KR102101065B1 - Adaptive environmental integrated measuring system in the polar regions - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 극지방 적응형 환경 통합 계측 시스템은 극지환경 분석서버; 극지방에서의 극지 환경을 감지하고, 감지된 극지 환경정보를 송신하는 극지 통합 계측장치; 및 상기 극지 통합 계측장치에서 감지된 상기 극지 환경정보를 상기 극지 통합 계측장치로부터 수신하여 상기 데이터 센터로 전송하는 인공 위성을 포함하고, 상기 극지 통합 계측장치는, 상기 극지방에서 다양한 극지 환경들을 감지하는 복수의 센서들; 상기 복수의 센서들과 각각 연결하기 위한 복수의 연결 포트들을 포함하는 터미널 보드; 상기 인공 위성과 위성 통신을 수행하는 위성 통신 모듈과 GPS 모듈을 포함하는 위성 통신 보드; 상기 복수의 센서들에 대한 입력 신호 및 출력 신호를 아날로드 및 디지털 변환하는 컨버터와 멀티플렉싱을 수행하는 멀티플렉서를 포함하는 신호 처리 보드; 상기 터미널 보드, 상기 위성 통신 보드 및 상기 신호 처리 보드 중 적어도 하나 이상의 동작을 제어하는 제어 보드; 상기 복수의 센서들, 상기 위성 통신 보드, 상기 신호 처리 보드 및 상기 제어 보드 중 적어도 하나 이상에 전원을 공급하는 전원 공급 모듈; 및 상기 터미널 보드, 상기 위성 통신 보드, 상기 신호 처리 보드, 상기 제어 보드 및 상기 전원 공급 모듈을 실장하는 하우징을 포함하는 것을 특징으로 한다.Polar adaptive environment integrated measurement system according to the present invention includes a polar environment analysis server; A polar integrated measurement device that detects a polar environment in the polar region and transmits the detected polar environment information; And an artificial satellite that receives the polar environment information detected by the polar integrated measurement device from the polar integrated measurement device and transmits it to the data center, wherein the polar integrated measurement device detects various polar environments in the polar region. A plurality of sensors; A terminal board including a plurality of connection ports for connecting to the plurality of sensors, respectively; A satellite communication board including a satellite communication module and a GPS module for performing satellite communication with the artificial satellite; A signal processing board including a converter for analog and digital conversion of input signals and output signals for the plurality of sensors and a multiplexer for multiplexing; A control board controlling at least one operation of the terminal board, the satellite communication board, and the signal processing board; A power supply module that supplies power to at least one of the plurality of sensors, the satellite communication board, the signal processing board, and the control board; And a housing for mounting the terminal board, the satellite communication board, the signal processing board, the control board and the power supply module.
Description
본 발명은 환경 정보를 수집하기 위한 것으로, 보다 상세하게는 북극이나 남극과 같은 극지방의 환경 정보를 계측하기 위한 기술에 관한 것이다. The present invention is intended to collect environmental information, and more particularly, to a technique for measuring environmental information in polar regions such as the North Pole and the South Pole.
현재 국내 극지연구소를 포함한 전 세계 극지방에 관측 기지를 운영하고 있는 여러 나라들은 관측기지 주변의 대기환경 변화에 대한 분석 및 예측을 위한AWS(Autometic Weather Station)을 구축하여 운용중이다.Currently, many countries that operate observation stations in the world's polar regions, including the Polar Research Institute in Korea, are building and operating the AWS (Autometic Weather Station) for analysis and prediction of changes in the atmospheric environment around the observation base.
관측 기지 내 운용중인 자동 기상 관측시스템은 자체 발전전력을 이용하여 외부의 전력 공급 없이 운용하고 있다. The automatic weather observation system in operation at the observation base uses its own power generation and operates without external power supply.
남극 지역에 10여개의 AWS가 설치 운영되고 있으며 기상 자료를 제공하고 있다. 하지만, 극지방에서 발생하는 결빙(rime formation)과 low temperature(-60℃이하)로 인한 장비의 고장과 데이터 결측이 수시로 발생하고 있다. AWS를 이용한 연구를 위해, 정기적으로 AWS 수리를 하였고 그 결과 약 80%의 자료관측과 전송이 이루어졌다. 하지만 전송되어진 자료의 질을 살펴보면 겨울철에는 모든 관측센서(기온/습도, 풍향/풍속, 기압 등)의 기능이 현저히 저하되어 오류데이터가 상당히 포함되어 있다.More than 10 AWSs are installed and operated in Antarctica and provide weather data. However, equipment failure and data loss are frequently occurring due to ice formation and low temperature (below -60 ℃) in the polar regions. For research using AWS, AWS repairs were performed regularly, resulting in approximately 80% of data observation and transmission. However, if you look at the quality of the transmitted data, the function of all observation sensors (air temperature / humidity, wind direction / wind velocity, air pressure, etc.) is significantly reduced in winter, and error data is included considerably.
고장원인에 대한 분석에 따르면 battery type에 의한 전원부가 가장 많았고 wind direction의 origin 변화, 기온/습도 센서 고장, pressure 센서 고장 순으로 원인이 나타나고 있다.According to the analysis of the cause of the failure, the power source by battery type was the most frequent, and the causes are in the order of origin change of wind direction, temperature / humidity sensor failure, and pressure sensor failure.
IMBBS(The Ice Mass Balance Buoy System)는 설치현장인 유빙 및 빙하에 설치인력이 장비를 공급해 빙하에 고정 가능한 구멍을 가공한 뒤 장비를 설치하여 대기온도, 표면온도, 층별 빙하온도, 해수온도를 측정 가능하도록 구성한 장비를 말한다.The IMBBS (The Ice Mass Balance Buoy System) measures the air temperature, surface temperature, glacial temperature of each layer, and seawater temperature by installing equipment after installing a hole that can be fixed to the glacier by supplying equipment to ice floes and glaciers at the installation site. Refers to equipment configured to be possible.
그런데, 이러한 유빙에 설치하는 장비로 상부 대기온도, 빙하온도, 해수의 온도가 각각 달라 장비의 내구성에 영향을 끼쳐 장기적 관측에 불리하고 안테나가 외부로 노출되어 외부영향에 의한 파손위험이 크다. 또한, 고가의 장비와 배터리를 사용하게 되면 장기간 운용이 어려우며 고가의 장비 설치로 인한 다수의 장비설치에 대한 비용이 증가하고 있다.However, the equipment installed on such ice floes has different upper air temperature, glacial temperature, and seawater temperature, which affects the durability of the equipment, which is unfavorable for long-term observation, and the antenna is exposed to the outside, and the risk of damage due to external influences is high. In addition, if expensive equipment and batteries are used, it is difficult to operate for a long time, and the cost of installing a large number of equipment due to the installation of expensive equipment is increasing.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 극지방에서의 빙하 유동, 대기관측 또는 생태계 관측을 실시하여 인공위성을 이용하여 사용자에게 자료를 전송하고 모니터링 할 수 있도록 하는 극지방 적응형 환경 통합 계측 시스템을 제공한다.The problem to be solved by the present invention is to provide an integrated measurement system for a polar adaptive environment that enables data to be transmitted to and monitored by a user by using satellites by performing glacial flow in a polar region, observation by a large organ, or ecosystem.
상기의 과제를 해결하기 위한 극지방 적응형 환경 통합 계측 시스템은 극지환경 분석서버; 극지방에서의 극지 환경을 감지하고, 감지된 극지 환경정보를 송신하는 극지 통합 계측장치; 및 상기 극지 통합 계측장치에서 감지된 상기 극지 환경정보를 상기 극지 통합 계측장치로부터 수신하여 상기 데이터 센터로 전송하는 인공 위성을 포함하고, 상기 극지 통합 계측장치는, 상기 극지방에서 다양한 극지 환경들을 감지하는 복수의 센서들; 상기 복수의 센서들과 각각 연결하기 위한 복수의 연결 포트들을 포함하는 터미널 보드; 상기 인공 위성과 위성 통신을 수행하는 위성 통신 모듈과 GPS 모듈을 포함하는 위성 통신 보드; 상기 복수의 센서들에 대한 입력 신호 및 출력 신호를 아날로드 및 디지털 변환하는 컨버터와 멀티플렉싱을 수행하는 멀티플렉서를 포함하는 신호 처리 보드; 상기 터미널 보드, 상기 위성 통신 보드 및 상기 신호 처리 보드 중 적어도 하나 이상의 동작을 제어하는 제어 보드; 상기 복수의 센서들, 상기 위성 통신 보드, 상기 신호 처리 보드 및 상기 제어 보드 중 적어도 하나 이상에 전원을 공급하는 전원 공급 모듈; 및 상기 터미널 보드, 상기 위성 통신 보드, 상기 신호 처리 보드, 상기 제어 보드 및 상기 전원 공급 모듈을 실장하는 하우징을 포함하는 것을 특징으로 한다.The polar adaptive environment integrated measurement system for solving the above problems includes a polar environment analysis server; A polar integrated measurement device that detects a polar environment in the polar region and transmits the detected polar environment information; And an artificial satellite that receives the polar environment information detected by the polar integrated measurement device from the polar integrated measurement device and transmits it to the data center, wherein the polar integrated measurement device detects various polar environments in the polar region. A plurality of sensors; A terminal board including a plurality of connection ports for connecting to the plurality of sensors, respectively; A satellite communication board including a satellite communication module and a GPS module for performing satellite communication with the artificial satellite; A signal processing board including a converter for analog and digital conversion of input signals and output signals for the plurality of sensors and a multiplexer for multiplexing; A control board controlling at least one operation of the terminal board, the satellite communication board, and the signal processing board; A power supply module that supplies power to at least one of the plurality of sensors, the satellite communication board, the signal processing board, and the control board; And a housing for mounting the terminal board, the satellite communication board, the signal processing board, the control board and the power supply module.
