KR101710666B1 - 무선 네트워크 기반 복합 사면 감시 장치 및 방법 - Google Patents

무선 네트워크 기반 복합 사면 감시 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 센서 노드에서의 무선 네트워크 기반 복합 사면 감시 방법으로, 복합 사면의 위험성 판단을 위한 제 1 센싱 빈도의 센싱 데이터를 획득하는 단계와, 상기 게이트웨이를 통해 상기 분석 서버로 상기 제 1 센싱 빈도의 센싱 데이터를 전송하는 단계와, 상기 게이트웨이를 통해 상기 분석 서버로부터 수신된 동작 모드 제어 정보가 정밀 모드일 경우, 복합 사면의 위험성 판단을 위한 제 2 센싱 빈도의 센싱 데이터를 획득하는 단계와, 상기 게이트웨이를 통해 상기 분석 서버에 획득된 제 2 센싱 빈도의 센싱 데이터를 전송하는 단계를 포함한다.

Description

무선 네트워크 기반 복합 사면 감시 장치 및 방법{Apparatus and Method for Monitoring Complex Slope based on Wireless Network}
본 발명은 복합 사면 감시 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 무선 네트워크를 기반으로 하여 복합 사면을 감시하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 기상이변에 따른 집중호우에 의해 산사태 발생빈도가 증가하고 있으며, 대규모 절토사면 조성 및 급경사지 인근의 공동주택 신축 등으로 인한 피해 규모가 대형화되고 있다. 이에 따라 경사면의 안전을 확보하기 위한 각종 경사면 보강 공법 및 산사태 조기경보 시스템에 관한 연구가 적극적으로 이루어지고 있다.
또한, 고속도로 또는 국도에서는 차량이 고속으로 달리기 때문에 도로변 절개지에서 낙석이 발생하면 대형사고로 이어질 수 있으므로, 낙석의 방지책과 낙석이 발생할 경우 이에 대한 조기경보 체계에 대한 대책이 절실히 필요하다.
이러한 필요에 따라, 개발되는 산사태 조기경보 시스템은 산사태가 발생하기 이전의 붕괴 징후 또는 산사태가 발생하는 순간을 포착한 후, 이에 대한 정보를 경사면 인근 주민 또는 관리자에게 신속히 전달함으로써 위험 경사면으로부터 안전하게 대피할 수 있게 하거나 경사면을 긴급 복구할 수 있게 해준다. 여기서, 산사태 발생을 빠르고 정확하게 예측하는 것은 산사태 조기경보 시스템의 핵심이라 할 수 있다.
산사태 또는 낙석의 조기경보를 위한 종래 기술은 지반의 변위, 경사, 침하 등과 같은 경사면의 미세한 움직임을 측정할 수 있는 여러 가지 다양한 계측센서, 예를 들어 지중 경사계, 지중 침하계, 지표면 신축계, 균열 측정기 등을 경사면에 설치하여 계측을 수행하고, 계측 데이터가 미리 설정해 놓은 임계값을 초과하면 위험신호를 보내는 방식이다. 이를 위하여 계측센서에는 전원을 공급하는 전력 케이블과 계측 데이터를 데이터로거(Data logger)로 보내는 통신 케이블을 연결하여야 한다.
이러한 종래의 산사태 조기경보 기술은 계측기 설치 시 지반에 깊은 심도의 구멍을 천공해야 하므로, 설치비용이 많이 들고 숙련된 작업인부가 필요하기 때문에 센서를 경사면에 광범위하게 고밀도로 설치하기 어렵다는 문제점이 있었다. 또한, 산사태 감지용 계측센서에는 전력을 공급해 주어야 하며, 센서는 통신 케이블로 연결해야 하는데 급한 경사면에서 이와 같은 케이블 배선 처리 작업이 어렵고, 통신 및 전원 인프라가 구비되지 않은 산간지역에서는 별도의 통신 및 전원 장치를 설치해야 한다는 문제점이 있었다.
전술한 바와 같은 유선 네트워크 기반 시스템의 문제점으로 인해 최근에는 무선 네트워크를 이용하여 무선 감시 및 모니터링 목적의 산사태 또는 사면 감시 시스템들이 개발되고 있다. 이러한 무선 센서네트워크를 이용한 감시 시스템은 근거리 무선 모듈을 장착한 센서가 무선 네트워크(802.15.4)를 통하여 센싱 데이터를 제공하는 시스템이다. 그러나, 이러한 무선 센서네트워크(802.15.4)를 이용한 센싱 데이터의 경우, 데이터 전송 속도의 제한으로 인해 사면 붕괴 감시 모니터링을 위한 기본적인 정보만이 제공될 수 밖에 없어 정밀한 감시가 이루어질 수 없다.
