KR102524779B1 - 멀티 센싱 데이터 기반 지하구 결함 탐지를 위한 네트워크시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 포터블 영상센서, IoT 복합센서 및 분포형 음향 센서를 이용하여 지하구의 결합을 신속하게 탐지할 수 있게 하는 멀티 센싱 데이터 기반 지하구 결함 탐지를 위한 네트워크시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 지하구에 설치한 균열 감시기(10), IoT 복합센서(20) 및 분포형 음향 센서(30)에서 결함을 탐지할 시에 예비알람 송신 정보를 전송하게 하고, 예비알람 후 비상시 송신 정보를 실시간 전송하게 하며, 수집한 송신 정보를 모니터링 장치(100)에서 효율적으로 활용할 수 있게 하는 미들웨어(50)를 운용한다.
Description
본 발명은 포터블 영상센서, IoT 복합센서 및 분포형 음향 센서를 이용하여 지하구의 결합을 신속하게 탐지하는 멀티 센싱 데이터 기반 지하구 결함 탐지를 위한 네트워크시스템에 관한 것이다.
지하구는 아파트, 병원, 공장, 캠퍼스 등의 비교적 큰 건물이나 부지 내에 전력 케이블, 통신 케이블, 가스 배관, 냉난방 배관 또는 이와 비슷한 것을 집합 수용하기 위하여 설치한 지하 인공 구조물로서 사람이 점검 또는 보수를 하기 위하여 출입이 가능한 것 중에 일정 규모 이상인 국민생활시설 지하구와, 전기, 가스, 수도 등의 공급설비, 통신시설, 하수도시설, 냉난방시설 등 필수적인 공공시설물 2종 이상을 지하매설물 형태로 공동 수용한 지하 공동구 등이 있다.
이러한 지하구는 좁고 긴 통로로 시공되어 있어서, 관리하는 데 많은 어려움이 있다. 그런데, 지하구 관리의 미흡으로 발생하는 사고 피해는 지하구에 수용한 시설물의 특성상 일반 건축물의 사고 피해와는 비교하기 어려울 정도로 매우 크다.
지하구의 관리 어려움을 해소하기 위해서, 지하구 내에 온도 센서, 습도 센서, 진동 센서, 영상 센서(또는 카메라) 등의 각종 센서를 설치하고, 센서의 센싱 데이터를 수집 분석하는 기술이 개시되었다. 이러한 기술은 센싱 데이터를 분석하여 위험 요인이 되는 지하구의 결함을 탐지하고, 탐지한 결함에 의해 발생할 수 있는 위험을 사전 예방 조치하는 데 활용할 수 있다.
그런데, 종래의 기술에서는 지하구 전구간의 결합을 실시간 탐지할 경우에, 지하구의 긴 통로를 따라 센서를 설치하여야 하고, 각 센서의 센싱 데이터를 다단 중계하며 각 센서의 접속을 허용하는 데이터 통신 네트워크를 지하구를 따라 구축하여 모니터링 장치에서 수집할 수 있게 하여야 하므로, 데이터 통신 네트워크의 한정된 전송 속도에 의해서 데이터 전송시 병목 현상이 발생할 수 있다. 이에 따라, 결합 탐지 결과를 얻는데 지체되고, 특히, 결합이 발생한 구역의 센싱 데이터는 실시간 센싱 데이터를 기반으로 결합의 진행 상황을 신속하게 판단하여야 하는 데, 이럴 경우 병목 현상이 더욱 가중되어서, 신속 판단도 어렵게 된다.
한편, 지하구는 장기간 사용되는 시설물로서 노후화에 따라 균열이 발생할 시에 균열의 추이를 주기적으로 감시하여야 한다. 이러한 균열의 추이는 균열을 카메라로 촬영하여 얻은 이미지를 기반으로 추이를 감시하여 실시간 감시가 가능하여야 하는 데, 데이터량이 센싱 데이터에 비해 상대적으로 매우 큰 이미지 전송에 따른 병목 현상은 더욱 가중된다.
또한, 통상 사용하는 진동 센서는 국부적인 위치의 진동을 감지하는 센서이므로, 장거리 구간의 진동을 센싱할 시에는 분포형 음향 센서(DAS : Distributed Acoustic Sensor)를 사용하여 진동(또는 음향)의 분포를 측정한다. 그런데, 분포형 음향 센서를 지하구의 진동 감지용으로 적용한 사례는 찾아볼 수 없고, 구조물 변형 또는 구조물 온도 분포 등을 감지하기 위해 사용한 사례만 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 지하구에 설치한 센서의 센싱 데이터를 상시 분석하여 지하구의 위험을 탐지하고, 데이터 병목 현상도 해소하여서, 실시간 탐지가 가능하며, 지하구에는 발생하는 진동에 대한 분석자료를 얻을 수 있는 멀티 센싱 데이터 기반 지하구 결함 탐지를 위한 네트워크시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 멀티 센싱 데이터 기반 지하구 결함 탐지를 위한 네트워크시스템에 있어서, 지하구에서 균열이 발생한 위치에 설치되며, 카메라(11)로 균열을 촬상한 이미지와 촬상 이미지로부터 얻는 균열 길이, 폭 및 방향을 포함한 균열 데이터를 감시 주기별로 기록한 후 송신 주기별로 취합하여 상시 송신 정보로서 송신하고, 감시 주기로 얻는 균열 데이터의 추이를 분석하여 균열 크기 또는 균열 크기 변화량이 임계 상태일 시에, 기록한 균열 데이터를 포함한 예비알람 송신 정보를 송신하는 균열 감시기(10); 지하구에 간격을 두고 설치되고, 온도, 습도, VoC(Volatile Organic Compounds), 불꽃, 일산화탄소 및 이산화탄소를 감지하는 센서 모듈을 구비하고 수위, 진동 또는 기울기를 감지하는 센서 모듈에 연결할 인터페이스를 구비하며, 실시간 센싱값 중에 감시 주기의 센싱값을 기록한 후 송신 주기별로 취합하여 상시 송신 정보로서 송신하고, 실시간 센싱값 또는 실시간 센싱값의 상승 속도가 단계적 임계 상태에 이를 경우에 실시간 센싱값과 임계 상태의 단계를 포함한 예비알람 송신 정보를 송신한 이후 실시간으로 얻는 센싱값을 포함한 비상시 송신 정보를 임계 상태의 단계가 오를수록 시간을 점차 짧게 한 주기로 송신하는 IoT 복합센서(20); 지하구의 벽면을 따라 배선한 광섬유(31)와, 광섬유(31)에 입사한 광의 산란광을 분석하여 얻는 진동 위치, 진동 주파수 스펙트럼 및 진동 크기를 포함한 진동 데이터를 실시간으로 얻고, 감시 주기의 진동 데이터를 기록하고, 기록한 진동 데이터를 포함한 상시 송신 정보를 송신 주기별로 송신하며, 실시간 진동 데이터에 따라 판정한 위험 수준의 실시간 진동 테이터를 포함한 예비알람 송신 정보를 송신한 이후 실시간으로 얻는 실시간 진동 테이터를 포함한 비상시 송신 정보를 위험 수준이 높아질수록 시간을 점차 짧게 한 주기로 송신하는 진동 검출기(32)를 포함하는 분포형 음향 센서(30); 균열 감시기(10) 및 IoT 복합센서(20)와 유선 또는 무선 연결한 에이피(AP: Acceess Point, 41)와, 지하구 출구측에 설치되며 에이피(42)와 무선 연결한 게이트웨이(Gateway, 43)를 포함하며, 에이피(41) 또는 게이트웨이(43)를 통해 분포형 음향 센서(30)와 유선 또는 무선 연결한 지하구 무선통신 네트워크(40); 및 무선통신 네트워크(40)를 통해 수신된 송신 정보의 데이터를 저장하고, 데이터를 모니터링하기 위해 구축된 모니터링 장치(100)와의 연계를 위한 API(Application Programming Interface)를 지원하여서, 질의에 대해 응답하여 데이터를 제공하고, 송신 정보가 예비알람 송신 정보 또는 비상시 송신 정보일 시에 송신 정보에 포함된 데이터를 즉시 제공하는 미들웨어(50);를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 미들웨어(50)는 상기 균열 감시기(10), IoT 복합센서(20) 및 분포형 음향 센서(30)에게 서로 다른 송신 주기를 전달하여, 서로 다른 송신 주기로 상시 송신 정보를 송신하게 하고, 모니터링 장치(100)로부터 개별적으로 하달받는 송신 주기를 전달하여 개별적으로 전달받는 송신 주기를 적용할 수 있게 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 