KR102613787B1 - Flood Monitoring System Using IoT Instruments - Google Patents

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KR102613787B1
KR102613787B1 KR1020220106067A KR20220106067A KR102613787B1 KR 102613787 B1 KR102613787 B1 KR 102613787B1 KR 1020220106067 A KR1020220106067 A KR 1020220106067A KR 20220106067 A KR20220106067 A KR 20220106067A KR 102613787 B1 KR102613787 B1 KR 102613787B1
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박정규
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(주) 다츠
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Abstract

본 발명은 IoT 계측기를 이용한 침수 모니터링 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 저가의 절대압력센서를 이용하여 비용 효율적으로 시계열 침수 데이터를 확보할 수 있는 IoT 계측기를 이용한 침수 모니터링 시스템에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 태양광 패널의 방향을 조절할 수 있으며, 태양에너지를 전기에너지로 변환할 수 있는 태양광모듈; 태양광모듈에서 생성된 전기에너지를 저장할 수 있으며, 태양에너지가 공급되지 않는 경우 전력을 공급할 수 있는 전원공급부; 침수되는 경우, 수압을 센싱할 수 있는 압력센서; 압력센서의 신호를 전송받아 디지털화하여 통신모듈로 전송하는 마이크로컨트롤러; 마이크로컨트롤러에서 전송받은 신호를 원거리에 있는 통합관제서버로 전송할 수 있는 안테나를 포함한 통신모듈; 무선으로 신호를 송수신할 수 있으며, 통신모듈을 통하여 전송받은 압력센서의 수압정보를 이용하여 침수심으로 연산하여 처리하고 저장할 수 있고, 무선으로 기기의 소프트웨어를 업데이트할 수 있는 통합관제서버를 포함하는 IoT 계측기를 이용한 침수 모니터링 시스템을 제공한다.
The present invention relates to a flooding monitoring system using IoT measuring devices. More specifically, it relates to a flood monitoring system using an IoT instrument that can cost-effectively secure time-series flood data using a low-cost absolute pressure sensor.
To this end, the present invention includes a solar module capable of controlling the direction of the solar panel and converting solar energy into electrical energy; A power supply unit capable of storing electrical energy generated by solar modules and supplying power when solar energy is not supplied; A pressure sensor that can sense water pressure in case of flooding; A microcontroller that receives signals from a pressure sensor, digitizes them, and transmits them to a communication module; A communication module including an antenna that can transmit signals received from a microcontroller to a remote integrated control server; It can transmit and receive signals wirelessly, calculates and stores the submersion depth using the water pressure information of the pressure sensor transmitted through the communication module, and includes an integrated control server that can update the device software wirelessly. We provide a flooding monitoring system using IoT measuring instruments.

Description

IoT 계측기를 이용한 침수 모니터링 시스템 {Flood Monitoring System Using IoT Instruments}Flood Monitoring System Using IoT Instruments}

본 발명은 IoT 계측기를 이용한 침수 모니터링 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 저가의 절대압력센서를 이용하여 비용 효율적으로 시계열 침수 데이터를 확보할 수 있는 IoT 계측기를 이용한 침수 모니터링 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a flooding monitoring system using IoT measuring devices. More specifically, it relates to a flood monitoring system using an IoT instrument that can cost-effectively secure time-series flood data using a low-cost absolute pressure sensor.

일반적으로, 홍수, 침수 등에 대비하기 위하여 저수지, 유수지, 호수, 하천 또는 침수 상습지역 등에 수위를 측정 및 계측하기 위한 수위 계측장치가 설치된다.Generally, in order to prepare for floods, flooding, etc., water level measuring devices are installed to measure and measure the water level in reservoirs, reservoirs, lakes, rivers, or flood prone areas.

그러나 기존의 계측 시스템은 도로나 인도에 설치하기에 너무 커 교행을 방해하거나 차량등의 충격등으로 파손되는 경우가 종종 발생하고, 설치환경에 따라 계측오류가 발생하거나 계측 방식에 따라 유불리함이 있어 현장마다 시스템의 형태와 구성 방식이 다양하게 적용되어 침수심만을 계측하는 장치를 양산화하기 어려웠다. 이로 인해 시스템이 복잡해지고 구축에 소요되는 시간과 비용이 증가하여 충분한 계측지점을 확보하지 못해 오계측 발생시 비교할 수 있는 데이터가 없었다. 또 고가의 센서와 데이터로거를 사용하므로 정밀도는 높지만 계측 지점의 밀집도가 낮아 환경영향으로 오계측이 지속적으로 발생하면 검보정이 불가능하고 정확도가 떨어지는 문제가 있었다. 현장 시공시에는 센서, 데이터로거, 전원이 유선으로 연결되어 도로를 절개 및 복구해야 하므로 인력과 중장비등의 사용되고 부대장치로 보호해야 하므로 비용은 더욱 증가한다. However, existing measurement systems are too large to be installed on roads or sidewalks, so they often interfere with traffic or are damaged by impacts from vehicles, etc., and measurement errors occur depending on the installation environment and have advantages and disadvantages depending on the measurement method. Because the form and configuration of the system varied at each site, it was difficult to mass-produce a device that only measures the depth of flooding. As a result, the system became more complex and the time and cost required for construction increased, making it impossible to secure sufficient measurement points, so there was no data to compare when a mismeasurement occurred. In addition, since expensive sensors and data loggers are used, precision is high, but the density of measurement points is low, so if mismeasurements continue to occur due to environmental influences, calibration is impossible and accuracy is low. During on-site construction, sensors, data loggers, and power sources must be connected by wires to cut and restore roads, which requires manpower, heavy equipment, and protection with auxiliary devices, further increasing costs.

또한, 물의 순환은 강우-(침투-저류)-유출-증발을 반복하게 되는데 도시에서는 이 순환에 소요되는 시간과 공간이 아스팔트나 콘크리트와 같은 포장재에 의해 왜곡되어 침투하지 못하는 우수의 양이 많아지고 이렇게 발생한 우수는 관로를 통해 이동하기 때문에 유출속도나 도달시간이 빨라져 도시침수 문제를 초래하기도 한다. 또한, 기후변화는 우리나라뿐 아니라 세계 곳곳에서는 기록적 폭우를 유발하며 침수피해를 입히고 있어 예방 뿐 아니라 예측을 통하여 대피 또는 대비 할 수 있는 시간을 확보할 수 있어야 하며 이를 위해서는 대량의 계측점과 시계열 데이터 확보가 필요하다.In addition, the water cycle repeats rainfall-(infiltration-retention)-runoff-evaporation. In cities, the time and space required for this cycle are distorted by pavement materials such as asphalt or concrete, leading to an increase in the amount of rainwater that cannot infiltrate. Because rainwater generated in this way moves through pipes, the outflow speed and arrival time become faster, which can lead to urban flooding problems. In addition, climate change is causing record-breaking heavy rain and flooding damage not only in Korea but also throughout the world, so it is necessary to secure time to evacuate or prepare through not only prevention but also prediction. To achieve this, it is necessary to secure a large amount of measurement points and time series data. need.

