KR101959935B1 - 수질감지부표 및 이를 활용한 통합수질 스마트 실시간 모니터링 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 수질감지부표와, 수질감지부표로부터 전송된 개별수집정보를 분석하여 통합수질정보를 생성하는 통합수질정보서버와, 통신망을 통해 통합수질정보서버로부터 통합수질정보를 수신하여 모니터링하는 사용자 단말기로 구성되어서, 수중드론과 자율비행드론에 의한 오염정보를 실시간으로 분석하고 모니터링하여, 토목공정에 따른 수질변화와 수질오염도를 파악하여 환경오염관제를 위한 최적 공정을 계획하고 수립하도록 할 수 있는, 수질감지부표 및 이를 활용한 통합수질 스마트 실시간 모니터링 시스템을 개시한다.
Description
본 발명은 수질측정기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 수중드론과 자율비행드론에 의한 오염정보를 실시간으로 분석하고 모니터링하여, 토목공정에 따른 수질변화와 수질오염도를 파악하여 환경오염관제를 위한 최적 공정을 계획하고 수립하도록 할 수 있는, 수질감지부표 및 이를 활용한 통합수질 스마트 실시간 모니터링 시스템에 관한 것이다.
주지하는 바와 같이, 하천 또는 해양은 특성상 직접 접근하여 현장측정을 통해 지속적으로 관측하고 파악하는 것이 불가능한 한계가 있다.
이러한 한계를 극복하기 위해, 하천 또는 해양 상에 고정 설치되는 부표에 수질감지센서를 부착하여 측정하기도 하고, 보다 다양한 측정이 가능한 관측선을 이용한 직접적인 현장측정을 통해 비교적 넓은 범위의 수질을 측정하기도 한다.
한편, 이와 관련한 선행기술로서, 한국등록특허공보 제1313306호(부표형 모니터링 로봇. 2013.09.24.)가 개시되어 있는데, 종래의 부표형 모니터링 로봇은, 몸체부(1)와, 솔라셀(21)을 포함하는 자가발전부(2)와, 카메라(31) 및 수중 카메라를 통해 모니터링하는 모니터링부(3), 수중에서 추진력을 발생시키는 추진부(4)와, 모니터링부(3)를 통해 획득된 데이터를 전송하고, 제어명령을 원격으로 전송받는 무선통신부와, 근접감지 센서의 감지 결과 및 영상을 분석하여 근접하는 물체를 회피하여 주행이 이루어지도록 추진부(4)를 제어하는 주행제어부를 포함하여서, 모니터링부(3)를 통해 수질오염정도와 수중의 생태환경을 파악할 수 있다.
하지만, 수중 카메라의 영상정보를 통해서 수질오염을 식별하는 것으로 정확하고 깊은 수심의 수질정보를 파악하기 어려우며, 주변 수중관련 토목공사공정과 연계하여 실시간으로 수질정보를 분석하여 활용하는데 한계가 있고, 넓은 영역의 생태환경과 수질정보를 모니터링 할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명의 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는, 깊은 수심의 수질정보를 정확하게 파악하며, 주변 수중관련 토목공사공정과 연계하여 실시간으로 수질정보를 분석하여 활용하고, 넓은 영역의 생태환경과 수질정보를 모니터링 할 수 있는, 수질감지부표 및 이를 활용한 통합수질 스마트 실시간 모니터링 시스템을 제공하는 데 있다.
전술한 목적을 달성하고자, 본 발명의 바람직한 일실시예는, 외형을 형성하고 수중에서 부유하도록 형성된 본체와, 상기 본체의 하단에 연결되어 형성되고 수중에서 승하강하여 수심별 수질을 측정하는 제1 다목적 수질센서부와, 상기 본체에 결합 형성되어 상기 제1 다목적 수질센서부를 승하강시키는 와이어 윈치와, 상기 제1 다목적 수질센서부 및 상기 와이어 윈치로 전원을 공급하는 전원부와, 상기 본체 상부에 형성되어 상기 전원부를 충전하는 태양전지부와, 수질을 측정하는 제2 다목적 수질센서부를 구비하고 자체 추진력에 의해 이동이 가능한 수중드론과, 상기 본체의 측면 또는 하부에 형성되어 상기 수중드론이 도킹하여 무선충전하는 도킹 스테이션과, 상기 제1 및 제2 다목적 수질센서부와 통신하는 통신부와, 상기 본체의 위치정보를 제공하는 제1 GPS 및 상기 수중드론의 위치정보를 제공하는 제2 GPS와, 상기 와이어 윈치와 상기 수중드론을 제어하고 수심별 및 위치별 측정된 수질정보를 상기 통신부를 통해 제공하는 제어부로 구성되고, 상기 제어부는 상기 수중드론을 특정위치로 이동시켜 상기 제2 다목적 수질센서부에 의해 측정된 수질정보를 상기 제1 다목적 수질센서부에 의해 측정된 수질정보와 연계하여 분석하고 GPS정보와 연동하여 통합수질정보를 생성하는, 수질감지부표를 제공한다.
