KR102040372B1 - 무인 자율 운항이 가능한 이동식 수질관리장치 - Google Patents
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Abstract
무인자율 운항이 가능한 이동식 수질관리장치가 개시된다. 이동식 수질관리장치는 부력체, 위성 신호를 수신하는 GPS 통신 모듈 및 서버와 통신을 수행하는 서버 통신 모듈을 구비하는 통신 장치, 부력체의 이동을 위한 동력을 생성하는 동력 장치, 수질 정화 동작을 수행하는 수질 정화 장치 및 통신 모듈을 통해 제공된 정보를 기초로 동력 장치 및 수질 정화 장치의 동작을 제어하는 제어 유닛을 구비한다. 이러한 이동식 수질관리 장치에 의하면 자율 이동하면서 수역의 오염원 유입 및 수질오염을 사전에 감시할 수 있고, 오염된 구역에 대한 수질정화를 통해 수질개선을 도모할 수 있다.
Description
본 발명은 오염된 저수지, 호수, 강 등에서 사전에 지정된 경로를 따라 무인 자율운항하면서 오염원 유입을 감시하고, 수질을 자동 측정하며, 오염된 지역에서 사전 프로그램에 의해 수질을 정화할 수 있는 등의 다기능 이동식 수질관리 장치에 관한 것이다.
현재에는 저수지, 호수, 강 등의 수질을 개선하기 위해 주로 고정된 위치에 수질 정화 장치를 설치하여 주변의 오염수를 인입하거나 또는 와류를 일으켜 물속에 산소를 공급하는 방식을 적용하였다. 하지만, 이러한 고정식 수질 정화 장치를 이용하여 오염수를 정화하는 경우, 대규모로 조성된 인공 호수나 강 등과 같은 넓은 면적의 호수에는 많은 수의 수질 정화 장치를 설치하거나 대용량을 설치해야 하므로, 이의 설치 및 운영에 많은 비용이 발생하고, 수질 정화 장치의 활용 및 효율 또는 낮은 문제점이 있었다.
이러한 고정식 수질 정화 장치의 문제점을 해결하기 위해, 이동식 수질 정화 장치가 제안되었으나, 종래 이동식 수질 정화 장치의 경우에는 작업자가 직접 이동식 수질 정화 장치를 운전 또는 조종하여 스테이션을 이동시켜야 하는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 저수지, 호수, 강 등에서지 정된 경로를 따라 무인 자율운항하면서 오염원 유입을 감시하고, 수질을 자동 측정하며, 오염된 구역에서 사전 프로그램에 의해 수질을 정화할 수 있는 등의 다기능 이동식 수질관리장치 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 이동식 수질관리장치는 수상에 부유 가능한 부력체; 상기 부력체에 장착되고, 위성 신호를 수신하는 GPS 통신 모듈 및 서버와 통신을 수행하는 서버 통신 모듈을 구비하는 통신 장치; 상기 부력체에 장착되고, 상기 부력체의 이동을 위한 동력을 생성하는 동력 장치; 상기 부력체에 장착되고, 수질 정화 동작을 수행하는 수질 정화 장치; 및 수질 관리 대상지에 대한 경유지들에 대한 설정 정보, 상기 경유지들 사이의 운항 속에 관한 설정 정보를 포함하는 무인 자율 운항에 관한 제1 정보들 그리고 수질 관리 대상지에 대한 비트맵(bitmap)을 저장하는 저장부, 상기 비트맵 상에 상기 GPS 통신 모듈로부터 제공된 GPS 정보를 매칭하여 상기 부력체가 기설정된 이동 경로를 따라 이동하는지 파악하여 항로 이탈 여부 정보를 생성하는 항로 보정부, 상기 서버 통신 모듈을 통해 상기 서버로부터 상기 제1 정보들을 수신하여 상기 저장부에 저장하고 상기 저장부 및 상기 항로 보정부와 전기적으로 연결된 입출력 판단부 및 상기 입출력 판단부를 통해 제공된 상기 제1 정보들 및 상기 항로 이탈 여부 정보를 기초로 상기 부력체가 이동하도록 상기 동력 장치의 동작을 제어하고, 상기 수질 정화 장치의 동작을 제어하는 제어부를 구비하는 제어 유닛을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 부력체는 저밀도 폴리에틸렌(Linear Low Density Polyethylene, LLDPE)으로 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 GPS 통신 모듈은 상기 부력체의 선수에 설치된 제1 GPS 모듈 및 상기 부력체의 선미에 설치된 제2 GPS 모듈을 포함하여 DGPS 방식으로 위성과 통신할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 서버 통신 모듈은 극초단파(UHF) 대역에서 통신을 수행하는 시리얼 또는 디지털 통신장치를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 이동식 