KR102577366B1 - 일체형 자동 수위측정장치 - Google Patents

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KR102577366B1
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이창희
조규행
박재우
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Abstract

일체형 자동 수위측정장치를 개시한다.
본 실시예는 수위 측정에 필요한 전원부, 데이터 수집부, 레이더 송출부, 수위 측정부, 모니터링부를 일체형 모듈 형태로 구현하여 측위 용도에 따른 설치 장소에 제한이 없이 설치하여 유지 및 관리가 용이하도록 하며, 별도의 외부 장비없이 전원 및 통신을 제공할 수 있도록 하는 일체형 자동 수위측정장치를 제공한다.

Description

일체형 자동 수위측정장치{Apparatus for Measuring Water Level}
본 발명의 일 실시예는 일체형 자동 수위측정장치에 관한 것이다.
이하에 기술되는 내용은 단순히 본 실시예와 관련되는 배경 정보만을 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것이 아니다.
일반적으로 효율적인 수자원의 계획과 관리를 위해서는 수로나 하천에 실시간별 흐르는 물의 양을 파악하는 것이 중요하기 때문에 물의 양을 파악하기 위해 수위측정을 실시하게 된다. 수위측정은 보통 수위계를 이용하여 실시한다. 수위계는 수위 표를 이용하여 직독식으로 읽는 방법이나, 부자(float)식, 압력식, 전극(촉심)식, 저항식, 음파식 등 다양한 수위계들이 활용되고 있다.
종래의 다양한 하천 형상 변화에 대해 오측정 보정이 가능한 원격제어 다채널 수위 측정 시스템은 다양한 하천 형상에 대해 다양한 수위정보를 동시에 함께 측정하기 위한 복수의 채널을 갖는 다채널 센서를 설치하여, 계측된 신호를 수신하여 데이터 처리를 수행한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 자동수위측정기는 저수지 또는 수로의 수위를 자동으로 측정한다. 일반적인 자동수위측정기는 저수지, 하천, 양.배수장, 농업용 수로 등에 설치되어 수위계, 온도계를 기반으로 다양한 수문관측 계측정보(수위, 영상, 강우, 유량)를 수집한다.
자동수위측정기는 LTE 또는 다양한 무선망을 이용하여, 실시간으로 물관리상황실로 송신하여 재해(홍수, 가뭄 등)시 선제적 대처 및 의사결정 수립에 대한 기초 데이터를 제공한다
종래의 자동수위측정기는 일체형으로 구현되어 있지 않아 설치장소의 제한이 존재하며, 유지 비용이 크게 소요되는 문제가 있다. 종래의 자동수위측정기는 일체형으로 구현되어 있지 않아 외부 전원공급 장비와 별도의 통신장비를 필요로 하는 문제가 있다.
본 실시예는 수위 측정에 필요한 전원부, 데이터 수집부, 레이더 송출부, 수위 측정부, 모니터링부를 일체형 모듈 형태로 구현하여 측위 용도에 따른 설치 장소에 제한이 없이 설치하여 유지 및 관리가 용이하도록 하며, 별도의 외부 장비없이 전원 및 통신을 제공할 수 있도록 하는 일체형 자동 수위측정장치를 제공하는 데 목적이 있다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 태양열을 입력받아 전력으로 변환하여 공급하는 전원부; 설치된 위치에 대해 온도 정보, 습도 정보, 위치 데이터를 수집하는 데이터 수집부; 레이더 전파를 피측정물로 송신한 후 상기 피측정물로부터 상기 레이더 전파에 대응하여 반사된 반사 신호를 수신하고, 상기 반사 신호를 기반으로 송수신 전파의 지연시간을 측정하고, 상기 지연시간을 기반으로 상기 피측정물과의 거리를 산출하는 레이더 송출부; 상기 온도 정보, 상기 습도 정보, 상기 위치 데이터, 상기 피측정물과의 거리를 기반으로 용도별 수위를 결정하는 수위 결정부; 상기 용도별 수위에 대한 모니터링을 수행하는 모니터링부;를 포함하며, 상기 전원부, 상기 데이터 수집부, 상기 레이더 송출부, 상기 수위 결정부, 상기 모니터링부를 하나의 일체형 모듈로 구현하는 것을 특징으로 하는 일체형 자동 수위측정장치를 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 수위 측정에 필요한 전원부, 데이터 수집부, 레이더 송출부, 수위 측정부, 모니터링부를 일체형 모듈 형태로 구현하여 측위 용도에 따른 설치 장소에 제한이 없이 설치하여 유지 및 관리가 용이하도록 하며, 별도의 외부 장비없이 전원 및 통신을 제공할 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 실시예에 따른 일반적인 자동수위측정기를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 실시예에 따른 일체형 자동 수위측정장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 실시예에 따른 본 실시예에 따른 일체형 자동 수위측정장치의 외형을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 실시예에 따른 본 실시예에 따른 일체형 자동 수위측정장치의 적용 예시를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 실시예에 따른 레이더 측정부를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 실시예에 따른 레이더 수위계 시스템의 단말기를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 실시예에 따른 레이더 수위계 시스템의 수위 관측소를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 실시예에 따른 상세 레이더 측정부를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 실시예에 따른 전원부를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 실시예에 따른 데이터 수집부와 수위 결정부를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 실시예에 따른 모니터링부를 나타낸 도면이다.
