KR102113951B1 - IoT 기반 실시간 무선 수압계 및 이를 포함하는 상수도 관리 시스템 - Google Patents

IoT 기반 실시간 무선 수압계 및 이를 포함하는 상수도 관리 시스템 Download PDF

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이두진
최태호
이안규
이재범
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한국수자원공사
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Abstract

본 발명은 설치 장소의 제약을 받지 않는 사물 인터넷(IoT) 기술을 이용하여 상수도 관망의 이상 여부를 모니터링할 수 있는 IoT 기반 실시간 무선 수압계 및 이를 포함하는 상수도 관리 시스템에 관한 것으로,
본 발명의 실시예에 따른 IoT 기반 실시간 무선 수압계는,
상수도 관망을 형성하는 복수의 상수도관 중 적어도 어느 하나의 상수도관에 설치되며, 제1 센싱 주기 동안 상기 상수도관을 유동하는 물의 수압을 센싱하여 생성된 수압 데이터를 정상 조건시의 수압 범위와 비교하여 상기 수압 데이터가 상기 정상 조건시의 수압 범위를 벗어나는 이상상태인 경우, 상기 제1 센싱 주기 보다 작은 제2 센싱 주기로 센싱 주기를 변경하는 것을 특징으로 한다.

Description

IoT 기반 실시간 무선 수압계 및 이를 포함하는 상수도 관리 시스템 {IoT-based real-time wireless water pressure meter and waterworks management system comprising it}
본 발명은 설치 장소의 제약을 받지 않는 사물 인터넷(IoT) 기술을 이용하여 상수도 관망의 이상 여부를 모니터링할 수 있는 IoT 기반 실시간 무선 수압계 및 이를 포함하는 상수도 관리 시스템에 관한 것이다.
먹는 물의 수질유지 및 수송을 담당하는 상수도 관로는 현재 전국적으로 방대한 망으로 구성되어 있다. 따라서 이 상수도 관로의 효율적인 시설관리야 말로 매우 중요하며, 상수도 시스템이 도입되고 부터 상수도관망을 효율적으로 구축하고자 하는 많은 연구가 있어 왔다.
지하에 매설되어 있는 상수도관은 현재 정부가 이들을 데이터베이스화 하여 지자체에서 관리하고 요금을 부과하는 형식을 취하고 있다. 이 상수도 관에 문제가 발생하였는지를 파악하기 위해서는 수압, 수질 등을 주기적으로 측정한 후, 이 측정값이 기준치 이하 혹은 이상의 경우 문제가 있다고 판단하여 이후 필요한 조치를 취할 수 있도록 관리하고 있다.
물을 안정적으로 공급하기 위해서는 상수도관의 관리가 매우 중요하다. 다시 말해 식수의 안정적 공급뿐만 아니라 수질의 안정성을 보장하고 적정한 수압 등을 유지하여 상수도관을 최적으로 유지 관리할 수 있도록 상수도관 모니터링 시스템을 구축하는 것이 상수도관망 관리 방법중 하나이다. 즉 평상시 수압의 균등성 유지를 위해 상수도관망의 운영 상태를 최적으로 유지하는 것이 매우 중요하다. 따라서 상수도관망에서 수압의 균등성 유지는 매우 중요한 항목이기 때문에 상수도 시설기준 유지관리 항목에서 수압을 측정하는 간격에 대하여 설명하고 있는데, ‘배수조정을 위해 수압 및 수량 측정을 이용하여 관망 주요지점에서 항상 측정하고 기록해서 장래에 참고자료로 보존해 두어야 한다.’라고 명시되어 있다.
정수장에서 정수된 수돗물을 각 가정으로 보내기 위해서는 높은 수압으로 보내야만 멀리 떨어진 각 가정까지 원활하게 수돗물을 공급할 수 있다. 이때 공급되는 수도관의 수압이 너무 높으면 과다한 누수로 물손실량이 증가하고, 수도관에 파열이 생길 수 있다. 그러므로 상수도관은 항상 적정한 압력의 수압 유지가 필수적이며, 상수도 관로의 주요 지점에서 상수도관의 압력이 항상 적정하게 유지되는 지를 감시하여 관리하는 것이 필수적이다.
이를 위해서 현재는 주로 상수도 관망에 수압센서를 장착하고 유선통신망과 전력을 연결하여 온라인으로 모니터링하고 있다. 그러나 이 유선 접속방식의 수압측정은 설치환경에 따라서 긴 통신선로 연결과 전원공급 문제로 설치가 어려울 수 있고 비용이 많이 발생하는 문제가 있다.
