KR102491635B1 - 인공지능 기반의 상수도시설 모니터링 및 원격제어 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인공지능 기반의 상수도시설 모니터링 및 원격제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라 취수장, 복수개의 정수장, 가압장 및 각각의 시설을 연결하는 연결관로를 포함하는 상수도시설의 모니터링 및 원격제어하는 전자 장치는 메모리(memory) 및 상기 메모리와 연결된 프로세서(processor)를 포함하고, 상기 프로세서는, 상기 상수도시설 각각에 설치되는 상태감지센서를 통해 획득되는 데이터를 기반으로 상기 상수도시설의 시설상태를 판단하고, 상기 시설상태에 기반하여 대응제어신호를 생성하여 상기 대응제어신호에 대응하는 해당 상수도시설에 송신하고, 상기 대응제어신호 및 상기 시설상태에 대한 정보를 상기 상수도시설의 관리자단말로 송신할 수 있다.

Description

인공지능 기반의 상수도시설 모니터링 및 원격제어 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MONITORING AND REMOTE CONTROL OF WATER SUPPLY FACILITIES BASED ON ARTIFICIAL INTELLIGENCE}

본 발명은 인공지능 기반의 상수도시설 모니터링 및 원격제어 장치 및 방법에 관한 것이다.

본 명세서에서 달리 표시되지 않는 한, 이 섹션에 설명되는 내용들은 이 출원의 청구항들에 대한 종래 기술이 아니며, 이 섹션에 포함된다고 하여 종래 기술이라고 인정되는 것은 아니다.

종래 상수도 통합상황실에서는 배수지 10개소와 가압장 등 총 57개소의 상수도 시설물을 주야간 근무교대를 통해 실시간 감시 및 제어하고 있지만 수위, 유량, 수질, 수압 등 안정적인 수돗물 공급을 위해 필요한 수많은 데이터를 실시간으로 관리하는 것이 상당히 어렵고 한계가 있었다.

이에따라 인공지능을 기반으로 상수도시설을 상시로 모니터링하고 문제가 발생할 때 즉각적인 대응이 가능한 기술을 제안하고자 한다.

한국등록특허 제10-1643578호 (2016.07.22)

본 발명의 일 실시예는 인공지능 기반의 상수도시설 모니터링 및 원격제어 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따라 취수장, 복수개의 정수장, 가압장 및 각각의 시설을 연결하는 연결관로를 포함하는 상수도시설의 모니터링 및 원격제어하는 전자 장치는 메모리(memory) 및 상기 메모리와 연결된 프로세서(processor)를 포함하고, 상기 프로세서는, 상기 상수도시설 각각에 설치되는 상태감지센서를 통해 획득되는 데이터를 기반으로 상기 상수도시설의 시설상태를 판단하고, 상기 시설상태에 기반하여 대응제어신호를 생성하여 상기 대응제어신호에 대응하는 해당 상수도시설에 송신하고, 상기 대응제어신호 및 상기 시설상태에 대한 정보를 상기 상수도시설의 관리자단말로 송신할 수 있다.

이 때, 상기 프로세서는, 상기 상수도시설 상호간에 연결되는 상기 연결관로의 일단에 설치되는 제1 유량계를 통해 측정된 제1 유량 및 상기 연결관로의 타단에 설치되는 제2 유량계를 통해 측정된 제2 유량을 비교하여, 상기 제1 유량과 상기 제2 유량의 차이가 기설정된 오차유량범위를 벗어나는 경우, 상기 시설상태를 상기 연결관로에 누수가 발생한 것으로 판단하고, 상기 연결관로에 설치되는 원격제어차단밸브를 차단하는 상기 대응제어신호를 생성하여 상기 원격제어차단밸브에 송신할 수 있다.

