KR101958140B1 - 무선 네트워크를 이용한 수질관리 시스템 - Google Patents
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Abstract
수질관리를 위한 장비들에 대해 소물 네트워크를 적용하여 정보를 교환함으로써 환경의 오염을 예방하고 관리할 수 있도록 하는 무선 네트워크를 이용한 수질관리 시스템에 관한 것으로서, 하천 및 하천 연안의 하나 이상의 개소에 설치되어 센서로부터의 수질정보를 수집하고 수질정보를 송출하는 감시부와, 무선통신 네트워크를 통하여 감시부들로부터 수질정보를 수신하여 오염원을 추적할 수 있는 관리서버를 포함하는 무선 네트워크를 이용한 수질관리 시스템을 제공한다.
Description
본 발명은 네트워크를 통한 원격 환경관리와 관련된 것으로서, 보다 구체적으로는 수질관리를 위한 장비들에 대해 소물 네트워크를 적용하여 정보를 교환함으로써 환경의 오염을 예방하고 관리할 수 있도록 하는 무선 네트워크를 이용한 수질관리 시스템에 관한 것이다.
최근 들어, 현대사회의 산업화 및 급격한 도시화는 많은 환경 문제를 야기하고 있는데, 그중 도시지역의 점 및 비점오염원에 의한 하천 수질오염이 해마다 증가하고 있는 실정이다. 여기서, 도심지역의 오염원은 최근 불투수성 면적의 증가로 여름철 우기 및 집중호우 시 오염물질이 일시에 하천으로 다량 유입되어 오염부하가 크게 나타나므로, 이에 대한 오염물질의 저감 방안 및 관리가 시급하다.
근래에는 가뭄 및 홍수 피해 빈발에 따른 근원적 대책을 마련하기 위하여 한강, 낙동강, 금강 및 영산강 등을 대상으로 한 국책사업인 4대강 살리기사업 등 대규모 하천정비사업이 전국적 차원에서 시행된 바 있다. 이러한 4대강 살리기사업의 경우, 위와 같은 순영향과는 별도로 보 건설과 하도 정비에 따른 수심, 유속 및 체류시간 등 물리적 조건과 하천수질 등 이화학적 조건 및 미소서식환경 등 생태적 조건의 측면에서 하천환경의 변화로 인한 수생태 환경의 교란이 예측되고 있으나 이에 대한 정량적 모니터링 장치와 방법이 부재한 실정이다.
특히 근래에는 지방하천에서도 극심한 녹조의 발생이 빈번하나 이에 대한 정량적 원인규명이 적절히 수행되지 못하였으며, 이와 같은 녹조현상은 매해 발생할 수 있는 개연성이 상존하고 있다고 할 수 있다. 이에 있어 각종 수질검사, 기생충 및 바이러스 감염 여부, 독성물질 유입 여부 등에 대해서 정밀조사를 실시하였음에도 불구하고 정확한 원인을 규명하지 못하고 있는 실정이다.
물고기 집단 폐사의 원인으로서는 하상에 퇴적되어 있던 오염물질이 급속한 기온 저하 등의 원인에 의해 부상하면서 분해됨으로써 저층부의 용존산소를 급격히 고갈시키고, 이 과정에서 피난처를 발견하지 못하고 저산소 상태가 지속되는 스트레스에 대한 대응능력이 떨어지는 어종이 집단으로 폐사한 것으로 추정되고 있다.
장기간에 걸친 고탁수 발생이나 강우시 초기오염물질의 유입 등에 기인하는 물고기 집단 폐사 등과 같은 수질오염사고를 예방하고, 원인을 규명하기 위해서도 수체의 수심에 따른 주요 수질항목의 프로파일 확보가 필수적이라고 할 수 있다.
이에 대한 해결방책의 일환으로 종래기술로서는 환경부가 하천의 주요지점을 선정하여 구축한 수질원격감시체계(TMS, TeleMonitoring System)가 대표적이다.
그러나, 오늘날 도심지역 오염원에 대한 종합적이고 효율적인 관리를 위해서는 한 가지 방법의 적용만으로는 실효를 거둘 수 없으므로, 여러가지 효율적인 기술을 변형하거나 조합한 적절한 대비가 필요한데, 무엇보다도 제도적으로 관리하기 위해 수질환경보전법 등 법규상의 관련규정을 강화하거나 관련법을 제정하는 것도 필요하다.
한국 공개특허공보 제10-2009-0111462호는 종래기술의 환경감시시스템을 개시하고 있으며, 도 1은 이에 대한 구성도이다.
이를 구체적으로 살펴보면, 환경감시 시스템은 다수의 환경검출부(10), 이동통신 기지국(30) 및 중앙관제부(40)로 구성된다. 환경검출부(10)는 수질 및 대기오염 상태를 실시간으로 검출하여 측정하며, 수소이온지수(pH), 생화학적산소요구량(biochemical oxygen demand, BOD), 화학적 산소요구량(COD) 및 물의 색깔을 측정하는 탁도기를 통해 강, 하천, 하수처리장, 댐 등과 같은 상하수원의 수질 상태를 검출하여 확인하고 중앙관제부(40)는 이동통신 기지국(30)을 통해 출력되는 데이터신호를 수신하여 해당 환경 상태를 실시간으로 모니터링하여 전체적인 환경감시 및 관리를 수행하게 된다.