따라서, 이러한 문제점을 해결하고 상수도관을 효율적으로 관리하기 위해 설치가 쉽고 가격이 저렴하며, 운용 방법이 간단하여 유지비가 적게 드는 상수도 상수도 관리 시스템의 개발이 필요한 실정이다.
한국등록특허 10-1257647호
본 발명은 설치 장소의 제약을 받지 않는 사물 인터넷(IoT) 기술을 이용하여 상수도 관망의 이상 여부를 모니터링할 수 있는 IoT 기반 실시간 무선 수압계 및 이를 포함하는 상수도 관리 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 IoT 기반 실시간 무선 수압계는,
상수도 관망을 형성하는 복수의 상수도관 중 적어도 어느 하나의 상수도관에 설치되며, 제1 센싱 주기 동안 상기 상수도관을 유동하는 물의 수압을 센싱하여 생성된 수압 데이터를 정상 조건시의 수압 범위와 비교하여 상기 수압 데이터가 상기 정상 조건시의 수압 범위를 벗어나는 이상상태인 경우, 상기 제1 센싱 주기 보다 작은 제2 센싱 주기로 센싱 주기를 변경하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 IoT 기반 실시간 무선 수압계에 있어서, 제1 센싱 주기 동안 상기 상수도관을 유동하는 물의 수압을 센싱하여 수압 데이터를 생성하는 센싱 모듈; 상기 상수도관의 정상 조건시의 수압 범위가 저장되고, 제1 저장 주기 동안 상기 센싱 모듈에 의해 센싱된 수압 데이터 중 어느 하나의 수압 데이터를 저장하는 저장 모듈; 제1 전송 주기 동안 상기 저장 모듈에 저장된 수압 데이터를 일시에 외부로 전송하는 통신 모듈; 상기 센싱 모듈에 의해 센싱된 수압 데이터를 상기 저장 모듈에 저장된 정상 조건시의 수압 범위와 비교하여 상기 수압 데이터가 상기 정상 조건시의 수압 범위를 벗어나는 이상상태인 경우, 상기 제1 센싱 주기 보다 작은 제2 센싱 주기로 수압 데이터를 센싱하도록 제어하는 제어 모듈;을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 IoT 기반 실시간 무선 수압계에 있어서, 상기 이상상태인 경우, 상기 제어 모듈은, 상기 저장 모듈의 저장 주기를 상기 제1 저장 주기 보다 작은 제2 저장 주기로 변경하고, 상기 통신 모듈의 전송 주기를 상기 제1 전송 주기 보다 작은 제2 전송 주기로 변경할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 IoT 기반 실시간 무선 수압계에 있어서, 상기 통신 모듈은, 관리 서버로부터 상기 센싱 모듈의 센싱 주기와 상기 저장 모듈의 저장 주기와 상기 통신 모듈의 전송 주기 중 적어도 어느 하나를 변경하는 제어 명령을 수신하고, 상기 제어 명령은 날씨 정보에 따라 상기 관리 서버에서 자동으로 생성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 상수도 관리 시스템은,
제1 센싱 주기 동안 상수도관을 유동하는 물의 수압을 센싱하여 생성된 수압 데이터를 정상 조건시의 수압 범위와 비교하여 상기 수압 데이터가 상기 정상 조건시의 수압 범위를 벗어나는 이상상태인 경우, 상기 제1 센싱 주기 보다 작은 제2 센싱 주기로 센싱 주기를 변경하는 무선 수압계; 상기 무선 수압계와 데이터 통신을 수행하는 통신부와, 모니터링하고자 하는 상수도관의 식별 정보를 입력하는 입력부와, 이상상태의 상수도관에 대한 정보가 출력되는 출력부와, 상기 무선 수압계로부터 전송된 수압 데이터를 저장하는 저장부와, 상기 무선 수압계의 설정을 변경하는 제어 명령을 생성하는 제어부를 포함하는 관리 서버;를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 상수도 관리 시스템에 있어서, 상기 무선 수압계는, 제1 센싱 주기 동안 상기 상수도관을 유동하는 물의 수압을 센싱하여 수압 데이터를 생성하는 센싱 모듈; 상기 상수도관의 정상 조건시의 수압 범위가 저장되고, 제1 저장 주기 동안 상기 센싱 모듈에 의해 센싱된 수압 데이터 중 어느 하나의 수압 데이터를 저장하는 저장 모듈; 제1 전송 주기 동안 상기 저장 모듈에 저장된 수압 데이터를 일시에 외부로 전송하는 통신 모듈; 상기 센싱 모듈에 의해 센싱된 수압 데이터를 상기 저장 모듈에 저장된 정상 조건시의 수압 범위와 비교하여 상기 수압 데이터가 상기 정상 조건시의 수압 범위를 벗어나는 이상상태인 경우, 상기 센싱 모듈의 센싱 주기를 상기 제1 센싱 주기 보다 작은 제2 센싱 주기로 변경하고, 상기 저장 모듈의 저장 주기를 상기 제1 저장 주기 보다 작은 제2 저장 주기로 변경하고, 상기 통신 모듈의 전송 주기를 상기 제1 전송 주기 보다 작은 제2 전송 주기로 변경하는 제어 모듈을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 상수도 관리 시스템에 있어서, 상기 제어부는, 상기 센싱 모듈의 센싱 주기와 상기 저장 모듈의 저장 주기와 상기 통신 모듈의 전송 주기 중 적어도 어느 하나를 변경하는 제어 명령을 생성하며, 상기 제어 명령은 날씨 정보에 따라 자동으로 생성될 수 있다.
