KR101711232B1 - 실시간 수질 감시 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

실시간으로 수질을 감시하는 장치 및 방법이 개시된다.
실시간 수질 감시 장치는 수질 다항목 정보 중에서 용존성 비반응 물질(dissolved nonreactive material)로 가정할 수 있는 물질을 선택하는 정보 선택부; 및 선택한 물질의 정보를 오염치 관리 구간과 비교하여 센서가 설치된 장소의 수질을 감시하는 수질 감시부를 포함할 수 있다.

Description

실시간 수질 감시 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MONITORING REAL TIME WATER QUALITY}
본 발명은 실시간으로 수질을 감시하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수질 센서가 설치된 장소에 대응하는 오염치 관리 구간을 해당 오염치 관리 구간에 대응하는 물질의 농도와 비교함으로써, 수질 센서가 설치된 장소에 최적화된 방법으로 수질을 감시하는 실시간 수질 감시 장치 및 방법에 관한 것이다.
환경 오염이 증가함에 따라 하천, 강, 호수 및 바다와 같은 수 환경에서 수질을 예측하고 현재의 수질 분포 현황을 모니터링 하는 기술이 발전하고 있다.
수질 항목 중에서 총인과 총질소는 실시간 센서로 측정이 불가능한 수질 항목이다. 이때, 인과 질소는 다른 물질로 변화하거나 발생, 또는 소멸하지 않으므로 부영양화(eutrophication)의 척도 및 적조(algal bloom) 발생의 제한요소(limit factor)로 작용하는 매우 중요한 인자이다.
그러나, 수환경에 따라서는 오염 여부를 판단하기 위하여 필요한 물질의 종류가 다르므로, 수질 감시 방법도 수환경에 따라 변경될 수 있다.
따라서, 수질을 감시하는 장소에 따라 최적화된 방법으로 수질을 감시하는 방법이 요청되고 있다.
본 발명은 수질 센서가 설치된 장소에 최적화된 방법으로 수질을 감시할 수 있는 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 실시간 수질 감시 장치는 수질 다항목 정보 중에서 용존성 비반응 물질(dissolved nonreactive material)로 가정할 수 있는 물질을 선택하는 정보 선택부; 및 선택한 물질의 정보를 오염치 관리 구간과 비교하여 센서가 설치된 장소의 수질을 감시하는 수질 감시부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 실시간 수질 감시 장치의 정보 선택부는 수질 다항목 정보를 기초로 추정한 총인 또는 총질소를 용존성 비반응 물질로 가정할 수 있는 물질로 선택할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 실시간 수질 감시 장치의 정보 선택부는 수질 다항목 정보 중에서 물리적인 변화에 비해 반응 속도가 작은 물질을 용존성 비반응 물질로 가정할 수 있는 물질로 선택할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 실시간 수질 감시 방법은 수질 다항목 정보 중에서 용존성 비반응 물질(dissolved nonreactive material)로 가정할 수 있는 물질을 선택하는 단계; 및
선택한 물질의 정보를 오염치 관리 구간과 비교하여 센서가 설치된 장소의 수질을 감시하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 용존성 비반응 물질로 가정 또는 생물/화학적 반응속도에 비해 물리적 반응이 현저히 큰 환경에서 소프트웨어 센서 기능을 통해 측정한 물질의 농도를 해당 물질의 오염치 관리 구간과 비교하여 수질을 감시함으로써, 실시간으로 수질을 감시할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 의하면, 수질 센서가 설치된 장소에 대응하는 오염치 관리 구간을 해당 오염치 관리 구간에 대응하는 물질의 농도와 비교함으로써, 수질 센서가 설치된 장소에 최적화된 방법으로 수질을 감시할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 실시간 수질 감시 장치가 포함된 수질 감시 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 실시간 수질 감시 장치를 도시한 블록 다이어그램이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 실시간 수질 감시 방법을 도시한 플로우차트이다.
도 4은 본 발명의 일실시예에 따른 총인 또는 총질소 추정 방법을 도시한 플로우차트이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 발명의 일실시예에 따른 실시간 수질 감시 방법은 실시간 수질 감시 장치에 의해 수행될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 실시간 수질 감시 장치가 포함된 수질 감시 시스템을 나타내는 도면이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 수질 감시 시스템은 실시간 수질 감시 장치(100)와 복수의 수질 센서(110)를 포함할 수 있다.