본 발명은 제 1 센싱 빈도의 센서로부터 획득한 센싱 데이터로부터 복합 사면의 정밀 분석이 필요한지를 결정하고, 제 2 센싱 빈도의 센서를 구동하여 정밀분석을 수행할 수 있도록 하는 무선 네트워크 기반 복합 사면 감시 장치 및 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 정밀 분석에 필요한 센서 데이터를 고속 통신으로 실시간으로 전송되도록 하여, 긴급한 상황에 대처할 수 있도록 하는 무선 네트워크 기반 복합 사면 감시 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명은 센서 노드에서의 무선 네트워크 기반 복합 사면 감시 방법으로, 복합 사면의 위험성 판단을 위한 제 1 센싱 빈도의 센싱 데이터를 획득하는 단계와, 게이트웨이를 통해 분석 서버로 상기 제 1 센싱 빈도의 센싱 데이터를 전송하는 단계와, 상기 게이트웨이를 통해 상기 분석 서버로부터 수신된 동작 모드 제어 정보가 정밀 모드일 경우, 복합 사면의 위험성 판단을 위한 제 2 센싱 빈도의 센싱 데이터를 획득하는 단계와, 상기 게이트웨이를 통해 상기 분석 서버에 획득된 제 2 센싱 빈도의 센싱 데이터를 전송하는 단계를 포함한다.
본 발명은 분석 서버에서의 무선 네트워크 기반 복합 사면 감시 방법으로, 하나 이상의 센서 노드들로부터 전송된 센싱 데이터를 분석하는 단계와, 분석 결과에 따라 복합 사면의 위험성 판단을 판단하는 단계와, 상기 판단 결과에 따라 상기 센서노드의 동작 모드를 결정하는 단계와, 결정된 동작 모드에 따른 제어 정보를 게이트웨이를 통하여 상기 센서 노드로 전송하는 단계를 포함한다.
본 발명은 센서 노드로, 무선 통신부와, 제 1 센싱 빈도로 복합 사면의 위험성 판단을 위한 센싱 데이터를 획득하는 하나 이상의 저 샘플링 센서들과, 제 2 센싱 빈도로 상기 복합 사면의 위험성 판단을 위한 센싱 데이터를 획득하는 하나 이상의 고 샘플링 센서들과, 상기 저 샘플링 센서들에 의한 센싱 데이터를 상기 무선 통신부를 통해 분석 서버에 전송하고, 상기 분석 서버로부터 수신된 동작 모드 제어 정보가 정밀 모드일 경우, 상기 저 샘플링 센서들 및 고 샘플링 센서들 모두로부터 센싱 데이터들을 획득하여 상기 분석 서버에 전송하도록 제어하는 제어부를 포함한다.
본 발명은 분석 서버로, 통신부와, 하나 이상의 센서 노드들로부터 전송된 센싱 데이터를 분석하는 데이터 분석부와, 상기 분석 결과에 따라 복합 사면의 위험성 여부를 판단하여 상기 센서노드의 동작 모드를 결정하는 동작 모드 결정부와, 결정된 동작 모드에 따른 제어 정보를 게이트웨이를 통하여 상기 센서 노드로 전송하는 동작 모드 제어 정보 전송부를 포함한다.
본 발명에 따라, 기존의 전통적인 산사태, 사면 모니터링 및 산지토사 재해 시스템에 비해 유지 보수가 용이할 뿐 아니라, 무선 센서 네트워크를 적용함으로써 센서 노드 간의 데이터 융합으로 시스템의 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 계측장비 설치시 위험한 경사면에서의 케이블 포설 작업을 최소화할 수 있으며, 산간벽지에도 산사태 또는 낙석에 대한 모니터링 네트워크를 용이하게 구축할 수 있다.
또한, 측정대상지반의 측정값에 대한 임계치를 미리 설정하고 이에 따라 계측빈도를 조절할 수 있도록 하여 산사태 또는 낙석의 조짐에 대한 집중적인 경계를 취하여 유사시를 대비할 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 네트워크 기반 복합 사면 감시 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 센서 노드의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 센서 노드의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 게이트웨이의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 분석 서버의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 네트워크 기반 복합 사면 감시 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 바람직한 실시 예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 기술하기로 한다.
본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명 실시 예들의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
명세서 전반에 걸쳐 사용되는 용어들은 본 발명 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 사용자 또는 운용자의 의도, 관례 등에 따라 충분히 변형될 수 있는 사항이므로, 이 용어들의 정의는 본 발명의 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 네트워크 기반 복합 사면 감시 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 무선 네트워크 기반 복합 사면 감시 시스템은 하나 이상의 센서 노드들(100), 게이트웨이(200) 및 분석 서버(300)를 포함한다.