기타 본 발명의 다양한 측면에 따른 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 설치 장소의 제약을 받지 않는 사물 인터넷(IoT) 기술을 이용하여 상수도 관망의 이상 여부를 모니터링할 수 있는 IoT 기반 실시간 무선 수압계 및 이를 포함하는 상수도 관리 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 설치가 쉽고 가격이 저렴하며 운용 방법이 간단하여 유지비가 적게 들어서 상수도관을 효율적으로 관리할 수 있다.
또한, 누수/수충격 등의 이상상태 발생시, 실질적으로 실시간으로 수압의 변화를 확인하여 해당 상수도관의 수리/교체 등의 조치를 취하거나, 사후 원인 규명을 위한 초단기 수압 데이터를 확보할 수 있다.
또한, 상수도관의 상태에 따라 무선 수압계의 동작을 제어하여 무선 수압계의 전원이 불필요하게 소모되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 이상상태시의 수압 데이터와 유량 센서에 의해 측정된 유량의 시계열 패턴을 이용하여 상수도 공급 과정에서 발생하는 상수도관 내에서의 이상 수압의 발생 원인을 판단할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 IoT 기반 상수도 관리 시스템이 도시된 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 IoT 기반 실시간 무선 수압계가 도시된 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 IoT 기반 실시간 무선 수압계의 제어 모듈이 도시된 블록도이다.
도 4는 정상 조건시 상수도관의 수압과 이상상태에서의 상수도관의 수압을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 IoT 기반 상수도 관리 시스템의 관리 서버가 도시된 블록도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서 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 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 IoT 기반 실시간 무선 수압계 및 이를 포함하는 상수도 관리 시스템을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 IoT 기반 상수도 관리 시스템이 도시된 개념도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 IoT 기반 상수도 상수도 관리 시스템은, IoT 기반 실시간 무선 수압계(100, 이하, “무선 수압계”라 함)와, 관리 서버(200)를 포함한다.
무선 수압계(100)는 상수도관의 수압을 측정하고, 측정된 수압 데이터를 관리 서버(200)로 전송한다. 무선 수압계(100)는 측정된 수압과 정상 조건시의 수압 범위와 비교하여 해당 상수도관의 이상 여부를 판단한다.
해당 상수도관이 비정상 상태(예를 들어, 누수 또는 수충격((Water Hammering, 수격 작용)에 있는 것으로 판단된 경우, 무선 수압계(100)는 센싱 모듈(110)의 센싱 주기, 통신 모듈(120)의 전송 주기, 저장 모듈(130)의 저장 주기를 작게 제어하여 실질적으로 실시간으로 해당 상수도관의 수압 변화량을 모니터링할 수 있게 한다. 무선 수압계(100)는 상수도관의 상태에 따라 모듈들(110 ~ 130)의 동작 주기를 제어하여 무선 수압계의 전원이 불필요하게 소모되는 것을 방지한다.
관리 서버(200)는 무선 수압계(100)로부터 전송된 수압 데이터를 수신 저장하고, 저장된 수압 데이터를 이상 상태 발생의 원인 규명을 위한 자료로 활용한다. 또한, 관리 서버(200)는 통신망을 이용하여 원격으로 무선 수압계(100)의 설정 정보를 변경한다. 설정 정보는 센싱 모듈(110)의 센싱 주기, 저장 모듈(130)의 저장 주기, 통신 모듈(120)의 전송 주기일 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 IoT 기반 상수도 관리 시스템의 무선 수압계가 도시된 블록도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 무선 수압계(100)는 센싱 모듈(110)과 통신 모듈(120)과 저장 모듈(130)과 제어 모듈(140)을 포함한다.