이러한 종래의 환경감시시스템의 경우 단순 원격의 지역에서 오염여부만을 측정하여 감시하는 정도에 그치는 것으로 오염원의 추적이나 오염원의 특성에 따른 대비에 대한 고려는 전무하였다.
한편, 이러한 환경감시에 있어서도 IoT(Internet of the Things) 기술이 적용될 수 있는바, IOT 서비스의 보편적 보급을 위해서는 다양한 센서와 제어 장비의 소량 데이터를 원거리에서 신뢰성 및 보안성을 확보하여 송수신할 수 있어야 한다. 그러나 현재까지의 IoT에 적용되는 디바이스들의 인터페이스가 규격화되어 있지 않아 범용성이 낮은 상황이다.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 극복하기 위해 안출된 것으로, 원격의 수질을 네트워크를 통하여 효율적으로 관리하면서도 오염원에 대한 정확한 판단과 수량, 시기 등 오염의 특성에 따른 효과적인 대응이 가능한 무선 네트워크를 이용한 수질관리 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 하천 또는 하천 연안에 설치되어 감지신호를 생성하는 센서(1010), 하나 이상의 센서로부터의 감지신호를 수신하여 수질정보를 수집하는 관리부(1400)와, 센서로부터의 통신 신호와 무선통신 신호를 상호 변환하는 컨버터(1200)와, 무선 통신방식을 통하여 수질정보를 보고하는 모듈송수신부(1110)를 구비하는 감시부(1000), 네트워크서버를 통하여 감시부의 수질정보 신호를 수신하는 관리서버(2000)를 포함하며, 상기 관리부는 하나 이상의 센서에 대응되는 입력단에 대해 각각 ID를 부여하고 센서가 연결되지 않은 입력단에 대해 가상 ID를 생성하여 관리서버에 가상응답상태를 유지하는 가상화부(1410)와, 설정된 시간 및 유속에 따라 센서의 측정 또는 보고 빈도를 가변하는 주기화부(1430)를 구비하는 무선 네트워크를 이용한 수질관리 시스템을 제공한다. 따라서, 효율적인 환경감시가 가능하다.
일실시예로서 상기 센서는, 용존산소량센서, 유속센서, 온도센서, 탁도센서, 인(P)센서 또는 황(S)센서 중의 선택된 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있다.
상기 주기화부는, 유속이 설정된 유속 이상인 경우와 설정된 시간의 범위 이내인 경우 센서의 측정 또는 보고빈도를 증가시킬 수 있으며, 바람직하게는 상기 시간의 범위는 심야시간인 자정부터 새벽5시까지일 수 있다.
또한, 상기 관리서버는 하나의 감시부에 연결되는 센서별로 ID를 그룹화하고 하나의 그룹에 대해 하나의 소켓통신으로 접속하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 관리서버는 각 감시부에 대해 비주기적 폴링(Polling)을 통해 응답을 확인할 수 있다.
한편, 상기 감시부는 원격 위치관리를 위한 GPS(1120) 또는 적조 또는 녹조의 발생시 경보를 발생하는 경보부(1440)를 더 구비할 수 있다.
본 발명에 따라, 원격의 수질을 무선 통신망을 통하여 개별적으로 관리할 수 있기 때문에 각각의 감시부에 대한 통합적인 제어가 효율적으로 이루어질 수 있는 장점이 있으며 설비와 유지관리에 있어서의 경제성과 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.
또한, 복수의 개소에서의 환경오염원에 대한 추적을 능동적으로 수행할 수 있고 측정 및 보고빈도를 개별 감시부 자체에서 능동적으로 관리할 수 있기 때문에 효율적인 자원의 관리가 가능한 효과가 있다.
도 1은 종래기술의 종래기술의 환경감시시스템에 대한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 개념에 따른 무선 네트워크를 이용한 수질관리 시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 무선 네트워크를 이용한 수질관리 시스템에서 감시부의 실시예를 설명하기 위한 블록도이다.
도 4는 도 3의 감시부에서 관리부의 실시예를 나타내는 블록도이다.
도 5는 도 4의 관리부에서 센싱부의 실시예를 나타내는 블록도이다.
도 6은 도 4의 관리부에서 주기화부의 실시예를 설명하기 위한 블록도이다.
도 7은 본 발명의 무선 네트워크를 이용한 수질관리 시스템에서 관리서버를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 무선 네트워크를 이용한 수질관리 시스템에서 관리서버의 제어부에 대한 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 개념에 따른 무선 네트워크를 이용한 수질관리 시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 무선 네트워크를 이용한 수질관리 시스템에서 감시부의 실시예를 설명하기 위한 블록도이다.
도 4는 도 3의 감시부에서 관리부의 실시예를 나타내는 블록도이다.
도 5는 도 4의 관리부에서 센싱부의 실시예를 나타내는 블록도이다.
도 6은 도 4의 관리부에서 주기화부의 실시예를 설명하기 위한 블록도이다.
도 7은 본 발명의 무선 네트워크를 이용한 수질관리 시스템에서 관리서버를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 무선 네트워크를 이용한 수질관리 시스템에서 관리서버의 제어부에 대한 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예의 무선 네트워크를 이용한 수질관리 시스템을 상세히 설명한다.