이하, 본 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 실시예에 따른 일체형 자동 수위측정장치를 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따른 일체형 자동 수위측정장치(200)는 전원부(210), 데이터 수집부(220), 수위 결정부(230), 레이더 송출부(240), 모니터링부(250)를 포함한다. 일체형 자동 수위측정장치(200)에 포함된 구성요소는 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
일체형 자동 수위측정장치(200)에 포함된 각 구성요소는 장치 내부의 소프트웨어적인 모듈 또는 하드웨어적인 모듈을 연결하는 통신 경로에 연결되어 상호 간에 유기적으로 동작할 수 있다. 이러한 구성요소는 하나 이상의 통신 버스 또는 신호선을 이용하여 통신한다.
도 2에 도시된 일체형 자동 수위측정장치(200)의 각 구성요소는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 소프트웨어적인 모듈, 하드웨어적인 모듈 또는 소프트웨어와 하드웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
전원부(210)는 태양열을 입력받아 전력으로 변환하여 공급한다. 전원부(210)는 태양열 충전판(212), 충전기(214)를 포함한다.
태양열 충전판(212)은 태양열을 입력받아 전력으로 변환한다. 충전기(214)는 태양열 충전판(212)으로부터 전달받은 전력을 저장한다. 충전기(214)는 전력을 저장하다가 내부 모듈로 공급한다.
데이터 수집부(220)는 설치된 위치에 대해 온도 정보, 습도 정보, 위치 데이터를 수집한다. 데이터 수집부(220)는 온도/습도 센서(222), GPS 모듈(224)을 포함한다.
온도/습도 센서(222)는 설치 장소에 대한 온도, 습도를 센싱한 센싱 정보를 생성한다. 온도/습도 센서(222)는 설치 장소에 대한 온도를 센싱한 온도 정보를 생성하고, 설치 장소에 대한 습도를 센싱한 상기 습도 정보를 생성한다.
GPS 모듈(224)은 수위계의 설치 위치정보, 저수지/하천 등 환경에서 설치위치를 포함하는 위치 데이터를 생성한다. GPS 모듈(224)은 GPS(Global Positioning System)를 기반으로 설치 장소에 대응하는 위치 데이터를 생성한다.
수위 결정부(230)는 온도 정보, 습도 정보, 위치 데이터, 피측정물과의 거리를 기반으로 용도별 수위를 결정한다.
수위 결정부(230)는 위치 데이터를 기반으로 기 저장된 위치 정보와 비교하여, 측위 용도가 강 수면, 하천 수면, 저수지 수면, 선박 내 저장 탱크, 창고, 화학물질 저장 탱크 중 어느 하나로 결정한 후 피측정물과의 거리를 측위 용도에 따른 수위로 결정한다.
수위 결정부(230)는 온도 정보, 습도 정보를 기 저장된 위치 정보에 대응하는 온도 정보와 습도 정보를 비교하여, 임계치 이상으로 차이가 발생하는 측위 용도에 오류가 발생한 것으로 인지한다.