미들웨어(50)는 예비알람 송신 정보를 송신한 IoT 복합센서(20)를 기준으로 한 소정의 지하구 구간을 제외한 나머지 구간의 IoT 복합센서(20)에 대해서는 증가시킨 송신 주기를 전달하거나 아니면 일시적으로 송신 중단하는 지령을 전달한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 미들웨어(50)는 상기 균열 감시기(10)의 임계 상태, 상기 IoT 복합센서(20)의 단계적 임계 상태 및 상기 분포형 음향 센서(30)의 위험 수준에 대한 판정 기준을 모니터링 장치(100)로부터 하달받아 전달하여 판정 기준을 수정 적용하게 하고, 모니터링 장치(100)로부터 예비알람 해제 지령을 받을 시에, 상기 균열 감시기(10), IoT 복합센서(20) 및 분포형 음향 센서(30) 중에 예비알람한 대상에게 예비알람 해제 지령을 전달하여서, 상시 송신 정보를 송신하게 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 IoT 복합센서(20)는 실시간 센싱한 불꽃의 광량, VoC, 일산화탄소 또는 이산화탄소의 증가량, 온도, 및 온도 상승 속도에 따라 판정한 화재 위험도가 단계적 임계 상태에 이를 경우에도 예비알람 송신 정보를 송신하게 하되, 상기 화재 위험도에 따른 단계적 임계 상태는 평상시 임계 온도를 초과한 이후 온도 상승 속도가 평상시 임계 속도를 초과할 때로 정해둔 화재 징후의 임계 상태, 불꽃이 감지된 화염 발생 단계에 해당되는 임계 상태, 불꽃이 감지된 이후, 화재 성장기의 상승 속도에 이르며, VoC 농도가 사전 설정된 농도 이하인 상황에 해당되는 임계 상태, VoC 농도가 사전 설정된 농도를 초과하고, 일산화탄소 또는 이산화탄소가 임계값 이상으로 증가한 상황에 해당되는 임계 상태를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 균열 감시기(10)는 주변에 복수 램프(12)를 배치한 카메라(11)를 피사체인 지하구 내면과 일정 거리로 이격되도록 균열 주변의 지하구 내면을 향해 돌출시킨 이격재(19)를 지하구 내면에 고정하고, 각 램프(12)를 단독 점등할 때와 모든 램프(12)를 점등할 때에 각각 촬영하여 얻는 조명 방향별 촬상 이미지를 각각 분석하여 균열 경계선을 추출한 후, 일치하지 않는 조명 방향별 촬상 이미지 상의 균열 경계선 중에 최외곽 측의 균열 경계선을 최종적인 균열 경계선으로 선정하여 최종적 균열 경계선을 얻고, 이격재(19)에 의한 이격 거리에 따라 정해진 WD(Working Distance)를 적용한 화소당 피사체 면적을 적용하여 균열 길이, 폭 및 방향을 얻는다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 균열 감시기(10)는 적어도 4개 이상의 이격재(19)를 구비하고, 각 이격재(19)의 부위 중에 지하구 내면에 고정하는 단부 부위에 이격재 마커(19a)가 인쇄되어 있고, 지하구 내면 중에 이격재(19) 단부와 닿는 부위에는 상기 균열 감시기(10) 설치시 피사체 마커(19b)가 표시되어 있으며, 촬상 이미지 상에 나타나는 이격재 마커(19a)와 피사체 마커(19b) 사이의 간격 변화가 있을 시에 균열 경계선으로 얻는 균열 이미지를 이격재 마커(19a)의 좌표로 특정되는 평면으로 이미지 변환(Image Transformation)한 후 균열 길이, 폭 및 방향을 얻고, 이격재 마커(19a)와 피사체 마커(19b) 사이의 간격이 벌어진 이격재(18)가 발생할 시에 촬상된 이미지를 포함한 예비알람 송신 정보를 즉시 상기 미들웨어(50)에 송신한다.
본 발명은 균열 감시기(10), IoT 복합센서(20) 및 분포형 음향센서(30) 내에서 1차적으로 결함을 탐지하게 하여 상시 송신 정보와는 별도로 실시간 센싱 데이터를 포함한 예비알람 송신 정보를 결함 탐지 즉시 송신하게 함으로써, 신속하게 예비 알람할 수 있고, IoT 복합센서(20) 및 분포형 음향센서(30)의 경우에 예비 알람 후 비상시 송신 정보로 전송하는 실시간 데이터를모니터링하여 결함의 진행 상황을 실시간 판단할 수 있게 함에 따라 결함 해소를 위한 초기 대응에 만전을 기할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, IoT 복합센서(20) 내에서 각종 센싱 데이터를 연계 분석하여 화재 위험에 대한 판단 결과를 얻음으로써, 지하구 화재에 대한 초기 대응을 신속하게 수행할 수 있고, 분포형 음향 센서(30)를 이용하여 진동이 발생한 위치에 따라 위험 여부를 판단할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 균열 감시기(10)는 조명 방향별 촬상 이미지를 기반으로 균열 데이터를 얻게 함으로써, 균열 감시기(10)의 적은 컴퓨터 자원으로도 보다 정확한 균열 데이터를 얻어 균열 추이를 분석하고, 이를 통해 데이터량이 많은 촬상 이미지를 균열 추이에 따라 선별적으로 송신하여, 균열 추이의 모니터닝 동작도 원활하게 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 멀티 센싱 데이터 기반 지하구 결함 탐지를 위한 네트워크시스템이 설치된 지하구를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 멀티 센싱 데이터 기반 지하구 결함 탐지를 위한 네트워크시스템의 데이터 처리 구성의 블록 구성도.
도 3은 도 1에서 균열 감시기(10)가 설치된 부분의 확대 사시도(a)와, 카메라(11)가 설치된 면을 보여주는 균열 감시기(10)의 사시도(b).
도 4는 균열 감시기(10)에서 조명 방향별로 달라지는 촬상 이미지 상의 균열 경계(2a) 및 균열 홈 입구(2b)의 밝기 차이를 설명하기 위한 도면.
도 5는 아키텍처 형식으로 도시한 미들웨어(50)의 구성도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 멀티 센싱 데이터 기반 지하구 결함 탐지를 위한 네트워크시스템의 데이터 처리 구성의 블록 구성도.
도 3은 도 1에서 균열 감시기(10)가 설치된 부분의 확대 사시도(a)와, 카메라(11)가 설치된 면을 보여주는 균열 감시기(10)의 사시도(b).
도 4는 균열 감시기(10)에서 조명 방향별로 달라지는 촬상 이미지 상의 균열 경계(2a) 및 균열 홈 입구(2b)의 밝기 차이를 설명하기 위한 도면.
도 5는 아키텍처 형식으로 도시한 미들웨어(50)의 구성도.
이하, 본 발명의 실시 예들에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 구체적이고 다양한 예시들을 보여주며 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 범위 내에서 다양한 변경이나 수정을 통해 실시될 수 있음도 분명하므로, 설명하는 실시 예들에 한정되지는 않는다. 그리고, 본 발명의 실시예들은 잘 알려진 부품, 회로, 기능, 방법, 전형적인 상세한 내용에 대해서는 본 발명이 속한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 추가하여 실시할 수 있으므로, 자세히 기술하지 않기로 한다.
본 발명의 실시 예는 소프트웨어와 하드웨어가 결합된 형태로 구현될 수 있고, 소프트웨어와 하드웨어 형태는 모듈, 부 등으로 기술될 수 있고, 기록매체에 구현된 컴퓨터에서 읽을 수 있는 프로그램 코드의 형태로 구현될 수 있다.
구성요소 사이의 연결은 데이터, 신호, 정보 등을 전달하기 위해 유선 연결 또는 무선 연결일 수 있고, 그 중간에 다른 구성요소를 사이에 두고 간접 연결되어 있는 경우도 포함할 수 있다.