수질 센서(110)는 자신이 설치된 장소의 수질 다항목을 측정하여 실시간 수질 감시 장치(100)로 전송할 수 있다. 이때, 수질 다항목은 수질 센서가 실시간으로 측정이 가능한 수질항목이며, 수온, 전기전도도, 용존산소, 수소이온농도, 산화환원준위, 탁도, 엽록소 및 질산성질소, 암모니아성 질소를 포함할 수 있다.
실시간 수질 감시 장치(100)는 복수의 수질 센서(110)가 측정한 수질 다항목 정보 중에서 용존성 비반응 물질(dissolved nonreactive material)로 가정할 수 있는 물질의 농도를 오염치 관리 구간과 비교함으로써, 수질 센서(110)들이 설치된 장소의 수질을 감시할 수 있다.
이때, 실시간 수질 감시 장치(100)는 복수의 물질들의 오염치 관리 구간을 저장하고, 수질 센서(110)가 설치된 장소에 따라 각각 다른 물질을 해당 물질의 오염치 관리 구간과 비교하여 수질을 감시할 수 있다.
예를 들어, 실시간 수질 감시 장치(100)는 하천(120)이나 바다(130)에 설치된 수질 센서(110)는 총인을 총인의 오염치 관리 구간과 비교하여 수질을 감시하고, 호수(140)에 설치된 수질 센서(110)는 총인과 총질소를 총인의 오염치 관리 구간과 총질소의 오염치 관리 구간가 모두 비교하여 수질을 감시할 수 있다. 이때, 실시간 수질 감시 장치(100)는 호수(140)에 설치된 수질 센서(110)로부터 수신한 수질 다항목으로 추정한 총인과 총질소 중 적어도 하나가 총인의 오염치 관리 구간과 총질소의 오염치 관리 구간보다 큰 경우, 호수(140)가 오염된 것으로 판단할 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 수질 감시 시스템은 수질 센서(110)가 설치된 장소에 대응하는 오염치 관리 구간을 해당 오염치 관리 구간에 대응하는 물질의 농도와 비교함으로써, 수질 센서(110)가 설치된 장소에 최적화된 방법으로 수질을 감시할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 실시간 수질 감시 장치(100)를 도시한 블록 다이어그램이다.
도 2을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 실시간 수질 감시 장치(100)는 수질 다항목 수신부(210), 항목 추출부(220), 기간 선택부(230), 총인/총질소 추정부(240), 정보 선택부(250) 및 수질 감시부(260)를 포함할 수 있다.
수질 다항목 수신부(210)는 복수의 수질 센서(110)들로부터 수질 센서(110)들이 측정한 수질 다항목을 수신할 수 있다.
항목 추출부(220)는 분산 분석으로 수질 다항목 수신부(210)가 수신한 수질 다항목 중에서 회귀 모형의 결정 계수(determination coefficient) 값을 증가 또는 유지시키는 항목을 추출할 수 있다. 이때, 항목 추출부(220)가 추출한 항목은 수질 다항목 중 총인, 또는 총질소의 농도와 관련된 항목일 수 있다.
기간 선택부(230)는 시계열 분석으로 회귀 모형의 결정 계수 및 회귀 모형 정확도가 가장 큰 기간을 선택할 수 있다.
총인/총질소 추정부(240)는 회귀 모형에 항목 추출부(220)가 추출한 항목과 기간 선택부(230)가 선택한 기간을 적용하여 수질 센서(110)가 설치된 장소의 총인, 또는 총질소를 추정할 수 있다. 또한, 총인/총질소 추정부(240)는 주기적으로 사용자가 수동으로 분석하거나, 자동 측정소에서 시료를 사용하여 측정한 총인 실측 정보, 또는 총질소 실측 정보를 사용하여 회귀 모형을 갱신함으로써, 수질 센서(110)가 설치된 장소의 수질 특성을 반영할 수 있다.
정보 선택부(250)는 수질 다항목 정보 중에서 용존성 비반응 물질(dissolved nonreactive material)로 가정할 수 있는 물질을 선택할 수 있다.
이때, 정보 선택부(250)가 용존성 비반응물질(dissolved nonreactive material)로 가정할 수 있는 물질로 선택한 물질은 총인/총질소 추정부(240)가 추정한 총인, 또는 총질소 및 수질 다항목 수신부(210)가 수신한 수질 다항목 중에서 물리적인 변화에 비해 반응 속도가 작은 물질들 중 적어도 하나일 수 있다.
수질 감시부(260)는 선택한 물질의 정보를 오염치 관리 구간과 비교하여 센서가 설치된 장소의 수질을 감시할 수 있다.
