KR102396189B1 - 인프라 시설물의 피해 감시 시스템 - Google Patents

인프라 시설물의 피해 감시 시스템 Download PDF

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Abstract

환경시설 지진피해 감시 시스템은, 감지신호 획득부, 이상상태 확인부, 지진정보 획득부, 및 가동능력 산출부를 포함한다. 감지신호 획득부는 환경시설에 미리 설치된 센서로부터 감지신호를 획득하고, 이상상태 확인부는 감지신호가 수신되지 않는 경우 센서의 전원 차단 여부 및 통신 이상 여부 중 하나 이상에 대한 이상상태 정보를 산출하고, 지진정보 획득부는 센서 전원 차단 이상 또는 통신 이상 여부가 확인되는 경우 환경시설에서의 지진발생 정보를 획득하며 가동능력 산출부는 지진발생 정보로부터 환경시설에서의 지진 발생이 확인되는 경우 이상상태 정보를 이용하여 환경시설의 가동능력 정보를 산출한다.

Description

인프라 시설물의 피해 감시 시스템 {MONITORING SYSTEM FOR DAMAGE OF INFRASTRUCTURE FACILITY}
본 발명은 시설물 감시 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 재난발생시 환경시설의 피해 상황을 모니터링하기 위한 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 지진 발생시에는 국가통합 지진관측망을 통해 지진파가 도달할 것으로 예상되는 지역의 장비와 사람들에게 경보가 발령된다. 이에 따라, 국가 인프라시설 중 정수시설이나 하수시설과 같은 환경시설에서는 조기지진경보에 따라서 인명피해를 최소화하기 위하여 인력을 대피시키고, 시설물의 피해를 최소화하기 위하여 시설물의 가동을 중단하거나 대응 매뉴얼에 따라서 운영한다.
또한, 지진 발생 종결시에는 피해 복구 파악을 위하여 신속하게 인력을 파견하거나 시스템을 점검하여 피해상태를 평가한 후 시설을 개보수하거나 재가동한다. 이와 같이, 현재까지는 지진 발생시 환경시설의 피해 상황을 사후 평가할 뿐 실시간으로 모니터링할 수 있는 기술은 없는 상태이다.
하지만, 지진이 발생하는 동안 시설물의 피해 정보를 파악하지 못하는 경우 인력에 의존한 상황 파악으로 시설이 오작동하거나 가동이 중단될 우려가 있다. 또한, 환경시설은 지진피해로 인하여 시설 운영이 중단될 경우 피해상황을 파악 및 분석하여 의사결정하는데까지 많은 시간이 소요되며, 재가동시까지 많은 시간이 소요된다.
이로 인해, 장시간 물 생산이 어려워져 단수가 발생할 수 있으며, 하수처리장의 경우 유입수의 처리가 어려워 수계로 오염수를 그대로 방류하여 수질오염을 야기할 우려가 있다.
또한, 인력에 의존한 분석으로 인하여 분석 시간이 오래 소요되며, 평가 결과에 점검자의 주관적 의견이 반영되어, 시설물의 피해 정도를 정확하게 확인할 수가 없다.
KR 101193543 B1
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 지진이 발생하는 동안의 환경시설의 피해상황을 신속하고 효과적으로 모니터링할 수 있도록 해 주는 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 환경시설 지진피해 감시 시스템은, 감지신호 획득부, 이상상태 확인부, 지진정보 획득부, 및 가동능력 산출부를 포함한다.
감지신호 획득부는 환경시설에 미리 설치된 센서로부터 감지신호를 획득하고, 이상상태 확인부는 감지신호가 수신되지 않는 경우 센서의 전원 차단 여부 및 통신 이상 여부 중 하나 이상에 대한 이상상태 정보를 산출하고, 지진정보 획득부는 센서 전원 차단 이상 또는 통신 이상 여부가 확인되는 경우 환경시설에서의 지진발생 정보를 획득하며, 가동능력 산출부는 지진발생 정보로부터 환경시설에서의 지진 발생이 확인되는 경우 이상상태 정보를 이용하여 환경시설의 가동능력 정보를 산출한다.
이와 같은 구성에 의하면, 공정별 센서정보를 분석하여 공정의 운영상태를 평가하며 전체 환경시설의 운영능력을 파악함으로써, 지진이 발생하는 동안의 환경시설의 피해상황을 신속하고 효과적으로 파악하고, 환경시설의 가동능력 감소에 대해 보다 신속하고 효과적으로 대처할 수 있게 된다.