어떤 구성요소를 ‘포함’한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도 1에 예시한 지하구(1)를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 멀티 센싱 데이터 기반 지하구 결함 탐지를 위한 네트워크시스템는 지하구에서 발생하는 결함을 탐지하여 지상에서 지하구의 결함을 모니터링할 수 있게 설치한 모니터링 장치(100)에게 탐지 결합을 수집 제공하기 위한 네트워크시스템으로서, 지하구(1) 내부에 설치되는 균열 감시기(10), IoT 복합센서(20) 및 분포형 음향 센서(30)와, 지하구를 따라 구축되어 지하구 무선통신 네트워크(40)와, 균열 감시기(10), IoT 복합센서(20) 및 분포형 음향 센서(30)에 송신한 결함 데이터를 수집하여 모니터링 장치(100)에서 활용할 수 있게 하는 미들웨어(50)를 포함한다.
도 1에서 보여준 설치 상태도와 도 2에 도시한 블록 구성도와 도 3에 도시한 균열 감시기(10)의 사시도와, 도 4에서 촬상 시의 조명 방향 영향을 보여주는 도면과, 도 5에 도시한 미들웨어(50)의 구성도를 참조하며 상세하게 설명한다.
상기 균열 감시기(10)는 지하구(1)에서 균열이 발생한 곳마다 하나씩 쉽게 설치할 수 있는 포터블 형태로 구성되고, 카메라(11)로 균열을 촬상하여 촬상 이미지 상에 나타나는 균열의 변동 추이를 모니터링하고, 균열의 변동이 클 경우에 이벤트를 발생시켜 상기 지하구 무선통신 네트워크(40)를 통해 상기 미들웨어(50)에게 이벤트 정보를 전달하며, 상기 미들웨어(50)에서 전달하는 설정 또는 지령에 따라 동작하게 한다.
상기 균열 감시기(10)는 균열(2)을 향하는 정면에 카메라(11)를 구비하고, 카메라(11) 주변의 정면에는 복수 램프(12)가 카메라(11)를 중심으로 둘레방향을 따라 간격을 두고 배치한 복수의 램프(12)를 구비하며, 정면을 피사체인 지하구 내면과 일정 거리로 이격되도록 균열(2) 주변의 지하구 내면을 향해 돌출시킨 이격재(19)를 구비하여서, 균열(2)이 발생한 지하구 내면에서 균열(2) 주변에 이격재(19) 단부를 고정하는 방식으로 설치함으로써, 균열(2)을 조명하며 촬영할 수 있게 한다.
구체적인 실시 예에 따르면, 이격재(19)는 적어도 4개 이상이 둘레 방향을 따라 균일한 간격으로 구비된다. 도면에서는 상기 균열 감시기(10)를 직육면체 형상의 케이스를 이용하여 제작하였으므로, 4개소 모퉁이에 1개씩의 이격재(19)를 구비한다.
그리고, 각 이격재(19)의 단부는 도 3(b)의 사시도에서 보여주는 바와 같이 카메라(11)에 의해 촬상되는 이격재 마커(19a)가 인쇄되어 있다. 또한, 지하구 내면 중에 이격재(19)의 단부가 고정되며 닿는 부위에는 설치 상태를 확대 도시한 도 3(a)에서 보여주는 바와 같이 균열 감시기(10)를 설치할 시에 설치 작업자가 카메라(11)에 의해 촬상되게 하는 피사체 마커(19b)를 표시하게 한다. 여기서, 이격재 마커(19a) 및 피사체 마커(19b)는 가능하면 근접하게 하며, 그 형상이 사전 약속된 형상으로 표시되어서, 카메라(11) 촬상 이미지 상에서 식별할 수 있게 한다. 피사체 마커(19b)는 예를 들어 지하구 내면에 부착하는 스티커 또는 테이프와 같은 구성으로 할 수도 있다.
일반적으로 지하구(1) 내면을 인위적으로 손상시키는 것은 피하는 것이 좋으므로, 상기 균열 감시기(10)를 설치하기 위해 이격재(19)를 지하구 내멱에 고정할 시에 앵커 볼트 대신에 접착 방식으로 고정하는 것이 바람직하다. 이에, 촬상 이미지 상에서 위치 고정되는 이격재 마커(19a)와 접착 부위가 떨어질 시에 촬상 이미지 상에서 위치 이동하는 피사체 마커(19b)를 이용하여 후술하는 바와 같이 화소당 면적을 보정 사용한다.
한편, 카메라(11)는 광각 카메라를 사용함으로써, 균열이 길고, 그 길이가 어느 방향으로 증가하더라도 촬영할 수 있고, 이격재 마커(19a) 및 피사체 마커(19b)도 촬영할 수 있으며, 이격재(19) 길이도 짧게 하여 지하구 통행에 불편하지 않게 하는 것이 좋다.
그리고, 상기 균열 감시기(10)는 도 2의 블록 구성도에서 보여주는 바와 같이 예를 들어 마이크로 컨트롤러의 하드웨어에 소프트웨어를 결합한 형태로 구현하는 균열 이미지 획득부(13), 균열 측정부(14), 균열 추이 분석부(15) 및 송신 정보 생성부(16)와, 통신모듈(17)과 메모리(18)를 구비한다.
상기 균열 이미지 획득부(13)는 각 램프(12)를 단독 점등하며 카메라(11)로 촬영하고, 모든 램프(12)를 점등한 상태에서도 카메라(11)로 촬영하여, 조명 방향별로 촬상한 이미지를 얻는다. 그리고, 촬상 이미지를 분석하여 균열 경계선으로 구분되는 균열 이미지를 얻는다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 조명 방향별 촬상 이미지를 얻으므로, 조명 방향별 촬상 이미지를 각각 분석하여 균열의 경계선을 추출한다. 이에 따라, 조명 방향별 촬상 이미지 상의 균열 경계선이 일치하지 않을 수 있으므로, 균열 경계선이 일치하지 않는 균열 구간에 대해서는 조명 방향에 따라 어느 하나의 균열 경계선을 택일하여 최종적인 균열 경계선으로 선정한다.
균열 경계선 또는 균열 이미지를 얻는 방법은 예를 들어 그레이 스케일의 이미지로 변환하는 단계, 잡음 제거 등을 위한 필터링 단계, 균열의 외곽을 추적하기 위해 트랙킹(Tracking)하며 균열 경계에서의 명암 변화에 따라 균열 경계의 화소를 추출하는 단계 등과 같이 잘 알려진 방법이므로 상세 설명을 생략한다. 다만, 조명 방향별 촬상 이미지에 의해 조명 방향측의 균열 경계가 뚜렷하게 나타나므로, 가능하면 간소한 방식의 균열 경계선 추출 방법을 사용하는 것이 바람직하며, 예를 들어 지하구 표면 밝기의 화소를 제거한 후 화소의 밝기 차이가 있는 경계를 찾아가는 방식으로 할 수 있다.
균열 경계선의 택일에 대해서는 도 4를 참조하며 설명한다.
도 4(a)에 예시한 바와 같이, 카메라(11) 주변의 램프(12)를 모두 점등하면, 균열 홈 입구(2b)에도 강한 빛이 조사되어서, 촬상 이미지에서 균열 경계(2a)와 균열 홈 입구(2b)은 명확하게 구분되지 않는 밝기의 화소값을 갖게 될 수 있다. 더욱이, 균열(2) 폭이 증가하는 경우에 강한 빛이 조사되는 균열 홈 입구(2b)의 깊이도 달라지고, 점등한 램프(12)와 균열의 상대적 위치에 의해서 강한 빛이 조사되는 균열 홈 입구(2b)의 깊이가 달라지므로, 촬상 이미지에서 검출하는 균열 경계선과 실제 균열 경계(2a)의 차이가 커질 수도 있다.
반면에 도 4(b,c)에 예시한 바와 같이, 카메라(11) 주변의 램프(12) 중에 어느 한쪽의 램프(12)만 점등시켜 카메라(11) 기준으로 조명 방향을 다르게 하면, 조명 방향, 즉, 점등한 램프(12)가 있는 방향의 균열 경계(2a)에 이어진 균열 홈 입구(2b)에는 그 균열 경계(2a)에 의한 그림자가 발생하여 강한 빛이 조사되지 않으므로, 균열 경계(2a)와 균열 홈 입구(2b)는 촬상 이미지에서 명확하게 구분할 수 있는 밝기의 화소값을 갖게 된다.
따라서, 복수의 램프(12)를 순차적으로 단독 점등하며 얻는 촬상 이미지와, 복수 램프(12) 전부를 점등하며 얻는 촬상 이미지에서 각각 추출한 균열 경계선은 램프(12)와의 상대적 위치가 상이한 균열(2)의 각 구간별로 일치하지 않는 균열 경계선이 추출될 수 있다.
