KR102654391B1 - 수위계측센서 및 이를 포함하는 시설물 침수 모니터링 시스템 - Google Patents

수위계측센서 및 이를 포함하는 시설물 침수 모니터링 시스템 Download PDF

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Abstract

본 개시의 기술적 사상에 의한 일 양태에 따른 시설물의 침수 모니터링 시스템은, 상기 시설물 내부의 수위를 계측하는 수위계측센서; 상기 시설물의 입구 및 출구 중 적어도 하나에 설치되는 유속/유량계; 상기 시설물의 입구에 설치되어 상기 시설물 내부로의 진입을 허용 또는 차단하는 진입 차단기; 상기 시설물과 연결된 도로 상에 설치되어, 상기 시설물의 침수 상태와 관련된 정보를 출력하는 상황 안내 장치; 및 상기 수위계측센서로부터 수위 계측값을 획득하고, 상기 유속/유량계로부터 유속 측정값을 획득하고, 획득된 수위 계측값 및 유속 측정값에 기초하여 상기 시설물의 침수 상태를 판단하고, 판단 결과에 기초하여 상기 진입 차단기 및 상기 상황 안내 장치의 동작을 제어하는 관제 장치를 포함한다.

Description

수위계측센서 및 이를 포함하는 시설물 침수 모니터링 시스템{WATER LEVEL MEASUREMENT SENSOR AND FLOOD MONITORING SYSTEM FOR FACILITY INCLUDING SAME}
본 개시(disclosure)의 기술적 사상은 수위계측센서 및 이를 포함하는 시설물 침수 모니터링 시스템에 관한 것이다.
최근 환경오염이나 이상기후 등으로 인하여, 국내에도 국지성 호우로 인한 피해 발생이 증가하고 있다. 특히 국지성 호우에 따른 지하차도나 지하 주차장, 터널 등의 침수로 인해, 인명 피해 및 재산 피해가 발생하고 있다. 이러한 피해를 예방하기 위해, 지하차도 등의 침수여부를 모니터링하여 사람이나 차량의 진입을 차단하기 위한 조치를 취할 수 있는 시스템(침수 모니터링 시스템)의 니즈가 증가하고 있는 상황이다.
이러한 지하차도 등의 침수 모니터링 시스템의 경우, 해당 시설물 내부의 수위를 감지하거나 측정하기 위한 구성이 필수적으로 포함될 수 있다. 종래에는 지하차도 등의 수위 측정을 위해 전기 전도식(전극봉 타입)의 수위 검지기를 사용하였으나, 이는 수위가 소정 지점에 도달하였는지 여부를 감지할 수 있을 뿐, 수위 자체를 측정하지는 못하는 단점이 있다. 또한 초음파를 활용하는 종래의 수위계측센서는 전력 소비로 인해 시설물에서 사용 시 별도의 전기 공사가 필요하다는 단점이 존재한다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는, IR 레이저를 이용한 ToF 방식의 수위계측센서의 측정 정확도를 향상시키는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는, 지하차도 등 침수사고가 발생할 수 있는 시설물에 대한 모니터링을 통해, 침수 발생 시 사람이나 차량의 진입을 효과적으로 차단할 수 있는 시스템을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 개시의 기술적 사상에 의한 일 양태(aspect)에 따른 시설물의 침수 모니터링 시스템은, 상기 시설물 내부의 수위를 계측하는 수위계측센서; 상기 시설물의 입구 및 출구 중 적어도 하나에 설치되는 유속/유량계; 상기 시설물의 입구에 설치되어 상기 시설물 내부로의 진입을 허용 또는 차단하는 진입 차단기; 상기 시설물과 연결된 도로 상에 설치되어, 상기 시설물의 침수 상태와 관련된 정보를 출력하는 상황 안내 장치; 및 상기 수위계측센서로부터 수위 계측값을 획득하고, 상기 유속/유량계로부터 유속 측정값을 획득하고, 획득된 수위 계측값 및 유속 측정값에 기초하여 상기 시설물의 침수 상태를 판단하고, 판단 결과에 기초하여 상기 진입 차단기 및 상기 상황 안내 장치의 동작을 제어하는 관제 장치를 포함한다.
일 실시 예에 따라, 상기 관제 장치는 상기 수위 계측값 및 유속 측정값에 기초하여 상기 시설물에 설치된 배수펌프의 구동을 제어할 수 있다.
