KR102413274B1 - 비접촉 유속계 및 수위계를 이용한 유량 정보 제공 시스템 및 유량 정보 제공 방법 - Google Patents

비접촉 유속계 및 수위계를 이용한 유량 정보 제공 시스템 및 유량 정보 제공 방법 Download PDF

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KR102413274B1
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Abstract

본 발명은 비접촉식으로 수위 및 유속값을 감지하고 그에 따라 유량 데이터를 산출하는 유량 정보 제공 시스템 및 방법에 관한 것으로, 비접촉 방식으로 수위 및 유속값을 모니터링하는 모니터링부, 상기 모니터링부에서 모니터링된 수위 및 유속값에 기반하여 유량 데이터를 산출하는 유량 산출부 및 상기 유량 산출부에서 산출된 유량 데이터를 수집하여 유량 정보 관리 서버로 전송하는 데이터 전송부를 포함하는 유량 계측 장치 및 적어도 하나의 유량 계측장치의 데이터 수집부로부터 유량 데이터를 수집하는 데이터 수집부, 상기 데이터 수집부로 수집된 데이터를 유량 데이터 활용 기관마다 지정된 포맷으로 가공하여 제공하는 데이터 가공부를 포함하는 유량 정보 관리 서버를 포함하는 유량 정보 제공 시스템에 의해 중,소규모 하천에서 하상 계수가 높아 유량 측정이 어려운 시기에도 유량 측정이 가능하여 지속적인 중,소규모 하천의 유량 측정 및 데이터 관리가 용이한 유량 정보 제공 시스템 및 방법을 제공할 수 있다는 효과가 있다.

Description

비접촉 유속계 및 수위계를 이용한 유량 정보 제공 시스템 및 유량 정보 제공 방법{System and Method for Prividing Flow information using contactless speedometer and contactless hydrograph}
본 발명은 유량 정보 제공 시스템 및 방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 비접촉식으로 수위 및 유속값을 감지하고 그에 따라 유량 데이터를 산출하는 비접촉 유속계 및 수위계를 이용한 유량 정보 제공 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 현재 운영중인 유량 측정 시스템의 접촉식 유량 측정(ADCP)의 경우 중,소규모 하천에 적용하기 어려운 부분이 있다. 중,소규모 하천의 경우 하상계구가 높아 측정이 불가한 시기가 있다. 즉 유량이 부족한 시기에 접촉식 유량 측정 센서의 운영이 불가능하고, 홍수시 과도한 유사 등으로 접촉식 유속계의 운영이 불가능하다.
따라서 중, 소규모 하천에 대한 간편한 유량 측정 시스템의 개발이 시급한 실정이다. 수자원 공사나 전국의 홍수 통제소, 각 지방 지자체의 유량, 수위, 유속 모니터링 수요에 대한 대응 방안이 필요하다.
KR 10-2154957 B1 KR 10-1777797 B1
본 발명은 이 같은 기술적 배경에서 도출된 것으로, 중,소규모 하천에서 하상 계수가 높아 유량 측정이 어려운 시기에도 유량 측정이 가능하여 지속적인 중,소규모 하천의 유량 측정 및 데이터 관리가 용이한 유량 정보 제공 시스템 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 수자원공사, 전국 홍수 통제소, 각지방 지자체의 유량/수위/유속 모니터링 수요에 신속하게 대응하는 것이 가능하고, 측정된 데이터를 바탕으로 관리자는 농업 용수, 식수, 공업 용수의 효율적인 물공급을 제공할 수 있는 유량 정보 제공 시스템 및 방법을 제공할 수 있다.
상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명은 다음과 같은 구성을 포함한다.
즉 본 발명의 일 실시예에 따른 유량 정보 제공 시스템은 비접촉 방식으로 수위 및 유속값을 모니터링하는 모니터링부, 상기 모니터링부에서 모니터링된 수위 및 유속값에 기반하여 유량 데이터를 산출하는 유량 산출부 및 상기 유량 산출부에서 산출된 유량 데이터를 수집하여 유량 정보 관리 서버로 전송하는 데이터 전송부를 포함하는 유량 계측 장치 및 적어도 하나의 유량 계측장치의 데이터 수집부로부터 유량 데이터를 수집하는 데이터 수집부, 상기 데이터 수집부로 수집된 데이터를 유량 데이터 활용 기관마다 지정된 포맷으로 가공하여 제공하는 데이터 가공부를 포함하는 유량 정보 관리 서버를 포함한다.
한편, 유량 계측 장치 및 유량 정보 관리 서버를 포함하는 유량 정보 제공 시스템에서 구동되는 유량 정보 제공 방법은 유량 계측 장치가 비접촉 방식으로 수위 및 유속값을 모니터링하는 단계, 유량 계측 장치가 상기 모니터링된 수위 및 유속값에 기반하여 유량 데이터를 산출하는 단계, 유량 계측 장치가 상기 산출된 유량 데이터를 수집하여 유량 정보 관리 서버로 전송하는 단계, 유량 정보 관리 서버가 적어도 하나의 유량 계측장치로부터 유량 데이터를 수집하는 단계 및 유량 정보 관리 서버 수집된 데이터를 유량 데이터 활용 기관마다 지정된 포맷으로 가공하여 제공하는 단계를 포함한다.