여기서, 상기 제1 다목적 수질센서부는, 수심측정센서모듈과 결합 형성되어 상기 와이어 윈치에 의해 특정수심으로 하강하거나, 상기 와이어 윈치에 결합 형성된 인코더를 통해서 상기 특정수심으로 하강하여서, 수심별로, 수온, pH, 용존산소량, 전기전도도, 탁도, 클로로필-a, 또는 잔류염소농도의 수질정보를 측정하여 상기 제어부로 전송하며, 상기 제2 다목적 수질센서부는, 수심별로, 수온, pH, 용존산소량, 전기전도도, 탁도, 클로로필-a, 또는 잔류염소농도의 수질정보를 측정하여 상기 제어부로 전송하고, 상기 제어부는, 전송된 상기 수질정보를 수중 3차원 좌표와 연계하여 실시간으로 수질오염의 분포와 이동과 확산에 관한 상기 통합수질정보를 생성할 수 있다.
또한, 상기 본체의 하단에는 부유시 균형을 유지하도록 하는 도넛 형상의 균형추가 결합되고, 상기 균형추의 중공으로 상기 와이어 윈치에 연결된 상기 제1 다목적 수질센서부가 승하강하는데, 상기 와이어 윈치의 와이어가 연결된 상기 제1 다목적 수질센서부의 상단은 원뿔 형상으로 형성되고 상기 상단에 대향하는 상기 중공의 단면은 테이퍼 형상으로 경사져 형성될 수 있다.
또한, 상기 도킹 스테이션의 도킹영역은 타원형으로 오목하게 형성되고 상기 도킹영역에 대향하는 상기 수중드론의 무선충전모듈은 타원형으로 볼록하게 형성되어, 상기 도킹 스테이션에 대한 상기 수중드론의 도킹을 유도하고, 상기 도킹 스테이션에 의한 무선충전시 상기 수중드론과 상기 도킹 스테이션은 락킹모듈에 의해 상호 고정될 수 있다.
또한, 상기 본체 상단, 상기 제1 다목적 수질센서부, 또는 상기 수중드론은, 적외선 카메라 또는 영상 카메라를 구비하여 상기 제어부로 촬영된 영상을 실시간 전송할 수 있다.
또한, 상기 본체의 하부에는 스크류 또는 워터제트의 추진부가 형성되어 자체이동이 가능하도록 구성되고, 상기 제어부는 상기 본체의 GPS정보에 따라 조류의 흐름에 의해 특정위치로부터 이탈하지 않도록 상기 추진부를 주기적으로 구동하고, 상기 촬영된 영상을 분석하여 접근하는 부유물을 회피하도록 상기 추진부를 구동할 수 있다.
또한, 상기 제1 다목적 수질센서부 또는 상기 제2 다목적 수질센서부는 수중 시료를 채취하는 시료채취유닛을 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 바람직한 다른 실시예는, 수중에서 부유하도록 형성된 본체와, 상기 본체의 하단에 연결되어 형성되고 수중에서 승하강하여 수심별 수질을 측정하는 제1 다목적 수질센서부와, 상기 본체에 결합 형성되어 상기 제1 다목적 수질센서부를 승하강시키는 와이어 윈치와, 상기 제1 다목적 수질센서부 및 상기 와이어 윈치로 전원을 공급하는 전원부와, 상기 본체 상부에 형성되어 상기 전원부를 충전하는 태양전지부와, 수질을 측정하는 제2 다목적 수질센서부를 구비하고 자체 추진력에 의해 이동이 가능한 수중드론과, 상기 본체의 측면 또는 하부에 형성되어 상기 수중드론이 도킹하여 무선충전하는 도킹 스테이션과, 상기 제1 및 제2 다목적 수질센서부와 통신하는 통신부와, 상기 본체의 위치정보를 제공하는 제1 GPS 및 상기 수중드론의 위치정보를 제공하는 제2 GPS와, 상기 와이어 윈치와 상기 수중드론을 제어하고 수심별 및 위치별 측정된 수질정보를 상기 통신부를 통해 제공하는 제어부로 구성되고, 상기 제어부는 상기 수중드론을 특정위치로 이동시켜 상기 제2 다목적 수질센서부에 의해 측정된 수질정보를 상기 제1 다목적 수질센서부에 의해 측정된 수질정보와 연계하여 분석하고 GPS정보와 연동하여 통합수질정보를 생성하되, 상기 제1 다목적 수질센서부는, 수심측정센서모듈과 결합 형성되어 상기 와이어 윈치에 의해 특정수심으로 하강하거나, 상기 와이어 윈치에 결합 형성된 인코더를 통해서 상기 특정수심으로 하강하여서, 수심별로, 수온, pH, 용존산소량, 전기전도도, 탁도, 클로로필-a, 또는 잔류염소농도의 수질정보를 측정하여 상기 제어부로 전송하며, 상기 제2 다목적 수질센서부는, 수심별로, 수온, pH, 용존산소량, 전기전도도, 탁도, 클로로필-a, 또는 잔류염소농도의 수질정보를 측정하여 상기 제어부로 전송하고, 상기 제1 다목적 수질센서부 또는 상기 제2 다목적 수질센서부는, 수중 시료를 채취하는 시료채취유닛을 더 포함하고, 상기 제어부는, 전송된 상기 수질정보를 수중 3차원 좌표와 연계하여 실시간으로 수질오염의 분포와 이동과 확산에 관한 상기 통합수질정보를 생성하는, 수질감지부표; 적어도 둘 이상의 상기 수질감지부표로부터 전송된 개별수질정보를 수집하고 통합 분석하여 해당 지역전체에 대한 수질오염의 분포와 이동과 확산에 관한 상기 통합수질정보를 생성하고 저장하는, 통합수질정보서버; 및 통신망을 통해, 상기 통합수질정보서버로부터 상기 통합수질정보를 수신하여 PC 또는 앱 플랫폼으로 모니터링하도록 하는, 사용자 단말기;로 구성되고, 상기 통합수질정보서버는, 수질오염의 특정 한계치의 초과시 또는 수질오염의 급격한 변화시, 상기 사용자 단말기로 경고 정보를 전송하는, 통합수질 스마트 실시간 모니터링 시스템을 제공한다.