이 때, 상기 프로세서는, 인공지능모듈을 통하여, 상기 정수장에 설치된 비전센서를 통해 촬영된 영상정보 중에서, 상기 정수장에 설치된 수질감지센서를 통해 감지된 수질정보가 기설정된 양호범위에 포함되는 경우의 제1 영상정보를 추출하고, 상기 제1 영상정보에서 상기 정수장에 저장된 물 표면의 색상정보에 대응하는 RGB값의 평균값을 기준RGB값으로 설정하고, 상기 제1 영상정보에서 상기 정수장에 저장된 물 표면의 단위면적 당 부유물이 차지하는 면적비율을 기준부유물면적비율로 설정하고, 상기 수질감지센서에서 수질정보가 양호범위에 포함되고, 상기 비전센서를 통해 촬영된 제2 영상정보에서 추출된 측정RGB값이 상기 기준RGB값에서 기설정된 제1 오차범위 밖인 경우, 상기 제2 영상정보에서 추출된 측정부유물면적비율과 상기 기준부유물면적비율을 비교하여, 상기 측정부유물면적비율이 상기 기준부유물면적비율을 초과하는 경우, 상기 시설상태를 상기 수질감지센서에 이상이 발생한 것으로 판단하고, 상기 측정RGB값이 상기 기준RGB값에서 상기 제1 오차범위보다 넓게 기설정된 제2 오차범위 밖인 경우, 상기 측정부유물면적비율과 상기 기준부유물면적비율을 비교하여, 상기 측정부유물면적비율이 상기 기준부유물면적비율을 초과하는 경우, 상기 시설상태를 상기 수질감지센서에 이상이 발생한 것으로 판단하고, 상기 측정부유물면적비율이 상기 기준부유물면적비율 이하인 경우, 상기 시설상태를 상기 비전센서에 이상이 발생한 것으로 판단하고, 상기 수질감지센서 또는 상기 비전센서에 이상이 발생한 것으로 판단되는 경우, 해당 정수장에서 출수되는 방향에 연결되는 제1 연결관로에 설치되는 원격제어차단밸브를 차단하는 상기 대응제어신호를 생성하여 상기 원격제어차단밸브에 송신할 수 있다.

이 때, 상기 프로세서는, 인공지능모듈을 통하여, 상기 정화장의 수위변화량과 상기 가압장에 포함되는 펌프의 전력소모량, 상기 가압장에서 출수되는 방향에 연결되는 제2 연결관로 내부 유수의 수압과의 상관관계를 도출하고, 상기 상관관계를 기반으로 상기 정화장에서 측정된 측정수위변화량과 상기 가압장에서 측정된 펌프의 측정전력소모량 대비 상기 가압장에서 출수되는 방향에 연결되는 상기 제2 연결관로 내부 유수의 측정수압이 낮은 경우, 상기 시설상태를 상기 제2 연결관로에 누수가 발생한 것으로 판단하고, 상기 제2 연결관로에 설치되는 원격제어차단밸브를 차단하는 상기 대응제어신호를 생성하여 상기 원격제어차단밸브에 송신하고, 상기 상관관계를 기반으로 상기 측정전력소모량과 상기 측정수압 대비 상기 측정수위변화량이 높은 경우, 상기 시설상태를 상기 정화장에 누수가 발생한 것으로 판단하여, 상기 관리자단말로 상기 정화장의 누수확인 및 대응을 위한 경고메시지를 송신하고, 상기 상관관계를 기반으로 상기 측정수위변화량과 상기 측정수압 대비 상기 측정전력소모량이 높은 경우, 상기 펌프에 연결된 진동센서에서 측정된 측정진동값과 기설정된 기준진동값을 비교하고, 상기 측정진동값이 상기 기준진동값을 초과하고, 상기 펌프에 연결된 온도센서에서 측정된 측정온도값이 기설정된 기준온도값 이하인 경우, 상기 시설상태를 상기 펌프에 이상이 발생한 것으로 판단하여, 상기 관리자단말로 상기 펌프의 교체에 대응하는 경고메시지를 송신하고, 상기 측정진동값이 상기 기준진동값을 초과하고, 상기 측정온도값이 상기 기준온도값을 초과하는 경우, 상기 시설상태를 상기 펌프에 긴급한 이상이 발생한 것으로 판단하여, 상기 펌프의 동작을 차단하는 상기 대응제어신호를 생성하여 상기 펌프에 송신하고, 상기 관리자단말로 상기 펌프의 교체에 대응하는 경고메시지를 송신할 수 있다.

이 때, 상기 프로세서는, 상기 복수개의 정화장 각각에 대하여 기설정된 제1 기간동안 유입되는 물의 입수량, 상기 제1 기간동안 유출되는 물의 출수량 및 상기 제1 기간동안 운영비용을 기반으로 운영가치를 산출하고, 기설정된 제2 기간동안 전체 정화장에서 유출되는 물의 전체출수량과 상기 가압장에서 유출되는 물의 전체소모량에 대한 상수소모비율이 기설정된 임계소모비율 이하인 경우, 상기 상수소모비율이 상기 임계소모비율을 초과할 때까지 상기 운영가치가 가장 낮은 정화장부터 순차적으로 동작을 정지시키는 상기 대응제어신호를 생성하여 해당 정화장의 제어부로 송신할 수 있다.