이에, 균열(2) 구간별로 일치하지 않는 균열 경계선이 추출될 시에, 조명 방향에 따라 택일하여 최종적 균열 경계선을 선정함으로써, 실제 균열 경졔(2a)와 가장 근접한 균열 경계선을 얻을 수 있다. 물론, 균열의 형상이 다양하여, 도 4에 예시한 각도로 조명되지 않는 균열 구간도 있겠지만, 균열 전체 구간을 보면, 보다 정확한 균열 경계선을 얻을 수 있다는 의미이다.
한편, 균열(2)은 다양한 형태로 발생하고, 발생한 이후에도 다양한 형태로 확장될 수 있으므로, 택일하는 방식으로서, 일치하지 않는 조명 방향별 촬상 이미지 상의 균열 경계선 중에 균열 중심을 기준으로 최외곽 측에 있는 균열 경계선을 최종적인 균열 경계선으로 선정하는 방식을 사용함으로써, 보다 간편하게 최종적인 균열 경계선을 얻을 수 있다.
또한, 모든 램프(12)를 점등할 시에 얻는 촬상 이미지에서 균열 경계선을 추출한 후, 그 균열 경계선을 기준으로 나머지 촬상 이미지(조명 방향별 촬상 이미지)에서 균열 경계선을 추출함으로써, 보다 간편하게 각 균열 경계선을 추출할 수 있다. 즉, 기준이 되는 균열 경계선으로부터 균열 외곽측으로 확장한 영역을 탐색 범위로 선정한 후, 램프(12)를 단독 점등하며 얻는 촬상 이미지에서 균열 경계선을 추출할 시에 탐색 범위 내에서 균열 경계를 탐색하여 균열 경계선을 얻는다. 물론 탐색 범위는 사전 설정된 거리 또는 균열 중심선을 기준으로 한 사전 설정된 거리 비율로 확장한 범위를 갖게 할 수 있다.
상기 균열 측정부(14)는 최종적인 균열 경계선으로 특정되는 균열 이미지로부터 균열 길이, 폭 및 방향을 산출하여, 촬상 이미지, 균열 길이, 폭, 방향 및 촬영시간을 포함한 균열 데이터를 얻는다. 잘 알려진 바와 같이 균열 이미지에 포함된 화소 개수에 따라 균열 길이 및 균열 폭을 얻을 수 있고, 균열 이미지의 형상에 따라 균열 방향을 얻을 수 있다.
여기서, 균열 이미지의 화소당 적용할 면적은 이격재(19)에 의한 이격 거리에 따라 정해진 WD(Working Distance)를 적용한 화소당 피사체 면적으로 한다. 즉, WD(Working Distance)는 카메라(11)로부터 피사체인 지하구 내면까지의 수직 거리이고, 이격재(19)에 의해 미리 결정된 값이므로, 이를 적용하여 균열 이미지 상의 화소에 대응되는 지하구 내면의 면적은 미리 정해둘 수 있다.
한편, 상기 균열 이미지 획득부(13)에서 얻는 균열 이미지는 피사체 마커(19b)에 의해 특정되는 평면 상의 이미지이다. 이때의 평면은 피사체 마커(19b)에 접한 이격재 마커(19a)에 의해 특정되는 평면이 된다. 그런데, 이격재 마커(19a)와 피사체 마커(19b) 사이의 간격이 발생하여 상대적 위치 변화가 있을 시에는, 양 평면이 일치하지 않는다.
이에, 촬상 이미지에서 이격재 마커(19a)와 피사체 마커(19b)를 각각 식별하여 좌표를 얻은 후 상대적 위치 변화가 발생하면, 피사체 마커(19b)에 의해 특정되는 평면 상의 균열 이미지를 상기 이격재 마커(19a)의 좌표로 특정되는 평면으로 이미지 변환(Image Transformation)한다. 그리고, 이미지 변환하여 얻는 균열 이미지로부터 균열 데이터를 얻는다.
여기서, 이미지 변환은 촬상 이미지 상의 이격재 마커(19a) 및 피사체 마커(19b)를 식별하여 얻는 이미지 상의 좌표를 이용할 수 있으며, 예시한 바와 같이 4개 이상의 이격재(19)를 사용함으로써 4쌍의 좌표를 얻어 보다 정확하게 변환하는 것이 좋으며, 예를 들어 투영 변환(Projective Transformation)으로 할 수 있다. 이러한 이미지 변환은 공지된 기술이므로 상세 설명을 생략한다.
이와 같이 얻는 균열 데이터는 사전 설정된 균열 감시 주기별로 얻고, 촬상 이미지 및 촬영 시간과 함께 메모리(18)에 저장한다. 여기서 저장하는 촬상 이미지는 데이터량을 고려하여 모든 램프를 점등하며 얻는 촬상 이미지만으로 할 수도 있다.
상기 균열 추이 분석부(15)는 균열 데이터를 얻어 기록할 때마다 이전 기록된 균열 데이터와 비교하고, 비교 결과에 따라 균열의 추이를 감시하며, 균열 크기가 사전 설정된 크기 임계값 이상이거나 또는 균열 크기 변화량이 사전 설정된 변화량 임계값 이상인 임계 상태일 시에, 예비알람 송신 정보를 위한 이벤트를 발생시킨다.
구체적으로, 주요 관심사는 균열 폭이므로, 균열 폭 또는 균열 폭 변화량이 임계값 이상일 시에 이벤트를 발생시킨다. 균열 길이에 대해서는 증가량 또는 증가 비율이 임계값 이상일 시에 이벤트를 발생시키게 할 수 있다. 균열 방향에 대해서는 균열 길이가 증가한 부분과 이전 균열 부분의 각도가 임계값 이상일 시에 이벤트를 발생시키게 할 수 있다.
상기 송신 정보 생성부(16)는 기록한 균열 데이터, 촬상 이미지 및 촬영 시간을 포함한 상시 송신 정보를 사전 설정한 송신 주기(이벤트가 발생하지 아니한 평상시의 송신 주기)별로 생성하여 상기 통신모듈(17)을 통해 송신하고, 상기한 이벤트가 발생할 시에는 이벤트가 발생한 시점까지 기록된 균열 데이터를 포함한 예비알람 송신 정보를 즉시 생성하여 상기 통신모듈(17)을 통해 송신한다. 상시 송신 정보이든 예비알람 송신 정보이든 송신 정보를 생성하여 송신한 이후에는 기록 정보를 삭제하여 메모리 관리할 수 있다.
여기서, 상기 통신모듈(17)은 하기의 지하구 무선통신 네트워크(40)를 구성하는 에이피(41) 중에 가장 근접한 에이피(41)에 접속되게 한다.
한편, 상기 송신 정보 생성부(16)는 이격재 마커(19a)와 피사체 마커(19b) 사이의 간격이 벌어진 이격재(18)가 발생한 경우에, 촬상 이미지를 즉시 송신한다. 이에 따라, 상기 미들웨어(50)에서 예비 알람함으로써 장치 관리자가 확인하여 상기 균열 감시기(10)의 설치 상태를 관리할 수 있게 한다.
상기 IoT 복합센서(20)는 도 2의 블록 구성도에서 보여주는 바와 같이 온도, 습도, VoC(Volatile Organic Compounds), 불꽃, 일산화탄소 및 이산화탄소를 감지하기 위한 다수의 센서 모듈(21)을 구비하고, 상기 IoT 복합센서(20)와는 분리되어 센싱할 위치에 맞춰 설치하는 센서 모듈과 연결할 수 있는 센서 인터페이스(21a)를 구비하며, 지하구 내에서 센싱할 적절한 위치에 각각 설치하여 지하구에 간격을 두고 설치된다. 여기서, 불꽃 감지하는 센서 모듈은 불꽃의 광량을 센싱할 수 있는 센서이고, 센서 인터페이스(21a)에 연결하는 센서 모듈은 수위, 진동 또는 기울기를 감지하기 위한 것일 수 있다.
그리고, 상기 IoT 복합센서(20)는 소프트웨어와 하드웨어가 결합된 형태로 구현될 수 있는 센싱부(22), 임계 판단부(23) 및 송신 정보 생성부(24)와, 지하구 무선통신 네트워크(40)에 통신 연결하기 위한 통신모듈(25)과, 센싱값을 비롯한 각종 정보 또는 데이터를 저장하여 데이터 로거 기능을 수행하기 위한 메모리(26)를 구비한다.