수위 결정부(230)는 온도 정보, 습도 정보를 기 저장된 위치 정보에 대응하는 온도 정보와 습도 정보를 비교하여, 임계치 미만으로 차이가 발생하는 가중치를 반영하여 측위 용도로 결정한다.
수위 결정부(230)는 MCU(Micro Controller Unit)(232), 통신모듈(234)을 포함한다.
MCU(232)는 일체형 자동 수위측정장치(200)의 전반적인 기능을 제어하는 제어 수단을 의미한다. MCU(232)는 일체형 자동 수위측정장치(200)의 구성 요소를 제어하기 위한 프로그램을 저장하는 메모리와 해당 프로그램을 실행하여 일체형 자동 수위측정장치(200)의 구성 요소를 제어하는 마이크로프로세서 등으로 포함하여 구성될 수 있다.
MCU(232)는 온도/습도 센서(222)로부터 수신된 센싱 정보, GPS 모듈(224)로부터 수신된 위치 데이터, 레이더 송출부(240)로부터 수신된 수위 측정 정보를 통신모듈(234)을 경유하여 외부로 전송한다.
MCU(232)는 온도 정보, 습도 정보, 위치 데이터, 피측정물과의 거리를 기반으로 용도별 수위를 결정한다.
MCU(232)는 온도 정보, 습도 정보, 위치 데이터, 피측정물과의 거리 각각을 기 설정된 임계치를 벗어나는 경우, 오류를 방지하고 정확성을 높이기 위해 보정 파라미터를 적용하여 온도 정보, 습도 정보, 위치 데이터, 피측정물과의 거리를 보정한다.
MCU(232)는 온도 정보, 습도 정보, 위치 데이터, 피측정물과의 거리 각각이 인공지능 엔진(254)으로 수신한 레퍼런스 값을 벗어나는 경우, 오류를 방지하고 정확성을 높이기 위해 보정 파라미터를 적용하여 온도 정보, 습도 정보, 위치 데이터, 피측정물과의 거리를 보정한다.
통신모듈(234)은 센싱 정보, 위치 데이터, 수위 측정 정보를 모니터링부(250)로 전송한다. 통신모듈(234)은 무선통신(LTE, 5G 등)을 기반으로 센싱 정보, 위치 데이터, 수위 측정 정보를 외부 서버로 전송할 수 있다. 통신모듈(234)은 온도 정보, 습도 정보, 위치 데이터, 피측정물과의 거리, 용도별 수위를 전송한다.
레이더 송출부(240)는 레이더 전파를 피측정물로 송신한 후 피측정물로부터 레이더 전파에 대응하여 반사된 반사 신호를 수신한다. 레이더 송출부(240)는 반사 신호를 기반으로 송수신 전파의 지연시간을 측정한다. 레이더 송출부(240)는 지연시간을 기반으로 피측정물과의 거리를 산출한다.
레이더 송출부(240)는 레이더 모듈(242), 안테나(244)를 포함한다.
레이더 모듈(242)은 안테나(244)를 이용하여 레이더 전파를 피측정물로 송신한다. 레이더 모듈(242)은 안테나(244)를 이용하여 피측정물의 경계면으로부터 레이더 전파에 대응하여 반사된 반사 신호를 수신한다. 레이더 모듈(242)은 반사 신호를 기반으로 송수신 전파의 지연시간을 측정하여 피측정물과의 거리를 검출한다.
레이더 모듈(242)은 안테나(244)를 이용하여 강의 수면, 화학물질 저장 탱크로 레이더 전파를 피측정물로 송신한다. 레이더 모듈(242)은 안테나(244)를 이용하여 강의 수면, 화학물질 저장 탱크로부터 레이더 전파에 대응하여 반사된 반사 신호를 수신한다. 레이더 모듈(242)은 반사 신호를 기반으로 송수신 전파의 지연시간을 측정하여 강의 수위 및 유류, 화학물질 저장 탱크(저장고)의 유량 측정, 재고 관리, 누유 현황을 검출한다.
레이더 모듈(242)은 복수의 저장 탱크의 유량을 측정하여 복수의 저장 탱크에 더 많은 내용물을 채울 수 있도록 저장 용량을 더욱 효율적으로 관리할 수 있다. 안테나(244)는 레이더 전파를 송출하고, 반사 신호를 수신하는 역할을 수행한다.