상기 복수의 센서들은 일사량 센서, 풍향 센서, 풍속 센서, 기압 센서, 기온 센서, 습도 센서, 가속도 센서, 중력 센서, 자이로 센서, 지자기 센서 및 토양 수분 센서 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.The plurality of sensors may include at least one of an insolation sensor, a wind direction sensor, a wind speed sensor, an air pressure sensor, an air temperature sensor, a humidity sensor, an acceleration sensor, a gravity sensor, a gyro sensor, a geomagnetic sensor, and a soil moisture sensor.
상기 신호 처리 보드는, SDI(Serial Digital Interface) 프로토콜의 처리가 가능한 다채널 입력용 SDI 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.The signal processing board is characterized by including an SDI module for multi-channel input capable of processing a SDI (Serial Digital Interface) protocol.
상기 신호 처리 보드는, 상기 복수의 센서들에서 수집된 상기 극지 환경정보를 바이너리(Binary) 방식으로 데이터를 압축, 저장 및 전송할 수 있도록 처리하는 신호 처리 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.The signal processing board is characterized in that it comprises a signal processing module that processes the polar environment information collected from the plurality of sensors to compress, store and transmit data in a binary manner.
상기 제어 보드는, 상기 복수의 센서들, 상기 신호 처리 보드, 상기 위성 통신 보드 중 적어도 하나에 대한 선택적인 전원 공급이 이루어지도록 하는 스위칭 제어 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.The control board is characterized in that it comprises a plurality of sensors, the signal processing board, a switching control module to enable selective power supply to at least one of the satellite communication board.
상기 터미널 보드, 상기 위성 통신 보드, 상기 신호 처리 보드 및 상기 제어 보드는 각각 원판형 구조체들이고, 상기 원판형 구조체들이 계층적으로 상기 하우징 내에 실장되는 것을 특징으로 한다.The terminal board, the satellite communication board, the signal processing board, and the control board are respectively disk-shaped structures, and the disk-shaped structures are hierarchically mounted in the housing.
태양광을 집광하여 직류 에너지를 생성하는 적어도 하나 이상의 태양광 패널; 및 상기 태양광 패널에서 생성된 직류 에너지를 교류 에너지로 변환하는 인버터를 더 포함하고, 상기 제어 보드는 상기 인버터의 동작을 제어하는 것을 특징으로 한다.At least one solar panel that collects sunlight to generate direct current energy; And an inverter that converts DC energy generated in the solar panel into AC energy, and the control board controls the operation of the inverter.
상기 태양광 패널이 3개 구비되며, 상기 전원 공급 모듈을 구성하는 배터리 모듈이 중심부에 위치한 상태에서 3개의 태양광 패널들이 3각 기둥 형태로 상기 배터리 모듈의 주위를 에워싸는 것을 특징으로 한다.Three solar panels are provided, and three solar panels surround the battery module in the form of a triangular pillar while the battery modules constituting the power supply module are located at the center.
상기 극지 통합 계측장치가 복수개 구비되며, 복수개의 극지 통합 계측장치들 중 어느 하나가 호스트 모드로 동작하고 나머지 극지 통합 계측장치들이 클라이언트 모드로 동작하는 것을 특징으로 한다.A plurality of the polar integrated measurement devices are provided, and any one of the plurality of polar integrated measurement devices operates in a host mode and the remaining polar integrated measurement devices operate in a client mode.
상기 호스트 모드로 동작하는 극지 통합 계측장치와 상기 클라이언트 모드로 동작하는 극지 통합 계측장치들 사이에는 지그비(Zigbee) 통신, 와이파이(WiFi) 통신 및 블루투스 (Bluetooth) 통신 중 적어도 하나의 통신 방식을 사용하는 것을 특징으로 한다.Between the polar integrated measurement device operating in the host mode and the polar integrated measurement device operating in the client mode, using at least one communication method of Zigbee (Zigbee) communication, Wi-Fi (WiFi) communication and Bluetooth (Bluetooth) communication It is characterized by.
상기 하우징은, 알루미늄 재질의 진공형 및 방수형 케이스 구조를 포함하는 것을 특징으로 한다.The housing is characterized by including a vacuum type and a waterproof case structure made of aluminum.
상기 하우징은, 내부에 방온을 위한 질소 물질 및 방진을 위한 흡수재가 충전되어 있는 것을 특징으로 한다.The housing is characterized in that the inside is filled with a nitrogen material for room temperature and an absorber for dust prevention.
상기 환경정보 분석부는 상기 극지 통합 계측장치에서 일정 기간 동안 사용되는 전력량을 산출하는 것을 특징으로 한다.The environmental information analysis unit is characterized in that it calculates the amount of power used for a certain period in the polar integrated measurement device.
본 발명에 따르면, 저전력 초소형 계측 시스템을 구현함으로써, 극지방에서도 외부전원 공급 및 유지보수를 최소화하면서 장시간 동작할 수 있도록 한다. 또한, 불필요한 센서 및 외부전원을 위성통신 및 내부클럭을 이용하여 제어하며 독립적 전원제어 알고리즘을 이용한 전력제어를 구성하여 전력소모량을 최소화 하고 실제 사용량에 대한 데이터를 분석하여 다양하게 활용할 수 있도록 한다.According to the present invention, by implementing a low-power ultra-small measurement system, it is possible to operate for a long time while minimizing external power supply and maintenance even in the polar region. In addition, unnecessary sensors and external power are controlled using satellite communication and internal clocks, and power control using an independent power control algorithm is configured to minimize power consumption and analyze data on actual usage to be utilized in various ways.
또한, 계측 시스템의 내구성 및 안정성을 확보하여 수밀, 기온변화, 강설에도 정상운영이 가능하도록 구성하여 양질의 자료가 확보될 수 있도록 한다. In addition, the durability and stability of the measurement system are secured to ensure normal operation even in watertight, temperature change and snowfall, so that high-quality data can be secured.
또한, 계측 장비들 상호 간에 근거리 통신망을 구성하여, 통합적인 네트워크가 이루어질 수 있도록 함으로써, 보다 세밀하고 정밀한 지역의 환경변화를 관측하고 분석할 수 있도록 한다. In addition, by establishing a short-range communication network between measurement equipment, an integrated network can be formed, so that detailed and precise environmental changes in the region can be observed and analyzed.
도 1은 본 발명에 따른 극지방 적응형 환경 통합 계측 시스템을 설명하기 위한 일 실시예의 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 인공 위성(20)을 설명하기 위한 일 실시예의 블록도이다.
도 3은 도 1에 도시된 극지환경 분석서버를 설명하기 위한 일 실시예의 블록도이다.
도 4는 도 1에 도시된 극지 통합 계측장치를 설명하기 위한 일 실시예의 블록도이다.
도 5는 본 발명에 따른 신호 처리 보드에 탑재되는 컨버터, SDI 모듈 및 신호 처리 모듈을 예시하는 블록도이다.
도 6은 도 5에 도시된 컨버터의 세부 구성요소를 예시하는 블록도이다.
도 7은 도 5에 도시된 SDI 모듈의 회로 소자들의 연결 상태를 예시하는 회로도이다.
도 8은 극지 통합 계측장치의 각 구성요소들에 대해 제어 보드가 전력 제어를 수행하기 위한 기능 블록도를 예시한다.
도 9는 복수의 태양광 패널들을 갖는 태양광 모듈과 배터리 모듈을 포함하는 전원 공급 모듈을 예시하는 참조도이다.
도 10은 본 발명에 따른 하우징을 포함하는 극지 통합 계측 장치를 예시하는 참조도이다.
도 11은 복수개의 극지 통합 계측장치들을 포함하는 극지방 적응형 환경 통합 계측 시스템을 설명하기 위한 일 실시예의 블록도이다.
도 12는 도 11에 도시된 복수개의 극지 통합 계측장치들에 대한 네트워크 연결 상태를 예시하는 참조도이다.1 is a block diagram of an embodiment for explaining an integrated system for a polar adaptive environment according to the present invention.
2 is a block diagram of an embodiment for explaining the
3 is a block diagram of an embodiment for explaining the polar environment analysis server shown in FIG. 1.
FIG. 4 is a block diagram of an embodiment for explaining the polar integrated measurement device shown in FIG. 1.
5 is a block diagram illustrating a converter, an SDI module, and a signal processing module mounted on a signal processing board according to the present invention.
6 is a block diagram illustrating detailed components of the converter shown in FIG. 5.
7 is a circuit diagram illustrating a connection state of circuit elements of the SDI module shown in FIG. 5.
8 illustrates a functional block diagram for a control board to perform power control for each component of a polar integrated measurement device.
