KR102369139B1 - 태양광과 레이저광원을 이용한 해수 및 담수용 실시간 미세플라스틱 모니터링 시스템 장치 및 그 방법 - Google Patents

태양광과 레이저광원을 이용한 해수 및 담수용 실시간 미세플라스틱 모니터링 시스템 장치 및 그 방법 Download PDF

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박한배
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주식회사 한국미세플라스틱연구원
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Abstract

본 발명은 미세플라스틱 모니터링 시스템 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양광을 이용한 에너지 공급부가 구비되되, 펄스레이저 형광분석법을 이용하여 미세플라스틱의 오염도를 확인 가능한 태양광과 레이저 광원을 이용한 해수 및 담수용 실시간 미세플라스틱 모니터링 시스템 장치에 관한 것이다.
이러한 본 발명은 미세플라스틱 모니터링 시스템 장치에 있어서, 상부에 위치되고, 에너지의 입력과 출력의 기능을 가지게 되는 에너지공급부; 상기 에너지공급부 하부에 위치되되, 미세플라스틱 등의 측정의 기능을 가지게 되는 측정부; 상기 측정부의 일측에 위치되되, 측정된 자료를 수집, 저장 및 송신하는 기능을 가지게 되는 통신부; 및 상기 에너지공급부, 상기 측정부 및 상기 통신부와 별도의 위치에 구비되되, 수집된 자료를 수신하여 저장, 분석 및 예측하는 기능과 사용자에게 전송하는 기능이 구비된 시스템부; 로 이루어진 것을 기술적 요지로 한다.

Description

태양광과 레이저광원을 이용한 해수 및 담수용 실시간 미세플라스틱 모니터링 시스템 장치 및 그 방법 {Real-time microplastic monitoring system device and method for seawater and freshwater using solar and laser light source}
본 발명은 미세플라스틱 모니터링 시스템 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양광을 이용한 에너지 공급부가 구비되되, 펄스레이저 형광분석법을 이용하여 미세플라스틱의 오염도를 확인 가능한 태양광과 레이저 광원을 이용한 해수 및 담수용 실시간 미세플라스틱 모니터링 시스템 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
전 세계적으로 해양으로 유입되는 쓰레기는 년간 약 640만톤으로 추정되고 있으며, 이중 60~80%는 플라스틱의 일종이다.
이중 미세플라스틱은 제조됐거나 기존 제품이 조각나 5 mm 이하 크기로 미세화된 작은 플라스틱 입자로 정의될 수 있으며, 이러한 미세한 입자들이 물속에 존재하면서 수생물에 흡수되고 더 나아가 인간의 건강에 영향을 줄 수 있어 최근 크게 이슈가 되고 있다.
현재까지 미세 플라스틱과 관련하여 국내외적으로 인증된 분석법이 제대로 정해져 있지 않아 더욱 우려가 되고 있다.
특히, 수중에 있는 미세플라스틱의 위해성에 대한 논란이 있어 미세플라스틱 검출방법에 관한 더 많은 연구가 필요하다.
현재 이슈화 되고 있는 미세플라스틱의 분석방법은 채수한 후 FT-IR 및 전자현미경으로 개수를 파악하는 정도의 기술이며, 실제적인 실시간 모니터링이 되지 않을 경우 미세플라스틱의 이동경로, 오염정도 및 오염원인의 파악이 힘들게 된다.
이에 해수 및 담수의 미세플라스틱의 오염도를 명확하게 알고, 오염원인 파악을 위해서 실시간 미세플라스틱 모니터링 시스템 장치의 필요성이 대두되고 있다.
(특허문헌 1) KR 10-2021-0065414 A
(특허문헌 2) KR 10-2094373 B1
본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위해 발명된 것으로서, 극한환경에서 안정적으로 구동될 수 있는 에너지 공급원이 구비되되, 펄스레이저 형광분석법을 이용하여 빠른 분석이 가능하고, 이중구조의 통신망을 구성하여 측정 데이터의 연속성을 보장할 수 있는 태양광과 레이저 광원을 이용한 해수 및 담수용 실시간 미세플라스틱 모니터링 시스템 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양광과 레이저 광원을 이용한 해수 및 담수용 실시간 미세플라스틱 모니터링 시스템 장치에 있어서, 상부에 위치되고, 에너지의 입력과 출력의 기능을 가지게 되는 에너지공급부; 상기 에너지공급부 하부에 위치되되, 미세플라스틱 등의 측정의 기능을 가지게 되는 측정부; 상기 측정부의 일측에 위치되되, 측정된 자료를 수집, 저장 및 송신하는 기능을 가지게 되는 통신부; 및 상기 에너지공급부, 상기 측정부 및 상기 통신부와 별도의 위치에 구비되되, 수집된 자료를 수신하여 저장, 분석 및 예측하는 기능과 사용자에게 전송하는 기능이 구비된 시스템부; 로 이루어진 것을 기술적 특징으로 한다.
