KR102307398B1

KR102307398B1 - 도로 미세먼지 스마트 세척관리 시스템

Info

Publication number: KR102307398B1
Application number: KR1020210043216A
Authority: KR
Inventors: 오영탁
Original assignee: 에스비비(주)
Priority date: 2021-04-02
Filing date: 2021-04-02
Publication date: 2021-09-30

Abstract

본 발명은 차량이 통행하는 도로 주위로 비산되는 미세먼지를 효과적으로 저감시킬 수 있도록 하기 위한 도로 미세먼지 스마트 세척관리 시스템에 관한 기술로서, 차도의 전체 폭 중 최소 일부분에 시공되는 투수성 포장부; 차도 바깥의 인도를 따라 설치되어 상기 차도를 향해 물을 분사시킬 수 있도록 하되, 섹터별로 독립적으로 동작되도록 하는 복수의 단위 물 분사부; 상기 인도를 따라 소정 이격거리를 두면서 설치되되, 통신모듈, 차량의 흐름을 파악하는 CCTV, 공중으로 물을 분사시킬 수 있도록 하는 공중 분사부를 갖추고, 대응하는 상기 단위 물 분사부와 상기 공중 분사부의 동작을 제어하는 단위컴퓨터를 갖추는 복수의 복합 기능부; 상기 복수의 복합 기능부들 중 대표성을 갖는 어느 하나의 상기 복합 기능부에 구비되는 미세먼지측정장치; 상기 미세먼지측정장치가 제공하는 미세먼지 측정값을 전송받아 배경농도를 산출하여 상기 각 복합 기능부의 상기 단위컴퓨터로 배경농도를 전송할 수 있고, 상기 각 단위컴퓨터로 제어명령을 내릴 수 있는 관제부;를 포함하되, 상기 각 단위컴퓨터에는 가중농도산출프로그램이 탑재되어 상기 CCTV를 통해 촬영되는 영상정보를 분석한 자료를 활용하여 가중농도를 산출하게 되고, 상기 관제부에서 제공되는 상기 배경농도에 상기 섹터별로 적용될 상기 가중농도의 합산을 통해 상기 섹터별 현재농도를 구하도록 하고, 상기 현재농도에 따라 상기 각 단위컴퓨터가 상기 단위 물 분사부와 상기 공중 분사부의 동작을 제어하도록 하는 것을 특징으로 한다.

Description

도로 미세먼지 스마트 세척관리 시스템{Smart Management System to Clean Fine Dust on the Street}

본 발명은 차량이 통행하는 도로 주위로 비산되는 미세먼지를 효과적으로 저감시킬 수 있도록 하기 위한 도로 미세먼지 스마트 세척관리 시스템에 관한 기술이다.

근래 전세계적으로 환경의 문제가 더욱 부각되고 있는데, 이는 많은 사람들이 현실적으로 기후변화로 인한 영향을 체감하고 있기 때문이다.

대기, 수질 등의 오염은 인간의 생존에 직접적인 영향을 미치고 있으며, 인간의 활동에 의한 가속화되는 온난화로 인해 기온의 지속적인 상승 및 미세 플라스틱 등에 의한 수자원 오염, 미세먼지, 홍수, 산불 등 다양한 재해의 빈도가 증가되고 있으며 그 강도 또한 강해지고 있는 추세이다.

미세먼지, 초미세먼지 역시 주요한 환경오염의 하나로 받아들여지고 있으며, 미세먼지가 심한 날에는 육안으로 확인이 될 정도이므로 사람들은 미세먼지에 보다 큰 관심을 갖게 되었다.

이런 관계로 공기청정기와 같은 제품들이 많이 판매되고 있을 정도이고, 지자체에서는 도로에 퇴적되는 미세먼지를 청소차량을 이용하여 제거하려는 노력을 하기도 한다.

특히 대도시의 미세먼지 및 초미세먼지에는 각종 유해한 성분들이 많이 포함되어 있기 때문에 적절한 대응책이 요구되며, 도로에 쌓였던 미세먼지가 재비산함에 따라 도심의 도로변을 따라 측정되는 미세먼지의 농도는 상당히 높은 편이고, 통행하는 사람들의 건강을 위협하는 요인이 되고 있는 실정이다.

미세먼지가 하나의 사회적 재난으로 인식되고 있고, 갈수록 초미세먼지 주의보 발령횟수가 증가되고 있다. 도심지의 도로는 차도와 인도로 구분되어 있는 것이 일반적이며, 차로로부터 멀어질수록 미세먼지의 농도는 낮게 측정되는 바 차로에 퇴적되거나 비산되는 미세먼지를 효과적으로 처리할 방안이 요구된다.

차로에 쌓이는 미세먼지를 저감시킬 수 있는 가장 효과적인 방법은 물을 이용하여 차로에 쌓인 미세먼지를 씻어 제거하는 것이다. 한여름 차로의 복사열을 줄이기 위한 방안으로 일부 지자체에서는 클린로드 시스템을 적용하는 곳이 있는데, 차로에 물을 뿌리게 되면 지표면의 온도를 떨어지게 함과 동시에 미세먼지 농도도 감소시키는 것으로 알려져 있다.