일 실시 예에 따라, 상기 상황 안내 장치는 상기 도로를 따라 서로 이격된 복수의 상황 안내 장치들을 포함하고, 상기 관제 장치는, 상기 침수 상태의 판단 결과에 기초한 침수 상태 메시지를, 상기 복수의 상황 안내 장치 중 가장 인접한 제1 상황 안내 장치로 전송하고, 상기 제1 상황 안내 장치는, 상기 수신된 침수 상태 메시지를, 상기 제1 상황 안내 장치와 가장 인접한 제2 상황 안내 장치로 전송할 수 있다.
일 실시 예에 따라, 상기 수위계측센서, 상기 유속/유량계, 상기 진입 차단기, 상기 상황 안내 장치, 및 상기 관제 장치 각각은 통신 인터페이스를 포함하고, 상기 통신 인터페이스는 LoRa(Long Range) 모듈 및 LTE-M 모듈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따라, 상기 시설물의 입구 및 출구에 각각 설치되는 차량 카운터를 더 포함하고, 상기 관제 장치는, 상기 차량 카운터로부터 수신되는 진입 카운트 및 진출 카운트에 기초하여, 상기 시설물의 침수 시 상기 시설물 내부에 존재하는 차량의 수를 산출할 수 있다.
본 개시의 기술적 사상에 의한 일 양태에 따른 수위계측센서는, 내부에 공간을 형성하고, 소정 영역에 물이 유입되는 유입구가 형성된 센서 하우징; 상기 센서 하우징의 내부에 배치되는 적외선(IR) 송수신기; 및 상기 센서 하우징의 내부에 배치되고, 상기 유입구를 통해 유입되는 물의 수위에 대응하여 상승 또는 하강하는 반사 부표를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따라, 상기 센서 하우징에는 상기 유입구보다 상측에 형성되는 배기구가 더 형성될 수 있다.
본 개시의 기술적 사상에 따른 수위계측센서는 IR 레이저를 이용함으로써 종래의 초음파 방식에 비해 전력 소모를 절감시킬 수 있다. 또한, 수위계측센서는 물의 수위에 따라 상승 및 하강하는 반사 부표를 포함함으로써 측정 정확도를 극대화할 수 있다.
본 개시의 기술적 사상에 따른 침수 모니터링 시스템은 수위계측센서와 유속/유량계를 이용하여 시설물의 침수 상태를 정확히 판단할 수 있으며, 복수의 상황 안내 장치를 통해 차량의 운전자 등에게 시설물의 침수 상태를 보다 효과적으로 알림으로써 침수 위험이 존재하는 시설물로의 진입을 보다 효과적으로 차단할 수 있다.
본 개시의 기술적 사상에 따른 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 개시에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 시설물의 침수 모니터링 시스템 및 이와 연계되는 외부 장치 또는 시스템을 전체적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 침수 모니터링 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 도 2에 도시된 관제 장치의 개략적인 제어 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4는 침수 모니터링 시스템에 의해 지하차도의 진입 차단이 유도되는 모습을 나타내는 예시도이다.
도 5는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 수위계측센서를 설명하기 위한 도면이다.
본 개시의 기술적 사상에 따른 예시적인 실시 예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 개시의 기술적 사상을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것으로, 아래의 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 개시의 기술적 사상의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시 예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하며 당업자에게 본 발명의 기술적 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
본 개시에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 영역, 층들, 부위 및/또는 구성 요소들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들, 부위 및/또는 구성 요소들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 특정 순서나 상하, 또는 우열을 의미하지 않으며, 하나의 부재, 영역, 부위, 또는 구성 요소를 다른 부재, 영역, 부위 또는 구성 요소와 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1 부재, 영역, 부위 또는 구성 요소는 본 개시의 기술적 사상의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2 부재, 영역, 부위 또는 구성 요소를 지칭할 수 있다. 예를 들면, 본 개시의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
달리 정의되지 않는 한, 여기에 사용되는 모든 용어들은 기술 용어와 과학 용어를 포함하여 본 개시의 개념이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 공통적으로 이해하고 있는 바와 동일한 의미를 지닌다. 또한, 통상적으로 사용되는, 사전에 정의된 바와 같은 용어들은 관련되는 기술의 맥락에서 이들이 의미하는 바와 일관되는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 여기에 명시적으로 정의하지 않는 한 과도하게 형식적인 의미로 해석되어서는 아니 될 것이다.