수질관리장치는 상기 부력체에 장착되고, 상기 제어 유닛, 상기 통신 장치, 상기 수질 정화장치 및 상기 동력 장치에 전기 에너지를 제공하는 전력 장치를 더 포함할 수 있고, 상기 전력 장치는 충방전이 가능한 이차전지 및 태양광을 이용하여 전기 에너지를 생성하고, 생성된 전기 에너지를 상기 이차전지에 저장하는 태양전지를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 항로 보정부는 상기 비트맵 상의 기설정된 복수의 기준점에 대한 경위도 정보와 이들에 대한 GPS 정보들을 먼저 매칭하여 오차를 보정한 후 상기 부력체의 현재 위치에 대한 GPS 정보를 상기 비트맵에 매칭하여 상기 부력체의 현재 위치 및 이동 속도를 파악할 수 있고, 상기 부력체가 기설정된 이동 경로를 벗어난 경우, 상기 항로 보정부는 상기 입출력 판단부에 경로 이탈 정보를 제공할 수 있으며, 상기 입출력 판단부는 상기 부력체가 상기 기설정된 이동 경로로 복귀하도록 상기 제어부를 통해 상기 동력 장치의 동작을 제어할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 이동식 수질관리장치는 상기 부력체에 장착되고, 수중 수소이온 농도(pH), 생물화학적 산소 요구량(BOD), 화학적 산소 요구량(COD), 용존산소량(DO) 및 부유 물질량(SS) 중 하나 이상의 수질정보를 측정하는 수질 측정 장치를 더 포함할 수 있고, 이 경우, 상기 제어 유닛은 상기 저장부로부터 제공된 수질 범위에 따른 운항 속도 정보 및 상기 수질 측정 장치로부터 제공된 수질 정보를 기초로 상기 부력체의 운항 속도를 결정하여 상기 입출력 판단부에 제공하는 수질 판단부를 더 포함할 수 있으며, 상기 제어부는 상기 입출력 판단부를 통해 제공된 상기 운항 속도로 상기 부력체가 이동하도록 상기 동력 장치의 동작을 제어할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 이동식 수질관리장치는 상기 부력체에 장착되고 레이저 또는 전자파의 신호를 발사한 후 반사 신호를 수신하는 방식으로 장애물을 감지하는 장애물 감지 장치를 더 포함할 수 있고, 상기 장애물 감지 장치가 장애물을 발견한 경우, 상기 항로 보정부는 상기 장애물을 위회할 수 있는 비상 경로 정보를 생성하여 상기 입출력 판단부에 제공할 수 있고, 상기 비상 경로 정보가 수신된 경우, 상기 입출력 판단부는 기설정된 경로에 대한 정보를 차단하고, 상기 비상 경로 정보를 상기 제어부에 제공할 수 있으며, 상기 제어부는 상기 비상 경로 정보에 따라 상기 부력체가 이동하도록 상기 동력 장치의 동작을 제어할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 이동식 수질관리장치는 상기 부력체에 장착된 평형수 탱크, 상기 평형수 탱크에 수용된 평형수의 양을 조절하는 평형수 조절 장치 및 상기 부력체에 장착되어 수심을 측정하는 수심 측정 장치를 더 포함할 수 있고, 이 경우, 상기 저장부는 수심에 따른 평형수의 양을 결정하는 평형수 양에 대한 설정 정보를 더 저장할 수 있으며, 상기 입출력 판단부는 상기 수심 측정 장치로부터 측정된 수심 정보 및 상기 평형수 양에 대한 설정 정보를 기초로 현재 요구되는 평형수의 양을 산출하여 상기 제어부에 제공하고, 상기 제어부는 상기 산출된 평형수의 양만큼의 평형수가 상기 평형수 탱크에 수용되도록 상기 평형수 조절장치의 동작을 제어할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 입출력 판단부는 상기 서버로부터 긴급 운항 정보를 수신한 경우, 다른 운항 정보를 차단한 상태에서 상기 긴급 운항 정보를 상기 제어부에 제공할 수 있고, 상기 제어부는 상기 긴급 운항 정보에 따라 이동하도록 상기 동력 장치의 동작을 제어할 수 있다.
본 발명에 따른 이동식 수질관리장치에서는 제어 장치가 GPS 통신 모듈로부터 제공된 상기 부력체의 위치, 이동 방향 및 이동 속도에 대한 정보 그리고 상기 서버 통신 모듈로부터 제공된 상기 서버에 설정된 무인 자율 운항에 관한 설정 정보를 기초로, 동력 장치 및 수질 정화 장치의 동작을 제어함으로써, 무인 자율 운항하면서 수질 정화 동작을 수행할 수 있고, 장애물 감지 장치를 구비함으로써 더욱 안정적으로 자율 운항이 가능하다.
그리고 자동으로 수질 및 수심을 측정하여 실시간으로 송신할 수 있어서 오염원의 유입을 감지할 수 있을 뿐만 아니라 녹조 대량 발생지역에서는 수질정화장치를 통해 녹조제거제 등을 살포하여 녹조 등을 저감시킬 수 있다.