모니터링부(250)는 용도별 수위에 대한 모니터링을 수행한다. 모니터링부(250)는 데이터베이스화 모듈(252)과 인공지능 엔진(254)을 포함한다.
데이터베이스화 모듈(252)은 통신모듈(234)로부터 수신된 센싱 정보, 위치 데이터, 수위 측정 정보를 데이터베이스화한다. 데이터베이스화 모듈(252)은 용도별 수위를 기준으로 온도 정보, 습도 정보, 위치 데이터, 피측정물과의 거리를 매칭하여 데이터베이스화한다.
인공지능 엔진(254)은 센싱 정보, 위치 데이터, 수위 측정 정보의 패턴을 분석 및 학습하여 정확한 측정 레벨을 산출한다. 인공지능 엔진(254)은 기 학습된 정보를 기반으로 온도 정보, 습도 정보, 위치 데이터, 피측정물과의 거리, 용도별 수위에 오류를 판별한다. 인공지능 엔진(254)은 기 학습된 정보를 기반으로 온도 정보, 습도 정보, 위치 데이터, 피측정물과의 거리, 용도별 수위 각각에 대한 레퍼런스 값을 설정한다.
전원부(210), 데이터 수집부(220), 레이더 송출부(240), 수위 결정부(230), 모니터링부(250)를 하나의 일체형 모듈로 구현한다.
도 3은 본 실시예에 따른 본 실시예에 따른 일체형 자동 수위측정장치의 외형을 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 일체형 자동 수위측정장치(200)는 독립형(Stand-Alone)의 80 GHz 레이더 방식을 이용하여 수위를 측정한다. 일체형 자동 수위측정장치(200)는 원통형의 본체(310), 레이더 송출체(308), 연결부(320), 거치부(330), 고정부(340)를 포함한다.
본체(310)는 상면에 온도/습도 센서(222), GPS 모듈(224)을 구비한다. 본체(310)는 내면에 통신을 위해 보안 VPN 내장 IoT 통신모듈(234)을 포함한다. 본체(310)는 수위 결정부(230), 모니터링부(250)를 내부에 포함하여 원통형 형태로 구현하며, 데이터 수집부(220)를 상면에 구현한다.
레이더 송출체(308)는 원뿔형상 또는 돔형상을 가지며, 본체(310)의 하면에 본체(310)와 연결되어, 하측면으로 레이더 전파를 송출한다. 레이더 송출체(308)는 수위 측정을 위해 80 GHz 레이더를 송출한다. 레이더 송출체(308)는 레이더 송출부(240)를 내부에 포함하며 원뿔형상 또는 돔형상으로 구현하며, 본체(310)의 하면에 체결되어 레이더 전파를 하면으로 송출한다. 레이더 송출체(308)는 본체(310)의 하면에 체결된 후 분리되는 구조를 가지며, 측위 용도에 따라 상이한 레이더 특성에 따라 별도의 레이더 모듈로 교체 가능하다.
연결부(320)는 본체(310)의 측면과 거치부(330)의 측면에 연결되어, 본체(310)와 거치부(330)를 연결한다. 연결부(320)는 본체(310)와 레이더 송출체(308)를 바(Bar) 형태로 연결한다.
거치부(330)는 직사각형 형태로서 연결부(320)를 이용하여 본체(310)를 고정시킨다. 거치부(330)의 상면에 태양열 충전판(212)을 구비한다. 거치부(330)는 하면이 고정부(340)에 연결된다.
거치부(330)는 직사각형 형태로 구현되어, 연결부(320)를 이용하여 측면에 본체를 고정시키고, 상면에 전원부(210) 내의 태양열 충전판(212)을 구현하며, 측면에 전원부(210) 내의 충전기(214)를 거치한다.
고정부(340)는 거치부(330)의 하면에 형성하여 거치부(330)를 고정시킨다.
도 4는 본 실시예에 따른 본 실시예에 따른 일체형 자동 수위측정장치의 적용 예시를 나타낸 도면이다.
도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 일체형 자동 수위측정장치(200)는 강 주위에 설치되어, 강의 수면으로 레이더 전파를 송신하고, 강의 수면으로부터 레이더 전파에 대응하여 반사된 반사 신호를 수신한다. 일체형 자동 수위측정장치(200)는 반사 신호를 기반으로 송수신 전파의 지연시간을 측정하여 강의 수위를 검출한다. 일체형 자동 수위측정장치(200)는 강의 수위 정보와 함께, 온도 정보, 습도 정보, GPS 정보를 매칭하여 데이터베이스화한다.