여기서, 상기 통합수질정보서버는, 수중토목공사 관련 공사진행정보와 연계하여 공사공정연동 통합수질정보를 생성하고 저장하여 상기 사용자 단말기로 전송할 수 있다.
또한, 상기 통합수질정보서버는, 다목적 대기질측정 센서와 카메라와 GPS를 구비한 자율비행드론으로부터 대기중 미세먼지농도 및 해당 비행지역에 대한 영상을 수신하여 대기오염도를 포함하는 상기 통합수질정보를 생성하고 저장할 수 있다.
또한, 상기 통합수질정보서버는, 상기 대기오염도와 상기 자율비행드론의 카메라로부터 수신한 영상과 비행위치정보로부터 대기중 3차원 좌표와 연계하여 증강현실의 3차원 대기오염 분포도를 생성할 수 있다.
한편 본 명세서에 개시된 기술에 관한 설명은 단지 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 개시된 기술의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 개시된 기술의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 개시된 기술에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
또한 본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다. “제1”, “제2” 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소로 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
나아가 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “연결되어”있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “직접 연결되어”있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 “~사이에”와 “~사이에” 또는 “~에 이웃하는”과 “~에 직접 이웃하는” 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, “포함하다”또는 “가지다” 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에 의하면, 수중드론과 자율비행드론에 의한 오염정보를 실시간으로 분석하고 모니터링하여, 토목공정에 따른 수질변화와 수질오염도를 파악하여 환경오염관제를 구현할 수 있는 효과가 있다. 또한, 토목공사 공정 모니터링 시스템과 실시간 연계하여 공정진행별 수질오염도 변화 및 확산 분포도를 모니터링하여 환경오염을 최소화할 수 있는 최적 공정 계획을 수립하도록 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 다목적 수질센서부의 수리, 교체 또는 세척의 유지보수를 원활하게 할 수 있는 효과가 있다. 더 나아가, 퇴적물과 오탁수의 상시 실시간 분석을 통해 정확한 수질오염현황을 감시하여 주변 생태계를 보호할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 기술을 도시한 도면을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 수질감지부표를 예시한 것이다.
도 3은 도 2의 수질감지부표의 구성도를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 수질감지부표를 활용한 통합수질 스마트 실시간 모니터링 시스템의 개략적인 구성도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 수질감지부표를 예시한 것이다.
도 3은 도 2의 수질감지부표의 구성도를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 수질감지부표를 활용한 통합수질 스마트 실시간 모니터링 시스템의 개략적인 구성도를 나타낸 것이다.
이하, 본 발명이 속하는 선호적인 실시예를 참고로 하여 더욱 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 수질감지부표를 예시한 것이고, 도 3은 도 2의 수질감지부표의 구성도를 나타낸 것이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 수질감지부표는, 전체적으로, 본체(110)와, 제1 다목적 수질센서부(120)와, 와이어 윈치(130)와, 전원부(140)와, 태양전지부(150)와, 수중드론(160)과, 도킹 스테이션(170)과, 통신부(180)와, 제1 및 제2 GPS와, 제어부(190)로 구성되어서, 해당지역의 수질오염정보를 실시간으로 수집하고 분석하여 환경영향 및 안전현황을 파악하여 신속히 대응하도록 한다.