여기서, 복합 사면이란 경지가 일정하지 않고 여러가지 경사가 섞여 있는 경사면으로, 산사태 또는 낙석이 발생될 수 있는 산지 경사면, 도로 주변의 절토사면 또는 주택이 신축된 급경사지 등이 포함될 수 있다. 복합 사면 감시 시스템은 이러한 복합 사면에서 발생될 수 있는 산사태 또는 낙석과 같은 재해가 발생 가능성을 모니터링하여 알리기 위한 시스템이다.
센서 노드들(100)은 산사태 또는 낙석의 위험이 있는 경사면에 설치되는데, 센서노드들(100) 상호간에는 무선 멀티 홉 애드 혹 네트워크를 형성할 수도 있다. 이를 통해, 센서 노드들(100)은 라우터(Router) 기능을 공동으로 수행하고 스스로 네트워크를 구성할 수 있게 된다. 이로써, 센서노드들(100) 중 어느 하나에 통신장애가 발생할 경우 우회루트를 제공하여 통신이 두절되는 것이 방지될 수도 있다.
센서 노드들(100)은 측정대상 지반의 산사태 또는 낙석과 관련된 지반상황을 소정시간 간격으로 센싱하여, 센싱한 센싱 데이터를 게이트웨이(200)로 무선 송신한다.
게이트웨이(200)는 센서 노드들(100)로부터 센싱 데이터를 무선 수신하여, 유선 또는 무선 통신망을 통해 분석 서버(300)에 전송한다.
분석 서버(300)는 게이트웨이(200)를 통해 센서 노드들(100)로부터 전송되는 센싱 데이터를 분석하여, 그 분석 결과를 게이트웨이(120)를 통해 센서 노드들(100)에 재전송한다. 즉, 분석 서버(300)는 센서노드(100)로부터 측정대상 지역의 지반상황 정보를 수신하고, 지반상황 정보를 바탕으로 산사태 및 낙석이 발생할 가능성이 있는지 여부를 판단하고, 판단 결과에 따른 동작 모드를 결정한다.
여기서, 동작 모드란 센서 모드(100)를 운용하는 방식에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시 예에 따라 정상 모드와 정밀 모드가 가능하다. 정상 모드에서는 초기화 단계 또는 위험 발생 가능성이 적은 상태에서 센서 모드(100)가 제 1 센싱 빈도로 동작된다. 정밀 모드에서는 분석 서버(300)에 의한 센싱 데이터 분석 결과, 위험 발생 가능성이 큰 상태에서 센서 모드(100)가 제 2 센싱 빈도로 동작된다. 여기서, 제 1 센싱 빈도는 소정 임계치보다 작은 센싱 빈도를 의미하고, 제 2 센싱 빈도는 소정 임계치보다 큰 센싱 빈도를 의미한다.
만약, 산사태 또는 낙석이 발생할 가능성이 있는 것으로 판단되는 경우에는, 센싱 빈도를 증가시켜 측정대상 지반의 상황을 더욱 면밀하게 감시하도록 하는 정밀 모드 제어 신호를 센서 노드들(100)에 전송되도록 한다.
분석 서버(300)는 수신한 측정 데이터를 저장하고, 데이터베이스에 미리 저장되어 있는 측정대상지역의 강우량과 사면안전율과의 상관관계, 가속도와 산사태 발생여부 사이의 상관관계, 측정대상 지반의 주면마찰 전단저항력과 사면안전율과의 상관관계 등에 대한 자료와 측정대상 지반의 상태에 대한 측정값을 비교분석한 후 이를 바탕으로 사면안전율을 결정한다.
한편, 분석 서버(300)는 산사태 및 낙석의 발생가능성이 높은 것으로 판단되는 경우, 산사태 및 낙석 발생에 대한 위험을 알리는 경보신호를 발생시킨다. 즉, 경보기(미도시)가 경보음을 울릴 수 있도록 하거나, 경보신호를 통신망을 통해 사용자 단말(400)로 전송하여 사용자가 산사태 및 낙석에 대한 위험을 인지할 수 있도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 센서 노드의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 센서 노드는 센서(110), 무선 통신부(120) 및 제어부(130)를 포함한다. 부가적으로, 전력 조절부(140)를 더 포함한다.
센서(110)는 변위, 경사, 침하, 강우량 등과 같이 산사태 및 낙석과 관련된 지반상황을 소정 시간간격 또는 실시간으로 센싱하고, 센싱된 지반상황 정보를 제어부(130)로 전달한다.
본 발명의 일 실시 에에 따라, 센서(110)는 저 샘플링 센서(Low sampling sensor)(111) 및 고 샘플링 센서(High sampling sensor)(112)를 포함한다.
