KR102250760B1 - 수질 측정 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다수의 수질 평가 인자에 대한 수질 측정을 실시하여 수질 오염 및 이상유무를 판단함으로써 수질의 오염 측정의 정확성을 높일 수 있는 수질 측정 장치에 관한 것으로, 시료수를 정해진 높이에서 수조부로 공급한 후, 공급된 시료수의 수면을 제1 촬영장치를 이용하여 촬영하고, 촬영된 영상을 이미지 처리 기법을 이용하여 분석한 후 분석된 영상으로부터 포말을 측정하는 제1 수질 측정부; 제2 촬영장치를 이용하여 시료수의 기준영역과 검사영역을 촬영하고, 촬영된 영상을 히스토그램 분석을 통해 비교하여 상기 시료수의 탁도를 측정하는 제2 수질 측정부; 상기 공급된 시료수의 기준지점의 온도와, 4개의 검사지점을 지정한 후 지정된 4개의 검사지점의 온도를 각각 측정하는 제3 수질 측정부; 및 상기 제1 내지 제3 수질 측정부의 작동을 제어하며, 상기 제1 내지 제3 수질 측정부에서 측정된 측정결과를 수집하여 수질의 이상여부를 판단하고, 판단 결과, 수질 이상으로 판단되면, 알람을 표출하도록 제어하는 제어부;를 포함하되, 상기 제1 수질 측정부는, 상기 분석된 영상의 검사영역을 구역1(Zone1), 구역2(Zone2) 및 구역(Zone3)으로 각각 분할하여 선정하고, 포말의 크기를 6단계로 나누되, 1단계는 1mm 이내의 미세 포말, 2단계는 1mm - 2mm 이내의 포말, 3단계는 2mm - 3 mm 이내의 포말, 4단계는 3mm - 4 mm 이내의 포말, 5단계는 4mm - 5 mm 이내의 포말, 6단계는 5mm 이상의 포말로 각각 설정하고, 상기 구역1(Zone1), 구역2(Zone2) 및 구역3(Zone3) 각각에 대해 상기 1단계 내지 상기 6단계로 구분된 크기별로 포말의 수량을 측정하는 것을 특징으로 한다.

Description

수질 측정 장치{APPARATUS FOR MEASURING WATER POLLUTION}
본 발명은 수질 측정 기술에 관한 것으로, 특히, 다수의 수질 평가 인자에 대한 수질 측정을 실시하여 수질 오염 및 이상유무를 판단함으로써 수질의 오염 측정의 정확성을 높일 수 있는 수질 측정 장치에 관한 것이다.
기업활동에 있어 산업시설은 필수요소이나 여기서 배출되는 산업폐수는 환경에 위해할 수 있어 정수처리 후 배출하는 것을 규정하고 있다.
즉, 산업시설에서 배출되는 폐수는 다양한 센서들을 이용해 환경기준에 적합한 배출수 관리를 하고 있다.
이러한 산업 배출수 관리는 다양한 수질센서를 이용하여 연속 측정하고 기준치 이하일 경우 경보를 통해 알리며, 이때 배출을 제한하여 오염을 방지하고 있다.
수질센서는 크게 광학식과 화학식으로 구분되며 이를 활용한 수질관리 계측기들은 국내외에 다양하게 개발되어 있다.
이러한 수질센서는 정기적인 유지보수를 하여 기능을 관리하여야 하는데 광학 또는 화학적 방식 등 기술적 내용과 배출수의 양과 종류, 강우와 같은 기후적인 영향에 의해서도 교체 또는 보수 주기가 다르기에 센서의 노후화로 인한 오류를 방지할 대책이 필요하다.
또한, 산업폐수는 미량이라도 배출시 환경오염에 영향을 미칠 수 있기에 이를 보완할 방법이 필요하다.
이런 보완방법으로 별도 수조에 어류를 기르며, 이 수조에 폐수를 통과시켜 어류의 생존 유무를 모니터링하는 바이오모니터링 시스템을 개발한 경우도 있다.
그러나 공간의 필요성, 24시간 모니터링, 어류관리 등의 비용 추가 등의 이유로 많은 부분 상용화되지 못하였다.