어떤 실시 예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서 또는 과정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들면, 연속하여 설명되는 두 공정 또는 과정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 수행될 수도 있다.
또한, 본 명세서에 기재된 "~부", "~기", "~자", "~모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 프로세서(Processor), 마이크로 프로세서(Micro Processer), 마이크로 컨트롤러(Micro Controller), CPU(Central Processing Unit), GPU(Graphics Processing Unit), APU(Accelerate Processor Unit), DSP(Drive Signal Processor), ASIC(Application Specific Integrated Circuit), FPGA(Field Programmable Gate Array) 등과 같은 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있으며, 적어도 하나의 기능이나 동작의 처리에 필요한 데이터를 저장하는 메모리(memory)와 결합되는 형태로 구현될 수도 있다.
그리고, 본 명세서에서의 구성부들에 대한 구분은 각 구성부가 담당하는 주기능별로 구분한 것에 불과함을 명확히 하고자 한다. 즉, 이하에서 설명할 2개 이상의 구성부가 하나의 구성부로 합쳐지거나 또는 하나의 구성부가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화되어 구비될 수도 있다. 그리고 이하에서 설명할 구성부 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성부가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성부 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성부에 의해 전담되어 수행될 수도 있음은 물론이다.
여기에서 사용된 '및/또는' 용어는 언급된 부재들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
이하에서는 첨부한 도면들을 참조하여 본 개시의 기술적 사상에 의한 실시예들에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 시설물의 침수 모니터링 시스템 및 이와 연계되는 외부 장치 또는 시스템을 전체적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 개시의 실시예에 따른 침수 모니터링 시스템(10)은 지하차도, 주차장, 터널 등 침수 위험이 존재하는 시설물에 대한 침수 상태를 모니터링하고, 모니터링 결과에 기초하여 해당 시설물의 진입 차단을 제어하는 시스템에 해당한다. 실시 예에 따라, 침수 모니터링 시스템(10)은 시설물에 설치된 배수펌프(20)와의 통신 연결을 통해, 침수 상태의 모니터링 결과에 따라 배수펌프(20)의 구동을 제어할 수 있으며, 배수펌프(20)의 상태 정보를 수신할 수 있다.
또한, 침수 모니터링 시스템(10)은 각종 외부 서버(30)와 데이터를 송수신할 수 있다.
일례로, 외부 서버(30)는 정부나 공공기관의 재난 관제 센터의 서버일 수 있다. 이 경우, 침수 모니터링 시스템(10)은 시설물의 침수 상태 모니터링 결과를 외부 서버(30)로 전송할 수 있고, 침수 위험의 감지 시 침수 위험을 알리기 위한 메시지 등을 외부 서버(30)로 전송할 수 있다. 또한, 침수 모니터링 시스템(10)은 외부 서버(30)로부터 시설물 인근의 하천 수위 데이터, 인접 시설물의 침수 감지 데이터 등을 수신하여, 침수 상태 모니터링 및 침수 위험 감지 시 활용할 수 있다.
일례로, 외부 서버(30)는 기상청 서버를 포함할 수 있으며, 이 경우 침수 모니터링 시스템(10)은 외부 서버(30)로부터 기상 정보(강수량, 호우주의보/경보 등)를 수신하고, 수신된 기상 정보를 침수 상태 모니터링 및 침수 위험 감지 시 활용할 수도 있다.
이러한 침수 모니터링 시스템(10)은 적어도 하나의 컴퓨팅 장치 및 기타 다양한 구성들로 이루어질 수 있다. 침수 모니터링 시스템(10)의 구성 예에 대해서는 이하 도 2 등을 통해 설명하기로 한다.
도 2는 도 1에 도시된 침수 모니터링 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 3은 도 2에 도시된 관제 장치의 개략적인 제어 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 침수 모니터링 시스템(10)은 수위계측센서(110), 유속/유량계(120), 차량 카운터(130), 촬영 장치(140), 관제 장치(150), 진입 차단기(160), 및 상황 안내 장치(170)를 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 구성은 설명의 편의를 위한 일례로서, 침수 모니터링 시스템(10)은 도 2에 도시된 구성들 중 일부를 포함하지 않거나, 추가적인 구성을 더 포함할 수도 있다.