또한, 상기 에너지공급부의 태양광판넬덮개는 투명재질의 강화플라스틱으로 구성되는 것을 기술적 특징으로 한다.
또한, 상기 측정부는 미세플라스틱 측정과 동시에 수온, 염분 및 DO를 측정하는 기능이 더 구비되는 것을 기술적 특징으로 한다.
또한, 상기 통신부는 일반통신망과 원거리통신망의 이중구조로 구성되는 것을 기술적 특징으로 한다.
또한, 상기 시스템부는 Hadoop의 HDFS에 시간, 미세플라스틱 농도, 수온, 염분 및 DO의 데이터를 분산 저장하는 수집 및 저장단계; 상기 수집 및 저장단계에서 저장된 데이터를 병렬처리 프로세스 Hive를 이용하여 정제, 변환, 처리, 분석 및 시각화를 진행하는 분석단계; 및 상기 분석단계에서 분석된 데이터를 확장하여 추후 일, 월, 분기 및 년의 미세플라스틱 농도, 수온, 염분 및 DO정보를 예측하는 예측단계;로 이루어진 것을 기술적 특징으로 한다.
또한, 상기 분석단계는, 측정된 데이터를 기준으로 평가된 값을 이용하여 미세플라스틱 오염기준과 해수 수질기준을 기설정된 등급으로 평가하는 것을 기술적 특징으로 한다.
상기 구성에 의한 본 발명은 아래와 같은 효과를 기대할 수 있다.
먼저, 펄스레이저 형광분석법을 이용하여 채수에서 분석까지 10분 내외로 빠르게 미세플라스틱의 오염도를 측정하는것이 가능할 수 있다.
또한, 실시간으로 측정되어 미세플라스틱의 이동 경로를 명확히 알 수 있으며, 빅데이터화가 가능하여 추후 미세플라스틱 이동경록에 대한 시뮬레이션을 구현할 수 있다.
이에 즉각적인 대응이 가능하여 정부 및 민간차원에서 국가의 미세플라스틱 관련 물 안보를 적극 대응할 수 있는 기초자료 역할을 할 수 있다.
또한, 수온, 염분 및 DO를 측정할 수 있는 센서를 추가하여 수온, 염분 및 용존산소를 실시간으로 측정하는 것이 가능할 수 있다.
기존 해상에 설치된 태양광은 파도, 염분, 태풍 등에 의해 부식 및 파손되어 실질적으로 설계된 유지관리 기준 2년을 넘지 못해 주기적인 관리가 필요한 상황이었으나, 본 발명은 방수 및 외부의 충격으로부터 보호가 가능한 투명재질의 강화플라스틱 덮개를 사용하여 관리가 용이할 수 있다.
또한, 태양광발전이란 신재생에너지를 사용하여 극한환경에서도 안정적으로 장치의 구동이 가능한 에너지 공급원을 확보할 수 있다.
해양의 특성상 측정데이터의 전송이 어렵고 데이터의 연속성이 가장 중요한 목표로 중거리 일반 통신망인 LTE와 원거리 통신망인 LoRa 의 이중구조로 구성하여 측정 데이터의 연속성을 확보하는 것이 가능할 수 있다.