상기 센싱부(22)는 각 센서 모듈의 센싱값을 센서 모듈별로 설정된 센싱 주기별로 각각 얻고, 센싱 주기와 상이하게 사전 설정된 감시 주기별로 얻는 센싱값은 메모리(26)에 기록한다.
여기서, 센싱 주기는 실질적으로 실시간 센싱하는 것으로 간주될 수 있는 매우 짧은 주기로서, 하기의 임계 판단부(23)에서 실시간 센싱값을 분석하여 임계 상태를 판단하기 위해 사용된다. 이를 위해서, 센싱 주기로 실시간 얻는 센싱값은 사전 설정된 시간 동안 임시 기록하여 둔 후 하기의 임계 판단부(23)의 판단결과에 송신 정보로 사용되거나 아니면 삭제된다. 감시 주기는 센싱 주기보다 긴 시간을 갖는 주기로서, 위험 상태가 아닌 평상시의 센싱값을 기록하기 위한 주기로 사용된다.
상기 임계 판단부(23)는 지하구 결함의 임계 상태를 실시간 센싱값에 따라 판단하여, 임계 상태에 이를 경우에 이벤트를 발생시킨다.
여기서, 지하구 결함에 따른 위험 정도의 경중을 고려하여 다단의 임계 기준을 설정하여 둠으로써, 단계적 임계 기준에 따라 단계적 임계 상태로 판정하고, 임계 상태별로 구분되는 이벤트를 발생시키게 한다.
이벤트는 다음과 같이 분류할 수 있다.
첫째, 각 센서 모듈별로 센싱값을 단계적 임계값과 비교하여 판정한 위험도가 단계적 임계 상태에 이를 경우에, 단계별로 구분되는 이벤트를 발생시킨다. 구체적인 예로서, 단계적 임계값을 서로 다른 크기의 센싱값으로 설정하여 둠으로써, 센싱값이 점차 증가하여 단계적 임계값에 순차적으로 도달할 때마다 각 단계의 이벤트를 발생시키게 한다. 물론, 불꽃 감지용 센서 모듈에서 불꽃 발생에 따른 광량이 검출될 시에는 화재 초기 발화의 임계 상태로 하고, 광량의 크기로 설정한 단계적 임계값에 따라 단계적 임계 상태를 판정한다.
둘째, 각 센서 모듈별로 센싱값의 상승 속도를 단계적 임계 속도와 비교하여 판정한 위험도가 단계적 임계 상태에 이를 경우에, 단계별로 구분되는 이벤트를 발생시킨다. 예를 들어, 온도, 습도, VoC, 불꽃, 일산화탄소, 이산화탄소, 수위, 진동, 및 기울기는 시간당 증가량의 크기에 따라 지하구 내의 위험도를 다르게 판정할 수 있으므로, 서로 다른 크기의 시간당 증가량을 단계적 임계 속도의 값으로 설정하여 둠으로써, 센싱값의 시간당 증가량이 점차 증가하여 단계적 임계 속도에 순차적으로 이를 때마다 임계 속도에 대응되는 단계의 이벤트를 발생시킨다.
셋째, 화재 위험도를 지하구의 특수성에 따라 구분하여 이벤트를 발생시키게 한다. 지하구에서 발생한 화재의 위험도는 화재 초기에 대응하는 데 어려움을 주는 다양한 요인이 존재하므로, 불꽃의 광량뿐만 아니라 온도, 일산화탄소, 이산화탄소 및 VoC를 반영하여 판정하고, 그 위험도의 경중에 따라 단계적 임계 상태를 결정한다.
구체적인 실시 예로서, 화재 징후 단계를 나타내는 임계 상태, 화염 발생 단계를 나타내는 임계 상태, 화재에 대응 가능한 단계를 나타내는 임계 상태 및 대응하기 어려운 진화 위험 단계를 나타내는 임계 상태로 구분할 수 있다.
화재 징후 단계는 사전 설정한 임계 온도를 초과한 이후 온도 상승 속도가 평상시 임계 속도를 초과하는 이상 징후를 보일 때로 할 수 있다. 이를 위해서, 화재가 발생하지 아니한 평상시 온도의 변화에 대한 데이터에 근거하여, 평상시의 온도 범위에 따라 임계 온도를 정하고, 평상시 온도 상승 속도의 최대치를 임계 속도로 정할 수 있다. 이러한 임계 온도 및 임계 속도는 화염이 발생하기 전 가연물의 가열 상태 온도의 값으로 적절하게 수정할 수도 있다.
화염 발생 단계는 화재에 의한 불꽃이 감지된 상태이다. 광량 감지의 오류를 고려하여, 점화할 시의 감지되는 불꽃 광량의 값으로 임계값을 설정하여 두어서, 임계값 이상일 시에 화염 발생 단계로 판단하게 할 수 있다.
진화 가능 단계는 불꽃 광량이 점화 시에 대응되는 임계값을 초과하고, 온도 상승 속도가 화재 성장기의 상승 속도에 이르며, VoC 농도가 사전 설정된 농도 이하인 상태로 할 수 있다. 화재 성장 단계에 따르면 착화 이후 가연성물질의 연소에 의해 온도가 급격하게 상승하고, 가연성 증기도 증가하므로, 연소 시의 온도 상승 속도를 적용하고, 가연성 증기의 농도는 적어도 플래시오버(flash-ovr) 시의 농도보다는 상대적 매우 적은 값으로 적용하되 VoC 농도의 값으로 감지하는 값으로 할 수 있다. 이 단계에서는 지하구라도 진화 시도가 가능할 정도의 단계로서 임계치를 정하는 것이 좋다.
진화 위험 단계는 VoC 농도가 상기한 농도 이상이고, 일산화탄소 또는 이산화탄소가 사전 설정된 임계값 이상으로 증가하여 지하구 진입하여 진화하기 어려운 상태로 할 수 있다. 가연성 증기가 연소할 수 있고, 플래시오버에 이를 수도 있을 뿐만 아니라, 화재가 착화한 부분에서 주변으로 확산하여 일산화탄소 또는 이산화탄소도 상대적으로 많이 증가한 상태이므로, 일산화탄소 또는 이산화탄소에 대한 임계값을 적절하게 설정하여 둠으로써, 이 단계를 구분하여 판정할 수 있다.
한편, 단계적 임계 상태를 나타내는 이벤트를 설명함에 있어서, 동일 센서 모듈에 대한 다양한 임계치가 설명되어 있는데 이는 이벤트 상황에 맞춰 서로 다른 값으로 사용될 수 있다.
상기 송신 정보 생성부(24)는 감시 주기로 기록된 센싱값을 취합한 상시 송신 정보를 사전 설정된 송신 주기별로 생성하여 통신모듈(25)을 통해 송신하고, 송신 성공한 이후에는 기록을 삭제하여 메모리 관리할 수 있다.
아울러, 상기 송신 정보 생성부(24)는 상기한 이벤트가 발생할 시에 이벤트 발생 시점까지 얻은 실시간 센싱값과 판정한 임계 상태의 단계를 포함한 예비알람 송신 정보를 실시간 생성하여 송신한다. 물론, 상시 송신 정보로서 송신하지 않은 센싱값이 있다면 예비알람 송신 정보에 포함시킬 수도 있다..
이벤트에 따라 예비알람 송신 정보를 송신한 이후에는 센서 모듈을 통해 얻는 실시간 센싱값을 비상시 송신 정보로서 생성하여 송신함으로써, 단계적 임계 상태 사이의 시간에도 실시간 센싱값을 송신하게 한다. 즉, 임계 상태가 해소되지 아니하면 임계 상태 이후에도 실시간 센싱값을 송신하는 것이고, 다음 단계의 임계 상태에 이르기 전에도 실시간 센싱값을 지속적으로 송신하는 것이다. 이때의 비상시 송신 정보의 생성 및 송신 주기는 센싱값의 변화에 따라 임계 상태의 단계가 순차적으로 오를수록 점진적으로 짧게 한 주기로 한다.
물론, 예비알람 송신 정보를 송신하고, 비상시 송신 정보를 송신하는 중에는 상시 송신 정보의 생성 및 송신을 생략할 수 있다.
상기 분포형 음향 센서(30)는 지하구 구조물에 가해지는 진동을 감지하기 위한 것으로서, 지하구의 벽면을 따라 배선하되 벽면에 고정하여 벽면에 가해지는 진동을 감지할 수 있게 한 광섬유(31)와, 광섬유(31) 내의 산란현상을 이용하여 광섬유(31)에 가해진 진동을 검출하는 진동 검출기(32)를 포함한다.