침수심의 경우 지방자치단체에서 사후 현장조사를 통하여 최대 침수심, 침수기간, 침수면적 등의 정보를 수집하고 있으나 시간에 따른 침수심 변화에 대한 정보는 수집은 미흡하다.In the case of flood depth, local governments collect information such as maximum flood depth, flood period, and flooded area through post-site surveys, but information on changes in flood depth over time is insufficient.

이러한 이유로 상황별 시나리오에 기반을 둔 수치해석을 통한 침수예측을 지속적으로 시도해 오고 있으나 상세지역에 대한 예측이 힘들고 시간이 오래 걸리는 단점이 있으며 너무나 많은 경우의 수와 불충분한 과거 이력 자료로 인하여 만족스러운 결과를 얻지못하고 있다.For this reason, we have continuously attempted to predict flooding through numerical analysis based on situational scenarios, but it has the disadvantage of being difficult to predict detailed areas and taking a long time, and due to the too large number of cases and insufficient past history data, it is difficult to predict flooding in a satisfactory manner. I'm not getting results.

또한, 수심을 계측하기 위한 센서의 방식은 크게 물속에서 측정하는 접촉식과 수면 위에서 거리를 측정하는 비접촉식으로 나뉜다. 접촉식은 바닥으로부터 수면까지의 거리를 수압을 통하여 측정하는 압력방식이 주로 사용되며, 비접촉식은 계측 기기로부터 수면까지의 거리를 전파가 왕복하는 시간을 측정하여 계산하는 ToF(Time of Flight)방식이 주를 이룬다. ToF 방식은 우수관 맨홀에 사용되기도 하지만 차량과 보행자로 인해 전파가 방해받는 문제와 계측 거리가 짧은 우수받이에 적용이 불가한 문제가 있어 압력방식이 주로 적용된다.In addition, the sensor method for measuring water depth is largely divided into a contact type that measures underwater and a non-contact type that measures distance on the water. The contact type is mainly a pressure method that measures the distance from the bottom to the water surface through water pressure, and the non-contact type is mainly a ToF (Time of Flight) method that calculates the distance from the measuring device to the water surface by measuring the time for radio waves to travel back and forth. achieves The ToF method is sometimes used in rainwater pipe manholes, but it has problems with radio waves being interrupted by vehicles and pedestrians and cannot be applied to rainwater drains where the measurement distance is short, so the pressure method is mainly applied.

압력센서에는 절대압센서, 차압센서, 상대압센서가 있는데 종래에는 수심을 측정하는 대부분의 센서는 대기압을 보정하기 위하여 상대압 방식을 이용하고 있는데 상대압센서는 대기압에 노출될 수 있도록 튜브를 연결하여 사용하고 있다.Pressure sensors include absolute pressure sensors, differential pressure sensors, and relative pressure sensors. Conventionally, most sensors that measure water depth use the relative pressure method to correct atmospheric pressure. The relative pressure sensor is connected to a tube so that it can be exposed to atmospheric pressure. I am using it.

이때 사용되는 튜브는 손상이 적고 꺽임에 저항할 수 있어야 하는데 주로 폴리우레탄 재질을 사용하고 있으며, 가격이 상대적으로 높고 손상될 경우 교체가 어렵다는 단점이 있다.The tube used at this time must be less damaged and resistant to bending, but it is mainly made of polyurethane, and has the disadvantage of being relatively expensive and difficult to replace if damaged.

따라서 저비용으로 계측지점을 확보할 수 있는 새로운 수심계측기기의 개발이 필요한 실정이다.Therefore, there is a need to develop new water depth measuring devices that can secure measurement points at low cost.

선행기술문헌 : KR등록특허공보 제10-1204059호(2012.11.23. 공고)Prior art literature: KR Registered Patent Publication No. 10-1204059 (announced on November 23, 2012)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 저전력으로 작동하여 전력소모를 줄이고, 유선으로 연결하기 위한 굴착 및 복구 작업 및 시스템 보호를 위한 부대장치 등이 필요하지 않으며, 경제적으로 저렴한 절대압센서를 사용하고, 절대압센서의 정확도를 위하여 대기압의 변화를 상쇄하도록 보정하는 대기압보정부를 구비한 IoT 계측기를 이용한 침수 모니터링 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention was developed to solve the above problems. It operates at low power to reduce power consumption, does not require excavation and recovery work for wired connection, or auxiliary devices for system protection, and has an economically inexpensive absolute pressure. The purpose is to provide a flood monitoring system using an IoT instrument that uses sensors and has an atmospheric pressure correction unit that compensates to offset changes in atmospheric pressure for the accuracy of the absolute pressure sensor.

상기 목적을 달성하기 위해 안출된 본 발명에 따른 IoT 계측기를 이용한 침수 모니터링 시스템은 태양에너지를 전기에너지로 변환할 수 있는 태양광모듈; 태양광모듈에서 생성된 전기에너지를 저장할 수 있으며, 태양에너지가 공급되지 않는 경우 전력을 공급할 수 있는 전원공급부; 침수되는 경우, 수압을 센싱할 수 있는 압력센서; 압력센서의 신호를 전송받아 디지털화하여 통신모듈로 전송하는 마이크로컨트롤러; 마이크로컨트롤러에서 전송받은 신호를 인터넷을 통하여 원거리에 있는 통합관제서버로 전송할 수 있는 안테나를 포함한 무선통신모듈; 전송받은 압력센서의 수압정보를 이용하여 침수 정보를 연산하여 처리하고 저장할 수 있고, 수신된 데이터 처리를 위한 소프트웨어를 업데이트할 수 있는 통합관제서버를 포함한다.The flooding monitoring system using an IoT measuring device according to the present invention developed to achieve the above purpose includes a solar module capable of converting solar energy into electrical energy; A power supply unit capable of storing electrical energy generated by solar modules and supplying power when solar energy is not supplied; A pressure sensor that can sense water pressure in case of flooding; A microcontroller that receives signals from a pressure sensor, digitizes them, and transmits them to a communication module; A wireless communication module including an antenna that can transmit signals received from a microcontroller to a remote integrated control server via the Internet; It can calculate, process, and store flooding information using the water pressure information from the transmitted pressure sensor, and includes an integrated control server that can update software for processing the received data.