9 is a reference diagram illustrating a power supply module including a solar module having a plurality of solar panels and a battery module.
10 is a reference diagram illustrating a polar integrated measurement device including a housing according to the present invention.
FIG. 11 is a block diagram of an embodiment for explaining a polar adaptive environment integrated measurement system including a plurality of polar integrated measurement devices.
12 is a reference diagram illustrating a network connection state for a plurality of polar integrated measurement devices shown in FIG. 11.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 아래의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시예들로 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하며 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. The embodiments of the present invention are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art, and the following embodiments can be modified in various other forms, and the scope of the present invention is It is not limited to the following embodiments. Rather, these examples are provided to make the present disclosure more faithful and complete and to fully convey the spirit of the present invention to those skilled in the art.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는"포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. The terms used in this specification are used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. As used herein, singular forms may include plural forms unless the context clearly indicates otherwise. Also, as used herein, “comprise” and / or “comprising” specifies the shapes, numbers, steps, actions, elements, elements and / or the presence of these groups. And does not exclude the presence or addition of one or more other shapes, numbers, actions, elements, elements and / or groups. As used herein, the term “and / or” includes any and all combinations of one or more of the listed items.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 영역 및/또는 부위들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부위들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 특정 순서나 상하, 또는 우열을 의미하지 않으며, 하나의 부재, 영역 또는 부위를 다른 부재, 영역 또는 부위와 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1 부재, 영역 또는 부위는 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2 부재, 영역 또는 부위를 지칭할 수 있다.Although terms such as first and second are used herein to describe various members, regions, and / or parts, it is obvious that these members, parts, regions, layers and / or parts should not be limited by these terms. Do. These terms do not imply a specific order, top or bottom, or superiority, and are only used to distinguish one member, region or site from another. Accordingly, the first member, region, or site to be described below may refer to the second member, region, or site without departing from the teachings of the present invention.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings schematically showing embodiments of the present invention. In the drawings, deformations of the illustrated shape can be expected, for example, according to manufacturing techniques and / or tolerances. Therefore, the embodiments of the present invention should not be interpreted as being limited to a specific shape of the region shown in this specification, but should include, for example, a change in shape caused by manufacturing.
도 1은 본 발명에 따른 극지방 적응형 환경 통합 계측 시스템을 설명하기 위한 일 실시예의 블록도이다.1 is a block diagram of an embodiment for explaining an integrated system for a polar adaptive environment according to the present invention.
도 1을 참조하면, 극지방 적응형 환경 통합 계측 시스템은 극지 통합 계측장치(10), 인공 위성(20) 및 극지환경 분석서버(30)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the polar adaptive environment integrated measurement system includes a polar
극지 통합 계측장치(10)는 극지방에서의 환경을 감지하고, 감지된 극지 환경정보를 인공 위성(20)을 통해 극지환경 분석서버(30)로 전송한다. The polar
극지 통합 계측장치(10)는 데이터 로거에 기상 또는 대기 등의 극지 환경을 측정할 수 있는 센서와 지층별 토양수분, 전도도, 지중온도등을 측정할 수 있는 센서 등을 구비하며, 측정된 데이터가 인공위성(20)을 통해 전송될 수 있도록 구성된다. 이를 위해, 극지 통합 계측장치(10)는 극지방에서의 대기, 해양, 기후요소와 지각변화에 따른 식생의 반응 탐지 및 생태계 변화에 대한 관측을 위한 구성요소를 포함한다. 또한, 극지 통합 계측장치(10)는 극지방의 일사량, 토양수분 및 기타 대기 자료 등을 관측하여 사용자에게 실시간으로 전송하여 모니터링이 가능하도록 하는 구성요소를 포함한다. 또한, 극지 통합 계측장치(10)는 극지방 주변 빙하에 매설되어 빙하의 움직임과 실시간 빙하의 물리적 성질을 이해하기 위한 구성요소를 포함한다. 또한, 극지 통합 계측장치(10)는 GPS를 이용하여 빙하의 위치 및 이동방향등을 관측하고 수온 관측을 동시에 실시하여 빙하의 현재 유동흐름 및 수온을 동시에 관측할 수 있도록 구성한다. The polar integrated
또한, 극지 통합 계측장치(10)는 자체 부력으로 표류가 가능한 형태의 부이(BUOY)로 구성되어, 해류 또는 빙하 위에서 자체적으로 수온 및 대기 관측이 가능하도록 하는 장치로 구성되어 있으며, 하단에 수온관측이 가능한 센서를 설치하여 측정된 데이터를 인공위성을 통해 사용자에게 전송하는 시스템으로 구성될 수 있다. In addition, the polar
또한, 극지 통합 계측장치(10)는 위성통신이 가능하도록 이리듐 위성단말기를 내부에 설치하여 관측 자료를 위성통신을 이용하여 사용자에게 전달할 수 있도록 구성될 수 있으며, 각 장치간 100[M]이내의 거리에서는 내부 네트워크망을 구성하여 실시간으로 자료의 송수신이 가능하도록 구성될 수 있다. 극지 통합 계측장치(10)에 대한 상세한 설명은 후술하는 도 3을 참조하여 설명한다.In addition, the polar
인공 위성(20)은 극지 통합 계측장치(10)에서 감지된 상기 극지 환경정보를 극지 통합 계측장치(10)로부터 수신하고, 수신된 극지 환경정보를 극지환경 분석 서버(30)로 전송한다. 이를 위해, 인공 위성(20)은 극지 통합 계측장치(10) 및 극지환경 분석서버(30)와 각각 위성 통신을 수행할 수 있는 통신 모듈을 포함할 수 있다.The
도 2는 도 1에 도시된 인공 위성(20)을 설명하기 위한 일 실시예의 블록도이다. 도 2를 참조하면, 인공 위성은 이리듐 위성 또는 아르고(Argo) 위성 등을 포함할 수 있다. 2 is a block diagram of an embodiment for explaining the
이러한 인공 위성(20)은 가입자 수신모듈(21), 가입자 송신모듈(22), 게이트웨이 트렌시버(23), 위성 제어 모듈(24) 등을 포함할 수 있다. The
가입자 수신모듈(21)은 극지 통합 계측장치(10)로부터 데이터를 무선 수신하고, 수신된 데이터를 게이트웨이 트렌시버(23)로 전달한다.The
가입자 송신모듈(22)은 게이트웨이 트렌시버(23)로부터 전달받은 극지환경 분석서버(30)에 대한 데이터를 극지 통합 계측장치(10)로 무선 전송한다.The