또한, 구성 부품을 탈착 가능한 키트식으로 제작함으로써, 장소에 따라 요구되는 기능을 발휘하는 수처리 구성 요소를 선별적으로 장착하여 사용할 수 있어서 운항 성능을 향상할 수 있을 뿐만 아니라 관리 효율성을 향상시킬 수 있다.
이러한 이동식 수질관리 장치를 이용할 경우, 지속적으로 수질오염을 감시하여 사전에 수질오염을 예방할 수 있고, 또한 저비용으로 수질오염 지역을 집중적으로 정화하여 궁극적으로 대상 수역의 수질개선을 도모할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이동식 수질관리장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 제어 유닛의 구성 및 동작을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 이동식 수질관리장치가 접안되는 접안 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 제어 유닛의 구성 및 동작을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 이동식 수질관리장치가 접안되는 접안 장치를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 스택 구조물에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이동식 수질관리장치를 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 제어 유닛의 구성 및 동작을 설명하기 위한 블록도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이동식 수질관리장치(100)는 부력체(110), 제어 유닛(120), 통신 장치(130), 수질 정화장치(140), 수질 측정 장치(145), 동력 장치(150) 및 전력 장치(160)를 포함할 수 있고, 저수지, 호수, 강 등과 같은 관리 대상의 수상을 기 설정된 경로를 따라 무인 자율 운항하면서 수질을 정화할 수 있다.
상기 부력체(110)는 물에 부유할 수 있는 구조를 갖고, 상기 동력 장치(150)의 동작에 따라 수질 정화의 대상이 되는 저수지, 호수, 강 등의 수질 관리 대상지의 수상을 이동할 수 있다. 상기 제어 유닛(120), 통신 장치(130), 수질 정화장치(140), 수질 측정 장치(145), 동력 장치(150) 등이 장착된 상태에서 상기 관리 대상 저수지, 호수, 강 등의 수상에서 안정적으로 이동할 수 있다면, 상기 부력체(110)의 형상이나 구조, 재질은 특별히 제한되지 않는다. 다만, 상기 부력체(110)에 의한 2차적 환경오염을 방지하기 위하여, 상기 부력체(110)는 무미, 무독성의 선형 저밀도 폴리에틸렌(Linear Low Density Polyethylene, LLDPE)으로 제조될 수 있다.
상기 제어 유닛(120)는 상기 부력체(110)에 장착되고, 상기 통신 장치(130) 및 상기 수질 측정 장치(145)로부터 제공된 정보를 기초로 상기 수질 정화 장치(140) 및 상기 동력 장치(150)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들면, 상기 제어 유닛(120)는 상기 통신 장치(130) 및 상기 수질 측정 장치(145)로부터 제공된 상기 부력체(110)의 현재 위치 및 이동속도에 관한 정보, 무인 자율 운항에 관한 설정 정보, 기상 정보, 수질 정보 등을 기초로 상기 수질 정화 장치(140) 및 상기 동력 장치(150)의 동작을 제어할 수 있다. 상기 제어 유닛(120)의 구성 및 제어 동작에 대해서는 후술한다.
상기 통신 장치(130)는 상기 부력체(110)에 장착되고, 서버(200) 및 위성(300)과 통신을 수행할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 통신 장치(130)는 위성(300)으로부터 GPS 신호를 수신하는 GPS 통신 모듈(131), 서버(200)와 무선 통신을 수행하는 서버 통신 모듈(132)을 포함할 수 있다.
상기 GPS 통신 모듈(131)은 위성(300)으로부터 상기 부력체(110)의 위치, 이동속도에 관한 정보를 수신하여 이를 상기 제어 유닛(120)에 제공할 수 있다. 일 실시예로, 상기 GPS 통신 모듈(131)은 오차를 최소화하여 상기 부력체(110)를 기 설정된 항로를 따라 정확하게 이동시킬 수 있도록 DGPS 방식을 채택할 수 있다. 이를 위해, 상기 GPS 통신 모듈(131)은 상기 부력체(110)의 선수에 설치된 제1 GPS 모듈(131a) 및 상기 부력체(110)의 선미에 설치된 제2 GPS 모듈(131b)을 포함할 수 있다.
상기 서버 통신 모듈(132)은 상기 서버(200)로부터 본 발명에 따른 이동식 수질관리장치(100)의 무인 자율 운항에 관한 설정 정보, 기상 정보 등을 수신하여 이를 상기 제어 유닛(120)에 제공할 수 있고, 상기 제어 유닛(120)의 제어에 따라 상기 수질 측정 장치(150)에 의해 측정된 수질에 대한 정보를 상기 서버(200)에 전송할 수 있다. 상기 무인 자율 운항에 관한 설정 정보는 본 발명의 실시예에 따른 이동식 수질관리장치(100)의 경유지에 대한 정보, 운항 시간에 대한 정보 등을 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 서버 통신 모듈(132)은 극초단파(UHF) 대역에서 통신을 수행하는 시리얼 또는 디지털 통신장치를 포함할 수 있다.