수위계측센서(110)는 시설물(지하차도, 주차장, 터널 등)의 내부에 설치되어, 시설물의 수위를 계측하고 계측 결과를 관제 장치(150)로 전송할 수 있다. 특히 본 개시의 실시예에 따른 수위계측센서(110)는 전력소모를 최소화하면서도 수위를 정확히 계측할 수 있도록, 적외선(IR) 레이저를 이용한 ToF 방식의 센서로 구현될 수 있으며, 이에 대해서는 추후 도 5를 통해 보다 상세히 설명하기로 한다.
유속/유량계(120)는 시설물의 입구 및/또는 출구에 설치되어, 시설물 내로 유입되는 물의 유속 및/또는 유량을 측정하고, 측정 결과를 관제 장치(150)로 전송할 수 있다. 차량 카운터(130)는 시설물의 입구 및 출구에 설치되어, 시설물로 진입 및 진출하는 차량의 수를 카운트할 수 있다. 실시예에 따라, 관제 장치(150)는 진입 카운트와 진출 카운트의 차이에 기초하여 시설물 내에 존재하는 차량의 수를 판단할 수 있다. 촬영 장치(140)는 시설물 내/외에 설치되어 시설물 내부의 영상(정지영상 및/또는 동영상)을 획득하는 장치로서, CCTV 등을 포함할 수 있다. 도 2에서는 촬영 장치(140)가 관제 장치(150)와 연결된 형태가 도시되어 있으나, 실시예에 따라 촬영 장치(140)는 외부 서버(30; 예컨대 재난 관리 센터)와 통신 연결되어, 획득된 영상을 외부 서버(30)로 직접 전송할 수도 있다.
관제 장치(150)는, 상술한 구성들(110 내지 140) 및 외부 서버(30)로부터 수신되는 정보에 기초하여 시설물의 침수 상태를 판단하고, 판단 결과에 기초하여 진입 차단기(160), 상황 안내 장치(170), 및 배수펌프(20) 등의 동작을 제어할 수 있다. 관제 장치(150)의 개략적인 제어 구성 및 동작에 대해서는 이하 도 3을 통해 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 3을 참조하면, 관제 장치(150)는 프로세서(152), 메모리(154), 통신 인터페이스(156), 및 전원 공급부(158)를 포함할 수 있다. 도 3에 도시된 제어 구성은 설명의 편의를 위한 일례로서, 관제 장치(150)는 도 3에 도시된 구성들 중 일부를 포함하지 않거나, 추가적인 구성을 더 포함할 수 있다.
프로세서(152)는 관제 장치(150)의 전반적인 동작을 제어할 수 있으며, 실질적으로 침수 모니터링 시스템(10)의 동작을 제어할 수 있다. 주요 동작의 예들로서, 프로세서(152)는 수위계측센서(110), 유속/유량계(120), 촬영 장치(140), 및/또는 외부 서버(30) 등으로부터 수신되는 데이터에 기초하여 시설물의 침수 상태를 판단할 수 있다. 그리고, 프로세서(152)는 판단된 침수 상태가 침수 위험에 해당하는 경우, 진입 차단기(160) 및 상황 안내 장치(170)의 시설물 진입 차단 유도 프로세스를 위한 메시지를 전송할 수 있다. 실시예에 따라, 수위계측센서(110) 또는 유속/유량계(120)로부터 소정 시간 이상 데이터가 수신되지 않는 경우, 프로세서(152)는 외부 서버(30; 재난 관리 센터)로 알림을 전송할 수 있다. 실시예에 따라, 프로세서(152)는 외부 서버(30; 재난 관리 센터)로부터 수신되는 명령에 기초하여 침수 모니터링 시스템(10)에 포함된 구성들의 동작을 제어할 수도 있다.
이러한 프로세서(152)는 적어도 하나의 CPU, AP(application processor), MCU, 집적 회로, ASIC, FPGA 등의 하드웨어로 구현될 수 있다.
메모리(154)는 관제 장치(150)의 동작에 필요한 프로그램 및 데이터를 저장할 수 있다. 또한, 메모리(154)는 프로세서(152)를 통해 생성되거나 획득된 데이터를 저장할 수 있다. 메모리(154)는 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리, SSD, HDD 등의 저장 매체 또는 저장 매체들의 조합으로 구성될 수 있다.