여기서, 진동 검출기(32)는 진동을 검출 분석하여 위험 감지하기 위한 신호 분석부(32a), 위험 수준 판단부(32b) 및 송신 정보 생성부(32c)와, 지하구 무선통신 네트워크(40)에 연결하기 위한 통신모듈(32d)과, 데이터 로거 기능을 위한 메모리(32e)를 포함한다.
상기 신호 분석부(32a)는 공지된 구성요로서 잘 알려진 바와 같이 광섬유(32)에 광(예를 들어 펄스광)을 입사한 후 진동이 발생한 위치에서 입사한 광의 산란에 따라 출사되는 산란광을 분석하여서, 산란광이 되돌아오는 시간에 따라 얻는 진동 위치와, 푸리에 변환하여 얻는 진동 주파수 스펙트럼과, 진폭 또는 주파수 성분 크기로 얻는 진동 크기를 포함한 진동 데이터를 얻는다. 여기서, 진동 데이터는 실시간으로 얻고, 사전 설정된 감시 주기별로 얻는 진동 데이터는 메모리에 기록한다. 실시간 진동 데이터는 사전 설정된 시간 동안 임시 기록하여 두어서 하기의 예비알람 송신 정보로 송신할 수 있게 한다.
상기 위험 수준 판단부(32b)는 사전 설정된 위험 수준 판정 기준을 적용하여 실시간 진동 데이터에서 나타나는 위험 수준을 판단하고, 위험 수준에 따라 이벤트를 발생시킨다.
여기서, 위험 수준 판정 기준은 위험의 경중을 구분하기 위한 단계적 위험 수준을 판단할 수 있게 설정할 수 있다. 예를 들어, 진동 크기에 따른 판정 기준을 적용하여 위험 수준의 단계를 판단할 수 있고, 진동이 발생한 위치에 따른 판정 기준을 적용하여 위험 수준의 단계를 판단할 수 있다. 다른 예로서, 진동 원인에 따라 진동 주파수의 분포가 상이하므로, 진동 주파수 성분의 분포와 진동 원인의 연관성을 적용하여 진동 원인을 추정하는 방식을 사용함으로써, 진동 주파수 성분의 분포를 분석하여 추정한 진동 원인에 따라 위험 수준의 단계를 판단할 수 있다.
상기 송신 정보 생성부(32c)는 감시 주기로 기록한 진동 데이터를 사전 설정한 송신 주기별로 취합하여 상시 송신 정보를 생성한 후 송신하고, 상기한 이벤트가 발생하면 실시간 진동 데이터를 취함하여 포함시킨 예비알람 송신 정보를 생성한 후 송신한다.
예비알람 송신 정보를 송신한 이후에도 실시간으로 얻는 실시간 진동 데이터를 포함한 비상시 송신 정보를 생성 및 송신한다. 이때, 비상시 송신 정보의 송신 주기는 위험 수준이 높아질수록(즉, 위험 수준의 단계가 올라갈수도록) 시간을 점차 짧게 한다.
물론, 예비알람 송신 정보를 송신하고, 비상시 송신 정보를 송신하는 중에는 상시 송신 정보의 생성 및 송신을 생략할 수 있고, 송신한 데이터는 삭제하는 메모리 관리 기능을 갖게 할 수 있다.
상기 지하구 무선통신 네트워크(40)는 지하구(1)에 설치된 균열 감시기(10) 및 IoT 복합센서(20)가 통신 연결할 수 있는 에이피(AP: Acceess Point, 31)와, 지하구 출구측에 설치되어 상기 미들웨어(50)와 무선 연결할 수 있는 게이트웨이(Gateway, 33)와, 에이피(41)를 게이트 웨이(43)와 무선 연결하기 위한 라우터(Router, 32)를 포함하고, 에이피(41) 또는 게이트웨이(43)를 통해 분포형 음향 센서(30)와 유선 또는 무선 연결한 네트워크로서, 균열 감시기(10), IoT 복합센서(20) 및 분포형 음향 센서(30)를 상기 미들웨어(50)와 통신 연결한다.
여기서, 에이피(41)는 균열 감시기(10) 및 IoT 복합센서(20)가 지하구의 어느 곳에 설치하더라도 접속할 수 있도록 지하구를 따라 소정 간격으로 설치하는 것이 좋다. 물론, 에이피(41)는 근접하게 설치한 균열 감시기(10) 또는 IoT 복합센서(20)를 유선 연결하는 인터페이스를 구비하여, 유선 연결하게 할 수도 있다. 분포형 음향 센서(30)는 장거리의 광섬유(31) 끝단에 설치하는 경우 게이트웨이(43)에 직접 연결할 수 있으나, 광섬유(31)를 지하구의 일부 구간에 설치한 경우에는 에이피(41)에 연결되게 할 수도 있다.
한편, 도 1에 예시한 네트워크 구성으로 한정하는 것은 아니고, 에이피(41)의 사이를 무선 연결하거나, 에이피(41) 사이에 라우터(42)를 설치하여 에이피(41) 사이를 무선 연결하거나, 라우터(42)를 무선 연결 거리에 따라 선택적으로 설치하여서, 에이피(41)와 게이트웨이(43) 사이를 무선 연결할 수 있는 네트워크를 구성할 수 있다. 균열 감시기(10) 및 IoT 복합센서(20)와 모니터링 장치(50) 사이의 무선 연결을 위한 상기 지하구 무선통신 네트워크(40)는 예를 들어 LPWA, WiFi, BLE 등의 무선통신으로 구현가능하다.
상기 미들웨어(50)는 지하구 내부에서 결함(또는 위험)을 유발할 수 있는 요인의 탐지 데이터를 가공 및 분석하며 모니터링하는 원격 감시를 위한 프로그램이 실행되는 모니터링 장치(100)에 탐재 또는 모니터링 장치(100)와 연동되게 설치되어서, 균열 감시기(10), IoT 복합센서(20) 및 분포형 음향 센서(30)로 탐지된 요인의 데이터를 효율적으로 활용하여 지하구 내부의 결함을 모니터링하게 하며, 이를 위해서, 도 5에 도시한 바와 같이 네트워크 인터페이스 컴포넌트(51), 데이터 통합 모듈(52), 데이터 계층(53) 및 어플리케이션 인터페이스 컴포넌트(54)를 포함한다.
네트워크 인터페이스 컴포넌트(51)는 게이트웨이(40)에 연결되어, 균열 감시기(10), IoT 복합센서(20) 및 분포형 음향 센서(30)에서 송신하여 수신하게 되는 송신 정보의 데이터에 대해 정합성이 보장된 데이터로서 수집한다.
즉, 균열 감시기(10)에서 상시 송신 정보 또는 예비알람 송신 정보로 전송되는 균열 데이터, IoT 복합 센서(20)에서 상시 송신 정보, 예비알람 송신 정보 또는 비상시 송신 정보로 전송되는 센싱 데이터, 및 분포형 음향 센서(30)에서 상시 송신 정보, 예비알람 송신 정보 또는 비상시 송신 정보로 전송되는 진동 데이터를 정합성이 보장되는 데이터로서 수집한다.
데이터 통합 모듈(52)은 수집한 데이터를 균열 감시기(10), IoT 복합센서(20) 및 분포형 음향 센서(30) 별로 분류하고, 상시, 예비알람 및 비상시의 데이터로도 세분화하여 데이터 계층(53)에 전달한다.
데이터 계층(53)은 데이터 베이스(53e), 데이터 관리모듈(53a), 이벤트 관리모듈(53b), 노드 매칭 모듈(53c) 및 설정 관리 모듈(53d)을 포함한다.
데이터 베이스(53e)는 균열 감시기(10), IoT 복합센서(20) 및 분포형 음향 센서(30)의 설치 위치, 장착된 구성요소, 구성요소의 규격 등을 포함한 정보를 균열 감시기(10), IoT 복합센서(20) 및 분포형 음향 센서(30)를 노드(node)로 갖는 통신망 구성도에 연계하여 노드 정보로서 저장하여 두고, 데이터 통합 모듈(52)에서 분류한 데이터를 노드에 매칭시켜 저장한다.
데이터 관리모듈(53a)은 분류 저장한 데이터의 조회 및 검색 기능을 담당한다.