상기 수질 정화 장치(140)는 상기 제어 유닛(120)의 제어에 따라 수질 정화 동작을 수행할 수 있다. 상기 수질 정화 장치(140)로는 공지의 수질 정화기가 제한 없이 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 수질 정화 장치(140)는 에어젯 산소 폭기 장치, 오존 발생 장치, 와류 장치, 미생물 살포 장치 등으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 수질 정화 장치(140)는 상기 부력체(110)에 키트 형식으로 탈부착이 가능한 에어젯 산소 폭기 장치, 오존 발생 장치, 와류 장치, 미생물 살포 장치 등을 포함할 수 있고, 수질 관리 대상지의 특성에 따라 상기 장치들 중 적어도 일부를 선택하여 상기 부력체(110)에 부착하여 수질 정화 동작을 수행할 수 있다. 구체적으로, 상기 수질 관리 대상지가 대량 녹조 발생 지역인 경우, 상기 수질 정화 장치(140)는 상기 부력체(110)에 키트 형식으로 부착 가능한 미생물 살포 장치를 포함할 수 있다.
상기 수질 측정 장치(145)는 적어도 일부가 수중에 위치하도록 상기 부력체(110)에 장착될 수 있다. 예를 들면, 상기 수질 측정 장치(145)는 상기 부력체(110)에 탈부착이 가능하도록 키트 형식으로 제작될 수 있다.
상기 수질 측정 장치(145)는 수중 수소이온 농도(pH), 생물화학적 산소 요구량(BOD), 화학적 산소 요구량(COD), 용존산소량(DO), 부유 물질량(SS) 등 중 하나 이상을 자동으로 측정할 수 있고, 측정된 수질 정보를 상기 제어 유닛(120)로 제공할 수 있다. 그리고 상기 제어 유닛(120)은 상기 수질 측정 장치(150)로부터 측정된 수질 정보를 실시간으로 서버(200)에게 전송할 수 있고, 상기 서버(200)는 상기 수질 정보를 기초로 웹브라우져 방식으로 기간별 3차원 그래픽 수질 지도 정보를 생성할 수 있다. 이와 같이 자동으로 수질을 측정하는 수질 측정 장치(145)를 구비함으로써, 본 발명에 따른 수질관리장치(100)는 수질 관리 대상지로 유입되는 오염원을 파악할 수 있어서, 오염원을 상시 감시할 수 있다. 상기 수질 정보를 측정할 수 있다면, 상기 수질 측정 장치(145)의 구조는 특별히 제한되지 않고, 공지의 수질 측정기기가 제한 없이 적용될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 수질 측정 장치(150)에 의해 측정된 수질이 기 설정된 기준 수질 미만인 경우, 상기 제어 유닛(120)은 자동으로 상기 수질 정화 장치(140)를 작동시켜 수질 정화 동작을 수행할 수 있다.
상기 동력 장치(150a, 150b)는 상기 부력체(110)의 후미에 장착되고, 상기 제어 유닛(120)의 제어에 따라 상기 부력체(110)를 이동시킬 수 있다. 상기 동력 장치(150a, 150b)는 조타 제어를 위해 상기 부력체(110)의 일측에 배치된 제1 동력 장치(150a) 및 상기 일측과 대향하는 상기 부력체(110)의 타측에 배치된 제2 동력 장치(150b)를 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 동력 장치(150a, 150b)는 상기 전력 장치(160)에서 제공된 전기 에너지를 이용하여 상기 부력체(110)을 움직이기 위한 동력을 생성할 수 있다. 전기 에너지를 이용하여 동력을 생성할 수 있다면, 상기 제1 및 제2 동력 장치(150a, 150b)의 구조는 특별히 제한되지 않는다.
일 실시예로, 상기 제1 및 제2 동력 장치(150a, 150b) 각각은 서로 독립적으로 직류 모터(151a, 151b) 및 이에 결합된 스크루(152a, 152b)를 포함할 수 있고, 상기 직류 모터(151a, 151b)를 이용하여 상기 스크루(152a, 152b)를 회전시킴으로써 상기 동력을 생성할 수 있다.
다른 실시예로, 수초가 많은 관리 대상지에서 효율적으로 상기 부력체(110)를 이동시키기 위해, 상기 동력장치(150a, 150b) 각각은 상기 스크루 대신 상기 직류 모터(151a, 151b)에 결합되고 물레방아 구조를 갖는 원통형 회전부재(미도시)를 포함할 수 있다.
상기 전력 장치(160)는 상기 제어 유닛(120), 통신 장치(130), 수질 정화장치(140), 수질 측정 장치(145), 동력 장치(150) 등에 전기 에너지를 제공할 수 있다. 예를 들면, 상기 전력 장치(160)는 상기 부력체(110)에 장착되고 충방전이 가능한 이차전지(161)를 포함할 수 있다. 한편, 상기 전력 장치(160)는 태양광을 이용하여 전기 에너지를 생성하고, 생성된 전기 에너지를 상기 이차전지(161)에 저장하는 태양전지(162)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 이동식 수질관리장치(100)는 장애물 감지 장치(170)를 더 포함할 수 있다.
