KR101880472B1 - LPWA(Low-Power Wide-Area) 네트워크 기반의 지하시설물 상태 모니터링을 위한 맨홀 커버 - Google Patents

LPWA(Low-Power Wide-Area) 네트워크 기반의 지하시설물 상태 모니터링을 위한 맨홀 커버 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 저전력 광대역 통신 네트워크(LPWAN: Low-Power Wide-Area Network) 기반의 지하시설물 상태를 모니터링 하기 위한 맨홀 커버에 있어서, 맨홀 커버의 상단에 LPWA 네트워크에 따라 지하시설물 상태를 센싱하는 센서 장치의 센서 정보를 모니터링 서버에 송신하기 위한 안테나가 배치될 수 있는 공간을 포함하고, 맨홀 커버의 하단은, 센서 장치로부터 유선 통신 또는 무선 통신에 따라 센서 정보를 수집할 수 있는 매립형의 통신 장치가 배치될 수 있고, 공간의 하단에 안테나와 통신 장치가 연결될 수 있는 홀이 구비될 수 있다.

Description

LPWA(Low-Power Wide-Area) 네트워크 기반의 지하시설물 상태 모니터링을 위한 맨홀 커버{MANHOLE COVER FOR MONITORING UNDERGROUND FACILITY BASED ON LPWAN}
본 발명은 LPWAN(Low-Power Wide-Area Network) 기반의 지하시설물 상태 모니터링을 위한 맨홀 커버에 관한 것이다.
일반적인 맨홀 관리 방법은 작업자가 주기적으로 맨홀을 방문하여 내부를 직접 점검하는 것이므로 유지 비용이 높고, 작업자가 맨홀 내부에서 작업 중 사고를 당할 위험이 있다.
센서를 이용하여 맨홀 내부 상태를 확인하는 방법이 사용되기도 하지만, 맨홀 커버는 재질상 전기/전파를 차단하므로 맨홀 내부에 설치한 센서의 측정 결과를 수집하기 위해서는 작업자가 맨홀 커버를 열고 전파 차단을 해제한 후 센서 측정 결과를 수집해야 한다. 이 경우 인사 사고 위험은 줄일 수 있지만 유지 비용이 여전히 높다는 문제점이 있다.
또한, 종래의 스마트 빌딩에서 이용되는 M2M/IoT 기반 하수도 맨홀 모니터링 시스템은 하수관 속을 흐르는 물의 양의 변화를 모니터링할 수 있으나, 유선 통신망을 사용하고 있으므로, 설치 및 통신망에 장애 발생시 복구가 어려운 실정이다.
따라서, 무선으로 맨홀의 상태를 모니터링할 수 있는 방법이 요구되고 있다.
본 발명은 센서 장치, 통신 장치 및 안테나를 포함하는 맨홀 커버를 이용하여 맨홀 내부 상태를 모니터링하고, 모니터링 결과를 무선으로 전송함으로써, 사용자의 방문 없이도 맨홀 내부 상태를 확인하는 시스템 및 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 저전력 광대역 통신 네트워크(LPWAN: Low-Power Wide-Area Network) 기반의 지하시설물 상태를 모니터링 하기 위한 맨홀 커버에 있어서, 맨홀 커버의 상단에 LPWA 네트워크에 따라 지하시설물 상태를 센싱하는 센서 장치의 센서 정보를 모니터링 서버에 송신하기 위한 안테나가 배치될 수 있는 공간을 포함하고, 맨홀 커버의 하단은, 센서 장치로부터 유선 통신 또는 무선 통신에 따라 센서 정보를 수집할 수 있는 매립형의 통신 장치가 배치될 수 있고, 공간의 하단에 안테나와 통신 장치가 연결될 수 있는 홀이 구비될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 맨홀 커버에 있어서, 공간은, 상기 맨홀 커버의 상단 중앙 또는 상단 측면에 음각 형태로 배치될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 맨홀 커버에 있어서, 공간은, 상기 맨홀 커버의 외부와 차단하기 위한 보호판에 의해 폐쇄될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 맨홀 커버에 있어서, 홀은, 상기 지하시설물 상태를 센싱하는 센서 장치가 수집한 센서 정보를 유선 통신 또는 무선 통신에 따라 상기 안테나로 전달하기 위해 상기 맨홀 커버를 관통하는 캐비티 구조로 구성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 맨홀 커버에 있어서, 맨홀 구조의 상단 또는 하단은, 복수의 격자들로 구성된 격자 플레이트 구조로 구성되고, 통신 장치는, 상기 맨홀 구조의 하단에 구성된 상기 복수의 격자들 중 어느 하나의 격자에 매립될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 맨홀 커버에 있어서, 격자 플레이트 구조는, 복수의 격자가 서로 교차하는 형태로 구성되는 교차형 격자 플레이트 구조나, 상기 격자 플레이트 구조가 밀폐되는 형태로 구성되는 볼록형 격자 플레이트 구조를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 맨홀 커버에 있어서, 통신 장치는, 격자의 사이즈에 대응하고, 맨홀 커버의 외부에서 발생되는 물리적 영향을 차단하기 위한 DCU(Data Concentrator Unit) 케이스에 탑재될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 맨홀 커버에 있어서, DCU 케이스는, 상기 맨홀 커버의 하단에 밀봉될 수 있으며, 상기 DCU 케이스 내에 탑재된 통신 장치를 관리하기 위해 개방형으로 탑재될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 맨홀 커버에 있어서, 안테나는, 다층 패턴 레이어 구조의 LPWA 전용 안테나로써, 통신 신호를 전방향성 