(특허문헌1). KR10-0970151(수질 측정 장치)
본 발명의 목적은, 하나의 장치에서 다수의 수질 평가 인자를 동시에 측정함으로써 수질 오염의 측정 정확성을 높일 수 있는 수질 측정 장치를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 목적은, 포말 영상처리 기술을 이용하여 수질 이상여부 및 오염도를 측정함으로써 저비용의 범용성을 갖는 수질 측정 장치를 제공하고자 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 수질 측정 장치는, 시료수를 정해진 높이에서 수조부로 공급한 후, 공급된 시료수의 수면을 제1 촬영장치를 이용하여 촬영하고, 촬영된 영상을 이미지 처리 기법을 이용하여 분석한 후 분석된 영상으로부터 포말을 측정하는 제1 수질 측정부; 제2 촬영장치를 이용하여 시료수의 기준영역과 검사영역을 촬영하고, 촬영된 영상을 히스토그램 분석을 통해 비교하여 상기 시료수의 탁도를 측정하는 제2 수질 측정부; 상기 공급된 시료수의 기준지점의 온도와, 4개의 검사지점을 지정한 후 지정된 4개의 검사지점의 온도를 각각 측정하는 제3 수질 측정부; 및 상기 제1 내지 제3 수질 측정부의 작동을 제어하며, 상기 제1 내지 제3 수질 측정부에서 측정된 측정결과를 수집하여 수질의 이상여부를 판단하고, 판단 결과, 수질 이상으로 판단되면, 알람을 표출하도록 제어하는 제어부;를 포함하되, 상기 제1 수질 측정부는, 상기 분석된 영상의 검사영역을 구역 1(Zone1), 구역 2(Zone2) 및 구역(Zone3)으로 각각 분할하여 선정하고, 포말의 크기를 6단계로 나누되, 1단계는 1mm 이내의 미세 포말, 2단계는 1mm 초과 2mm 이내의 포말, 3단계는 2mm 초과 3 mm 이내의 포말, 4단계는 3mm 초과 - 4 mm 이내의 포말, 5단계는 4mm 초과 5 mm 이내의 포말, 6단계는 5mm 초과의 포말로 각각 설정하고, 상기 구역 1(Zone1), 구역 2(Zone2) 및 구역3(Zone3) 각각에 대해 상기 1단계 내지 상기 6단계로 구분된 크기별로 포말의 수량을 측정하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 수질 측정부는, 상기 포말 수량 측정을 설정된 시간 간격으로 다수회 반복하여 수행하며, 상기 제어부는, 구역 1(Zone1), 구역 2(Zone2) 및 구역3(Zone3) 각각의 포말 크기별 개수를 이용해 각 구역별 유효 포말 값(Effective Bubble Value, EBV)을 구하고, 구한 각 구역별 유효 포말 값(EBV)이 설정된 정상 수치 범위를 벗어날 경우 수질이상으로 판단하고, 측정된 탁도와 기준값을 비교하고, 측정된 탁도가 기준값을 초과하면 탁도이상으로 판단하고, 측정한 4개의 검사지점의 온도의 평균 온도를 계산하고, 측정된 기준지점 온도와 계산된 평균온도를 비교하여 상기 평균온도가 상기 기준지점 온도 이상이거나, 상기 측정된 기준지점 온도와 계산된 평균온도의 차가 설정된 임계치 이상이면 수온이상으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는, 포말의 크기별로 서로 다른 가중치를 설정하고, 구역1(Zone1), 구역2(Zone2) 및 구역3(Zone3) 각각의 유효 포말 값(Effective Bubble Value, EBV)을 아래 수학식 1로 계산하고, 계산된 구역1(Zone1), 구역2(Zone2) 및 구역3(Zone3) 각각의 유효 포말 값(EBVZone1, EBVZone2, EBVZone3)과 설정된 정상 수치 범위와 비교하여 수질이상을 판단하는 동시에, 각 구역의 유효 포말 값(EBVZone1, EBVZone2, EBVZone3)을 이용하여 구역1(Zone1)과 구역2(Zone2)의 유효 포말 값 비((EBVZone1 - EBVZone2)/EBVZone2), 구역2(Zone1)와 구역3(Zone3)의 유효 포말 값 비((EBVZone2 - EBVZone3)/EBVZone3), 구역1(Zone1)과 구역3(Zone3)의 유효 포말 값 비((EBVZone1 - EBVZone3)/EBVZone3) (여기서, EBVZone1은 구역1(Zone1)의 EBV이며, EBVZone2은 구역2(Zone2)의 EBV이며, EBVZone3은 구역3(Zone3)의 EBV이다.)을 측정한 후 측정한 값을 백분율로 각각 환산하고, 환산된 각 값과 설정된 임계치를 비교하여 수질이상을 판단하는 것을 특징으로 한다.
[수학식 1] EBV = (n1)*1 + (n2)*2 + (n3)*4 + (n4)*8 + (n5)*16 + (n6)*32
(n1은 1단계 포말 크기의 포말 개수, n2는 2단계 포말 크기의 포말 개수, n3은 3단계 포말 크기의 포말 개수, n4는 4단계 포말 크기의 포말 개수, n5는 5단계 포말 크기의 포말 개수, n6는 6단계 포말 크기의 포말 개수를 각각 나타냄)
본 발명에 따르면, 영상처리 기술을 이용하여 수질 측정을 수행함으로써 공간, 비용 및 인력의 절약 및 효율성을 갖출 수 있을 뿐만 아니라, 산업에서 효과적인 수질모니터링을 통해 환경 및 사회적 비용을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 하나의 장치를 통해 다수의 수질 평가 인자를 측정하여 수질 오염 여부를 판단함으로써 수질 오염 측정의 정확성을 높일 뿐만 아니라 수질센서의 오류 측정에 대한 검증이 가능하여 안전한 폐수 관리가 가능할 수 있다.
본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는 첨부 도면은, 본 발명에 대한 실시 예를 제공하고 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 수질 측정 장치의 전체 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 수질 측정 장치의 제1 수질 측정부의 상세 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은, 도 2에 도시된 제1 수질 측정부의 포말 측정 수단에 있어서 검사영역을 선정하는 화면의 예를 나타낸 도면이다.
도 4 내지 도 6은, 본 발명의 도 2에 도시된 제1 수질 측정부의 포말 측정 수단에 있어서 증류수와 오염수 각각에 대해 포말 측정을 실시한 결과를 나타낸 도면이다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른 수질 측정 장치의 동작 과정을 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 대해서 자세히 설명한다. 이때, 각각의 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타낸다. 또한, 이미 공지된 기능 및/또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 이하에 개시된 내용은, 다양한 실시 예에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분을 중점적으로 설명하며, 그 설명의 요지를 흐릴 수 있는 요소들에 대한 설명은 생략한다. 또한 도면의 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니며, 따라서 각각의 도면에 그려진 구성요소들의 상대적인 크기나 간격에 의해 여기에 기재되는 내용들이 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시 예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.