저 샘플링 센서(Low sampling sensor)(111)는 제 1 센싱 빈도로 복합 사면의 위험성 판단을 위한 센싱 데이터를 획득한다. 예컨대, 토양 수분 측정 센서, 기울기 측정 센서, 지온 측정 센서, 토석류 분석 센서, 유량 감지 센서를 포함하는 시간 및 환경의 변화에 따라 느리게 변하는 물리량을 측정하는 센서이다. 이러한 저 샘플링 센서(111)에 의한 센싱 데이터는 복합 사면의 위험성을 판단하기 위한 초기 정보로 이용될 수 있다.
고 샘플링 센서(112)는 제 2 센싱 빈도로 복합 사면의 위험성 판단을 위한 센싱 데이터를 획득한다. 예컨대, 지표면의 진동을 감지하는 진동 센서, 지하 유수음을 탐지하는 음향센서 및 산지토사 붕괴에 의한 파열음을 탐지하는 음향센서를 포함하는 급작스럽게 변화되는 물리량을 측정하는 센서이다. 이러한 고 샘플링 센서(112)에 의한 센싱 데이터는 분석 서버(300)로부터 정밀 모드로 동작하라는 제어 신호가 수신됨에 따라, 정밀한 위험성 판단을 위한 것이다.
무선 통신부(120)는 제어부(130)로부터 입력된 센싱 데이터를 게이트웨이(200)를 통해 분석 서버(300)에 전송되도록 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따라, 무선 통신부(120)는 저속 통신부(121) 및 고속 통신부(122)를 포함한다.
저속 통신부(121)는 802.15.4와 같은 저전력 근거리 무선 네트워크로 멀티홉 통신을 통하여 게이트웨이(200)로 센싱 데이터를 소정 임계치보다 저속으로 전송하는 기능을 수행한다. 본 발명의 일 실시 예에 따라, 저 샘플링 센서(111)로부터의 출력된 센싱 데이터가 저속 통신부(121)를 통해 전송된다.
고속 통신부(122)는 3G, LTE 등과 같이 분석 서버(300)로 직접 소정 임계치보다 고속의 전송을 수행하거나, 802.11.s와 같은 고속 근거리 무선 네트워크로 멀티홉 통신(매쉬 네트워크)을 수행하여 센싱 데이터를 소정 임계치보다 고속으로 전송하는 기능을 수행한다. 본 발명의 일 실시 예에 따라, 고 샘플링 센서(112)로부터 대용량 센싱 데이터가 실시간으로 고속 통신부(122)를 통해 전송된다.
제어부(130)는 센싱 데이터 획득 및 전송을 포함하여, 센서 노드를 총괄적으로 제어하는 기능을 수행한다. 상세하게는, 제어부(130)는 저 샘플링 센서들(111)에 의한 센싱 데이터를 저속 통신부(121)를 통해 분석 서버(300)에 전송하고, 분석 서버(300)로부터 요청된 동작 모드 제어 정보가 정밀 모드일 경우, 저 샘플링 센서들(111) 및 고 샘플링 센서들(112) 모두로부터 센싱 데이터들을 실시간으로 획득하여 고속 통신부(122)를 통해 분석 서버(300)에 전송하도록 제어한다. 제어부(130)의 상세 동작에 대해서는 하기의 도 6을 참조하여 좀 더 상세히 살펴보기로 한다.
전력 조절부(140)는 센서(110), 무선 통신부(120) 및 제어부(130)에 전원을 공급하는데, 전원공급을 위해서 케이블을 필요로 하지 않는 배터리 또는 태양전지 등을 이용하여 센서 노드(100)의 설치작업을 용이하게 수행할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 본 발명의 일 실시 예에 따라, 전력 조절부(140)는 동작 모드에 따라 전력 운용을 달리하여, 방전량을 감소시켜 전원을 장기간 사용하는 것이 가능하도록 한다. 즉, 저 샘플링 센서(111) 및 저속 통신부(121)에는 소정 임계치보다 적은 전력이 인가되도록 하고, 고 샘플링 센서(112) 및 고속 통신부(122)에는 소정 임계치보다 큰 전력이 인가되도록 한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 센서 노드의 구성도이다.
도 3을 참조하면, 센서 노드의 구성은 제어부(135)를 제외하고 도 2에 도시된 센서 노드의 구성과 동일하므로, 여기서는 제어부(135)에 대해서만 설명하기로 한다.