또한, 통합관제서버는 압력센서에 대기압을 보정하여 대기압을 제외한 수압을 측정할 수 있게 하는 대기압보정부; 압력센서에서 센싱된 원시데이터를 저장할 수 있는 데이터스토어; 압력센서에서 센싱된 원시데이터를 정제할 수 있는 데이터정제부; 정제된 데이터를 저장할 수 있는 데이터베이스부; 데이터를 모니터링하기 위한 시각화부를 더 포함한다.In addition, the integrated control server includes an atmospheric pressure correction unit that corrects the atmospheric pressure in the pressure sensor to measure water pressure excluding atmospheric pressure; Data store that can store raw data sensed from a pressure sensor; A data purification unit capable of purifying raw data sensed from the pressure sensor; A database unit capable of storing refined data; It further includes a visualization unit for monitoring data.

또한, 통합관제서버는 수집된 데이터를 수심으로 변환 저장하고 계측 간격이 일정하지 않은 문제를 해결하기 위하여 데이터변환부를 구비하고 있는 것; 데이터변환부는 대기압 보정부로 부터 대기압 보정 알고리즘을 전송받을 수 있으며, 대기압 보정 알고리즘으로 압력을 수심으로 변환하고 측정시각을 매분 정각으로 일치시켜 주는 것을 더 포함한다.In addition, the integrated control server converts the collected data into water depth and stores it, and is equipped with a data conversion unit to solve the problem of inconsistent measurement intervals; The data conversion unit can receive an atmospheric pressure correction algorithm from the atmospheric pressure correction unit, and further includes converting the pressure into water depth with the atmospheric pressure correction algorithm and matching the measurement time on the hour every minute.

본 발명에 의하면 태양광 패널을 구비하고 있어 별도의 전력공사가 필요없으며, 전원공급부를 구비하고 있어 태양광이 없는 상태에서도 전원이 유지될 수 있고, 마이크로컨트롤러와 LPWAN(Low Power Wide Area Network) 통신을 이용하여 전력소모를 최소화할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, since it is equipped with a solar panel, there is no need for separate power construction, and since it is equipped with a power supply unit, power can be maintained even in the absence of sunlight, and communication between a microcontroller and LPWAN (Low Power Wide Area Network) There is an effect of minimizing power consumption by using .

또한, 설치가 용이하고 경제성이 있는 절대압센서를 사용할 수 있으며, 대기압보정부를 구비하고 있어 절대압센서의 센싱 값을 보정하여 효과적으로 시계열 침수심 자료를 확보할 수 있는 효과가 있다.In addition, an absolute pressure sensor that is easy to install and economical can be used, and since it is equipped with an atmospheric pressure correction unit, it is effective in securing time series flood depth data by correcting the sensing value of the absolute pressure sensor.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 IoT 계측기를 이용한 침수 모니터링 시스템에서 정보의 흐름을 도시한 흐름도,
도 2는 태양광모듈에서 생성된 전력의 흐름을 도시한 흐름도,
도 3은 대기압 보정을 위한 계측값을 나타낸 도면,
도 4은 대기압 보정알고리즘을 나타낸 도면,
도 5는 클라우드 환경으로 구성되는 경우의 구성을 타나낸 도면,
도 6는 사용자단말기를 통하여 시각화된 정보를 나타낸 도면,
도 7은 현장 설치 예시 모습을 나타낸 도면.
1 is a flow chart showing the flow of information in a flood monitoring system using an IoT instrument according to a preferred embodiment of the present invention;
Figure 2 is a flow chart showing the flow of power generated from a solar module;
Figure 3 is a diagram showing measured values for atmospheric pressure correction;
Figure 4 is a diagram showing the atmospheric pressure correction algorithm;
Figure 5 is a diagram showing the configuration when configured as a cloud environment;
Figure 6 is a diagram showing information visualized through a user terminal;
Figure 7 is a diagram showing an example of field installation.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. First, when adding reference signs to components in each drawing, it should be noted that the same components are given the same reference numerals as much as possible even if they are shown in different drawings. Additionally, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. In addition, preferred embodiments of the present invention will be described below, but the technical idea of the present invention is not limited or restricted thereto, and of course, it can be modified and implemented in various ways by those skilled in the art.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 IoT 계측기를 이용한 침수 모니터링 시스템에서 정보의 흐름을 도시한 흐름도, 도 2는 태양광모듈에서 생성된 전력의 흐름을 도시한 흐름도, 도 3은 대기압 보정을 위한 계측값을 나타낸 도면, 도 4은 대기압 보정알고리즘을 나타낸 도면, 도 5는 클라우드 환경으로 구성되는 경우의 구성을 타나낸 도면, 도 6는 사용자단말기를 통하여 시각화된 정보를 나타낸 도면, 도 7은 현장에 적용된 설치 예를 나타낸 도면이다.Figure 1 is a flow chart showing the flow of information in a flood monitoring system using an IoT instrument according to a preferred embodiment of the present invention, Figure 2 is a flow chart showing the flow of power generated from a solar module, and Figure 3 is a flow chart showing atmospheric pressure correction. Figure 4 is a diagram showing the measured values for, Figure 4 is a diagram showing the atmospheric pressure correction algorithm, Figure 5 is a diagram showing the configuration when configured in a cloud environment, Figure 6 is a diagram showing information visualized through a user terminal, Figure 7 is a diagram showing the information visualized through a user terminal. This is a drawing showing an example of installation applied in the field.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 IoT 계측기를 이용한 침수 모니터링 시스템는 도 1 내지 도 2을 참조하면, 태양광모듈(100), 전원공급부(200), 압력센서(300), 마이크로컨트롤러(400), 통신모듈(500), 통합관제서버(600), 사용자단말기(700)을 포함하여 구성된다.Referring to FIGS. 1 and 2, the flooding monitoring system using an IoT measuring device according to a preferred embodiment of the present invention includes a solar module 100, a power supply unit 200, a pressure sensor 300, a microcontroller 400, and communication. It consists of a module 500, an integrated control server 600, and a user terminal 700.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 IoT 계측기를 이용한 침수 모니터링 시스템의 구성 요소에 대해 상세하게 설명한다.Hereinafter, the components of a flooding monitoring system using an IoT measuring device according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail.

태양광모듈(100)은 태양광 패널의 방향을 조절할 수 있으며, 태양에너지를 전기에너지로 변환하여 전원공급부(200)에 저장할 수 있다.The solar module 100 can control the direction of the solar panel, convert solar energy into electrical energy, and store it in the power supply unit 200.

전원공급부(200)는 태양광모듈(100)에서 생성된 전기에너지를 저장할 수 있으며, 태양에너지가 공급되지 않는 경우에도 저장된 전기에너지를 이용하여 전력을 공급할 수 있어 태양광이 공급되지 않는 상태에서도 전원이 유지될 수 있도록 하되 설치되는 장소의 태양광의 상태에 따라 전원공급부에 구비된 배터리의 용량을 달리 할 수 있다.The power supply unit 200 can store the electric energy generated by the solar module 100, and can supply power using the stored electric energy even when solar energy is not supplied, so it can provide power even when solar energy is not supplied. This can be maintained, but the capacity of the battery provided in the power supply unit can be varied depending on the state of solar power in the installation location.

