 도시된 제어기의 상세한 구성을 도시한 블럭도;
도 4는 도 1에 도시된 통합 관리 서버의 구성을 도시한 블럭도;
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 일정 시간 동안의 외기 온도 변화를 나타내는 파형도;
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 일정 시간 동안의 외기 습도 변화를 나타내는 파형도;
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 일정 시간 동안의 이슬점 변화를 나타내는 파형도;
도 8a 내지 도 8f는 도 2에 도시된 도로 표면의 수분 감지 센서의 배열 구조를 나타내는 도면들;
도 9a 내지 도 9f는 다양한 형태의 강설 센서의 구조를 나타내는 도면들;
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 일정 시간 동안의 수분 검출 변화량을 나타내는 파형도;
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 수분 감지 센서와 컨트롤러 사이에 구비되는 수분 검출 회로의 구성을 도시한 도면;
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 온도 센서와 컨트롤러 사이에 구비되는 온도 측정 회로의 구성을 도시한 도면;
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 온도 조절을 위한 SCR 출력 제어 회로의 구성을 도시한 도면;
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 컨트롤러와 알람부 사이에 구비되는 경보 회로의 구성을 도시한 도면;
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 컨트롤러와 표시부 사이에 구비되는 디스플레이 및 설정 회로의 구성을 도시한 도면;
도 16a 및 도 16b는 본 발명의 실시예에 따른 컨트롤러와 유무선 통신 모듈 사이에 구비되는 인터페이스 회로와 통신 선택 모드 스위치의 구성을 도시한 도면; 그리고
도 17은 본 발명에 따른 복수 개의 도로 해빙 및 제설 장치들의 통합 관리 시스템의 처리 수순을 도시한 흐름도이다.
본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 서술하는 실시예로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 구성 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다.
이하 첨부된 도 1 내지 도 17을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 복수 개의 도로 해빙 및 제설 장치들을 위한 통합 관리 시스템의 개략적인 구성을 도시한 블럭도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 통합 관리 시스템(2)은 도로 표면 상태와 도로 주변 환경 상태를 실시간으로 측정하여 모니터링하고, 도로에 강설 및 결빙이 발생되면 히터를 가동하여 도로 상태를 해빙 및 제설하도록 처리하기 위하여, 원격지에서 통합 관리 서버(100)와 관리자 단말기(300)를 이용하여 다양한 장소에 설치되는 복수 개의 도로 해빙 및 제설 장치(200)들을 원격지에서 통합 관리하도록 처리한다.
이를 위해 본 발명의 통합 관리 시스템(2)은 통신망(4)과, 복수 개의 도로 해빙 및 제설 장치(200)들과, 관리자 단말기(300) 및 통합 관리 서버(100)를 포함한다.
통신망(4)은 예컨대, 유무선 통신망, 이동 통신망 등으로 구비되고, 복수 개의 도로 해빙 및 제설 장치(200)들과, 관리자 단말기(300) 및 통합 관리 서버(100)들 간을 연결시켜서 상호 데이터 통신 가능하도록 제공된다.
도로 해빙 및 제설 장치(200)들은 다양한 장소 예를 들어, 도로, 다리 등에 각각 설치되어, 해당 장소의 도로 표면 상태 및 도로 주변 환경 상태에 대한 정보를 실시간으로 측정 및 모니터링하고, 도로 표면이 결빙되거나 도로 주변에 강설이 발생되면, 자체적으로 히터를 가동시켜서 도로를 해빙 및 제설하도록 처리한다. 또 도로 해빙 및 제설 장치(200)들은 실시간으로 측정된 해당 장소의 도로 표면 상태 및 도로 주변 환경 상태에 대한 정보를 통신망(4)을 통하여 통합 관리 서버(100)로 제공한다. 또 도로 해빙 및 제설 장치(200)들은 통합 관리 서버(100)로부터 또는 관리자 단말기(300)로부터 원격 제어 정보를 전송받아서 도로를 해빙 및 제설하도록 처리한다.
관리자 단말기(300)는 예를 들어, 스마트폰, 태블릿 컴퓨터, 퍼스널 컴퓨터 등으로 구비된다. 관리자 단말기(300)는 도로 해빙 및 제설 장치(200)들 각각의 관리자가 구비한다. 관리자 단말기(300)는 통신망(4)을 통하여 도로 해빙 및 제설 장치(200)의 동작을 제어하기 위한 다양한 정보를 설정한다. 또 관리자 단말기(300)는 통신망(4)을 통하여 도로 해빙 및 제설 장치(200)와 통합 관리 서버(100)로부터 해당 장소의 도로 표면 상태 및 도로 주변 환경 상태에 대한 정보를 실시간으로 받아서 도로 상태를 모니터링한다. 또 관리자 단말기(300)는 도로 해빙 및 제설 장치(200)들을 원격 제어하기 위하여 통합 관리 서버(100)로 원격 제어 정보를 출력한다. 또 본 발명에서 관리자 단말기(300)와는 별도로 관리자가 구비하여 도로 해빙 및 제설 장치(200)를 원격 제어하는 리모콘(도 2의 310)을 구비할 수 있다.
그리고 통합 관리 서버(100)는 다양한 장소의 도로 상황을 종합 관리하도록 복수 개의 도로 해빙 및 제설 장치(200)들을 통합 관리한다. 즉, 통합 관리 서버(100)는 다양한 장소에 각각 설치된 복수 개의 도로 해빙 및 제설 장치(200)들과 관리자 단말기(300)들에 대한 다양한 정보 예를 들어, 도로 해빙 및 제설 장치(200)들의 위치 정보, 관리자 단말기(300)의 관리자 인적 사항 등의 관리자 정보를 통합 관리한다. 통합 관리 서버(100)는 도로 해빙 및 제설 장치(200)들과 관리자 단말기(300)들과 통신망(4)을 통해 연결되고, 원격지에서 도로 해빙 및 제설 장치(200)들로부터 측정된 도로 표면과 도로 주변 환경에 대한 정보를 실시간으로 수집하여 각각의 해당 장소의 도로 상태를 모니터링하고, 각각의 해당 장소의 도로에 강설 및 결빙이 발생되면, 해당 도로 해빙 및 제설 장치(200)들을 원격 제어하거나, 관리자 단말기(300)로부터 원격 제어 정보를 받아서 해당 도로 해빙 및 제설 장치(200)들을 원격 제어하도록 제공한다.
도 2는 도 1에 도시된 도로 해빙 및 제설 장치의 구성을 도시한 블럭도이고, 도 3은 도 2에 도시된 제어기의 상세한 구성을 도시한 블럭도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 도로 해빙 및 제설 장치(200)는 다양한 형태의 히팅 라인을 이용하여 도로 상에 히터(230)를 설치하고, 도로 주변의 외기 환경과 도로 표면에 대한 온도, 습도 등을 센싱하여, 도로 표면의 결빙 상태와 강설 상태를 판별하여 히터(230)를 설정 온도에 도달되도록 가열하여 도로 표면을 해빙 및 제설 처리한다.