또한, AI기반의 분석, 예측시스템은 측정자료를 활용하여 분석하고 예측된 정보를 사용자에서 어플리케이션을 통하여 제공하는 것이 가능할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 태양광과 레이저 광원을 이용한 해수 및 담수용 실시간 미세플라스틱 모니터링 시스템 장치의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 태양광과 레이저 광원을 이용한 해수 및 담수용 실시간 미세플라스틱 모니터링 시스템 장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 태양광과 레이저 광원을 이용한 해수 및 담수용 실시간 미세플라스틱 모니터링 시스템 장치에서 측정장치의 세부도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 태양광과 레이저 광원을 이용한 해수 및 담수용 실시간 미세플라스틱 모니터링 시스템 장치에서 시스템부의 상세구성도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 태양광과 레이저 광원을 이용한 해수 및 담수용 실시간 미세플라스틱 모니터링 시스템 장치에서 미세플라스틱 오염기준 등급 구분을 나타내는 체계도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 태양광과 레이저 광원을 이용한 해수 및 담수용 실시간 미세플라스틱 모니터링 시스템 장치에서 해수 수질기준 등급 구분을 나타내는 체계도이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양광과 레이저 광원을 이용한 해수 및 담수용 실시간 미세플라스틱 모니터링 시스템 장치를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 태양광과 레이저 광원을 이용한 해수 및 담수용 실시간 미세플라스틱 모니터링 시스템 장치의 개념도, 도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 태양광과 레이저 광원을 이용한 해수 및 담수용 실시간 미세플라스틱 모니터링 시스템 장치의 구성도, 도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 태양광과 레이저 광원을 이용한 해수 및 담수용 실시간 미세플라스틱 모니터링 시스템 장치에서 측정장치(10)의 세부도, 도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 태양광과 레이저 광원을 이용한 해수 및 담수용 실시간 미세플라스틱 모니터링 시스템 장치에서 시스템부(400)의 상세 구성도, 도 5는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 태양광과 레이저 광원을 이용한 해수 및 담수용 실시간 미세플라스틱 모니터링 시스템 장치에서 미세플라스틱 오염기준 등급 구분을 나타내는 체계도, 도 6은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 태양광과 레이저 광원을 이용한 해수 및 담수용 실시간 미세플라스틱 모니터링 시스템 장치에서 해수 수질기준 등급 구분을 나타내는 체계도이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양광과 레이저 광원을 이용한 해수 및 담수용 실시간 미세플라스틱 모니터링 시스템 장치는 도 1, 도 2, 도 3에 도시된 바와 같이 에너지공급부(100), 측정부(200), 통신부(300) 및 시스템부(400)로 구성될 수 있다.
먼저, 상기 에너지공급부(100)를 살펴본다.
에너지공급부(100)는 측정장치(10)의 상부에 구비되되, 태양광을 이용하여 측정장치(10)에 에너지원을 공급하는 역할을 할 수 있다.
에너지공급부(100)의 구성은 태양광판넬덮개(110), 태양광판넬(130), 컨트롤러(150), 인버터(170) 및 배터리(190)로 구성될 수 있다.
태양광판넬덮개(110)는 태양광판넬(130)을 외부충격이나 바닷물의 염분에 의한 부식으로부터 보호하되, 방수기능을 구비하여 바닷물이나 비와 같은 수분이 장치에 영향을 주지 않도록 할 수 있다.
또한, 광기전효과를 이용하여 태양으로부터 오는 빛을 전기 에너지로 바꾸어주는 태양광발전에서 빛에 대한 영향을 미치지 않도록 투명재질의 강화플라스틱을 사용하되, FRP와 GRP 합성의 재질을 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
또한, 태양광판넬덮개(110)는 반구모양으로 구비되되, 부유의 기능이 추가되도록 구성되어, 측정장치(10)가 물 위에 뜰 수 있도록 할 수 있다.
태양광판넬(130)은 종래의 제품을 사용하되, 부조일수를 생각하여 장치의 측정이 중단된지 않도록 태양광판넬(130) 용량을 선정하는 것이 바람직할 수 있다.
또한, 태양광 판넬의 모양은 사각형, 원형 및 그 외 다른 여러가지 모양으로 구성될 수 있으며, 일반적으로 사각형 모양의 태양광판넬(130)을 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
컨트롤러(150)는 태양광판넬(130)과 연결되어 태양광판넬(130)에서 출력되는 전류를 제어하여 장치내의 전기적 문제가 발생하지 않도록 하는 역할을 할 수 있다.
인버터(170)는 컨트롤러(150)와 연결되어 태양광판넬(130)에서 생산되는 DC를 AC로 변환하여 배터리(190)를 충전시키며, AC를 사용하는 장치에 추가적으로 전원을 공급하는 역할을 할 수 있다.