차로에 물을 뿌려 미세먼지를 저감하는 것은 효과적인 방법이지만 모든 도로에 이를 적용하는 것은 너무나 큰 비용이 발생하고 물 자원을 낭비하는 결과를 초래할 수 있다는 문제점도 있다.

차로에서 발생되는 미세먼지를 줄이기 위한 대표적인 기술로 대한민국 등록특허 제10-2021015호의 "유출지하수 및 빗물을 이용한 도로용 비산 미세먼지 저감 장치"가 알려져 있다.

도 1은 종래기술에 따른 도로용 비산 미세먼지 저감장치의 개략적인 구성도로서, 유출 지하수 및 빗물이 저장되는 저류조; 도로와 인도 사이에 설치되어 도로와 인도를 구분하는 경계석; 도로에 세워져 설치되는 가로등 또는 신호등를 지지하는 지지대; 상기 경계석에 위치되어 도로를 향해 유출지하수 및 빗물을 분사 또는 분무하는 제1물분사분무부; 상기 지지대에 위치되어 도로의 상부 측에서 유출지하수 및 빗물을 분사 또는 분무하는 제2물분사분무부; 서로 인접한 2개의 신호등에서 발생되는 신호에 따라 상기 제1물분사분무부와 상기 제2물분사분무부의 작동을 제어하는 제어부; 및 각각의 신호등에 위치되어 상기 신호등의 신호 정보를 제어부로 전달하는 신호 전달 통신부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

차로에 물을 분사 또는 분무하여 미세먼지를 저감시킬 수 있음은 분명한 사실이나 부족한 물자원을 효율적으로 사용하면서 합리적인 비용으로 미세먼지를 저감시킬 수 있는 시스템의 개발이 요구된다.

대한민국 등록특허 제10-2021015호

이에 본 발명에서는 보다 경제적이면서도 효율적으로 운용될 수 있는 도로 미세먼지 스마트 세척관리 시스템을 제공하고자 한다.

제시한 바와 같은 과제 달성을 위한 본 발명의 도로 미세먼지 스마트 세척관리 시스템은, 차도의 전체 폭 중 최소 일부분에 시공되는 투수성 포장부; 차도 바깥의 인도를 따라 설치되어 상기 차도를 향해 물을 분사시킬 수 있도록 하되, 섹터별로 독립적으로 동작되도록 하는 복수의 단위 물 분사부; 상기 인도를 따라 소정 이격거리를 두면서 설치되되, 통신모듈, 차량의 흐름을 파악하는 CCTV, 공중으로 물을 분사시킬 수 있도록 하는 공중 분사부를 갖추고, 대응하는 상기 단위 물 분사부와 상기 공중 분사부의 동작을 제어하는 단위컴퓨터를 갖추는 복수의 복합 기능부; 상기 복수의 복합 기능부들 중 대표성을 갖는 어느 하나의 상기 복합 기능부에 구비되는 미세먼지측정장치; 상기 미세먼지측정장치가 제공하는 미세먼지 측정값을 전송받아 배경농도를 산출하여 상기 각 복합 기능부의 상기 단위컴퓨터로 배경농도를 전송할 수 있고, 상기 각 단위컴퓨터로 제어명령을 내릴 수 있는 관제부;를 포함하되, 상기 각 단위컴퓨터에는 가중농도산출프로그램이 탑재되어 상기 CCTV를 통해 촬영되는 영상정보를 분석한 자료를 활용하여 가중농도를 산출하게 되고, 상기 관제부에서 제공되는 상기 배경농도에 상기 섹터별로 적용될 상기 가중농도의 합산을 통해 상기 섹터별 현재농도를 구하도록 하고, 상기 현재농도에 따라 상기 각 단위컴퓨터가 상기 단위 물 분사부와 상기 공중 분사부의 동작을 제어하도록 하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 복합 기능부에는 온도계, 습도계, 풍속계가 포함될 수 있음을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 미세먼지측정장치는 단위시간 동안 복수회의 측정주기를 갖도록 셋팅되며, 상기 현재농도는 직전 상기 단위시간의 측정값 중 가장 낮은 측정값을 상기 배경농도로 활용하도록 하고, 상기 가중농도는 상기 섹터별 미세먼지 재비산값으로 하여 상기 배경농도와 상기 가중농도의 합산으로 구해지도록 하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 미세먼지 재비산값은, 차종별 가중치, 차로별 가중치, 차종별 통행수 가중치를 조합하여 획득되는 것임을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 투수성 포장부는, 상기 차도의 가장 바깥쪽 차선이거나, 상기 차도의 가장 바깥쪽 차선 및 측구인 것을 특징으로 한다.