우선, 본체(110)는 전체 외형을 형성하고 수중에서 부유하도록 부유물(111)을 구비하여 형성되고, 본체(110)의 하단에는 부유시 균형을 유지하도록 하는 도넛 형상의 균형추(112)가 결합된다.
다음, 제1 다목적 수질센서부(120)는, 본체(110)의 하단에 연결되어 형성되고 수중에서 승하강하여 수심별 다양한 수질을 측정한다.
예컨대, 제1 다목적 수질센서부(120)는, 수심측정센서모듈(121)과 결합 형성되어 후술하는 와이어 윈치(130)에 의해 특정수심으로 하강하거나, 와이어 윈치(130)에 결합 형성된 인코더(131)를 통해서 특정수심으로 하강하여서, 하강 수심별로, 수온, pH, 용존산소량(DO), 전기전도도(EC), 탁도, 녹조농도 측정기준인 클로로필-a(Chlorophyll-a), 또는 잔류염소농도의 수질정보를 측정하여 후술하는 제어부(190)로 전송한다.
또한, 도 2의 (a)에 확대도시된 바와 같이, 제1 다목적 수질센서부(120)는 수질센서(120a)와, 조류가 통과하는 홀이 다수 형성되고 수질센서(120a)를 보호하는 커버(120b)와, 하중을 제공하는 무게추(120c)로 구성될 수 있다.
다음, 와이어 윈치(130)는 본체(110)에 결합 형성되어 와이어(W)로 연결된 제1 다목적 수질센서부(120)를 승하강시킨다. 여기서, 도시되지는 않았으나, 와이어 윈치(130)는 와이어(W)를 권취하는 권선유닛과, 권선유닛을 회전구동하는 구동모터와 감속기로 구성될 수 있다.
한편, 본체(110)의 균형추(112)의 중공(A)으로 와이어 윈치(130)에 연결된 제1 다목적 수질센서부(120)가 승하강하는데, 와이어 윈치(130)의 와이어(W)가 연결된 제1 다목적 수질센서부(120)의 상단은, 도 2의 (a)에 확대도시된 바와 같이, 원뿔 형상으로 형성되고 상단에 대향하는 중공(A)의 단면은 테이퍼 형상으로 경사져 형성되어, 와이어(W)의 권취시, 균형추(112)에 걸리지 않고 제1 다목적 수질센서부(120)를 본체(110)로 쉽게 회수하도록 유도하여서, 제1 다목적 수질센서부(120)의 수리, 교체 또는 세척의 유지보수를 원활하게 할 수 있다.
다음, 전원부(140)는 제1 다목적 수질센서부(120), 와이어 윈치(130) 및 제어부(190)로 구동전원을 공급한다.
다음, 태양전지부(150)는 본체(110) 상부에 형성되어 전원부(140)를 충전하여 외부전원 공급없이 자가발전이 가능한데, 발전효율을 최대화하기 위해서 태양을 트래킹하도록 구성되거나, 적어도 둘 이상의 판형상의 전지패널이 태양을 향하여 경사져 형성되거나, 도 1에 도시된 바와 같이, 반구형으로 형성될 수 있다.
다음, 수중드론(160)은 수질을 측정하는 제2 다목적 수질센서부(161)를 구비하고 자체 추진력에 의해 수중에서 자유로운 이동이 가능하도록 구성된다.
여기서, 제2 다목적 수질센서부(161)는, 제1 다목적 수질센서부(120)와 동일하게, 수심별로, 수온, pH, 용존산소량, 전기전도도, 탁도, 클로로필-a, 또는 잔류염소농도의 수질정보를 측정하여 제어부(190)로 전송한다.
또한, 수중드론(160)에 의해서, 비교적 넓은 지역에 대한 환경영향을 실시간으로 관제할 수 있다.
다음, 도킹 스테이션(170)은 본체(110)의 측면 또는 하부에 형성되어 수중드론(160)이 도킹하여 전원부(140)로부터 전원을 급전하여 무선충전하도록 한다.
여기서, 도킹 스테이션(170)의 도킹영역(해치영역)은 타원형으로 오목하게 형성되고(도 2 참조), 도킹영역에 대향하는 수중드론(160)의 무선충전모듈(162)은 타원형으로 볼록하게 형성되어서, 도킹 스테이션(170)에 대한 수중드론(160)의 도킹을 쉽게 유도하고, 도킹 스테이션(170)에 의한 무선충전시 수중드론(160)과 도킹 스테이션(170)은 락킹모듈(171)에 의해 상호 안정적으로 고정될 수 있다.
한편, 수중드론(160)은, 수질측정 임무 완수시 또는 자체전원의 부족시, 회귀하여 도킹 스테이션(170)으로 도킹할 수 있다.