또한, 미리 설치된 센서는 환경 시설의 배관에 설치된 가속도 센서를 포함하고, 감지신호는 1축 가속도 신호일 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 가속도 센서의 1축 가속도 신호를 이용하여 배관에서의 누수 상황을 효과적으로 감지할 수 있게 된다.
이때, 환경시설 지진피해 감시 시스템은, 환경시설의 운영정보를 획득하는 운영정보 획득부, 운영정보를 이용하여 감지신호의 패턴을 학습하는 신호패턴 학습부, 및 학습된 신호패턴을 이용하여 노이즈가 제거된 신호 기준값을 설정하는 기준값 설정부를 더 포함하고, 이상상태 확인부는 감지신호와 신호 기준값을 비교하여 배관의 이상상태 정보를 산출할 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 환경시설의 운영정보를 이용하여 다양한 형태의 감지신호에 대해서도 환경시설의 운영으로 인한 영향이 제거된 신호를 효과적으로 확보할 수 있게 된다.
또한, 미리 설치된 센서는 환경시설의 구조물에 설치된 가속도 센서를 포함하고, 감지신호는 3축 가속도 신호일 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 3축 가속도 신호를 이용하여 환경시설에 위치하는 각종 구조물의 변형을 효과적으로 확인할 수 있게 된다.
이때, 환경시설의 운영정보를 획득하는 운영정보 획득부, 운영정보를 이용하여 구조물의 각도를 측정하는 구조물 각도 측정부, 구조물의 각도를 이용하여 노이즈가 제거된 각도 변화 기준값을 설정하는 기준값 설정부를 더 포함하고, 이상상태 확인부는 감지신호로부터 산출된 구조물의 각도와 각도 변화 기준값을 비교하여 구조물의 이상상태 정보를 산출할 수 있다.
이와 같은 구성에 의하면, 환경시설의 운영정보를 이용하여 다양한 형태의 감지신호에 대해서도 누수나 환경시설의 운영으로 인한 영향이 제거된 감지신호를 효과적으로 확보할 수 있게 되며, 각도 변화 기준값에 의해 각도 변형이 가능한 구조물에 대해서도 이상상태를 파악할 수 있게 된다.
또한, 이상상태 정보를 환경시설에 대응하여 출력하는 이상상태 정보 출력부를 더 포함할 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 지진이 발생이 없는 통상의 경우 환경시설에서 발생하는 고장 부위를 보다 신속하게 고지할 수 있게 된다.
또한, 이상상태 정보를 이용하여 환경시설에 대한 지진위험 정보를 출력하는 지진위험 정보 출력부, 및 가동능력 정보를 포함한 피해현황 정보를 외부로 전송하는 피해현황 정보 전송부를 더 포함할 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 지진 발생시 지진발생 사실 및 이로 인한 피해현황을 보다 신속하게 외부로 고지할 수 있게 된다.
본 발명에 의하면, 공정별 센서정보를 분석하여 공정의 운영상태를 평가하며 전체 환경시설의 운영능력을 파악함으로써, 지진이 발생하는 동안의 환경시설의 피해상황을 신속하고 효과적으로 파악하고, 지진으로 인한 환경시설의 가동능력 감소에 대해 보다 신속하고 효과적으로 대처할 수 있게 된다.
또한, 가속도 센서의 1축 가속도 신호를 이용하여 배관에서의 누수 상황을 효과적으로 감지할 수 있게 된다.
또한, 환경시설의 운영정보를 이용하여 다양한 형태의 감지신호에 대해서도 환경시설의 운영으로 인한 영향이 제거된 신호를 효과적으로 확보할 수 있게 된다.
또한, 3축 가속도 신호를 이용하여 환경시설에 위치하는 각종 구조물의 변형을 효과적으로 확인할 수 있게 된다.
또한, 환경시설의 운영정보를 이용하여 다양한 형태의 감지신호에 대해서도 누수나 환경시설의 운영으로 인한 영향이 제거된 감지신호를 효과적으로 확보할 수 있게 되며, 각도 변화 기준값에 의해 각도 변형이 가능한 구조물에 대해서도 이상상태를 파악할 수 있게 된다.
또한, 지진이 발생이 없는 통상의 경우 환경시설에서 발생하는 고장 부위를 보다 신속하게 고지할 수 있게 된다.
또한, 지진 발생시 지진발생 사실 및 이로 인한 피해현황을 보다 신속하게 외부로 고지할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 환경시설 지진피해 감시 시스템의 개략적인 블록도.
도 2는 도 1의 환경시설 지진피해 감시 시스템의 실제 구현예를 개략적으로 도시한 도면.