이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면, 중고폰 구매 및 판매 자동화 서비스 제공 장치 및 방법을 제공할 수 있다.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 특정한 바람직한 실시예들의 상기에서 설명한 바와 같은 또한 다른 측면들과, 특징들 및 이득들은 첨부 도면들과 함께 처리되는 하기의 설명으로부터 보다 명백하게 될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공지능 기반의 상수도시설 모니터링 및 원격제어 장치의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 연결관로의 누수를 감지하는 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 인공지능모듈을 통하여 정화장의 측정RGB값 및 측정부유물면적비율을 산출하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 인공지능모듈을 통하여 펌프의 고장 및 누수여부를 판단하는 상관관계를 도출하는 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 정화장별 운영가치를 기반으로 정화장의 동작을 제어하는 동작을 나타내는 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공지능 기반의 상수도시설 모니터링 및 원격제어 방법의 흐름도이다.
상기 도면들을 통해, 유사 참조 번호들은 동일한 혹은 유사한 엘리먼트들과, 특징들 및 구조들을 도시하기 위해 사용된다는 것에 유의해야만 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.

마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

이때, 처리 흐름도 도면들의 각 블록과 흐름도 도면들의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.

또한, 각 블록은 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실행 예들에서는 블록들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.

이 때, 본 실시 예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA(field-Programmable Gate Array) 또는 ASIC(Application Specific Integrated Circuit)과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.

본 발명의 실시예들을 구체적으로 설명함에 있어서, 특정 시스템의 예를 주된 대상으로 할 것이지만, 본 명세서에서 청구하고자 하는 주요한 요지는 유사한 기술적 배경을 가지는 여타의 통신 시스템 및 서비스에도 본 명세서에 개시된 범위를 크게 벗어나지 아니하는 범위에서 적용 가능하며, 이는 당해 기술분야에서 숙련된 기술적 지식을 가진 자의 판단으로 가능할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공지능 기반의 상수도시설 모니터링 및 원격제어 장치(100)의 개념도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 인공지능 기반의 상수도시설 모니터링 및 원격제어 장치(100)는 취수장, 정수장, 가압장 및 각각의 시설을 연결하는 연결관로의 시설상태를 판단하여, 시설상태에 가장 적합한 대응제어신호를 생성하여 각각의 시설을 제어하고, 상수도시설의 시설상태 및 현재 대응제어신호를 관리자단말(200)에 송신하여, 관리자가 상수도시설의 현재상태를 정확하게 모니터링할 수 있도록 할 수 있다. 한편 인공지능 기반의 상수도시설 모니터링 및 원격제어 장치(100)는 본 발명에서 '전자 장치(100)'로 호칭될 수도 있다.

이 때, 관리자단말(200)은 통신 가능한 데스크탑 컴퓨터(desktop computer), 랩탑 컴퓨터(laptop computer), 노트북(notebook), 스마트폰(smart phone), 태블릿 PC(tablet PC), 모바일폰(mobile phone), 스마트 워치(smart watch), 스마트 글래스(smart glass), e-book 리더기, PMP(portable multimedia player), 휴대용 게임기, 네비게이션(navigation) 장치, 디지털 카메라(digital camera), DMB(digital multimedia broadcasting) 재생기, 디지털 음성 녹음기(digital audio recorder), 디지털 음성 재생기(digital audio player), 디지털 동영상 녹화기(digital video recorder), 디지털 동영상 재생기(digital video player), PDA(Personal Digital Assistant) 등을 포함할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치(100)의 블록도이다.

일 실시예에 따른 전자 장치(100)는 프로세서(110) 및 메모리(120)를 포함한다. 프로세서(110)는 전술한 적어도 하나의 방법을 수행할 수 있다. 메모리(120)는 상술한 방법과 관련된 정보를 저장하거나 상술한 방법이 구현된 프로그램을 저장할 수 있다. 메모리(120)는 휘발성 메모리 또는 비휘발성 메모리일 수 있다. 메모리(120)는 '데이터베이스', '저장부' 등으로 호칭될 수 있다.

프로세서(110)는 프로그램을 실행하고, 전자 장치(100)를 제어할 수 있다. 프로세서(110)에 의하여 실행되는 프로그램의 코드는 메모리(120)에 저장될 수 있다. 장치(100)는 입출력 장치(미도시)를 통하여 외부 장치(예를 들어, 퍼스널 컴퓨터 또는 네트워크)에 연결되고, 데이터를 교환할 수 있다.

이 때, 상수도시설은 수돗물의 원료인 원수를 끌어들이는 취수장, 취수장으로부터 전달받은 원수를 다양한 절차를 통해 정화하는 정화장, 상기 정화장에 정화된 수돗물을 펌프를 이용하여 수용가 또는 배수지로 공급하는 가압장 및 각각의 시설을 연결하는 연결관로를 포함할 수 있다.