바람직하게 주간시에는, 상기 현재농도가 한계치를 초과하게 되면 상기 공중분사부에서 공중으로 물을 분무하도록 하고, 소정시간 경과 후 상기 단위 물 분사부에서 상기 투수성 포장부로 물을 분사시키도록 하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게 야간시에는, 지정된 시간에 상기 공중분사부에 공중으로 물을 분무시킨 후, 이어서 상기 단위 물 분사부에서 상기 투수성 포장부로 물을 분사시킨 다음 상기 단위 물 분사부에서 측구를 향해 물을 분사시키도록 하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 온도계에 의해 측정되는 기온이 영하인 경우, 상기 습도계에 의해 측정되는 습도가 설정치 이상인 경우, 상기 풍속계에 의해 측정되는 풍속이 설정치 이상인 경우 중 어느 한 조건에 해당되면 상기 공중분사부와 상기 단위 물 분사부의 동작은 강제 정지되도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 도로 미세먼지 스마트 세척관리 시스템에 의하면 차도의 일부를 투수성 포장부로 구성하여 차도에 쌓이는 미세먼지를 물 분사를 통해 효율적으로 제거할 수 있도록 함으로써 보행자들의 건강을 위협하는 미세먼지의 위험을 최소화할 수 있다는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 현실적으로 고가인 미세먼지 측정장치를 대표적인 위치에 하나만을 설치하여 배경농도를 산출하도록 하고 각 섹터별 가중농도를 배경농도에 합산하여 전체 구역에 대한 미세먼지 현재농도를 산출할 수 있도록 함으로써 설치비용 및 유지관리 비용을 줄일 수 있도록 하는 효과가 있다.

도 1은 종래기술에 따른 도로용 비산 미세먼지 저감장치의 개략적인 구성도.
도 2는 본 발명에 의한 도로 미세먼지 스마트 세척관리 시스템의 개념도.
도 3은 복수의 복합 기능부로 이루어지는 도로 미세먼지 스마트 세척관리 시스템의 예시도.
도 4는 본 발명의 도로 미세먼지 스마트 세척관리 시스템의 사용 예시도.
도 5는 배경농도와 미세먼지 재비산값을 활용한 현재농도를 구하는 예를 보여주는 예시도.

이하, 본 발명에 의한 도로 미세먼지 스마트 세척관리 시스템에 대해 보다 상세한 설명을 하도록 하며, 첨부되는 도면을 참조하는 것으로 한다. 단, 제시되는 도면 및 이에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 기술적 사상에 따른 하나의 실시 가능한 예를 설명하는 것인 바, 본 발명의 기술적 보호범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

도 2는 본 발명에 의한 도로 미세먼지 스마트 세척관리 시스템의 개념도이며, 도 3은 복수의 복합 기능부로 이루어지는 도로 미세먼지 스마트 세척관리 시스템의 예시도이며, 도 4는 본 발명의 도로 미세먼지 스마트 세척관리 시스템의 사용 예시도이고, 도 5는 배경농도와 미세먼지 재비산값을 활용한 현재농도를 구하는 예를 보여주는 예시도를 나타낸 것이다.

도시된 바와 같이 본 발명에 따른 도로 미세먼지 스마트 세척관리 시스템은 다양하고도 복합적인 원인으로 인해 증가되고 있는 미세먼지로 인한 보행자들의 건강을 지키고 보다 적극적으로 대기 중의 미세먼지를 제거할 수 있도록 하기 위한 기술이다.

도심지의 도로는 차량이 통행하는 차도와 차도의 가장자리를 따라 보행자가 통행할 수 있도록 하는 인도로 구분되어 있다. 인도보다 낮게 형성되는 차도에는 미세먼지를 포함한 돌, 모래와 같은 이물질이 쉽게 쌓이게 된다. 특히, 차도와 인도의 경계를 이루는 차도의 측구쪽에는 각종 이물질이 퇴적되는 경향이 크다.

그리고 차도에 퇴적되는 각종 이물질, 특히 미세먼지의 경우 차량이 지나가게 되면 쉽게 비산되어 공중에 부유하게 됨에 따라 도심지의 미세먼지 농도를 더욱 악화시키게 된다.

자동차의 주행으로 비산되는 미세먼지는 보행자에게 직접적인 영향을 미치게 되며, 차도 주위의 인도를 통행하는 보행자가 느끼는 체감 미세농도는 더욱 높아지는 경향이 있다.

본 발명에 따른 도로 미세먼지 스마트 세척관리 시스템은 주요한 구성요소로 투수성 포장부(100), 단위 물 분사부(200), 복합 기능부(300), 미세먼지측정장치(400), 관제부(500)를 포함할 수 있다.

투수성 포장부(100)는 도로 여건에 따라 전체 또는 부분적으로 시공될 수 있으며, 차도의 전체 폭 중 최소 일부분에 시공되어야 하며, 바람직하게는 인도와 인접한 가장 바깥쪽 차선에 투수성 포장부(100)가 형성되게 한다. 즉, 투수성 포장부(100)는 차도가 몇차선으로 이루어지느냐에 따라 달라질 수 있으며, 경제성을 고려하여 현장에 따라 적절한 시공이 요구된다.

경우에 따라 투수성 포장부(100)는 차도의 가장 바깥쪽 차선 및 측구도 투수성 포장부로 시공될 수도 있다.

투수성 포장부(100)는 배수특성이 우수한 재료를 이용하여 도로포장을 한 영역으로서 상하로 연결되는 풍부한 공극이 갖추어져 빗물이나 세척수가 하방으로 잘 배수될 수 있도록 하는 것이다. 투수성 포장부(100)에 빗물이나 세척수가 뿌려지면 물에 휩쓸린 미세먼지도 투수성 포장부(100) 하방으로 자연스럽게 쓸려 내려가게 됨으로써 차도 위에 쌓이는 미세먼지를 효과적으로 제거할 수 있다.