도 3 내지 도 5는 도 1의 환경시설 지진피해 감시 시스템이 수행하는 감시 과정을 개략적으로 도시한 흐름도.
도 6은 환경시설의 상태정보를 3차원 입체도면에 표시한 예를 도시한 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 환경시설 지진피해 감시 시스템의 개략적인 블록도이고, 도 2는 도 1의 환경시설 지진피해 감시 시스템의 실제 구현예를 개략적으로 도시한 도면이며, 도 3 내지 도 5는 도 1의 환경시설 지진피해 감시 시스템이 수행하는 감시 과정을 개략적으로 도시한 흐름도이다.
도 1에서, 환경시설 지진피해 감시 시스템(100)은 감지신호 획득부(105), 이상상태 확인부(110), 지진정보 획득부(115), 가동능력 산출부(120), 운영정보 획득부(125), 신호패턴 학습부(130), 기준값 설정부(135), 구조물 각도 측정부(140), 이상상태 정보 출력부(145), 지진위험 정보 출력부(150), 및 피해현황 정보 전송부(155)를 포함한다.
감지신호 획득부(105)는 환경시설에 미리 설치된 센서로부터 감지신호를 획득한다. 일반적으로, 환경시설의 설비는 정수나 하수 처리를 위한 플랜트 설비로서, 고가의 센서는 모든 부위에 설치하는 것이 아니라 중요 부위의 취약지점을 미리 설정하여 설치한다.
이때, 중요 부위는 파손시 다음 공정에 영향을 미쳐 시스템 전체에 영향을 미치는 부위를 의미하고, 취약 지점은 이상이 발생하는 경우에도 용이하게 파악되지 않는 지점을 의미한다.
미리 설치된 센서는 환경 시설의 배관에 설치된 가속도 센서이고, 감지신호는 1축 가속도 신호일 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 가속도 센서의 중력방향 1축 정보를 이용하여 관로에서의 누수 상황을 효과적으로 감지할 수 있게 된다.
또한, 미리 설치된 센서는 환경시설의 구조물에 설치된 가속도 센서이고, 감지신호는 3축 가속도 신호일 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 3축 가속도계 전체 방향 정보를 측정하여 철근 구조물이나 콘크리트 구조물 등에 대해 구조물의 방향각을 측정할 수 있게 된다.
이상상태 확인부(110)는 감지신호가 수신되지 않는 경우 센서의 전원 차단 여부 및 통신 이상 여부 중 하나 이상에 대한 이상상태 정보를 산출하고, 지진정보 획득부(115)는 센서 전원 차단 이상 또는 통신 이상 여부가 확인되는 경우 환경시설에서의 지진발생 정보를 획득한다.
지진이 발생하지 않은 경우, 센서의 전원 차단이나 게이트웨이 통신 및 전원 차단과 같은 이상상태 정보를 저장하며, 이상상태 정보 출력부(145)는 이상상태 정보를 환경시설에 대응하여 출력한다. 이와 같은 구성에 의하면, 지진이 발생이 없는 통상의 경우 환경시설에서 발생하는 고장 부위를 보다 신속하게 고지할 수 있게 된다.
이상상태 정보 출력부(145)는 시설물의 상태정보를 3차원 입체도면에 표시할 수 있으며, 이를 통해 손상 장비 내용 및 보수 내용을 보다 효과적으로 파악할 수 있게 된다. 도 6은 환경시설의 상태정보를 3차원 입체도면에 표시한 예를 도시한 도면이다.
지진이 발생하는 경우, 가동능력 산출부(120)는 이상상태 정보를 이용하여 환경시설의 가동능력 정보를 산출한다. 이와 같은 구성에 의하면, 공정별 센서정보를 분석하여 공정의 운영상태를 평가하며 전체 환경시설의 운영능력을 파악함으로써, 지진이 발생하는 동안의 환경시설의 피해상황을 신속하고 효과적으로 파악하고, 지진으로 인한 환경시설의 가동능력 감소에 대해 보다 신속하고 효과적으로 대처할 수 있게 된다.
또한, 지진위험 정보 출력부(150)는 이상상태 정보를 이용하여 환경시설에 대한 지진위험 정보를 출력하고, 피해현황 정보 전송부(155)는 가동능력 정보를 포함한 피해현황 정보를 외부로 전송한다. 이와 같은 구성에 의하면, 지진 발생시 지진발생 사실 및 이로 인한 피해현황을 보다 신속하게 외부로 고지할 수 있게 된다.