상기 장애물 감지 장치(170)는 상기 부력체(110)의 선미에 장착되어 이동 경로 중에 위치하는 장애물을 탐지할 수 있다. 예를 들면, 상기 장애물 감지 장치(170)는 레이저, 전자파 등의 신호를 발사한 후 반사 신호를 수신하는 방식으로 장애물을 감지할 수 있고, 수신된 신호를 상기 제어 유닛(120)에 제공할 수 있으며, 상기 제어 유닛(120)는 상기 장애물 감지 장치(170)에서 제공된 정보를 기초로 상기 이동식 수질관리장치(100)가 상기 장애물을 우회하도록 상기 동력 장치(150)의 동작을 제어할 수 있다. 또한, 상기 장애물 감지 장치(170)가 장애물을 감지한 경우, 사용자에게 알람 경보를 전송할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 이동식 수질관리장치(100)는 평형수 탱크(미도시), 평형수 조절 장치(미도시) 및 수심 측정 장치(180)를 더 포함할 수 있다.
상기 평형수 탱크는 평형수를 수용할 수 있고, 상기 평형수 조절 장치는 사익 평형수 탱크에 수용된 평형수의 양을 조절할 수 있다. 상기 평형수 탱크 및 상기 평형수 조절 장치로는 공지의 평형수 탱크 및 조절 장치들이 제한 없이 적용될 수 있다.
상기 수심 측정 장치(180)는 상기 부력체(110)에 장착되어 상기 이동식 수질관리장치(100)의 현재 위치에서의 수심 정보를 실시간으로 측정할 수 있고, 측정된 수심 정보를 상기 제어 유닛(120)에 제공할 수 있다. 그리고, 상기 제어 유닛(120)은 상기 수심 측정 장치(180)로부터 제공된 수심 정보를 기초로 상기 평형수 조절 장치의 동작을 제어하여 상기 평형수 탱크에 수용된 평형수의 양을 조절할 수 있다. 예를 들면, 수심에 따라 필요한 평형수 양을 미리 설정하고, 이를 기초로 상기 제어 유닛(120)은 상기 수심 측정 장치(180)로부터 제공되는 수심 정보를 이용하여 상기 평형수 탱크에 수용된 평형수의 양을 조절할 수 있다. 상기 수심 측정 장치(180)로는 수심을 측정할 수 있는 공지의 장치들이 제한 없이 적용될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 이동식 수질관리장치(100)는 카메라 장치(190)를 더 포함할 수 있다.
상기 카메라 장치(190)는 상기 부력체(110)에 장착되어 화상을 연속적으로 촬영할 수 있고, 촬영된 영상 정보를 상기 제어 유닛(120)에 제공할 수 있다. 그리고 상기 제어 유닛(120)은 상기 카메라 장치(190)로부터 제공된 영상 정보의 전후 화상을 비트단위로 비교하여 사고, 화재, 재난, 지형함몰 등의 긴급 상황 발생 여부를 판별할 수 있고, 긴급 상황이 발생한 경우에는 이를 즉각적으로 서버(200) 및 기설정된 통신기기로 긴급 상황 정보를 전송할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제어 유닛(120)은 저장부(121), 입출력 판단부(122), 제어부(123), 항로 보정부(124) 및 수질 판단부(125)를 포함할 수 있다.
상기 저장부(121)는 수질 관리 대상지에 대한 비트맵(bitmap), 상기 서버(200)로부터 전송된 무인 자율 운항에 관한 제1 정보들 등을 저장할 수 있다. 상기 무인 자율 운항에 관한 제1 정보들은 상기 이동식 수질관리장치(100)의 경유지들에 대한 정보, 경유지들 사이의 운항 속도에 관한 정보들, 전체 운항 시간에 대한 정보 등을 포함할 수 있다. 일 실시예로, 상기 경유지들 사이의 운항 속도에 관한 정보는 복수의 기설정된 수질 범위에 관한 정보 및 각 수질 범위에 따른 운항 속도의 정보를 포함할 수 있고, 상기 운항 속도는 수질이 양호할수록 증가되도록 설정될 수 있다.