본 발명에 의하면 중,소규모 하천에서 하상 계수가 높아 유량 측정이 어려운 시기에도 유량 측정이 가능하여 지속적인 중,소규모 하천의 유량 측정 및 데이터 관리가 용이한 유량 정보 제공 시스템 및 방법을 제공할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 수자원공사, 전국 홍수 통제소, 각지방 지자체의 유량/수위/유속 모니터링 수요에 신속하게 대응하는 것이 가능하고, 측정된 데이터를 바탕으로 관리자는 농업 용수, 식수, 공업 용수의 효율적인 물공급을 제공할 수 있는 유량 정보 제공 시스템 및 방법을 제공하는 효과가 도출된다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 유량 정보 제공 시스템의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링부의 내부 구조를 설명하기 위한 예시도이다.
도 3a 및 도 3b는 일 실시예에 따른 유량 산출 방법을 설명하기 위한 참고도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 유량 계측 장치 타입별 유량 정보 제공 시스템 동작을 설명하기위한 예시도이다.
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 유량 정보 제공 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 유량 정보 제공 시스템의 구성을 도시한 블록도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유량 정보 제공 시스템(1000)은 레이더 유속 및 수위 측정 센서를 이용하여 비접촉 방식으로 유속, 수위를 측정하고, 측정된 데이터를 기반으로 유속을 산출하고, 산출된 결과를 유,무선 통신망을 이용하여 외부 서버 또는 유저가 원하는 형태의 데이터로 가공하여 제공한다.
일 실시예에 따른 유량 계측 장치(10)는 비접촉 유량계에서 측정되는 데이터를 수집하여 자체적으로 유량을 계산한다. 그리고 계산된 결과는 HDD, SD card와 같은 자체 저장매체에 저장되고, LTE modem이나 유선 인터넷 망을 통해 유량 정보 관리 서버(20)로 전송한다.
추가적으로 일 실시예에 따른 유량 계측 장치(10)는 자체 전광판에 실시간으로 수위, 유속, 유량 데이터를 표시한다. 추가적으로 실시간 유량에 따른 강의 홍수, 범람에 대한 경고 메시지(Alert Message)를 더 표시할 수 있고 나아가 LTE Modem등의 통신 네트워크를 통해 유량 정보 관리 서버(20) 또는 적어도 하나 이상의 사용자 단말기(30)들로 경고 메시지를 전송할 수 있다.
유량 계측 장치(10)는 태양광 또는 풍력과 같은 자체 발전 모듈과 전원백업장치를 이용한 방식과 상전(220V)을 이용한 두가지 버전의 전원 공급 방식을 지원할 수 있다. 또한 내장 카메라로 강 또는 하천의 상태를 촬영하여 스틸이미지로 저장하고 촬영 시각과 유량 데이터를 매칭시켜서 함께 표시하거나, 유량 정보 관리 서버(20)로 전송한다.
유량 정보 관리 서버(20)는 유량 데이터의 수요기관인 홍수 통제소, 수자원 공사, 각 지방 지자체에 지정된 포맷 형태로 유량 데이터를 가공하여 전송한다.
즉 일 실시예에 따른 유량 정보 제공 시스템(1000)은 다운 링크를 통해 원격에서 강이나 하천의 유량 계측에 대한 운영 정보 변경(일반적으로 텔레메터링/원격 모니터링은 업 링크를 통해 데이터를 수집) 및 Terminal Login 통한 내부 시스템 모니터링을 통한 보안 강화가 가능하다.
즉 일 실시예에 따른 유량 정보 제공 시스템은 태양열과 풍력 발전을 이용한 친환경 시스템 구축(Solar Panel + 풍력발전기 + Battery 구성으로 친환경적인 유량 측정 시스템)이 가능하다. 그리고 전광판, SMS 메세지를 통한 알람 메세지 송출(유량 측정 중 수위/유속이 홍수나 하천의 범람 수준일 때 전광판과 SMS Message를 통해 알람 메세지 송출)되고, 실시간 유량 측정 데이터에 따라 시스템 운영 상태가 변경될 수 있다.
또한 다운 링크를 통해 원격에서 운영 시스템(NRADS)에 대한 운영 정보 변경(일반적으로 텔레메터링/원격 모니터링은 업 링크를 통해 데이터를 수집)이 가능하고, SSL(일반적인 소켓 통신에 암호화를 하여 중간 노드에서 데이터 탈취, 디코딩 할수 없도록 시스템 구성), SFTP( 보안이 강화된 FTP로 중간 노드에서 데이터를 탈취할 수 없도록 구성)에 의해 보안이 강화된 데이터 전송이 가능하다.
뿐만 아니라 Terminal Login 통한 내부 시스템 모니터링 보안 강화가 가능하고, 기울기 센서를 통한 자동 보정 기능을 통해 수위/유속 센서의 운영 상 수평과 수직을 맞춤에 있어서, 기울어진 정도에 따른 결과값을 보정(Pitch, Roll에 따른 수집 데이터 보정)을 통해 유량 데이터 산출 정확도를 높일 수 있다.