운영정보 획득부(125)는 환경시설의 운영정보를 획득하고, 신호패턴 학습부(130)는 운영정보를 이용하여 감지신호의 패턴을 학습하고, 기준값 설정부(135)는 학습된 신호패턴을 이용하여 노이즈가 제거된 신호 기준값을 설정하며, 이상상태 확인부(110)는 감지신호와 신호 기준값을 비교하여 배관의 이상상태 정보를 산출할 수 있다.
이와 같은 구성에 의하면, 환경시설의 운영정보를 이용하여 다양한 형태의 감지신호에 대해서도 환경시설의 운영으로 인한 영향이 제거된 신호를 효과적으로 확보할 수 있게 된다.
일반적으로, 땅속의 배관에 대해서는 단순한 노이즈 필터링으로 충분하다. 하지만, 환경시설과 같은 플랜트에서는 펌프 및 다른 기계 설비로 인한 노이즈가 발생하며, 이러한 노이즈에는 공정 정보와 관련된 패턴이 존재한다. 예를 들어, 모래 여과 등의 공정에서 발생하는 진동은 누수 신호와 유사하다. 기준값 설정부(135)는 이와 같이 공정에서 발생하는 노이즈를 제거하기 위한 구성이다.
패턴의 학습은 인공지능을 이용하여 수행될 수 있으며, 이와 같은 구성에 의하면, 다양한 환경에 의해 공정으로 인한 노이즈의 패턴이 변화하는 경우에도 효과적으로 대처할 수 있게 된다.
구조물 각도 측정부(140)는 운영정보를 이용하여 구조물의 각도를 측정하고, 기준값 설정부(135)는 구조물의 각도를 이용하여 노이즈가 제거된 각도 변화 기준값을 설정하며, 이상상태 확인부(110)는 감지신호로부터 산출된 구조물의 각도와 각도 변화 기준값을 비교하여 구조물의 이상상태 정보를 산출할 수 있다.
이와 같은 구성에 의하면, 환경시설의 운영정보를 이용하여 다양한 형태의 감지신호에 대해서도 누수나 환경시설의 운영으로 인한 영향이 제거된 감지신호를 효과적으로 확보할 수 있게 되며, 각도 변화 기준값에 의해 각도 변형이 가능한 구조물에 대해서도 이상상태를 파악할 수 있게 된다.
구조물이 최초 설치될 때의 3축 중력 가속도로 구조물의 각도를 설정하고, 구조물의 각도가 바뀌는 경우 3축에서 중력 가속도 변화를 측정하여 구조물의 각도 변화를 측정하는 것이다. 누수 등에 의해 진동되면서 노이즈가 생길 경우 발생할 수 있는 각도값 변경을 제거하기 위해 노이즈를 제거하는 것이다. 플렉서블한 장비에서는 변화된 각도가 다시 회복될 수도 있기 때문에, 이를 고려하여 기준값을 설정할 수 있다.
정리하면, 본 발명은 환경 시설 중 정수 및 하수처리 시설에서 지진이 발생하는 동안에 실시간으로 시설물의 피해 상황을 파악할 수 있는 방법에 대한 것이다. 주요 내용은 다음과 같다.
실시간 시설물 손상 유무 확인 : 가속도계 신호를 측정 및 처리하여 지진피해 시 발생할 수 있는 건물 붕괴, 공정 내 시설물간 단차 확인, 배관 누수를 감지한다.
비상시 실시간 데이터 전송 : 전력 차단시 센서 및 통신 모듈 운영을 위한 비상 전원을 공급하고, 데이터를 백업하며, 통신 모듈이 파손될 경우 데이터 전송 신뢰성 확보를 위한 센서 및 통신 모듈을 이중화하여 피해상황의 모니터링 정보의 손실이 없도록 상위 플랫폼으로 전송한다.
실시간 시설물의 상태 파악 및 전파 : 공정별 센서 정보를 분석하여 공정의 운영 상태를 평가하고, 전체 시설물의 운영 능력을 파악하여, 3D 모델에 가시화한다. 전체 시설물의 운영상태 정보는 정부 재난 시스템에 전파하여 광역적으로 분포한 환경시설(정수 및 하수처리시설)의 피해 상황의 파악이 가능하도록 한다.
본 발명에 의하면, 환경시설의 모니터링을 통하여 환경시설의 재난피해 발생확률 예측을 위한 데이터 확보가 가능해 지고, 최단시간 내 재난 방제를 수행할 수 있도록 정확한 정보를 제공하여 자연친화적 생태계 복구를 위한 비용을 최소화할 수 있게 된다. 또한, 환경시설 재난 발생으로 인한 인명이나 재산피해의 저감 및 국민이 안전하게 생활할 수 있는 사회기반 서비스 제공할 수 있게 된다.