무선 수압계(100)는 상수도 관망을 형성하는 복수의 상수도관 중 적어도 어느 하나의 상수도관에 설치되어, 해당 상수도관의 수압을 측정하여 이상상태 여부를 판단하고, 사후 관리를 위해 측정된 수압 데이터를 관리 서버(200)로 전송한다.
센싱 모듈(110)은 상수도관을 유동하는 물의 수압을 센싱하는 수압 센서일 수 있다. 또한, 센싱 모듈(110)은 상수도관을 유동하는 물의 유량을 측정하는 유량 센서를 포함할 수 있다. 수압 센서 또는 유량 센서는 알려진 센서를 이용할 수 있으며, 특정 목적에 맞는 계측 주기와 계측 정확도를 확보해야 하며, 그 규격을 특별히 한정되지는 않는다.
통신 모듈(120)은 무선 통신을 수행하는 통신칩이면 충분하며, 근거리 원거리 여부는 불문한다. 통신 모듈(120)은 근거리 무선 통신을 수행하는 블루투스, 와이파이일 수 있으며, 또는 원거리 무선 통신을 수행하는 3G, LTE와 같은 이동 통신 모듈일 수 있다. 통신 모듈(120)이 근거리 무선 통신을 수행하는 경우, 게이트 웨이와 같은 통신 중계기를 더 포함할 수 있다.
저장 모듈(130)은 센싱 모듈(110)에서 측정된 수압 데이터를 저장한다. 저장 모듈(130)은 센싱 모듈(110)에서 측정된 수압 데이터 모두를 저장하는 것이 아니라, 설정된 저장 주기 동안 측정된 수압 데이터 중에서 하나의 수압 데이터를 선택하여 저장한다.
저장 모듈(130)은 센싱 모듈(110)이 설치된 상수도관의 정상 조건에서의 수리 데이터가 저장된 데이터 베이스(131)를 포함할 수 있다. 여기서, 수리 데이터는 수압 데이터 및 유량 데이터를 의미한다. 정상 조건에서의 수리 데이터)는 센싱 모듈(110)에서 감지된 수리 데이터의 평균값 또는 계측자가 실제 계측한 수리 데이터의 평균치로 마련될 수 있다.
또한, 데이터 베이스(131)는 센싱 모듈(110)에서 감지된 수리 데이터를 재저장하도록 마련될 수 있으며, 이 경우 제어 모듈(140)은 센싱 모듈(110)에서 감지된 시간대 별로 다른 수리 데이터에 의해 정상 조건에서의 수리 데이터에 대한 시간대별 평균치, 최대치, 최소치 시계열 확률분포 등을 연산하여 데이터 베이스(131)에 재저장하도록 마련된다.
제어 모듈(140)은 무선 수압계(100)의 중앙처리장치로, 센싱 모듈(110), 통신 모듈(120), 저장 모듈(130)의 동작을 제어한다.
제어 모듈(140)은 센싱 모듈(110)에서 측정된 수압 데이터를 해당 상수도관의 정상 조건시의 수압 범위와 비교하여 해당 상수도관의 이상상태 여부를 판단하고, 해당 상수도관이 이상상태에 있는 것으로 판단된 경우, 센싱 모듈(110)의 센싱 주기를 작게 제어하여 실질적으로 실시간으로 해당 상수도관의 수압 변화량을 모니터링할 수 있게 한다.
제어 모듈(140)은 설정된 전송 주기 동안 저장 모듈(130)에 저장된 수압 데이터가 통신 모듈(120)을 통해 관리 서버(200)로 전송되도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 IoT 기반 실시간 무선 수압계의 제어 모듈이 도시된 블록도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제어 모듈(140)은 이상상태 판단유닛(141)과 동작주기 제어유닛(142)을 포함한다.
이상상태 판단유닛(141)은 제1 센싱 주기의 수압 데이터와 정상 조건시의 수압 범위를 비교하여 제1 센싱 주기의 수압 데이터가 정상 조건시의 수압 범위를 벗어나면 이상상태로 판단한다.