또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 발명에서 사용하는 용어 "시료수"는 수질 측정을 위해 채집한 물을 의미한다. 예를 들어, 산업폐수 일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 하천, 하수 처리장 등에도 적용할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 수질 측정 장치(100)의 전체 구성을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 수질 측정 장치(100)는, 제1 수질 측정부(10)와, 제2 수질 측정부(20)와, 제3 수질 측정부(30)와, 제1 내지 제3 수질 측정부(10, 20, 30)의 측정 결과를 입력받고, 입력받은 측정 결과를 통합하여 최종적으로 수질의 오염 및 이상유무를 판단하는 제어부(40)와, 수질의 오염 및 이상으로 판단되면 제어부(40)의 제어에 따라 경보를 표출하는 알람부(50)를 포함하여 구성될 수 있다.
제1 수질 측정부(10)는, 시료수를 정해진 높이에서 수조부로 공급한 후, 공급된 시료수의 수면을 제1 촬영장치를 이용하여 촬영하고, 촬영된 영상을 이미지 처리 기법을 이용하여 분석한 후 분석된 영상으로부터 포말을 측정한다.
일반적으로, 배출수는 정화과정을 거쳐 폐수가 섞이지 않은 상태의 물로 배출되는데 오염 또는 기타 물질이 용해되면 낙차에 의해 포말이 발생하며 일반적인 물과 달리 포말의 지속시간이 길어지는 특성이 있다.
즉, 정수처리된 물은 포말이 발생하더라도 짧은 시간에 소멸되지만, 다른 물질이 용해된 경우 점도가 발생되어 포말이 비교적 긴 시간 동안 유지되는 경우가 많다.
따라서, 본 발명의 제1 수질 측정부(10)는, 오염된 폐수와 정수처리된 물의 차이점인 포말 지속 정도를 영상처리 기술을 이용하여 정확하게 측정할 수 있다.
상세하게는, 제1 수질 측정부(10)는, 수조부에 공급된 시료수의 수면을 촬영한 영상을 이미지 처리 기법을 이용하여 분석하고, 분석된 영상으로부터 크기별 포말의 개수를 측정하되, 분석된 화상을 다수 개의 구역으로 분할한 후 분할된 구역별로 포말의 크기별 개수를 측정한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 분석된 화상을 세 개의 구역, 즉, 구역1(Zone1), 구역2(Zone2) 및 구역3(Zone3)으로 분할하며, 포말의 크기는, 아래 표 1과 같이 그 크기별로 6단계로 나눌 수 있다.
단계 포말의 크기
1단계 1mm 이내의 미세 포말
2단계 1mm 초과 2mm 이내의 포말
3단계 2mm 초과 3 mm 이내의 포말
4단계 3mm 초과 4 mm 이내의 포말
5단계 4mm 초과 5 mm 이내의 포말
6단계 5 mm 초과의 포말
그리고, 제1 수질 측정부(10)는, 수조에 시료수가 공급된 이후, 설정된 시간 간격을 주기로 포말의 크기별 개수 측정 과정을 다수 회 반복하여 수행한다.
그런 다음, 제1 수질 측정부(10)는, 촬영한 영상 내 구역별로 측정한 포말의 크기별 개수 정보를 제어부(40)로 전달한다.
그러면, 제어부(40)는, 각 구역별로 측정한 포말의 크기별 개수를 이용하여 유효 포말 값(Effective Bubble Value, EBV)을 계산하고, 각 구역별 계산된 유효 포말 값이 임계치 이상일 때 시료수의 수질 이상을 판단한다. 여기서, 임계치는 폐수 또는 오염수의 특징에 따라서 포말의 크기와 수량으로 설정될 수 있다.
구체적으로, 제어부(40)는, 유효 포말 값(EBV)을 계산하기 위해 포말의 크기별로 서로 다른 가중치를 설정하고(표 2 참조), 설정된 포말 크기별 가중치를 이용하여 수학식 1과 같이 유효 포말 값(EBV)을 계산한다.
[수학식 1]
EBV = (n1)*1 + (n2)*2 + (n3)*4 + (n4)*8 + (n5)*16 + (n6)*32
(n1은 1단계 포말 크기의 개수, n2는 2단계 포말 크기의 개수, n3은 3단계 포말 크기의 개수, n4는 4단계 포말 크기의 개수, n5는 5단계 포말 크기의 개수, n6는 6단계 포말 크기의 개수를 각각 나타냄)
본 발명에 따른 포말 크기 별 가중치와, 수질 이상유무를 판단하기 위한 유효 포말 값(EBV)의 범위는 아래 표 2와 같다.

구분
1단계(n1) 2단계(n2) 3단계(n3) 4단계(n4) 5단계(n5) 6단계(n6) 비고
~ 1mm ~ 2mm ~ 3mm ~ 4mm ~ 5mm 5mm 초과 -
가중치 1 2 4 8 16 32 -

임계1
EBVZone1 기준값의 -100%이하, 기준값에서 100% 이상 관심1
EBVZone2 기준값의 -80% 이하, 기준값에서 80% 이상 관심2
EBVZone3 기준값의 -60% 이하, 기준값에서 60% 이상 관심3

임계2
(EBVZone1 - EBVZone2)/EBVZone2
15% 이하

주의

임계3
(EBVZone2 - EBVZone3)/EBVZone3
15% 이하

주의

임계4
(EBVZone1 - EBVZone3)/EBVZone3
25% 이하

경보
그리고, 제어부(40)는, 수질이상 판단을 임계1, 임계2, 임계3 및 임계4로 검사 단계를 구분하고, 임계1 검사 단계에서는, 수학식 1을 통해 계산된 각 구역별 유효 포말 값(EBVZone1, EBVZone2, EBVZone3)에 기초하여 수질 이상유무를 판단하고, 임계2 내지 임계4 검사 단계에서는, 인접한 두 구역 간 포말변화, 예를 들어, 구역1(Zone1)과 구역2(Zone2) 간 포말변화, 구역2(Zone1)와 구역3(Zone3) 간 포말변화, 구역1(Zone1)과 구역3(Zone3) 간 포말변화 각각에 기초하여 수질 이상유무를 판단하되, 오염도에 따라 관심1, 관심2, 관심3, 주의, 경보와 같이 판단할 수 있다.