방사 형태로 저전력 광대역 통신 네트워크의 기지국에 송신할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 맨홀 커버에 있어서, 맨홀 커버의 기울기를 측정할 수 있는 기울기 센서가 상기 맨홀 커버의 하단에 배치될 수 있고, 상기 기울기 센서는, 상기 맨홀 커버의 일부 또는 전부가 맨홀로부터 이탈되는지 여부를 판단할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 맨홀 커버에 있어서, 매립형의 통신 장치는, RF 통신, 블루투스(BLE) 또는 지그비(ZigBee)를 포함하는 무선 통신 방식을 통해 지하시설물의 상태를 센싱하는 센서 장치(130)와 통신할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 맨홀 커버에 있어서, 맨홀 커버의 상단에 배치된 공간은, 상기 맨홀 커버의 외부로부터 가해진 힘 또는 외부로부터 유입되는 물질로부터 상기 안테나를 보호하기 위한 완충재로 채워질 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 저전력 광대역 통신 네트워크(LPWAN: Low-Power Wide-Area Network) 기반의 맨홀 커버를 이용하여 지하시설물의 상태를 모니터링하는 방법에 있어서, 상기 LPWA 네트워크에 따라 지하시설물 상태를 센싱하는 적어도 하나의 센서 장치로부터 상기 지하시설물에 대한 센서 정보를 수신하는 단계, 상기 수신된 센서 정보를 기초로 상기 지하시설물 상태를 판단하는 단계 및 상기 판단된 결과를 모니터링 서버로 송신하는 단계를 포함하며, 상기 맨홀 커버는, 상기 맨홀 커버의 상단에 상기 LPWA 네트워크에 따라 지하시설물 상태를 센싱하는 센서 장치의 센서 정보를 모니터링 서버에 송신하기 위한 안테나가 배치될 수 있는 공간을 포함하고, 상기 맨홀 커버의 하단은, 상기 센서 장치로부터 유선 통신 또는 무선 통신에 따라 센서 정보를 수집할 수 있는 매립형의 통신 장치가 배치될 수 있고, 상기 공간의 하단에 상기 안테나와 통신 장치가 연결될 수 있는 홀이 구비될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 저전력 광대역 통신 네트워크(LPWAN: Low-Power Wide-Area Network) 기반의 맨홀 커버를 이용하여 지하시설물의 상태를 모니터링하는 시스템에 있어서, 상기 LPWA 네트워크에 따라 지하시설물 상태를 센싱하는 적어도 하나의 센서 장치, 상기 센서 장치로부터 상기 지하시설물에 대한 센서 정보를 수신하고, 상기 수신된 센서 정보를 기초로 상기 지하시설물의 상태를 판단하며, 상기 판단된 결과를 모니터링 서버로 송신하는 맨홀 커버 및 상기 맨홀 커버로부터 상기 판단된 결과를 수신하고, 수신된 결과에 대응되는 데이터를 출력하는 모니터링 서버를 포함하고, 상기 맨홀 커버는, 상기 맨홀 커버의 상단에 상기 LPWA 네트워크에 따라 지하시설물 상태를 센싱하는 센서 장치의 센서 정보를 모니터링 서버에 송신하기 위한 안테나가 배치될 수 있는 공간을 포함하고, 상기 맨홀 커버의 하단은, 상기 센서 장치로부터 유선 통신 또는 무선 통신에 따라 센서 정보를 수집할 수 있는 매립형의 통신 장치가 배치될 수 있고, 상기 공간의 하단에 상기 안테나와 통신 장치가 연결될 수 있는 홀이 구비될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 맨홀 커버를 이용하여 맨홀 내부 상태를 모니터링하고, 모니터링 결과를 무선으로 서버에 전송함으로써, 사용자의 방문 없이도 맨홀 내부 상태를 확인할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 저전력 광대역 통신 네트워크(LPWAN: Low-Power Wide-Area Network) 기반의 맨홀 커버를 이용하여 지하시설물의 상태를 모니터링하는 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 맨홀 커버의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 맨홀 커버의 상단 구조 및 하단 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 맨홀 커버를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 맨홀 커버를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 맨홀 커버에서 전파를 방사하는 형태를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 맨홀 커버에서 지하시설물을 모니터링 하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 맨홀 커버를 이용하여 지하시설물을 모니터링한 결과를 나타낸 도면이다.
도 9은 본 발명의 일실시예에 따른 맨홀 커버가 맨홀에서 이탈되는지 여부를 감지하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 맨홀 작업자 모니터링 과정을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 맨홀 커버를 이용하여 지하시설물을 모니터링하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 저전력 광대역 통신 네트워크(LPWAN: Low-Power Wide-Area Network) 기반의 맨홀 커버를 이용하여 지하시설물의 상태를 모니터링하는 시스템을 나타내는 도면이다.