다음, 통신부(180)는, 사물인터넷기술(IoT)을 적용하여, 제1 다목적 수질센서부(120)와 와이어(W)를 통해 유선 통신하고, 제2 다목적 수질센서부(161)와 무선 통신하여서, 측정된 수질정보를 제어부(190)로 전송하도록 한다.
한편, 수중에서, 통신부(180)와 제2 다목적 수질센서부(161)간의 무선 통신이 원활하지 않은 경우, 수중드론(160)과 도킹 스테이션(170)간의 도킹시 제어부(190)로 수질정보를 전송하도록 할 수 있다.
다음, 제1 GPS는 본체(110)의 위치정보를 제어부(190)로 전송하여 제공하고, 제2 GPS는 수중드론(160)의 위치정보를 제어부(190)로 전송하여 제공한다.
최종적으로, 제어부(190)는 와이어 윈치(130)의 승하강 구동과 수중드론(160)의 수중 이동 및 제2 다목적 수질센서부(161)를 제어하고, 수심별 및 위치별 측정된 수질정보를 통신부(180)를 통해 수신한다.
즉, 제어부(190)는 수중드론(160)을 특정위치로 이동시켜 제2 다목적 수질센서부(161)에 의해 측정된 수질정보를 제1 다목적 수질센서부(120)에 의해 측정된 수질정보와 연계하여 분석하고 제1 및 제2 GPS의 GPS정보와 연동하여 통합수질정보를 생성하는데, 전송된 수질정보를 수중 3차원 좌표와 연계하여 실시간으로 수질오염의 분포와 이동과 확산에 관한 통합수질정보를 생성할 수 있다.
또한, 제1 다목적 수질센서부(120) 또는 제2 다목적 수질센서부(161)는, 수중 시료를 채취하는 시료채취유닛(122)을 더 포함하여, 추후, 시료채취유닛(122)을 주기적으로 회수하여 화학적 분석을 통해서 수질오염도를 정확하게 비교 분석할 수도 있다.
한편, 도시되지는 않았으나, 본체(110) 상단, 제1 다목적 수질센서부(120), 또는 수중드론(160)은, 적외선 카메라 또는 영상 카메라를 구비하여 제어부(190)로 촬영된 영상을 실시간 전송할 수도 있다.
또한, 본체(110)의 하부에는 스크류 또는 워터제트의 추진부(미도시)가 형성되어 자체이동이 가능하도록 구성되고, 제어부(190)는 본체(110)의 GPS정보에 따라 조류의 흐름에 의해 특정위치로부터 이탈하지 않도록 추진부를 주기적으로 구동하고, 촬영된 영상을 분석하여 접근하는 부유물을 회피하도록 추진부를 구동하여서 근거리 이동이 가능이 가능하도록 할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 수질감지부표를 활용한 통합수질 스마트 실시간 모니터링 시스템의 개략적인 구성도를 나타낸 것이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 의한 수질감지부표를 활용한 통합수질 스마트 실시간 모니터링 시스템은, 전체적으로, 수질감지부표(100)와, 수질감지부표(100)로부터 전송된 개별수집정보를 분석하여 통합수질정보를 생성하는 통합수질정보서버(200)와, 통신망을 통해 통합수질정보서버(200)로부터 통합수질정보를 수신하여 모니터링하는 사용자 단말기(300)로 구성된다.
개별 수질감지부표(100)에 대해서는, 도 2 및 도 3을 참조하여 상술한 수질감지부표와 동일한 구성으로서, 이하 상세한 설명은 생략하고자 한다.
통합수질정보서버(200)는, 적어도 둘 이상의 수질감지부표(100)의 통신부(180)로부터 전송된 개별수질정보를 수집하고 통합 분석하여 해당 지역전체에 대한 수질오염의 분포와 이동과 확산에 관한 통합수질정보를 생성하고 저장한다.
사용자 단말기(300)는, 통신망을 통해, 통합수질정보서버(200)로부터 통합수질정보를 수신하여 PC 또는 앱 플랫폼으로 모니터링하도록 한다.
한편, 통합수질정보서버(200)는, 수질정보로부터 분석된 수질오염의 특정 한계치의 초과시 또는 수질오염의 급격한 변화시, 사용자 단말기(300)로 경고 정보를 전송하여 신속하게 대응하도록 할 수 있다.
즉, 통합수질정보서버(200)는, 가물막이공사와 같은 수중토목공사 관련 공사진행정보와 연계하여 공사공정연동 통합수질정보를 생성하고 저장하여 토목공사 공정관리자의 사용자 단말기(300)로 전송하여서, 공사진행현황과 정확한 실시간 수질정보를 활용하여 수질오염을 최소화할 수 있는 공사계획을 수립하거나 수정하고 신속히 대응하도록 한다.
예컨대, 가물막이공사 진행시, 부수적으로 발생하는 오염 퇴적물 또는 오탁수에 의한 수질오염과 주변생태계 파괴를 방지하도록, 수질오염 발생시에 수질오염의 이동경로 및 확산경로를 실시간으로 모니터링하여 파악하여서, 초기에 신속하게 대응하도록 한다.