도 4의 (b),(c)에 도시된 바와 같이, 일체형 자동 수위측정장치(200)는 교량의 하부에 설치되어, 강의 수면으로 레이더 전파를 송신하고, 강의 수면으로부터 레이더 전파에 대응하여 반사된 반사 신호를 수신한다. 일체형 자동 수위측정장치(200)는 반사 신호를 기반으로 송수신 전파의 지연시간을 측정하여 강의 수위를 검출한다. 일체형 자동 수위측정장치(200)는 강의 수위 정보와 함께, 온도 정보, 습도 정보, GPS 정보를 매칭하여 데이터베이스화한다.
도 5는 본 실시예에 따른 레이더 측정부를 나타낸 도면이다.
레이더 송출부(240)는 강의 수위, 선박의 기름, 창고의 곡물 등 다양한 형태를 측정한다. 레이더 송출부(240)를 포함하는 원뿔 형태의 레이더 송출체(308)는 소형 및 경량화된 정규화된 형태로 모듈화하여 데이터 처리부와 분리될 수 있고 일체구조로 측정 응용에 따라 구성될 수 있다. 레이더 송출부(240)는 데이터 전파를 송출할 때의 FOV(Field of View)가 안테나에 의해 결정되기 때문에, 사용 용도에 따라 빔폭에 맞는 안테나를 결정해야 한다. 레이더 모듈(242)은 펄스방식 또는 FMCW 방식 등 거리측정방식의 레이더 송수신기(510)를 포함하여 구현된다. 안테나(244)는 안테나 접합부(520), 안테나(530), 안테나 가이드(540)를 포함한다.
레이더 모듈(242)은 FMCW 변조방식 경우 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave) SoC(System On Chip)를 포함한다.
레이더 송수신기(510)는 mmWave의 높은 주파수를 처리한다. 레이더 송수신기(510)는 레이더 전파를 제공하는 피더를 안테나와 손실없이 매칭하여 연결하기 위해서 안테나 접합부(520)와 연결된다.
안테나(244)는 안테나 접합부(520), 안테나(530), 안테나 가이드(540)를 포함한다. 안테나 접합부(520)는 레이더 송수신기(510)와 접합된다. 안테나(530)는 지향성이 우수한 혼안테나. 또는 소형인 렌즈안테나 등을 사용 가능하다. 안테나(530)는 레이더 전파의 빔폭을 결정한다. 안테나(530)는 안테나의 방향성 게인(Directivity Gain)을 결정한다. 안테나(530)는 측정 용도에 따라 빔폭이 조절된 안테나를 의미한다.
안테나 가이드(540)는 안테나(530)에 결합되어 고정밀의 측정데이터를 얻기위해서 레이더 전파의 빔폭을 작게 생성한다. 안테나 가이드(540)는 측정하고자하는 응용 서비스에 맞는 고정된 안테나를 가진다. 안테나 가이드(540)는 안테나(530)에 결합되어 레이더 전파를 송출한다.
도 6은 본 실시예에 따른 레이더 수위계 시스템의 단말기를 나타낸 도면이다.
일체형 자동 수위측정장치(200)는 레이더 송출부(240), 데이터 수집부(220), 통신모듈(234), 전원부를 하나의 모듈형태로 구현한다. 레이더 송출부(240)는 통상적으로 마이크로파대역 또는 밀리미터파대역의 주파수를 사용하는데, 최근에 실외에서 사용되는 수위계 경우 76~81GHz 대역으로 전파법으로 규정함에 따라 80 GHz 레이더 수위계를 이용하여 수위를 측정한다.
데이터 수집부(220)는 IoT 기능을 이용하여 위치정보(GPS), 온도측정, 습도측정을 수행한다. 통신모듈(234)은 유선통신(4~20mA), 무선통신(IoT), VPN모듈(통신보안, 하드웨어 또는 소프트웨어)을 이용하여 내외부 통신을 수행한다. 전원부(210)는 태양열 충전판(212), 충전기(214)를 이용하여 전원을 공급한다.