이 때, 상기 프로세서(110)는, 상기 상수도시설 각각에 설치되는 상태감지센서를 통해 획득되는 데이터를 기반으로 상기 상수도시설의 시설상태를 판단할 수 있다.

이 때, 상기 상태감지센서는, 후술하는 바와 같이, 각각의 시설 내부에 유입되는 물의 입수량 또는 유출되는 물의 출수량, 연결관로 내부에 흐르는 유량 등을 측정할 수 있는 유량계, 물의 수질을 감지할 수 있는 수질감지센서, 이미지 또는 영상을 촬영하여 분석할 수 있는 비전센서, 수위를 측정할 수 있는 수위계, 펌프의 전력소모량을 측정할 수 있는 전력계, 수압을 측정할 수 있는 수압계, 펌프의 진동을 측정할 수 있는 진동센서, 펌프의 온도를 측정할 수 있는 온도센서 중 적어도 어느 하나 이상 포함할 수 있다.

또한, 상기 프로세서(110)는, 상기 시설상태에 기반하여 대응제어신호를 생성하여 상기 대응제어신호에 대응하는 해당 상수도시설에 송신할 수 있다.

이 때, 상기 대응제어신호는 상기 시설상태에 대응하는 상수도시설을 제어하는 신호, 즉, 동작을 정지시키거나, 밸브를 차단하는 등의 제어신호를 의미할 수 있다.

또한, 상기 대응제어신호 및 상기 시설상태에 대한 정보를 상기 상수도시설의 관리자단말(200)로 송신할 수 있다.

이를 통하여, 해당 상수도시설의 관리자는 해당 상수도시설의 현재상태에 대하여 용이하게 모니터링할 수 있다.

본 발명의 보다 구체적인 동작은 도 3 내지 도 6을 참조하여 후술하도록 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 연결관로의 누수를 감지하는 예시도이다.

도 3을 참조하면, 상기 프로세서(110)는, 상기 상수도시설 상호간에 연결되는 상기 연결관로의 일단에 설치되는 제1 유량계를 통해 측정된 제1 유량 및 상기 연결관로의 타단에 설치되는 제2 유량계를 통해 측정된 제2 유량을 비교하여, 상기 제1 유량과 상기 제2 유량의 차이가 기설정된 오차유량범위를 벗어나는 경우, 상기 시설상태를 상기 연결관로에 누수가 발생한 것으로 판단할 수 있다.

이 때, 상기 오차유량범위는 관리자가 임의로 설정할 수 있으며, 일반적으로 누수가 발생하지 않는 경우, 상기 제1 유량과 상기 제2 유량이 거의 일치할 것이므로, 상기 오차유량범위를 적게 설정하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 프로세서(110)는 상기 연결관로에 설치되는 원격제어차단밸브를 차단하는 상기 대응제어신호를 생성하여 상기 원격제어차단밸브에 송신할 수 있다. 이는 누수가 발생한 연결관로에 더이상 누수가 발생하기 않도록 하기 위한 조치이며, 상기 대응제어신호 및 상기 시설상태를 상기 관리자단말(200)로 송신하여 관리자가 후속조치하게 하기 위함이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 인공지능모듈을 통하여 정화장의 측정RGB값 및 측정부유물면적비율을 산출하는 과정을 나타내는 도면이다.

도 4를 참조하면, 상기 프로세서(110)는, 인공지능모듈을 통하여, 상기 정수장에 설치된 비전센서를 통해 촬영된 영상정보 중에서, 상기 정수장에 설치된 수질감지센서를 통해 감지된 수질정보가 기설정된 양호범위에 포함되는 경우의 제1 영상정보를 추출하고, 상기 제1 영상정보에서 상기 정수장에 저장된 물 표면의 색상정보에 대응하는 RGB값의 평균값을 기준RGB값으로 설정하고, 상기 제1 영상정보에서 상기 정수장에 저장된 물 표면의 기설정된 단위면적 당 부유물이 차지하는 면적비율을 기준부유물면적비율로 설정할 수 있다.

이 때, 상기 정수장에 포함된 물이 상기 양호범위에 해당되는지 여부는, 상기 정수장에 설치된 수질감지센서의 측정값과 국가에서 운영하는 상수도사업본부에서 공시하는 음용수기준을 비교하여 음용수기준에 포함되는 경우 양호범위에 해당되는 것으로 판단될 수 있다.