예컨대, 태양광이 충분하지 않은 곳에 설치되는 장치는 태양광모듈 및 배터리의 용량을 크게 할 수 있으며, 태양광이 충분한 곳에 설치되는 장치는 상대적으로 적게 할 수 있다.For example, devices installed in places with insufficient sunlight can increase the capacity of solar modules and batteries, while devices installed in places with sufficient sunlight can have relatively smaller capacities.

또한, 목적에 따라 태양광모듈 및 배터리의 용량을 조절하여 전원이 유지되는 시간을 늘릴 수 있다.Additionally, the capacity of the solar module and battery can be adjusted depending on the purpose to increase the time the power is maintained.

태양광모듈(100)에서 생성된 전기에너지는 전원공급부(200)에 저장이 될 수 있으며, 전원공급부(200)에 저장된 전기에너지는 마이크로컨트롤러를 통하여 압력센서(300), 마이크로프로세서(400), 통신모듈(500)을 동작시키기 위한 에너지로 사용된다.The electrical energy generated by the solar module 100 can be stored in the power supply unit 200, and the electrical energy stored in the power supply unit 200 is transmitted to the pressure sensor 300, the microprocessor 400, and the pressure sensor 300 through a microcontroller. It is used as energy to operate the communication module 500.

본 발명은 전원공사를 하지 않고도 사용할 수 있도록 태양광모듈이 구비되고, 저전력으로 작동하고 충전 없이 오랜기간 사용할 수 있는 장점이 있다.The present invention has the advantage of being equipped with a solar module so that it can be used without power construction, operating at low power, and being able to be used for a long time without charging.

또한, 본 발명에서는 전력소모량을 줄이기 위하여, 가능한 전력 소모량이 적도록 정확한 시간을 측정하는 RTC(Real-Time Clock)칩은 적용하지 않고 서버에서 데이터를 수신한 시각을 계측 시각으로 하였다. In addition, in the present invention, in order to reduce power consumption, the RTC (Real-Time Clock) chip, which measures accurate time so that power consumption is as low as possible, is not applied, and the time at which data is received from the server is used as the measurement time.

이로 인해 Wifi를 사용할 경우 설정한 계측 간격 보다 약 5초 늦게 데이터가 도착하고 LTE-M의 경우 약 38초 후 데이터가 도착한다. 이 시간을 최소화하기 위해서는 통신을 계속 연결해 두면 되지만, 이 경우 LTE-M 모듈의 전력 소모가 커지는 문제가 있어 데이터 전송 전과 후에 전원을 켜고 끄도록 설정하였다. As a result, when using Wifi, data arrives about 5 seconds later than the set measurement interval, and when using LTE-M, data arrives about 38 seconds later. To minimize this time, you can keep communication connected, but in this case, there is a problem that the power consumption of the LTE-M module increases, so it is set to turn the power on and off before and after data transmission.

또한, 1분에 1회 이상의 데이터가 수신될 수 있도록 계측 간격을 15초로 하여 전송지연 시간을 포함하여 53 ~ 54초 마다 데이터를 수신할 수 있도록 하였다. In addition, the measurement interval was set to 15 seconds so that data could be received more than once per minute, allowing data to be received every 53 to 54 seconds, including the transmission delay time.

즉, 최소 1분 간격으로 계측할 수 있으며, 시간 간격은 사용자가 조절할 수 있도록 하였다.In other words, measurements can be made at intervals of at least 1 minute, and the time interval can be adjusted by the user.

압력센서(300)는 침수되는 경우 빗물에 의한 압력인 수압을 센싱할 수 있다.The pressure sensor 300 can sense water pressure, which is the pressure caused by rainwater, when flooded.

침수심계측을 위한 센서는 초음파, 레이더를 포함한 비접촉식 센서를 이용하는 경우 차량이나 보행자 또는 곤충 등으로 인하여 계측오류가 발생할 우려가 있어 비접촉식 센서를 사용하는 것보다 접촉식인 압력을 센싱하는 압력센서를 사용하는 것이 계측 오류 발생 확률을 줄이고 후처리를 통한 검보정에 유리하다.When using non-contact sensors including ultrasonic waves and radar, sensors for measuring flood depth may cause measurement errors due to vehicles, pedestrians, insects, etc., so it is better to use a pressure sensor that senses contact pressure rather than using a non-contact sensor. This reduces the probability of measurement errors and is advantageous for calibration through post-processing.

또한, 압력센서에는 절대압센서, 차압센서, 상대압센서가 있으며, 절대압센서는 진공상태를 0으로 하여 외부에 가해지는 압력차를 측정하고, 차압센서는 두지점의 압력치를 측정한다. 또한 상대압센서는 두 지점 중 한 지점의 압력을 대기압에 노출시켜 대기압과의 차이를 측정한다. In addition, pressure sensors include absolute pressure sensors, differential pressure sensors, and relative pressure sensors. The absolute pressure sensor measures the pressure difference applied to the outside by setting the vacuum state to 0, and the differential pressure sensor measures the pressure values at two points. Additionally, a relative pressure sensor measures the difference from atmospheric pressure by exposing the pressure at one of two points to atmospheric pressure.

종래의 수심을 측정하는 압력센서는 상대압센서방식을 사용하고 있으며, 대기압에 노출될 수 있도록 튜브를 연결하여 사용하고 있다. 이 경우, 사용되는 튜브는 손상이 적고 꺾임에 저항할 수 있어야 하는데 주로 폴리우레탄 재질을 사용하고 있으며 가격이 상대적으로 높고 손상될 경우 교체가 어렵다는 문제점이 있다.Conventional pressure sensors that measure water depth use the relative pressure sensor method and are used by connecting a tube so that they can be exposed to atmospheric pressure. In this case, the tube used must be less damaged and resistant to bending, but it is mainly made of polyurethane and has the problem of being relatively expensive and difficult to replace if damaged.

본 발명에서는 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 절대압 센서를 사용하며, 대기압의 변화를 상쇄할 수 있도록 보정하기 위하여 통합관제서버에서 대기압보정부를 구비하고 있어 절대압 센서로 정확한 수위를 계측할 수 있다.In the present invention, an absolute pressure sensor is used to solve the above problem, and an atmospheric pressure correction unit is provided in the integrated control server to compensate for changes in atmospheric pressure, so that the absolute pressure sensor can accurately measure the water level.

마이크로컨트롤러(400)는 마이크로프로세서(410)를 포함하고, 마이크로컨트롤러(400)는 압력센서(300)의 압력신호를 전송받아 디지털화하고 수심값으로 변환하여 통신모듈로 전송할 수 있다.The microcontroller 400 includes a microprocessor 410, and the microcontroller 400 can receive a pressure signal from the pressure sensor 300, digitize it, convert it into a water depth value, and transmit it to a communication module.