도 7은 본 실시예에 따른 레이더 수위계 시스템의 수위 관측소를 나타낸 도면이다.
일체형 자동 수위측정장치(200)는 통신모듈(234)과 모니터링프로그램을 하나의 모듈형태로 구현한다. 통신모듈(234)은 유선통신(4~20mA), 무선통신(IoT), VPN모듈(통신보안)을 이용하여 데이터를 송수신할 때, 모니터링프로그램과 결합된다. 모니터링프로그램은 통신모듈(234)에서 송수신하는 데이터를 자체적으로 모니터링할 수 있다.
도 8은 본 실시예에 따른 상세 레이더 측정부를 나타낸 도면이다.
레이더 송출부(240)는 하나의 마스터 장치로 동작하면서 복수의 슬레이브 레이더 송출부(240)와 통신하며, 복수의 슬레이브 레이더 송출부(240)로부터 각각의 설치 위치에 대한 피측정물과의 거리를 수신하여 취합한다.
레이더 송출부(240)는 레이더 송출부(240)로 구현되어 본체(310)에 체결되나, 레이더 송출부(240)를 본체(310)에서 분리하여 체결될 수 있는 구조를 갖는다. 마스터 레이더 송출부(810)는 마스터로 동작하면서 복수의 슬레이브 레이더 송출부(820)와 통신한다.
복수의 슬레이브 레이더 송출부(820)는 외부 인터페이스 연결부를 이용하여 하나의 마스터 슬레이브 레이더 송출(810)로 반사 신호를 기반으로 송수신 전파의 지연시간을 측정하여 피측정물과의 거리를 전송한다.
마스터 레이더 송출부(810)는 복수의 슬레이브 레이더 송출부(820)를 하나의 장치처럼 운영하고 제어한다. 일체형 자동 수위측정장치(200)가 복수의 저장 탱크에 설치되는 경우, 저장 탱크마다 경량화 또는 소형화 구조의 슬레이브 레이더 송출부(240)를 설치하여 설치 공간을 극대화할 수 있다.
도 9는 본 실시예에 따른 전원부를 나타낸 도면이다.
태양열 충전판(212)은 태양광을 이용하여 자체 DC 전원을 생성하여 원활한 전원 공급한다. 일체형 자동 수위측정장치(200)의 하루 소모 전력량은 48 Wh(2W × 24시간(h))이다.
평균일조량을 3.5시간으로 가정할 경우, 태양열 충전판(212)은 기본적으로 시간당에 대략 13.7Wh(48Wh / 3.5h)의 전력을 생산하도록 설계한다. 배터리(214) 용량 설계 경우는 통상 국내경우 3일간 발전을 못하는 경우를 고려하여 설계하는데. 중요한 지역 경우 일주일 정도 태양발전을 못하는 경우가 있더라도 전력공급이 가능하게 배터리의 용량을 충분히 고려해야 한다.
도 10은 본 실시예에 따른 데이터 수집부와 수위 결정부를 나타낸 도면이다.
데이터 수집부(220)는 GPS 모듈(224), 온도/습도 센서(222), MCU(232), 통신모듈(234)을 포함한다. GPS 모듈(224)과 온도/습도 센서(222)는 센싱값을 생성하는 동시에 MCU(232)로 전송한다.
MCU(232)는 온도/습도 센서(222)로부터 설치 장소에 대한 온도, 습도를 센싱한 센싱 정보를 수신한 후 보정 파라미터를 가중치로 적용한다. MCU(232)는 GPS 모듈(224)로부터 설치위치를 포함하는 위치 데이터를 수신한 후 보정 파라미터를 가중치로 적용한다.
통신모듈(234)은 사용하고자 하는 용도에 따라 유선(이더넷, RS232, RS485 등), 무선(BLE, WiFi, IoT 모뎀 등)으로 구분되어 적용될 수 있다.
도 11은 본 실시예에 따른 모니터링부를 나타낸 도면이다.
모니터링부(250)는 일체형 자동 수위측정장치(200)의 내부에 구현되어 하나의 일체형 장치로 구현되는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 일체형 자동 수위측정장치(200)의 외부에 구현될 수 있다. 모니터링부(250)는 데이터베이스화 모듈(252)과 인공지능 엔진(254)을 포함한다.