이를 위해 본 발명의 도로 해빙 및 제설 장치(200)는 전원 공급부(210)와, 적어도 하나의 제어 정류기(Silicon Controlled Rectifier : SCR)(220)과, 히터(230)와, 다양한 센서(240 ~ 249)들 및 제어기(250)를 포함한다.
전원 공급부(210)는 예를 들어, 380 V 3 상 4 선식의 교류 전원을 제어 정류기(220)로 공급한다.
제어 정류기(220)는 도로에 설치된 히터(230)의 수량에 대응하여 적어도 하나가 구비된다. 제어 정류기(220)는 예를 들어, 전원 공급부(110)로부터 380 V 3 상 4 선식의 교류 전원을 공급받아 정류 작용과 스위칭 동작으로 도로에 설치된 히터(230)에 3 개의 220 V의 교류 전원으로 변환하여 히터(230)로 출력한다. 제어 정류기(220)는 제어기(250)의 제어를 받아서 히터(230)로 전원을 공급한다.
히터(230)는 예컨대, 히팅 라인(heating line) 즉, 열선으로 구비되어, 도로의 내부에 다양한 형태로 포설된다. 히터(230)의 주변에는 도로 표면의 수분을 측정하는 수분 감지 센서(240), 도로 표면의 온도를 측정하는 도로 온도 센서(242), 도로 주변 환경의 온도를 측정하는 외기 온도 센서(246), 도로 주변 환경의 습도를 측정하는 습도 센서(244), 도로 주변 환경에 대한 이슬점을 측정하는 이슬점 센서(248) 및 도로 표면에 눈이 오는지를 감지하는 강설 센서(249)가 구비된다. 이러한 센서(240 ~ 249)들 각각은 실시간으로 도로 표면 및 도로 주변 환경에 대한 정보를 측정하여 제어기(250)로 제공한다.
그리고 제어기(250)는 센서(240 ~ 249)들로부터 도로 표면의 수분 상태, 도로 표면의 온도, 외기 온도 및 습도를 실시간으로 측정하여 도로의 상태를 판별한다. 즉, 제어기(250)는 도로의 수분, 도로의 온도와 외부 환경 즉, 외기 온도 및 습도 등을 종합적으로 분석하여 도로 표면의 결빙, 강설 등 도로의 상태를 종합적으로 판단한다. 또 제어기(150)는 히터(230)를 통해 제어 정류기(220)로부터 공급되는 부하의 전류량을 측정하여 히터(230)의 동작 상태를 모니터링한다. 또 제어기(250)는 통신망(4)을 통하여 관리자 단말기(300)와 통합 관리 서버(100)에 연결되고, 센서(240 ~ 249)들로부터 측정된 정보들을 관리자 단말기(300)와 통합 관리 서버(100)로 제공하여 실시간 도로 상태와 도로 주변 환경 상태를 모니터링하도록 한다.
구체적으로 제어기(250)는 도 3에 도시된 바와 같이, 컨트롤러(252)와, 유무선 통신 모듈(254)과, 전류 검출부(256)와, 표시부(258)과, 알람부(260) 및 전원 공급부(262)를 포함한다.
이러한 제어기(250)는 센서(240 ~ 249)들과 전기적으로 연결되어, 도로 표면의 온도, 수분 감지량, 외기 환경의 온도 및 습도, 이슬점 및 강설 여부에 대한 감지 정보를 실시간으로 받아들여서, 도로 표면의 결빙, 강설 등을 판단하고, 판단 결과에 대응하여 도로 표면의 온도가 설정된 온도에 도달하도록 제어 정류기(220)를 제어하여 히터(230)를 작동시킨다.
또 제어기(250)는 유무선 통신 모듈(254)을 통해 통신망(4)에 연결되고, 통합 관리 서버(100), 관리자 단말기(300) 및 리모콘(310)과 상호 데이터 통신을 처리하여, 관리자가 도로 해빙 및 제설 장치(200)의 설정 정보를 원격 제어하거나, 도로 상황을 실시간으로 모니터링하도록 처리한다. 또 제어기(250)는 도로 해빙 및 제설 장치(200)의 동작에 이상이 발생되면, 알람부(260)를 통해 외부로 알람 정보를 출력하도록 제어한다.
이러한 제어기(250)는 도로의 상태가 결빙 또는 강설로 판단되면, 제어 정류기(220)의 출력을 제어하여 도로 표면에 포설된 히터(230)를 가열한다. 히터(230)의 동작 상태는 제어 정류기(220)의 출력 제어와, 전류 검출부(256)에 의해 부하에 흐르는 전류 그리고 도로 표면의 온도, 즉 히터(230)의 온도를 측정한다. 히터(230)에 흐르는 전류와 온도로 부터 히터(230)의 가열 상태를 판단하고, 도로 해빙 및 제설 장치(200)의 제어가 정상적으로 이루어지는지를 판단한다. 또 제어기(250)는 통신망(4)을 통하여 판단 결과를 관리자 단말기(300)로 전달한다.
따라서 이 실시예의 도로 해빙 및 제설 장치(200)의 제어기(250)는 외기의 온도, 습도, 이슬점 및 도로 표면의 온도, 수분 존재 여부를 파악하여 결빙 여부 등의 시스템 운영에 필요한 결정을 내리며, 해빙 작동 여부가 결정되면 제어 정류기(220)를 제어하여 히터(230)를 목표 온도까지 가열한다. 이 때, 제어 정류기(220)의 출력 전압, 출력 전류를 감시하여 시스템의 정상적인 작동 여부를 파악한다. 또한 제어기(250)는 외부와의 다양한 통신망(4)을 확보하여 시스템 운용자나 관리자에게 정보를 제공할 수 있으며, 필요에 따라서 원격 제어가 가능하다.
도 4는 도 1에 도시된 통합 관리 서버의 구성을 도시한 블럭도이다.
도 4를 참조하면, 이 실시예의 통합 관리 서버(100)는 제어부(102)와, 통신부(104)와, 도로 해빙 및 제설 통합 관리 프로그램(110)이 저장된 저장부(미도시됨) 및 데이터베이스(120)를 포함한다.