구체적으로, 제어부(40)는, 각 구역의 유효 포말 값(EBVZone1, EBVZone2, EBVZone3)과, 구역1(Zone1)과 구역2(Zone2)의 유효 포말 값 비((EBVZone1 - EBVZone2)/EBVZone2), 구역2(Zone1)와 구역3(Zone3)의 유효 포말 값 비((EBVZone2 - EBVZone3)/EBVZone3), 구역1(Zone1)과 구역3(Zone3)의 유효 포말 값 비((EBVZone1 - EBVZone3)/EBVZone3)를 구하고, 각 구한 값을 설정한 기준값과 비교하여 수질이상을 판단한다.
먼저, 제어부(40)는, 계산된 구역 1(Zone1), 구역 2(Zone2) 및 구역(Zone3) 각각의 유효 포말 값(EBVZone1, EBVZone2, EBVZone3)을 설정된 기준값과 비교하되, 표 2와 같이, 구역 1(Zone1)의 유효 포말 값(EBVZone1)이 기준값의 -100% 이하이거나 기준값에서 100% 이상이면 수질이상으로 판단하고 오염도를 '관심1'로 판단하고, 구역 2(Zone2)의 유효 포말 값(EBVZone2)이 기준값의 -800% 이하이거나 기준값에서 80% 이상이면 수질이상으로 판단하고 오염도를 '관심2'로 판단하고, 구역 3(Zone3)의 유효 포말 값(EBVZone3)이 기준값의 -60% 이하이거나 기준값에서 60% 이상이면 수질이상으로 판단하고 오염도를 '관심3'으로 판단한다. 여기서, 기준값은, 동일한 조건에서 증류수를 흘려보냈을 때 측정된 유효 포말 값(EBV)이다.
그리고, 제어부(40)는, 임계1 검사 단계에서 '관심1', '관심2', '관심3'으로 판단되면, 계산된 각 구역(Zone1, Zone2, Zone3)의 유효 포말 값(EVBZone1, EBVZone2, EBVZone3)을 이용하여 (EBVZone1 - EBVZone2)/EBVZone2, (EBVZone3 - EBVZone2)/EBVZone3 및 (EBVZone1 - EBVZone3)/EBVZone3을 산출하고, 산출한 값을 백분율로 환산했을 때, 백분율로 환산된 (EBVZone1 - EBVZone2)/EBVZone2, (EBVZone3 - EBVZone2)/EBVZone3의 값이 15% 이하이면 '주의', 백분율로 환산된 (EBVZone1 - EBVZone3)/EBVZone3의 값이 25% 이하이면 '경보'로 판단하고, 이에 해당되지 않으면 '관심1', '관심2', '관심3'을 그대로 유지한다. 여기서, EBVZone1은 구역 1(Zone1)의 EBV이며, EBVZone2은 구역 2(Zone2)의 EBV이며, EBVZone3은 구역 3(Zone3)의 EBV이다.
한편, 제2 수질 측정부(20)는, 제2 촬영장치(미도시)를 이용하여 시료수의 기준영역과 검사영역을 촬영하고, 촬영된 영상을 히스토그램 분석을 통해 비교하여 상기 시료수의 탁도를 측정한다.
그러면, 제어부(40)는, 미리 설정된 기준값과 탁도 측정값을 비교하고, 탁도 측정값이 기준값을 초과하면 탁도 이상으로 판단한다. 여기서, 기준값은 10ntu인 것이 바람직하며, 수질의 종류에 따라 기준값은 달라질 수 있으며, 수동으로 설정할 수 있다. 여기서, 기준값은 동일한 조건에서 증류수를 흘려보냈을 때 측정된 탁도 값이다.
한편, 제3 수질 측정부(30)는, 수조부에 공급된 시료수의 기준지점의 온도와, 4개의 검사지점을 지정한 후 지정된 4개의 검사지점의 온도를 각각 측정하고 측정된 값들을 제어부(40)로 전달한다.
그러면, 제어부(40)는, 측정된 4개의 검사지점의 온도의 평균 온도를 계산한다. 그리고, 제어부(40)는, 기준 지점의 온도와 계산된 평균 온도를 비교하고, 계산된 평균 온도가 기준 지점의 온도 이상이면, 수온 이상으로 판단한다.
또한, 제어부(40)는, 기준 지점의 온도와 계산된 평균 온도를 비교하여 그 온도차를 구하고, 구한 온도차가 미리 설정된 임계치 이상이면 수온 이상으로 판단한다.
이러한 제어부(40)는, 제1 내지 제3 수질 측정부(10, 20, 30)의 작동을 제어하며, 각 측정부(10, 20, 30)에서 측정된 측정결과를 수집하여 수질 이상을 판단할 수 있다.
이때, 제어부(40)는, 각 측정부의 판단 결과를 종합하고, 시료수가 수질 이상으로 판단되면, 경보를 표출하도록 알람부(50)의 동작을 제어할 수 있다.