도 1 과 같이 일 실시예에 따른 유량 정보 제공 시스템은 유량 계측 장치(10) 및 유량 정보 관리 서버(20)를 포함한다.
유량 계측 장치(10)는 통신부(110), 모니터링부(120), 유량 산출부(130), 경고부(140), 데이터 전송부(150), 자가발전부(160), 표시부(170) 및 이미지 수신부(180)를 포함한다.
통신부(110)는 유/무선 통신망을 통해 내부의 임의의 구성 요소 또는 외부의 임의의 적어도 하나의 단말기와 통신 연결한다. 이때, 상기 외부의 임의의 단말기는 유량 정보 관리 서버(20), 사용자 단말기(30) 등을 포함할 수 있다. 여기서, 무선 인터넷 기술로는 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), LTE-A(Long Term Evolution-Advanced), 광대역 무선 이동 통신 서비스(Wireless Mobile Broadband Service: WMBS) 등이 있으며, 상기 통신부(110)는 상기에서 나열되지 않은 인터넷 기술까지 포함한 범위에서 적어도 하나의 무선 인터넷 기술에 따라 데이터를 송수신하게 된다. 또한, 근거리 통신 기술로는 블루투스(Bluetooth), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(Infrared Data Association: IrDA), UWB(Ultra Wideband), 지그비(ZigBee), 인접 자장 통신(Near Field Communication: NFC), 초음파 통신(Ultra Sound Communication: USC), 가시광 통신(Visible Light Communication: VLC), 와이 파이(Wi-Fi), 와이 파이 다이렉트(Wi-Fi Direct) 등이 포함될 수 있다. 또한, 유선 통신 기술로는 전력선 통신(Power Line Communication: PLC), USB 통신, 이더넷(Ethernet), 시리얼 통신 (serial communication), 광/동축 케이블 등이 포함될 수 있다.
사용자 단말기(30)는 스마트 폰(Smart Phone), 휴대 단말기(Portable Terminal), 이동 단말기(Mobile Terminal), 폴더블 단말기(Foldable Terminal), 개인 정보 단말기(Personal Digital Assistant: PDA), PMP(Portable Multimedia Player) 단말기, 텔레매틱스(Telematics) 단말기, 내비게이션(Navigation) 단말기, 개인용 컴퓨터(Personal Computer), 노트북 컴퓨터, 슬레이트 PC(Slate PC), 태블릿 PC(Tablet PC), 울트라북(ultrabook), 웨어러블 디바이스(Wearable Device, 예를 들어, 워치형 단말기(Smartwatch), 글래스형 단말기(Smart Glass), HMD(Head Mounted Display) 등 포함), 와이브로(Wibro) 단말기, IPTV(Internet Protocol Television) 단말기, 스마트 TV, 디지털방송용 단말기, AVN(Audio Video Navigation) 단말기, A/V(Audio/Video) 시스템, 플렉시블 단말기(Flexible Terminal), 디지털 사이니지 장치 등과 같은 다양한 단말기에 적용될 수 있다.
모니터링부(120)는 비접촉 방식으로 유량 계측 장치(10)가 설치된 강이나 하천의 수위 및 유속값을 모니터링한다. 모니터링부(120)는 레이더 유속 및 수위 측정 센서를 이용하여 비접촉 방식으로 유속, 수위를 측정할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링부의 내부 구조를 설명하기 위한 예시도이다.
도 2 에서와 같이 일 실시예에 있어서 모니터링부(120)는 수위 측정을 위한 수위 측정모듈, 유속 측정을 위한 유속 측정 모듈, 영상 수집을 위한 카메라를 포함한다.
추가적으로 제어모듈이 포함되며, 제어모듈은 UTP 케이블 또는 인터넷을 통해 제어함체와 통신한다. 노트북과 같은 사용자 단말기(30)와 통신을 수행하여 디버그, 동작 정보 설정을 제어할 수 있도록 구현된다. 그리고 측정 데이터를 유량 정보 관리 서버(20)로 전송한다. 일예로 제어모듈이 수위 측정 모듈 및 유속 측정 모듈, 카메라의 동작 상태를 모니터링하여 정상적으로 동작하지 못할 경우에 이를 감지하여 관리자가 소지하는 사용자 단말기(30)로 통보해줄 수 있다.
유량 산출부(130)는 모니터링부(120)에서 모니터링된 수위 및 유속값에 기반하여 유량 데이터를 산출한다. 일 실시예에 있어서 유량 산출부(130)는 수집된 수위, 유속 데이터를 바탕으로 중앙 단면법과 지표 유속법을 이용하여 유량을 산출한다.
유량 산출을 위한 기초데이터(측정 지점의 단면적 데이터, 수위-단면적 관계식, 유속-평균유속 관계식)는 RTU의 설정정보 또는 PC의 설정 정보 파일에 저장한다.
도 3a 및 도 3b는 일 실시예에 따른 유량 산출 방법을 설명하기 위한 참고도이다.