일실시예에 따른 저전력 광대역 통신 네트워크 기반의 맨홀 커버(100)는 상단에 LPWA 네트워크(114)에 따라 지하시설물 상태를 센싱하는 센서 장치(130)의 센서 정보를 모니터링 서버(또는 LPWA 기지국, 140)에 송신하기 위한 안테나(110)가 배치될 수 있는 공간을 포함할 수 있다. 맨홀 커버(100)의 하단은, 상기 센서 장치로부터 유선 통신 또는 무선 통신에 따라 센서 정보를 수집할 수 있는 매립형의 통신 장치(120)가 배치될 수 있다.
일실시예에 따른 맨홀 커버(100)에 장착될 수 있는 안테나(110)는 모니터링 서버(또는 LPWA 기지국, 140)와 저전력 광대역 통신 네트워크(LPWAN, 114)를 통해 통신할 수 있다.
일실시예에 따른 맨홀 커버(100)의 하단에 장착될 수 있는 매립형의 통신 장치(120)는 RF 통신, 블루투스(BLE) 또는 지그비(ZigBee)를 포함하는 무선 통신 방식(123)을 통해 지하시설물의 상태를 센싱하는 센서 장치(130)와 통신할 수 있다. 또한, 통신 장치(120)와 센서 장치(130)는 저전력 광대역 통신 네트워크를 통해서도 통신할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 맨홀 커버의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
맨홀 커버(210)의 평면도(201)를 보면, 맨홀 커버(210)는 맨홀 커버의 상단에 LPWA 네트워크에 따라 지하시설물 상태를 센싱하는 센서 장치의 센서 정보를 모니터링 서버에 송신하기 위한 안테나(230)가 배치될 수 있는 공간(220)을 포함할 수 있다.
맨홀 커버(210)의 측면도(202)를 보면, 공간(220)은 맨홀 커버(210)의 상단 중앙 또는 상단 측면에 음각 형태로 구비될 수 있다. 공간(220)은 원기둥 형태로 구비될 수 있으며, 필요에 따라 다각기둥 형태로 구비될 수 있다.
맨홀 커버(210)의 하단에 LPWA 네트워크에 따라 지하시설물 상태를 센싱하는 센서 장치로부터 유선 통신 또는 무선 통신에 따라 센서 정보를 수집할 수 있는 매립형의 통신 장치(232)가 배치될 수 있다.
공간(220)의 하단에 적어도 하나의 홀(240, hole)이 구비될 수 있다. 맨홀 커버(210)에 장착될 수 있는 안테나(230) 및 매립형 통신 장치(232)는 홀(240)을 통해 연결될 수 있다.
맨홀 커버(210)는, 공간(220)에 배치된 안테나(230)를 공간(220) 내측에 고정시키고, 맨홀 커버(210)의 외부로부터 가해진 힘 또는 외부로부터 유입되는 물질로부터 안테나(230)를 보호하기 위한 완충재로 채워질 수 있다. 완충재는 고무, 플라스틱 또는 금속을 이용하여 만들어질 수 있다.
일실시예에 따라, 공간(220)의 개방된 일측면을 덮기 위한 보호판이 구비될 수 있다. 공간(220)의 개방된 상부는 보호판이 맨홀 커버의 외측으로 이탈하지 않도록 홈 형태로 구성될 수 있다. 공간(220)의 개방된 상부는 보호판이 맨홀 커버의 외측면과 동일한 높이를 이루며 공간(220)의 개방된 상부를 덮을 수 있도록 구성될 수 있다.
공간(220)의 하단에 구비된 홀(240)은 맨홀 커버의 상단과 하단을 연결하기 위해 맨홀 커버를 관통하는 캐비티 구조로 구성될 수 있다. 홀(240)을 통해 전선 등이 통과할 수 있으며, 복수의 홀을 구비하여 맨홀 커버(210)의 상단과 하단 간에 무선 통신 또는 유선 통신이 가능하도록 구성될 수 있다.
맨홀 커버(210)의 공간(220) 내측에는 안테나(230)가 배치될 수 있다. 공간(220)에 배치된 안테나(230)를 통해 맨홀 외부에 위치한 모니터링 서버(또는 LPWA 기지국)와 데이터를 주고 받을 수 있다. 또한, 맨홀 커버(210)의 하단에 적어도 하나의 통신 장치(232)가 배치될 수 있다. 공간(220)에 배치된 안테나(230)는 저전력 광대역 통신 기술인 LPWA(Low-Power Wide-Area) 네트워크를 이용하여 모니터링 서버와 통신할 수 있다.
맨홀 커버(210)의 하단에는 센서 장치 또는 통신 장치(232)가 배치될 수 있다. 예를 들어, 맨홀 커버(210)의 하단에 배치된 통신 장치(232)를 통해, 지표면 아래에 존재하는 지하시설물의 상태를 모니터링하는 적어도 하나의 센서 장치로부터 지하시설물에 대한 센서 정보를 수신할 수 있다. 지하시설물의 상태를 모니터링하는 센서 장치는 메탄 가스 측정 센서, 온도 센서 및 수위 측정 센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 맨홀 커버의 상단 구조 및 하단 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3에는 맨홀 커버(300)의 측면도, 맨홀 커버를 상단에서 바라본 평면도(301) 및 맨홀 커버를 하단에서 바라본 저면도(302)가 개시되어 있다.