게이트웨이 트렌시버(23)는 가입자 수신모듈(21)로부터 전달받은 극지 통합 계측장치(10)의 데이터를 극지환경 분석서버(30)로 무선 전송하고, 극지환경 분석서버(30)로부터 극지 통합 계측장치(10)의 제어를 위한 데이터를 무선 수신하고, 수신된 데이터를 가입자 송신모듈(22)로 전달한다. The gateway transceiver 23 wirelessly transmits the data of the polar
위성 제어 모듈(24)은 전술한 가입자 수신모듈(21), 가입자 송신모듈(22), 게이트웨이 트렌시버(23)의 동작을 제어하며, 아울러, 위성 통신의 배터리 모듈(미도시0, GPS 통신 모듈(미도시)의 동작을 제어할 수 있다.The
극지환경 분석서버(30)는 극지 통합 계측장치(10)에서 감지된 극지 환경정보를 수집하여 분석한다. 여기서, 극지환경 분석서버(30)는 극지 통합 계측장치(10)에서 감지되는 다양한 환경 정보를 분석하여, 분석에 따른 극지의 기후 및 생태의 변화를 예측할 수 있는 정보를 산출할 수도있다. The polar
도 3은 도 1에 도시된 극지환경 분석서버(30)를 설명하기 위한 일 실시예의 블록도이다.3 is a block diagram of an embodiment for explaining the polar
도 3을 참조하면, 극지환경 분석서버(30)는 환경정보 수집부(31), 환경정보 분석부(32) 및 환경정보 데이터베이스(33)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, the polar
환경정보 수집부(31)는 극지 통합 계측장치(10)로부터 극지방의 다양한 환경 정보를 수집한다. 환경정보 수집부(31)는 사전에 저장된 스케쥴 정보를 토대로 매주기마다 실행되어 환경 정보를 수집하고, 또한 환경 정보의 수집에 따른 로그 정보를 저장한다. The environmental
환경정보 분석부(32)는 환경정보 수집부(31)에서 수집된 환경정보를 분석 처리에 필요한 데이터 포맷으로 변환한다. 환경정보 분석부(32)는 환경정보를 데이터 분석을 위한 코드로 변환한다. 환경정보 분석부(32)는 분석을 위한 코드로 변환된 환경정보로부터 필요 변수와 레벨을 추출한 후, 코드 변환된 데이터로부터 환경정보에 대한 분석정보를 생성할 수 있다. The environmental
또한, 환경정보 분석부(32)는 극지 통합 계측장치(10)에서 일정 기간 동안 사용되는 전력량을 산출할 수 있다. 예를 들어, 환경정보 분석부(32)는 극지 통합 계측장치(10)에서 1년간 사용 가능한 전력소모량을 산출한다. 이를 위해, 환경정보 분석부(32)는 극지 통합 계측장치(10)의 각 구성요소들에 대한 종합적인 데이터 소모량을 산출한다.Also, the environmental
환경정보 분석부(32)는 극지 통합 계측장치(10)의 각 센서들 데이터시트에 나온 소모 전류를 이용하여 동작시간, 대기시간의 전류를 계산하며, 이를 위해 극지 통합 계측장치(10)와 연결하여 동작시간과 대기시간의 전류를 산출한다. 환경정보 분석부(32)는 환경 정보의 감지를 위해 사용되는 기온센서, 습도센서, 풍속센서, 토양수분센서, 위성 통신 모듈, Zigbee 전류를 데이터시트의 내용을 참고하여 1[cycle], 하루, 1개월, 1년 단위 등으로 계산하여, 총 전력량을 산출한다. The environmental
예를 들어, 가장 높은 전류를 사용하는 경우는 인공위성(20)으로 데이터를 송신하는 부분으로 약 2초의 데이터 전송을 위해 사용되고, 그 다음으로 높은 전류 값은 데이터 측정을 위해 사용된 전류의 양이며, 그 외의 시간은 대기를 위한 최소한의 전류를 사용하는 것을 알 수 있다. 이런 알고리즘에 따라, 환경정보 분석부(32)는 이 데이터를 이용하여 1cycle, 하루, 1개월, 1년으로 전력량을 산출할 수 있다. 또한, 환경정보 분석부(102)는 빙하유동 장치의 필요로 사용되는 기온습도센서, 풍속센서, gps, 자이로센서, 가속도 센서, 위성모듈, Zigbee 전류를 데이터시트의 내용을 참고하여 1cycle, 하루, 1개월, 1년 단위 등으로 산출할 수 있다. For example, in case of using the highest current, a portion for transmitting data to the
다음의 표 1은 환경정보 분석부(102)에서 분석된 극지 통합 계측장치(10)에 대한 사용 전력량의 산출 결과를 예시하는 테이블 정보이다.Table 1 below is table information illustrating a result of calculating the amount of power used for the polarized
표 1을 참조하면, 환경정보 분석부(102)에서 분석된 극지 통합 계측장치(10)에 대한 사용 전력량은 년간 최대 220Ah의 용량이 필요하며, 배터리의 효율을 70%로 계산하면 총 소모 전력은 약 320Ah일 수 있다. 소모량 중 대부분이 통신 대기 및 위성통신 부분에 해당되며, 이는 극지 통합 계측장치(10)의 통신 감도의 성능과 실질 통신 시험을 통해 개선될 수 있다. 또한, 후술하는 바와 같이, 극지 통합 계측장치(10)의 배터리에 대한 단열 처리를 통해 외부 온도변화에 따른 영향을 최소화함으로써, 배터리 효율을 향상시킬 수 있고, 이에 따라 환경 정보 분석부(102)는 향상된 배터리 효율에 대응하는 극지 통합 계측장치(10)의 사용 전력량을 산출할 수 있다.Referring to Table 1, the amount of power used for the polarized
환경정보 데이터베이스(33)는 수집된 환경정보 및 분석된 환경정보를 저장한다. 환경정보 데이터베이스(33)는 환경정보의 입출력 및 전체 시스템으로의 사용자의 액세스 이력을 저장할 수 있다. 또한, 환경정보 데이터베이스(33)는 통신망을 통해 환경정보 데이터베이스(33)에 접속하는 사용자의 인증을 위한 정보를 저장할 수도 있다. 환경정보 데이터베이스(33)는 액세스 요청되는 환경 정보를 추출하며, 추출된 환경정보를 사용자가 원하는 그래픽 이미지 형태로 변환하여 시각적으로 쉽게 확인할 수 있도록 하는 프로그램을 저장할 수도 있다. The
도 4는 도 1에 도시된 극지 통합 계측장치(10)를 설명하기 위한 일 실시예의 블록도이다. FIG. 4 is a block diagram of an embodiment for describing the polar
도 4를 참조하면, 극지 통합 계측장치(10)는 복수의 센서들(100), 터미널 보드(101), 신호 처리 보드(102), 위성 통신 보드(103), 제어 보드(104), 전원 공급 모듈(105) 및 하우징(106)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4, the polar
복수의 센서들(100)은 북극 또는 남극을 포함하는 극지방에서 다양한 극지 환경들을 감지한다. 여기서, 복수의 센서들(100)은 일사량 센서, 풍향 센서, 풍속 센서, 기압 센서, 기온 센서, 습도 센서, 가속도 센서, 자이로 센서, 중력 센서, 지자기 센서, 토양 수분 센서 등을 포함한다. 복수의 센서들(100)은 각각 터미널 보드(101)에 연결되어 있다.The plurality of
터미널 보드(101)는 복수의 센서들(100)과 각각 연결하기 위한 복수의 연결 포트들을 포함한다. 이때, 터미널 보드(101)의 연결 포트들은 푸쉬 방식의 커넥터를 포함할 수 있으며, 터미널 보드(101)는 이러한 푸쉬 방식의 커넥터를 사용해 복수의 센서들(100)과 각각 연결될 수 있다. The
신호 처리 보드(102)는 수집된 복수의 센서들(100)에 대한 입력 신호 및 출력 신호를 아날로드 및 디지털 변환하는 컨버터, 멀티플렉싱을 수행하는 SDI(Serial Digital Interface) 모듈 및 신호 처리모듈을 포함할 수 있다. The
도 5는 본 발명에 따른 신호 처리 보드(102)에 탑재되는 컨버터, SDI 모듈 및 신호 처리 모듈을 예시하는 블록도이고, 도 6은 도 5에 도시된 컨버터(102-1)의 세부 구성요소를 예시하는 블록도이고, 도 7은 도 5에 도시된 SDI 모듈의 회로 소자들의 연결 상태를 예시하는 회로도이다.5 is a block diagram illustrating a converter, an SDI module, and a signal processing module mounted on the
도 5 및 도 6을 참조하면, 컨버터(102-1)는 복수의 센서들(100)에서 입력되는 센서값들의 정확도를 높이기 위해 고분해능이 가능한 각각의 컨버팅 모듈들을 포함할 수 있다. 예를 들어, Thermocouple와 같은 전류를 이용한 온도 센서에 대해서는 온도 센서값에 대한 증폭이나 선형화를 위한 증폭 및 선형 컨버팅 모듈(102-1a)을 포함하고, RTCs와 같은 저항을 이용한 온도 센서의 경우에는 전류를 여기하여 온도 센서값에 대한 선형화를 위한 전류 여기 및 선형 컨버팅 모듈(102-1b)을 포함하고, Strain Gauge와 같은 압력 센서의 경우에는 압력 센서값의 컨버팅을 위한 전압 여기 및 브릿지 설정 컨버팅 모듈(102-1c)을 포함하고, Common Module 즉, 공통 그라운드값과 관련해서는 절연 증폭 컨버팅 모듈(102-1d)을 포함하고, AC Switching 또는 최대 전류에 대한 Load를 반영한 전기기계 릴레이 컨버팅 모듈(102-1e)을 포함하고, High Frequancy Noise를 갖는 신호에 대해서 저역 통과 컨버팅 모듈(102-1f)을 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 컨버터(102-1)는 센서별 특성을 분석하여 모듈화된 아날로그/디지털 컨버팅을 구성함으로써, 각 측정 센서들의 출력 특성을 반영하여 0.1[Hz] 내지 1[Hz] 이상의 샘플링을 수행하는 한편, 각 측정 센서들의 출력 특성을 고려한 증폭 및 필터링을 수행한다. 또한, 최대 12 채널 이상의 센서 입력 채널을 포함하고, 차동(diff) 신호에 대해 8채널 및 싱글(single) 신호에 대해 12채널을 할당할 수 있도록 한다. 5 and 6, the converter 102-1 may include respective converting modules capable of high resolution to increase accuracy of sensor values input from the plurality of
SDI 모듈(102-2)은 SDI 프로토콜의 처리가 가능한 다채널 입력용 모듈에 해당하며, SDI 프로토콜 사용이 가능한 센서들과 접속하여, 복수개의 센서값들에 대한 수신이 가능하도록 한다.The SDI module 102-2 corresponds to a module for multi-channel input capable of processing the SDI protocol, and is connected to sensors capable of using the SDI protocol to receive a plurality of sensor values.