동작주기 제어유닛(142)은 이상상태 판단유닛(141)에 의해 제1 센싱 주기의 수압 데이터가 이상상태로 판단된 경우, 센싱 모듈(110)이 제1 센싱 주기 보다 작은 제2 센싱 주기로 해당 상수도관의 수압 데이터를 센싱하도록 제어한다. 또한, 이상상태인 경우, 동작주기 제어유닛(142)은 통신 모듈(120)의 전송 주기를 제1 전송 주기에서 제2 전송 주기로 변경하고, 저장 모듈(130)의 저장 주기를 제1 저장 주기에서 제2 저장 주기로 변경한다.
이와 관련하여, 도 4를 참조하여 설명한다.
도 4는 정상 조건시 상수도관의 수압과 이상상태에서의 상수도관의 수압을 설명하기 위한 도면이다. 도 4의 (a)는 누수나 수충격이 없는 정상 조건시 상수도관의 수압, 도 4의 (b)는 누수 또는 수수 상태의 상수도관의 수압, 도 4의 (c)는 수충격 상태의 상수도관의 수압을 개념적으로 설명한다. 여기서, 누수 상태라 함은, 상수도관 파손에 의한 누수와 상수도관에서 자연적으로 발생하는 배경 누수를 포함한다. 또한, 수수 상태라 함은, 수용가에서의 물 소비가 급격히 증가하는 경우를 의미한다.
도 4의 (a)에서 측정된 수압은 정상 조건의 수압으로, 수압은 일정 범위의 P0로 측정될 수 있다. P0는 P1 ~ P2 범위일 수 있다. P0는 무선 수압계(100)에서 측정된 수압 데이터나 계측자가 실제 계측한 수압의 평균치 또는 일정오차범위 이내의 확률 분포치로 마련될 수 있다.
도 4의 (b)에서 측정된 수압은 누수 상태의 수압으로, 무선 수압계(100) 전방 측 상수도관의 일부가 훼손된 부분으로 누수되므로, 수압은 정상 조건의 수압 P0보다 작은 PA로 측정될 수 있다. (즉, PA < P1)
도 4의 (c)에서 측정된 수압은 수충격 상태의 수압으로, 무선 수압계(100) 전방 측에서 충격파를 발생시키므로, 수압은 정상 조건의 수압 P0에 비해 크게 변화하고 주기적인 파형을 나타내는 형태의 수압 측정치 PB로 측정될 수 있다. (즉, PB = P2 >> P0 or PB = P2 << P0, or 부압) 즉, 수충격 상태의 수압은 수압의 변동이 극심하게 나타나서, 정상 수압 범위 이외의 범위로 변화하는 주기적인 파형 형태가 될 수 있다.
전력 소비 최소화를 위해, 센싱 모듈(110)은 설정된 센싱 주기 동안 슬립 모드(sleep mode)로 있다가, 설정된 센싱 주기 중 1회 웨이크업 모드(wakeup mode)로 전환하여 수압을 센싱하고 수압 데이터를 생성한다. 예를 들어, 센싱 주기가 15초인 경우, 15초마다 웨이크업 모드로 전환하여 수압을 센싱하고, 다시 슬립 모드로 전환된다. 상기에서 슬립 모드는 타이머 이외의 모든 기능이 정지되는 모드이며, 웨이크업 모드는 센싱 모듈(110)이 작동하는 모드이다.
저장 모듈(130)은 센싱 모듈(110)에서 측정된 수압 데이터를 저장한다. 저장 모듈(130)은 센싱 모듈(110)에서 측정된 수압 데이터 모두를 저장하는 것이 아니라, 설정된 저장 주기 동안 측정된 수압 데이터 중에서 하나의 수압 데이터를 선택하여 저장한다. 예를 들어, 센싱 모듈(110)의 센싱 주기가 15초이고, 저장 모듈(130)의 저장 주기가 1분인 경우, 저장 주기인 1분 동안 센싱 모듈(110)에서 측정된 4개의 수압 데이터 중에서 마지막 수압 데이터를 저장한다.
제어 모듈(140)은 설정된 전송 주기 동안 저장 모듈(130)에 저장된 수압 데이터가 통신 모듈(120)을 통해 관리 서버(200)로 전송되도록 한다. 예를 들어, 저장 주기가 1분이고 전송 주기가 1시간인 경우, 1시간 동안 저장된 60개의 수압 데이터를 일시에 관리 서버(200)로 전송한다.
무선 수압계(100)에서 관리 서버(200)로 전송되는 수압 데이터는 센싱된 수압, 센싱 시간, 그리고 무선 수압계(100)의 고유 번호를 포함할 수 있다.