일실시예에 따른 맨홀 커버(300)는 상단에 상부가 개방된 음각 형태의 공간을 포함할 수 있다. 이러한 음각 형태의 공간에는 안테나(310)가 배치될 수 있다. 안테나(310)는 LPWA 네트워크(114)에 따라 지하시설물 상태를 센싱하는 센서 장치(130)의 센서 정보를 모니터링 서버(또는 LPWA 기지국, 140)에 송신할 수 있다.
안테나(310)가 배치될 수 있는 음각 형태의 공간은 맨홀 커버(300)의 지지 하중, 내구성 및 구축 환경에 따라 상단 중앙 또는 상단 측면에 구비될 수 있다. 또한, 안테나(310)가 배치될 수 있는 공간의 하단에 적어도 하나의 홀(320, hole)이 구비될 수 있다. 맨홀 커버(300)의 상단에 배치될 수 있는 안테나(310) 및 맨홀 커버(300)의 하단에 배치될 수 있는 매립형 통신 장치는 홀(320)을 통해 유선 통신 또는 무선 통신 방식으로 연결될 수 있다.
맨홀 커버(300)의 상단 또는 하단은 복수의 격자들로 구성된 격자형 플레이트 구조(330)로 구성될 수 있다. 격자형 플레이트 구조(330)는 작업의 편의성 및 맨홀 커버(300)의 내구성을 향상시킬 수 있다.
맨홀 커버(300)의 하단은, 센서 장치로부터 유선 통신 또는 무선 통신에 따라 센서 정보를 수집할 수 있는 매립형의 통신 장치가 배치될 수 있다. 이와 같은 매립형의 통신 장치는 맨홀 커버(300)의 하단을 구성하는 복수의 격자들 중 어느 하나의 격자 사이즈에 대응하고, 맨홀 커버(300)의 외부에서 발생되는 물리적 영향을 차단하기 위한 DCU(Data Concentrator Unit) 케이스에 탑재될 수 있다.
일실시예에 따른 DCU 케이스에는 DCU 장치, LPWA 통신 모듈 및 전원을 공급하기 위한 배터리 등을 포함하는 통신 장치가 배치될 수 있다. DCU 케이스에 배치된 통신 장치는 센싱 데이터 수집 정보 및 맨홀 상태 정보를 관리하는데 이용될 수 있다. DCU 케이스는 맨홀 커버(300)와 완전 밀봉 될 수 있다. DCU 케이스는 DCU 장치 및 LPWA 통신 모듈의 상태를 점검하고, 배터리나 부품을 교체하기 위해 개방형으로 탑재될 수 있다.
일실시예에 따른 DCU 케이스 내부에는 맨홀 커버의 상태를 점검할 수 있는 환경 센서가 배치될 수 있다. 예를 들어, 환경 센서는 맨홀 커버의 온도, 맨홀 커버 주변의 습도, DCU 케이스 내부의 온도 또는 습도를 점검할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 맨홀 커버를 나타내는 도면이다.
도 4는 상용화된 맨홀 커버를 나타낸 도면으로서, 상단에 상부가 개방된 음각 형태의 공간(401)을 포함하는 맨홀 커버(400), 음각 형태의 공간에 안테나(411)가 배치된 맨홀 커버(410) 및 음각 형태의 공간을 폐쇄시키는 보호판(421)이 구비된 맨홀 커버(420)를 개시하고 있다.
일실시예에 따른 맨홀 커버의 상단 중앙에 구비된 음각 형태의 공간(401)은, LPWA 캐비티 안테나(411)가 삽입되는 공간으로 이용될 수 있다. 410을 보면, LPWA 캐비티 안테나(411)가 음각 형태의 공간(401)에 배치되어 있다. 맨홀 커버는 음각 형태의 공간(401)에 배치되는 안테나(411)를 외력이나 외부 물질로부터 보호하기 위해 보호판(421)을 구비할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 맨홀 커버를 나타내는 도면이다.
일실시예에 따른 맨홀 커버(510)는 도 5에 도시된 바와 같이 맨홀 커버(510), 통신 장치(520) 및 보호판(530)을 포함할 수 있다.
맨홀 커버(510)는 맨홀을 덮는 뚜껑이며, 도 5에 도시된 바와 같이 상단 중앙에 상부가 개방된 음각 형태의 공간(511)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 맨홀 커버(510)는 LPWA 통신 전용 맨홀 커버로써, 맨홀 커버(510)의 상단 중앙 또는 상단 측면에 구비된 음각 형태의 공간(511)에 LPWA 통신 방식의 안테나를 포함할 수 있다.
안테나(520)는 LPWAN 통신 모듈로 구성될 수 있으며, 맨홀 커버(510)의 일측면에 구비된 공간에 배치될 수 있다. 예를 들어, 안테나(520)는 LPWA 통신 방식으로 외부에 위치한 기지국과 통신할 수 있는 LPWA 캐비티 안테나 일 수 있다. 안테나(520)가 배치되는 공간(511)에는 적어도 하나의 센서가 더 포함될 수 있다. 예를 들어, 맨홀 커버와 맨홀 간의 기울기를 측정할 수 있는 기울기 센서가 포함될 수 있다.