도 5 및 도 7을 참조하면, SDI 모듈(102-2)은 소정 개수 이상의 센서들(100-1, 100-2,.... 100-n)과 병렬로 연결될 수 있다. SDI 모듈(102-2)은 병렬로 연결된 복수의 센서들(100-1, 100-2,.... 100-n)을 선택적으로 제어하는 방식으로 1개의 포트에서 복수개의 센서 데이터를 각각 개별적으로 취득할 수 있다. 이에 따라, SDI 모듈(102-2)은 센서 처리의 확장성에서 월등한 기능을 가지고 있다. 즉, 복수개의 센서들을 연결하기 위해 복수개의 포트를 사용하는 기존방식 보다 월등한 효율을 가지고 있다. 즉, 도 5 및 도 7에 도시된 바와 같이, 신호 처리 모듈(102-3)에 SDI 모듈(102-2)을 추가한 신호 처리 보드(102)를 구비함으로써, 센서들의 신호 처리에 대한 확장된 성능을 가질 수 있도록 하며, 또한 외부의 전원 및 모듈 제어를 위한 펌웨어의 개발 및 개선을 통해 미사용시 전원을 제어하여 불필요한 전력소모를 최소화 할 수 있도록 한다. 이로써 신호 처리 보드(102)는 각 모듈의 전원제어를 통한 활성 비활성모드의 제어가 가능하도록 구성된다.5 and 7, the SDI module 102-2 may be connected in parallel with a predetermined number of sensors 100-1, 100-2, ... 100-n. The SDI module 102-2 individually controls a plurality of sensor data in one port by selectively controlling a plurality of sensors 100-1, 100-2, .... 100-n connected in parallel. Can be acquired. Accordingly, the SDI module 102-2 has a superior function in expandability of sensor processing. That is, it has a superior efficiency than the existing method of using a plurality of ports to connect a plurality of sensors. That is, as shown in FIGS. 5 and 7, the signal processing module 102-3 is provided with a
도 5를 참조하면, 신호 처리 모듈(102-3)은 컨버터(102-1) 또는 SDI 모듈(102-2)로부터 수신된 신호들에 대한 개별적인 처리를 제어한다. 신호 처리 모듈(102-3)은 복수의 센서들(100)에 대해 각각의 모듈들이 선택적으로 동작하도록 하는 인에이블 신호(enable signal)를 이용하여 각각의 동작을 제어할 수 있다. 이에 따라, 신호 처리 모듈(102-3)은 터미널 보드(101)에서 확장된 Serial Port를 제어할 수 있도록 구성된다. 5, the signal processing module 102-3 controls individual processing of signals received from the converter 102-1 or the SDI module 102-2. The signal processing module 102-3 may control each operation by using an enable signal that allows each module to selectively operate with respect to the plurality of
또한, 신호 처리모듈(102-3)은 종래의 데이터 저장 및 전송 방식에 해당하는 아스키(ASCII) 코드 방식 대신에 바이너리(Binary) 방식에 의해 데이터를 변환 및 압축하고, 변환 및 압축된 바이너리 데이터에 대한 저장 및 전송이 이루어질 수 있도록 한다. In addition, the signal processing module 102-3 converts and compresses data by using a binary method instead of the ASCII code method corresponding to a conventional data storage and transmission method, and converts and compresses data into the converted and compressed binary data. For storage and transmission.
다음의 표 2는 신호 처리모듈(102-3)에 따라 데이터를 바이너리 코드로 변환한 것을 예시하는 테이블 정보이다. Table 2 below is table information illustrating that data is converted to binary code according to the signal processing module 102-3.
유효 범위 -> 1 ~ 32767
자료 형태 -> 이진 코드Use bit->
Effective range-> 1 to 32767
Data type-> binary code
표현 범위 -> 0 ~ 127 (Binary)
유효 범위 -> 0 ~ 99Use bit->
Expression range-> 0 ~ 127 (Binary)
Effective range-> 0 ~ 99
표현 범위 -> 0 ~ 15 (Binary)
유효 범위 -> 1 ~ 12Use bit->
Expression range-> 0 ~ 15 (Binary)
Effective range-> 1 to 12
표현 범위 -> 0 ~ 31 (Binary)
유효 범위 -> 1 ~ 31Use bit->
Expression range-> 0 ~ 31 (Binary)
Effective range-> 1 to 31
표현 범위 -> 0 ~ 31 (Binary)
유효 범위 -> 1 ~ 23Use bit->
Expression range-> 0 ~ 31 (Binary)
Effective range-> 1 to 23
표현 범위 -> 0 ~ 63 (Binary)
유효 범위 -> 0 ~ 59Use bit->
Expression range-> 0 ~ 63 (Binary)
Effective range-> 0 ~ 59
표현 범위 -> 0 ~ 511 (Binary)
유효 범위 -> 0 ~ 359Use bit->
Expression range-> 0 ~ 511 (Binary)
Effective range-> 0 ~ 359
표현 범위 -> 0 ~ 1024 (Binary)
유효 범위 -> 1 ~ 1000Use bit->
Expression range-> 0 ~ 1024 (Binary)
Effective range-> 1 to 1000
표 2에 기재된 바와 같이, 신호 처리모듈(102-3)은 인공 위성(20)으로 전송할 데이터에 대해 바이너리(Binary) 방식으로 변환 및 압축하고, 이렇게 변환 및 압축된 데이터를 저장 및 전송할 수 있도록 제어 보드(104)의 제어를 통해 위성 통신 보드(103)으로 전단한다. 이에 따라, 데이터 전송을 위한 데이터 량을 최소화함으로써 데이터 전송의 품질 및 전송 속도의 증가가 가능하게 됨으로써, 신호 처리 모듈(102-3)은 종래에 비해 30[%] 이하의 데이터 압축이 이루어지면서도 데이터 전송 속도의 개선을 도모할 수 있다. As shown in Table 2, the signal processing module 102-3 converts and compresses data to be transmitted to the
위성 통신 보드(103)는 인공 위성(20)과 위성 통신을 수행하는 위성 통신 모듈 및 GPS 모듈을 포함할 수 있다. The
위성 통신 모듈은 위성 안테나를 포함하며, 위성 안테나를 통해 인공 위성(20)과 위성통신을 수행할 수 있도록 신호 처리를 수행한다. 위성 통신 모듈은 복수의 센서들(100)에서 감지된 환경 정보를 인공 위성(20)으로 전송할 수 있도록 위성 신호로 변환하며, 변환된 위성 신호를 위성 안테나를 통해 인공 위성(20)으로 송신한다. The satellite communication module includes a satellite antenna, and performs signal processing to perform satellite communication with the
위성 통신 모듈은 극지방에서 송수신 상태가 양호한 인공 위성을 결정할 수 있다. 위성 통신 모듈은 이리듐 위성 또는 아르고(Argo) 위성 등을 이용한 데이터 송수신을 지원할 수 있다. 극지방의 운용 환경(예를 들어, -49[도])을 고려하여 내구성이 강화된 통신 모듈로 구성될 수 있다. 위성 통신 모듈은 하루에 1회 이상의 데이터 송수신이 가능하도록 간격을 설정할 수 있다. 위성 통신 모듈의 안테나는 외부로 노출되어 있으므로, 기구적으로 안정성을 확보할 수 있는 지지 구조를 포함할 수 있다.The satellite communication module may determine a satellite having good transmission / reception status in the polar region. The satellite communication module may support data transmission and reception using an iridium satellite or an Argo satellite. It may be composed of a communication module with enhanced durability in consideration of the operation environment of the polar region (for example, -49 [degree]). The satellite communication module may set an interval so that data can be transmitted and received more than once a day. Since the antenna of the satellite communication module is exposed to the outside, it may include a support structure capable of mechanically securing stability.