이때, 수질 감시부(260)는 항목 추출부(220)가 추출한 항목 중 적어도 하나에 이상치(outlier)가 발생하는 경우, 이상치가 발생한 수질 다항목을 전송한 수질 센서(110)가 설치된 장소의 수질이 오염된 것으로 판단할 수 있다. 즉, 수질 감시부(260)는 수질 다항목 중 총인, 또는 총질소의 농도와 관련된 항목 중 적어도 하나에 이상치(outlier)가 발생하는 경우, 이상치가 발생한 수질 다항목을 전송한 수질 센서(110)가 설치된 장소에 총인과 총질소의 오염이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 실시간 수질 감시 방법을 도시한 플로우차트이다.
단계(S310)에서 수질 다항목 수신부(210)는 복수의 수질 센서(110)들로부터 수질 센서(110)들이 측정한 수질 다항목을 수신할 수 있다.
단계(S320)에서 정보 선택부(250)는 단계(S410)에서 수신한 수질 다항목 정보 중에서 용존성 비반응 물질(dissolved nonreactive material)로 가정할 수 있는 물질을 선택할 수 있다.
이때, 정보 선택부(250)가 용존성 비반응물질(dissolved nonreactive material)로 가정할 수 있는 물질로 선택한 물질은 총인/총질소 추정부(240)가 추정한 총인, 또는 총질소 및 수질 다항목 수신부(210)가 수신한 수질 다항목 중에서 물리적인 변화에 비해 반응 속도가 작은 물질들 중 적어도 하나일 수 있다.
단계(S330)에서 수질 감시부(260)는 단계(S320)에서 선택한 물질의 농도가 오염치 관리 구간보다 큰지 여부를 비교할 수 있다. 이때, 수질 감시부(260)는 단계(S320)에서 선택한 물질의 농도가 오염치 관리 구간의 최대 값보다 작은 경우, 단계(S310)을 수행하여 새로운 수질 다항목을 수신할 수 있다.
단계(S340)에서 수질 감시부(260)는 단계(S330)에서 물질의 농도가 오염치 관리 구간의 최대 값보다 큰 것으로 판단한 경우, 해당 수질 다항목을 전송한 수질 센서(110)가 설치된 장소의 수질이 오염된 것으로 판단하고, 사용자 또는 관리자에게 수질 오염을 알릴 수 있다. 이때, 수질 감시부(260)는 경고 메시지, 경고음, 경과 램프 기동과 같은 방법으로 수질 오염을 알릴 수 있다.
도 4은 본 발명의 일실시예에 따른 총인 또는 총질소 추정 방법을 도시한 플로우차트이다.
도 4는 단계(S320)에서 정보 선택부(250)가 총인 또는 총질소를 용존성 비반응 물질(dissolved nonreactive material)로 가정할 수 있는 물질로 선택한 경우 수행될 수 있다. 또한, 도 3의 방법과 독립적으로 수행되며, 정보 선택부에 추정한 총인, 또는 총질소를 제공할 수도 있다.
단계(S410)에서 수질 다항목 수신부(210)는 복수의 수질 센서(110)들로부터 수질 센서(110)들이 측정한 수질 다항목을 수신할 수 있다.
단계(S420)에서 항목 추출부(220)는 분산 분석으로 단계(S410)에서 수신한 수질 다항목 중에서 회귀 모형의 결정 계수(determination coefficient) 값을 증가 또는 유지시키는 항목을 추출할 수 있다. 이때, 항목 추출부(220)가 추출한 항목은 수질 다항목 중 총인, 또는 총질소의 농도와 관련된 항목일 수 있다.
단계(S430)에서 기간 선택부(230)는 시계열 분석으로 회귀 모형의 결정 계수 및 회귀 모형 정확도가 가장 큰 기간을 선택할 수 있다.
단계(S440)에서 총인/총질소 추정부(240)는 회귀 모형에 항목 추출부(220)가 추출한 항목과 기간 선택부(230)가 선택한 기간을 적용하여 수질 센서(110)가 설치된 장소의 총인, 또는 총질소를 추정할 수 있다.
단계(S450)에서 총인/총질소 추정부(240)는 주기적으로 사용자가 수동으로 분석하거나, 자동 측정소에서 시료를 사용하여 측정한 총인 실측 정보, 또는 총질소 실측 정보를 사용하여 회귀 모형을 갱신할 수 있다.
본 발명은 용존성 비반응 물질로 가정할 수 있는 물질의 농도를 해당 물질의 오염치 관리 구간과 비교하여 수질을 감시함으로써, 실시간으로 수질을 감시할 수 있다.