다만, 이하에서 설명되는 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 쉽게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로 인해 본 발명의 보호범위가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
이하 설명에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자나 장치를 사이에 두고 연결되어 있는 경우를 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함'한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현될 수 있고, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치, 플래쉬메모리 등이 있다.
본 발명은 기본적으로 하천 및 하천 연안의 하나 이상의 개소에 설치되어 센서로부터의 수질정보를 수집하고 수질정보를 송출하는 감시부와, 무선 네트워크를 통하여 감시부들로부터 수질정보를 수신하여 오염원을 추적할 수 있는 관리서버를 포함하는 무선 네트워크를 이용한 수질관리 시스템을 제공한다.
본 발명의 실시예에서는 하천에서 유수에 따라 유입되는 오염물질에 의한 영향을 감지하여 오염원을 추적할 수 있도록 하는 개념을 중심으로 설명하는데, 이러한 본 발명의 개념은 하천 뿐만 아니라 호안, 해수의 연안 등은 물론 유수가 흐르는 다양한 환경에 적용될 수 있을 것이다.
여기서 오염원이란 오염물질이 배출되는 지점을 정확하게 추적 가능한 점오염원(point pollution source) 및 도시노면이나 농경지배수와 같이 불특정한 배출경로를 통해 오염물질을 발생시키는 장소 내지는 지역은 비점오염원(nonpoint pollution source)을 포함하는 것으로 이해될 수 있다.
도 2는 본 발명의 개념에 따른 무선 네트워크를 이용한 수질관리 시스템의 구성도이다.
본 발명에서는 관리서버(2000)와 네트워크서버(3000)를 통하여 연결되어 무선으로 제어신호를 입출력하도록 하는 감시부(1000)를 제공하는데, 상기 감시부(1000)는 무선통신을 수행하는 모듈송수신부를 구비하고 이러한 모듈송수신부는 하나 이상의 센서 또는 말단 장비들과 센싱신호 또는 온오프 신호등을 입출력하게 된다.
또한, 감시부(1000)는 무선통신을 수행하는 모듈송수신부와 각각의 디바이스에 연결되는 인풋 및/또는 아웃푹 단자를 구비할 수 있으며, 추가적으로 복수의 릴레이를 구비하는 필드디바이스와 결합되거나 이에 연결될 수 있으며 이와 관련된 설명은 후술하도록 한다.
여기서 디바이스와 유선방식으로 연결될 수 있는, 예를 들어 485통신을 위한 수단과 관련하여 공지의 다양한 구성들이 적용될 수 있을 것이다. 다만, 각각의 디바이스와 감시부(100)는 본 발명의 예시로 설명되는 무선통신방식으로 연결될 수 있을 것이다. 본 발명에서는 각각의 감시부들이 네트워크서버를 통하여 관리서버에 독립적으로 무선통신을 수행하는 경우와, 복수의 감시부들이 로컬 감시부에 통신을 수행하고 로컬 감시부가 지역단위로서 관리서버와 통신을 하는 경우와, 복수의 감시부들이 물리적으로 이격된 모듈송수신부와 485통신 방식으로 연결되는 경우를 포함할 수 있다.
상기 네트워크서버(3000)는 복수의 감시부(1000)와의 무선 연결을 위한 게이트웨이로 구성될 수 있을 것이다. 상기 게이트웨이의 경우 메모리맵을 구성하여 다중 IP를 가지는 것이 바람직할 수 있다. 한편, 네트워크서버(3000)는 네트워크망을 구성하는 공용 또는 대규모 서버 및 기지국을 포함할 수 있다.
이때, 관리서버(2000)와 네트워크서버(3000)의 연결은 종래의 유무선 인터넷 프로토콜을 이용하여 이루어질 수도 있을 것이며 다양한 공지의 연결방식이 적용될 수 있을 것이다. 이러한 네트워크서버(3000)는 대규모 통신망을 구비하는 통신사에서 운영되는 것을 의미할 수 있을 것이다.
관리서버(2000)는 기본적으로 하나 이상의 감시부(1000)에 연결되어 제어명령을 입력하여 송신하고, 점검신호 등을 수신하여 통합관리하는 서버, PC 또는 마이크로프로세서일 수 있으며, 관제실 등에서 특정 건물이나 영역에서 관리를 수행하여 통합처리하는 마스터서버에 연결되는 경우를 포함한다.
본 발명에서 설명되는 무선 네트워크에 적용되는 무선통신은 CDMA, WCDMA, HSDPA, GSM, Wibro, 3G, 4G, LTE, LTE CatM1 등을 포함하는 이동 통신 네트워크에서 제공하는 통신방식과, Wi-Fi(Wireless Fidelity), 블루투스(Bluetooth), 적외선(IrDA: Infrared Data Association), 무선 LANN(IEEE 802.11), SWAP(Shared Wireless Access Protocol), WPAN(Wireless Personal Area network), 지그비(Zigbee), 저전력근거리통신인 LoRa(Long Range) 네트워크 등의 다양한 방식이 적용될 수 있을 것이다.
도 3은 본 발명의 무선 네트워크를 이용한 수질관리 시스템에서 감시부의 실시예를 설명하기 위한 블록도이다.