또한, 통합수질정보서버(200)는, 사물인터넷기술을 적용한, 다목적 대기질측정 센서와 카메라와 GPS를 구비한 자율비행드론(400)으로부터 대기중 미세먼지농도 및 해당 비행지역에 대한 영상을 수신하여 대기오염도를 포함하는 통합수질정보를 생성하고 저장하고, 대기오염도와 자율비행드론(400)의 카메라로부터 수신한 영상과 비행위치정보로부터 대기중 3차원 좌표와 연계하여 증강현실의 3차원 대기오염 분포도를 생성하여서, 효과적인 대기오염 방지대책 수립에 활용하도록 할 수 있다.
예컨대, 자율비행드론(400)으로부터 전송되는 영상정보는 수중토목공사에 따른 오탁수 또는 퇴적물의 발생, 이동 및 확산정보를 제공하고, 통합수질정보서버(200)는 이와 연계하여 통합수질정보를 생성하고 토목공사 공정관리자의 사용자 단말기(300)로 전송하여 모니터링하도록 할 수 있고, 홍수에 따른 수중토목공사의 안전현황을 파악하는데 활용될 수도 있다.
또한, 통합수질정보서버(200)는 자율비행드론(400)의 특정비행경로의 플래그를 따라 자율비행하도록 설정할 수 있고, 수중드론과 자율비행드론(400)에 의해서, 비교적 넓은 지역에 대한 환경영향을 실시간으로 관제할 수 있다.
추가로, 토목공사 진행에 따른 오염물의 유출 및 확산으로 인한 수질오염을 실시간으로 모니터링하고 특정한계치인 수질환경기준치와 비교하여 초과시 실시간으로 사용자 단말기(300)로 경고 정보를 제공하는데, 구간데이터를 정규화하는 다음의 [수학식 1]에 의해, 특정 수질정보의 실시간 측정값과 수질환경기준치와 비교하여, d값이 0보다 작으면 사용자 단말기(300)로 경고 정보를 제공할 수 있다.
여기서, a는 수질환경기준치, b는 실시간 측정값, c는 특정 수질정보의 기간별 평균 측정값이다.
또한, 다음의 [수학식 2] 내지 [수학식 4]에 의해, 분산분석을 실시하여 기간별 수질정보의 데이터 변화추이를 분석할 수도 있다.
여기서, i=1,2,...,r이고, j=1,2,...,n이고,
또한, 측정값 
와 전체 측정값들의 평균 
간의 차이인 편차는 다음의 [수학식 3]에 의해 분할 가능할 수 있다.
즉, 측정값 
와 전체 측정값들의 평균 
간의 차이인 편차는, 수준i에서의 측정값과 전체 평균 간의 차이, 즉 수준간의 차이에 따른 편차와, 측정값과 수준평균간의 차이, 즉 수준i에 의해서 설명될 수 없는 편차의 합으로 산출될 수 있다.
따라서, 전술한 바와 같은 수질감지부표 및 이를 활용한 통합수질 스마트 실시간 모니터링 시스템의 구성에 의해서, 수중드론과 자율비행드론에 의한 오염정보를 실시간으로 분석하고 모니터링하여, 토목공정에 따른 수질변화와 수질오염도를 파악하여 환경오염관제를 구현할 수 있으며, 토목공사 공정 모니터링 시스템과 실시간 연계하여 공정진행별 수질오염도 변화 및 확산 분포도를 모니터링하여 환경오염을 최소화할 수 있는 최적 공정 계획을 수립하도록 할 수 있고, 퇴적물과 오탁수의 상시 실시간 분석을 통해 정확한 수질오염현황을 감시하여 주변 생태계를 보호할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이행할 수 있을 것이다.