상기 입출력 판단부(121)는 상기 서버 통신 모듈(132)을 통해 상기 서버(200)로부터 상기 무인 자율 운항에 관한 제1 정보들을 수신하여 상기 저장부(121)에 저장할 수 있고, 상기 무인 자율 운항에 관한 제1 정보들에 따라 상기 이동식 수질관리장치(100)가 이동하도록 상기 동력 장치(150)의 동작을 제어할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 수질 판단부(125)는 상기 수질 측정 장치(145)로부터 측정된 수질 정보를 제공받을 수 있고, 상기 수질 측정 장치(145)로부터 제공된 수질 정보 및 상기 저정부(121)에 저장된 수질 범위에 따른 운항 속도 정보를 기초로 상기 이동식 수질관리장치(100)의 운항 속도를 결정할 수 있다. 그리고 결정된 운항 속도에 관한 정보를 상기 입출력 판단부(122)를 통해 상기 제어부(123)에 제공할 수 있으며, 상기 제어부(123)는 상기 수질 판단부(125)로부터 제공된 운항 속도에 따라 상기 이동식 수질관리장치(100)가 이동하도록 상기 동력 장치(150)의 동작을 제어할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 항로 보정부(124)는 상기 저장부(121)에 저장된 비트맵 상에 상기 GPS 통신 모듈(131)로부터 제공된 GPS 정보를 매칭하여 상기 이동식 수질관리장치(100)가 기설정된 이동 경로를 따라 이동하는지 파악할 수 있다. 이 때, 상기 항로 보정부(124)는 상기 비트맵 상의 기설정된 복수의 기준점에 대한 경위도 정보와 이들에 대한 GPS 정보들을 먼저 매칭하여 오차를 보정한 후 상기 이동식 수질관리장치(100)의 현재 위치에 대한 GPS 정보를 상기 비트맵에 매칭하여 상기 이동식 수질관리장치(100)의 현재 위치를 파악할 수 있다. 한편, 상기 항로 보정부(124)는 상기 이동식 수질관리장치(100)가 기설정된 경로를 벗어난 경우, 상기 입출력 판단부(122)에 경로 이탈 정보를 제공할 수 있고, 상기 입출력 판단부(122)는 상기 제어부(123)를 통해 상기 동력 장치(150)의 동작을 제어하여 상기 이동식 수질관리장치(100)가 기설정된 경로로 복귀하도록 할 수 있다. 이 때, 상기 제어부(123)는 상기 이동식 수질관리장치(100)의 선수가 목표지점을 향하도록 유지한 상태에서 좌우 동력장치(150a, 150b)의 출력을 조절하여 상기 이동식 수질관리장치(100)가 기설정된 경로로 복귀하도록 할 수 있다.
한편, 상기 항로 보정부(124)는 상기 장애물 감지 장치(170)로부터 장애물에 관한 정보를 수신할 수 있고, 상기 장애물 감지 장치(170)가 장애물을 발견한 경우, 이를 위회할 수 있는 비상 경로 정보를 생성하여 상기 입출력 판단부(122)에 제공할 수 있다. 그리고, 상기 항로 보정부(124)로부터 상기 비상 경로 정보가 수신된 경우, 상기 입출력 판단부(122)는 기설정된 경로에 대한 정보를 차단하고, 상기 비상 경로 정보를 상기 제어부(123)에 제공할 수 있고, 상기 제어부(123)는 상기 비상 경로 정보에 따라 상기 이동식 수질관리장치(100)가 이동하도록 상기 동력 장치(150)의 동작을 제어할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 저장부(121)는 수심에 따른 평형수의 양을 결정하는 평형수 양에 대한 설정 정보를 저장할 수 있고, 상기 입출력 판단부(121)는 상기 수심 측정 장치(180)로부터 측정된 수심 정보 및 상기 평형수 양에 대한 설정 정보를 기초로 현재 요구되는 평형수의 양을 산출할 수 있고, 산출된 평형수 양에 관한 정보를 상기 제어부(123)에 제공할 수 있다. 그리고 상기 제어부(123)는 상기 평형수 탱크가 상기 입출력 판단부(122)에서 산출된 평형수의 양만큼의 평형수를 수용하도록 상기 평형수 조절장치의 동작을 제어할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 입출력 판단부(122)는 상기 서버(200)로부터 긴급 운항 정보를 수신할 수 있고, 이 경우 상기 입출력 판단부(122)는 다른 운항 정보를 차단한 상태에서 상기 긴급 운항 정보를 상기 제어부(123)에 제공하고, 상기 제어부(123)는 상기 긴급 운항 정보에 따라 이동하도록 상기 동력 장치(150)의 동작을 제어할 수 있다. 즉, 사용자가 수동으로 상기 이동식 수질관리장치(100)의 운항을 제어할 필요가 있는 경우, 상기 사용자는 상기 서버(200)를 통해 상기 긴급 운항 정보를 발송할 수 있다.
도 3은 이동식 수질관리장치가 접안되는 접안 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 1, 도 2와 함께 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이동식 수질관리장치(100)는 유지 및 관리 비용의 절감 측면에서 최초 출항 지점에 설치된 접안 장치(400)로 복귀하도록 경로가 설정될 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 실시예에 따른 이동식 수질관리장치(100)는 최초 출항 지점에 설치된 접안 장치(400)에서 출항하여 복수의 기 설정된 경유지들을 경유한 후 상기 접안 장치(400)로 복귀하도록 경로가 설정될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 접안 장치(400)는 이동식 수질관리장치(100)가 접안되는 도크(410), 상기 도크(410) 입구의 양측에 각각 설치된 제1 및 제2 유도 마크(420a, 420b), 상기 이동식 수질관리장치(100)를 고박하기 위한 전자석 장치(미도시), 상기 도크(410)의 입구 양측으로부터 서로 반대방향으로 경사지게 연장되어 상기 이동식 수질관리장치(100)가 상기 도크(410)로 인입되는 것을 가이드하는 가이드 구조물(430a, 430b)을 포함할 수 있다.