필요에 따라 투수성 포장부(100)를 포함한 차도를 향해 물을 분사할 수 있도록 하기 위한 단위 물 분사부(200)가 마련되는데, 단위 물 분사부(200)는 차도 바깥의 인도를 따라 설치되고 섹터별로 독립적으로 동작될 수 있도록 한다. 즉, 단위 물 분사부(200)는 소정거리를 담당하는 복수개로 구분 설치되어 하나의 단위 물 분사부(200)는 하나의 섹터에 대해 물을 분사시킬 수 있도록 기능한다.

바람직하게 단위 물 분사부(200)는 최소 두개의 분사부를 갖도록 하는데, 제1단위 물 분사부(200a)는 투수성 포장부(100)를 커버할 수 있도록 긴 분사거리를 갖는 것으로 하며, 제2단위 물 분사부(200b)는 인도와 인접한 측구를 향해 물을 분사할 수 있는 것으로 한다. 제1단위 물 분사부(200a)와 제2단위 물 분사부(200b)는 상황에 따라 선택적으로 동작되도록 제어될 수 있다.

단위 물 분사부(200)와 별도로 복수의 복합 기능부(300)가 인도를 따라 설치되도록 하는데, 복합 기능부(300)는 소정 이격거리를 두면서 설치되고, 바람직하게 섹터마다 하나씩의 복합 기능부(300)가 설치되게 할 수 있고, 한 섹터의 길이가 긴 경우에는 섹터마다 2개 혹은 3개의 복합 기능부(300)가 설치될 수도 있을 것이다.

각각의 복합 기능부(300)에는 통신모듈(320), CCTV(330), 공중 분사부(340) 및 단위컴퓨터(350)가 갖추어지도록 한다. 바람직하게 복합 기능부(300)는 인도에 직립으로 높게 고정 설치되는 포스트(310)를 갖추며, 포스트(310)에 통신모듈(320), CCTV(330), 공중 분사부(340), 단위컴퓨터(350)가 설치되도록 한다.

특히, CCTV(330)는 포스트(310)의 가장 상단에 설치토록 하여 차도를 통행하는 차량들을 촬영할 수 있도록 한다. CCTV(330)를 통해 촬영되는 영상정보는 영상분석을 통해 통행하는 차종, 해당 차종의 단위시간당 통행대수, 차선별 차종의 통행량 등을 산출하게 된다.

바람직하게 CCTV(330)에 의해 촬영된 영상정보는 단위컴퓨터(350)로 전송되어 소정의 영상분석프로그램(355)에 의해 자동분석되어 통행하는 차량에 관련된 다양한 정보를 추출할 수 있도록 한다. 예를 들어 CCTV(330)를 통해 촬영된 영상 분석을 통해 차선별 차종별의 통행량을 분석해내도록 하는데, 편도 3차선인 차도인 경우를 가정해보면 다음과 같은 정보 획득이 가능하다.

1시간당 차량의 통행패턴을 분석한다고 하는 경우 1차선, 2차선, 3차선 별로 대형트럭, 소형트럭, SUV, RV, 승용차, 경차의 통행대수를 산출해내도록 한다. CCTV 촬영영상 분석을 통한 정보를 바탕으로 후술될 미세먼지의 현재농도 산출을 위한 가중농도 자료로 활용하도록 한다.

그리고 복합 기능부(300)를 이루는 포스트(310)에는 공중 분사부(340)가 마련되며, 공중 분사부(340)에서는 공중으로 물을 미세한 입자 형태로 분사시키게 되고, 공중으로 분사되는 미세한 물은 공중을 떠돌아다니는 미세먼지를 포집하여 하방으로 낙하됨으로써 비산하고 있는 미세먼지를 보다 적극적인 방법으로 제거시킴으로써 미세먼지 농도를 낮출 수 있도록 한다.

바람직하게 공중 분사부(340)는 최대한 넓은 범위에 걸쳐 물을 고르게 분사시킬 수 있도록 하기 위해, 분사헤드(341)가 180도 범위에서 회동동작할 수 있도록 하거나 복수의 분사헤드(341)를 갖추어 동시에 다방향으로 물을 분사시킬 수 있도록 한다.

분사헤드(341)를 통한 물의 최대 분사거리는 제한적일 수 밖에 없기 때문에 이웃하는 복합 기능부(300)간 설치거리를 최대화시킬 필요가 있다. 복합 기능부간 이격거리가 너무 작은 경우에는 설치비용이 과도하게 증가되므로 현실성이 부족할 수 있다.

이에 왕복도로인 경우 좌우측 인도를 따라 설치되는 복합 기능부(300)를 지그재그 형태로 엇갈리게 배치하도록 하고, 어느 일측의 복합 기능부(300)에 구비되는 공중 분사부(340)는 타측 차선들까지 커버할 수 있을 정도의 분사거리를 갖도록 하는 것이 바람직하다.

그리고 고정된 다수의 분사헤드(341)를 갖는 경우 각각의 설치 각도에 따라 최대 분사거리가 다르도록 하여 도로 밖으로 물이 분사되어 낭비되지 않도록 한다. 즉, 차도와 직각을 이루는 분사헤드는 가장 짧은 분사거리를 갖도록 하고, 설치각도가 증가될수록 분사거리가 길게 형성되게 하여 최대한 넓은 범위에 걸쳐 물을 고르게 분사시킬 수 있도록 한다.