감시부(1000)는 네트워크서버(3000) 또는 로컬네트워크장비에 무선통신망으로 연결되도록 하는 안테나를 구비하는 모듈송수신부(1110)와, 무선 프로토콜의 신호와 485통신방식을 포함하는 디바이스의 전송신호를 상호 변환하는 컨버터(1200)와, 하나 이상의 디바이스인 센서(1010)로부터의 감지신호를 수신하고 환경오염의 여하 및/또는 원인에 대한 판단을 수행하고 모니터링의 주기를 설정하는 관리부(1400)로 구성될 수 있다. 이러한 관리부(1400)는 신호의 딜레이에 대비하기 위한 가상화장치를 포함할 수 있는데 이와 관련되어 구체적인 설명은 후술한다.
상기 모듈송수신부(1110)는 공용화된 무선통신용 칩셋을 포함하여 구성될 수 있으며 칩셋 및 안테나는 공지의 요소들이 적용될 수 있을 것이다.
컨버터(1200)는 서로 다른 프로토콜 간의 신호 변환하는 장치를 의미하며 예를 들어 센서(1010)로부터 485통신 방식을 통하여 수신된 감지신호와 관련된 정보를 RoRa 프로토콜 신호로 변환하여 네트워크서버(3000)로 송신하는 기능을 수행할 수 있으며, 반대로 모듈송수신부(1110)에서 수신된 무선통신 프로토콜의 온오프 명령 신호를 485 규약에 따라 변경하여 ID가 부여된 복수의 장비(예를 들어, 액추에이터나 모터 등과 같이) 중 어느 하나 이상에 송신할 수 있도록 한다. 이때, 감시부(1000)로부터 센서(1010)에의 연결은 전력선과 같은 유선망으로 이루어질 수 있을 것이며, 본 발명에서 설명되는 다양한 무선통신방식들이 적용될 수 있을 것이다.
관리부(1400)는 ID가 부여되는 각각의 센서(1010)들에 대한 제어신호를 구별하여 송신 또는 수신하도록 기능하게 되는데, 기본적으로 하나의 감시부(1000)에 대해서 연결되는 복수의 센서(1010)들에 대해서는 관리서버(2000)로부터의 제어명령 신호 또는 검증신호가 ID별로 구별되어 모드버스 방식으로 송신되도록 기능할 수 있다. 이와 관련된 구체적인 설명은 후술한다.
또한, 이러한 감시부(1000)는 각각의 지역별로 관리되는 센서(1010)들에 대한 현실적인 위치관계의 확인 및 관리를 위하여 GPS(1120)를 구비하는 것이 바람직하다. 이러한 GPS(1120)로부터의 신호도 모듈송수신부(1110)를 통하여 관리서버(2000)에 송신되어 관리가 이루어질 수 있다. 이를 통하여 분실을 방지할 수 있으며 오염원을 추적하는데 지리적정보와 매칭시킬 수 있게 된다.
한편, 감시부(1000)는 복수의 센서(1010) 또는 디바이스에 대한 연결을 위하여 직접 필드디바이스(1300)를 구비하거나, 이와 연결될 수 있을 것이다.
이러한 감시부(1000)는 특정된 지역에 배치되어 유선 또는 무선으로 연결되는 각각의 장비들인 센서(1010)들과 비교적 적은 양의 데이터를 송수신함으로써 관리서버(2000)에서 통합 제어가 가능하도록 한다. 다만, 이러한 감시부(1000)와 관리서버(2000)와는 최소한 하나 이상의 프로토콜 변환과 게이트웨이가 필요하고 유무선 신호 송수신 간에 시간지연이 발생되기 때문에 복수의 로컬에 대한 관리가 어려운 한계가 있고 이에 대한 추가적인 대책이 요구됨은 상기한 바와 같다.
상기 센서(1010)는 하천의 수중이나 수면, 또는 하안이나 호안에 배치되는 다양한 종류의 센싱수단을 포함하며, 예를 들어 산소포화도감지센서, 유속감지센서, 수위센서, 온도센서, 탁도센서, 인(P)센서, 황(S)센서일 수 있는데 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
도 4는 본 발명의 무선 네트워크를 이용한 수질관리 시스템에서 관리부의 실시예를 설명하기 위한 블록도이며, 도 5는 센싱부에 대한 실시예의 블록도이다.
센싱부(1420)는 각각의 센서(1010)로부터의 감지신호를 수신하여 데이터화하는 기능을 수행하며, 이러한 데이터들을 각각의 센서(1010)에 부여된 아이디와 해당 감시부(1000)의 식별번호별로 시계열적으로 저장하는 데이터베이스를 구비할 수 있다. 이러한 센싱부(1420)의 실시예는 도 4의 설명에서 후술한다.
상기 센싱부(1420)는 감지신호를 통하여 각각의 센서(1010)별로 설정된 기준값과의 비교를 통하여 오염경보 여부를 판단하는 기능을 수행할 수 있으며, 이러한 오염경보 여부에 대한 판단은 관리서버(2000)와 선택적 또는 추가적으로 구성될 수 있을 것이다.