인공지능 엔진(254)은 데이터베이스화 모듈(252)로부터 수신된 데이터베이스화된 센싱 정보, 위치 데이터, 수위 측정 정보에 기 학습된 정보를 반영하여 오차를 보정하여 정확도를 개선시킨다.
인공지능 엔진(254)은 데이터베이스화 모듈(252)로부터 수신된 데이터베이스화된 센싱 정보, 위치 데이터, 수위 측정 정보에 대한 오류를 최소화하기 위하여, 기 학습된 정보를 기반으로 레퍼런스 값을 설정한다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
200: 일체형 자동 수위측정장치
210: 전원부
220: 데이터 수집부
230: 수위 결정부
240: 레이더 송출부
250: 모니터링부

Claims (15)

  1. 태양열을 입력받아 전력으로 변환하여 공급하는 전원부;
    설치된 위치에 대해 온도 정보, 습도 정보, 위치 데이터를 수집하는 데이터 수집부;
    교량에 설치되어 레이더 전파를 강의 수면 상의 피측정물로 송신한 후 강의 수면 상의 상기 피측정물로부터 상기 레이더 전파에 대응하여 반사된 반사 신호를 수신하고, 상기 반사 신호를 기반으로 송수신 전파의 지연시간을 측정하고, 상기 지연시간을 기반으로 상기 피측정물과의 거리를 산출하는 레이더 송출부;
    상기 온도 정보, 상기 습도 정보, 상기 위치 데이터, 상기 피측정물과의 거리를 기반으로 용도별 수위를 결정하는 수위 결정부;
    상기 용도별 수위에 대한 모니터링을 수행하는 모니터링부;
    를 포함하며, 상기 전원부, 상기 데이터 수집부, 상기 레이더 송출부, 상기 수위 결정부, 상기 모니터링부를 하나의 일체형 모듈로 구현하며,
    상기 일체형 모듈은 원통형의 본체, 레이더 송출체, 연결부, 거치부, 고정부를 포함하며,
    상기 원통형의 본체는 상면에 온도/습도 센서, GPS 모듈을 구비하고, 내면에 VPN 내장 IoT 통신모듈을 포함하며, 상기 수위 결정부, 상기 모니터링부를 내부에 포함하여 원통형 형태를 구현하며,
    상기 레이더 송출체는 원뿔형상 또는 돔형상을 가지며, 상기 본체의 하면에 체결된 후 분리되는 구조를 가지며, 하측면으로 상기 레이더 전파를 송출하며,
    상기 연결부는 상기 원통형의 본체와 상기 레이더 송출체를 바(Bar) 형태로 연결하며,
    상기 거치부는 직사각형 형태로 구현되어, 상기 연결부를 이용하여 측면에 상기 본체를 고정시키고, 상면에 상기 전원부 내의 태양열 충전판을 구현하며, 측면에 상기 전원부 내의 충전기를 거치하며,
    상기 고정부는 상기 거치부의 하면에 형성하여 상기 거치부를 상기 교량에 고정시키며,
    상기 모니터링부는, 기 학습된 정보를 기반으로 상기 온도 정보, 상기 습도 정보, 상기 위치 데이터, 상기 피측정물과의 거리, 상기 용도별 수위에 오류를 판별하는 인공지능 엔진을 포함하며,
    상기 인공지능 엔진은 기 학습된 정보를 기반으로 상기 온도 정보, 상기 습도 정보, 상기 위치 데이터, 상기 피측정물과의 거리, 상기 용도별 수위 각각에 대한 레퍼런스 값을 설정하고,
    상기 수위 결정부는 상기 위치 데이터를 기반으로 기 저장된 위치 정보와 비교하여, 측위 용도를 강 수면, 하천 수면, 저수지 수면, 선박 내 저장 탱크, 창고, 화학물질 저장 탱크 중 어느 하나로 결정한 후 상기 피측정물과의 거리를 상기 측위 용도에 따른 수위로 결정하며, 상기 온도 정보, 상기 습도 정보를 기 저장된 위치 정보에 대응하는 온도 정보와 습도 정보를 비교하여, 임계치 이상으로 차이가 발생하는 상기 측위 용도에 오류가 발생한 것으로 인지하며, 상기 온도 정보, 상기 습도 정보를 기 저장된 위치 정보에 대응하는 온도 정보와 습도 정보를 비교하여, 임계치 미만으로 차이가 발생하는 가중치를 반영하여 상기 측위 용도로 결정하며,
    상기 수위 결정부는 상기 온도 정보, 상기 습도 정보, 상기 위치 데이터, 상기 피측정물과의 거리를 기반으로 용도별 수위를 결정하는 MCU(Micro Controller Unit)를 포함하며,
    상기 MCU는 상기 온도 정보, 상기 습도 정보, 상기 위치 데이터, 상기 피측정물과의 거리 각각이 상기 레퍼런스 값을 벗어나는 경우, 오류를 방지하고 정확성을 높이기 위해 보정 파라미터를 적용하여 상기 온도 정보, 상기 습도 정보, 상기 위치 데이터, 상기 피측정물과의 거리를 보정하는 것을 특징으로 하는 일체형 자동 수위측정장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 레이더 송출체는,