제어 모듈(140)은 센싱 모듈(110)이 센싱한 수압 데이터를 저장 모듈(130)에 저장된 정상 조건시의 수압 범위와 비교하여 해당 무선 수압계(100)가 설치된 상수도관의 이상상태 여부를 판단하고, 이상상태로 판단된 경우, 센싱 모듈(110)의 센싱 주기와 저장 모듈(130)의 저장 주기와 통신 모듈(120)의 전송 주기를 평상시의 제1 주기 보다 작은 제2 주기가 되도록 제어한다.
예를 들어, 센싱 주기를 15초(제1 센싱 주기)에서 1초(제2 센싱 주기)로 변경하고, 저장 주기를 1분(제1 저장 주기)에서 1초(제2 저장 주기)로 변경하고, 전송 주기를 1시간(제1 전송 주기)에서 1분(제2 전송 주기)으로 변경한다. 이 경우, 저장 모듈(130)은 매초마다 수압 데이터를 저장한다.
이와 같이, 이상상태(누수, 수충격 등) 발생시에는, 제어 모듈(140)은 매초마다 수압을 센싱하고, 매초마다 수압 데이터를 저장하고, 매분마다 60개의 수압 데이터를 전송하도록 하여 실시간으로 수압 변화를 확인할 수 있도록 한다. 그 결과, 실시간으로 해당 상수도관의 수리/교체 등의 조치를 취하거나 사후 원인 규명을 위한 초단기 수압 데이터를 확보할 수 있도록 한다.
제어 모듈(140)는 수신된 수압 데이터가 다시 정상 범위로 판단된 경우, 센싱 주기/저장 주기/전송 주기를 원래의 제1 주기로 전환하여, 무선 수압계(100)의 불필요한 전력 소모를 최소화한다.
다음으로, 도 5를 참조하여 관리 서버(200)를 설명한다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 IoT 기반 상수도 관리 시스템의 관리 서버가 도시된 블록도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 관리 서버(200)는, 통신부(210), 입력부(220), 출력부(230), 저장부(240), 제어부(250)를 포함한다.
통신부(210)는 무선 수압계(100)의 통신 모듈(120)과 데이터 송수신을 수행한다. 통신 모듈(120)이 근거리 무선 통신을 수행하는 경우, 게이트 웨이와 같은 통신 중계기와 데이터 송수신을 수행한다. 통신부(210)는 무선 수압계(100)에서 센싱된 수압 데이터, 유량 데이터를 수신하여 제어부(250)로 보낸다. 또한 통신부(210)는 제어부(250)에서 생성된 무선 수압계(100)에 대한 제어 명령을 무선 수압계(100)로 전송한다.
입력부(220)는 사용자가 원하는 정보를 입력하기 위한 수단으로, 키보드, 마우스, 터치 스크린 등을 포함할 수 있다. 입력부(220)는 모니터링하고자 하는 상수도관의 식별 정보를 입력할 수 있다. 즉, 이상 여부가 의심되는 상수도관을 모니터링하기 위해 필요한 상수도관의 식별 정보를 입력할 수 있다. 또한, 입력부(220)는 지리정보 시스템(GIS, Geographic Information System)을 기반으로 구축된 상수도관에 관한 도형 정보와 속성 정보의 데이터를 저장부(240)에 저장하는 경우, 도형 정보와 속성 정보의 데이터를 입력하도록 마련된다.
출력부(230)는 제어부(250)에 연결되며, 제어부(250)에 의해 경보음을 발생시키거나 누수, 수충격 등의 이상 여부, 이상상태 발생위치가 모니터 등으로 표시되도록 한다.
저장부(240)는 데이터를 저장하기 위한 장치로, 주 기억 장치 및 보조 기억 장치를 포함하고, 관리 서버(200)의 기능 동작에 필요한 응용 프로그램을 저장한다. 이러한 저장부(240)는 크게 프로그램 영역과 데이터 영역을 포함할 수 있다. 여기서, 관리 서버(200)는 사용자의 요청에 상응하여 각 기능을 활성화하는 경우, 제어부(250)의 제어 하에 해당 응용 프로그램들을 실행하여 각 기능을 제공하게 된다.
또한, 저장부(240)는 상수도관에 관한 도형 정보와 속성 정보를 구비한 데이터 베이스(241)를 더 포함할 수 있다. 데이터 베이스(241)는 지리정보 시스템(GIS)을 기반으로 도형 정보와 속성 정보를 구축한다.