본 발명의 다른 실시 예에 따라, 제어부(135)는 저전력 제어부(136) 및 정밀 제어부(137)를 포함한다. 저전력 제어부(136)는 저샘플링 센서(110)로부터의 센싱 데이터를 획득하여, 저속 통신부(121)를 통해 게이트웨이(200)로 전송한다. 그리고, 게이트웨이(200)로부터 저속 통신부(121)를 통해 정밀 모드로 동작하라는 제어 정보가 수신됨에 따라, 저전력 제어부(136)는 정밀 제어부(137)를 구동시킨다.
그러면, 정밀 제어부(137)는 고 샘플링 센서(112)로부터 센싱 데이터를 획득하여, 직접 주파수 분석 등의 정밀 분석을 수행하여 위험 여부를 판단한다. 이를 통해, 분석 서버(300)에서의 정밀 분석 동작이 생략되고, 센서 노드(100)에서 분석 서버(300)로 전송되는 데이터량도 줄어들게 된다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 게이트웨이의 구성도이다.
도 4를 참조하면, 게이트웨이(200)는 무선 통신부(210), 유선망 연동부(220) 및 제어부(230)를 포함한다. 부가적으로, 전력 조절부(240)를 더 포함한다.
무선 통신부(210)는 센서 노드들(100)로부터 전송된 센싱 데이터를 수신하여 제어부(230)에 전달한다. 본 발명의 일 실시 예에 따라, 무선 통신부(210)는 저속 통신부(211) 및 고속 통신부(212)를 포함한다.
저속 통신부(211)는 802.15.4와 같은 저전력 근거리 무선 네트워크로 멀티홉 통신을 통하여 센서노드들(100)의 저속 통신부(121)를 통해 전송된 센싱 데이터를 소정 임계치보다 저속으로 수신하는 기능을 수행한다.
고속 통신부(212)는 802.11.s와 같은 고속 근거리 무선 네트워크로 멀티홉 통신(매쉬 네트워크)을 통하여 센서노드들(100)의 고속 통신부(122)를 통해 전송된 센싱 데이터를 소정 임계치보다 고속으로 수신하는 기능을 수행한다.
유선망 연동부(220)는 유선 네트워크에 연결되는 분석 서버(300)와 연동하기 위한 장치로, 이더뎃 모듈 또는 이동통신망 연동을 위한 WCDMA, LTE 등이 될 수 있다.
제어부(230)는 센싱 데이터 수신 및 전송을 포함하여, 게이트웨이(200)를 총괄적으로 제어하는 기능을 수행한다. 제어부(230)의 상세 동작에 대해서는 하기의 도 6을 참조하여 좀 더 상세히 살펴보기로 한다.
전력 조절부(240)는 무선 통신부(210), 유선망 연동부(220) 및 제어부(230)에 전원을 공급하는데, 전원공급을 위해서 케이블을 필요로 하지 않는 배터리 또는 태양전지 등을 이용하여 게이트웨이(200)의 설치작업을 용이하게 수행할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 본 발명의 일 실시 예에 따라, 전력 조절부(240)는 동작 모드에 따라 전력 운용을 달리하여, 방전량을 감소시켜 전원을 장기간 사용하는 것이 가능하도록 한다. 즉, 저속 통신부(211)에는 소정 임계치보다 적은 전력이 인가되도록 하고, 고속 통신부(212)에는 소정 임계치보다 큰 전력이 인가되도록 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 분석 서버를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 분석 서버(300)는 통신부(310), 데이터베이스(300), 데이터 분석부(330), 동작 모드 결정부(340) 및 동작 모드 제어 정보 전송부(350)를 포함한다.
통신부(310)는 게이트웨이(200)로부터 전송된 센싱 데이터를 수신하여 데이터베이스(DB)(320)에 저장한다. 통신부(310)는 유선 네트워크에 연결되는 이더뎃 모듈 또는 이동통신망 연동을 위한 WCDMA, LTE 접속 모듈이 될 수 있다.
DB(320)는 전송된 통신부(310)를 통해 수신된 센싱 데이터를 저장한다. 또한, DB(320)는 동작 모드를 결정하기 위한 사전 정보들이 저장되어 있는데, 측정대상지역의 강우량과 사면안전율과의 상관관계, 가속도와 산사태 발생여부 사이의 상관관계, 측정대상 지반의 주면마찰 전단저항력과 사면안전율과의 상관관계 등에 대한 자료가 포함될 수 있다.