상기 센싱부(1420)를 구성하기 위하여 도 5를 참고하면, 산소포화도센싱부(1421)를 포함할 수 있으며 이러한 산소포화도센싱부(1421)는 용존산소센서와 연결되어 수중의 용존산소(DO, Dissolved Oxygen)를 감지하게 된다. 예를 들어 조류 등이 번식할 경우 용존산소량을 과포화시키거나 감소시키는 영향을 미칠 수 있으므로 녹조나 적조에 대한 판단인자로 기능할 수 있을 것이다.
또한, 유속센싱부(1422)를 포함할 수 있으며, 이는 감시부(1000)의 말단에 연결되는 유속센서로부터 유속 감지신호를 수신하여 유속정보를 데이터화할 수 있다. 이러한 유속은 오염의 정도와 관련될 수 있으며 강우량이 많거나 상측의 수원에서 방수량이 많은 경우 오염물질의 배출이 증가되는 경향이 있으므로 이와 관련되어 측정 내지는 보고빈도를 설정하는 변수로 기능할 수 있을 것이다. 또한, 녹조발생에 대한 판단의 정보로서 유속의 인자를 포함할 수 있다.
또한, 온도센싱부(1423)를 포함할 수 있으며 하천의 온도를 직접 측정하는 온도센서와 연결되고 온도정보를 데이터화할 수 있다. 이러한 온도는 하천의 녹조발생 등의 조건을 판단하는 인자로 활용될 수 있다.
또한, 탁도센싱부(1424)를 더 포함할 수 있으며, 탁도센서로부터의 탁도 감지신호를 수신하여 데이터화하는 기능을 수행하고 설정값 이상의 혼탁이 발생한 경우 오염된 것으로 판단할 수 있을 것이다. 이때, 상기 탁도센서는 발광부에서 수광부를 향하여 보내는 빛의 차단 정도에 따라 혼탁정도를 감지하는 구성일 수 있으나 공지의 다양한 장치가 적용될 수 있다.
또한, 인(P)센싱부와 황(S)센싱부(1425, 1426)을 더 포함할 수 있다. 상기된 녹조현상이란 부영양화된 호수나 유속이 느린 하천에서 부유성의 조류, 즉, 식물플랑크톤이 대량 증식하여 수면에 집적함으로써 물색을 현저하게 녹색으로 변화시키는 현상을 말한다. 인(P)의 경우 호수나 하천의 부영양화에 대한 주원인으로 지목되어 있으며 유기성 폐수에 함유되는 것으로 알려져 있다. 이는 오염원의 무단 방류에 대한 주요한 정보로 활용될 수 있다. 황화물의 요소인 황(S)의 경우 악취의 원인이 되는 것으로 알려져 있으며 황의 측정을 통하여 하천의 악취 및 오염에 대한 추적을 수행할 수 있다. 이밖에 질소(N), 벤젠, TOC, 페놀 등의 다양한 물질의 측정을 위한 센서들이 적용될 수 있을 것이다.
주기화부(1430)는 측정 및 보고빈도의 설정을 위한 알고리즘이 설정될 수 있으며, 이는 유속 및 시간과 관련될 수 있다. 하천의 경우 공장이나 농장 등에서의 무단 폐수 방류에 의한 오염이 심각한 것으로 알려져 있고 이러한 방류는 특히 강우시나 야간에 집중되는 것으로 추정된다. 이러한 주기화부는 측정 및/또는 보고빈도를 오염 환경에 최적화하여 설정함으로써 데이터의 남발을 방지하고 효율적인 환경에 대한 감시가 가능하도록 할 수 있다. 이와 관련된 구체적인 설명은 후술한다.
상기 센싱부(1420)에서 개별 데이터의 설정값과의 비교한 오염의 발생여부 또는 두 개 이상의 인자들을 결합하여 녹조발생의 판단이 이루어지는 경우 경보부(1440)에서는 개별 감시부(1000)에서의 오염경보 또는 관리서버(2000)로부터 지역에 대한 오염판단이 이루어지도록 할 수 있으며, 상기 경보부(1440)는 예를 들어 감시부(1000)의 외면에서 발광하는 LED램프 또는 음향송출장치일 수 있다.
한편, 본 발명의 감시부(1000)는 복수의 센서들을 연결할 수 있으며 이러한 복수의 센서들은 감시부(1000)에 구비되는 인풋(Input) 또는 아웃풋(Output) 또는 인풋아웃풋(I/O) 단자에 연결될 수 있을 것이다. 상기 관리부(1400)는 각각의 입출력단 내지는 이에 연결된 릴레이에 대한 식별자를 관리할 수 있다. 이때, 가상화부(1410)는 비연결성의 입력(또는 출력)단에 대해서는 가상 ID를 부여될 수 있으며, 관리서버(2000)에 대해 응답하도록 할 수 있다. 다만, 관리서버(2000)로부터 해당 가상화영역의 ID에 대해 호출 또는 명령이 있는 경우 관리부(1400)는 하부 계층으로 신호를 전달하지 않는 것이 바람직하며 가상의 응답신호를 생성할 수 있을 것이다. 따라서, 센서(1010)가 구비되지 않은 입출력단에 대해서도 응답을 수행하게 되므로 하단의 장비 없이 기본 입출력통신을 수행할 수 있어 LoRa의 상태에 대한 점검을 지속적으로 수행할 수 있게 되고, 개별 감시부(1000)에서 적응이 불필요하고 즉시적으로 대응가능하므로 관리 효율성이 극대화될 수 있을 것이다. 이는 하천의 설치되는 지역이나 유형별로 설치되는 센서의 종류를 서로 다르게 함에 있어서 불필요한 단자에 대한 비연결성의 문제를 쉽게 해소할 수 있으므로 시설의 효율성에 기여할 수 있을 것이다.