GPS 모듈은 복수의 인공 위성(20)으로부터의 신호를 수신한다. GPS 모듈은 각 인공 위성과의 거리를 신호 도달에 걸리는 시간으로부터 산출하여 현재 시스템의 위치를 산출할 수 있다. GPS 모듈은 현재 위치를 산출하는 방식으로는, 단순 GPS 측위방식, DGPS(Differential GPS) 측위방식, A-GPS(Assisted GPS) 측위방식, 이중차분방식에 의한 측위방식 중 어느 하나를 사용할 수 있다. The GPS module receives signals from a plurality of
제어 보드(104)는 복수의 센서들(100), 터미널 보드(101), 신호 처리 보드(102), 위성 통신 보드(103)의 동작을 제어한다. 제어 보드(104)는 연산 동작으로 사칙연산, 논리연산, 보수 등을 처리하며, 연산처리를 위해 레지스터를 포함하고 있다. 또한, 제어 보드(104)는 CPU 코어, 메모리 그리고 프로그램 가능한 입/출력을 포함함에 따라, 복수의 센서들(100), 터미널 보드(101), 신호 처리 보드(102), 위성 통신 보드(103)의 동작을 제어할 수 있다. 이를 위해, 제어 보드(104)는 복수의 센서들(100), 터미널 보드(101), 신호 처리 보드(102), 위성 통신 보드(103)과 전기적으로 연결되어 있다. The
제어 보드(104)는 신호 처리 모듈(102)에서 신호 처리된 데이터를 가공하여 위성 통신 보드(105)로 전달하며, 인공 위성(20)으로부터 수신된 데이터를 해석하여 제어 명령을 수행한다. 이를 위해, 제어 보드(104)는 위성 통신 보드(103)와의 데이터 송수신을 위한 시간 동기화를 수행하며, 전력 소모의 최소화를 위해 각 구성요소들에 대한 슬립 모드로의 진입을 제어한다. 또한, 제어 보드(104)는 와치독(Watchdog) 기능을 통해 제어 동작 중에 발생할 수 있는 에러를 복구할 수 있도록 한다.The
또한, 본 발명에서의 제어 보드(104)는 전력의 소모를 최소화하기 위해, 극지 통합 계측장치(10)의 각 구성요소들(예를 들어, 센서들, 컨트롤러, 메모리, 통신 모듈 등)에 대한 전원 공급이 개별적으로 이루어지도록 제어할 수 있다. In addition, the
도 8은 극지 통합 계측장치(10)의 각 구성요소들에 대해 제어 보드(104)가 전력 제어를 수행하기 위한 기능 블록도를 예시한다.FIG. 8 illustrates a functional block diagram for the
도 8을 참조하면, 제어 보드(104)는 저전력 제어를 위해, 병렬로 연결된 배터리 어레이를 포함하고, 컨버터는 DC 전원으로서 15, 5, 3.3[V]을 사용할 수 있다. 또한, 제어 보드(104)는 주 전원을 위한 메인 전원 드라이버(Main Power Driver)와 보조 전원을 위한 부 전원 드라이버(Sub Power Driver) 및 리니어 레귤레이터(Leaner Regulator)를 포함하며, 전원 보호를 위해 CPLD(Complex Programmable Logic Device) 또는 OSC를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 8, the
제어 보드(104)는 복수의 센서들(100), 신호 처리 보드(102), 위성 통신 보드(103) 또는 컨트롤러와 메모리를 포함하는 제어 모듈(104-2) 등에 대해 각각 선택적으로 전원 공급이 이루어지도록 하는 스위칭 제어 모듈(104-1)을 포함하고 있다. 스위칭 제어 모듈(104-1)은 스위칭 동작을 위한 복수의 NPN 트랜지스터 소자들, PNP 트랜지스터 소자들 또는 IC칩들을 포함할 수 있다. 제어 보드(104)는 스위칭 제어 모듈(104-1)에 의해, 동작이 요구되는 구성요소에만 전원을 공급하도록 제어하고, 동작이 불필요한 구성요소들에는 전원 공급을 차단하도록 스위칭 제어를 수행할 수 있다.The
전원 공급 모듈(105)은 복수의 센서들(100), 터미널 보드(101), 신호 처리 보드(102), 위성 통신 보드(103), 제어 보드(104) 중 적어도 하나 이상에 전원을 공급한다. 전원 공급 모듈(105)은 극지방(예를 들어, -40도 이하)의 환경에서 안정적인 전원 공급이 가능 하도록 하기 위해 후술하는 바와 같이, 하우징(106) 내에 실장되어 있다. 또한, 전원 공급 모듈(105)은 일정 기간(예를 들어, 1년간) 동안 사용 가능한 전력소모량에 따라 동작할 수 있는 배터리 모듈을 포함할 수 있다. 이를 위해, 전술한 바와 같이, 극지환경 분석서버(30)는 극지 통합 계측장치(10)의 각 구성요소들에 대한 종합적인 데이터 소모량을 계산하며, 이러한 계산량에 따라 전원 공급 모듈(105)은 최소 1.3배이상 전력량을 확보할 수 있는 배터리를 포함할 수 있다. 이를 위해, 극지 통합 계측장치(20)와 극지환경 분석서버(30)를 연결하여 동작시간과 대기시간에 대한 정보가 극지환경 분석서버(30)에 제공될 수 있다. 따라서, 전원 공급 모듈(105)은 일정 기간(예를 들어, 1년) 동안 지속적인 동작을 위해 필요로 하는 전력량을 갖는 배터리 모듈이 탑재될 수 있다. The
또한, 전원 공급 모듈(105)은 태양광을 이용한 친환경 에너지를 공급하기 위해 배터리 모듈 이외에 태양광 패널 및 인버터를 포함하는 태양광 모듈을 더 포함할 수 있다. 태양광 패널은 태양광을 집광하여 전기 에너지에 해당하는 직류 에너지를 생성한다. 인버터는 태양광 패널에서 생성된 직류 에너지를 교류 에너지로 변환한다. 또한, 인버터는 태양광 모듈에서 생성되는 발전 전력을 최대화하기 위한 최대전력 추종기능, 태양광 패널 또는 기타 기기의 이상시의 동작 정지기능 등을 수행할 수 있다. 한편, 제어 보드(104)는 인버터의 동작을 제어함으로써, 태양광 패널에서 집광되어 생성된 전기 에너지를 각 모듈들에 공급할 수 있도록 한다. In addition, the
태양광 모듈은 일조시간(480시간/년)을 감안하여 총 소모 전력의 2배 이상으로 설계될 수 있다. 예를 들어, 태양광 모듈은 12[V] 및 20[W]급 모듈일 수 있다. 또한, 태양광 모듈은 일일 소모 전력이 8[W]일 수 있으며, 년간 충전 전력은 760[Ah]일 수 있으며, 이때, 극지 통합 계측장치(20)의 소모 전력은 320[Ah]일 수 있다. 태양광 모듈은 태양광 발전이 없는 경우에도 최대 1년간 동작이 가능하도록 구성한다. 전원 공급 모듈(105)은 태양광 모듈에 따른 12[V] 및 5[A] 이상의 과충전 방지회로를 더 포함하며, 이때 대양광 모듈의 충전을 위한 충전 모듈은 태양광 모듈의 전원용량을 충분히 커버할 수 있도록 한다. The solar module can be designed to be more than twice the total power consumption in consideration of the sunshine time (480 hours / year). For example, the solar module may be 12 [V] and 20 [W] class modules. In addition, the power consumption of the solar module may be 8 [W] per day, the charging power per year may be 760 [Ah], and at this time, the power consumption of the polar
전술한 태양광 패널은 적어도 하나 이상이 구비될 수 있으며, 특히, 태양광 패널은 3개 이상 구비될 수 있다. 예를 들어, 3개의 태양광 패널이 구비된 경우에, 배터리 모듈이 중심부에 위치한 상태에서 3개의 태양광 패널들이 3각 기둥 형태로 배터리 모듈의 주위를 에워싸는 구조일 수 있다.At least one or more solar panels may be provided, and particularly, three or more solar panels may be provided. For example, in the case where three solar panels are provided, the three solar panels may have a structure surrounding the battery module in the form of a triangular pillar while the battery module is located in the center.
도 9는 복수의 태양광 패널들을 갖는 태양광 모듈과 배터리 모듈을 포함하는 전원 공급 모듈(105)을 예시하는 참조도이다. 도 9를 참조하면, 터미널 보드, 위성 통신 보드, 신호 처리 보드 및 제어보드 각각이 계층적으로 실장된 위치의 하부에 배터리 모듈(105a)이 위치하고, 배터리 모듈(105a) 주위에 3개의 태양광 패널들(105b-1, 105b-2, 105b-3) 각각의 측면 모서리가 다른 태양광 패널들의 측면 모서리와 서로 접하여 3각 기둥 형태로 에워싸는 형태일 수 있다. 배터리 모듈(105a)의 주위로 3개의 태양광 패널들(105b-1, 105b-2, 105b-3)이 배치됨에 따라, 전원 공급 모듈(105)의 부피를 최소화하면서도, 극지방에서 고도가 낮은 태양으로부터 복사되는 태양광이 태양광 패널들(105b-1, 105b-2, 105b-3)에 최대로 입사될 수 있도록 한다. 9 is a reference diagram illustrating a
하우징(106)은 터미널 보드(101), 신호 처리 보드(102), 위성 통신 보드(103), 제어 보드(104) 및 전원 공급 모듈(105)을 실장한다. 또한, 하우징(106)은 복수의 센서들(100) 중 적어도 하나 이상을 내부에 실장할 수 있다. 이때, 터미널 보드(101), 신호 처리 보드(102), 위성 통신 보드(103) 및 제어 보드(104)가 하우징(106) 내에 소형화되어 실장될 수 있도록, 터미널 보드(101), 신호 처리 보드(102), 위성 통신 보드(103), 제어 보드(104)는 각각 원판형 구조체일 수 있고, 이러한 원판형 구조체들이 계층적으로 하우징(106) 내에 실장될 수 있도록 하우징(106)은 원통형 구조를 포함할 수 있다. The
도 10은 본 발명에 따른 하우징(106)을 포함하는 극지 통합 계측 장치(10)를 예시하는 참조도이다. 도 10을 참조하면, 극지 통합 계측 장치(10)는 터미널 보드(101), 신호 처리 보드(102), 위성 통신 보드(103) 및 제어 보드(104)가 원판형 구조체를 가지며, 계층적으로 하우징(106) 내에 실장됨을 확인할 수 있다. 10 is a reference diagram illustrating a polarized
하우징(106)은 외부온도 및 충격에 견딜 수 있는 내구성이 강한 케이스 및 조립체로 구성된다. 하우징(106)은 상호 호환 및 조립 방식의 결합 구조를 포함한다. 즉, 하우징(106)은 간단한 조립 및 결합에 의해 탈착이 가능하도록 기구적 구조를 갖는다. 특히, 하우징(106)은 알루미늄 재질의 진공형 및 방수형 케이스 구조를 포함할 수 있다. 하우징(106)은 내부에 방온을 위한 질소 물질을 충전하고 있으며, 방진을 위한 흡수재가 충전되어 있을 수 있다. 진공형 하우징 구조에 의해 외부 온도(예를 들어, -40[도])에 따른 결로 현상을 방지할 수 있고, 방수형 하우징 구조에 의해 내습 및 방진 효과를 얻을 수 있다. 이러한 The
한편, 전술한 극지 통합 계측장치는 복수개 구비될 수 있다. 복수개의 극지 통합 계측장치들이 구비되어 있는 경우에 그들 중 어느 하나가 호스트 모드(Host Mode)로 동작하고 나머지 극지 통합 계측장치들이 클라이언트 모드(Client Mode)로 동작할 수 있다. Meanwhile, a plurality of the above-described polar integrated measurement devices may be provided. When a plurality of polar integrated measurement devices are provided, any one of them may operate in a host mode and the remaining polar integrated measurement devices may operate in a client mode.