여기서, 알람부(50)는 경광등일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니며, 수질 이상에 대한 경고를 표출할 수 있는 구성으로 구현될 수 있다.
한편, 본 발명의 수질 측정 장치(100)는, 도시하지는 않았지만, 디스플레이부와 통신부를 더 포함하여 구성될 수 있다.
디스플레이부는, 각 수질 측정부(10, 20, 30)에서 측정된 값과 이를 이용하여 수질 오염 및 이상유무를 판단하기 위한 데이터를 표출할 수 있으며, 각 수질 측정부(10, 20, 30)를 제어하기 위한 화면, 설정값 등을 입력하기 위한 화면을 각각 표출할 수 있다. 하지만 상술한 내용으로 본 발명의 디스플레이부는 제한되지 않으며, 수질 측정을 위한 데이터 입력, 측정값의 확인, 각 수질 측정부의 제어를 위한 화면 등을 표출하도록 구현될 수 있다.
또한, 통신부는, 본 발명에 따른 수질 측정 장치와 사용자 단말을 연결하는 네트워크일 수 있으며, 수질 측정 결과 및 수질 이상 발생시 알람 경보를 사용자 단말로 제공할 수 있 있다. 이를 통해 사용자로 하여금 실시간 대응이 가능하도록 지원할 수 있다. 여기서, 네트워크는, 무선 통신을 구축하기 위한 것으로서, 무선랜(Wireless LAN:WLAN), DLNA(Digital Living Network Alliance), 와이브로(Wireless Broadband: Wibro), 와이맥스(World Interoperability for Microwave Access: Wimax), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access), HSUPA(High Speed Uplink Packet Access), IEEE 802.16, 롱 텀 에볼루션(Long Term Evolution: LTE), LTEA(Long Term Evolution-Advanced), 광대역 무선 이동 통신 서비스(Wireless Mobile Broadband Service: WMBS) 등을 적용할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 무선 통신 기술의 발전에 따라 다양하게 응용 실시할 수 있다. 한편, 상기 네트워크에는 장거리의 전송을 위한 중계기를 포함할 수 있다.
한편, 도시하지는 않았지만, 제어부(40)는, 제1 내지 제3 수질 측정부(10, 20, 30)의 측정값들을 이용하여 수질 이상을 판단하되, 판단 결과가 서로 상이할 경우, 상이한 결과가 나온 해당 측정부의 수질 측정을 재실행하도록 제어하고, 동일한 판단 결과가 나오면 사용자 단말로 측정 이상을 표출하도록 제어할 수 있다. 즉, 제어부(40)는, 측정 이상 및 오류를 감지하여 사용자 단말로 통지하도록 제어함으로써 장치에 대한 실시간 관리가 가능하도록 할 수 있다.
또한, 제어부(40)는, 수질 측정을 실행한 후, 측정부로부터 측정값 수신 여부를 확인하고, 측정부로부터 미리 설정된 일정 시간 동안 측정 결과가 수신되지 않으면, 해당 측정부의 이상 작동으로 판단하고, 사용자 단말로 작동 이상을 표출하여 통지하도록 제어할 수 있다. 이처럼 제어부(40)는 각 측정부의 고장 감지 기능을 수행하도록 구현될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 수질 측정 장치는, 하나의 장치에서 다종의 수질 평가 인자를 측정할 수 있도록 구성한 것으로, 다수의 수질 평가 인자(포말, 탁도, 수온)에 대한 측정값을 이용하여 수질 이상 유무를 판단함으로써 수질 오염 측정의 정확성을 높일 수 있을 뿐만 아니라 수온센서 등의 수질센서의 측정에 대한 오류 검증이 가능하여 안전한 폐수 관리가 가능하다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 수질 측정 장치(100)의 제1 수질 측정부(10)의 상세 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은, 도 2에 도시된 제1 수질 측정부(10)의 포말 측정 수단(14)에서 검사구역을 선정하는 화면의 예를 나타낸 도면이다. 본 발명에서는 전체 구성을 도시하지는 않았지만, 제1 수질 측정부(10)를 순환형 수조로 제작하여 구성될 수 있다.
먼저, 도 2를 참조하면, 제1 수질 측정부(10)는, 시료수가 공급되는 수조부(11)와, 수조부(11)에 담긴 시료수의 수면을 촬영하는 제1 촬영장치(12)와, 촬영된 수면 영상을 이미지 처리 기법을 이용하여 분석하는 영상 처리 수단(13)과, 분석된 수면 영상을 다수 개의 검사구역으로 선정하고, 선정된 검사구역별로 포말을 인식하여 크기별 개수를 측정하는 포말 측정 수단(14)를 적어도 포함하여 구성될 수 있다.
수조부(11)는, 물이 담기는 공간을 구비한 박스 형태이며, 일측에 구비된 공급관을 통해 공급되는 시료수가 채워진다. 이때, 시료수는 공급될 때, 낙차로 인해 수면에 포말이 생기게 된다.
제1 촬영장치(12)는, 시료수가 담긴 수조부(11)의 수면을 촬영하고, 촬영된 시료수의 수면 영상을 영상처리수단(13)으로 전달한다.
여기서, 제1 촬영장치(12)는 적외선 카메라모듈을 이용할 수 있으며, 이에 한정되지 않고, 낙차로 인해 수면에 생긴 포말을 정확하게 촬영할 수 있도록 구현될 수 있다.