통신 인터페이스(156)는 관제 장치(150)를 침수 모니터링 시스템(10)에 포함된 다른 구성들, 배수펌프(20), 및 외부 서버(30)와 연결함으로써 데이터나 메시지 등을 송수신할 수 있도록 하는 하나 이상의 통신 모듈을 포함할 수 있다. 이러한 통신 인터페이스(156)는 복수의 유/무선 통신 모듈들을 포함할 수 있다.
예컨대, 통신 인터페이스(156)는 관제 장치(150)를 침수 모니터링 시스템(10)에 포함된 다른 구성들(110 내지 140, 160 내지 170), 및 배수펌프(20)와 연결하기 위한 유선 통신 모듈 및/또는 저전력 무선 통신 모듈을 포함할 수 있다. 상기 저전력 무선 통신 모듈은 LoRa(Long Range) 모듈이나 LTE-M 모듈 등을 포함할 수 있다. 도시되지는 않았으나, 침수 모니터링 시스템(10)에 포함된 다른 구성들(110 내지 140, 160 내지 170) 및 배수펌프(20) 또한, 관제 장치(150)와의 통신을 위한 유선 통신 모듈 및/또는 저전력 무선 통신 모듈을 포함할 수 있다.
또한, 통신 인터페이스(156)는 외부 서버(30)나 관리자의 단말기(미도시) 등과의 통신을 위한 무선 통신 모듈을 더 포함할 수 있다. 예컨대 상기 무선 통신 모듈은 LTE, 5G NR 등의 이동통신 모듈 및 Wi-Fi 모듈 등을 포함할 수 있다.
전원 공급부(158)는 관제 장치(150)의 구동을 위한 전원을 공급하는 구성에 해당한다. 일례로, 전원 공급부(158)는 태양광 모듈 및 배터리를 포함함으로써, 관제 장치(150)의 설치 시 별도의 전기 공사를 요하지 않도록 하여 설치 편의성을 향상시킬 수 있다.
다시 도 2를 설명한다.
진입 차단기(160)는 시설물의 진입로에 설치되어, 관제 장치(150)의 제어에 따라 시설물로 차량 등이 진입하는 것을 허용 또는 차단할 수 있다. 이러한 진입 차단기(160)는 차단막, 차단 바 등의 공지된 각종 형태로 구현될 수 있다. 실시예에 따라, 진입 차단기(160)는 후술할 상황 안내 장치(170)와 유사하게 시설물의 진입 가능 여부 및 안전 상태를 안내하기 위한 전광판, 디스플레이, 신호등, 경광등, 및 스피커 등의 시각/청각적 출력 수단을 포함할 수 있다.
상황 안내 장치(170)는 시설물 주변(예컨대 시설물의 입구로부터 소정 거리 전방)에 설치되어, 시설물의 진입 가능 여부 및 안전 상태(침수 상태, 사고 발생 여부 등)를 차량의 운전자 등에게 안내할 수 있다. 예컨대, 상황 안내 장치(170)는 전광판, 디스플레이, 신호등, 경광등, 및 스피커 등의 시각/청각적 출력 수단을 포함할 수 있다.
본 개시의 실시 예에 따르면, 상황 안내 장치(170)는 복수 개를 포함할 수 있고, 복수의 상황 안내 장치(170) 각각은 시설물 주변에서 서로 소정 거리 이격되어 설치됨으로써, 시설물로 접근하는 다수의 운전자에게 시설물의 상황을 미리 안내할 수 있다. 일례로, 상황 안내 장치(170)가 지하차도에 대한 것일 경우, 복수의 상황 안내 장치(170)는 지하차도의 진입로 전방 소정 위치(예컨대 전방 100m)로부터 소정 간격(예컨대 100m 간격)으로 나란히 설치될 수 있다.
실시 예에 따라, 진입 차단기(160) 및 상황 안내 장치(170)는 인접한 관제 장치(150), 진입 차단기(160), 및/또는 상황 안내 장치(170)와의 통신 연결을 위한 통신 인터페이스를 포함할 수 있다. 예컨대 상기 통신 인터페이스는 LoRa(Long Range) 통신 모듈이나 LTE-M 통신 모듈 등의 저전력 무선 통신 모듈을 포함할 수 있다.