이 때, 상기 수질감지센서는 탁도센서, 잔류염소센서, pH센서를 포함할 수 있으며, 상기 음용수 기준은 탁도는 0.5NTU(Nephelometric Turbidity Unit) 이하이며, 잔류염소는 0.1~0.3mg/L이며, pH는 5.8~8.5 일 수 있다.

이 때, 비전센서는 색상을 구분할 수 있는 카메라로 구성될 수 있으며, 촬영된 영상정보(이미지, 영상 모두 포함)에서 물 표면의 색상정보에 대응하는 RGB값의 평균값을 추출할 수 있다. 이 때, 영상정보에서 상기 정화장의 물 표면만을 우선적으로 추출할 수도 있다.

또한, 상기 비전센서는 상기 영상정보를 기설정된 단위면적으로 분할하고, 각각의 분할된 영상정보에서 물과 부유물을 구분하여 상기 부유물이 차지하는 면적비율을 추출할 수 있다. 이 때, 상기 단위면적은 관리자가 임의로 설정할 수 있다. 이 때, 부유물은 이물질 또는 거품 등일 수 있다.

이 때, 본 발명의 일 실시예는 객체인식알고리즘을 통하여 상기 물과 부유물을 구분할 수 있다.

상기 객체인식알고리즘은, 객체의 특징 추출을 위한 다양한 알고리즘, 예를 들어, HOG(Histogram of Oriented Gradient), Haar-like feature, Co-occurrence HOG, LBP(local binary pattern), FAST(features from accelerated segment test) 등과 같은 객체 특징 추출알고리즘이 적용될 수도 있다.

또한, 상기 프로세서(110)는 상기 수질감지센서에서 수질정보가 양호범위에 포함되고, 상기 비전센서를 통해 촬영된 제2 영상정보에서 추출된 측정RGB값이 상기 기준RGB값에서 기설정된 제1 오차범위 밖인 경우, 상기 제2 영상정보에서 추출된 측정부유물면적비율과 상기 기준부유물면적비율을 비교하여, 상기 측정부유물면적비율이 상기 기준부유물면적비율을 초과하는 경우, 상기 시설상태를 상기 수질감지센서에 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다.

이는, 수질감지센서에서 이상이 없는 것으로 나타난 경우에, 정화장의 물에 이상이 있는 지를 2차적으로 점검하기 위함이다.

이에 따라, 본 발명의 일 실시예는 수질감지센서에서는 양호한 것으로 판단되었어도, 물의 직접적인 색상 및 부유물의 존재를 기반으로 물의 수질을 2차적으로 검증하고, 수질감지센서가 고장난 것인지 판단할 수 있다.

이 때, 상기 제1 오차범위는 관리자에 의하여 임의로 설정될 수 있다. 예를 들어, RGB값 각각의 10% 범위로 설정될 수 있다.

또한, 상기 프로세서(110)는 상기 측정RGB값이 상기 기준RGB값에서 상기 제1 오차범위보다 넓게 기설정된 제2 오차범위 밖인 경우, 상기 측정부유물면적비율과 상기 기준부유물면적비율을 비교하여, 상기 측정부유물면적비율이 상기 기준부유물면적비율을 초과하는 경우, 상기 시설상태를 상기 수질감지센서에 이상이 발생한 것으로 판단하고, 상기 측정부유물면적비율이 상기 기준부유물면적비율 이하인 경우, 상기 시설상태를 상기 비전센서에 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다.

이 때, 상기 제2 오차범위는 관리자에 의하여 임의로 설정될 수 있으며, 물의 색상을 확실하게 구분할 정도로 설정됨이 바람직하다. 이는 비전센서를 통하여 측정된 물의 색이 확연하게 차이가 남에도 불구하고 부유물이 없는 것으로 추출되는 경우, 비전센서에 문제가 있는 것으로 판단하기 위함이다.

이 때, 상기 프로세서(110)는, 상기 수질감지센서 또는 상기 비전센서에 이상이 발생한 것으로 판단되는 경우, 해당 정수장에서 출수되는 방향에 연결되는 제1 연결관로에 설치되는 원격제어차단밸브를 차단하는 상기 대응제어신호를 생성하여 상기 원격제어차단밸브에 송신할 수 있다.

이를 통하여, 본 발명의 일 실시예는 수질감지센서와 비전센서의 고장여부를 판단할 수 있으며, 수질감지센서와 비전센서에 문제가 있는 경우, 수질에 문제가 있을 수 있으므로, 해당 물이 외부로 유출되지 않도록 원격제어차단밸브를 차단할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 인공지능모듈을 통하여 펌프의 고장 및 누수여부를 판단하는 상관관계를 도출하는 예시도이다.