영상처리수단(13)은, 촬영된 수면 영상을 이미지 처리 기법으로 포말을 정확하게 인식되도록 화면 보정을 수행할 수 있다. 여기서, 이미지 처리 기법은, 촬영한 영상을 처리하여 응용 목적에 맞게 개선하고 변환하는 다양한 공지된 기술을 이용할 수 있다.
포말 측정 수단(14)은, 이미지 처리된 수면 화상을 다수 개의 검사구역으로 선정하고 각 검사구역의 분할 화면을 생성할 수 있다. 다수 개의 검사구역은 서로 인접한 구역으로 설정될 수 있다.
예를 들어, 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 포말 측정 수단(14)은, 수면 화상에서 연속되는 3개의 구역, 즉, 구역 1(Zone1), 구역 2(Zone2) 및 구역 3(Zone3)을 분할하여 선정하되, 구역 1(Zone1)과 구역2(Zone2)는 서로 인접하며, 구역 2(Zone2)와 구역 3(Zone3)은 서로 인접한 구역이다.
도시하지는 않았지만, 본 발명의 제1 수질 측정부(10)는 디스플레이부를 더 포함할 수 있으며, 디스플레이부를 통해 촬영된 영상을 화면에 표출하고 이에 대한 이미지 처리 기법을 수행할 수 있다. 또한, 제1 수질 측정부(10)는 디스플레이부를 통해 표출된 수면 화면에 대해 마우스 드래그를 통해 각 검사구역을 선정할 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며 설정된 이미지 좌표값에 따라 자동으로 각 구역이 설정될 수도 있다.
포말 측정 수단(14)은, 각 검사구역(Zone1, Zone2, Zone3)별로 포말을 크기별로 인식하여 개수를 측정한다.
이때, 포말 측정 수단(14)은, 표 1과 같이 포말의 크기를 6단계로 설정하고, 각 검사구역에 대해 6단계의 포말 크기별로 포말의 개수를 측정한다.
그리고, 포말 측정 수단(14)은, 포말의 크기별 개수에 대한 측정값을 제어부로 전달한다.
또한, 본 발명에 따른 제1 수질 측정부(10)는, 포말 측정 과정을 설정된 시간 간격을 주기로 다수 회 반복하여 수행한다. 이때, 촬영 시간을 함께 기록한다.
예를 들어, 설정된 시간 간격이 2초인 경우, 제1 촬영장치(12)는, 2초, 4초, 6초, 8초, 10초마다 시료수의 수면을 촬영하고, 포말 측정 수단(14)은, 2초, 4초, 6초, 8초, 10초마다 촬영된 영상에 대한 포말 개수 측정을 수행한다. 이러한 포말 측정 과정을 통해 오염 정도에 따라 포말이 소멸하지 않고 유지하는 정도를 관찰할 수 있다.
따라서, 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 제1 수질 측정부에 따르면, 시간 주기별로 영상을 계속 촬영하고, 촬영한 영상에 대한 포말 측정을 통한 수질 측정을 수행함으로써 수질에 대한 실시간 모니터링이 가능하다.
도 4 내지 도 6은, 본 발명의 도 2에 도시된 제1 수질 측정부의 포말 측정 수단에 있어서 증류수와 오염수 각각에 대해 포말 측정을 실시한 결과를 나타낸 도면이다. 도 4는, 증류수의 포말 측정 결과를, 도 5 및 도 6은 계면활성제가 첨가된 오염수의 포말 측정 결과를 나타낸다. 여기서, 도 4 내지 도 6의 표에서 6단계의 포말의 크기가 측정되지 않아 표시하지 않았다.
도 4를 참조하면, 증류수를 촬영한 영상은 포말이 발생하여도 구역 1 -> 구역 2 -> 구역 3으로 이동하면서 바로 소멸되는 것을 측정 데이터로 확인할 수 있다. 또한, 포말의 크기가 1단계에 집중되어 있음을 알 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 계면활성제가 첨가된 오염수의 경우 포말이 지속적으로 발생하였으며 포말의 유지시간도 증류수에 비하여 긴 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 수질 측정 장치에 있어서, 제1 수질 측정부에 따르면, 영상데이터 분석을 이용한 포말 측정을 통해 수질 오염을 용이하게 판단할 수 있어, 공간, 비용, 인력적 측면의 효율성을 갖출 수 있을 뿐만 아니라, 수질센서의 오류를 방지하고 배출수에 대한 수질모니터링을 효과적으로 할 수 있어 환경 및 사회적 비용을 줄일 수 있다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른 수질 측정 장치의 동작 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수질 측정 장치(100)는, 제1 수질 측정부(10)에서, 수조부에 공급된 시료수의 수면을 촬영하고(S210), 촬영된 영상을 이미지 처리 기법을 이용하여 영상 처리 및 분석하고, 이미지 처리된 영상d에 대해 포말 검출을 위한 검사구역을 선정한다(S211).
여기서, 검사구역은 3개의 구역으로 선정될 수 있으며, 검출한 포말의 크기는 6단계로 구분되며, 이는 표 1에 나타낸 바와 같다.
그런 다음, 제1 수질 측정부(10)에서, 선정된 검사구역의 포말을 크기별로 측정한다(S212).
그리고, 제1 수질 측정부(10)에서, S210 내지 S212 과정을 설정된 시간 간격을 주기로 설정된 횟수만큰 반복 수행하고, 측정된 값을 제어부(40)로 전달한다.