이벤트 관리모듈(53b)은 수신한 송신 정보가 예비알람 송신 정보 또는 비상시 송신 정보인지를 확인하여, 이벤트 상황을 감지한다. 아울러, 예비알람 송신 정보인 경우에는 임계 상태의 단계 또는 위험 수준의 단계를 확인하여 이벤트 상황을 세분화하며 감지한다.
노드 매칭 모듈(53c)은 노드 정보의 조회 및 검색 기능을 담당한다.
설정 관리 모듈(53d)은 각 노드별 설정값 생성, 수정, 조회 및 검색기능을 담당한다. 여기서는 상기 균열 감시기(10), IoT 복합센서(20) 및 분포형 음향 센서(30)에서 상시 송신 정보를 전송하기 위해 적용하는 송신 주기를 서로 다른 값을 갖도록 생성하는 기능도 담당한다. 또한, 예비알람 송신 정보를 송신한 IoT 복합센서(20)가 있는 경우에, 그 IoT 복합센서를 기준으로 한 기설정 소정 길이의 지하구 구간을 통신망 구성도에서 탐색한 후 해당 구간을 제외한 나머지 구간의 IoT 복합센서에 대해 송신 주기를 증가시켜 수정하는 기능도 담당한다. 여기서, 송신 주기를 무한의 값으로 정하여 실질적으로 송신 중단하는 지령의 기능을 갖게 할 수도 있다.
어플리케이션 인터페이스 컴포넌트(54)는 모니터링 장치(100)와 연결하여 데이터 계층(53)에 의한 각 기능을 활용하게 하고, 지령 및 설정을 입력받기 위한 기능을 수행하게 한다. 이와 같은 모니터링 장치(100)와의 연계를 위한 API(Application Programming Interface)를 지원한다.
구체적으로, 노드별 질의에 응답하여 해당되는 데이터를 모니터링 장치(100)에 제공하기 위한 질의 수행기(54a), 모니터링 장치(100)에서 내리는 지령을 받기 위한 지령 수행기(53b), 이벤트 발생시에 이벤트가 발생한 노드와 이벤트 발생에 관련된 데이터를 즉시 모니터링 장치(100)에 제공하기 위한 이벤트 수행기(54c), 및 모니터링 장치(100)의 질의에 따라 각 노드 정보를 제공한 후 입력되는 설정값을 내려받기 위한 설정 수행기(54d)를 구비한다.
여기서, 지령 수행기(53b)는 모니터링 장치(100)에서 예비알람을 해제하는 지령을 하달할 수 있게 한다.
설정 수행기(54d)는 노드별로 생성 또는 수정한 송신 주기를 모니터링 장치(100)에서 조회한 후 노드별로 개별 수정할 수 있게 하는 기능과, 균열 감시기(10)의 임계 상태, IoT 복합센서(20)의 단계적 임계 상태 및 분포형 음향 센서(30)의 위험 수준에 대한 판정 기준을 모니터링 장치(100)에서 설정하여 하달할 수 있게 하는 기능도 갖게 한다.
아울러, 지령을 하달받을 시에 노드를 특정한 지령 데이터를 해당 노드에 전달하기 위한 지령 중계기(51a)와, 설정값의 생성 또는 수정이 있을 시에 노드를 특정한 설정 데이터를 해당 노드에 전달하기 위한 설정 중계기(51b)를 구비한다.
여기서, 지령 중계기(51a)는 균열 감시기(10), IoT 복합센서(20) 및 분포형 음향 센서(30) 중에 예비알람한 대상에게 예비알람 해제 지령을 하달한 경우에, 해당 대상에게 예비알람 해제 지령을 전달하여서, 상시 송신 정보를 정상적으로 송신하게 한다.
설정 중계기(51b)는 설정된 송신 주기와, 임계 상태, 단계적 임계 상태 및 위험 수준에 대한 판정 기준을 노드에 맞춰 각 균열 감시기(10), IoT 복합센서(20) 및 분포형 음향 센서(30)에게 전달하여서, 설정된 송신 주기와 판정 기준을 적용하며 동작하게 한다. 물론, 송신 주기 또는 판정 기준이 개별적으로 수정 설정된 경우에는 해당되는 대상에게만 전달하여서, 개별적으로 전달한 송신 주기를 적용하게 할 수 있다. 또한, 예비알람 송신 정보를 송신한 IoT 복합센서(20)가 속한 구간을 제외한 나머지 구간의 IoT 복합센서(20)에 대해 수정된 송신 주기가 하달된 경우에는 수정된 송신 주기를 해당되는 IoT 복합센서(20)에 전달하여서, 증가 시킨 송신 주기를 적용하게 한다.
이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.
1 : 지하구 2 : 균열
10 : 균열 감시기
11 : 카메라 12 : 램프
13 : 균열 이미지 획득부 14 : 균열 측정부
15 : 균열 추이 분석부 16 : 송신 정보 생성부
17 : 통신모듈 18 : 메모리
19 : 이격재 19a : 이격재 마커
19b : 피사체 마커
20 : IoT 복합센서
21 : 센서 모듈 21a : 센서 인터페이스
22 : 센싱부 23 : 임계 판단부
24 : 송신 정보 생성부 25 : 통신모듈
26 : 메모리
30 : 분포형 음향 센서(DAS : Distributed Acoustic Sensor)
31 : 광섬유 32 : 진동 검출기
32a : 신호 분석부 32b : 위험 수준 판단부
32c : 송신 정보 생성부 32d : 통신모듈
32e : 메모리
40 : 지하구 무선통신 네트워크
41 : 에이피(AP: Acceess Point) 42 : 라우터(Router)
43 : 게이트웨이(Gateway)
50 : 미들웨어
51 : 네트워크 인터페이스 컴포넌트
51a : 지령 중계기 51b : 설정 중계기
52 : 데이터 통합 모듈
53 : 데이터 계층
53a : 데이터 관리 모듈 53b : 이벤트 관리 모듈
53c : 노드 매칭 모듈 53d : 설정 관리 모듈
53e : 데이터베이스
54 : 어플리케이션 인터페이스 컴포넌트
54a : 질의 수행기 54b : 지령 수행기
54c : 이벤트 수행기 54d : 설정 수행기
100 : 모니터링 장치
10 : 균열 감시기
11 : 카메라 12 : 램프
13 : 균열 이미지 획득부 14 : 균열 측정부
15 : 균열 추이 분석부 16 : 송신 정보 생성부
17 : 통신모듈 18 : 메모리
19 : 이격재 19a : 이격재 마커
19b : 피사체 마커
20 : IoT 복합센서
21 : 센서 모듈 21a : 센서 인터페이스
22 : 센싱부 23 : 임계 판단부
24 : 송신 정보 생성부 25 : 통신모듈
26 : 메모리
30 : 분포형 음향 센서(DAS : Distributed Acoustic Sensor)
31 : 광섬유 32 : 진동 검출기
32a : 신호 분석부 32b : 위험 수준 판단부
32c : 송신 정보 생성부 32d : 통신모듈
32e : 메모리
40 : 지하구 무선통신 네트워크
41 : 에이피(AP: Acceess Point) 42 : 라우터(Router)
43 : 게이트웨이(Gateway)
50 : 미들웨어
51 : 네트워크 인터페이스 컴포넌트
51a : 지령 중계기 51b : 설정 중계기
52 : 데이터 통합 모듈
53 : 데이터 계층
53a : 데이터 관리 모듈 53b : 이벤트 관리 모듈
53c : 노드 매칭 모듈 53d : 설정 관리 모듈
53e : 데이터베이스
54 : 어플리케이션 인터페이스 컴포넌트
54a : 질의 수행기 54b : 지령 수행기
54c : 이벤트 수행기 54d : 설정 수행기
100 : 모니터링 장치
Claims (7)
- 지하구에서 균열이 발생한 위치에 설치되며, 카메라(11)로 균열을 촬상한 이미지와 촬상 이미지로부터 얻는 균열 길이, 폭 및 방향을 포함한 균열 데이터를 감시 주기별로 기록한 후 송신 주기별로 취합하여 상시 송신 정보로서 송신하고, 감시 주기로 얻는 균열 데이터의 추이를 분석하여 균열 크기 또는 균열 크기 변화량이 임계 상태일 시에, 기록한 균열 데이터를 포함한 예비알람 송신 정보를 송신하는 균열 감시기(10);
지하구에 간격을 두고 설치되고, 온도, 습도, VoC(Volatile Organic Compounds), 불꽃, 일산화탄소 및 이산화탄소를 감지하는 센서 모듈을 구비하고 수위, 진동 또는 기울기를 감지하는 센서 모듈에 연결할 인터페이스를 구비하며, 실시간 센싱값 중에 감시 주기의 센싱값을 기록한 후 송신 주기별로 취합하여 상시 송신 정보로서 송신하고, 실시간 센싱값 또는 실시간 센싱값의 상승 속도가 단계적 임계 상태에 이를 경우에 실시간 센싱값과 임계 상태의 단계를 포함한 예비알람 송신 정보를 송신한 이후 실시간으로 얻는 센싱값을 포함한 비상시 송신 정보를 임계 상태의 단계가 오를수록 시간을 점차 짧게 한 주기로 송신하는 IoT 복합센서(20);