도 3a에서와 같이 중앙 단면법은 양단 사이의 거리를 이등분한 지점의 중앙 단면에서 양 끝단까지의 거리를 곱하여 단면적을 계산하는 방법이다. 이를 활용하여 유량 산정에 광범위하게 사용되고 있다.
유량 산정 시 중앙 단면법은 하상의 단면을 각 특정 영역으로 나누고, 이들 영역에 측정된 평균 유속을 곱하여 영역의 유량(
Figure 112021122029597-pat00001
,
Figure 112021122029597-pat00002
...)을 구하고, 영역별 유량을 모두 합하여 유량(Q=q1+q2+.....qn)을 산출한다.
또한 지표유속법(Index Velocity Method, IVM)은 초음파유속계의 발달로 널리 사용되고 있으며, 계측기기를 통해 측정한 지표유속(Index Velocity)과 해당 하도 단면의 평균유속간의 인과관계를 통해 지표유속을 평균유속으로 산정해준다.
즉, 지표 유속법은 지표 유속과 단면 평균유속과의 관계식을 수립하여 적용할 수 있다.
도 3b와 같이 전자파 표면 유속계는 도플러 효과에 의해 표면 유속을 측정(
Figure 112021122029597-pat00003
)할 수 있다. 전자파 표면유속계의 센서는 도 3b와 같이 일정한 주파수를 수표면으로 송신하고, 수표면의 운동에 의한 반사파를 수신하며, 송수신된 신호의 주파수를 비교하여 표면유속을 산정할 수 있다.
그리고 수위⇔단면적 관계식과 표면 유속⇔평균 유속 관계식(Q=AVm)을 도출하여 유량을 산출한다. 여기서, Q는 개수로의 유량, A는 개수로의 단면, Vm는 단면의 평균유속이다.
수로의 단면은 수위뿐만 아니라, 여러 환경변수에 따라 변할 수 있지만, 대상지점과 같이 직사각형 콘크리트 단면은 다음 수학식 1과 같이 오직 수위에 의해서만 영향을 받는다.
Figure 112021122029597-pat00004
여기서, H는 단면 바닥에서부터 수표면까지의 수심이다. 개수로의 유량이 일정한 상황에서 단면의 평균유속은 수학식 2와 같이 지표유속과 수심의 함수로 나타낼 수 있다.
Figure 112021122029597-pat00005
여기서, Vi는 국소적인 부분의 지표유속(Index Velocity)이다.
평균유속과 지표유속간의 인과관계를 선형회귀식으로 표현하면 수학식 3과 같다.
Figure 112021122029597-pat00006
여기서, b1과 b2는 회귀계수이다.
일예로 유량 산출부(130)에서 산출된 유량 데이터는 유량 계측 장치(10) 자체에 구비되는 저장부에 저장될 수 있다. 유량 계측 장치(10)에 구비되는 저장부는 HDD 또는 Micro SD Card(MLC Type)로 구현될 수 있고, 유량 데이터는 Binary Format으로 저장된다.
경고부(140)는 유량 산출부(130)에서 산출된 유량 데이터에 기반하여 기준 홍수 수위 또는 유량 범위를 벗어난 경우 표시부(170)를 통해 범람 경고 메시지를 표시한다.
본 발명의 추가적인 양상에 있어서, 경고부(140)는 유량 산출부(130)에서 산출된 유량 데이터에 기반하여 기준 홍수 수위 또는 유량 범위를 벗어난 경우 기 설정된 관리자 단말 즉, 유량 관리자가 소지하는 사용자 단말기(30)로 범람 경고 메시지를 전송한다.
이에 한정되는 것은 아니고, 해당 하천이나 강 주변에 거주하는 거주자가 소지하는 사용자 단말기(30)로 범람 경고 메시지를 전송하도록 구현될 수도 있다.
데이터 전송부(150)는 유량 산출부(130)에서 산출된 유량 데이터를 수집하여 통신부(110)를 통해 유량 정보 관리 서버(20)로 전송한다. 일 실시예에 있어서 데이터 전송부(150)는 다운링크를 통해 원격에서 운영 시스템에 대한 운영 정보를 수신할 수도 있다. 예를들어 텔레메터링, 원격 모니터링은 업링크를 통해 데이터를 수집한다.
데이터 전송부(150)는 일반적인 소켓 통신에 암호화를 하여 중간 노드에서 데이터 탈취, 디코딩할 수 없도록 하는 SSL(Secure Sockets Layer), 보안이 강화된 FTP로 중간 노드에서 데이터를 탈취할 수 없도록 구성된 SFTP(SSH File Transfer Protocol)를 이용하여 보안이 강화된 데이터 전송을 수행한다. 또한 로그인 과정(Terminal Login)을 도입하여 내부 시스템 모니터링 보안을 더 강화할 수 있다.
일 양상에 있어서, 유량 계측 장치(10)는 기울기 센서를 더 포함하여 자동 보정 기능을 더 제공할 수 있다. 수위 센서 및 유속 센서의 운영상 수평, 수직을 잘 맞춰야 한다. 기울기 센서로 기울어진 정도를 감지하여 결과값을 보정(Pitch, Roll에 따른 수집 데이터 보정)함으로써 정확한 유량 데이터를 산출하는 것이 가능하다.