복합 기능부(300) 각각에는 소정의 단위컴퓨터(350)가 구비되어 각종 정보의 저장 및 통신모듈(320)과 연계하여 데이타의 전송이 가능하도록 하고, 물 분사와 관련된 자동제어 및 후술될 관제부(500)와의 연동제어가 가능하도록 한다.

각 복합 기능부(300)에 구비되는 단위컴퓨터(350)에서는 해당 복합 기능부(300)가 담당하는 한 섹터의 단위 물 분사부(200)와 공중 분사부(340)의 동작을 제어하게 되며, 해당 섹터의 미세먼지 농도나 기타 기 설정된 분사조건에 따라 공중 분사부(340)와 단위 물 분사부(200)의 동작을 적절히 제어하도록 한다.

그리고 각 단위컴퓨터(350)에는 CCTV에서 전송되는 촬영된 영상을 분석할 수 있는 영상분석프로그램(355)이 내장되어 있고, 가중농도를 산출하기 위한 가중농도산출프로그램(356)이 탑재되어 있다. 배경농도를 기반으로 하여 산출되는 가중농도의 산출예는 후술하도록 한다.

한편, 본 발명의 도로 미세먼지 스마트 세척관리 시스템은 미세먼지측정장치(400)를 포함하게 되는데, 차도를 따라 많은 지점에 미세먼지측정장치를 설치하는 것은 너무나 많은 비용적 부담이 되기 때문에 복수의 복합 기능부(300)들 중에서 대표성을 갖는 어느 하나의 복합 기능부(300)에 미세먼지측정장치(400)가 구비되게 한다.

즉, 본 발명에서는 기본적으로 하나의 미세먼지측정장치(400)만을 두도록 하고, 대표성을 갖는 복합 기능부(300)에서 측정되는 미세먼지 측정값을 활용하여 나머지 섹터에서의 미세먼지 농도를 산출할 수 있도록 하는 방안을 제시하고 있다. 미세먼지측정장치(400)는 매우 고가라는 단점이 있고 여러 곳에 미세먼지측정장치(400)가 설치되면 이를 유지관리하는데에도 많은 부담이 된다. 이에 본 발명에서는 하나의 미세먼지측정장치(400) 제공하는 측정값을 활용하여 복수의 섹터로 나누어지는 하나의 구역에 대한 섹터별 미세먼지를 산출할 수 있도록 하는 것이다.

본 발명에서 언급되는 "대표성을 갖는 복합 기능부"란 복수의 섹터로 이루어지는 하나의 구역을 대표하는 것이라는 의미이며, 비슷한 도로 여건을 갖추어 하나의 구역으로 설정되는 구간에 설치되는 다수의 복합 기능부(300) 중 어느 하나로서, 바람직하게는 하나의 구역의 중간지점 정도에 설치되는 복합 기능부일 수 있다.

한편, 복합 기능부(300)에는 온도계(360), 습도계(370), 풍속계(380)가 더 포함될 수 있으며, 이들을 통해 현재의 온도, 습도 및 풍속을 측정할 수 있고, 이러한 기상 정보는 단위컴퓨터(350)에 저장되거나 관제부(500)로 데이타로 전송될 수 있다. 복합 기능부(300)에 구비되는 온도계(360), 습도계(370), 풍속계(380)에 의해 측정되는 기상정보는 실제 공중 분사부(340)나 단위 물 분사부(200)를 제어하는 중요한 기초 자료로 활용될 수 있다.

예를 들어 현재 측정되는 온도값이 영하라면 미세먼지 농도가 높더라도 통행하는 차량의 안전을 위해 물 분사가 정지되도록 한다. 그리고 야간시와 같이 특정 시간대에 주기적인 물 분사가 이루어지도록 하는 경우 현재 습도가 기준치 이상으로 매우 높은 경우, 예를 들어 비가 오는 상황이라면 습도계에 의해 측정되는 습도값이 우선 반영되어 물 분사가 정지되도록 하는 것과 같다.

또한, 풍속계에 의해 측정되는 현재 풍속이 기준치 이상으로 강한 경우라면 풍속값이 우선 반영되어 물 분사가 이루어지지 않도록 활용될 수 있다.

본 발명을 구성하는 또 하나의 중요 구성으로서 관제부(500)가 있으며, 관제부(500)는 현장과는 이격된 장소에 마련될 수 있으며, 유무선 원격통신을 통해 다수의 복합 기능부(300)들과 통신하면서 데이타를 주고받을 수 있고 제어명령을 하달하는 기능을 한다.

특히, 대표성을 갖는 복합 기능부(300)에 설치된 미세먼지측정장치(400)에서 측정되는 미세먼지 측정값은 관제부(500)로 전송되어 기록 저장되며, 미세먼지측정장치(400)가 제공하는 측정값은 배경농도로 활용되도록 한다. 여기서 배경농도란 특정시점의 섹터별 현재농도를 구하기 위한 기초자료로서 단위시간 동안 측정되는 복수회의 미세먼지 농도 측정값 중에서 가장 낮은 측정값을 추출하여 배경농도로 활용하도록 한다.

미세먼지측정장치(400)는 단위시간 동안 설정된 복수회의 측정주기로 미세먼지를 측정하게 되며, 예를 들어 1시간 동안 10초 단위로 미세먼지를 측정하게 되면 총 360회 측정이 이루어지게 되고, 360개의 측정값 중 가장 낮은 농도값을 배경농도로 사용하게 되는 것이다. 측정주기를 5초 단위로 하게 되면 720회 측정이 이루어지는 것이며 720개의 측정값 중 가장 낮은 농도값을 배경농도로 사용하면 된다.