지리정보 시스템(GIS)은 지구상에서 발생하는 시간과 공간상의 제반 현상들에 관한 위치 또는 속성정보를 입력부(400)를 통해 데이터 베이스(241)에 저장하며, 저장된 위치 또는 속성정보의 검색과 관리 또는 처리와 분석을 통하여 사용자에게 원하는 정보를 제공하는 정보시스템이다.
또한, 지리정보 시스템(GIS)을 이용하는 경우, 데이터 베이스(241)에 저장된 수리 정보의 일차원적 표현이 가능하며, 공간 분석과 중첩 기능을 이용하여 수리 정보의 효율적 표현도 가능하다. 한편, 이상상태로 판단된 상수도관의 속성 정보와 위치 정보를 포함하는 판단 결과를 출력부(230)를 통해 그래픽으로 표시하므로 시각적으로 활용도가 높다.
즉, 이상상태로 판단된 상수도관을 모니터에 표시하는 경우, 마우스로 이상상태 발생위치를 클릭하면 현재 이상상태가 발생한 상수도관의 확대된 형상 또는 세부적 형상과 해당 상수도관의 속성 정보와 위치 정보 등을 모니터로 출력할 수 있다.
또한, 저장부(240)는 관망 전산해석 프로그램을 저장할 수 있다. 관망 전산해석 프로그램은 수리 데이터 또는 정상 조건에서의 수리 정보를 해석할 수 있는 다양한 세부 프로그램으로 마련될 수 있으며, 바람직하게는 미국 환경청(USEPA)에서 개발한 범용소프트웨어인 EPANET으로 마련될 수 있다.
제어부(250)는 관리 서버(200)의 제반 동작을 처리하도록 제어한다. 즉, 제어부(250)은 통신부(210), 입력부(220), 출력부(230), 저장부(240)의 동작을 각각 제어한다.
또한, 제어부(250)는 무선 수압계(100)의 설정을 변경하는 제어 명령을 생성할 수 있다. 예를 들어, 제어부(250)는 센싱 모듈(110)의 센싱 주기와 저장 모듈(130)의 저장 주기와 통신 모듈(120)의 전송 주기를 변경하는 제어 명령을 생성할 수 있다. 작업자의 입력부(220)를 통한 입력 내용에 따라 제어부(250)는 센싱/저장/전송 주기를 변경하는 제어 명령을 생성할 수 있다.
한편, 제어부(250)는 상기와 같은 수동 방식 뿐만 아니라, 날씨 정보와 연계하여 자동 방식으로 센싱/저장/전송 주기를 변경하는 제어 명령을 생성할 수 있다. 통신부(210)를 통해 외부의 서버(예를 들어, 기상청 서버)로부터 일정 시간 단위로 날씨 정보가 수신되면, 제어부(250)는 날씨 정보에 따라 자동으로 센싱/저장/전송 주기를 변경하는 제어 명령을 생성할 수 있다. 예를 들어, 많은 강우량이 예상되면 상수도관을 통한 물의 유량이 높아지므로, 센싱 모듈(110)에서 센싱되는 수압이 높아질 수 있고, 이상상태가 발생할 가능성이 높아질 수 있으므로, 건조한 날씨의 경우보다 실시간 모니터링의 필요성이 높아진다. 날씨 정보에 따라 자동 생성되는 제어 명령은, 상수도관 별로 누적된 강우량 대비 수압 데이터에 의해 생성되거나 또는 수학적 방법에 의해 시뮬레이션되어 생성될 수 있다.
이에, 관리 서버(200)의 제어부(250)는 무선 수압계(100)가 이상상태를 감지하여 센싱/저장/전송 주기를 변경하기 전에, 미리 무선 수압계(100)의 각종 주기들을 변경하여 이상상태 발생 여부를 보다 더 빨리 감지할 수 있도록 한다.