상세하게는, 인버터(170)는 DC를 AC로 변환하여 배터리(190)에 직접적인 충전을 할 수 있으며, 별도의 코드선 연결로 AC를 필요로 하는 장치에 추가적으로 전원을 공급할 수 있어 측정장치(10)의 유지관리에 필요한 공구의 사용이 가능할 수 있다.
그러나, 일반적으로 배터리(190)와 인버터(170)의 한계용량이 지정되어 있어 소용량의 추가제품을 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
상술한 에너지공급부(100)에 있어서, 배터리(190)는 높은 에너지 밀도와 친환경성 그리고 긴 수명주기 등의 특징을 가지고 있는 리튬이온배터리를 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
다음으로, 상기 측정부(200)를 살펴본다.
측정부(200)는 측정장치(10)에서 상기 에너지공급부(100)의 하부에 구비되되, 해수 및 담수의 여러가지 자료를 측정하는 역할을 할 수 있다.
상세하게는, 측정부(200)의 유입부(250)로 유입된 해수 및 담수를 광원 450nm 파장의 펄스레이저를 이용한 펄스레이저 형광분석법을 사용하여 미세플라스틱의 오염도를 측정할 수 있다.
또한, 흡입 및 방출용 실린지 펌프, 시료 검출용 플로우셀, 미세신호검출을 위한 PMT 검출기 및 펌프제어를 위한 제어기가 구비되어 종래의 기술보다 신속하고 명확한 측정을 할 수 있다.
또한, 수온, 염분 및 DO를 측정할 수 있는 센서가 구비되어 유입부(250)로 유입된 해수 및 담수의 수온, 염분 및 용존산소를 실시간으로 측정할 수 있고, 측정자가 원하는 추가적인 데이터를 측정하기 위한 센서의 추가가 가능할 수 있다.
그러나, 센서의 무분별한 추가로 인하여 소비전력이 상승하고, 측정장치(10)의 부피가 커지는 문제점이 발생할 수 있어서 측정장치(10)의 소비전력과 부피에 대한 문제가 발생하지 않도록 하는 것이 바람직할 수 있다.
다음으로, 상기 통신부(300)를 살펴본다.
통신부(300)는 상기 측정부(200) 일측에 구비되되, 측정된 자료를 저장 및 송신하는 역할을 할 수 있다.
측정된 미세플라스틱 농도, 수온, 염분 및 DO정보 등은 Sink node를 경유하여 게이트웨이로 전달되고, 서버로 데이터를 전달할 수 있다.
해양의 특성상 측정데이터의 전송이 어렵고, 데이터의 연속성이 가장 중요하여 이중구조로 통신망을 구성하여 측정 데이터의 전송 및 연속성을 확보하는 것이 가능할 수 있다.
상세하게는, 커버리지 측면에서 전국 서비스가 가능하고 면허대역의 주파수를 사용하기 때문에 주파수 간섭에 의한 통신품질의 저하가 없고, 양방향 통신으로 제어가 가능한 LTE와 최소한의 전력으로 먼 거리까지 통신이 가능하고, 단순한 데이터를 전송만 해주되 오랜기간 충전없이 사용이 가능한 LoRa를 복합적으로 사용하여 통신에 대한 문제점을 개선할 수 있다.
상기 에너지공급부(100), 상기 측정부(200) 및 상기 통신부(300)로 구성되는 측정장치(10)는 해수 및 극한환경에 그대로 노출되어 전체적으로 수분, 부식 및 충격에 강한 내성을 가지도록 구성되는 것이 바람직할 수 있다.
다음으로, 상기 시스템부(400)를 살펴본다.
시스템부(400)는 상기 에너지공급부(100), 상기 측정부(200) 및 상기 통신부(300)로 구성된 측정장치(10)와 별도의 장소에 구비되되, 측정된 자료를 수신, 저장, 분석 및 예측하고 사용자에게 전달하는 역할을 할 수 있다.
시스템부(400)는 수집되는 해양의 미세플라스틱농도, 수온, 염분 및 DO정보는 시간이 지남에 따라 수집량이 방대하고 장기보관 필요성이 증대됨에 따라 빅데이터 분석은 수집, 저장, 처리, 분석 및 표현의 단계로 구성될 수 있다.