자가발전부(160)는 풍력 발전 모듈 또는 태양광 발전 모듈을 포함한다. 일 실시예에 있어서, 자가발전부(160)는 태양열 발전을 위한 Solar Panel, 풍력 발전을 위한 풍력 발전기, 배터리(Battery)를 포함하여 친환경적으로 유량 측정을 수행할 수 있다. 즉, 태양열과 풍력 발전을 이용한 친환경 시스템을 구축할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
표시부(170)는 전광판, 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display: LCD), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display: TFT LCD), 유기 발광 다이오드(Organic Light-Emitting Diode: OLED), 플렉시블 디스플레이(Flexible Display), 3차원 디스플레이(3D Display), 전자잉크 디스플레이(e-ink display), LED(Light Emitting Diode) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서 표시부(170)는 모니터링부(120)에서 모니터링된 수위 및 유속값과, 유량 산출부(130)에서 산출된 유량 데이터를 가시적인 형태로 표시한다. 즉, 표시부(170)는 실시간으로 감지되는 수위 정보, 유속 정보, 유량 데이터값을 표시한다. 그리고 표시부(170)는 경고부(140)에서의 판단 결과 유량 측정 중 수위/유속이 홍수나 하천 범람 수준일 경우에는 실시간으로 경고 메시지를 더 표시할 수 있다.
이미지 수신부(180)는 카메라로 촬영된 수위 및 유속 상태 이미지를 수신한다. 일 실시예에 있어서, 이미지 수신부(180)로 수신되는 수위 및 유속 상태 이미지는 모니터링부(120)에서 실시간으로 모니터링된 수위, 유속값 및 산출된 유량 데이터를 동기화시켜서 매칭시켜 저장한다.
본 양상에 있어서 데이터 전송부(150)는 유량 산출부(130)에서 산출된 유량 데이터와 이미지 수신부(180)로 수신된 해당 강 또는 하천의 촬영 이미지를 수집하여 통신부(110)를 통해 유량 정보 관리 서버(20)로 전송한다. 이때, 동일한 시각에 산출된 유량 데이터와 촬영 이미지를 매칭시켜 Tuple로 저장하고 전송한다.
유량 정보 관리 서버(20)는 통신부(210), 데이터 수집부(220), 데이터 가공부(230), 저장부(240), 및 경고부(250)를 포함한다.
통신부(210)는 유/무선 통신망을 통해 내부의 임의의 구성 요소 또는 외부의 임의의 적어도 하나의 단말기와 통신 연결한다. 이때, 상기 외부의 임의의 단말기는 유량 계측 장치(10), 사용자 단말기(30) 등을 포함할 수 있다. 여기서, 무선 인터넷 기술로는 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), LTE-A(Long Term Evolution-Advanced), 광대역 무선 이동 통신 서비스(Wireless Mobile Broadband Service: WMBS) 등이 있으며, 상기 통신부(210)는 상기에서 나열되지 않은 인터넷 기술까지 포함한 범위에서 적어도 하나의 무선 인터넷 기술에 따라 데이터를 송수신하게 된다.
또한, 근거리 통신 기술로는 블루투스(Bluetooth), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(Infrared Data Association: IrDA), UWB(Ultra Wideband), 지그비(ZigBee), 인접 자장 통신(Near Field Communication: NFC), 초음파 통신(Ultra Sound Communication: USC), 가시광 통신(Visible Light Communication: VLC), 와이 파이(Wi-Fi), 와이 파이 다이렉트(Wi-Fi Direct) 등이 포함될 수 있다. 또한, 유선 통신 기술로는 전력선 통신(Power Line Communication: PLC), USB 통신, 이더넷(Ethernet), 시리얼 통신 (serial communication), 광/동축 케이블 등이 포함될 수 있다.
데이터 수집부(220)는 적어도 하나의 유량 계측 장치(10)의 데이터 수집부(220)에서 수집된 정보 및 유량 산출부(130)에서 산출된 유량 데이터를 수집한다.
추가적으로 유량 정보 관리 서버(20)는, 데이터 수집부(220)가 유량 계측 장치(10)로부터 수집한 수위, 유속값 및 산출된 유량 데이터와 상태 이미지를 더 수집하여 저장부(240)에 저장한다. 이때, 상태 이미지의 촬영 시각과 수위 및 유속값 측정 시각을 동기화 시켜서 저장한다.
데이터 가공부(230)는 데이터 수집부로 수집된 데이터를 유량 데이터 활용 기관마다 지정된 포맷으로 가공하여 제공한다. 이때 데이터 가공부(230)는 최종 유저인 홍수 통제소, 수자원 공사, 각지방 지자체등 해당 유저가 원하는 형식으로 데이터를 가공하여 제공할 수 있다. 예를들어 SSL, SFTP, File, FTP등의 형태로 제공가능하도록 구현된다.