제어부(102)는 도로 해빙 및 제설 통합 관리 프로그램(110)을 처리하도록 제어하여 통합 관리 서버(100)의 제반 동작을 처리한다. 즉, 제어부(102)는 도로 해빙 및 제설 통합 관리 프로그램(110)을 이용하여 도로 해빙 및 제설 장치(200)들 각각에 대한 다양한 정보를 설정하고, 도로 해빙 및 제설 장치(200)들의 위치 정보, 관리자 정보 등을 데이터베이스(120)에 등록하여 통합 관리한다. 또 제어부(102)는 도로 해빙 및 제설 장치(200)들 각각으로부터 측정된 도로 표면과 도로 주변 환경에 대한 정보를 실시간으로 수집하여 도로 상태를 모니터링하고, 수집된 정보를 분석, 예측 및 판단하여 강설 및 결빙이 발생되면, 히터를 가열하도록 원격 제어하여 도로의 표면을 해빙 및 제설시킨다.
이러한 제어부(102)는 도면에는 도시되지 않았으나, 통신망(4)을 통하여 관리자 단말기(300)와 도로 해빙 및 제설 장치(200)들과 연동해서 실시간으로 도로 표면의 해빙 및 제설을 처리하도록 하기 위한 구성들 예컨대 중앙 처리 장치, 메모리, 웹서버, 웹 어플리케이션 서버, 라우터, 스위칭 허브 및 방화벽 등과 같은 하드웨어 뿐만 아니라, 운영체제 프로그램, 모바일 어플리케이션, 제어 프로그램 등의 소프트웨어를 포함할 수 있다.
통신부(104)는 통신망(4)을 통해 관리자 단말기(300)와 도로 해빙 및 제설 장치(200)들과 연결되어 상호 데이터 통신이 가능하도록 제공된다. 또 통신부(104)는 내부 네트워크를 통해 데이터베이스(120)와 연결되어 상호 데이터 통신이 가능하도록 제공될 수 있다.
도로 해빙 및 제설 통합 관리 프로그램(110)은 통합 관리 서버(100)의 저장부(미도시됨)에 저장되고, 제어부(102)의 제어를 받아서 처리된다. 도로 해빙 및 제설 통합 관리 프로그램(110)은 상술한 제어부(102)의 기능에 따른 과정들을 처리되며, 데이터베이스(120)로부터 다양한 정보들을 읽거나 처리 과정에 따라 생성되는 다양한 정보들을 데이터베이스(120)로 저장하도록 처리한다. 즉, 도로 해빙 및 제설 통합 관리 프로그램(110)은 제어부(102)의 제어를 받아서 도로 해빙 및 제설 장치(200)들 각각에 대한 다양한 정보를 설정하고, 도로 해빙 및 제설 장치(200)들의 위치 정보, 관리자 정보 등을 데이터베이스(120)에 등록하여 통합 관리하며, 도로 해빙 및 제설 장치(200)들 각각으로부터 측정된 도로 표면과 도로 주변 환경에 대한 정보를 실시간으로 수집하여 도로 상태를 모니터링하고, 수집된 정보를 분석, 예측 및 판단하여 강설 및 결빙이 발생되면, 히터(230)를 가열하여 도로 표면의 해빙 및 제설을 처리한다. 처리한다. 이러한 도로 해빙 및 제설 통합 관리 프로그램(110)은 웹 브라우저 또는 모바일 어플리케이션 형태로 제공될 수 있다. 구체적인 제어부(102)와 도로 해빙 및 제설 통합 관리 프로그램(110)의 기능 및 작용, 처리 과정은 도 17에서 상세히 설명한다.
이 실시예의 도로 해빙 및 제설 통합 관리 프로그램(110)은 도로 해빙 및 제설 장치(200)들 각각으로부터 측정된 도로 표면과 도로 주변 환경에 대한 정보를 실시간으로 수집하는 데이터 수집부(112), 수집된 데이터를 통해 해당 도로 표면 상태를 실시간으로 모니터링하도록 처리하는 도로 상태 모니터링부(114), 수집된 데이터를 분석, 예측하여 도로 표면이 결빙되는지 강설이 내리는지를 판단하도록 처리하는 데이터 분석부(116) 및, 통신망(4)을 통하여 관리자 단말기(300)와 통합 관리 서버(100)가 도로 해빙 및 제설 장치(200)들 각각을 원격 제어하도록 처리하는 원격 제어 처리부(118)로 구성된다.
그리고 데이터베이스(120)는 제어부(102)의 제어를 받아서 도로 해빙 및 제설 통합 관리 프로그램(110)의 처리 과정에 따른 다양한 정보들을 저장한다. 이 실시예에서 데이터베이스(120)는 통합 관리 서버(100)의 내부에 구비되어 있지만, 통합 관리 서버(100)와는 독립적으로 구비되어 상호 연동 처리되는 데이터베이스 서버로 구비될 수도 있다.
이 실시예의 데이터베이스(120)는 도로 해빙 및 제설 장치(200)들 각각에 대한 위치, 장치 규격, 센서 종류, 관리자 등을 포함하는 관리 정보(121), 도로 해빙 및 제설 장치(200)들 각각으로부터 전송된 다양한 센서들에 의해 도로 표면 상태 및 도로 주변 환경 상태에 대해 측정된 감지 정보(122), 감지 정보(122)를 분석하여 도로 표면에 결빙 및 강설이 발생되는지를 예측한 예측 정보(123), 감지 정보(122)를 통해 관리자나 시스템 운영자가 실시간으로 해당 도로 표면 상태와 도로 주변 환경 상태를 모니터링하도록 가공된 모니터링 정보(124), 감지 정보(122)와 예측 정보(123) 및 모니터링 정보(124)를 통해 도로 표면에 결빙 및 강설이 발생되는지를 판단한 판단 정보(125), 관리자 단말기(300) 및 리모콘(310)으로부터 도로 해빙 및 제설 장치(200)들 각각에 대해 설정된 설정 정보(126) 그리고, 도로 해빙 및 제설 장치(200)들 각각에 대한 관리자 인적 사항, 관리자 단말기(300)와 리모콘(310)에 대한 식별 정보를 포함하는 관리자 정보(127)를 저장한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 일정 시간 동안의 외기 온도 변화를 나타내는 파형도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 일정 시간 동안의 외기 습도 변화를 나타내는 파형도이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 일정 시간 동안의 이슬점 변화를 나타내는 파형도이다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 도로 해빙 및 제설 장치(200)는 외기 온도와 습도, 도로 표면의 온도와 수분 상태 등을 종합적으로 판단하여 도로의 결빙 또는 강설 여부 등을 판단하고, 그 결과에 따라 히터(230)를 가열하여 도로의 결빙 예방 또는 해빙, 제설 등의 역할을 수행하도록 한다.
이를 위해 본 발명의 도로 해빙 및 제설 시스템(200)은 측정된 외기의 온도와 습도를 통해 강설 확률을 예측하고, 도로 표면의 온도와 수분 정도에 따라 결빙 확률을 예측하며, 그 판단 결과에 따라 히터(230)를 가열하여 도로 표면을 해빙하도록 한다.