이에, 시스템부(400)는 클라우드 중앙 서버(410), 분석시스템(430), 예측시스템(450) 및 전달시스템으로 구성될 수 있다.
클라우드 중앙 서버(410)는 센서, 센서노드(LoRa/LTE), Sqoop 의 순서로 송신한 데이터를 수신하되, Hadoop의 HDFS에 시간, 미세플라스틱 농토, 수온, 염분 및 DO정보를 수집 및 저장하는 것이 가능할 수 있다.
분석시스템(430)은 상기 클라우드 중앙 서버(410)의 데이터를 이용하여 미세플라스틱 측정데이터를 요약, 분류, 군집 및 공간을 분석하는 것이 가능할 수 있다.
상세하게는, 병렬처리 프로세스 Hive로 6가지 노드를 이용하여 데이터를 병렬처리하고, Hive의 Schema Creating Module을 통해 스키마를 생성하여 데이터를 읽고, Schema Refine Module를 이용하여 데이터를 정제하고, File Coversion Module 분석에 필요한 파일 변환 및 처리 및 R 프로그래밍을 이용한 분석 및 시각화 진행이 가능할 수 있다.
또한, 분석시스템은 해양 미세플라스틱 오염기준과 해수 수질기준을 등급으로 구분하여 평가할 수 있다.
먼저, 해양 미세플라스틱 오염기준은 해수의 미세플라스틱 검출 개수에 따라 아래의 표와 같이 미세플라스틱 오염기준을 판별할 수 있다.
등급 미세플라스틱 지수값(MPs(개수)/km2)
1 등급(매우좋음) 0 ~ 2,000
2 등급(좋음) 2,001 ~ 3,000
3 등급(보통) 3,001 ~ 5,000
4 등급(나쁨) 5,001 ~ 7,000
5 등급(매우나쁨) 7,001 이상
상기한 표는 미세플라스틱의 검출 개수를 세계 해양 미세플라스틱 오염도의 평균값을 산정하여 매우좋음, 좋음, 보통, 나쁨 및 매우나쁨의 5단계로 구분하였으며, 이에 미세플라스틱의 오염도를 등급으로 구분하는 것이 가능할 수 있다.
예를 들어, 측정장치(10)에서 검출된 미세플라스틱의 개수가 5,800의 값이 측정되었다면 분석시스템(430)에서 미세플라스틱의 오염도는 4등급의 나쁨으로 분석될 수 있다.
다음으로, 해수 수질기준은 측정 가능한 항목인 수온, 염분 및 DO를 기준으로 저층산소포화도를 계산하여 산정될 수 있다.
상세하게는, 아래와 같은 저층산소포화도 계산식을 이용하여 수질평가지수를 계산하고, 등급표의 기준에 따라 해수의 수질기준을 분석한다.
<저층산소포화도 계산식>
ln(C)=-173.4292 + 249.6339(102 × T-1) + 143.3483 × ln(T × 10-2) -21.8492 (T × 10-2) - S(0.033096-0.014259 × T × 10-2 + 0.0017 × T2 × 10-4)
<수질평가지수 계산식>
수질평가지수 = 10 × 저층산소포화도
상기 계산식에서 계산된 값은 아래의 등급표에 의해서 매우좋음, 좋음, 보통, 나쁨 및 매우나쁨의 5단계로 구분되는 것이 가능할 수 있다.
등급 수질 평가 지수값
1 등급(매우좋음) 13 이하
2 등급(좋음) 14 ~ 23
3 등급(보통) 24 ~ 36
4 등급(나쁨) 37 ~ 49
5 등급(매우나쁨) 50 이상
예를 들어, 측정장치(10)에서 측정된 수온, 염분 및 DO값을 분석시스템(430)에서 저층산소포화도 계산식과 수질평가지수 계산식을 이용하여 19의 수질평가지수 값을 도출하였다면, 해수 수질기준은 2등급의 좋음으로 분석될 수 있다.
예측시스템(450)은 상기 분석시스템(430)의 데이터를 활용하여 미세플라스틱 발생가능성, 오염의 정도 및 이동현황 등을 예측하는 것이 가능할 수 있다.