    상기 용도에 따라 상이한 레이더 특성에 따라 별도의 레이더 모듈로 교체되는 것을 특징으로 하는 일체형 자동 수위측정장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전원부는,
    상기 태양열을 입력받아 전력으로 변환하는 태양열 충전판;
    상기 전력을 저장하다가 내부 모듈로 공급하는 충전기;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 일체형 자동 수위측정장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 온도/습도 센서는 설치 장소에 대한 온도를 센싱한 상기 온도 정보를 생성하고, 설치 장소에 대한 습도를 센싱한 상기 습도 정보를 생성하며,
    상기 GPS 모듈은 GPS(Global Positioning System)를 기반으로 상기 설치 장소에 대응하는 상기 위치 데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 일체형 자동 수위측정장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 VPN 내장 IoT 통신모듈은 상기 온도 정보, 상기 습도 정보, 상기 위치 데이터, 상기 피측정물과의 거리, 상기 용도별 수위를 전송하는 것을 특징으로 하는 일체형 자동 수위측정장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 MCU는
    상기 온도 정보, 상기 습도 정보, 상기 위치 데이터, 상기 피측정물과의 거리 각각을 기 설정된 임계치를 벗어나는 경우, 오류를 방지하고 정확성을 높이기 위해 보정 파라미터를 적용하여 상기 온도 정보, 상기 습도 정보, 상기 위치 데이터, 상기 피측정물과의 거리를 보정하는 것을 특징으로 하는 일체형 자동 수위측정장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 레이더 송출부는,
    상기 레이더 전파를 상기 피측정물로 송신한 후 상기 피측정물로부터 상기 레이더 전파에 대응하여 반사된 상기 반사 신호를 수신하고, 상기 반사 신호를 기반으로 송수신 전파의 상기 지연시간을 측정하고, 상기 지연시간을 기반으로 상기 피측정물과의 거리를 산출하는 레이더 모듈;
    상기 레이더 전파를 송출하고, 상기 반사 신호를 수신하는 안테나;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 일체형 자동 수위측정장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 레이더 모듈은 펄스방식 또는 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave) 방식을 이용하는 거리측정방식의 레이더 송수신기를 포함하며,
    상기 안테나는 안테나 접합부, 안테나, 안테나 가이드를 포함하며,
    상기 안테나 접합부는 상기 레이더 송수신기와 접합되며,
    상기 안테나는 상기 레이더 전파의 빔폭을 결정하며,
    상기 안테나 가이드는 상기 안테나에 결합되어 상기 레이더 전파를 송출하는 것을 특징으로 하는 일체형 자동 수위측정장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 레이더 송출부는,
    하나의 마스터 장치로 동작하면서 복수의 슬레이브 레이더 송출부와 통신하며, 상기 복수의 슬레이브 레이더 송출부로부터 각각의 설치 위치에 대한 피측정물과의 거리를 수신하여 취합하는 것을 특징으로 하는 일체형 자동 수위측정장치.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 모니터링부는,
    상기 용도별 수위를 기준으로 상기 온도 정보, 상기 습도 정보, 상기 위치 데이터, 상기 피측정물과의 거리를 매칭하여 데이터베이스화하는 데이터베이스화 모듈;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 일체형 자동 수위측정장치.
  15. 삭제
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