즉, 이 실시예에서는 외기 온도와 습도(atmosphere temperature and humidity)를 측정하기 위하여, 각각 2 개씩 측정 센서를 구비하여 측정하고, 산술 평균을 구하여 그 결과값을 초당 대표값으로 결정한다. 초당 측정값은 1 분당 산술평균을 구하여 분당 대표값으로 하며, 분 단위로 1 시간 동안의 외기 온도와 습도를 측정하여, 1 시간 동안 다음의 수학식 1과 같이, 온도 기울기 
를 구하여 온도의 상승 또는 강하 여부를 산출한다.
여기서 
, 
각각은 이전 시간대, 이후 시간대 각각에 대한 분 단위의 측정값을 의미한다.
따라서 1 시간 동안의 온도 기울기는 다시 이전 시간대의 기울기 방향과 비교하여, 현재 시기의 날씨 상태와 방향성을 산출한다. 시간 단위의 기울기를 연결하여 분 단위로 기울기를 구하고, 그 값이 음의 값이면 온도가 떨어지고 있으며, 양의 값을 가지면 온도가 증가하고 있다고 판단한다. 마찬가지로 습도의 경우에도 온도와 같은 방법을 적용하여 습도의 증가 또는 감소 여부를 판단한다.
또 대기 중의 온도와 습도의 변화 방향은 강설 여부를 판단하는데 매우 중요한 자료가 된다. 즉, 지속적으로 온도가 낮아지는 방향으로 변화하고 있다면, 날씨가 계속적으로 추워진다고 판단할 수 있으며, 습도가 지속적으로 상승 방향으로 변화가 이루어지면, 강설의 확률이 높아질 것으로 판단하는데 중요한 지표로 활용된다.
예를 들면, 온도가 0 ℃ 이하로 낮아지면서 습도가 90 % 이상으로 변화가 일어난다면, 눈이 내릴 확률이 높다. 그러나 온도가 높거나 습도가 낮아지는 방향으로 변화가 일어난다면, 눈이 내릴 확률은 그 만큼 낮아진다고 볼 수 있다.
여기서 도 5는 2016년 2월 오후 3 시부터 익일 10 시까지 총 19 시간 동안 모니터링한 외기 온도의 변화를 나타낸 것이다. 이 측정 데이터는 초당 1 회씩 측정하고, 1 분 동안 측정한 온도를 평균한 다음 분 단위로 기록한 것이다. 저녁 때가 다가오면서 온도가 낮아지기 시작하여 새벽에 가장 낮은 온도를 보이다가 해가 뜨는 아침이 되면서 점점 기온이 상승하는 것을 보여주고 있다.
동일한 방법으로 습도를 측정하여 기록한 것이 도 6에 도시되어 있다. 이 또한 2016년 2월 오후 3 시부터 익일 10 시까지 총 19 시간 동안 모니터링한 외기 습도의 변화를 나타낸 것이다. 이 측정 데이터는 외기 온도와 반대로 저녁에 가까워지면서 습도가 증가하기 시작하고, 새벽에 80 %의 습도를 보이다가 아침이 되면서 해가 뜨자 점점 습도가 낮아짐을 나타낸다.
이 두 가지 경우에서 보는 바와 같이 온도 또는 습도는 점점 낮아지거나 높아지는 방향으로 변화됨을 보여주고 있다. 즉, 연속적으로 기울기가 기울다가 상승하는 것을 보여준다. 따라서 온도가 하강하면서 습도가 상승하여 결빙 조건을 만족하면, 제어기(150)는 히터(130)를 가열시킨다.
또 이슬점(dew point)은 도 7에 도시된 바와 같이, 대기 중의 이슬점 센서(248)를 2 개를 설치하고, 측정된 이슬점 측정값을 산술 평균하여 산출하고, 이슬점 정도를 판단한다. 이 또한 2016년 2월 오후 3 시부터 익일 10 시까지 1 분 단위로 19 시간 동안 측정한 이슬점 데이터를 기록한 것이다. 이것은 온도가 낮을 경우, 대기 중의 수분이 눈으로 변하여 강설이 될 확률이 높다는 것을 알려준다. 이슬점 측정값이 거의 일정하다가, 습도가 아침으로 갈수록 점점 상승할 때 이슬점 측정값이 급격히 상승하는 것을 알 수 있으며, 아침에 해가 뜨면서 점점 급격하게 하강한다. 그러므로 이슬점과 습도가 높고 온도가 영하로 낮아진다면, 눈이 내릴 확률이 높아진다고 할 수 있다.
또한 도로 표면 온도와 수분(road surface temperature and moisture)은 도로 표면의 결빙 여부를 판단하는 매우 중요한 자료이다. 따라서, 결빙 여부를 감시하고자 하는 도로 표면의 주요 지점에 최소 3 곳의 온도를 측정하여 결빙이 가능한 온도 이하인지를 판단한다. 또한 도로 표면의 수분 상태를 온도와 마찬가지로 주요지점에 최소 3 곳 이상 감지하여 도로 표면 전체의 수분 상태를 파악한다. 그러므로 대기 중의 온도처럼 표면 온도의 변화가 0 ℃ 이하로 변화하고 수분이 존재한다면, 결빙 확률은 높아진다.
도 8a 내지 도 8f는 도 2에 도시된 도로 표면의 수분 감지 센서의 배열 구조를 나타내는 도면들이다.
도 8a 내지 도 8f를 참조하면, 본 발명의 도로 해빙 및 제설 장치(100)는 도로 표면의 수분 감지 센서(240)를 다양한 형태로 배열하여 도로 표면의 수분을 감지한다. 즉, 수분 감지 센서(240)는 접점 간극들 간의 간격을 달리하여 구비된다. 이 실시예에서 (a)의 수분 감지 센서(240)는 예를 들어, 약 5 mm 정도로 가장 밀접하게 간극을 유지하도록 구비하여 도로 표면의 수분 생성 초기를 인식하도록 하며, (b) 내지 (d) 들 각각은 예를 들어, 10 mm, 20 mm 및 30 mm로 접점 간극을 넓혀서 설치한다.
또 (e) 및 (f)의 수분 감지 센서(240)는 센서 로드셀 배열을 하나 또는 복수 개가 상호 병렬로 연결되는 구조로 배열될 수도 있다.
도 9a 내지 도 9f는 다양한 형태의 강설 센서의 구조를 나타내는 도면들이다.
도 9a 내지 도 9f를 참조하면, 이 실시예의 강설 센서(249)는 수분 감지 센서(240)와 유사하거나 동일한 방식으로 다양하게 제공된다. 강설 센서(249)는 강설된 눈으로부터 얻어진 수분 정보를 정확하게 얻기 위하여 다양한 형태의 수분 감지 센서(240)와 같은 원리로 제공된다. 즉, (a)와 (b)는 가장 일반적인 형태로 제작하여, 예를 들어, 0.5 mm 정도로 간격이 좁으면, 적은 수분 즉, 강설량이 적은 경우에도 감지가 가능하다. 또 (b)와 같이 간격이 2 mm 정도로 넓은 경우는 강설량이 많은 경우를 감지할 수 있다. 따라서 강설 센서(149)는 수분 감지 센서(240)와 동일하거나 유사하게 구비되어, 적은 양 또는 많은 양의 강설인지가 구분이 가능하다.