상세하게는, 시간이 경과함에 따라 일정한 간격으로 수집된 자료를 분석하여 미래를 예측하는 분석기법인 시계열 분석을 통해 일정한 간격으로 수집된 자료를 분석하는 것이 가능할 수 있다.
또한, 상기 분석시스템에서 분석된 자료들을 분석 및 모형화하고 추정된 모형을 사용하여 추정값을 예측하되, 추후 일, 월, 분기 및 년의 미세플라스틱 농도, 수온, 염분 및 DO의 정보 등을 예측하는 것이 가능할 수 있다.
상술한 분석시스템(430)과 예측시스템(450)은 미세플라스틱의 발생을 분석하고 예측하는 시스템으로 AI를 기반으로 구성되는 것이 바람직할 수 있다.
전달시스템은 분석시스템(430)과 예측시스템(450)에서 도출된 데이터를 사용자에게 송신하는 역할을 하되, 사용자의 편의를 위해서 어플리케이션 및 모니터 등을 통해 실시간 감시, 오염비상경보, 예상이동경로 등의 측정 및 분석 정보를 제공하는 것이 가능할 수 있다.
전달시스템은 분석시스템(430) 및 예측시스템(450)과 별도로 구비될 수 있으나, 관리와 절차의 간소성을 위해서는 분석시스템(430)과 예측시스템(450)에 통합되어 구비되는 것이 바람직할 수 있다.
상술한 구성을 토대로 본 발명의 작동상태를 살펴본다.
해수 및 담수에 에너지공급부(100), 측정부(200) 및 통신부(300)가 구비된 측정장치(10)를 배치하고, 고정추(500)를 이용해 고정되게 한다.
이 때, 태양광판넬(130)과 태양광판넬덮개(110)가 수면보다 높게 위치되도록 하여 태양광발전에 영향을 주지 않도록 주의하여야 한다.
에너지공급부(100)의 태양광판넬(130)은 태양빛을 전기에너지로 변환되게 하고, 태양광판넬(130)에 연결되어 있는 컨트롤러(150)를 이용하여 태양관판넬이 발생하는 전류의 흐름제어가 가능하게 된다.
컨트롤러(150)에서 제어된 전류는 인버터(170)에서 DC가 AC로 변환되어 배터리(190)를 충전하는것이 가능하게 된다.
배터리(190)에 충전된 전기는 12V로 안정적으로 측정장치(10)에 전원을 공급하게 되어 미세플라스틱 외 여러 데이터를 측정하고, 통신부(300)에서 데이터를 저장 및 송신하는 것이 가능하게 된다.
상술한 내용과 같이 에너지공급이 완료되면 데이터를 측정하는 것이 가능하게 된다.
수면보다 하부에 위치되되, 수면과 평행하게 구비된 유입구로 해수 및 담수가 유입되면 미세플라스틱 측정기기(210)에서 펄스레이저를 이용하여 미세플라스틱을 측정하고, 수온, 염분, DO 측정기기(230)에서 수온, 염분 및 용존산소를 측정하는 것이 가능하게 된다.
또한, 측정이 완료된 해수 및 담수는 측정장치(10)의 하부에 위치되되 수면과 수직이면서 하부로 개방된 배수부(270)를 통하여 자연배출되고 별도의 장치없이 유입구로 지속적으로 새로운 해수 및 담수가 유입되어, 새로운 표본에 대한 연속적인 측정이 가능하게 된다.
측정이 완료된 데이터는 통신부(300)에 지속적으로 저장되고, 저장된 데이터는 LTE/LoRa 이중구성으로 된 통신망을 통하여 데이터의 연속성을 확보하면서 중앙 클라우드 서버로 송신하는 것이 가능하게 된다.
중앙 클라우드 서버에는 통신부(300)로부터 수신된 데이터가 저장되고, 분석 및 예측이 완료된 데이터도 추가적으로 저장하는 것이 가능하게 된다.
중앙 클라우드 서버에 저장된 미세플라스틱 측정자료를 이용하여 분석시스템(430)은 이를 요약, 분류, 군집 및 공간을 분석하고 이를 사용자에게 서비스하거나 예측 시스템의 기초자료로 활용하는 것이 가능하게 된다.
또한, 예측시스템(450)은 분석시스템(430)의 분석자료를 활용하여 미세플라스틱 발생가능성, 오염의 정도 및 이동현황 등을 예측하여 사용자에게 서비스 하는 것이 가능하게 된다.