도 11은 복수개의 극지 통합 계측장치들을 포함하는 극지방 적응형 환경 통합 계측 시스템을 설명하기 위한 일 실시예의 블록도이고, 도 12는 도 11에 도시된 복수개의 극지 통합 계측장치들에 대한 네트워크 연결 상태를 예시하는 참조도이다.11 is a block diagram of an embodiment for explaining a polar adaptive environment integrated measurement system including a plurality of polar integrated measurement devices, and FIG. 12 is a network connection state for the plurality of polar integrated measurement devices shown in FIG. 11. It is a reference diagram for illustrating.
도 11을 참조하면, 복수개의 극지 통합 계측장치들(10-1, 10-2, 10-3, 10-4) 중 호스트(H)로 설정된 극지 통합 계측장치(10-2)가 클라이언트(C)로 설정된 다른 극지 통합 계측장치들(10-1, 10-3, 10-4)로부터 환경정보를 순차적으로 수집할 수 있고, 호스트(H)로 설정된 극지 통합 계측장치(10-2)는 수집된 각각의 환경 정보를 인공 위성(20)을 통해 극지환경 분석서버(30)로 전송할 수 있다. 이때, 호스트 모드로 동작하는 극지 통합 계측장치(10-2)와 클라이언트 모드로 동작하는 극지 통합 계측장치들(10-1, 10-3, 10-4) 사이에는 지그비(Zigbee) 통신, 와이파이(WiFi) 통신, 블루투스 (Bluetooth) 통신 등을 이용한 근거리 무선 통신을 수행할 수 있다. 또한, 도 12를 참조하면, 호스트(H)로 표시된 극지 통합 계측장치가 클라이언트(C)로 표시된 다른 극지 통합 계측장치들로부터 각각의 환경 정보를 수집하는 과정을 확인할 수 있다. 또한, 도 12에서, 호스트(H)와 클라이언트들(C)로 구성되는 복수의 극지 통합 계측장치들에 대한 다양한 네트워크 토폴로지 형태가 예시됨을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 11, among the plurality of polar integrated measurement devices 10-1, 10-2, 10-3, and 10-4, the polar integrated measurement device 10-2 set as the host H is a client C ) Can sequentially collect environmental information from other polar integrated measurement devices (10-1, 10-3, 10-4) set, and the polar integrated measurement device (10-2) set as a host (H) Each of the obtained environmental information may be transmitted to the polar
예를 들어, 호스트(H)가 클라이언트들(C) 각각으로 환경 정보에 대한 데이터 전송을 요청하면, 클라이언트들(C)은 데이터 요청신호에 응답하여 환경 정보를 호스트(H)로 전송한다. 또한, 호스트(H)가 클라이언트들(C)로 별도의 데이터 요청을 하지 않는 경우에는, 클라이언트들(C)는 미리 설정된 시간 주기에 따라 자신의 환경 정보를 호스트(H)로 전송할 수 있다. 호스트(H)는 인공 위성(20)으로 데이터 전송시간이 되면 메모리(미도시)에 저장되어 있는 데이터를 위성으로 전송한 후에, 메모리에 데이터가 없으면 Zigbee 등을 통해 클라이언트들에게 데이터 전송을 요청을 하고, 그 중 먼저 응답하는대로 지그비(Zigbee) 프로토콜을 이용하여 데이터를 주고 받는다. 호스트(H)와 클라이언트(C) 사이의 전송 속도는 2.4GHz 에서 250 Kbps를 가질 수 있으며, 호스트(H)와 클라이언트(C)의 노드 수는 65,536개까지 지원될 수 있다. 또한, 호스트(H)와 클라이언트(C) 간의 채널수는 16개까지 가능하며, 최대 수신 감도는 -85[dBm]일 수 있다. 또한, 호스트(H)와 클라이언트(C) 간의 전력 소모량은 일반적으로 3[μA]이고, 송신시에는 35[mA]일 수 있다.For example, when the host H requests data transmission of environment information to each of the clients C, the clients C transmit environment information to the host H in response to the data request signal. In addition, when the host H does not request a separate data from the clients C, the clients C may transmit their environment information to the host H according to a preset time period. The host H transmits the data stored in the memory (not shown) to the satellite when the data transmission time reaches the
본 발명은 소프트웨어적인 프로그램으로 구현하여 컴퓨터로 읽을 수 있는 소정 기록매체에 의해 동작할 수 있다. 예컨대, 기록매체는 내장형으로 하드디스크, 플래시 메모리, RAM, ROM 등이거나, 외장형으로 CD-R, CD-RW와 같은 광디스크, 콤팩트 플래시 카드, 스마트 미디어, 메모리 스틱, 멀티미디어 카드일 수 있다.The present invention may be implemented by a software program and operated by a computer-readable recording medium. For example, the recording medium may be a hard disk, flash memory, RAM, ROM, etc. as an internal type, or an optical disk such as CD-R, CD-RW, compact flash card, smart media, memory stick, multimedia card as an external type.
이상과 같이 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 특허청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석해야 할 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described as above, the embodiments disclosed in the specification of the present invention are not intended to limit the present invention. The scope of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technologies within the scope equivalent thereto should be interpreted as being included in the scope of the present invention.
10: 극지통합 계측 장치
20: 인공 위성
30: 극지환경 분석서버
100: 복수의 센서들
101: 터미널 보드
102: 신호 처리 보드
103: 위성 통신 보드
104: 제어 보드
105: 전원 공급 모듈
106: 하우징10: polar integrated measurement device
20: satellite
30: Polar environment analysis server
100: multiple sensors
101: terminal board
102: signal processing board
103: satellite communication board
104: control board
105: power supply module
106: housing
Claims (13)
극지방에서의 극지 환경을 감지하고, 감지된 극지 환경정보를 송신하는 극지 통합 계측장치; 및
상기 극지 통합 계측장치에서 감지된 상기 극지 환경정보를 상기 극지 통합 계측장치로부터 수신하여 상기 극지환경 분석서버로 전송하는 인공 위성을 포함하고,
상기 극지 통합 계측장치는,
상기 극지방에서 다양한 극지 환경들을 감지하는 복수의 센서들;
상기 복수의 센서들과 각각 연결하기 위한 복수의 연결 포트들을 포함하는 터미널 보드;
상기 인공 위성과 위성 통신을 수행하는 위성 통신 모듈과 GPS 모듈을 포함하는 위성 통신 보드;
상기 복수의 센서들에 대한 입력 신호 및 출력 신호를 아날로드 및 디지털 변환하는 컨버터와 멀티플렉싱을 수행하는 멀티플렉서를 포함하는 신호 처리 보드;
상기 터미널 보드, 상기 위성 통신 보드 및 상기 신호 처리 보드 중 적어도 하나 이상의 동작을 제어하는 제어 보드;
상기 복수의 센서들, 상기 위성 통신 보드, 상기 신호 처리 보드 및 상기 제어 보드 중 적어도 하나 이상에 전원을 공급하는 전원 공급 모듈; 및
상기 터미널 보드, 상기 위성 통신 보드, 상기 신호 처리 보드, 상기 제어 보드 및 상기 전원 공급 모듈을 실장하는 하우징을 포함하고,
상기 극지환경 분석서버는,
사전에 저장된 스케쥴 정보를 토대로 매주기마다 상기 극지 통합 계측장치로부터 상기 극지 환경정보를 수집하고, 상기 수집된 극지 환경정보의 수집에 따른 로그 정보를 저장하는 환경정보 수집부;
상기 수집된 극지 환경정보를 저장하는 환경정보 데이터베이스; 및
상기 수집된 극지 환경정보를 분석하기 위한 코드로 변환하고, 코드 변환된 극지 환경정보를 분석하는 환경정보 분석부를 포함하고,
상기 환경정보 분석부는,
상기 복수의 센서들에 관한 데이터시트로부터 제공되는 소모 전류를 이용하여 상기 복수의 센서들에 대한 각각의 동작시간 및 대기시간의 전류를 산출하고, 각각의 상기 동작시간 및 상기 대기시간의 전류에 따라 상기 극지 통합 계측장치에 대한 년간 사용 가능한 전력 소모량을 상기 극지 환경정보로서 산출하고,
상기 신호 처리 보드는,
상기 복수의 센서들에서 입력되는 센서값들에 대한 고분해능의 컨버팅 모듈들을 포함하고, 상기 컨버팅 모듈들에 따라 센서별 출력 특성을 반영하여 0.1[Hz] 내지 1[Hz] 이상의 샘플링, 증폭 및 필터링을 수행하는 컨버터;
SDI(Serial Digital Interface) 프로토콜의 처리가 가능한 다채널 입력용 SDI 모듈; 및
상기 복수의 센서들에서 수집된 상기 극지 환경정보를 바이너리(Binary) 방식으로 데이터를 압축, 저장 및 전송할 수 있도록 처리하는 신호 처리 모듈을 포함하고,
상기 컨버팅 모듈들은,
전류를 이용한 온도 센서의 온도 센서값에 대해 증폭 및 선형화하는 증폭 및 선형 컨버팅 모듈;
저항을 이용한 온도 센서의 전류를 여기하여 온도 센서값에 대해 선형화하는 전류 여기 및 선형 컨버팅 모듈;
압력 센서의 압력 센서값을 컨버팅하는 전압 여기 및 브릿지 설정 컨버팅모듈;
공통 그라운드값을 제공하는 절연 증폭 컨버팅 모듈;
교류 스위칭 또는 최대 전류에 대한 로드를 반영한 전기기계 릴레이 컨버팅 모듈; 및
High Frequancy Noise를 갖는 신호에 대한 저역 통과 컨버팅 모듈을 포함하고,
상기 하우징은,
호환 및 조립 구조로 형성되어 용이한 탈착이 가능한 원통형 구조로서, 원판형 구조체로 형성된 상기 터미널 보드, 상기 위성 통신 보드, 상기 신호 처리 보드 및 상기 제어보드 각각이 계층적으로 내측에 실장되며, 극지 환경을 감지하기 위한 적어도 하나 이상의 센서들을 실장하고, 알루미늄 재질의 진공형 및 방수형 케이스 구조로 형성되어 극저온에 따른 결로 현상을 방지하고 내습을 위한 질소 물질 및 방진을 위한 흡수재가 충전되며,
상기 전원공급모듈과 함께, 태양광을 집광하여 직류 에너지를 생성하는 3개의 태양광 패널들; 및 상기 3개의 태양광 패널들에서 생성된 직류 에너지를 교류 에너지로 변환하는 인버터를 포함하고,
부피를 최소화하면서도 극지방에서 고도가 낮은 태양으로부터 복사되는 태양광이 최대로 입사될 수 있도록 하기 위해, 상기 터미널 보드, 상기 위성 통신 보드, 상기 신호 처리 보드 및 상기 제어보드 각각이 계층적으로 실장된 위치의 하부에 상기 전원공급모듈을 구성하는 배터리 모듈이 위치하고,
상기 3개의 태양광 패널들은 각각의 측면 모서리가 다른 태양광 패널들의 측면 모서리와 서로 접하여 3각 기둥 형태로 상기 배터리 모듈의 측면 주위를 에워싸는 것을 특징으로 하는 극지방 적응형 환경 통합 계측 시스템.Polar environment analysis server;
A polar integrated measurement device that detects a polar environment in the polar region and transmits the detected polar environment information; And
And an artificial satellite that receives the polar environment information detected by the polar integrated measurement device from the polar integrated measurement device and transmits it to the polar environment analysis server.