도 5를 참조하면, 상기 프로세서(110)는, 인공지능모듈을 통하여, 상기 정화장의 수위변화량과 상기 가압장에 포함되는 펌프의 전력소모량, 상기 가압장에서 출수되는 방향에 연결되는 제2 연결관로 내부 유수의 수압과의 상관관계를 도출할 수 있다.

이 때, 인공지능모듈은 딥러닝을 통하여 상기 함수에서의 복수 개의 입력들의 가중치(weight)를 학습을 통하여 산출할 수 있다. 또한, 이러한 학습을 위하여 활용되는 인공지능망 모델로는 RNN(Recurrent Neural Network), DNN(Deep Neural Network) 및 DRNN(Dynamic Recurrent Neural Network) 등 다양한 모델들을 활용할 수 있을 것이다.

여기서 RNN은 현재의 데이터와 과거의 데이터를 동시에 고려하는 딥러닝 기법으로서, 순환 신경망(RNN)은 인공 신경망을 구성하는 유닛 사이의 연결이 방향성 사이클(directed cycle)을 구성하는 신경망을 나타낸다. 나아가, 순환 신경망(RNN)을 구성할 수 있는 구조에는 다양한 방식이 사용될 수 있는데, 예컨대, 완전순환망(Fully Recurrent Network), 홉필드망(Hopfield Network), 엘만망(Elman Network), ESN(Echo state network), LSTM(Long short term memory network), 양방향(Bi-directional) RNN, CTRNN(Continuous-time RNN), 계층적 RNN, 2차 RNN 등이 대표적인 예이다. 또한, 순환 신경망(RNN)을 학습시키기 위한 방법으로서, 경사 하강법, Hessian Free Optimization, Global Optimization Method 등의 방식이 사용될 수 있다.

이 때, 상기 인공지능모듈의 학습데이터로써, 본 발명의 전자 장치(100)에 누적되어 저장되어 있는 데이터를 활용할 수도 있다.

이 때, 상기 프로세서(110)는 상기 상관관계를 기반으로 상기 정화장에서 측정된 측정수위변화량과 상기 가압장에서 측정된 펌프의 측정전력소모량 대비 상기 가압장에서 출수되는 방향에 연결되는 상기 제2 연결관로 내부 유수의 측정수압이 낮은 경우, 상기 시설상태를 상기 제2 연결관로에 누수가 발생한 것으로 판단할 수 있다. 이에 따라 상기 프로세서(110)는, 상기 제2 연결관로에 설치되는 원격제어차단밸브를 차단하는 상기 대응제어신호를 생성하여 상기 원격제어차단밸브에 송신할 수 있다.

이는 측정수위변화량과 측정전력소모량 대비 측정수압이 낮은 경우, 상기 제2 연결관로에 누수가 발생하여 충분한 수압이 발생하지 않는 것이기 때문이다.

또한, 상기 프로세서(110)는, 상기 상관관계를 기반으로 상기 측정전력소모량과 상기 측정수압 대비 상기 측정수위변화량이 높은 경우, 상기 시설상태를 상기 정화장에 누수가 발생한 것으로 판단하여, 상기 관리자단말(200)로 상기 정화장의 누수확인 및 대응을 위한 경고메시지를 송신할 수 있다.

이는, 외부로 출수되는 물의 양보다 정화장에서 빠지는 물의 양이 많은 경우로써, 정화장 내부에 문제가 발생하여 누수가 발생한 것으로 판단될 수 있다. 정화장 내부에 누수가 발생하는 경우, 밸브로 차단할 수 없으므로, 관리자단말(200)로 정화장의 누수확인 및 수리를 요청하는 경고메시지를 송신할 수 있다.

또한, 상기 프로세서(110)는, 상기 상관관계를 기반으로 상기 측정수위변화량과 상기 측정수압 대비 상기 측정전력소모량이 높은 경우, 상기 펌프에 연결된 진동센서에서 측정된 측정진동값과 기설정된 기준진동값을 비교하고, 상기 측정진동값이 상기 기준진동값을 초과하고, 상기 펌프에 연결된 온도센서에서 측정된 측정온도값이 기설정된 기준온도값 이하인 경우, 상기 시설상태를 상기 펌프에 이상이 발생한 것으로 판단하여, 상기 관리자단말(200)로 상기 펌프의 교체에 대응하는 경고메시지를 송신할 수 있다.

고장난 펌프의 경우, 정상상태의 펌프보다 진동이 심하게 발생하여, 진동값을 기준으로 펌프의 고장유무를 판단할 수 있다.