상기와 같은 본 발명의 실시예에 따르면, 설치 장소의 제약을 받지 않는 사물 인터넷(IoT) 기술을 이용하여 상수도 관망의 이상 여부를 모니터링할 수 있다. 또한, 설치가 쉽고 가격이 저렴하며 운용 방법이 간단하여 유지비가 적게 들어서 상수도관을 효율적으로 관리할 수 있다. 또한, 누수/수충격 등의 이상상태 발생시, 실질적으로 실시간으로 수압의 변화를 확인하여 해당 상수도관의 수리/교체 등의 조치를 취하거나, 사후 원인 규명을 위한 초단기 수압 데이터를 확보할 수 있다. 또한, 상수도관의 상태에 따라 무선 수압계의 동작을 제어하여 무선 수압계의 전원이 불필요하게 소모되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 이상상태시의 수압 데이터와 유량 센서에 의해 측정된 유량의 시계열 패턴을 이용하여 상수도 공급 과정에서 발생하는 상수도관 내에서의 이상 수압의 발생 원인을 판단할 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
100 : 무선 수압계 110 : 센싱 모듈
120 : 통신 모듈 140 : 제어 모듈
141 : 이상상태 판단유닛 142 : 동작주기 제어유닛
130 : 저장 모듈
200 : 관리 서버 210 : 통신부
220 : 입력부 230 : 출력부
240 : 저장부 250 : 제어부

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1 센싱 주기 동안 상수도관을 유동하는 물의 수압을 센싱하여 생성된 수압 데이터를 정상 조건시의 수압 범위와 비교하여 상기 수압 데이터가 상기 정상 조건시의 수압 범위를 벗어나는 이상상태인 경우, 상기 제1 센싱 주기 보다 작은 제2 센싱 주기로 센싱 주기를 변경하는 무선 수압계;
    상기 무선 수압계와 데이터 통신을 수행하는 통신부와, 모니터링하고자 하는 상수도관의 식별 정보를 입력하는 입력부와, 이상상태의 상수도관에 대한 정보가 출력되는 출력부와, 상기 무선 수압계로부터 전송된 수압 데이터를 저장하는 저장부와, 상기 무선 수압계의 설정을 변경하는 제어 명령을 생성하는 제어부를 포함하는 관리 서버;를 포함하며,
    상기 무선 수압계는,
    제1 센싱 주기 동안 상기 상수도관을 유동하는 물의 수압을 센싱하여 수압 데이터를 생성하는 센싱 모듈과, 상기 상수도관의 정상 조건시의 수압 범위가 저장되는 데이터베이스를 포함하며 제1 저장 주기 동안 상기 센싱 모듈에 의해 센싱된 수압 데이터 중 어느 하나의 수압 데이터를 저장하는 저장 모듈과, 제1 전송 주기 동안 상기 저장 모듈에 저장된 수압 데이터를 일시에 외부로 전송하는 통신 모듈과, 상기 센싱 모듈의 센싱 주기와 상기 저장 모듈의 저장 주기와 상기 통신 모듈의 전송 주기를 제어하는 제어 모듈을 포함하며,
    상기 센싱 모듈에 의해 센싱된 수압 데이터를 상기 데이터베이스에 저장된 정상 조건시의 수압 범위와 비교하여 상기 수압 데이터가 상기 정상 조건시의 수압 범위를 벗어나는 이상상태인 경우,
    상기 제어 모듈은 상기 센싱 모듈의 센싱 주기를 상기 제1 센싱 주기 보다 작은 제2 센싱 주기로 수압 데이터를 센싱하도록 제어하고, 상기 저장 모듈의 저장 주기를 상기 제1 저장 주기 보다 작은 제2 저장 주기로 변경하고, 상기 통신 모듈의 전송 주기를 상기 제1 전송 주기 보다 작은 제2 전송 주기로 변경하며,
    상기 제어 모듈은 상기 센싱 모듈에서 감지된 시간대 별로 다른 수압 데이터에 의해 상기 정상 조건시의 수압 범위에 대한 시간대별 평균치, 최대치, 최소치 시계열 확률분포를 연산하여 상기 데이터베이스에 재저장하며,
    상기 제어 모듈은 상기 센싱 모듈에 의해 센싱된 수압 데이터가 다시 정상 범위로 판단된 경우, 상기 센싱 주기, 상기 저장 주기, 상기 전송 주기를 원래의 제1 주기로 전환하고,
    상기 관리 서버는,
    상기 관리 서버의 통신부를 통해 외부의 서버로부터 일정 시간 단위로 날씨 정보가 수신되면, 상기 관리 서버의 제어부는 수신된 날씨 정보에 따라 상기 센싱 모듈의 센싱 주기와 상기 저장 모듈의 저장 주기와 상기 통신 모듈의 전송 주기를 변경하는 제어 명령을 생성하여 상기 무선 수압계의 통신 모듈로 전송되도록 함으로써, 상기 무선 수압계가 이상상태를 감지하여 상기 센싱 주기와 상기 저장 주기와 상기 전송 주기를 변경하기 전에 미리 상기 센싱 주기와 상기 저장 주기와 상기 전송 주기를 변경하는 것을 특징으로 하는 상수도 관리 시스템.
  6. 삭제
  7. 삭제
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