The polar integrated measuring device,
A plurality of sensors sensing various polar environments in the polar region;
A terminal board including a plurality of connection ports for connecting to the plurality of sensors, respectively;
A satellite communication board including a satellite communication module and a GPS module for performing satellite communication with the artificial satellite;
A signal processing board including a converter for analog and digital conversion of input signals and output signals for the plurality of sensors and a multiplexer for multiplexing;
A control board controlling at least one operation of the terminal board, the satellite communication board, and the signal processing board;
A power supply module that supplies power to at least one of the plurality of sensors, the satellite communication board, the signal processing board, and the control board; And
A housing for mounting the terminal board, the satellite communication board, the signal processing board, the control board and the power supply module,
The polar environment analysis server,
An environmental information collection unit that collects the polar environment information from the polar integrated measurement device every period based on the previously stored schedule information, and stores log information according to the collection of the collected polar environment information;
An environmental information database that stores the collected polar environment information; And
Includes an environmental information analysis unit for converting the collected polar environment information into a code for analyzing, and analyzing the code converted polar environment information,
The environmental information analysis unit,
The current of each operation time and standby time for the plurality of sensors is calculated using the current consumption provided from the data sheets for the plurality of sensors, and according to the current of each of the operation time and the standby time Calculate the power consumption that can be used annually for the polar integrated measurement device as the polar environment information,
The signal processing board,
It includes high-resolution converting modules for sensor values input from the plurality of sensors, and reflects the output characteristics of each sensor according to the converting modules to sample, amplify and filter 0.1 or more [Hz] to 1 [Hz] or more. Converter to perform;
SDI module for multi-channel input capable of processing a serial digital interface (SDI) protocol; And
And a signal processing module for processing the polar environment information collected from the plurality of sensors to compress, store, and transmit data in a binary manner,
The converting modules,
An amplification and linear conversion module that amplifies and linearizes a temperature sensor value of a temperature sensor using current;
A current excitation and linear converting module that excites the current of the temperature sensor using a resistor to linearize it with respect to the temperature sensor value;
A voltage setting and bridge setting converting module for converting the pressure sensor value of the pressure sensor;
An insulation amplification converting module providing a common ground value;
An electromechanical relay converting module that reflects AC switching or load for maximum current; And
Includes a low-pass converting module for signals with high frequency noise,
The housing,
It is a cylindrical structure that can be easily detached because it is formed of a compatible and assembled structure. Each of the terminal board, the satellite communication board, the signal processing board, and the control board formed of a disk-shaped structure is hierarchically mounted inside and polar environment. It is equipped with at least one sensor for sensing the sensor, and is formed of a vacuum and waterproof case structure made of aluminum to prevent condensation caused by cryogenic temperatures, and is filled with a nitrogen material for moisture resistance and an absorbent for dust prevention,
Together with the power supply module, three solar panels that collect sunlight and generate direct current energy; And an inverter that converts DC energy generated by the three solar panels into AC energy,
The terminal board, the satellite communication board, the signal processing board, and each of the control boards are hierarchically mounted in order to minimize the volume and allow maximum sunlight incident from the sun having a low altitude in the polar region. The battery module constituting the power supply module is located at the bottom of the,
The three solar panels are in contact with the side edges of the photovoltaic panels, each side edge of each other is a triangular columnar shape surrounding the side of the battery module, the polar adaptive environment integrated measurement system.
상기 복수의 센서들은 일사량 센서, 풍향 센서, 풍속 센서, 기압 센서, 기온 센서, 습도 센서, 가속도 센서, 중력 센서, 자이로 센서, 지자기 센서 및 토양 수분 센서 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 극지방 적응형 환경 통합 계측 시스템.The method according to claim 1,
The plurality of sensors includes at least one of an insolation sensor, a wind direction sensor, a wind speed sensor, an air pressure sensor, an air temperature sensor, a humidity sensor, an acceleration sensor, a gravity sensor, a gyro sensor, a geomagnetic sensor, and a soil moisture sensor. Adaptive environment integrated measurement system.
상기 제어 보드는,
상기 복수의 센서들, 상기 신호 처리 보드, 상기 위성 통신 보드 중 적어도 하나에 대한 선택적인 전원 공급이 이루어지도록 하는 스위칭 제어 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 극지방 적응형 환경 통합 계측 시스템.The method according to claim 1,
The control board,
And a switching control module that enables selective power supply to at least one of the plurality of sensors, the signal processing board, and the satellite communication board.
상기 극지 통합 계측장치가 복수개 구비되며,
복수개의 극지 통합 계측장치들 중 어느 하나가 호스트 모드로 동작하고 나머지 극지 통합 계측장치들이 클라이언트 모드로 동작하는 것을 특징으로 하는 극지방 적응형 환경 통합 계측 시스템.The method according to claim 1,
A plurality of the polar integrated measurement device is provided,
Polar adaptive environment integrated measurement system, characterized in that any one of the plurality of polar integrated measurement device operates in a host mode and the remaining polar integrated measurement devices operate in a client mode.
상기 호스트 모드로 동작하는 극지 통합 계측장치와 상기 클라이언트 모드로 동작하는 극지 통합 계측장치들 사이에는 지그비(Zigbee) 통신, 와이파이(WiFi) 통신 및 블루투스 (Bluetooth) 통신 중 적어도 하나의 통신 방식을 사용하는 것을 특징으로 하는 극지방 적응형 환경 통합 계측 시스템.The method according to claim 9,
Using at least one communication method between Zigbee communication, Wi-Fi communication and Bluetooth communication between the polar integrated measurement device operating in the host mode and the polar integrated measurement device operating in the client mode Characterized in that the polar adaptive environment integrated measurement system.
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Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000057473A (en) * | 1998-08-07 | 2000-02-25 | Hitachi Ltd | Display/transmission device of data for environmental measurement |
US20130175391A1 (en) * | 2012-01-09 | 2013-07-11 | Google Inc. | Relative Positioning of Balloons with Altitude Control and Wind Data |
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---|---|---|---|---|
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KR20030034771A (en) * | 2001-10-26 | 2003-05-09 | 고대경 | Image Detection Device using Solar Cell |
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Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000057473A (en) * | 1998-08-07 | 2000-02-25 | Hitachi Ltd | Display/transmission device of data for environmental measurement |
US20130175391A1 (en) * | 2012-01-09 | 2013-07-11 | Google Inc. | Relative Positioning of Balloons with Altitude Control and Wind Data |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102402955B1 (en) * | 2021-12-14 | 2022-05-30 | 한국해양과학기술원 | Glacier tracking system |
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