저장부(240)는 플래시 메모리 타입(Flash Memory Type), 하드 디스크 타입(Hard Disk Type), 멀티 미디어 카드 마이크로 타입(Multimedia Card Micro Type), 카드 타입의 메모리(예를 들면, SD 또는 XD 메모리 등), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크, 램(Random Access Memory: RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read-Only Memory: ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory) 중 적어도 하나의 저장매체를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서 저장부(240)는 유량 계측 장치(10)로부터 수신되는 수위, 유속값 및 산출된 유량 데이터 그리고 상태 이미지를 저장한다. 그리고 데이터 가공부(230)에서 데이터 가공 형식을 결정하기 위해 필요한 기반 정보들을 포함할 수 있다. 저장부(240)는 유량 계측 장치(10)로부터 수신한 상태 이미지와 수위, 유속값 및 산출된 유량 데이터를 동기화시켜서 매칭시켜 저장한다.
경고부(250)는 유량 계측 장치(10)의 유량 산출부(130)에서 산출된 유량 데이터에 기반하여 기준 홍수 수위 또는 유량 범위를 벗어난 경우 기 설정된 관리자가 소지하는 사용자 단말기(30)로 범람 경고 메시지를 전송한다.
여기서 기 설정된 관리자는 홍수 통제소, 수자원 공사, 각지방 지자체등에 근무하며 유량 계측 장치(10)가 설치된 강이나 하천의 관리 업무를 수행하는 인력들을 모두 포괄하도록 해석된다.
또한 경고부(250)는 소정 거리 이내의 거주자 또는 실시간으로 소정 반경 이내에서 위치가 감지되는 사용자 단말기(30)로 범람 경고 메시지를 전송하는 것도 가능하다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 유량 계측 장치 타입별 유량 정보 제공 시스템 동작을 설명하기위한 예시도이다.
일 실시예에 있어서, 유량 계측 장치(10)는 RTU타입과 PC타입 두가지 버전으로 구현될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 4a은 일 실시예에 따른 풍력발전기, 태양열 발전, 배터리(Battery)를 전원으로 구동되는 RTU 타입의 유량 정보 제공 시스템으로 상전 인입이 어려운 지역서 간소하게 운영할 경우에 유용하게 활용될 수 있다.
일 실시예에 있어서 유량 계측 장치(10)는 강이나 소규모 하천의 수위, 유속값을 측정하여 수집하고 유량을 계산한다. 그리고 측정 값 및 계산 결과는 SD card와 같은 자체 저장 매체에 저장된다.
그리고 저장된 데이터는 LTE등 무선망을 통해 유량 정보 관리 서버(20)로 전송된다.
사용자는 유량 정보 관리 서버(20)로부터 Socket 또는 SFTP를 이용하여 사용자 단말기(30)로 데이터를 다운로드받을 수 있다. 이때 Socket 통신은 SSL(Secure Socket Layer)를 적용하여 보안을 강화하고, SFTP를 이용하여 FTP의 보안 수준을 향상시킬 수 있다.
도 4b는 일 실시예에 있어서 상전인입을 기본으로하며, 유선 인터넷이 운용가능한 지역에서 설치되어 구동되는 유량 계측 장치를 도시한 예시도이다. 도 3b와 같이 유량 계측 장치(10)에 연동되는 PC를 통해 유량 정보 관리 서버(20)로 데이터를 전송한다. 또는 유량 계측 장치(10)에 연동 운영되는 PC에서 최종 End-User 예를들어 관리자 또는 강이나 하천 부근에 거주하는 거주자가 소지하는 사용자 단말기(30)로 데이터를 바로 전송하도록 구현되는 것도 가능하다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유량 정보 제공 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
유량 계측 장치 및 유량 정보 관리 서버를 포함하는 유량 정보 제공 시스템에서 구동되는 유량 정보 제공 방법은 유량 계측 장치가 비접촉 방식으로 수위 및 유속값을 모니터링한다(S400).
그리고 유량 계측 장치가 모니터링된 수위 및 유속값에 기반하여 유량 데이터를 산출한다(S405). 유량 데이터를 산출하는 것은 수집된 수위, 유속 데이터를 바탕으로 중앙 단면법과 지표 유속법에 의해 유량을 산출할 수 있다. 예를들어 유량 산출을 위한 기초데이터는 RTU의 설정정보에 저장한다.
일예로 산출된 유량 데이터는 유량 계측 장치 자체에 구비되는 저장부에 저장될 수 있다. 이때 유량 계측 장치에 구비되는 저장부는 HDD, Micro SD Card(MLC Type)로 구현될 수 있고, 유량 데이터는 Binary Format 으로 저장된다.
본 발명의 일 양상에 있어서, 유량 계측 장치는 카메라로 촬영된 수위 및 유속 상태 이미지를 수신한다(S410). 그리고 유량 계측 장치는 상태 이미지와 수위, 유속값 및 산출된 유량 데이터를 동기화시켜서 매칭시켜 저장한다(S420). 즉 상태 이미지의 촬영 시각과 수위 및 유속값 측정 시각을 동기화 시켜서 저장한다. 실시간으로 모니터링된 수위, 유속값 및 산출된 유량 데이터를 동기화시켜서 매칭시켜 저장한다.
본 발명의 추가적인 양상에 있어서, 유량 계측 장치는 모니터링된 수위 및 유속값과, 산출된 유량 데이터를 가시적인 형태로 표시부에 표시한다(S430).