이 때, 상기 기준진동값은 관리자가 임의로 설정할 수도 있고, 상기 펌프가 정상상태로 동작할 때의 평균진동값으로 설정될 수도 있다.

이는, 변화량과 측정수압 대비 펌프의 측정전력소모량이 높고, 진동이 많이 발생하는 경우에는 펌프가 충분히 제 기능을 하지 못하는 상황으로써, 펌프가 문제가 있는 것으로 판단하여 관리자에게 펌프의 교체 또는 수리를 요청하는 경고메시지를 송신할 수 있다. 다만, 펌프는 전기에 의하여 동작하는데, 고장난 펌프는 화재까지 유발할 수도 있다. 이에 따라, 상기 프로세서(110)는 상기 펌프에 연결된 온도센서에서 측정된 측정온도값과 기설정된 기준온도값을 비교하여 화재의 위험이 있는지 없는지를 1차적으로 판단할 수 있다.

이 때, 상기 기준온도값은 관리자가 임의로 설정할 수도 있고, 상기 펌프가 정상상태로 동작할 때의 평균온도값으로 설정될 수도 있다.

또한, 상기 프로세서(110)는 상기 측정진동값이 상기 기준진동값을 초과하고, 상기 측정온도값이 상기 기준온도값을 초과하는 경우, 상기 시설상태를 상기 펌프에 긴급한 이상이 발생한 것으로 판단하여, 상기 펌프의 동작을 차단하는 상기 대응제어신호를 생성하여 상기 펌프에 송신하고, 상기 관리자단말(200)로 상기 펌프의 교체에 대응하는 경고메시지를 송신할 수 있다.

상기 측정온도값이 상기 기준온도값까지 초과하는 경우는 화재가 곧 발생할 수도 있는 위급한 상황으로써, 상기 프로세서(110)는 우선 펌프의 동작을 차단하는 것이 중요하기 때문에, 상기 펌프의 동작을 차단하는 대응제어신호를 생성하여 펌프로 송신할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 정화장별 운영가치를 기반으로 정화장의 동작을 제어하는 동작을 나타내는 예시도이다.

상수도시설은 일반적으로 복수개의 정화장으로 구성된다. 이에 따라, 정화된 물의 수요가 많은 경우 커버가 가능할 수 있지만, 수요가 적은 경우에는 자원의 낭비로 이어질 수 있다.

이에 따라, 상기 프로세서(110)는, 상기 복수개의 정화장 각각에 대하여 기설정된 제1 기간동안 유입되는 물의 입수량, 상기 제1 기간동안 유출되는 물의 출수량 및 상기 제1 기간동안 운영비용을 기반으로 운영가치를 산출할 수 있다.

상기 제1 기간은 관리자가 임의로 설정할 수 있으며, 예를 들면, 1일, 1주, 1달 등으로 설정될 수 있다.

이 때, 운영비용은 상기 정화장에 소요되는 인건비, 전기세, 관리비 등을 포함할 수 있다.

이 때, 상기 운영가치는 아래 수학식 1에 의하여 산출될 수 있다.

[수학식 1]

이를 통하여, 상기 프로세서(110)는, 기설정된 제2 기간동안 전체 정화장에서 유출되는 물의 전체출수량과 상기 가압장에서 유출되는 물의 전체소모량에 대한 상수소모비율이 기설정된 임계소모비율 이하인 경우, 상기 상수소모비율이 상기 임계소모비율을 초과할 때까지 상기 운영가치가 가장 낮은 정화장부터 순차적으로 동작을 정지시키는 상기 대응제어신호를 생성하여 해당 정화장의 제어부로 송신할 수 있다.

이 때, 상기 제2 기간은 관리자가 임의로 설정할 수 있으며, 예를 들면, 1일, 1주, 1달 등으로 설정될 수 있고, 상기 제1 기간과 동일하게 설정될 수도 있다.

이 때, 상기 임계소모비율은 관리자가 임의로 설정할 수 있으며, 전국 상수도시설의 관련DB를 기반으로 전체 상수도시설의 상수소모비율의 평균으로 설정될수도 있다.

이를 통하여, 상수도시설을 효율적으로 운영할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공지능 기반의 상수도시설 모니터링 및 원격제어 방법의 흐름도이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따라 취수장, 복수개의 정수장, 가압장 및 각각의 시설을 연결하는 연결관로를 포함하는 상수도시설의 모니터링 및 원격제어 방법은 상기 상수도시설 각각에 설치되는 상태감지센서를 통해 획득되는 데이터를 기반으로 상기 상수도시설의 시설상태를 판단할 수 있다(S101).