또 (c)와 (d)의 강설 센서(249)는 좁은 간격부터 점점 넓어지는 간격 형태로 변화되는 구조를 갖는다. 즉, (c)는 윗 부분에서 아랫 부분으로 갈수록 점점 간격이 넓어지는 구조를 가지며, (d)는 중심부에서 가장자리로 갈수록 간격이 넓어지는 구조를 갖는다. 동일한 원리를 이용하여 (e)와 같이 간격이 예를 들어, 약 1 mm, 약 2 mm 및 약 3mm의 서로 다른 간격을 갖는 3 종류를 하나의 강설 센서(249)에 배치하여 각각의 강설 정도를 판별할 수 있도록 구비될 수 있다. 또 (f)의 강설 센서(249)는 원형 형태로 배열된 구조를 갖는다.
이와 같이, 다양한 형태의 강설 센서(249)를 이용하여 도로 표면의 강설을 감지를 위한 수분 감지 센서(240)를 활용하여 강설로 인한 수분 감지 정확도를 높일 수 있다. 여기서 수분 감지 센서(240)에서 감지되는 수분이 강설인지 강우인지를 판별하는 것은 대기 온도를 측정하여 판단할 수 있다.
따라서 대기 중의 온도와 습도, 이슬점을 통해서 강설 여부 또는 가능성을 판단하며, 도로 표면의 온도 변화와 수분 존재 여부 등을 통해서 도로 표면의 결빙 가능성을 도출한다. 즉, 측정된 정보를 활용하여 종합적으로 판단함으로써 궁극적으로 그 지역의 강설 여부 및 도로 표면의 결빙 가능성을 정확하게 결정할 수 있다.
또한 해당 지역의 강설 또는 도로 표면의 결빙 여부가 결정되면, 제어기(250)는 도로 표면에 설치된 히터(230)를 가열하여 표면의 상태를 해빙 또는 건조가 되도록 제어한다. 또 제어기(250)는 도로 표면이 해빙 또는 건조되면, 도로의 상태를 안전한 차량 운행이 가능한 최적화된 상태로 유지시킬 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 일정 시간 동안의 수분 검출 변화량을 나타내는 파형도이다.
도 10을 참조하면, 이 실시예에서 수분 검출량의 변화는 모니터링 과정에서 센서 주위에 수분을 임의로 부여할 때, 수분의 변화폭이 100 부터 400 사이에 크게 나타난다. 이러한 현상은 모니터링이 약 100 분정도 경과 하였을 때, 강제로 수분을 증가시키고 도로 표면에 수분이 발생한 것을 가정하여 실험하였다. 그 결과, 강제 수분 투여 후, 약 300 분 정도 지난 후부터는 거의 일정한 수준을 유지함을 보여주고 있으며, 이러한 결과는 도로 표면에 갑작스런 수분 증가로 인해 온도가 결빙 조건을 만족한다면, 결빙이 될 확률이 높아진다는 것을 의미한다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 수분 감지 센서와 컨트롤러 사이에 구비되는 수분 검출 회로의 구성을 도시한 도면이고, 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 온도 센서와 컨트롤러 사이에 구비되는 온도 측정 회로의 구성을 도시한 도면이고, 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 온도 조절을 위한 SCR 출력 제어 회로의 구성을 도시한 도면이고, 도 14는 본 발명의 실시예에 따른 컨트롤러와 알람부 사이에 구비되는 경보 회로의 구성을 도시한 도면이고, 도 15는 본 발명의 실시예에 따른 컨트롤러와 표시부 사이에 구비되는 디스플레이 및 설정 회로의 구성을 도시한 도면이고, 그리고 도 16a 및 도 16b는 본 발명의 실시예에 따른 컨트롤러와 유무선 통신 모듈 사이에 구비되는 인터페이스 회로와 통신 선택 모드 스위치의 구성을 도시한 도면이다.
도 11을 참조하면, 이 실시예의 수분 검출 회로(264)는 게이트(Gate) 신호에 의해서 트랜지스터(TR Q1)이 수분 감지 센서(240)에 전압을 인가하여 수분 감지 센서(240)에 전류가 흐르는지를 여부를 이용하여 수분 존재 여부를 판단한다. OP 앰프(op-amp)는 전압 폴로우어(voltage follower)로서 작동한다. OP 앰프의 출력은 A/D 변환기를 이용하여 컨트롤러(252)에 데이터를 입력한다. 따라서 컨트롤러(252)는 수분의 존재 여부에 따라 나타나는 파형의 변화를 인식하여 수분을 파악한다. 이 때, 도로 표면의 조건에 따라 도 8a 내지 도 8f에 도시된 바와 같이, 다양한 형태의 수분 검출 로드셀을 설치하여 수분 검출 정확도를 높인다.
도 12를 참조하면, 이 실시예의 온도 센서(242, 246)는 온도 변화에 대하여 응답 속도가 빠른 서어미스터(thermistor)를 사용한다. 즉, 온도가 높아지면 저항이 낮아지고, 반대로 온도가 낮아지면 저항이 높아지는 10 kΩ/25℃ NTC 온도 센서를 사용한다. 기본적으로 도로 표면의 온도는 2 개 이상의 지점을 측정하여 산술 평균하여 구한다. 마찬가지로 히터(230)의 온도의 경우에도 2 개 이상의 지점을 측정하여 산술 평균하여 구한다.
여기서 온도 계산은 Stein Hart 방정식의 수학식 2를 이용한다.
여기서 
는 절대 온도, 
는섭씨 25 ℃에 대한 절대온도(273.5 +25), 
는 온도 계수, 
은 섭씨 25 ℃에 대한 NTC 저항값, 그리고 
는 현재 온도에서의 NTC 저항값이다. 이 때, 온도 계수 
는 예를 들어, 10 kΩ일 때, 4200 등으로, 제조사에 따라 달라질 수 있다.
따라서 온도 측정 회로(266)는 NTC 온도 센서(242, 246)를 전압 쪽에 10 kΩ 정밀 저항을 접지 쪽에 연결한 경우, 10 kΩ 정밀 저항에서 나타나는 전압이 현재 온도를 나타내므로, 10 kΩ 정밀 저항에 나타난 전압 
는 다음의 수학식 3과 같다.
여기서, 
는 최대 전압으로서 5 V이며, 
는 다음의 수학식 4와 같다.