미세먼지측정장치(400)가 제공하는 단위시간 동안의 미세먼지 측정값들 중에서 가장 낮은 값을 배경농도로 선택하고, 각 섹터별 현재농도를 구하기 위해서는 섹터별로 적용되는 가중농도를 구하여 배경농도과 가중농도를 합산하여 섹터별 미세먼지 현재농도를 구하도록 한다.

관제부(500)에는 배경농도 산출프로그램(510)이 구비되고 미세먼지측정장치(400) 및 다수의 복합 기능부(300)로부터 전송되는 각종 정보를 활용하여 배경농도를 산출하게 된다.

단위컴퓨터(350)에는 가중농도 산출프로그램(356)이 구비되어 가중농도를 산출하여 관제부(500)가 제공하는 배경농도와 합산하여 현장 미세먼지 농도를 구한다.

특히, 가중농도를 산출함에 있어서는 각 섹터별 미세먼지 재비산값을 구하여 가중농도로 활용하도록 하는데, 미세먼지 재비산값은 각각의 복합 기능부(300)에 구비되는 CCTV(330)에 의해 촬영되는 영상정보를 분석하여 차종별 가중치, 차로별 가중치, 차종별 통행수 가중치를 조합하여 산정되는 값이다. 즉, 각 단위컴퓨터(350)에 구비되는 가중농도 산출프로그램(356)은 CCTV(330)에 의해 촬영되어 전송되는 영상을 영상분석프로그램(355)으로 분석한 자료를 활용하여 가중농도를 산출하게 된다.

즉, 섹터별 미세먼지의 현재농도(㎍/㎥)는 공통적으로 활용되는 배경농도와 각 단위컴퓨터(350)에 의해 계산되는 섹터별로 구해지는 가중농도의 합산값이다.

미세먼지 재비산값 산출의 예는 다음과 같이 구해질 수 있다.

특정 도로에 대한 미세먼지 재비산값 산출은 일정기간 동안 실제 해당 도로의 미세먼지 농도를 측정하여 빅데이타화함으로써 데이타에 기반하여 현시점의 가중치를 구하도록 하면 된다.

구체적으로 장시간의 실제 측정을 통해 통계화한 결과 차종별 미세먼지 재비산 가중치, 차로별 미세먼지 재비산 가중치를 구하도록 한다.

본 출원인의 연구결과에 의하면 차종별 미세먼지 재비산 가중치는 아래 표1과 같은 결과와 같았다.

차종	소형차	트럭	버스	레미콘	덤프	탱크
피크 값	22%	31%	32%	46%	49%	52%

표 1에서 소형차에는 승용차, 택시, SUV가 포함되며, 트럭에는 미니밴, 미니버스, 소형트럭을 포함하며, 버스는 대형버스를 의미하며, 덤프는 덤프트럭 및 대형트럭을 의미한다.

한편, 차종별 미세먼지 재비산 증감 시간차는 아래 표 2와 같은 결과와 같았으며, 소형차와 대형차로 구분할 수 있었고, 소형차 이외의 차량들은 대형차로 분류한다.

	소형차	대형차
증가/감소 시간	9/17	42/31

표 2에서 증가 시간이란 차량이 통과 후 피크치에 도달하는 시간을 의미하며, 감소시간이란 차량 통과 이전의 먼지 농도로 돌아가는 시간을 의미하며, 미세먼지 농도가 증가하는 시점은 차량 통과 후 1.5~2초 이후였다.

그리고 차로별 미세먼지 재비산 가중치는 표 3과 같았다.

표 3은 편도 4차로 이상인 도로에서 얻은 결과이며, 가장 바깥 차로를 기준으로 하여 각 차로별 가중치이다.

	가장 바깥차로	첫번째 안쪽차로	나머지 차로
가중치	100%	70%	35%

차종별 미세먼지 재비산 가중치, 차종별 미세먼지 재비산 증감 시간차, 차로별 미세먼지 재비산 가중치를 활용하여 미세먼지 재비산값을 구할 때에는 차로 가중치를 적용한 차종별 가중치가 증가시간 동안 균등하게 증가하며, 감소 시간 동안 균등하게 농도가 감소하여 재비산 먼지의 영향이 사라지는 것으로 한다.

예를 들자면 가장 바깥자로에 소형차가 진행하는 경우 재비산 먼지는 배경농도를 기준으로 0%에서 시작하여 매초 2.44%씩 증가하여 7초 후에 22%에 도달하고 이후 매초 1.29%씩 감소하여 17초 후에 0%에 도달하며 재비산 가중치를 적용한 재비산 농도와 배경농도를 더해서 현재농도가 산출된다. 만약 바깥에서 두번째 차로인 경우에는 재비산 농도를 70%만 계산하여 산출한다.

첨부되는 도 5는 상술한 바와 같은 미세먼지 재비산 가중치를 적용하여 현재농도를 구하는 보다 구체적인 예를 제시하고 있다.

배경농도는 50㎍/㎥ 으로 동일하게 적용되며, 시간흐름은 초단위로 증가하고 본 예에서는 지면의 제약상 26초 동안의 변화를 계산하는 것으로 한다.