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상수도시설의 모니터링 및 원격제어 방법은 상기 시설상태에 기반하여 대응제어신호를 생성하여 상기 대응제어신호에 대응하는 해당 상수도시설에 송신할 수 있다(S103).

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상수도시설의 모니터링 및 원격제어 방법은 상기 대응제어신호 및 상기 시설상태에 대한 정보를 상기 상수도시설의 관리자단말(200)로 송신할 수 있다(S105).

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 인공지능 기반의 상수도시설 모니터링 및 원격제어 방법은 도 1 내지 도 6에 개시된 인공지능 기반의 상수도시설 모니터링 및 원격제어 장치(100)와 동일하게 구성될 수 있다.

이상에서 설명된 실시예들은 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치, 방법 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 컨트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.

Claims (5)

1. 취수장, 복수개의 정수장, 가압장 및 각각의 시설을 연결하는 연결관로를 포함하는 상수도시설의 모니터링 및 원격제어하는 전자 장치에 있어서,
   메모리(memory); 및
   상기 메모리와 연결된 프로세서(processor); 를 포함하고,
   상기 프로세서는:
   상기 상수도시설 각각에 설치되는 상태감지센서를 통해 획득되는 데이터를 기반으로 상기 상수도시설의 시설상태를 판단하고,
   상기 시설상태에 기반하여 대응제어신호를 생성하여 상기 대응제어신호에 대응하는 해당 상수도시설에 송신하고,
   상기 대응제어신호 및 상기 시설상태에 대한 정보를 상기 상수도시설의 관리자단말로 송신하고,
   상기 프로세서는:
   상기 상수도시설 상호간에 연결되는 상기 연결관로의 일단에 설치되는 제1 유량계를 통해 측정된 제1 유량 및 상기 연결관로의 타단에 설치되는 제2 유량계를 통해 측정된 제2 유량을 비교하여,
   상기 제1 유량과 상기 제2 유량의 차이가 기설정된 오차유량범위를 벗어나는 경우, 상기 시설상태를 상기 연결관로에 누수가 발생한 것으로 판단하고,
   상기 연결관로에 설치되는 원격제어차단밸브를 차단하는 상기 대응제어신호를 생성하여 상기 원격제어차단밸브에 송신하고,
   상기 프로세서는:
   인공지능모듈을 통하여, 상기 정수장에 설치된 비전센서를 통해 촬영된 영상정보 중에서, 상기 정수장에 설치된 수질감지센서를 통해 감지된 수질정보가 기설정된 양호범위에 포함되는 경우의 제1 영상정보를 추출하고, 상기 제1 영상정보에서 상기 정수장에 저장된 물 표면의 색상정보에 대응하는 RGB값의 평균값을 기준RGB값으로 설정하고, 상기 제1 영상정보에서 상기 정수장에 저장된 물 표면의 기설정된 단위면적 당 부유물이 차지하는 면적비율을 기준부유물면적비율로 설정하고,
   상기 수질감지센서에서 수질정보가 양호범위에 포함되고, 상기 비전센서를 통해 촬영된 제2 영상정보에서 추출된 측정RGB값이 상기 기준RGB값에서 기설정된 제1 오차범위 밖인 경우, 상기 제2 영상정보에서 추출된 측정부유물면적비율과 상기 기준부유물면적비율을 비교하여, 상기 측정부유물면적비율이 상기 기준부유물면적비율을 초과하는 경우, 상기 시설상태를 상기 수질감지센서에 이상이 발생한 것으로 판단하고,
   상기 측정RGB값이 상기 기준RGB값에서 상기 제1 오차범위보다 넓게 기설정된 제2 오차범위 밖인 경우, 상기 측정부유물면적비율과 상기 기준부유물면적비율을 비교하여, 상기 측정부유물면적비율이 상기 기준부유물면적비율을 초과하는 경우, 상기 시설상태를 상기 수질감지센서에 이상이 발생한 것으로 판단하고, 상기 측정부유물면적비율이 상기 기준부유물면적비율 이하인 경우, 상기 시설상태를 상기 비전센서에 이상이 발생한 것으로 판단하고,
   상기 수질감지센서 또는 상기 비전센서에 이상이 발생한 것으로 판단되는 경우, 해당 정수장에서 출수되는 방향에 연결되는 제1 연결관로에 설치되는 원격제어차단밸브를 차단하는 상기 대응제어신호를 생성하여 상기 원격제어차단밸브에 송신하는 것을 특징으로 하는, 전자 장치.
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