데이터 분석부(330)는 게이트웨이(200)를 통해 센서 노드들(100)로부터 전송되는 센싱 데이터를 분석한다. 즉, 데이터 분석부(330)는 센서노드(100)로부터 측정대상 지역의 지반상황 정보를 수신하고, 지반상황 정보를 바탕으로 산사태 및 낙석이 발생할 가능성이 있는지 여부를 판단한다. 이때, 데이터 분석부(330)는 DB(320)에 미리 저장되어 있는 측정대상지역의 강우량과 사면안전율과의 상관관계, 가속도와 산사태 발생여부 사이의 상관관계, 측정대상 지반의 주면마찰 전단저항력과 사면안전율과의 상관관계 등에 대한 자료와 측정대상 지반의 상태에 대한 측정값을 비교분석한 후 이를 바탕으로 사면안전율을 결정한다.
동작 모드 결정부(340)는 결정된 사면안전율과 미리 설정된 목표값을 비교하여 복합 사면의 위험성 여부를 판단하여 센서노드의 동작 모드를 결정한다. 즉, 위험한 것으로 판단될 경우, 동작 모드를 정밀 모드로 결정한다. 여기서, 정밀 모드란 센서 노드의 센싱 빈도를 높여 산사태 및 낙석과 관련된 지반상황정보를 더욱 면밀하게 계측하는 것으로, 고 샘플링 센서(112)가 동작되도록 하는 것이다.
동작 모드 제어 정보 전송부(350)는 결정된 동작 모드에 따른 제어 정보를 통신부(310)를 통해 게이트웨이(200)로 전송한다.
한편, 분석 서버(300)는 복합 사면의 위험성이 높은 것으로 판단되는 경우, 산사태 및 낙석 발생에 대한 위험을 알리는 경보신호를 발생시킨다. 즉, 경보기(미도시)가 경보음을 울릴 수 있도록 하거나, 경보신호를 통신망을 통해 사용자 단말로 전송하여 사용자가 산사태 및 낙석에 대한 위험을 인지할 수 있도록 한다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 네트워크 기반 복합 사면 감시 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 센서 노드(100), 게이트웨이(200) 및 분석 서버(300)는 각각 자신의 초기화를 수행하고 동작을 수행하기 시작한다. 이러한 초기화를 통해 센서노드(100), 게이트웨이(200) 및 분석 서버(300)는 유무선 네트워크(저전력 저속통신, 고속통신, 유선망연동 등)를 통한 데이터 전송 가능 상태가 된다.
센서 노드(100)는 초기에는 610 단계에서 제 1 센싱 빈도로 센싱된 센싱 데이터를 획득한다. 즉, 저 샘플링 센서(Low sampling sensor)(111)를 이용해 센싱 데이터를 획득한다. 센서 노드(100)는 620 단계에서 소정 시간동안 획득한 제 1 센싱 빈도의 센싱 데이터들을 전송 가능한 데이터 형태로 취합 및 변환한다. 그리고, 센서 노드(100)는 630 단계에서 센싱 데이터를 게이트웨이(200)까지 전송한다. 이때, 저전력 저속 무선 통신 방식으로 센싱 데이터가 전송된다.
그러면, 게이트웨이(200)는 640 단계에서 수신된 센싱 데이터를 병합 및 프로세싱하여, 650 단계에서 분석 서버(300)로 전송한다.
분석 서버(300)는 660 단계에서 게이트웨이(200)로부터 전송된 센싱 데이터를 수신하여 DB(320)에 저장한다. 그리고, 분석 서버(300)는 670 단계에서 저장된 센싱 데이터를 분석하여, 게이트웨이(200)를 통해 센서 노드들(100)로부터 전송되는 센싱 데이터를 분석하고, 분석 결과에 따라 동작 모드를 결정한다. 즉, 분석 서버(300)는 센서노드(100)로부터 측정대상 지역의 지반상황 정보를 수신하고, 지반상황 정보를 바탕으로 산사태 및 낙석이 발생할 가능성이 있는지 여부를 판단한다. 이때, 분석 서버(300)는 미리 저장되어있는 측정대상지역의 강우량과 사면안전율과의 상관관계, 가속도와 산사태 발생여부 사이의 상관관계, 측정대상 지반의 주면마찰 전단저항력과 사면안전율과의 상관관계 등에 대한 자료와 측정대상 지반의 상태에 대한 측정값을 비교분석한 후 이를 바탕으로 사면안전율을 결정한다.
또한, 분석 서버(300)는 결정된 사면안전율과 미리 설정된 목표값을 비교하여 복합 사면의 위험성 여부를 판단하여 센서노드의 동작 모드를 결정한다. 즉, 위험한 것으로 판단될 경우 동작 모드가 정밀 모드로 결정되고, 위험하지 않은 것으로 판단될 경우 동작 모드가 정상 모드로 결정된다.
분석 서버(300)는 690 단계에서 결정된 동작 모드에 따른 제어 정보를 게이트웨이(200)로 전송한다. 그러면, 게이트웨이(200)는 690 단계에서 동작 모드 제어 정보를 해당 센서 노드(100)로 전송한다.