여기서, 섭씨 온도는 절대 온도에서 273.15를 뺀 값이 된다.
도 13을 참조하면, 이 실시예의 SCR 출력 제어 회로(268)는 온도 조절 장치로, 도로 표면의 온도에 따라서 제어 정류기(220)의 출력을 조절하여 적정 온도를 유지하도록 한다. 제어 정류기(220)는 기본적으로 런(Run) 스위치에 의해 동작되도록 하며, SCR 출력량은 컨트롤러(252)에서 유선 예컨대, RS485 통신으로 원격 제어하도록 한다. 또 제어 정류기(220)의 출력은 기본적으로 외부의 스위치에 의해 동작하도록 구비되어, 필요에 따라 사용자가 제어 정류기(220)의 출력을 선택 제어하도록 한다. 이것은 제어 정류기(220)의 출력 제어를 이중화함으로써 안전성을 높인다.
도 14를 참조하면, 이 실시예의 경보 회로(270)는 시스템의 동작 오류가 발생하면 경보용 릴레이를 작동한다. 즉, 경보 회로(270)는 제어기(250)로부터 도로 해빙 및 제설 장치(200)의 동작에 문제가 발생하거나, 이상 동작이 검출되면 사용자에게 통신망(4)(예를 들어, 인터넷, CDMA, RS485 등)을 이용하여 외부로 경보음을 출력하고, 경보 기능 접점 출력을 이용하여 별도의 경보 및 차단 동작을 지원한다.
도 15를 참조하면, 이 실시예의 디스플레이 및 설정 장치(272)는 컨트롤러(252)의 제어를 받아서 도로 해빙 및 제설 장치(200)의 제반 동작에 따른 다양한 정보를 표시한다. 여기서 표시부(258)는 4 자리 7-세그먼트 표시기로 구비되고, 예를 들어, 대기 온도, 습도, 이슬점, 도로 표면 평균 온도, 도로 표면 수분 검출값 등을 표시한다. 이 때, 디스플레이 및 설정 장치(272)는 디스플레이 모드 스위치의 조작에 의하여 다양한 정보들이 상호 표시 절환된다. 물론 표시부(258)는 액정 디스플레이 패널 또는 터치 패널 등으로 구비될 수도 있다.
또 디스플레이 및 설정 장치(272)는 통신망(4)을 통해 연결된 통합 관리 서버(100), 관리자 단말기(300)를 통해서 측정 데이터 및 설정값 등을 확인할 수 있다. 이 때, 설정값을 확인하거나 재설정이 가능하다. 또 디스플레이 및 설정 장치(272)는 원격 설정 및 제어 가능한 리모콘(310)을 이용하여 표시부(258)에 데이터 표시 및 설정값의 표시 및 재설정이 가능하다.
그리고 도 16a 및 도 16b를 참조하면, 이 실시예의 인터페이스 회로(274)와 통신 선택 모드 스위치(276)는 외부 전자 장치들과 통신 기능을 처리하거나 통신 방식을 선택한다. 즉, 인터페이스 회로(274)는 컨트롤러(252)의 유무선 통신 모듈(254)을 통해 외부 전자 장치와의 통신을 확보한다. 유선 통신망 예를 들어, RS232C를 이용하여 BSM-856 CDMA 모뎀을 접속할 수 있다. 이 경우, AT 명령어를 이용하여 외부 전자 장치와의 통신을 수행할 수 있다. 다른 예로서, 무선 통신망 예를 들어, MW Ethernet2Serial을 이용하여 인터넷을 연결할 수도 있으며, IEEE802.11 b/g/n 무선랜 프로토콜 게이트웨이 동글인 JSN1000을 활용하면 와이파이 접속이 가능하다. 또한 유선 통신망 예를 들어, RS232C를 이용하여 별도로 제작된 원격 제어용 리모콘(310)을 활용하도록 기능을 제공한다. 또는 통신망(4) 예를 들어, RS485 통신 기능을 통해서 간단한 원거리 통신 기능을 제공한다. 여기서 컨트롤러(252)는 2 비트 딥스위치(Dip Switch)를 이용하여 4 가지 통신 방식 중 어느 한 가지의 통신 방식을 선택할 수 있다.
계속해서 도 17은 본 발명에 따른 통합 관리 시스템의 처리 수순을 도시한 흐름도이다. 이 수순은 통합 관리 서버(100)와 복수 개의 도로 해빙 및 제설 장치(200) 및 관리자 단말기(300)들이 상호 연동해서 처리된다. 이 때, 도로 해빙 및 제설 장치(200)의 처리 과정은 제어기(250)가 처리하는 도로 상태 판단을 위한 알고리즘으로 제어기(250)의 내부 메모리(미도시됨)에 저장되고, 이를 통해 히터(230)를 제어한다.
도 17을 참조하면, 본 발명의 통합 관리 시스템(2)은 단계 S400에서 통합 관리 서버(100)가 다양한 장소에 설치된 복수 개의 도로 해빙 및 제설 장치(200)들에 대한 위치, 장치 규격, 센서 종류 및 관리자 등의 관리 정보와, 관리자 단말기(300)와 리모콘(310)으로부터 복수 개의 도로 해빙 및 제설 장치(200)들 각각에 대해 설정된 설정 정보를 이용하여 통합 관리한다.
단계 S402와 단계 S404에서 도로 해빙 및 제설 장치(200)는 실시간으로 다양한 센서(240 ~ 249)들을 이용하여 해당 장소의 도로 표면과 도로 주변 환경 상태에 대한 각종 정보와 강설 여부를 측정한다. 여기서 도로 해빙 및 제설 장치(200)는 실시간으로 도로 주변 환경 즉, 외기의 온도, 습도 및 이슬점을 측정 수집하고, 도로 표면의 수분 감지 및 온도를 측정 수집하며, 도로 표면의 강설 여부를 측정 수집한다. 도로 해빙 및 제설 장치(200)는 수집된 각종 정보들은 통신망(4)을 통하여 통합 관리 서버(100)와 관리자 단말기(300)로 실시간 전송한다.
단계 S404와 단계 S406에서 통합 관리 서버(100)와 관리자 단말기(300) 각각은 실시간으로 도로 해빙 및 제설 장치(200)로부터 전송된 각종 정보들을 통해 해당 도로 표면 상태와 도로 주변 환경 상태를 모니터링한다.
단계 S408에서 도로 해빙 및 제설 장치(200)는 측정된 정보를 이용하여 해당 도로의 표면에 강설 및 결빙 발생 여부를 판단한다. 여기서 결빙 과정으로 진행되는지 아니면 해빙 과정으로 진행되고 있는지 여부에 대한 판단은 외기 환경 정보와 도로 표면의 수분과 온도 등을 반복적으로 모니터링하여 결정한다. 이 때, 외기 온도가 지속적으로 하강하는지 또는 반대로 상승하는지를 판단하는 방법은 온도를 미분하여 얻을 수 있다. 마찬가지로 습도의 경우도 온도와 같은 방법으로 미분하여 습도의 변화 과정을 추적한다.