시간을 달리하면서 1번 차량, 2번 차량, 3번 차량, 4번 차량이 도로를 통행하게 되며, 1번 차량은 소형차로서 차종별 미세먼지 재비산 가중치는 22%이며, 가장바깥 차로(1차로)를 통행하므로 차로별 미세먼지 재비산 가중치는 100%이고, 9초 동안 미세먼지가 증가되었다고 17초 동안 미세먼지가 감소하게 된다. 이에 따라 1번 차량에 의한 9초 후의 재비산 농도는 11.0㎍/㎥이 된다.

전체 시간 흐름상 25초 후의 1번 차량에 의한 미세먼지 재비산 농도는 0.7㎍/㎥이 된다.

2번 차량은 덤프이며, 차종별 미세먼지 재비산 가중치는 49%가 적용되며, 가장바깥 차로를 운행함에 따라 차로별 가중치는 100%가 적용되고, 미세먼지의 등락시간은 42초 동안 증가하고 31초 동안 감소하는 것으로 한다. 전체 시간 흐름상 25초에 해당할 때의 2번 차량에 의한 미세먼지 재비산 농도는 7.6㎍/㎥이 된다.

3번 차량은 버스이며, 차종별 미세먼지 재비산 가중치는 32%이며, 가장 바깥차로를 진행하므로 차로별 가중치는 100%가 적용되고, 등락시간은 대형차이므로 42초 동안 증가한 후 31초 동안 감소하는 것으로 한다. 그리고 전체 시간흐름 상 25초에서의 3번 차량에 의한 미세먼지 재비산 농도는 8.4㎍/㎥이 된다.

4번 차량은 소형차이며, 두번째 차로를 주행함으로써 차로 가중치가 70% 적용되어서 차량별 미세번지 재비산 가중치는 15.4%가 적용되고, 등락시간은 9초 동안 증가하다고 17초 동안 감소한다. 이에 따라 전체 시간흐름상 25초 후의 4번 차량에 의한 재비산 농도는 5.8㎍/㎥이 된다.

이에 따라 전체 시간흐름 상 25초 후의 현재 미세먼지 농도(도로변 재비산 농도 합계)는 배경농도 50, 1번 차량에 의한 농도 0.7, 2번차량에 의한 농도 7.6, 3번 차량에 의한 농도 8.4, 4번 차량에 의한 농도 5.8이고, 이들의 합계는 72.4㎍/㎥이 된다.

상술한 바와 같은 방식을 통해 특정 시점의 미세먼지 현재농도를 산출할 수 있고, 이를 바탕으로 제어가 이루어진다.

관제부(500)와 단위컴퓨터(350)로 제공되는 각종 정보를 바탕으로 미세먼지의 현재농도가 구해지면 각 섹터별 단위컴퓨터(350)가 단위 물 분사부(200) 및 공중 분사부(340)에 대한 개별적인 제어가 이루어지도록 동작된다.

단위컴퓨터(350)가 생성한 제어명령은 기본적으로는 미세먼지 현재농도를 판단기준으로 하여 공중 분사부(340)나 단위 물 분사부(200)에서의 물 분사여부가 결정되지만, 차량들이 통행하는 차도라는 점을 고려하여 현재의 기상여건이나 차량정체 등에 따라 제어될 수 있다.

이하, 본 발명에 의한 도로 미세먼지 스마트 세척관리 시스템의 보다 구체적인 사용태양에 대해 설명하도록 한다.

물 분사와 관련하여 주간과 야간에 따라 달리 제어되도록 설정할 수 있다.

주간시의 대표적인 제어예로는 현재농도를 기준으로 판단하게 되는데, 미세먼지의 현재농도가 설정된 한계치를 초과하게 되면 공중 분사부(340)에서 공중으로 물을 분사하도록 하여 공중에 비산되어 있는 미세먼지들이 입자화된 물에 포집되어 지상으로 낙하될 수 있도록 한다.

공중분사부(340)의 물 분사 완료 후 단위 물 분사부(200)에서 투수성 포장부로 물을 분사시키도록 하여 도로 표면에 퇴적된 미세먼지가 공극 내부로 쓸려 내려갈 수 있도록 한다. 더욱 바람직하게 단위 물 분사부(200)중 제1단위 물 분사부(200a)에서 먼저 투수성 포장부(100)로 물을 분사시킨 후 제2단위 물 분사부(200b)에서 측구를 향해 물을 분사시키도록 하면 보다 효과적인 퇴적된 미세먼지의 제거가 가능하다.

한편, 야간의 경우 특정 시간대 후에는 차량의 통행량이 급격히 줄어들게 되는 점을 감안하여 지정된 시간에 공중분사부(340)에서 공중으로 물을 분사시키도록 한 후 소정 시간 경과 후 제1단위 물 분사부(200a)에서 투수성 포장부(100)로 물을 분사시키고 제2단위 물 분사부(200b)에서 측구를 향해 물을 분사시키도록 제어할 수 있다.

이처럼 본 발명에 따른 도로 미세먼지 스마트 세척관리 시스템은 도심지에서 차량의 통행으로 재비산되는 미세먼지로 인해 악화되는 미세먼지 농도를 보다 적극적으로 저감시킬 수 있도록 함으로써 대기환경 개선에 기여할 수 있고, 보행자들이 보다 쾌적한 활동을 할 수 있도록 하는 이점을 제공하게 된다.