보호판(530)은 맨홀 커버(510)의 일측면에 구비된 공간에 배치된 안테나(520)를 맨홀 커버(510)에 고정시키고, 보호하는 역할을 수행할 수 있다. 보호판(530)은 LPWA 캐비티 안테나(520)를 보호하는 보호커버로써, 보호판(530) 내부에는 LPWA 캐비티 안테나(520)를 포함할 수 있는 공간(531)이 구비될 수 있다. 보호판(530)의 전체적인 형태는 맨홀 커버(510)의 일측면에 구비된 공간에 대응되는 형태로 구성될 수 있다. 도 5의 맨홀 커버(510)는 상단에 원기둥 형태의 공간을 구비하고 있으므로, 보호판(530)의 전체적인 형태 역시 원기둥 형태로 구성될 수 있다. 맨홀 커버(510)의 일측면에 구비된 공간의 형태가 사각기둥 형태인 경우, 보호판(530)의 전체적인 형태 역시 이에 대응하는 사각기둥 형태로 구성될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 맨홀 커버에서 전파를 방사하는 형태를 설명하기 위한 도면이다.
일실시예에 따른 맨홀 커버는 저전력 광대역 통신 네트워크 기반의 안테나를 포함할 수 있다. 안테나는 저전력 광대역 통신 기지국(또는 모니터링 서버)과 저전력 광대역 통신 방식을 이용하여 데이터를 주고 받을 수 있다. 안테나(600)는, 다층 패턴 레이어 구조의 LPWA 전용 안테나로써, 통신 신호를 전방향성 방사 형태로 저전력 광대역 통신 네트워크의 기지국(610)에 송신할 수 있다.
일실시예에 따른 맨홀 커버에 배치될 수 있는 안테나는, 단일 평면 상에서 방사패턴이 전방향으로 일정한 안테나인 다이폴(Dipole) 안테나, 모노폴(Monopole) 안테나 또는 헬리컬(Helical) 안테나 등이 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 맨홀 커버에서 지하시설물을 모니터링 하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
맨홀 커버(710)는 도 7에 도시된 바와 같이 적어도 하나의 센서(720)를 이용하여 하수, 오수, 흙, 배설물, 이물질 등의 심도를 측정하거나 맨홀 내부의 수위, 가스 누출 여부 등을 모니터링하는데 이용될 수 있다.
일실시예에 따르면, 맨홀 내부에 위치하는 적어도 하나의 센서는 맨홀 커버(710)와 유선 통신 또는 무선 통신 방식으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 센서는 지표면 아래에 위치한 지하시설물에 설치될 수 있으며, 무선 통신을 이용하여 맨홀 커버와 통신할 수 있다. 무선 통신을 이용한 센서는 사용자가 모니터링 하기 어려운 위치에 설치될 수 있으며, 지하시설물의 상태를 지속적으로 모니터링 할 수 있다.
일실시예에 따른 맨홀 커버(710)는 지하시설물을 모니터링하는 적어도 하나의 센서로부터 지하시설물의 상태 정보를 수신할 수 있다. 적어도 하나의 유선 또는 무선 센서를 이용하여 획득한 상태 정보는 맨홀 커버(710)에 실장된 통신 장비를 통해 수신될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 맨홀 커버를 이용하여 지하시설물을 모니터링한 결과를 나타낸 도면이다.
일실시예에 따른 모니터링 서버는 복수의 맨홀 커버로부터 지하시설물의 상태 정보를 일정 간격으로 수신할 수 있으며, 이를 통해 맨홀이 위치한 곳의 맨홀 내부 상태를 지속적으로 모니터링 할 수 있다. 도 8의 모니터링 시스템(800)은, 특정 지역에 위치한 맨홀의 하수량을 주기적으로 모니터링한 결과를 도시한 것이다. 예를 들어, 성남시 분당구 이매동 관내에 위치한 맨홀 커버들(801 내지 808)로부터 각 맨홀 내부의 하수량 현황에 대한 상태 정보를 주기적으로 수신할 수 있다. 8번 맨홀 커버로부터 수신한 정보(808)에 따르면, 8번 맨홀(이매동 99번지 2맨홀) 내부의 하수량이 70%로서 위험 상태에 있음을 확인할 수 있다.
일실시예에 따른 모니터링 서버는 도 8에 도시된 바와 같이 복수의 맨홀 커버들로부터 수신한 지하시설물의 상태 정보에 기초하여, 각 맨홀 커버가 설치된 위치 및 측정 시간을 포함하는 보고서를 생성할 수 있다.
도 9은 본 발명의 일실시예에 따른 맨홀 커버가 맨홀에서 이탈되는지 여부를 감지하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
일실시예에 따른 맨홀 커버는, 맨홀 커버(910)의 기울기를 측정할 수 있는 기울기 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 맨홀 커버(910)는 3축 센서(920)를 포함할 수 있다. 이때, 3축 센서(920)는 맨홀 커버(910)의 기울기를 측정하여 맨홀 커버(910)가 열리는지 여부를 확인할 수 있다. 예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이 맨홀 커버(910)가 열리는 경우, 3축 센서(920)는 맨홀 커버(910)의 변경된 기울기를 측정할 수 있다. 맨홀 커버(910)는 3축 센서(920)가 측정한 기울기를 모니터링 서버로 전송할 수 있다.