도 6은 상기된 주기화부에 대한 실시예를 설명하기 위한 블록도이다.
상기한 바와 같이 본 발명의 감시부(1000)는 각각이 독립적으로 작동하여 주기별로 감지신호에 대한 정보를 무선 통신방식으로 관리서버(2000)에 전송하여 지역에 대한 환경관리가 가능하도록 한다. 이때, 고정된 측정 내지는 보고빈도를 적용하는 경우 불필요한 자원의 낭비가 있을 수 있으며 경우에 따라 지속적으로 변화량이 클때 감시기능이 원활하게 작동하지 않을 우려도 존재한다.
본 발명에서는 이를 고려하여 주기화부(1430)가 측정 또는 보고빈도를 능동적으로 가변할 수 있는 개념을 추가적으로 제시한다.
유속판단부(1432)는 유속센싱부(1422)로부터의 해당 감시부(1000)에 대한 개소의 유속정보를 수신하고 설정값과 비교하여 빈도판단부(1431)에 제공한다. 소정의 유속 조건을 만족한 경우 상기 빈도판단부(1431)는 보고 또는 측정빈도를 증가하고 센싱부(1420)를 작동하도록 할 수 있을 것이다.
또한, 상기 빈도판단부(1431)는 시간에 대한 판단인자를 더 포함할 수 있으며, 오염원으로부터 폐수가 방류되는 시간이 심야시간에 집중됨에 따라 심야 시간에 보고 또는 측정빈도를 증가하도록 할 수 있을 것이다. 상기 시간은 하루를 기준으로 자정부터 새벽 5시까지로 설정될 수 있을 것이나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 유속판단된 값과 설정된 시간을 모두 만족한 경우 측정 또는 보고빈도를 더욱 향상하게 하는 경우도 고려될 수 있을 것이다.
도 7은 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 관리서버를 설명하기 위한 블록도이다.
상기한 바와 같이 관리서버(2000)는 원격의 지역에 대한 센서(1010)들을 감시부(1000)을 통하여 통합 관제하는 기능을 수행할 수 있는데, 이 과정에서 센서(1010)와 감시부(1000)의 연결성의 문제와 무선 통신의 이상 유무를 구별할 필요성이 있다.
센서(1010) 이상의 경우 감시부(1000) 또는 필드디바이스에 대한 입출력단인 단자로의 신호 입출력의 이상 내지는 장비의 이상을 의미하며, 무선 통신의 이상의 경우는 감시부(1000)의 이상으로 판단할 수 있는 것이다. 다만, 센서(1010)와 관리서버(2000) 간의 통신 시간지연 문제로 인하여 원활한 데이터 관리 및 경보에 대한 문제가 발생할 수 있으며 이를 위하여 본 발명의 실시예에서는 관리서버(2000)가 가상디바이스부(2230)를 구비하여 구성되는 것이 바람직하다.
따라서, 관리서버(2000)는 입력부(2110) 및 송수신부(2120), 각각의 센서(1010) 및/또는 감시부(1000)에 대한 식별자인 ID를 부여하는 할당부와 모니터링부와 가상디바이스부를 구비하는 제어부(2200)를 구비할 수 있다.
입력부(2110)는 사용자에 의하여 제어명령을 입력받을 수 있는 기능을 수행하며, 이러한 입력부(2110)는 스위치 내지는 버튼일 수 있으나, 스마트폰, 태블릿PC, 데스크톱PC, 노트북 등과 같은 디스플레이에서 구현되는 입력 및 모니터링 인터페이스를 포함할 수 있을 것이다.
송수신부(2120)는 네트워크망을 통하여 모듈송수신부(1110)와 통신을 수행하는 기능을 수행하며, 네트워크서버(3000)와의 연결은 데이터의 용량과 경제성을 고려하여 RoRa 통신방식을 이용할 수 있을 것이나, 인터넷 프로토콜이나 다양한 통신방식을 배제하는 것은 아니다.
제어부(2200)는 기본적으로 각각의 센서(1010) 내지는 감시부(1000)에 대한 ID를 부여하여 관리하는 할당부(2210)를 구비하며, 각각의 감시부(1000)의 관리부(1400)에서는 이러한 ID별로 센서(1010)들에 제어명령을 입력하거나 감지신호 등을 송신하도록 한다.
또한, 모니터링부(2220)는 복수의 감시부(1000) 및 센서(1010)와의 통신상태를 점검하고 현황을 사용자 인터페이스를 통하여 출력하도록 할 수 있다.
또한, 가상디바이스부(2230)는 시간지연에 따른 디바이스 상태를 임의적으로 생성하여 관리하도록 함으로써 시간지연에 따른 데이터의 공백을 메울 수 있도록 기능하게 된다.