본 발명이 비록 일부 바람직한 실시예에 의해 설명되었지만, 본 발명의 범위는 이에 의해 제한되어서는 아니 되고, 특허청구범위에 의해 뒷받침되는 상기 실시예의 변형이나 개량에도 미쳐야할 것이다.
100: 환경시설 지진피해 감시 시스템
105: 감지신호 획득부
110: 이상상태 확인부
115: 지진정보 획득부
120: 가동능력 산출부
125: 운영정보 획득부
130: 신호패턴 학습부
135: 기준값 설정부
140: 구조물 각도 측정부
145: 이상상태 정보 출력부
150: 지진위험 정보 출력부
155: 피해현황 정보 전송부

Claims (7)

  1. 환경시설에 미리 설치된 센서로부터 감지신호를 획득하는 감지신호 획득부;
    상기 감지신호가 수신되지 않는 경우 상기 센서의 전원 차단 여부 및 통신 이상 여부 중 하나 이상에 대한 이상상태 정보를 산출하는 이상상태 확인부;
    상기 센서의 전원 차단 이상 또는 통신 이상 여부가 확인되는 경우, 상기 환경시설에서의 지진발생 정보를 획득하는 지진정보 획득부; 및
    상기 지진발생 정보로부터 상기 환경시설에서의 지진 발생이 확인되는 경우 상기 이상상태 정보를 이용하여 상기 환경시설의 가동능력 정보를 산출하는 가동능력 산출부를 포함하는 환경시설 지진피해 모니터링 시스템으로서,
    상기 환경시설의 운영정보를 획득하는 운영정보 획득부;
    상기 운영정보를 이용하여 상기 감지신호의 패턴을 학습하는 신호패턴 학습부; 및
    상기 학습된 신호패턴을 이용하여 노이즈가 제거된 신호 기준값을 설정하는 기준값 설정부를 더 포함하고,
    상기 이상상태 확인부는 상기 감지신호와 상기 신호 기준값을 비교하여 배관의 이상상태 정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 환경시설 지진피해 모니터링 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 미리 설치된 센서는 상기 환경 시설의 배관에 설치된 가속도 센서를 포함하고,
    상기 감지신호는 1축 가속도 신호인 것을 특징으로 하는 환경시설 지진피해 모니터링 시스템.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 환경시설에 미리 설치된 센서로부터 감지신호를 획득하는 감지신호 획득부;
    상기 감지신호가 수신되지 않는 경우 상기 센서의 전원 차단 여부 및 통신 이상 여부 중 하나 이상에 대한 이상상태 정보를 산출하는 이상상태 확인부;
    상기 센서의 전원 차단 이상 또는 통신 이상 여부가 확인되는 경우, 상기 환경시설에서의 지진발생 정보를 획득하는 지진정보 획득부; 및
    상기 지진발생 정보로부터 상기 환경시설에서의 지진 발생이 확인되는 경우 상기 이상상태 정보를 이용하여 상기 환경시설의 가동능력 정보를 산출하는 가동능력 산출부를 포함하는 환경시설 지진피해 모니터링 시스템으로서,
    상기 환경시설의 운영정보를 획득하는 운영정보 획득부;
    상기 운영정보를 이용하여 구조물의 각도를 측정하는 구조물 각도 측정부; 및
    상기 구조물의 각도를 이용하여 노이즈가 제거된 각도 변화 기준값을 설정하는 기준값 설정부를 더 포함하고,
    상기 이상상태 확인부는 상기 감지신호로부터 산출된 상기 구조물의 각도와 상기 각도 변화 기준값을 비교하여 상기 구조물의 이상상태 정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 환경시설 지진피해 모니터링 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 이상상태 정보를 상기 환경시설에 대응하여 출력하는 이상상태 정보 출력부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 환경시설 지진피해 모니터링 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 이상상태 정보를 이용하여 상기 환경시설에 대한 지진위험 정보를 출력하는 지진위험 정보 출력부; 및
    상기 가동능력 정보를 포함한 피해현황 정보를 외부로 전송하는 피해현황 정보 전송부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 환경시설 지진피해 모니터링 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102632390B1 (ko) 2023-07-14 2024-02-02 (주) 아주엔지니어링 수처리 시설물의 지진 대응 안전관리 최적화 시스템

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