본 발명의 특징적인 양상에 있어서, 유량 계측 장치는 산출된 유량 데이터에 기반하여 기준 홍수 수위 또는 유량 범위를 벗어난 경우(S440)에 표시부를 통해 범람 경고 메시지를 표시한다(S443).
추가적으로 범람 경고 메시지를 표시하는 단계는,상기 산출된 유량 데이터에 기반하여 기준 홍수 수위 또는 유량 범위를 벗어난 경우 기 설정된 관리자 단말로 범람 경고 메시지를 더 전송한다(S448).
일 실시예에 있어서 유량 계측 장치에서 산출된 유량 데이터에 기반하여 기준 홍수 수위 또는 유량 범위를 벗어난 경우 기 설정된 관리자가 소지하는 사용자 단말기로 범람 경고 메시지를 전송한다.
여기서 기 설정된 관리자는 홍수 통제소, 수자원 공사, 각지방 지자체등에 근무하며 유량 계측 장치가 설치된 강이나 하천의 관리 업무를 수행하는 인력들을 모두 포괄하도록 해석된다.
또한 경고부(250)는 소정 거리 이내의 거주자 또는 실시간으로 소정 반경 이내에서 위치가 감지되는 사용자 단말기로 범람 경고 메시지를 전송하는 것도 가능하다.
이후에 유량 계측 장치는 산출된 유량 데이터를 수집하여 유량 정보 관리 서버로 전송한다(S450). 이때, 유량 계측 장치는 모니터링된 수위 정보 및 유속값 정보, 카메라로 촬영된 상태 이미지를 함께 전송한다.
유량 계측 장치는 일반적인 소켓 통신에 암호화를 하여 중간 노드에서 데이터 탈취, 디코딩할 수 없도록 하는 SSL(Secure Sockets Layer), 보안이 강화된 FTP로 중간 노드에서 데이터를 탈취할 수 없도록 구성된 SFTP(SSH File Transfer Protocol)를 이용하여 보안이 강화된 데이터 전송을 수행한다. 또한 로그인 과정(Terminal Login)을 도입하여 내부 시스템 모니터링 보안을 더 강화할 수 있다.
유량 정보 관리 서버는 적어도 하나의 유량 계측장치로부터 유량 데이터를 수집한다. 유량 정보 관리 서버가 상기 유량 계측 장치로부터 수위, 유속값 및 산출된 유량 데이터와 상태 이미지를 더 수집하여 저장한다.
즉 유량 정보 관리 서버는 수집되는 유량 데이터와 함께 유량 계측 장치로부터 수신되는 수위 및 유속정보, 상태 이미지를 매칭시켜서 함께 저장한다(S460). 수위 및 유속 정보를 모니터링한 시점과 수초 이내의 소정 간격을 두고 촬영된 상태 이미지가 매칭되어 저장되는 것이 바람직하다.
이 후에 유량 정보 관리 서버는 수집된 데이터를 유량 데이터 활용 기관마다 지정된 포맷으로 가공하여 제공한다(S470).
즉 최종 유저인 홍수 통제소, 수자원 공사, 각지방 지자체등 해당 유저가 원하는 형식으로 데이터를 가공하여 제공할 수 있다. 예를들어 SSL, SFTP, File, FTP등의 형태로 제공가능하도록 구현된다.
본 발명의 일 양상에 있어서 유량 계측 장치는 풍력 발전 모듈 또는 태양광 발전 모듈을 포함하여 자가 발전 전원을 공급한다(S480). 자가 발전 전원은 태양열 발전을 위한 Solar Panel, 풍력 발전을 위한 풍력 발전기, 배터리(Battery)를 포함하여 친환경적으로 공급되는 구동 전원일 수 있다. 즉, 태양열과 풍력 발전을 이용한 친환경 시스템을 구축할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
전술한 방법은 애플리케이션으로 구현되거나 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.
상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록되는 프로그램 명령어는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거니와 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD 와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령어를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.