할당부(2210)는 각각의 센서(1010)별로 식별자인 ID를 부여하는 ID부여부(2211)와, 감시부(1000) 단위로 묶인 센서(1010)들에 대해 그룹화하는 그룹화부(2212)를 포함할 수 있다. 상기 ID들은 기본적으로 디바이스별로 할당되는데, 다른 실시예로서 감시부(1000)의 각 센서(1010) 내지는 추가적인 디바이스들이 연결 가능한 아날로그인풋(AI), 디지털인풋(DI), 아날로그아웃풋(AO), 디지털아웃풋(DO) 내지는 유니버셜인풋/아웃풋(UI, UO)과 같은 단자별로 할당될 수도 있을 것이다. 여기서 릴레이 내지는 단자별로 ID가 할당되는 경우 센서(1010)와 연결이 이루어지지 않은 ID에 대한 처리의 문제가 발생할 수 있는데 이와 관련하여서는 상술하였다.
그룹화부(2212)는 하나의 감시부(1000)에서 관리되는 센서(1010)들에 대한 ID들을 하나의 그룹으로 관리하도록 하며, 이는 후술될 통신상태를 점검하는 데 의미를 가질 수 있다.
또한, 모니터링부(2220)는 상기된 각각의 ID별로 신호의 송수신상태를 관리하고 사용자 인터페이스에 출력하도록 할 수 있으며, 구체적인 실시예로서 무선통신상태점검부(2221)와 센서통신상태점검부(2222)로 구별될 수 있다. 센서통신상태점검부(2222)의 경우 각각의 ID별 통신상태의 점검을 통하여 이루어질 수 있는데, 개별 ID에 대한 통신이 불량인 경우 이를 Fail상태로 표시하여 현장에서 배선 또는 해당 장비에 대한 유지보수가 이루어질 수 있도록 한다. 무선통신상태점검부(2221)는 개별 디바이스가 아닌 감시부(1000)의 통신상태를 확인하고 점검할 수 있도록 기능하며, 이는 무선통신의 이상유무에 의하여 판정될 수 있을 것이다. 일반적으로 하나의 그룹에 대해 관리되는 센서통신상태가 전체적으로 이상이 있는 경우는 해당 감시부(1000)와의 통신이상으로 판별할 수 있을 것이다.
또한, 가상디바이스부(2230)는 관리서버(2000)로부터 신호의 출력시 응답에 까지 소요되는 시간지연동안 Fail 상태로 전환되지 않도록 해당 ID에 대해 가상의 응답신호를 생성하는 가상응답부(2231)와, 주기적 또는 비주기적 폴링(Polling)을 수행할 수 있도록 하는 주기화부(2232)와, 센서(1010) 또는 감시부(1000)의 상태를 이상상태로 전환할 수 있도록 하는 Fail세팅부(2233)로 구성될 수 있다.
본 발명에서는 소정의 로컬에 대해 또는 원격의 복수의 지역에 대해 복수의 감시부(1000)이 관리될 수 있기 때문에 그룹화가 이루어지고, 이를 위하여 하나의 감시부(1000) 단위에 대해 하나의 소켓통신을 적용하는 것이 바람직하다. 이에 따라 통신의 부하를 감소하여 속도저하를 저감할 수 있을 것이다. 또한, 복수의 센서(1010)에 대해서는 병렬적으로 통신이 이루어지는 것이 바람직하다.
상기된 실시예에 따라, 그룹별 즉, 감시부(1000) 단위로서 ID들에 대해 소켓통신이 이루어지며 자동적으로 갱신이 이루어질 수 있다. 이때, 가상디바이스부(2230)에서는 갱신이 이루어지기까지 해당 ID에 대한 데이터베이스를 성공한 상태로 관리하도록 임의적인 응답을 하도록 하며, 갱신이 이루어진 상태에서 단일 또는 복수의 응답실패가 있는 경우 Fail세팅부(2233)에서 해당 ID 또는 그룹에 대해 비응답이상으로 데이터화하고 이를 분리한다.
여기서, 주기화부(2232)는 주기의 횟수와 간격을 설정할 수 있으며 N회의 쓰기 또는 조회명령에 따라 성공 또는 실패여부를 데이터화도록 할 수 있는데, 상기 N회는 예를 들어 5회일 수 있으며, 바람직하게는 쓰기 6번, 조회 3번으로 설정할 수 있으나 이는 선택적이다.
일실시예로서, 감시부(1000)는 리피터(미도시)로부터 주기적인 신호를 보고를 수행하도록 할 수 있으며, 관리서버(2000)로부터는 비주기적 폴링(Polling)을 통하여 응답에 대한 데이터를 취득하는 것이 바람직할 것이다.
상술된 본 발명에 따른 무선 네트워크를 이용한 수질관리 시스템은 원격의 수질을 무선 통신망을 통하여 개별적으로 관리할 수 있기 때문에 각각의 감시부에 대한 통합적인 제어가 효율적으로 이루어질 수 있는 장점이 있으며 설비와 유지관리에 있어서의 경제성과 신뢰성이 향상된다.
또한, 복수의 개소에서의 환경오염원에 대한 추적을 능동적으로 수행할 수 있고 측정 및 보고빈도를 개별 감시부 자체에서 능동적으로 관리할 수 있기 때문에 효율적인 자원의 관리가 가능한 장점이 있다.
이상에서, 본 발명은 실시예 및 첨부도면에 기초하여 상세히 설명되었다. 그러나, 이상의 실시예들 및 도면에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않으며, 본 발명의 범위는 후술한 특허청구범위에 기재된 내용에 의해서만 제한될 것이다.