일실시예에 따른 모니터링 서버는 맨홀 별 작업 일정에 대한 정보가 저장된 데이터베이스를 포함할 수 있다. 모니터링 서버는 기울기 변화가 감지된 맨홀 커버와 관련하여 예정된 작업 일정이 있는지를 판단하여, 상기 기울기 변화가 발생한 맨홀 커버의 도난 여부를 감지할 수 있다. 예를 들어, 기울기 변화가 감지된 맨홀 커버와 관련하여 예정된 작업 일정이 존재하지 않을 경우, 상기 맨홀 커버에 대한 도난이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 이때, 모니터링 서버는 관리자에게 맨홀 커버(910)의 도난이 발생하고 있음을 알리는 경고 알람을 출력할 수 있으며, 맨홀 커버(910)의 위치를 제공할 수 있다.
모니터링 서버는 도난이 발생한 것으로 판단된 맨홀 커버(910)를 다른 맨홀 커버와 다른 색으로 표시한 보고서(930)를 사용자에게 제공함으로써, 사용자가 도난이 발생한 맨홀 커버(910)를 용이하게 식별하도록 할 수 있다. 예를 들어, 8개의 맨홀 커버(931 내지 938)들 중, 8번 맨홀(938)의 기울기가 변화 되었음을 확인할 수 있다. 동시에 모니터링 서버의 데이터베이스에 저장된 작업 일정 내역(940)을 확인하여, 상기 맨홀 커버에 대한 기울기 변화가 예정된 작업에 따른 기울기 변화인지 여부를 판단할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 맨홀 작업자 모니터링 과정을 나타낸 도면이다.
일실시예에 따라, 맨홀 작업자는 도 10에 도시된 바와 같이 신체에 착용할 수 있는 웨어러블 장치(1010)를 착용할 수 있다. 웨어러블 장치(1010)는 작업자의 심박, 체온과 같은 상태 정보를 측정할 수 있으며, 측정된 정보를 무선 통신망을 통해 송출할 수 있다. 이때, 맨홀 커버는 웨어러블 장치(1010)가 송출한 작업자의 상태 정보를 맨홀 커버에 구비된 LPWAN 통신 모듈을 이용하여 외부로 송출할 수 있다. 맨홀 커버를 통해 송출된 작업자의 상태 정보는 기지국(1020)을 통하여 모니터링 서버에 전송될 수 있다. 다시 말해, 맨홀 커버는 웨어러블 장치(1010)가 측정한 작업자의 상태 정보를 모니터링 서버로 전달할 수 있다. 이때, 모니터링 서버는 작업자들의 이름 및 상태 정보가 포함된 보고서(1030)를 관리자에게 제공함으로써, 관리자가 작업자들의 상태를 실시간으로 확인하도록 할 수 있다.
보고서(1030)는 도 10에 도시된 바와 같이 작업자가 소지한 이동 단말에 표시될 수도 있다. 작업 도중 작업자의 신체에 이상이 발생한 경우, 이동 단말에 표시된 보고서(1030)의 119 신고 또는 협조 요청 아이콘을 클릭함으로써 구조를 요청할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 맨홀 커버를 이용하여 지하시설물을 모니터링하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
단계(1110)에서, LPWA 네트워크에 따라 지하시설물 상태를 센싱하는 적어도 하나의 센서 장치로부터 지하시설물에 대한 센서 정보를 수신할 수 있다. 센서 장치는 지하시설물에 장착되어 주기적으로 지하시설물의 상태 정보를 획득할 수 있다. 획득된 상태 정보는 무선 통신 또는 유선 통신 방식을 이용하여 맨홀 커버에 배치된 통신 장치로 전달될 수 있다. 통신 장치는 맨홀 커버의 하단에 배치될 수 있다. 맨홀 커버에 배치되는 통신 장치는 맨홀 내부에서 발생하는 전파 등을 수신하여 맨홀 커버의 외부로 전달하는 역할을 할 수 있다. 맨홀 커버의 하단에 배치된 통신 장치는 맨홀 커버를 관통하는 적어도 하나의 홀(hole)을 통해 맨홀 커버의 상단에 배치된 안테나와 통신할 수 있다.
맨홀 커버에 구비된 적어도 하나의 홀은 맨홀 커버를 관통하는 구멍 형태로 구성되어 맨홀 커버의 상단에 배치된 안테나와 하단에 배치된 통신 장치가 유선 통신 방식으로 연결될 수 있다. 맨홀 커버에 구비된 적어도 하나의 홀은 전파 투과성 소재가 상기 적어도 하나의 홀을 채우는 형태로 구성될 수 있으며, 이 경우 맨홀 커버의 상단에 배치된 안테나와 하단에 배치된 통신 장치는 무선 통신 방식으로 연결될 수 있다.