본 발명에 의한 도로 미세먼지 스마트 세척관리 시스템은 미세먼지의 농도가 높은 도심지의 도로를 따라 설치되어 미세먼지 농도를 낮추어 줌으로써 보행자들의 건강유지에 도움을 줄 수 있고, 도시의 대기질 상태를 개선하는데 도움을 줄 수 있는 유용한 기술이다.

100 : 투수성 포장부
200 : 단위 물 분사부
200a : 제1단위 물 분사부 200b : 제2단위 물 분사부
300 : 복합 기능부
310 : 포스트 320 : 통신모듈
330 : CCTV 340 : 공중분사부
341 : 분사헤드 350 : 단위컴퓨터
355 : 영상분석프로그램 356 : 가중농도산출프로그램
360 : 온도계 370 : 습도계
380 : 풍속계
400 : 미세먼지측정장치
500 : 관제부
510 : 배경농도 산출프로그램

Claims

차도의 전체 폭 중 인도와 가장 인접한 바깥쪽 차선에 시공되는 투수성 포장부;
차도 바깥의 인도를 따라 설치되어 상기 차도를 향해 물을 분사시킬 수 있도록 하되, 섹터별로 독립적으로 동작되도록 하는 복수의 단위 물 분사부;
상기 인도를 따라 소정 이격거리를 두면서 설치되되, 통신모듈, 차량의 흐름을 파악하는 CCTV, 공중으로 물을 분사시킬 수 있도록 하는 공중 분사부를 갖추고, 대응하는 상기 단위 물 분사부와 상기 공중 분사부의 동작을 제어하는 단위컴퓨터를 갖추는 복수의 복합 기능부;
상기 복수의 복합 기능부들 중 대표성을 갖는 어느 하나의 상기 복합 기능부에 구비되는 미세먼지측정장치;
상기 미세먼지측정장치가 제공하는 미세먼지 측정값을 전송받아 배경농도를 산출하여 상기 각 복합 기능부 마다 구비되는 상기 단위컴퓨터로 배경농도를 전송할 수 있고, 상기 단위컴퓨터 각각으로 제어명령을 내릴 수 있는 관제부;를 포함하되,
상기 단위컴퓨터 각각에는 가중농도산출프로그램이 탑재되어 상기 CCTV를 통해 촬영되는 영상정보를 분석한 자료를 활용하여 가중농도를 산출하게 되고, 상기 관제부에서 제공되는 상기 배경농도에 상기 섹터별로 적용될 상기 가중농도의 합산을 통해 상기 섹터별 현재농도를 구하도록 하고, 상기 현재농도에 따라 상기 각 단위컴퓨터가 상기 단위 물 분사부와 상기 공중 분사부의 동작을 제어하도록 하는 것을 특징으로 하는 도로 미세먼지 스마트 세척관리 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 복합 기능부에는 온도계, 습도계, 풍속계가 포함될 수 있음을 특징으로 하는 도로 미세먼지 스마트 세척관리 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 미세먼지측정장치는 단위시간 동안 복수회의 측정주기를 갖도록 셋팅되며, 상기 현재농도는 직전 상기 단위시간의 측정값 중 가장 낮은 측정값을 상기 배경농도로 활용하도록 하고, 상기 가중농도는 상기 섹터별 미세먼지 재비산값으로 하여 상기 배경농도와 상기 가중농도의 합산으로 구해지도록 하는 것을 특징으로 하는 도로 미세먼지 스마트 세척관리 시스템.
제 3 항에 있어서,
상기 미세먼지 재비산값은, 차종별 가중치, 차로별 가중치, 차종별 통행수 가중치를 조합하여 획득되는 것임을 특징으로 도로 미세먼지 스마트 세척관리 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 투수성 포장부는, 상기 차도의 가장 바깥쪽 차선이거나, 상기 차도의 가장 바깥쪽 차선 및 측구인 것을 특징으로 하는 도로 미세먼지 스마트 세척관리 시스템.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
주간시에는,
상기 현재농도가 한계치를 초과하게 되면 상기 공중분사부에서 공중으로 물을 분무하도록 하고, 소정시간 경과 후 상기 단위 물 분사부에서 상기 투수성 포장부로 물을 분사시키도록 하는 것을 특징으로 하는 도로 미세먼지 스마트 세척관리 시스템.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
야간시에는,
지정된 시간에 상기 공중분사부에 공중으로 물을 분무시킨 후, 이어서 상기 단위 물 분사부에서 상기 투수성 포장부로 물을 분사시킨 다음 상기 단위 물 분사부에서 측구를 향해 물을 분사시키도록 하는 것을 특징으로 하는 도로 미세먼지 스마트 세척관리 시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 온도계에 의해 측정되는 기온이 영하인 경우, 상기 습도계에 의해 측정되는 습도가 설정치 이상인 경우, 상기 풍속계에 의해 측정되는 풍속이 설정치 이상인 경우 중 어느 한 조건에 해당되면 상기 공중분사부와 상기 단위 물 분사부의 동작은 강제 정지되도록 하는 것을 특징으로 하는 도로 미세먼지 스마트 세척관리 시스템.