1000...감시부 1010...센서
1110...모듈송수신부 1120...GPS
1200...컨버터 1300...필드디바이스
1400...관리부 1410...가상화부
1420...센싱부 1421...산소포화도센싱부
1422...유속센싱부 1423...온도센싱부
1424...탁도센싱부 1425...P센싱부
1426...S센싱부 1430...주기화부
1431...빈도판단부 1432...유속판단부
1433...시간설정부 2000...관리서버
2110...입력부 2120...송수신부
2200...제어부 2210...할당부
2211...ID부여부 2212...그룹화부
2220...모니터링부 2221...무선통신상태점검부
2222...센서통신상태점검부 2230...가상디바이스부
2231...가상응답부 2232...주기화부
2233...Fail세팅부 3000...네트워크서버
1110...모듈송수신부 1120...GPS
1200...컨버터 1300...필드디바이스
1400...관리부 1410...가상화부
1420...센싱부 1421...산소포화도센싱부
1422...유속센싱부 1423...온도센싱부
1424...탁도센싱부 1425...P센싱부
1426...S센싱부 1430...주기화부
1431...빈도판단부 1432...유속판단부
1433...시간설정부 2000...관리서버
2110...입력부 2120...송수신부
2200...제어부 2210...할당부
2211...ID부여부 2212...그룹화부
2220...모니터링부 2221...무선통신상태점검부
2222...센서통신상태점검부 2230...가상디바이스부
2231...가상응답부 2232...주기화부
2233...Fail세팅부 3000...네트워크서버
Claims (7)
- 하천 또는 하천 연안에 설치되어 감지신호를 생성하는 센서(1010);
하나 이상의 센서로부터의 감지신호를 수신하여 수질정보를 수집하는 관리부(1400)와, 센서로부터의 통신 신호와 무선통신 신호를 상호 변환하는 컨버터(1200)와, 무선 통신방식을 통하여 수질정보를 보고하는 모듈송수신부(1110)를 구비하는 감시부(1000);
네트워크서버를 통하여 감시부의 수질정보 신호를 수신하는 관리서버(2000);를 포함하며,
상기 관리부는,
하나 이상의 센서에 대응되는 입력단에 대해 각각 ID를 부여하고 센서가 연결되지 않은 입력단에 대해 하부 계층으로 신호를 전달하지 않도록 가상 ID를 생성하여 관리서버에 가상응답상태를 유지하는 가상화부(1410)와, 설정된 시간 및 유속에 따라 센서의 측정 또는 보고 빈도를 가변하는 주기화부(1430)를 구비하는 무선 네트워크를 이용한 수질관리 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 센서는,
용존산소량센서, 유속센서, 온도센서, 탁도센서, 인(P)센서 또는 황(S)센서 중의 선택된 어느 하나 이상으로 이루어지는 무선 네트워크를 이용한 수질관리 시스템.
- 제2항에 있어서,
상기 주기화부는,
유속이 설정된 유속 이상인 경우와 설정된 시간의 범위 이내인 경우 센서의 측정 또는 보고빈도를 증가시키는 무선 네트워크를 이용한 수질관리 시스템.
- 제2항에 있어서,
상기 관리서버는,
하나의 감시부에 연결되는 센서별로 ID를 그룹화하고 하나의 그룹에 대해 하나의 소켓통신으로 접속하는 무선 네트워크를 이용한 수질관리 시스템.
- 제4항에 있어서,
상기 관리서버는,
각 감시부에 대해 비주기적 폴링(Polling)을 통해 응답을 확인하는 무선 네트워크를 이용한 수질관리 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 감시부는,
원격 위치관리를 위한 GPS(1120)를 더 구비하는 무선 네트워크를 이용한 수질관리 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 감시부는,
적조 또는 녹조의 발생시 경보를 발생하는 경보부(1440)를 더 구비하는 무선 네트워크를 이용한 수질관리 시스템.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180051207A KR101958140B1 (ko) | 2018-05-03 | 2018-05-03 | 무선 네트워크를 이용한 수질관리 시스템 |
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|---|---|---|---|
| KR1020180051207A KR101958140B1 (ko) | 2018-05-03 | 2018-05-03 | 무선 네트워크를 이용한 수질관리 시스템 |
Publications (1)
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| KR101958140B1 true KR101958140B1 (ko) | 2019-03-13 |
Family
ID=65762073
Family Applications (1)
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| KR1020180051207A KR101958140B1 (ko) | 2018-05-03 | 2018-05-03 | 무선 네트워크를 이용한 수질관리 시스템 |
Country Status (1)
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| KR (1) | KR101958140B1 (ko) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102189254B1 (ko) * | 2019-12-19 | 2020-12-09 | 서울대학교산학협력단 | Gis 기반 불규칙 하천 지형 특성 분석을 통한 오염물질 추적 및 역추적 정보제공 방법 |
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| KR102296505B1 (ko) | 2021-01-20 | 2021-09-02 | 주식회사 워터코리아 | 실시간 수질개선 및 관리와 기후변화 예측이 가능한 IoT시스템 |
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-
2018
- 2018-05-03 KR KR1020180051207A patent/KR101958140B1/ko active IP Right Grant
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