단계(1120)에서, 수신된 지하시설물의 상태 정보를 기초로 지하시설물의 상태를 판단할 수 있다. 맨홀 커버에서 지하시설물의 상태를 판단하는 동작은, 지하시설물의 상태가 관리자에 의해 미리 설정된 임계치를 초과하는지 여부 등으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 맨홀 커버를 통해 하수관의 수위를 모니터링하는 경우, 맨홀 내부에 설치된 수위 측정 센서로부터 하수관의 수위 정보를 수신할 수 있다. 수신된 하수관의 수위 정보는 관리자에 의해 미리 설정된 값을 초과하는지 여부를 통해 판단하는데 이용될 수 있다.
단계(1130)에서, 맨홀 커버는 판단된 결과를 맨홀 커버에 실장된 안테나를 통해 외부의 모니터링 서버로 송신할 수 있다. 맨홀 커버에 배치되는 안테나는 LPWA 네트워크를 기반으로 모니터링 서버와 통신할 수 있다. 맨홀 커버에 배치된 안테나를 통해 지하시설물에 대한 상태 정보를 수신한 모니터링 서버는 수신한 정보를 관리자에게 출력할 수 있다.
다양한 실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
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 정해져야한다.

Claims (14)

  1. 저전력 광대역 통신 네트워크(LPWAN: Low-Power Wide-Area Network) 기반의 지하시설물 상태를 모니터링 하기 위한 맨홀 커버에 있어서,
    상기 맨홀 커버의 상단에 상기 LPWA 네트워크에 따라 지하시설물 상태를 센싱하는 센서 장치의 센서 정보를 모니터링 서버에 송신하기 위한 안테나가 배치될 수 있는 공간을 포함하고-상기 공간은 맨홀 커버의 지지하중, 내구성 및 구축 환경에 따라 상단 중앙 또는 상단 측면에 음각 형태로 배치되고, 상기 공간에 배치되는 안테나를 외력이나 외부 물질로부터 보호하기 위해 맨홀 커버의 외부와 안테나가 배치되는 공간을 차단하는 보호판에 의해 폐쇄되며, 상기 공간이 개방된 상부는 보호판이 맨홀 커버의 외측으로 이탈하지 않도록 홈 형태로 구성되고, 보호판이 맨홀 커버의 외측면과 동일한 높이를 이루며 공간의 개방된 상부를 덮을 수 있도록 구성됨-,
    상기 맨홀 커버의 하단은, 상기 센서 장치로부터 유선 통신 또는 무선 통신에 따라 센서 정보를 수집할 수 있는 매립형의 통신 장치가 배치될 수 있고,
    상기 공간의 하단에 상기 안테나와 통신 장치가 연결될 수 있는 홀이 구비되고,
    상기 맨홀 커버의 상단 또는 하단은,
    복수의 격자들로 구성된 격자 플레이트 구조로 구성되고,
    상기 격자 플레이트 구조는,
    복수의 격자가 서로 교차하는 형태로 구성되는 교차형 격자 플레이트 구조나, 상기 격자 플레이트 구조가 밀폐되는 형태로 구성되는 볼록형 격자 플레이트 구조를 포함하며,
    상기 통신 장치는, 상기 맨홀 구조의 하단에 구성된 상기 복수의 격자들 중 어느 하나의 격자 사이즈에 대응하고, 상기 복수의 격자들 중 어느 하나의 격자에 매립될 수 있는 맨홀 커버.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 홀은,
    상기 지하시설물 상태를 센싱하는 센서 장치가 수집한 센서 정보를 유선 통신 또는 무선 통신에 따라 상기 안테나로 전달하기 위해 상기 맨홀 커버를 관통하는 캐비티 구조로 구성되는 맨홀 커버.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 통신 장치는,
    상기 격자의 사이즈에 대응하고, 상기 맨홀 커버의 외부에서 발생되는 물리적 영향을 차단하기 위한 DCU(Data Concentrator Unit) 케이스에 탑재될 수 있는 맨홀 커버.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 DCU 케이스는,
    상기 맨홀 커버의 하단에 밀봉될 수 있으며, 상기 DCU 케이스 내에 탑재된 통신 장치를 관리하기 위해 개방형으로 탑재되는 맨홀 커버.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 안테나는,
    다층 패턴 레이어 구조의 LPWA 전용 안테나로써, 통신 신호를 전방향성 방사 형태로 저전력 광대역 통신 네트워크의 기지국에 송신하는 맨홀 커버.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 맨홀 커버의 기울기를 측정할 수 있는 기울기 센서가 상기 맨홀 커버의 하단에 배치될 수 있고,
    상기 기울기 센서는, 상기 맨홀 커버의 일부 또는 전부가 맨홀로부터 이탈되는지 여부를 판단하는 맨홀 커버.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 통신 장치는,
    RF 통신, 블루투스(BLE) 또는 지그비(ZigBee)를 포함하는 무선 통신 방식을 통해 지하시설물의 상태를 센싱하는 센서 장치와 통신하는 맨홀 커버.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 맨홀 커버의 상단에 배치된 공간은,
    상기 맨홀 커버의 외부로부터 가해진 힘 또는 외부로부터 유입되는 물질로부터 상기 안테나를 보호하기 위한 완충재로 채워질 수 있는 맨홀 커버.