센서 노드(100)는 700 단계에서 동작 모드 제어 정보를 수신한다. 그리고, 710 단계에서 센서 노드(100)는 동작 모드가 정밀 모드인지를 판단한다.
710 단계의 판단 결과 동작 모드가 정상 모드일 경우, 센서 노드(100)는 610 단계로 진행한다.
그러나, 710 단계의 판단 결과 동작 모드가 정밀 모드일 경우, 센서 노드(100)는 720 단계에서 정밀 모드로 동작모드를 설정한다. 즉, 정밀 모드에서는 모든 센서에 대한 센싱 데이터를 획득하는데, 특히 정밀 분석이 필요한 센서에 대한 소정 임계치보다 고속 샘플링을 수행한다.
그리고, 730 단계에서 센서 노드(100)는 센싱 데이터를 처리한다. 이때, 센서노드(100)에의 정밀 제어부(137)는 고 샘플링 센서(112)로부터 센싱 데이터를 획득하여, 직접 주파수 분석 등의 정밀 분석을 수행하여 위험 여부를 판단한다. 이를 통해, 분석 서버(300)에서의 정밀 분석 동작이 생략되고, 센서 노드(100)에서 분석 서버(300)로 전송되는 데이터량도 줄어들게 된다.
센서 노드는 740 단계에서 정밀 모드에서 획득된 센싱 데이터를 소정 임계치보다 고속 통신으로 게이트웨이(200)를 거쳐 분석 서버(300)로 전송되도록 한다. 이후에는 640 단계 내지 690 단계가 수행된다.

Claims (17)

  1. 센서 노드에서의 무선 네트워크 기반 복합 사면 감시 방법에 있어서,
    복합 사면의 위험성 판단을 위한 소정 임계치보다 작은 제 1 센싱 빈도의 센싱 데이터를 획득하는 단계와,
    게이트웨이를 통해 분석 서버로 소정 임계치보다 저속의 통신을 이용하여 상기 제 1 센싱 빈도의 센싱 데이터를 전송하는 단계와,
    상기 게이트웨이를 통해 상기 분석 서버로부터 수신된 동작 모드 제어 정보가 정밀 모드일 경우, 복합 사면의 위험성 판단을 위한 소정 임계치보다 큰 제 2 센싱 빈도의 센싱 데이터를 획득하는 단계와,
    상기 게이트웨이를 통해 상기 분석 서버로 소정 임계치보다 고속의 통신을 이용하여 상기 제 2 센싱 빈도의 센싱 데이터를 전송하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 무선 네트워크 기반 복합 사면 감시 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 센싱 빈도의 센싱 데이터를 전송하는 단계는
    소정 임계치보다 적은 전력을 이용하여 전송함을 특징으로 하는 무선 네트워크 기반 복합 사면 감시 방법.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 센싱 빈도의 센싱 데이터를 분석하여 복합 사면의 위험성 여부를 판단하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 무선 네트워크 기반 복합 사면 감시 방법.
  5. 분석 서버에서의 무선 네트워크 기반 복합 사면 감시 방법에 있어서,
    하나 이상의 센서 노드들로부터 전송된 센싱 데이터를 분석하는 단계와,
    분석 결과에 따라 복합 사면의 위험성 판단을 판단하는 단계와,
    상기 판단 결과에 따라 상기 센서노드의 동작 모드를 정상 모드 또는 정밀 모드 중 하나로 결정하는 단계와,
    결정된 동작 모드에 따른 제어 정보를 게이트웨이를 통하여 상기 센서 노드로 전송하는 단계를 포함하되,
    상기 정상 모드에서는 상기 센서 노드가 복합 사면의 위험성 판단을 위한 소정 임계치보다 작은 제 1 센싱 빈도의 센싱 데이터를 획득하여, 게이트웨이를 통해 분석 서버로 소정 임계치보다 저속의 통신을 이용하여 상기 제 1 센싱 빈도의 센싱 데이터를 전송하고,
    상기 정밀 모드에서는 상기 센서 노드가 상기 게이트웨이를 통해 상기 분석 서버로부터 수신된 동작 모드 제어 정보가 정밀 모드일 경우, 복합 사면의 위험성 판단을 위한 소정 임계치보다 큰 제 2 센싱 빈도의 센싱 데이터를 획득하여, 상기 게이트웨이를 통해 상기 분석 서버로 소정 임계치보다 고속의 통신을 이용하여 상기 제 2 센싱 빈도의 센싱 데이터를 전송함을 특징으로 하는 무선 네트워크 기반 복합 사면 감시 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 센싱 데이터를 데이터베이스에 저장하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 무선 네트워크 기반 복합 사면 감시 방법.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 동작 모드를 결정하는 단계는
    사면 안전률이 소정 임계치보다 낮을 경우, 동작 모드를 정밀 모드로 결정함을 특징으로 하는 무선 네트워크 기반 복합 사면 감시 방법.