마이크로프로세서(410)는 단순제어에서부터 특수한 기능에 이르기까지 다양한 특성을 컨트롤 하는 시스템 반도체이며, 메모리 및 입출력 제어 인터페이스 회로 등 부가장치들을 내장하고 있기 때문에 특정 목적의 기능을 수행하는 제어프로그램을 컴퓨터를 통하여 언제든지 이식하여 다양한 역할을 수행할 수 있다는 장점이 있다.The microprocessor 410 is a system semiconductor that controls various characteristics ranging from simple control to special functions, and has additional devices such as memory and input/output control interface circuits built in, so it can run a control program that performs a specific function through a computer. It has the advantage of being able to be transplanted at any time and perform various roles.

마이크로컨트롤러(400)는 센서에서 측정한 압력과 온도를 디지털신호로 마이크로 프로세서에 전송하며, 마이크로 프로세서는 디지털 신호를 해석하여 압력과 온도로 변환한다. 또한, 마이크로프로세서를 이용하여 데이터 전송간격, 통신방법(LTE, WiFi), 통신포트, IP 주소, 기기 ID 등을 변경할 수 있다.The microcontroller 400 transmits the pressure and temperature measured by the sensor as a digital signal to the microprocessor, and the microprocessor interprets the digital signal and converts it into pressure and temperature. Additionally, the data transmission interval, communication method (LTE, WiFi), communication port, IP address, device ID, etc. can be changed using a microprocessor.

저전력과 소형화 및 비용절감을 위하여 직접적인 데이터의 저장과 처리는 통합관제서버(600)에서 수행하며, 마이크로컨트롤러(400)에서는 통신모듈(500)이 데이터를 통합관제서버로 전달할 수 있도록하는 최소 기능만을 수행한다.For low power consumption, miniaturization, and cost reduction, direct data storage and processing is performed in the integrated control server 600, and the microcontroller 400 only performs the minimum function to enable the communication module 500 to transmit data to the integrated control server. Perform.

통신모듈(500)은 마이크로컨트롤러(400)에서 전송받은 신호를 인터넷을 통하여 원거리에 있는 통합관제서버(600)로 전송할 수 있다.The communication module 500 can transmit signals received from the microcontroller 400 to a remote integrated control server 600 via the Internet.

일반적으로 IoT에서 사용하는 MQTT (Message Queuing Telemetry Transport)는 데이터를 송신할 때마다 2~5Byte의 Fixed Header가 붙게 되어 통신용량이 늘어나게 되며, Publisher를 통하여 주제를 발행하고 Subscriber가 구독하는 형태로 Broker가 중계 역할을 하는데 이러한 방식은 Device → Socket Server → Socket Client → DB의 일방향으로 데이터가 전송되는 본 발명과 맞지 않으며 데이터 사용량이 많은 문제점이 있어, 본 발명에서 데이터 사용량을 줄이기 위하여, 통신모듈(500)의 통신 프로토콜은 TCP/IP로 하였다. 다만, IoT 기술의 발전과 환경의 변화에 따라 통신 프로토콜은 변경이 가능하다.MQTT (Message Queuing Telemetry Transport), which is generally used in IoT, adds a Fixed Header of 2 to 5 Bytes every time data is transmitted, increasing communication capacity. The Broker issues topics through Publisher and subscribes to Subscribers. It acts as a relay, but this method does not fit the present invention in which data is transmitted in one direction from Device → Socket Server → Socket Client → DB and has a problem with large data usage. In order to reduce data usage in the present invention, a communication module 500 is used. The communication protocol was TCP/IP. However, the communication protocol can be changed according to the development of IoT technology and changes in the environment.

통합관제서버(600)는 통신모듈(500)과 무선으로 신호를 송수신할 수 있으며, 통신모듈(500)을 통하여 전송받은 압력센서(300)의 수압정보를 이용하여 대기압 보정 후 침수심으로 연산하여 처리하고 저장할 수 있고, 대기압보정부(610), 데이터스토어(620), 데이터정제부(630), 데이터변환부(640), 데이터베이스부(650)를 포함하여 이루어진다.The integrated control server 600 can transmit and receive signals wirelessly with the communication module 500, and calculates the depth of flooding after correcting atmospheric pressure using the water pressure information of the pressure sensor 300 transmitted through the communication module 500. It can be processed and stored, and includes an atmospheric pressure correction unit 610, a data store 620, a data purification unit 630, a data conversion unit 640, and a database unit 650.

또한, 통합관제서버(600)에서는 소프트웨어를 통하여 센서의 민감도를 조정하거나 성능을 개선하는 등 현장방문 없이 배포하고 업데이트 할 수 있어 인력과 시간을 절약할 수 있다.In addition, the integrated control server 600 allows distribution and updates without an on-site visit, such as adjusting sensor sensitivity or improving performance through software, saving manpower and time.

또한, 통합관제서버(600)는 클라우드 환경으로 구성될 수 있으며, 클라우드 컴퓨팅 환경이 인터넷에 노출되는 것을 방지하기 위하여 VPN(Virtual Private Network: 가상사설망)을 설정하여 시스템 관리자만 접근할 수 있도록 할 수 있다. In addition, the integrated control server 600 may be configured in a cloud environment, and in order to prevent the cloud computing environment from being exposed to the Internet, a VPN (Virtual Private Network) can be set up to allow access only to the system administrator. there is.

VPN은 네트워크 수준에서의 보안으로 클라우드 컴퓨팅 환경에 대한 접속 권한을 획득한 이용자만 접속할 수 있으며 사용자와 가상의 터널을 만들어 연결하고 데이터를 암호화하여 네트워크를 보호한다. VPN is security at the network level, so only users who have access to the cloud computing environment can access it, and it protects the network by creating a virtual tunnel with users and encrypting data.

클라우드 내부의 VPC (Virtual Private Cloud)에는 접근 권한을 특정 IP 주소만 가능하도록 하여 다른 위치에서의 접속을 완전히 차단할 수 있으며, VPC는 클라우드 컴퓨팅 환경 내부의 네트워크를 설정하는 것으로, 인터넷과 직접 연결할 수 없도록 하여 보안을 강화하는 역할을 할 수 있다. Access to the VPC (Virtual Private Cloud) inside the cloud can be restricted to specific IP addresses, completely blocking access from other locations. The VPC sets up a network inside the cloud computing environment, preventing direct connection to the Internet. This can play a role in strengthening security.