  13. 저전력 광대역 통신 네트워크(LPWAN: Low-Power Wide-Area Network) 기반의 맨홀 커버를 이용하여 지하시설물의 상태를 모니터링하는 방법에 있어서,
    상기 LPWA 네트워크에 따라 지하시설물 상태를 센싱하는 적어도 하나의 센서 장치로부터 상기 지하시설물에 대한 센서 정보를 수신하는 단계;
    상기 수신된 센서 정보를 기초로 상기 지하시설물 상태를 판단하는 단계; 및
    상기 판단된 결과를 모니터링 서버로 송신하는 단계;
    를 포함하며,
    상기 맨홀 커버는,
    상기 맨홀 커버의 상단에 상기 LPWA 네트워크에 따라 지하시설물 상태를 센싱하는 센서 장치의 센서 정보를 모니터링 서버에 송신하기 위한 안테나가 배치될 수 있는 공간을 포함하고-상기 공간은 맨홀 커버의 지지하중, 내구성 및 구축 환경에 따라 상단 중앙 또는 상단 측면에 음각 형태로 배치되고, 상기 공간에 배치되는 안테나를 외력이나 외부 물질로부터 보호하기 위해 맨홀 커버의 외부와 안테나가 배치되는 공간을 차단하는 보호판에 의해 폐쇄되며, 상기 공간이 개방된 상부는 보호판이 맨홀 커버의 외측으로 이탈하지 않도록 홈 형태로 구성되고, 보호판이 맨홀 커버의 외측면과 동일한 높이를 이루며 공간의 개방된 상부를 덮을 수 있도록 구성됨-,
    상기 맨홀 커버의 하단은, 상기 센서 장치로부터 유선 통신 또는 무선 통신에 따라 센서 정보를 수집할 수 있는 매립형의 통신 장치가 배치될 수 있고,
    상기 공간의 하단에 상기 안테나와 통신 장치가 연결될 수 있는 홀이 구비되고,
    상기 맨홀 커버의 상단 또는 하단은,
    복수의 격자들로 구성된 격자 플레이트 구조로 구성되고,
    상기 격자 플레이트 구조는,
    복수의 격자가 서로 교차하는 형태로 구성되는 교차형 격자 플레이트 구조나, 상기 격자 플레이트 구조가 밀폐되는 형태로 구성되는 볼록형 격자 플레이트 구조를 포함하며,
    상기 통신 장치는, 상기 맨홀 구조의 하단에 구성된 상기 복수의 격자들 중 어느 하나의 격자에 매립될 수 있는 방법.
  14. 저전력 광대역 통신 네트워크(LPWAN: Low-Power Wide-Area Network) 기반의 맨홀 커버를 이용하여 지하시설물의 상태를 모니터링하는 시스템에 있어서,
    상기 LPWA 네트워크에 따라 지하시설물 상태를 센싱하는 적어도 하나의 센서 장치;
    상기 센서 장치로부터 상기 지하시설물에 대한 센서 정보를 수신하고, 상기 수신된 센서 정보를 기초로 상기 지하시설물의 상태를 판단하며, 상기 판단된 결과를 모니터링 서버로 송신하는 맨홀 커버; 및
    상기 맨홀 커버로부터 상기 판단된 결과를 수신하고, 수신된 결과에 대응되는 데이터를 출력하는 모니터링 서버를 포함하고,
    상기 맨홀 커버는,
    상기 맨홀 커버의 상단에 상기 LPWA 네트워크에 따라 지하시설물 상태를 센싱하는 센서 장치의 센서 정보를 모니터링 서버에 송신하기 위한 안테나가 배치될 수 있는 공간을 포함하고-상기 공간은 맨홀 커버의 지지하중, 내구성 및 구축 환경에 따라 상단 중앙 또는 상단 측면에 음각 형태로 배치되고, 상기 공간에 배치되는 안테나를 외력이나 외부 물질로부터 보호하기 위해 맨홀 커버의 외부와 안테나가 배치되는 공간을 차단하는 보호판에 의해 폐쇄되며, 상기 공간이 개방된 상부는 보호판이 맨홀 커버의 외측으로 이탈하지 않도록 홈 형태로 구성되고, 보호판이 맨홀 커버의 외측면과 동일한 높이를 이루며 공간의 개방된 상부를 덮을 수 있도록 구성됨-,
    상기 맨홀 커버의 하단은, 상기 센서 장치로부터 유선 통신 또는 무선 통신에 따라 센서 정보를 수집할 수 있는 매립형의 통신 장치가 배치될 수 있고,
    상기 공간의 하단에 상기 안테나와 통신 장치가 연결될 수 있는 홀이 구비되고,
    상기 맨홀 커버의 상단 또는 하단은,
    복수의 격자들로 구성된 격자 플레이트 구조로 구성되고,
    상기 격자 플레이트 구조는,
    복수의 격자가 서로 교차하는 형태로 구성되는 교차형 격자 플레이트 구조나, 상기 격자 플레이트 구조가 밀폐되는 형태로 구성되는 볼록형 격자 플레이트 구조를 포함하며,
    상기 통신 장치는, 상기 맨홀 구조의 하단에 구성된 상기 복수의 격자들 중 어느 하나의 격자에 매립될 수 있는 시스템.
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