  8. 무선 통신부와,
    소정 임계치보다 작은 제 1 센싱 빈도로 복합 사면의 위험성 판단을 위한 센싱 데이터를 획득하는 하나 이상의 저 샘플링 센서들과,
    소정 임계치보다 큰 제 2 센싱 빈도로 상기 복합 사면의 위험성 판단을 위한 센싱 데이터를 획득하는 하나 이상의 고 샘플링 센서들과,
    소정 임계치보다 적은 전력의 근거리 무선 네트워크로 멀티홉 통신을 통하여 게이트웨이로 센싱 데이터를 소정 임계치보다 저속의 통신으로 전송하는 저속 통신부와,
    고 샘플링 센서의 대용량 센싱 정보를 실시간으로 소정 임계치보다 고속의 통신으로 전송하는 분석 서버로 전송하는 고속 통신부와,
    상기 저 샘플링 센서들에 의한 센싱 데이터를 상기 저속 통신부를 통해 분석 서버에 전송하고, 상기 분석 서버로부터 전송된 동작 모드 제어 정보가 정밀 모드일 경우, 상기 저 샘플링 센서들 및 고 샘플링 센서들 모두로부터 센싱 데이터들을 획득하여 상기 고속 통신부를 통해 상기 분석 서버에 전송하도록 제어하는 제어부를 포함함을 특징으로 하는 센서 노드.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 저 샘플링 센서들은
    토양 수분 측정 센서, 기울기 측정 센서, 지온 측정 센서, 토석류 분석 센서, 유량 감지 센서 중 적어도 하나 이상을 포함함을 특징으로 하는 센서 노드.
  10. 제 8항에 있어서, 상기 고 샘플링 센서들은
    지표면의 진동을 감지하는 진동 센서, 지하 유수음을 탐지하는 음향센서 및 산지토사 붕괴에 의한 파열음을 탐지하는 음향센서 들 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 노드.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제 8항에 있어서,
    상기 동작 모드에 따라, 상기 저 샘플링 센서 및 저속 통신부에는 소정 임계치보다 적은 전력이 인가되도록 하고, 상기 고 샘플링 센서 및 상기 고속 통신부에는 소정 임계치보다 큰 전력이 인가되도록 제어하는 전력 조절부를 포함함을 특징으로 하는 센서 노드.
  14. 제 8항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 고 샘플링 센서로부터 센싱 데이터를 획득하여, 정밀 분석을 수행하여 복합 사면의 위험성 여부를 판단함을 특징을 하는 센서 노드.
  15. 통신부와,
    하나 이상의 센서 노드들로부터 전송된 센싱 데이터를 분석하는 데이터 분석부와,
    상기 분석 결과에 따라 복합 사면의 위험성 여부를 판단하여 상기 센서노드의 동작 모드를 정상 모드 또는 정밀 모드 중 하나로 결정하는 동작 모드 결정부와,
    결정된 동작 모드에 따른 제어 정보를 게이트웨이를 통하여 상기 센서 노드로 전송하는 동작 모드 제어 정보 전송부를 포함하되,
    상기 정상 모드에서는 상기 센서 노드가 복합 사면의 위험성 판단을 위한 소정 임계치보다 작은 제 1 센싱 빈도의 센싱 데이터를 획득하여, 게이트웨이를 통해 분석 서버로 소정 임계치보다 저속의 통신을 이용하여 상기 제 1 센싱 빈도의 센싱 데이터를 전송하고,
    상기 정밀 모드에서는 상기 센서 노드가 상기 게이트웨이를 통해 상기 분석 서버로부터 수신된 동작 모드 제어 정보가 정밀 모드일 경우, 복합 사면의 위험성 판단을 위한 소정 임계치보다 큰 제 2 센싱 빈도의 센싱 데이터를 획득하여, 상기 게이트웨이를 통해 상기 분석 서버로 소정 임계치보다 고속의 통신을 이용하여 상기 제 2 센싱 빈도의 센싱 데이터를 전송함을 특징으로 하는 분석 서버.
  16. 제 15항에 있어서,
    전송된 센싱 데이터를 저장하는 데이터베이스를 더 포함함을 특징으로 하는 분석 서버.
  17. 제 15항에 있어서, 상기 동작 모드를 결정하는 단계는
    사면 안전률이 소정 임계치보다 낮을 경우, 상기 동작 모드를 정밀 모드로 결정함을 특징으로 하는 분석 서버.
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