상기 이동식 수질관리장치(100)가 상기 접안 장치(400)에 인접한 위치에 도달한 경우, 상기 이동식 수질관리장치(100)는 장애물 감지 장치(100)를 통해 상기 제1 및 제2 유도 마크(420a, 420b)의 위치를 파악한 후 이를 기초로 상기 도크(410)에 진입할 수 있다. 일 실시예로, 상기 제어 유닛(120)은 상기 부력체(110)의 선수와 상기 제1 및 제2 유도 마크(420a, 420b)를 연결한 삼각형이 이등변 삼각형이 되도록 상기 부력체(110)의 위치를 조정하여, 상기 이동식 수질관리장치(100)를 상기 도크(410)에 진입시킬 수 있다.
한편, 상기 접안 장치(140)는 상기 이동식 수질관리장치(100)가 접안된 경우, 이를 자동으로 충전하는 전력공급장치(미도시)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 전력 공급 장치는 태양전지 등의 발전장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 이동식 수질관리장치에 따르면, 제어 장치가 GPS 통신 모듈로부터 제공된 상기 부력체의 위치, 이동 방향 및 이동 속도에 대한 정보 그리고 상기 서버 통신 모듈로부터 제공된 상기 서버에 설정된 무인 자율 운항에 관한 설정 정보를 기초로, 동력 장치 및 수질 정화 장치의 동작을 제어함으로써, 무인 자율 운항하면서 수질 정화 동작을 수행할 수 있고, 장애물 감지 장치를 더 구비함으로써 안정적으로 자율 운항이 가능하다.
그리고 자동으로 수질 및 수심을 측정하여 실시간으로 송신할 수 있어서 오염원의 유입을 감지할 수 있을 뿐만 아니라 녹조대량발생지역에서는 수질정화장치를 통해 미생물 제재를 살포하여 녹조을 저감시킬 수 있다.
또한, 구성 부품을 탈착 가능한 키트식으로 제작함으로써, 장소에 따라 요구되는 기능을 발휘하는 구성 요소를 선별적으로 장착하여 사용할 수 있어서 운항 성능을 향상할 수 있을 뿐만 관리 효율성을 향상시킬 수 있다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 이동식 수질관리장치 110 : 부력체
120 : 제어 유닛 130 : 통신 장치
140 : 동력 장치 150 : 수질 측정 장치
160 : 수질 정화 장치 170 : 장애물 감지 장치
120 : 제어 유닛 130 : 통신 장치
140 : 동력 장치 150 : 수질 측정 장치
160 : 수질 정화 장치 170 : 장애물 감지 장치
Claims (16)
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- 수상에 부유 가능한 부력체; 상기 부력체에 장착되고, 위성 신호를 수신하는 GPS 통신 모듈 및 서버와 통신을 수행하는 서버 통신 모듈을 구비하는 통신 장치; 상기 부력체에 장착되고, 상기 부력체의 이동을 위한 동력을 생성하는 동력 장치; 상기 부력체에 장착되고, 수질 정화 동작을 수행하는 수질 정화 장치; 수질 관리 대상지에 대한 경유지들에 대한 설정 정보, 상기 경유지들 사이의 운항 속에 관한 설정 정보를 포함하는 무인 자율 운항에 관한 제1 정보들 그리고 수질 관리 대상지에 대한 비트맵(bitmap)을 저장하는 저장부, 상기 비트맵 상에 상기 GPS 통신 모듈로부터 제공된 GPS 정보를 매칭하여 상기 부력체가 기설정된 이동 경로를 따라 이동하는지 파악하여 항로 이탈 여부 정보를 생성하는 항로 보정부, 상기 서버 통신 모듈을 통해 상기 서버로부터 상기 제1 정보들을 수신하여 상기 저장부에 저장하고 상기 저장부 및 상기 항로 보정부와 전기적으로 연결된 입출력 판단부 그리고 상기 입출력 판단부를 통해 제공된 상기 제1 정보들 및 상기 항로 이탈 여부 정보를 기초로 상기 부력체가 이동하도록 상기 동력 장치의 동작을 제어하고, 상기 수질 정화 장치의 동작을 제어하는 제어부를 구비하는 제어 유닛; 상기 부력체에 장착되고 레이저 또는 전자파의 신호를 발사한 후 반사 신호를 수신하는 방식으로 장애물을 감지하는 장애물 감지 장치; 및 상기 부력체에 장착되어 상기 수질관리 대상지에 인접한 지역에 대한 화상을 연속적으로 촬영할 수 있고, 촬영된 영상 정보를 상기 제어 유닛에 제공하는 카메라 장치를 포함하는 이동식 수질관리장치; 및