이후, 제어부(40)에서, 제1 수질 측정부(10)로부터 전달된 측정값과 미리 설정된 가중치를 이용하여 각 구역별 유효 포말 값(EBV)을 수학식 1과 같이 계산하고(S213), 측정된 각 구역별 유효 포말 값(EBV: EBVZone1, EBVZone2, EBVZone3)이 미리 설정된 기준값을 비교하여 정상 범위를 만족하면(S214, Y), 시료수의 수면 촬영 과정으로 복귀하거나 수질 측정을 종료할 수 있다. 여기서, 기준값은, 동일한 조건에서 증류수를 흘려보냈을 때 측정된 유효 포말 값(EBV)이다.
한편, 측정된 각 구역별 유효 포말 값(EBV: EBVZone1, EBVZone2, EBVZone3)이 미리 설정된 기준값을 비교하여 정상 범위를 벗어나면(S214, M), 수질이상으로 판단한다(S215).
구체적으로, 측정된 각 구역 1(Zone1), 구역 2(Zone2) 및 구역(Zone3) 각각의 유효 포말 값(EBVZone1, EBVZone2, EBVZone3)을 설정된 기준값과 비교하되, 구역 1(Zone1)의 유효 포말 값(EBVZone1)이 기준값의 -100% 이하이거나 기준값에서 100% 이상이면 수질이상으로 판단하고 오염도를 '관심1'로 판단하고, 구역 2(Zone2)의 유효 포말 값(EBVZone2)이 기준값의 -80% 이하이거나 기준값에서 80% 이상이면 수질이상으로 판단하고 오염도를 '관심2'로 판단하고, 구역 3(Zone3)의 유효 포말 값(EBVZone3)이 기준값의 -60% 이하이거나 기준값에서 60% 이상이면 수질이상으로 판단하고 오염도를 '관심3'으로 판단한다(S215).
도 7에 도시하지 않았지만, 본 발명의 일 실시예에서는, 제어부(40)가, 계산된 각 구역별 유효 포말 값(EBV: EBVZone1, EBVZone2, EBVZone3)을 이용해 두 구역의 포말 비를 구하고, 구한 두 구역의 포말 비와 설정된 임계값을 비교하여 시료수의 오염도를 판단할 수 있다.
예를 들어, 제어부(40)는, 계산된 각 구역별 유효 포말 값(EBV: EBVZone1, EBVZone2, EBVZone3)을 이용한 수질검사에서 '관심1', '관심2', '관심3'으로 판단되면, 계산된 각 구역(Zone1, Zone2, Zone3)의 유효 포말 값(EVBZone1, EBVZone2, EBVZone3)을 이용하여 (EBVZone1 - EBVZone2)/EBVZone2, (EBVZone3 - EBVZone2)/EBVZone3 및 (EBVZone1 - EBVZone3)/EBVZone3을 각각 산출하고, 산출한 값을 백분율로 환산했을 때, 백분율로 환산된 (EBVZone1 - EBVZone2)/EBVZone2, (EBVZone3 - EBVZone2)/EBVZone3의 값이 15% 이하이면 '주의', 백분율로 환산된 (EBVZone1 - EBVZone3)/EBVZone3의 값이 25% 이하이면 '경보'로 판단하고, 이에 해당되지 않으면 '관심1', '관심2', '관심3'을 그대로 유지한다. 여기서, EBVZone1은 구역 1(Zone1)의 EBV이며, EBVZone2은 구역 2(Zone2)의 EBV이며, EBVZone3은 구역 3(Zone3)의 EBV이다.
동시에, 제2 수질 측정부(20)에서, 시료수에 대해 광원을 이용하여 빛을 투과시킨 후 이를 카메라를 이용하여 촬영한다(S221).
그리고, 제2 수질 측정부(20)에서, 히스토그램 분석을 이용하여 기준영역과 액체영역을 비교하고(S222), 액체영역에 대한 탁도를 측정하고(S223) 측정값을 제어부(40)로 전달한다.
그러면, 제어부(40)에서, 탁도 측정값과 기준값을 비교하고, 측정값이 기준값 초과이면(S224, Y) 수질 이상으로 판단한다(S215).
동시에, 제3 수질 측정부(30)에서, 시료수에 대해 기준점의 온도를 측정하고(S216), 4개의 검사지점을 지정한 후 지정된 4개의 검사지점의 온도를 측정(S217)한 후 측정값을 제어부(40)로 전달한다.
그러면, 제어부(40)에서, 측정된 4개의 검사지점의 온도에 대한 평균온도를 계산하고(S218), 계산된 평균온도와 기준점 온도의 온도차를 계산한다(S219).
그리고, 제어부(40)에서, 계산된 온조차가 미리 설정된 임계치 초과이면(S220, Y) 수질 이상으로 판단한다.
또한, 제어부(40)에서, 도시하지는 않았지만, 계산된 평균온도가 기준온도 이상이면 수질 이상으로 판단할 수 있다.
그리고, 제어부(40)에서, 제1 내지 제3 수질 측정부(10, 20, 30)에서 측정된 값에 대해 수질 이상으로 판단되면 알람을 표출하여 사용자 또는 관리자에게 경고 및 주의를 줄 수 있다(S225).
한편, 도시하지는 않았지만, 제어부(40)는, 제1 내지 제3 수질 측정부(10, 20, 30)의 측정값들을 이용하여 수질 이상을 판단하되, 판단 결과가 서로 상이할 경우, 상이한 결과가 나온 해당 측정부의 수질 측정을 재실행하도록 제어하고, 동일한 판단 결과가 나오면 사용자 단말로 측정 이상을 표출하도록 제어할 수 있다. 즉, 제어부(40)는, 측정 이상 및 오류를 감지하여 사용자 단말로 통지하도록 제어함으로써 장치에 대한 실시간 관리가 가능하도록 할 수 있다.