결빙 가능 온도 방향으로 온도가 지속적으로 하강하고 결빙 가능 온도에 도달하거나, 그 이하로 유지되거나, 또는 결빙 가능 온도에서 지속될 경우를 결빙 확률이 높다고 판단한다. 그러나 결빙 가능 온도 근처에서 온도가 상승 방향으로 유지된다면 결빙 가능 확률은 낮다고 판단한다.
판별 결과, 도로 표면에 강설 및 결빙 여부로 판단되면, 단계 S412로 진행하여 설정된 목표 온도에 도달되도록 히터(230)를 가열한다. 그러나 판별 결과, 도로 표면에 강설 및 결빙이 되지 않은 것으로 판단되면, 단계 S402로 진행하여 실시간으로 도로 표면 및 도로 주변 환경에 대한 측정 과정을 반복한다.
단계 S412에서 히터(230)가 가열되면, 단계 S414에서 도로 표면의 온도가 목표 온도에 도달되는지를 판별한다. 즉, 목표 온도에 도달되면, 도로 표면이 해빙 및 제설된 것으로 판단하여 단계 S416에서 정온 상태를 유지하도록 히터(230)를 목표 온도로 유지하고 단계 S402로 진행하여 상술한 과정(단계 S402 내지 단계 S416)들을 반복 수행한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 도로 해빙 및 제설 장치(200)의 제어기(250)는 도로 표면 상태와 외기 환경 정보를 수집하고, 제어 정류기(220)의 출력을 제어하여 히터(230)를 가열한다. 이 때, 제어기(250)는 외기 온도와 습도를 측정하며, 도로 표면의 수분 상태, 온도 등의 정보를 수집하여 종합적으로 도로의 상태를 판단한다.
즉, 제어기(250)는 도로 주변 환경 즉, 외기 습도, 온도, 이슬점과 도로 표면의 온도와 수분 등을 수집하여 도로의 결빙 여부를 판단한다. 만약, 결빙이 되었다고 판단되면, 제어 정류기(220)의 출력을 제어하여 히터(230)를 가동한다. 또 도로 표면을 해빙시킬 수 있는 설정 온도에 도달하면, 히터(230)가 정온을 유지할 수 있도록 제어한다. 만약에 수집된 결빙 여부를 판단하는 정보가 해빙이 되었다고 판단되거나 기온이 해빙할 수 있는 온도를 벗어난다고 판단되면 제어기(250)는 해빙 동작을 멈추게 된다.
또 제어기(250)는 기온, 습도와 이슬점으로 대기의 강설 가능성을 판단하고, 도로 표면의 수분 상태, 온도 등을 이용하여 도로의 결빙 가능성을 판단한다. 만약 강설과 결빙으로 판단이 되면 히터(230)를 가열하며, 히터(230)를 가열하여 도로 표면의 온도가 정해진 온도까지 상승하면, 도로 표면이 결빙하지 않도록 제어 정류기(220)를 제어하여 히터(230)의 가열을 반복하여 목표 온도를 유지한다. 그러나 만약 결빙 가능성이 낮다면, 히터(230)의 가열을 통한 해빙 과정을 거치지 않고 다음 결빙 가능성에 대한 판단을 위한 자료를 다시 수집한다. 즉 결빙 가능성이 높을 때, 목표 온도를 유지하여 해빙 과정을 수행하지만 반대의 경우는 다음 추가적으로 계속적인 데이터 수집을 통해서 다음 단계에서 반복적으로 수행한다.
관리자 단말기(300)에서 실시간 도로 표면 상태와 도로 주변 환경 상태를 모니터링하는 중 단계 S418에서 해당 장소의 도로 표면에 대해 원격 제어가 필요한 경우, 통신망(4)을 통하여 통합 관리 서버(100)로 해당 원격 제어 정보를 전송한다. 이 경우, 관리자 단말기(300)는 설정 정보 변경 또는 모니터링에 필요한 특정 정보 요청 등에 따라 원격 제어 정보를 발생시킬 수도 있다.
단계 S420에서 통합 관리 서버(100)는 관리자 단말기(300)로부터 해당 원격 제어 정보가 전송되면, 이를 통신망(4)을 통하여 해당 도로 해빙 및 제설 장치(200)로 원격 제어 정보를 전송하여 원격 제어한다. 이에 단계 S422에서 해당 도로 해빙 및 제설 장치(200)는 원격 제어 정보에 대응하여 히터(230)를 구동시킨다.
이상에서, 본 발명에 따른 도로 해빙 및 제설을 위한 통합 관리 시스템의 구성 및 작용을 상세한 설명과 도면에 따라 도시하였지만, 이는 실시예를 들어 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다.