110 : 본체 111 : 부유물
112 : 균형추 120 : 제1 다목적 수질센서부
120a : 수질센서 120b : 커버
120c : 무게추 121 : 수심측정센서모듈
122 : 시료채취유닛 130 : 와이어 윈치
131 : 인코더 140 : 전원부
150 : 태양전지부 160 : 수중드론
161 : 제2 다목적 수질센서부 170 : 도킹 스테이션
171 : 락킹모듈 180 : 통신부
190 : 제어부 100 : 수질감지부표
200 : 통합수질정보서버 300 : 사용자 단말기
400 : 자율비행드론 W : 와이어
A : 중공
112 : 균형추 120 : 제1 다목적 수질센서부
120a : 수질센서 120b : 커버
120c : 무게추 121 : 수심측정센서모듈
122 : 시료채취유닛 130 : 와이어 윈치
131 : 인코더 140 : 전원부
150 : 태양전지부 160 : 수중드론
161 : 제2 다목적 수질센서부 170 : 도킹 스테이션
171 : 락킹모듈 180 : 통신부
190 : 제어부 100 : 수질감지부표
200 : 통합수질정보서버 300 : 사용자 단말기
400 : 자율비행드론 W : 와이어
A : 중공
Claims (7)
- 외형을 형성하고 수중에서 부유하도록 형성된 본체(110)와, 상기 본체(110)의 하단에 연결되어 형성되고 수중에서 승하강하여 수심별 수질을 측정하는 제1 다목적 수질센서부(120)와, 상기 본체(110)에 결합 형성되어 상기 제1 다목적 수질센서부(120)를 승하강시키는 와이어 윈치(130)와, 상기 제1 다목적 수질센서부(120) 및 상기 와이어 윈치(130)로 전원을 공급하는 전원부(140)와, 상기 본체(110) 상부에 형성되어 상기 전원부(140)를 충전하는 태양전지부(150)와, 수질을 측정하는 제2 다목적 수질센서부(161)를 구비하고 자체 추진력에 의해 이동이 가능한 수중드론(160)과, 상기 본체(110)의 측면 또는 하부에 형성되어 상기 수중드론(160)이 도킹하여 무선충전하는 도킹 스테이션(170)과, 상기 제1 및 제2 다목적 수질센서부(120, 161)와 통신하는 통신부(180)와, 상기 본체(110)의 위치정보를 제공하는 제1 GPS 및 상기 수중드론(160)의 위치정보를 제공하는 제2 GPS와, 상기 와이어 윈치(130)와 상기 수중드론(160)을 제어하고 수심별 및 위치별 측정된 수질정보를 상기 통신부(180)를 통해 제공하는 제어부(190)로 구성되고,
상기 제어부(190)는 상기 수중드론(160)을 특정위치로 이동시켜 상기 제2 다목적 수질센서부(161)에 의해 측정된 수질정보를 상기 제1 다목적 수질센서부(120)에 의해 측정된 수질정보와 연계하여 분석하고 GPS정보와 연동하여 통합수질정보를 생성하며,
상기 제1 다목적 수질센서부(120)는, 수심측정센서모듈(121)과 결합 형성되어 상기 와이어 윈치(130)에 의해 특정수심으로 하강하거나, 상기 와이어 윈치(130)에 결합 형성된 인코더(131)를 통해서 상기 특정수심으로 하강하여서, 수심별로, 수온, pH, 용존산소량, 전기전도도, 탁도, 클로로필-a, 또는 잔류염소농도의 수질정보를 측정하여 상기 제어부(190)로 전송하며,
상기 제2 다목적 수질센서부(161)는, 수심별로, 수온, pH, 용존산소량, 전기전도도, 탁도, 클로로필-a, 또는 잔류염소농도의 수질정보를 측정하여 상기 제어부(190)로 전송하고,
상기 제어부(190)는, 전송된 상기 수질정보를 수중 3차원 좌표와 연계하여 실시간으로 수질오염의 분포와 이동과 확산에 관한 상기 통합수질정보를 생성하며,
상기 본체(110)의 하단에는 부유시 균형을 유지하도록 하는 도넛 형상의 균형추(112)가 결합되고, 상기 균형추(112)의 중공으로 상기 와이어 윈치(130)에 연결된 상기 제1 다목적 수질센서부(120)가 승하강하는데, 상기 와이어 윈치(130)의 와이어가 연결된 상기 제1 다목적 수질센서부(120)의 상단은 원뿔 형상으로 형성되고 상기 상단에 대향하는 상기 중공의 단면은 테이퍼 형상으로 경사져 형성되는 것을 특징으로 하는 수질감지부표.
- 제 1 항에 있어서,
상기 본체(110) 상단, 상기 제1 다목적 수질센서부(120), 또는 상기 수중드론(160)은, 적외선 카메라 또는 영상 카메라를 구비하여 상기 제어부(190)로 촬영된 영상을 실시간 전송하는 것을 특징으로 하는 수질감지부표.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제1 다목적 수질센서부(120) 또는 상기 제2 다목적 수질센서부(161)는, 수중 시료를 채취하는 시료채취유닛(122)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수질감지부표.
- 제 1 항에 있어서,
도킹 스테이션(170)의 도킹영역은 타원형으로 오목하게 형성되고 상기 도킹영역에 대향하는 상기 수중드론(160)의 무선충전모듈(162)은 타원형으로 볼록하게 형성되어, 상기 도킹 스테이션(170)에 대한 상기 수중드론(160)의 도킹을 유도하고, 상기 도킹 스테이션(170)에 의한 무선충전시 상기 수중드론(160)과 상기 도킹 스테이션(170)은 락킹모듈(171)에 의해 상호 고정되는 것을 특징으로 하는 수질감지부표.