또한, 제어부(40)는, 수질 측정을 실행한 후, 측정부로부터 측정값 수신 여부를 확인하고, 측정부로부터 미리 설정된 일정 시간 동안 측정 결과가 수신되지 않으면, 해당 측정부의 이상 작동으로 판단하고, 사용자 단말로 작동 이상을 표출하여 통지하도록 제어할 수 있다. 이처럼 제어부(40)는 각 측정부의 고장 감지 기능을 수행하도록 구현될 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10. 제1 수질 측정부 20. 제2 수질 측정부
30. 제3 수질 측정부 40. 제어부
50. 알람부 100. 수질 측정 장치

Claims (3)

  1. 시료수를 정해진 높이에서 수조부로 공급한 후, 공급된 시료수의 수면을 제1 촬영장치를 이용하여 촬영하고, 촬영된 영상을 이미지 처리 기법을 이용하여 분석한 후 분석된 영상으로부터 포말을 측정하는 제1 수질 측정부;
    제2 촬영장치를 이용하여 시료수의 기준영역과 검사영역을 촬영하고, 촬영된 영상을 히스토그램 분석을 통해 비교하여 상기 시료수의 탁도를 측정하는 제2 수질 측정부;
    상기 공급된 시료수의 기준지점의 온도와, 4개의 검사지점을 지정한 후 지정된 4개의 검사지점의 온도를 각각 측정하는 제3 수질 측정부; 및
    상기 제1 내지 제3 수질 측정부의 작동을 제어하며, 상기 제1 내지 제3 수질 측정부에서 측정된 측정결과를 수집하여 수질의 이상여부를 판단하고, 판단 결과, 수질 이상으로 판단되면, 알람을 표출하도록 제어하는 제어부;를 포함하되,
    상기 제1 수질 측정부는, 상기 분석된 영상의 검사영역을 구역 1(Zone1), 구역 2(Zone2) 및 구역(Zone3)으로 각각 분할하여 선정하고, 포말의 크기를 6단계로 나누되, 1단계는 1mm 이내의 미세 포말, 2단계는 1mm 초과 2mm 이내의 포말, 3단계는 2mm 초과 3 mm 이내의 포말, 4단계는 3mm 초과 4 mm 이내의 포말, 5단계는 4mm 초과 5 mm 이내의 포말, 6단계는 5mm 초과의 포말로 각각 설정하고, 상기 구역 1(Zone1), 구역 2(Zone2) 및 구역3(Zone3) 각각에 대해 상기 1단계 내지 상기 6단계로 구분된 크기별로 포말의 수량을 측정하고, 상기 포말의 수량 측정을 설정된 시간 간격으로 다수회 반복하여 수행하며,
    상기 제어부는, 구역 1(Zone1), 구역 2(Zone2) 및 구역3(Zone3) 각각의 포말 크기별 개수를 이용해 각 구역별 유효 포말 값(Effective Bubble Value, EBV)을 구하고, 구한 각 구역별 유효 포말 값(EBV)이 설정된 정상 수치 범위를 벗어날 경우 수질이상으로 판단하고, 측정된 탁도와 기준값을 비교하고, 측정된 탁도가 기준값을 초과하면 탁도이상으로 판단하고, 측정한 4개의 검사지점의 온도의 평균 온도를 계산하고, 측정된 기준지점 온도와 계산된 평균온도를 비교하여 상기 평균온도가 상기 기준지점 온도 이상이거나, 상기 측정된 기준지점 온도와 계산된 평균온도의 차가 설정된 임계치 이상이면 수온이상으로 판단하는 것을 특징으로 하는 수질 측정 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 포말의 크기별로 서로 다른 가중치를 설정하고, 구역1(Zone1), 구역2(Zone2) 및 구역3(Zone3) 각각의 유효 포말 값(Effective Bubble Value, EBV)을 아래 수학식 1로 계산하고,
    [수학식 1] EBV = (n1)*1 + (n2)*2 + (n3)*4 + (n4)*8 + (n5)*16 + (n6)*32
    (n1은 1단계 포말 크기의 포말 개수, n2는 2단계 포말 크기의 포말 개수, n3은 3단계 포말 크기의 포말 개수, n4는 4단계 포말 크기의 포말 개수, n5는 5단계 포말 크기의 포말 개수, n6는 6단계 포말 크기의 포말 개수를 각각 나타냄)
    계산된 구역1(Zone1), 구역2(Zone2) 및 구역3(Zone3) 각각의 유효 포말 값(EBVZone1, EBVZone2, EBVZone3)과 설정된 정상 수치 범위와 비교하여 수질이상을 판단하는 동시에, 각 구역의 유효 포말 값(EBVZone1, EBVZone2, EBVZone3)을 이용하여 구역1(Zone1)과 구역2(Zone2)의 유효 포말 값 비((EBVZone1 - EBVZone2)/EBVZone2), 구역2(Zone1)와 구역3(Zone3)의 유효 포말 값 비((EBVZone2 - EBVZone3)/EBVZone3), 구역1(Zone1)과 구역3(Zone3)의 유효 포말 값 비((EBVZone1 - EBVZone3)/EBVZone3) (여기서, EBVZone1은 구역1(Zone1)의 EBV이며, EBVZone2은 구역2(Zone2)의 EBV이며, EBVZone3은 구역3(Zone3)의 EBV이다.)을 측정한 후 측정한 값을 백분율로 각각 환산하고, 환산된 각 값과 설정된 임계치를 비교하여 수질이상을 판단하는 것을 특징으로 하는 수질 측정 장치.
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