상기 이동식 수질관리장치가 접안되고 상기 이동식 수질관리장치가 진입하기 위한 하나의 입구를 구비하는 도크; 상기 도크의 입구의 양측에 각각 설치된 제1 및 제2 유도 마크; 상기 이동식 수질관리장치를 고박하기 위해 상기 도크에 설치된 전자석 장치; 상기 도크의 입구 양측으로부터 서로 반대방향으로 경사지게 연장되어 상기 이동식 수질관리장치가 상기 도크로 인입되는 것을 가이드하는 가이드 구조물을 포함하는 접안 장치를 포함하고,
상기 제어유닛은 상기 카메라 장치로부터 제공된 상기 영상 정보의 전후 화상을 비트단위로 비교하여 상기 수질관리 대상지에 인접한 지역에서의 사고, 화재 및 지형함몰 중 하나 이상이 긴급 상황의 발생 여부를 판단하고, 상기 긴급 상황이 발생한 경우에는 즉각적으로 상기 서버 통신 모듈을 통해 상기 서버 및 기설정된 통신기기로 상기 긴급 상황의 정보를 전송하며,
상기 이동식 수질관리장치가 상기 접안 장치에 인접한 위치에 도달한 경우, 상기 장애물 감지 장치는 상기 제1 및 제2 유도 마크의 위치를 파악하여 이에 대한 정보를 상기 제어 유닛에 제공하고, 상기 제어 유닛은 상기 장애물 감지 장치에 의해 파악된 상기 제1 및 제2 유도 마크의 위치 정보를 기초로 상기 부력체의 선수와 상기 제1 및 제2 유도 마크를 연결한 삼각형이 이등변 삼각형이 되도록 상기 부력체의 위치를 조정한 후 상기 이동식 수질관리장치가 상기 도크에 진입하도록 상기 동력 장치를 제어하는 것을 특징으로 하는, 수질관리장치. - 제11항에 있어서,
상기 부력체는 저밀도 폴리에틸렌(Linear Low Density Polyethylene, LLDPE)으로 형성된 것을 특징으로 하는, 수질관리장치. - 제11항에 있어서,
상기 부력체에 장착되고, 상기 제어 유닛, 상기 통신 장치, 상기 수질 정화장치 및 상기 동력 장치에 전기 에너지를 제공하는 전력 장치를 더 포함하고,
상기 전력 장치는 충방전이 가능한 이차전지 및 태양광을 이용하여 전기 에너지를 생성하고, 생성된 전기 에너지를 상기 이차전지에 저장하는 태양전지를 포함하는 것을 특징으로 하는, 수질관리장치. - 제11항에 있어서,
상기 항로 보정부는 상기 비트맵 상의 기설정된 복수의 기준점에 대한 경위도 정보와 이들에 대한 GPS 정보들을 먼저 매칭하여 오차를 보정한 후 상기 부력체의 현재 위치에 대한 GPS 정보를 상기 비트맵에 매칭하여 상기 부력체의 현재 위치 및 이동 속도를 파악하고,
상기 부력체가 기설정된 이동 경로를 벗어난 경우, 상기 항로 보정부는 상기 입출력 판단부에 경로 이탈 정보를 제공하며,
상기 입출력 판단부는 상기 부력체가 상기 기설정된 이동 경로로 복귀하도록 상기 제어부를 통해 상기 동력 장치의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는, 수질관리장치. - 제11항에 있어서,
상기 부력체에 장착되고, 수중 수소이온 농도(pH), 생물화학적 산소 요구량(BOD), 화학적 산소 요구량(COD), 용존산소량(DO) 및 부유 물질량(SS) 중 하나 이상의 수질정보를 측정하는 수질 측정 장치를 더 포함하고,
상기 제어 유닛은 상기 저장부로부터 제공된 수질 범위에 따른 운항 속도 정보 및 상기 수질 측정 장치로부터 제공된 수질 정보를 기초로 상기 부력체의 운항 속도를 결정하여 상기 입출력 판단부에 제공하는 수질 판단부를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 입출력 판단부를 통해 제공된 상기 운항 속도로 상기 부력체가 이동하도록 상기 동력 장치의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는, 수질관리장치. - 제11항에 있어서,
상기 입출력 판단부는 상기 서버로부터 긴급 운항 정보를 수신한 경우, 다른 운항 정보를 차단한 상태에서 상기 긴급 운항 정보를 상기 제어부에 제공하고,
상기 제어부는 상기 긴급 운항 정보에 따라 이동하도록 상기 동력 장치의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는, 수질관리장치.
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| KR1020170137552A KR102040372B1 (ko) | 2017-10-23 | 2017-10-23 | 무인 자율 운항이 가능한 이동식 수질관리장치 |
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