- 제2항에 있어서,
상기 본체(110)의 하부에는 스크류 또는 워터제트의 추진부가 형성되어 자체이동이 가능하도록 구성되고, 상기 제어부(190)는 상기 본체(110)의 GPS정보에 따라 조류의 흐름에 의해 특정위치로부터 이탈하지 않도록 상기 추진부를 주기적으로 구동하고, 상기 촬영된 영상을 분석하여 접근하는 부유물을 회피하도록 상기 추진부를 구동하는 것을 특징으로 하는 수질감지부표.
- 수중에서 부유하도록 형성된 본체(110)와, 상기 본체(110)의 하단에 연결되어 형성되고 수중에서 승하강하여 수심별 수질을 측정하는 제1 다목적 수질센서부(120)와, 상기 본체(110)에 결합 형성되어 상기 제1 다목적 수질센서부(120)를 승하강시키는 와이어 윈치(130)와, 상기 제1 다목적 수질센서부(120) 및 상기 와이어 윈치(130)로 전원을 공급하는 전원부(140)와, 상기 본체(110) 상부에 형성되어 상기 전원부(140)를 충전하는 태양전지부(150)와, 수질을 측정하는 제2 다목적 수질센서부(161)를 구비하고 자체 추진력에 의해 이동이 가능한 수중드론(160)과, 상기 본체(110)의 측면 또는 하부에 형성되어 상기 수중드론(160)이 도킹하여 무선충전하는 도킹 스테이션(170)과, 상기 제1 및 제2 다목적 수질센서부(120, 161)와 통신하는 통신부(180)와, 상기 본체(110)의 위치정보를 제공하는 제1 GPS 및 상기 수중드론(160)의 위치정보를 제공하는 제2 GPS와, 상기 와이어 윈치(130)와 상기 수중드론(160)을 제어하고 수심별 및 위치별 측정된 수질정보를 상기 통신부(180)를 통해 제공하는 제어부(190)로 구성되고, 상기 제어부(190)는 상기 수중드론(160)을 특정위치로 이동시켜 상기 제2 다목적 수질센서부(161)에 의해 측정된 수질정보를 상기 제1 다목적 수질센서부(120)에 의해 측정된 수질정보와 연계하여 분석하고 GPS정보와 연동하여 통합수질정보를 생성하되,
상기 제1 다목적 수질센서부(120)는, 수심측정센서모듈(121)과 결합 형성되어 상기 와이어 윈치(130)에 의해 특정수심으로 하강하거나, 상기 와이어 윈치(130)에 결합 형성된 인코더(131)를 통해서 상기 특정수심으로 하강하여서, 수심별로, 수온, pH, 용존산소량, 전기전도도, 탁도, 클로로필-a, 또는 잔류염소농도의 수질정보를 측정하여 상기 제어부(190)로 전송하며, 상기 제2 다목적 수질센서부(161)는, 수심별로, 수온, pH, 용존산소량, 전기전도도, 탁도, 클로로필-a, 또는 잔류염소농도의 수질정보를 측정하여 상기 제어부(190)로 전송하고, 상기 제1 다목적 수질센서부(120) 또는 상기 제2 다목적 수질센서부(161)는, 수중 시료를 채취하는 시료채취유닛(122)을 더 포함하고, 상기 제어부(190)는, 전송된 상기 수질정보를 수중 3차원 좌표와 연계하여 실시간으로 수질오염의 분포와 이동과 확산에 관한 상기 통합수질정보를 생성하는 수질감지부표(100);
적어도 둘 이상의 상기 수질감지부표(100)로부터 전송된 개별수질정보를 수집하고 통합 분석하여 해당 지역전체에 대한 수질오염의 분포와 이동과 확산에 관한 상기 통합수질정보를 생성하고 저장하는, 통합수질정보서버(200); 및
통신망을 통해, 상기 통합수질정보서버(200)로부터 상기 통합수질정보를 수신하여 PC 또는 앱 플랫폼으로 모니터링하도록 하는, 사용자 단말기(300);로 구성되고,
상기 통합수질정보서버(200)는, 수질오염의 특정 한계치의 초과시 또는 수질오염의 급격한 변화시, 상기 사용자 단말기(300)로 경고 정보를 전송하며,
상기 통합수질정보서버(200)는, 수중토목공사 관련 공사진행정보와 연계하여 공사공정연동 통합수질정보를 생성하고 저장하여 상기 사용자 단말기(300)로 전송하는 것을 특징으로 하는 통합수질 스마트 실시간 모니터링 시스템.
- 제 6 항에 있어서,
상기 통합수질정보서버(200)는, 다목적 대기질측정 센서와 카메라와 GPS를 구비한 자율비행드론(400)으로부터 대기중 미세먼지농도 및 해당 비행지역에 대한 영상을 수신하여 대기오염도를 포함하는 상기 통합수질정보를 생성하고 저장하는 것을 특징으로 하는 통합수질 스마트 실시간 모니터링 시스템.
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