IoT 침수심 계측기의 통신 프로토콜인 TCP/IP 통신은 보안에 취약하다는 단점이 있으므로, 이러한 문제점을 해결하기 위하며 NLB (Network Load Balancer)를 이용하여 VPC에 접근하도록 할 수 있다. TCP/IP communication, which is the communication protocol for IoT flood depth measuring devices, has the disadvantage of being vulnerable to security. To solve this problem, NLB (Network Load Balancer) can be used to access the VPC.

NLB는 요청에 응답하는 시간인 레이턴시가 빨라 초당 수백만 건의 요청을 처리할 수 있어 대량의 계측기와 연결할 수 있다. NLB has fast latency, which is the time it takes to respond to a request, and can handle millions of requests per second, allowing it to connect to a large number of instruments.

IoT 계측기와 NLB 사이에는 별도의 보안이 적용되지는 않지만, NLB를 통과한 이후에는 EC2 (Elastic Compute Cloud) 보안 규칙에 따라 클라우드 컴퓨팅 환경을 보호할 수 있다. Socket Server는 IoT 침수심 계측기의 데이터를 Client 프로그램이 수신할 수 있도록 해준다. No separate security is applied between IoT instruments and NLB, but after passing NLB, the cloud computing environment can be protected according to EC2 (Elastic Compute Cloud) security rules. Socket Server allows the Client program to receive data from IoT flood depth measuring instruments.

Client 프로그램은 서버를 통해 들어온 원시데이터(Raw Data) 10개를 데이터스토어부에 저장하고, 계측기 ID, 데이터가 수신된 시각, 배터리 잔량, 온도, 압력의 1개 레코드를 데이터베이스부에 저장한다. 계측기 ID는 LTE-M 모듈의 IMEI(International Mobile Equipment Identity: 단말기고유식별번호)를 이용하였다. The Client program stores 10 pieces of raw data received through the server in the data storage unit and stores one record of the instrument ID, time the data was received, remaining battery capacity, temperature, and pressure in the database unit. The instrument ID used the IMEI (International Mobile Equipment Identity) of the LTE-M module.

수집된 데이터를 수심으로 변환 저장하고 계측 간격이 일정하지 않은 문제를 해결하기 위하여 데이터변환부를 별도로 구비하고 있으며, 데이터변환부는 대기압 보정부로 부터 대기압 보정 알고리즘을 전송받을 수 있으며, 대기압 보정 알고리즘으로 압력을 수심으로 변환하고 측정시각을 매분 정각으로 일치시켜 주는 역할을 한다. 예를 들어 00분과 01분 사이에 측정된 데이터는 01분에 데이터변환부에서 수집하고 01분 측정 자료로 변환하여 데이터베이스부에 저장한다.In order to convert and store the collected data into water depth and solve the problem of inconsistent measurement intervals, a separate data conversion unit is provided. The data conversion unit can receive the atmospheric pressure correction algorithm from the atmospheric pressure correction unit, and the atmospheric pressure correction algorithm can be used to calculate the pressure. It converts to water depth and matches the measurement time every minute. For example, data measured between 00 minutes and 01 minutes is collected by the data conversion unit at 01 minutes, converted to 01 minute measurement data, and stored in the database unit.

데이터 변환부(640)는 IoT 침수심 계측기가 수행해야 할 계산을 대신하고, 계측기가 있는 현장에 가지 않고도 수정할 수 있어 유지관리를 쉽게 해준다.The data conversion unit 640 replaces the calculations that the IoT flood depth meter must perform, and can be modified without going to the site where the meter is located, making maintenance easier.

대기압보정부(610)는 압력센서에 대기압을 보정하여 대기압을 제외한 수압을 측정할 수 있게 한다.The atmospheric pressure correction unit 610 corrects the atmospheric pressure in the pressure sensor to measure water pressure excluding atmospheric pressure.

보다 상세하게는, 본 발명에서 사용하는 절대압 센서는 위치와 시간에 따라서 변하는 대기압을 보정해야 계측압력을 수십으로 변환할 수 있다.More specifically, the absolute pressure sensor used in the present invention must correct atmospheric pressure that changes depending on location and time to convert the measured pressure into tens.

상기 수식 (1)에서 Ps는 센서가 받는 압력, Pw는 수압, Patm은 대기압을 의미하며 절대압 센서는 진공상태를 기준으로 계측하는 것으로 수압이 없는 상태에서 Ps는 대기압과 같다. 그리고 두 계측 시점에서 측정한 수압의 변화량 ΔPw는 수식(2)와 같이 계측압력의 변화량과 대기압의 변화량의 차로 구할 수 있다. In the above equation (1), P s refers to the pressure received by the sensor, P w refers to water pressure, and P atm refers to atmospheric pressure. Absolute pressure sensors measure based on a vacuum state, and in the absence of water pressure, P s is equal to atmospheric pressure. And the change in water pressure ΔP w measured at the two measurement points can be obtained as the difference between the change in measured pressure and the change in atmospheric pressure as shown in Equation (2).

계측되는 압력의 변화량 중 대기압의 변화량을 구분하여 0으로 처리하면 수압의 변화량을 알 수 있다. 수압의 변화량은 압력(mbar)을 수주 밀리미터(mmH2O)로 변환하는 상기 수식 (3)에 의해 수심의 변화량으로 계산할 수 있다. If you classify the change in atmospheric pressure among the measured changes in pressure and treat it as 0, you can find out the change in water pressure. The change in water pressure can be calculated as the change in water depth using the above equation (3), which converts pressure (mbar) to millimeters of water column (mmH 2 O).

대기압의 변화 정도를 파악하고 본 발명의 대기압보정부에서의 보정방법을 도출하기 위한 실험을 실시하였고, 압력센서에 의하여 측정된 대기압은 도 3과 같다.An experiment was conducted to determine the degree of change in atmospheric pressure and derive a correction method in the atmospheric pressure correction unit of the present invention, and the atmospheric pressure measured by the pressure sensor is shown in FIG. 3.

도 3을 참조하였을때, 최솟값 996.7mb, 최댓값 1,004.2mb, 평균 1,000.1mb가 측정되었다. 최댓값과 최솟값의 차이인 4.1mb는 수주밀리미터(mmH2O)로 변환하면 41.82mm가 되며, 대기압은 계측하고자 하는 위치와 기상에 따라 변하므로 이 값은 더 커질 수 있어 보정이 필요한 것으로 판단하였다.Referring to Figure 3, the minimum value was 996.7mb, the maximum value was 1,004.2mb, and the average was 1,000.1mb. The difference between the maximum and minimum values, 4.1mb, becomes 41.82mm when converted to millimeters of water column (mmH 2 O). Since atmospheric pressure changes depending on the location and weather to be measured, this value could be larger, so correction was deemed necessary.