또한, 본 발명은 수질 센서(110)가 설치된 장소에 대응하는 오염치 관리 구간을 해당 오염치 관리 구간에 대응하는 물질의 농도와 비교함으로써, 수질 센서(110)가 설치된 장소에 최적화된 방법으로 수질을 감시할 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 실시간 수질 감시 장치
110: 수질 센서

Claims (10)

  1. 복수의 서로 다른 위치에 설치된 수질 센서들로부터 각각 수신한 수질 다항목 정보 중에서 물리적인 변화에 비해 반응 속도가 작은 물질을 용존성 비반응 물질(dissolved nonreactive material)로 가정할 수 있는 물질로 선택하는 정보 선택부; 및
    선택한 물질의 정보를 오염치 관리 구간과 비교하여 센서가 설치된 장소의 수질을 감시하는 수질 감시부
    를 포함하고,
    상기 수질 감시부는,
    상기 수질 센서들 중에서 하천, 또는 바다에 설치된 수질 센서로부터 수신한 수질 다항목 정보 중 총인을 총인의 오염치 관리 구간과 비교하여 하천, 또는 바다의 수질을 감시하고,
    상기 수질 센서들 중에서 호수에 설치된 수질 센서로부터 수신한 수질 다항목 정보 중 총인과 총질소를 총인의 오염치 관리 구간과 총질소의 오염치 관리 구간과 모두 비교하여 수질을 호수의 수질을 감시하는 실시간 수질 감시 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 정보 선택부는,
    수질 다항목 정보를 기초로 추정한 총인 또는 총질소를 용존성 비반응 물질로 가정할 수 있는 물질로 선택하는 것을 특징으로 하는 실시간 수질 감시 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    분산 분석으로 수질 다항목 정보 중에서 회귀 모형의 결정 계수 값을 증가 또는 유지시키는 항목을 추출하는 항목 추출부;
    시계열 분석으로 회귀 모형의 결정 계수 및 회귀 모형 정확도가 가장 큰 기간 선택하는 기간 선택부;
    회귀 모델에 추출한 항목과 선택한 기간을 적용하여 수질 센서가 설치된 장소의 총인, 또는 총질소를 추정하는 총인/총질소 추정부
    를 더 포함하는 실시간 수질 감시 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 수질 감시부는,
    추출한 항목 중 적어도 하나에 이상치(outlier)가 발생하는 경우, 수질 센서가 설치된 장소의 수질이 오염된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 실시간 수질 감시 장치.
  5. 삭제
  6. 복수의 서로 다른 위치에 설치된 수질 센서들로부터 각각 수신한 수질 다항목 정보 중에서 물리적인 변화에 비해 반응 속도가 작은 물질을 용존성 비반응 물질(dissolved nonreactive material)로 가정할 수 있는 물질로 선택하는 단계; 및
    선택한 물질의 정보를 오염치 관리 구간과 비교하여 센서가 설치된 장소의 수질을 감시하는 단계
    를 포함하고,
    상기 감시하는 단계는,
    상기 수질 센서들 중에서 하천, 또는 바다에 설치된 수질 센서로부터 수신한 수질 다항목 정보 중 총인을 총인의 오염치 관리 구간과 비교하여 하천, 또는 바다의 수질을 감시하고,
    상기 수질 센서들 중에서 호수에 설치된 수질 센서로부터 수신한 수질 다항목 정보 중 총인과 총질소를 총인의 오염치 관리 구간과 총질소의 오염치 관리 구간과 모두 비교하여 수질을 호수의 수질을 감시하는 실시간 수질 감시 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 물질을 선택하는 단계는,
    수질 다항목 정보를 기초로 추정한 총인 또는 총질소를 용존성 비반응 물질로 가정할 수 있는 물질로 선택하는 것을 특징으로 하는 실시간 수질 감시 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    분산 분석으로 수질 다항목 정보 중에서 회귀 모형의 결정 계수 값을 증가 또는 유지시키는 항목을 추출하는 단계;
    시계열 분석으로 회귀 모형의 결정 계수 및 회귀 모형 정확도가 가장 큰 기간 선택하는 단계;
    회귀 모델에 추출한 항목과 선택한 기간을 적용하여 수질 센서가 설치된 장소의 총인, 또는 총질소를 추정하는 단계
    를 더 포함하는 실시간 수질 감시 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 수질을 감시하는 단계는,
    추출한 항목 중 적어도 하나에 이상치(outlier)가 발생하는 경우, 수질 센서가 설치된 장소의 수질이 오염된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 실시간 수질 감시 방법.
  10. 삭제
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