상기 분석시스템(430) 및 예측시스템(450)의 데이터들은 각 시스템에 통합된 전달시스템을 통하여 사용자에게 서비스되되, 사용자의 편의에 따라 어플리케이션과 같은 방법을 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
상술한 측정장치(10)는 일반적으로 고정추(500)를 이용하여 고정된 위치에서 측정하는 것이 바람직하지만, 고정추(500)를 제거하고 태양광판넬덮개(110)의 부유기능으로 해수의 움직임에 따라 자연스럽게 흘러가면서 불특정 다수 위치를 측정하는 것이 가능하게 된다.
또한, 통신부(300)에 위치를 추적하는 모듈을 추가하여 측정장치의 현재위치 및 측정장소를 GPS체계를 통해 확인이 가능하여 측정장치의 분실을 방지할 수 있으며, 새로운 측정 위치에 대한 데이터값을 확인할 수 있어 다양한 위치로 이동하면서 측정이 가능하게 되는 측정의 다양성을 가지게 된다.
상기한 내용으로, 미세플라스틱의 실시간 감시, 오염비상경보 및 예상이동경로 등을 실시간으로 확인할 수 있는 미세플라스틱 모니터링 시스템 장치를 제공하는 것이 가능하게 된다.
상기한 실시예는 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야에 대한 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양하게 변형된 다른 실시예가 가능하다.
따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위에는 하기의 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 상기의 실시예뿐만 아니라 다양하게 변형된 다른 실시예가 포함되어야 한다.
10 : 측정장치
100 : 에너지공급부
110 : 태양광판넬덮개
130 : 태양광판넬
150 : 컨트롤러
170 : 인버터
190 : 배터리
200 : 측정부
210 : 미세플라스틱 측정기기
230 : 수온, 염분, DO 측정기기
250 : 유입부
270 : 배수부
300 : 통신부
400 : 시스템부
410 : 클라우드 중앙 서버
430 : 분석시스템
450 : 예측시스템
500 : 고정추

Claims (6)

  1. 미세플라스틱 모니터링 시스템 장치에 있어서,
    상부에 위치되고, FRP와 GRP의 투명재질 반구형상 합성강화플라스틱으로 이루어진 태양광판넬덮개로 구성되며, 에너지의 입력과 출력의 기능을 가지게 되는 태양광판넬이 포함된 에너지공급부;
    상기 에너지공급부 하부에 위치되되, 유입부로 유입된 해수 및 담수를 광원 450nm 파장의 펄스레이저를 이용한 펄스레이저 형광분석법을 사용하고, 실린지 펌프, 플로우셀, PMT 검출기 및 제어기가 더 구비되어 미세플라스틱 오염도를 신속하게 측정하는 동시에 추가적으로 수온, 염분 및 DO가 측정되는 측정부;
    상기 측정부의 일측에 위치되되, 측정된 자료를 지속적으로 수집, 저장 및 송신하는 기능을 가지며, 상기 에너지공급부로부터 전력 수급이 가능하여, 양방향 통신으로 제어가 가능한 LTE와 먼 거리까지 통신이 가능한 LoRa의 이중구조 통신망으로 구성 되는 통신부; 및
    상기 에너지공급부, 상기 측정부 및 상기 통신부와 별도의 위치에 구비되되, Hadoop의 HDFS에 시간, 미세플라스틱 농도, 수온, 염분 및 DO의 데이터를 분산 저장하는 수집 및 저장하는 클라우드 중앙 서버, 저장된 데이터를 병렬처리 프로세스 Hive를 이용하여 정제, 변환, 처리, 분석 및 시각화를 진행하되, 해양 미세플라스틱 오염기준과 해수 수질기준을 등급으로 구분 및 평가하는 분석시스템, 분석된 데이터를 확장하여 추후 일, 월, 분기 및 년의 미세플라스틱 농도, 수온, 염분 및 DO정보를 예측하는 예측시스템 및 분석하고 예측된 결과를 사용자에게 전달하는 전달시스템으로 구성된 시스템부; 로 이루어진 태양광과 레이저 광원을 이용한 해수 및 담수용 실시간 미세플라스틱 모니터링 시스템 장치.
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