또한, 도 3을 참조하면, 장시간에 걸친 계측 압력의 변화는 크지만 측정때 마다의 표준편차는 최대 0.1로 변화가 작은 것을 확인할 수 있다. 따라서 계측된 압력의 변화가 대기압의 영향인지 수압의 영향인지 판별하기 위해서는 계측기가 송신하는 원시 데이터 10개의 표준편차를 확인하면 알 수 있다. Additionally, referring to Figure 3, it can be seen that although the change in measured pressure over a long period of time is large, the standard deviation for each measurement is small, with a maximum of 0.1. Therefore, in order to determine whether the change in measured pressure is the effect of atmospheric pressure or water pressure, you can check the standard deviation of the 10 raw data transmitted by the instrument.

즉, 침수가 발생한 경우에는 수면의 파동으로 인해 계측되는 압력의 표준편차가 대기압의 변화로 인한 표준편차 최대값인 0.1 보다 크게 나타날 것이므로 구분이 된다. 그리고 수심을 변경하며 정확도를 실험하는 때에는 계측기가 절전상태로 계측을 하지 않는 상황에서 수심이 변할 수 있다. In other words, when flooding occurs, the standard deviation of the pressure measured due to waves on the water surface will be greater than 0.1, which is the maximum value of the standard deviation due to changes in atmospheric pressure. Also, when testing accuracy by changing the water depth, the water depth may change in a situation where the instrument is in a power-saving state and is not measuring.

이러한 경우에는 표준편차가 0.1보다 작으면서 수위의 변동이 발생할 수 있으므로 압력 변화량이 0.2mbar 이상 이면 수위가 변한 것으로 설정하였으며, 0.2mbar로 설정한 것은 사용된 절대압 센서의 계측 단위가 0.1mbar이고, 이웃하는 계측 시점의 대기압 변화량도 0.1mbar를 넘지 않으므로 수면의 움직임 없이 테스트하는 경우 수위 변화에 최대한 민감하게 반응할 수 있도록 하기 위함이다. 즉, 압력 변화량과 표준편차의 임계값을 조정하면 센서의 민감도가 되는 것이며, 이를 현장방문 없이 처리할 수 있다.In this case, since the water level may fluctuate while the standard deviation is less than 0.1, it is set as if the water level has changed if the pressure change is more than 0.2 mbar. When set to 0.2 mbar, the measurement unit of the absolute pressure sensor used is 0.1 mbar, and the neighboring Since the change in atmospheric pressure at the time of measurement does not exceed 0.1 mbar, this is to ensure that the test can respond as sensitively as possible to changes in water level when testing without movement of the water surface. In other words, adjusting the threshold value of pressure change and standard deviation determines the sensitivity of the sensor, and this can be processed without an on-site visit.

도 4는 상기 내용을 반영한 대기압 보정 알고리즘이며, 도 4를 참조하면, 계측기로부터 10개의 원시데이터(raw data, mbar)가 수신되면 표준편차(Standard Deviation: STD)를 구하고, 최초값을 버린 9개 데이터의 중앙값을 구하여 현재 계측 압력값(Median mbar: Mmb)으로 한다. 현재 계측 압력값(Mmb)과 직전 계측 압력값(Previous mbar: Pmb)의 차를 구하여 절대값이 0.2mbar보다 크면 수심이 변한 것으로 인식하고 상기 수식(3)에 따라 압력차를 수심 변화량으로 환산(Convert to Water depth: ΔWD)한다. Figure 4 is an atmospheric pressure correction algorithm that reflects the above contents. Referring to Figure 4, when 10 pieces of raw data (mbar) are received from a measuring instrument, the standard deviation (STD) is calculated, and the initial value is discarded for 9 pieces. Find the median value of the data and use it as the current measured pressure value (Median mbar: Mmb). Find the difference between the currently measured pressure value (Mmb) and the previous measured pressure value (Previous mbar: Pmb), and if the absolute value is greater than 0.2 mbar, recognize that the water depth has changed, and convert the pressure difference into a change in water depth according to the above formula (3) ( Convert to Water depth: ΔWD).

이때, 현재 압력에서 이전 압력을 뺀 값이 양수이면 ΔWD도 양수가 되어 수심이 증가하고 음수이면 반대가 된다. 수심 변화량(ΔWD)을 직전의 수심(Water Depth: WD)에 더하여 현재의 수심(WD)으로 업데이트한다. 현재 압력(Mmb)과 직전 압력(Pmb)의 차이가 0.2mbar 보다 작거나 같더라도 표준편차가 0.1보다 크면 ΔWD로 환산하여 수심을 더해주며 작을 때에는 ΔWD를 0으로 하여 수심이 변화하지 않은 것으로 한다At this time, if the value obtained by subtracting the previous pressure from the current pressure is a positive number, ΔWD also becomes a positive number and the water depth increases. If it is negative, it becomes the opposite. The water depth change (ΔWD) is added to the previous water depth (Water Depth: WD) and updated to the current water depth (WD). Even if the difference between the current pressure (Mmb) and the previous pressure (Pmb) is less than or equal to 0.2 mbar, if the standard deviation is greater than 0.1, it is converted to ΔWD and the water depth is added. If it is small, ΔWD is set to 0 and the water depth is assumed to have not changed.

사용자단말기(700)는 통합관제서버와 통신으로 정보를 송수신할 수 있으며, 디스플레이부를 구비하고 있어 도 6을 참조하면, 통합관제서버로부터 전송받은 정보를 시각화할 수 있다.The user terminal 700 can transmit and receive information through communication with the integrated control server, and is equipped with a display unit, so referring to FIG. 6, the information received from the integrated control server can be visualized.

본 발명에 따른 IoT 계측기를 이용한 침수 모니터링 시스템의 각각의 구성요소는 모듈화가 되어 있어, 도 7을 참조하면, 계측기를 현장에 설치하는 경우, 태양광모듈, 전원공급부, 마이크로컨트롤러, 통신모듈은 침수되지 않는 높은 장소에 설치 될 수 있으며, 침수되는 경우, 수압을 센싱할 수 있는 압력센서는 바닥에 설치되어 수압을 센싱할 수 있게 한다.Each component of the flooding monitoring system using the IoT measuring device according to the present invention is modularized, so referring to FIG. 7, when installing the measuring instrument in the field, the solar module, power supply unit, microcontroller, and communication module are subject to flooding. It can be installed in a high place where water is not exposed, and in case of flooding, a pressure sensor that can sense water pressure is installed on the floor to sense water pressure.

종래의 침수 모니터링 시스템 및 장치는 일체로 구성되어 침수가 될때, 통신장치, 제어장치까지 함께 침수되어 고장나거나 오작동할 우려가 있는 문제점이 있었는데, 본 발명에 따르면, 수압을 센싱하는 압력센서만 침수되는 곳에 설치되고, 다른 구성요소는 침수되지 않는 높은 장소에 설치되어 이러한 문제점을 해결하였다.Conventional flood monitoring systems and devices are integrated so that when flooded, communication devices and control devices are also flooded, causing a risk of failure or malfunction. However, according to the present invention, only the pressure sensor that senses water pressure is flooded. This problem was solved by being installed in a high place where other components would not be flooded.