지하구의 벽면을 따라 배선한 광섬유(31)와, 광섬유(31)에 입사한 광의 산란광을 분석하여 얻는 진동 위치, 진동 주파수 스펙트럼 및 진동 크기를 포함한 진동 데이터를 실시간으로 얻고, 감시 주기의 진동 데이터를 기록하고, 기록한 진동 데이터를 포함한 상시 송신 정보를 송신 주기별로 송신하며, 실시간 진동 데이터에 따라 판정한 위험 수준의 실시간 진동 테이터를 포함한 예비알람 송신 정보를 송신한 이후 실시간으로 얻는 실시간 진동 테이터를 포함한 비상시 송신 정보를 위험 수준이 높아질수록 시간을 점차 짧게 한 주기로 송신하는 진동 검출기(32)를 포함하는 분포형 음향 센서(30);
균열 감시기(10) 및 IoT 복합센서(20)와 유선 또는 무선 연결한 에이피(AP: Acceess Point, 41)와, 지하구 출구측에 설치되며 에이피(42)와 무선 연결한 게이트웨이(Gateway, 43)를 포함하며, 에이피(41) 또는 게이트웨이(43)를 통해 분포형 음향 센서(30)와 유선 또는 무선 연결한 지하구 무선통신 네트워크(40); 및
무선통신 네트워크(40)를 통해 수신된 송신 정보의 데이터를 저장하고, 데이터를 모니터링하기 위해 구축된 모니터링 장치(100)와의 연계를 위한 API(Application Programming Interface)를 지원하여서, 질의에 대해 응답하여 데이터를 제공하고, 송신 정보가 예비알람 송신 정보 또는 비상시 송신 정보일 시에 송신 정보에 포함된 데이터를 즉시 제공하는 미들웨어(50);
를 포함하는
멀티 센싱 데이터 기반 지하구 결함 탐지를 위한 네트워크 시스템. - 제 1항에 있어서,
상기 미들웨어(50)는
상기 균열 감시기(10), IoT 복합센서(20) 및 분포형 음향 센서(30)에게 서로 다른 송신 주기를 전달하여, 서로 다른 송신 주기로 상시 송신 정보를 송신하게 하고, 모니터링 장치(100)로부터 개별적으로 하달받는 송신 주기를 전달하여 개별적으로 전달받는 송신 주기를 적용할 수 있게 한
멀티 센싱 데이터 기반 지하구 결함 탐지를 위한 네트워크 시스템. - 제 2항에 있어서,
상기 미들웨어(50)는
예비알람 송신 정보를 송신한 IoT 복합센서(20)를 기준으로 한 소정의 지하구 구간을 제외한 나머지 구간의 IoT 복합센서(20)에 대해서는 증가시킨 송신 주기를 전달하거나 아니면 일시적으로 송신 중단하는 지령을 전달하는
멀티 센싱 데이터 기반 지하구 결함 탐지를 위한 네트워크 시스템. - 제 1항에 있어서,
상기 미들웨어(50)는
상기 균열 감시기(10)의 임계 상태, 상기 IoT 복합센서(20)의 단계적 임계 상태 및 상기 분포형 음향 센서(30)의 위험 수준에 대한 판정 기준을 모니터링 장치(100)로부터 하달받아 전달하여 판정 기준을 수정 적용하게 하고,
모니터링 장치(100)로부터 예비알람 해제 지령을 받을 시에, 상기 균열 감시기(10), IoT 복합센서(20) 및 분포형 음향 센서(30) 중에 예비알람한 대상에게 예비알람 해제 지령을 전달하여서, 상시 송신 정보를 송신하게 하는
멀티 센싱 데이터 기반 지하구 결함 탐지를 위한 네트워크 시스템. - 제 1항에 있어서,
상기 IoT 복합센서(20)는
실시간 센싱한 불꽃의 광량, VoC, 일산화탄소 또는 이산화탄소의 증가량, 온도, 및 온도 상승 속도에 따라 판정한 화재 위험도가 단계적 임계 상태에 이를 경우에도 예비알람 송신 정보를 송신하게 하되,
상기 화재 위험도에 따른 단계적 임계 상태는
평상시 임계 온도를 초과한 이후 온도 상승 속도가 평상시 임계 속도를 초과할 때로 정해둔 화재 징후의 임계 상태,
불꽃이 감지된 화염 발생 단계에 해당되는 임계 상태,
불꽃이 감지된 이후, 화재 성장기의 상승 속도에 이르며, VoC 농도가 사전 설정된 농도 이하인 상황에 해당되는 임계 상태,
VoC 농도가 사전 설정된 농도를 초과하고, 일산화탄소 또는 이산화탄소가 임계값 이상으로 증가한 상황에 해당되는 임계 상태
를 포함하는
멀티 센싱 데이터 기반 지하구 결함 탐지를 위한 네트워크 시스템. - 제 1항에 있어서,
상기 균열 감시기(10)는
주변에 복수 램프(12)를 배치한 카메라(11)를 피사체인 지하구 내면과 일정 거리로 이격되도록 균열 주변의 지하구 내면을 향해 돌출시킨 이격재(19)를 지하구 내면에 고정하고, 각 램프(12)를 단독 점등할 때와 모든 램프(12)를 점등할 때에 각각 촬영하여 얻는 조명 방향별 촬상 이미지를 각각 분석하여 균열 경계선을 추출한 후, 일치하지 않는 조명 방향별 촬상 이미지 상의 균열 경계선 중에 최외곽 측의 균열 경계선을 최종적인 균열 경계선으로 선정하여 최종적 균열 경계선을 얻고, 이격재(19)에 의한 이격 거리에 따라 정해진 WD(Working Distance)를 적용한 화소당 피사체 면적을 적용하여 균열 길이, 폭 및 방향을 얻는
멀티 센싱 데이터 기반 지하구 결함 탐지를 위한 네트워크 시스템. - 제 1항에 있어서,
상기 균열 감시기(10)는
적어도 4개 이상의 이격재(19)를 구비하고, 각 이격재(19)의 부위 중에 지하구 내면에 고정하는 단부 부위에 이격재 마커(19a)가 인쇄되어 있고, 지하구 내면 중에 이격재(19) 단부와 닿는 부위에는 상기 균열 감시기(10) 설치시 피사체 마커(19b)가 표시되어 있으며, 촬상 이미지 상에 나타나는 이격재 마커(19a)와 피사체 마커(19b) 사이의 간격 변화가 있을 시에 균열 경계선으로 얻는 균열 이미지를 이격재 마커(19a)의 좌표로 특정되는 평면으로 이미지 변환(Image Transformation)한 후 균열 길이, 폭 및 방향을 얻고, 이격재 마커(19a)와 피사체 마커(19b) 사이의 간격이 벌어진 이격재(18)가 발생할 시에 촬상된 이미지를 포함한 예비알람 송신 정보를 즉시 상기 미들웨어(50)에 송신하는
멀티 센싱 데이터 기반 지하구 결함 탐지를 위한 네트워크 시스템.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220155727A KR102524779B1 (ko) | 2022-11-18 | 2022-11-18 | 멀티 센싱 데이터 기반 지하구 결함 탐지를 위한 네트워크시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220155727A KR102524779B1 (ko) | 2022-11-18 | 2022-11-18 | 멀티 센싱 데이터 기반 지하구 결함 탐지를 위한 네트워크시스템 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102524779B1 true KR102524779B1 (ko) | 2023-04-24 |
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ID=86142041
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220155727A KR102524779B1 (ko) | 2022-11-18 | 2022-11-18 | 멀티 센싱 데이터 기반 지하구 결함 탐지를 위한 네트워크시스템 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102524779B1 (ko) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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