프로그램 명령어의 예에는, 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함된다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명에 따른 처리를 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1000 : 유량 정보 제공 시스템 10 : 유량 계측 장치
110, 210 : 통신부 120 : 모니터링부
130 : 유량 산출부 140, 250 : 경고부
150 : 데이터 전송부 160 : 자가 발전부
170 : 표시부 180 : 이미지 수신부
220 : 데이터 수집부 230 : 데이터 가공부
240 : 저장부 30 : 사용자 단말기

Claims (12)

  1. 비접촉 방식으로 수위 및 유속값을 모니터링하는 모니터링부, 상기 모니터링부에서 모니터링된 수위 및 유속값에 기반하여 유량 데이터를 산출하는 유량 산출부 및 상기 유량 산출부에서 산출된 유량 데이터를 수집하여 유량 정보 관리 서버로 전송하는 데이터 전송부를 포함하는 유량 계측 장치; 및
    적어도 하나의 유량 계측장치의 데이터 수집부로부터 유량 데이터를 수집하는 데이터 수집부, 상기 데이터 수집부로 수집된 데이터를 유량 데이터 활용 기관마다 지정된 포맷으로 가공하여 제공하는 데이터 가공부를 포함하는 유량 정보 관리 서버;를 포함하고,
    상기 유량 계측 장치는,
    상기 모니터링부에서 모니터링된 수위 및 유속값과, 상기 유량 산출부에서 산출된 유량 데이터를 가시적인 형태로 표시하는 표시부를 더 포함하며,
    상기 유량 계측 장치는,
    상기 유량 산출부에서 산출된 유량 데이터에 기반하여 기준 홍수 수위 또는 유량 범위를 벗어난 경우 상기 표시부를 통해 범람 경고 메시지를 표시하는 경고부를 더 포함하고,
    상기 경고부는,
    상기 유량 산출부에서 산출된 유량 데이터에 기반하여 기준 홍수 수위 또는 유량 범위를 벗어난 경우 기 설정된 관리자 단말로 범람 경고 메시지를 전송하며,
    상기 유량 계측 장치는,
    카메라로 촬영된 수위 및 유속 상태 이미지를 수신하는 이미지 수신부를 더 포함하고,
    상기 이미지 수신부로 수신한 상태 이미지와 상기 수위, 유속값 및 산출된 유량 데이터를 동기화시켜서 매칭시켜 저장하며,
    상기 유량 정보 관리 서버는,
    상기 데이터 수집부가 상기 유량계측 장치로부터 수집한 수위, 유속값 및 산출된 유량 데이터와 상태 이미지를 더 수집하여 저장하고,
    상기 유량 산출부는,
    모니터링된 수위 및 유속값에 기반하여 중앙 단면법과 지표 유속법을 이용하여 유량을 산출하며,
    상기 데이터 가공부는,
    유량 데이터 활용 기관이 원하는 형식으로 데이터를 가공하여 제공하되,
    기 저장된 데이터 가공 형식을 결정하기 위해 필요한 기반 정보에 따라 SSL, SFTP, File, FTP 중 하나의 형태로 제공하는, 비접촉 유속계 및 수위계를 이용한 유량 정보 제공 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유량 계측 장치는,
    풍력 발전 모듈 또는 태양광 발전 모듈을 포함하는 자가 발전부를 더 포함하는, 비접촉 유속계 및 수위계를 이용한 유량 정보 제공 시스템.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 유량 계측 장치 및 유량 정보 관리 서버를 포함하는 유량 정보 제공 시스템에서 구동되는 유량 정보 제공 방법에 있어서,
    유량 계측 장치가 비접촉 방식으로 수위 및 유속값을 모니터링하는 단계;
    유량 계측 장치가 상기 모니터링된 수위 및 유속값에 기반하여 유량 데이터를 산출하는 단계;
    유량 계측 장치가 상기 산출된 유량 데이터를 수집하여 유량 정보 관리 서버로 전송하는 단계;
    유량 정보 관리 서버가 적어도 하나의 유량 계측장치로부터 유량 데이터를 수집하는 단계; 및
    유량 정보 관리 서버가 수집된 데이터를 유량 데이터 활용 기관마다 지정된 포맷으로 가공하여 제공하는 단계;를 포함하고,
    상기 유량 계측 장치가 모니터링된 수위 및 유속값과, 산출된 유량 데이터를 가시적인 형태로 표시하는 단계를 더 포함하며,
    상기 유량 계측 장치가 산출된 유량 데이터에 기반하여 기준 홍수 수위 또는 유량 범위를 벗어난 경우 표시부를 통해 범람 경고 메시지를 표시하는 단계;를 더 포함하고,
    상기 범람 경고 메시지를 표시하는 단계는,
    산출된 유량 데이터에 기반하여 기준 홍수 수위 또는 유량 범위를 벗어난 경우 기 설정된 관리자 단말로 범람 경고 메시지를 전송하며,
    상기 유량 계측 장치가 카메라로 촬영된 수위 및 유속 상태 이미지를 수신하는 단계;
    상기 유량 계측 장치가 상기 수신한 상태 이미지와 상기 수위, 유속값 및 산출된 유량 데이터를 동기화시켜서 매칭시켜 저장하는 단계;를 더 포함하며,
    상기 유량 정보 관리 서버가 상기 유량 계측 장치로부터 수위, 유속값 및 산출된 유량 데이터와 상태 이미지를 더 수집하여 저장하고,
    상기 유량 데이터를 산출하는 단계는,
    모니터링된 수위 및 유속값에 기반하여 중앙 단면법과 지표 유속법을 이용하여 유량을 산출하며,
    상기 가공하여 제공하는 단계는,
    유량 데이터 활용 기관이 원하는 형식으로 데이터를 가공하여 제공하되,
    기 저장된 데이터 가공 형식을 결정하기 위해 필요한 기반 정보에 따라 SSL, SFTP, File, FTP 중 하나의 형태로 제공하는, 비접촉 유속계 및 수위계를 이용한 유량 정보 제공 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 유량 계측 장치가 풍력 발전 모듈 또는 태양광 발전 모듈을 포함하여 자가 발전 전원을 공급하는 단계;를 더 포함하는, 비접촉 유속계 및 수위계를 이용한 유량 정보 제공 방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
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