또한, 차량 및 보행자 통행으로 인하여 압력센서가 고장나는 경우, 종래에 사용하던 상대압센서는 상대적으로 고가이며, 교체가 쉽지 않다는 단점이 있었는데, 본 발명에 따르면, 상대적으로 저가이며, 교체가 간편한 절대압 센서를 사용하여 이러한 문제점을 해결하였다.In addition, when the pressure sensor breaks down due to vehicle and pedestrian traffic, the relative pressure sensor used conventionally had the disadvantage of being relatively expensive and not easy to replace. However, according to the present invention, the absolute pressure sensor is relatively inexpensive and easy to replace. This problem was solved using sensors.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely an illustrative explanation of the technical idea of the present invention, and various modifications, changes, and substitutions can be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. will be. Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention and the attached drawings are not intended to limit the technical idea of the present invention, but are for illustrative purposes, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments and the attached drawings. . The scope of protection of the present invention should be interpreted in accordance with the claims below, and all technical ideas within the equivalent scope should be construed as being included in the scope of rights of the present invention.

100 - 태양광모듈 200 - 전원공급부
300 - 압력센서 400 - 마이크로컨트롤러
500 - 통신모듈 600 - 통합관제서버
700 - 사용자단말기
100 - solar module 200 - power supply unit
300 - Pressure sensor 400 - Microcontroller
500 - Communication module 600 - Integrated control server
700 - User terminal

Claims (3)

태양광 패널의 방향을 조정할 수 있으며, 태양에너지를 전기에너지로 변환할 수 있는 태양광모듈;
태양광모듈에서 생성된 전기에너지를 저장할 수 있으며, 태양에너지가 공급되지 않는 경우 전력을 공급할 수 있는 전원공급부;
침수되는 경우, 수압을 센싱할 수 있는 압력센서;
압력센서의 신호를 전송받아 디지털화하여 통신모듈로 전송하는 마이크로컨트롤러;
마이크로컨트롤러에서 전송받은 신호를 원거리에 있는 통합관제서버로 전송할 수 있는 안테나를 포함한 통신모듈; 및
전송받은 압력센서의 센싱정보를 이용하여 침수심으로 연산하여 처리하고 저장할 수 있고, 압력센서의 민감도 조정 및 제어를 위한 소프트웨어를 업데이트할 수 있는 통합관제서버
를 포함하고,
통합관제서버는
압력센서에 대기압을 보정하여 대기압을 제외한 수압을 측정할 수 있게 하는 대기압보정부;
압력센서에서 센싱된 원시데이터를 저장할 수 있는 데이터스토어;
압력센서에서 센싱된 원시데이터를 정제할 수 있는 데이터정제부;
정제된 데이터를 저장할 수 있는 데이터베이스부;
를 포함하며,
통합관제서버는 수집된 데이터를 수심으로 변환 저장하고 계측 간격이 일정하지 않은 문제를 해결하기 위하여 데이터변환부를 구비하고 있는 것;
데이터변환부는 대기압 보정부로 부터 대기압 보정 알고리즘을 전송받을 수 있으며, 대기압 보정 알고리즘으로 압력을 수심으로 변환하고 측정시각을 매분 정각으로 일치시켜 주는 것;
압력센서는 진공상태를 0으로 하여 외부에 가해지는 압력차를 측정할 수 있는 절대압센서인것;
저전력과 소형화 및 비용절감을 위하여 데이터의 저장과 처리는 통합관제서버에서 수행하며, 마이크로컨트롤러에서는 통신모듈이 데이터를 통합관제서버로 전달 할 수 있도록 하는 기능만 수행하는 것;
태양광모듈, 전원공급부, 압력센서, 마이크로컨트롤러, 통신모듈을 포함한 각각의 구성요소는 모듈화가 되어 있어, 현장에 설치하는 경우, 태양광모듈, 전원공급부, 마이크로컨트롤러, 통신모듈은 침수되지 않는 높은 장소에 설치 될 수 있으며, 압력센서는 침수될 수 있는 바닥에 설치되어 수압을 센싱할 수 있게 하는 것;
을 포함하는, IoT 계측기를 이용한 침수 모니터링 시스템.

A solar module that can adjust the direction of the solar panel and convert solar energy into electrical energy;
A power supply unit capable of storing electrical energy generated by solar modules and supplying power when solar energy is not supplied;
A pressure sensor that can sense water pressure in case of flooding;
A microcontroller that receives signals from a pressure sensor, digitizes them, and transmits them to a communication module;
A communication module including an antenna that can transmit signals received from a microcontroller to a remote integrated control server; and
An integrated control server that can process and store the calculation of the depth of flooding using the received sensing information from the pressure sensor, and can update software for adjusting and controlling the sensitivity of the pressure sensor.
Including,
Integrated control server
An atmospheric pressure correction unit that corrects the atmospheric pressure in the pressure sensor to measure water pressure excluding atmospheric pressure;
Data store that can store raw data sensed from a pressure sensor;
A data purification unit capable of purifying the raw data sensed from the pressure sensor;
A database unit capable of storing refined data;
Includes,
The integrated control server converts and stores the collected data into water depth and is equipped with a data conversion unit to solve the problem of inconsistent measurement intervals;
The data conversion unit can receive an atmospheric pressure correction algorithm from the atmospheric pressure correction unit, and converts the pressure into water depth with the atmospheric pressure correction algorithm and matches the measurement time on the hour every minute;
The pressure sensor is an absolute pressure sensor that can measure the pressure difference applied to the outside by setting the vacuum state to 0;
For low power consumption, miniaturization, and cost reduction, data storage and processing are performed in the integrated control server, and the microcontroller only performs the function of allowing the communication module to transmit data to the integrated control server;
Each component, including the solar module, power supply, pressure sensor, microcontroller, and communication module, is modularized, so when installed in the field, the solar module, power supply, microcontroller, and communication module are placed at a high level that will not be submerged. It can be installed in any location, and the pressure sensor can be installed on a floor that may be flooded to sense water pressure;
Including, a flooding monitoring system using an IoT instrument.

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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0814983A (en) * 1994-06-29 1996-01-19 Kyowa Shoko Kk Water pressure, electrode combination type water level measuring instrument and water level measuring method using it
KR101032679B1 (en) * 2010-10-29 2011-05-06 아이에스테크놀로지 주식회사 Water level measurement system
KR102422451B1 (en) * 2021-10-29 2022-07-19 (주)아이오티솔루션 IoT CONVERGENCE-INDEPENDENT URBAN IMMERSION OBSERVATION DEVICE, OBSERVATION SYSTEM INCLUDING THE SAME AND METHOD THEREFOR

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