2 : 통합 관리 시스템
4 : 통신망
100 : 통합 관리 서버
102 : 제어부
104 : 통신부
110 : 도로 해빙 및 제설 통합 관리 프로그램
120 : 데이터베이스
200 : 도로 해빙 및 제설 장치
210 : 전원 공급부
220 : SCR
230 : 히터
240 ~ 249 : 센서
250 : 제어기
300 : 관리자 단말기
310 : 리모콘
4 : 통신망
100 : 통합 관리 서버
102 : 제어부
104 : 통신부
110 : 도로 해빙 및 제설 통합 관리 프로그램
120 : 데이터베이스
200 : 도로 해빙 및 제설 장치
210 : 전원 공급부
220 : SCR
230 : 히터
240 ~ 249 : 센서
250 : 제어기
300 : 관리자 단말기
310 : 리모콘
Claims (9)
- 도로 해빙 및 제설을 위한 통합 관리 시스템에 있어서:
통신망과;
서로 다른 장소에 설치되어 각각이 상기 통신망에 연결되고, 해당 장소의 도로 표면 상태 및 도로 주변 환경 상태에 대한 감지 정보를 실시간으로 측정 및 모니터링하고, 도로 표면이 결빙되거나 도로 주변에 강설이 발생되면, 히터를 가동시켜서 도로를 해빙 및 제설하도록 처리하는 복수 개의 도로 해빙 및 제설 장치 및;
상기 도로 해빙 및 제설 장치들과 상기 통신망을 통해 연결되고, 상기 도로 해빙 및 제설 장치들 각각에 대한 관리 정보와 설정 정보를 통합 관리하고, 상기 도로 해빙 및 제설 장치들 각각으로부터 측정된 도로 표면과 도로 주변 환경에 대한 감지 정보를 실시간으로 수집하여 각각의 해당 장소의 도로 상태를 모니터링하는 통합 관리 서버를 포함하되;
상기 도로 해빙 및 제설 장치는,
적어도 도로 주변의 외기 환경과 도로 표면에 대한 온도, 습도, 수분, 이슬점 및 강설 여부를 실시간으로 감지하는 복수 개의 센서들과;
히팅 라인으로 구비되어 도로 내부에 포설되는 히터와;
전원 공급부로부터 전원을 공급받아서 상기 히터가 가열되도록 전원을 공급하는 적어도 하나의 제어 정류기 및;
상기 센서들로부터 측정된 정보에 대응하여 도로 표면의 결빙 상태와 강설 상태를 판별하고, 판별 결과에 따라 상기 제어 정류기를 제어하여 상기 히터가 설정 온도에 도달되도록 가열하여 도로 표면을 해빙 및 제설되도록 제어하는 제어기를 포함하고;
상기 센서들은,
도로 표면의 수분을 측정하는 적어도 하나의 수분 감지 센서와;
도로 표면의 온도를 측정하는 적어도 하나의 도로 온도 센서와;
도로 주변 환경의 온도를 측정하는 적어도 하나의 외기 온도 센서와;
도로 주변 환경의 습도를 측정하는 적어도 하나의 습도 센서와;
도로 주변 환경에 대한 이슬점을 측정하는 이슬점 센서 및;
도로 표면에 눈이 오는지를 감지하는 강설 센서를 포함하며; 그리고
상기 외기 온도 센서와 상기 습도 센서 각각은 적어도 2 개씩 구비하여 측정하고 산술 평균을 구하여 온도 및 습도의 상승 또는 강하 여부를 판단하고, 상기 이슬점 센서는 적어도 2 개를 설치하여 측정하고 산술 평균을 구하여 이슬점 정도를 판단하며, 그리고 상기 온도 센서와 상기 수분 감지 센서 각각은 도로 표면에 최소 3 곳의 온도와 수분 상태를 감지하여 도로 표면 전체의 수분 상태를 판단하는 것을 특징으로 하는 도로 해빙 및 제설을 위한 통합 관리 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 통합 관리 시스템은;
상기 통신망을 통하여 상기 도로 해빙 및 제설 장치의 동작을 제어하기 위한 설정 정보를 설정하고, 상기 통신망 통하여 상기 도로 해빙 및 제설 장치와 상기 통합 관리 서버로부터 해당 장소의 도로 표면 상태 및 도로 주변 환경 상태에 대한 감지 정보를 실시간으로 받아서 도로 상태를 모니터링하며, 해당 도로 해빙 및 제설 장치를 원격 제어하는 관리자 단말기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도로 해빙 및 제설을 위한 통합 관리 시스템.
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 수분 감지 센서와 상기 습도 센서들 각각은 접점 간극 또는 배열 구조를 달리하여 구비되는 것을 특징으로 도로 해빙 및 제설을 위한 통합 관리 시스템.
- 도로 해빙 및 제설을 위한 통합 관리 시스템의 처리 방법에 있어서,
통합 관리 서버가 통신망을 이용하여 다양한 장소에 설치된 복수 개의 도로 해빙 및 제설 장치들과 연결되고, 상기 도로 해빙 및 제설 장치들에 대한 관리 정보와 설정 정보를 이용하여 통합 관리하고;
상기 도로 해빙 및 제설 장치가 실시간으로 해당 장소의 도로 표면과 도로 주변 환경 상태에 대한 감지 정보와 강설 여부를 측정하고;
상기 통합 관리 서버와 관리자 단말기 각각으로 상기 도로 해빙 및 제설 장치로부터 감지 정보를 실시간으로 전송받아서 해당 도로 표면 상태와 도로 주변 환경 상태를 모니터링하고;
상기 도로 해빙 및 제설 장치가 측정된 감지 정보를 이용하여 해당 도로의 표면에 강설 및 결빙 발생 여부를 판별하고;
판별 결과, 해당 도로 표면에 강설 및 결빙 여부로 판단되면, 상기 도로 해빙 및 제설 장치가 설정된 목표 온도에 도달되도록 히터를 가열하고; 그리고
상기 히터가 가열되면, 상기 도로 해빙 및 제설 장치가 해당 도로 표면의 온도가 목표 온도에 도달되는지를 판별하여 목표 온도에 도달되면, 도로 표면이 해빙 및 제설된 것으로 판단하여 상기 히터를 목표 온도로 유지하되;
상기 강설 여부를 측정하는 것은 온도, 습도, 수분 감지, 이슬점 및 강설을 감지하는 복수 개의 센서들을 이용하여 실시간으로 도로 주변 환경의 온도, 습도 및 이슬점을 측정 수집하고, 도로 표면의 수분 감지 및 온도를 측정 수집하며, 도로 표면의 강설 여부를 측정 수집하고;
상기 강설 및 결빙 여부를 판단하는 것은 도로 주변 환경의 온도, 습도 및 이슬점 정보와 도로 표면의 수분과 온도를 반복적으로 모니터링하고, 도로 주변 환경의 온도와 습도가 지속적으로 하강하는 것의 변화 과정을 추적하여 판단하며;
상기 방법은, 외기 온도와 습도를 각각 적어도 2 곳에서 측정하고 산술 평균을 구하여 온도 및 습도의 상승 또는 강하 여부를 판단하고, 이슬점은 적어도 2 곳에서 측정하고 산술 평균을 구하여 이슬점 정도를 판단하며, 그리고 도로 표면의 온도와 수분 각각은 도로 표면에 적어도 3 곳의 온도와 수분 상태를 감지하여 도로 표면 전체의 수분 상태를 판단하는 것을 특징으로 하는 도로 해빙 및 제설을 위한 통합 관리 시스템의 처리 방법.
- 삭제
- 삭제
- 제 6 항에 있어서,
상기 방법은;
상기 관리자 단말기에서 실시간 도로 표면 상태와 도로 주변 환경 상태를 모니터링하는 중 해당 장소의 도로 표면에 대해 원격 제어가 필요한 경우, 상기 통신망을 통하여 상기 통합 관리 서버로 원격 제어 정보를 전송하여 상기 도로 해빙 및 제설 장치를 원격 제어하는 것을 특징으로 하는 도로 해빙 및 제설을 위한 통합 관리 시스템의 처리 방법.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020160054597A KR101682940B1 (ko) | 2016-05-03 | 2016-05-03 | 도로 해빙 및 제설을 위한 통합 관리 시스템 및 그의 처리 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160054597A KR101682940B1 (ko) | 2016-05-03 | 2016-05-03 | 도로 해빙 및 제설을 위한 통합 관리 시스템 및 그의 처리 방법 |
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| KR1020160054597A KR101682940B1 (ko) | 2016-05-03 | 2016-05-03 | 도로 해빙 및 제설을 위한 통합 관리 시스템 및 그의 처리 방법 |
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