실시 예에 따라, 진입 차단기(160) 및 상황 안내 장치(170)는 태양광 모듈 및 배터리를 포함하여, 외부와의 전원 연결 없이 실외에 설치되어 구동될 수 있다.
도 4는 침수 모니터링 시스템에 의해 지하차도의 진입 차단이 유도되는 모습을 나타내는 예시도이다.
도 4의 예시도는 설명의 편의를 위한 일례에 지나지 아니하는 바, 침수 모니터링 시스템(10)에 포함된 구성들의 배치 형태가 도 4의 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 도 4에서는 관제 장치(150)가 침수 상태의 판단을 통해 자체적으로 배수펌프(20), 진입 차단기(160) 및 상황 안내 장치(170)를 제어하는 것으로 설명하나, 실시예에 따라서는 관제 장치(150)와 통신 연결된 외부 서버(30)가 침수 상태를 판단하여 배수펌프(20), 진입 차단기(160), 및 상황 안내 장치(170)를 제어하도록 하는 명령을 관제 장치(150)로 전송할 수도 있다.
도 4를 참조하면, 관제 장치(150)는 지하차도(400)의 내부에 설치된 수위계측센서(110) 및 유속/유량계(120) 각각으로부터, 지하차도(400)의 수위 계측값 및 지하차도(400)로 유입되는 물의 유속 측정값을 획득할 수 있다. 수위계측센서(110) 및 유속/유량계(120) 각각은 소정 시간 간격으로 수위 계측값 및 유속 측정값을 획득하여 관제 장치(150)로 전송할 수 있다.
관제 장치(150)는 획득된 수위 계측값 및 유속 측정값에 기초하여, 지하차도(400)의 침수 상태를 판단할 수 있다. 일례로, 침수 상태가 침수 안전, 침수 관심, 침수 경고, 및 침수 위험의 4단계로 구분되는 것으로 가정한다. 침수 안전은 침수 가능성이 존재하지 않는 상태이며, 침수 관심은 침수가 이루어지고 있으나 배수펌프(20) 통행에 지장이 없는 상태를 의미하고, 침수 위험은 침수가 이루어지고 있으며 통행이 불가능한 상태를 의미하는 것으로 가정한다.
예컨대, 수위 계측값이 0 또는 제1 기준 수위 미만이고, 유속 측정값이 0 또는 제1 기준 유속 미만인 등의 기 설정된 제1 조건에 해당하는 경우, 관제 장치(150)는 침수 상태가 침수 안전에 해당하는 것으로 판단할 수 있다. 이 경우, 관제 장치(150)는 수위계측센서(110) 및 유속/유량계(120)의 계측/측정 주기를 늘리도록 제어함으로써, 수위계측센서(110) 및 유속/유량계(120)의 전력 소모를 절감시킬 수 있다.
한편, 수위 계측값이 제1 기준 수위와 제2 기준 수위 사이이거나(제2 기준 수위는 제1 기준 수위보다 높음), 유속 측정값이 제1 기준 유속과 제2 기준 유속 사이(제2 기준 유속은 제1 기준 유속보다 빠름)인 등의 기 설정된 제2 조건에 해당하는 경우, 관제 장치(150)는 침수 상태가 침수 관심에 해당하는 것으로 판단할 수 있다. 또한, 수위 계측값이 제2 기준 수위와 제3 기준 수위 사이이거나(제3 기준 수위는 제2 기준 수위보다 높음), 유속 측정값이 제2 기준 유속과 제3 기준 유속 사이(제3 기준 유속은 제2 기준 유속보다 빠름)인 등의 기 설정된 제3 조건에 해당하는 경우, 관제 장치(150)는 침수 상태가 침수 경고에 해당하는 것으로 판단할 수 있다. 침수 상태가 침수 경고 이상 또는 침수 관심 이상인 경우, 관제 장치(150)는 배수펌프(20)의 구동을 활성화할 수 있으며, 실시예에 따라 수위계측센서(110) 및 유속/유량계(120)의 계측/측정 주기를 줄여 계측/측정이 보다 빈번히 수행되도록 제어할 수 있다.
한편, 수위 계측값이 제3 기준 수위를 초과하거나, 유속 측정값이 제3 기준 유속을 초과하는 등의 기 설정된 제4 조건을 만족하는 경우, 관제 장치(150)는 침수 상태가 침수 위험에 해당하는 것으로 판단할 수 있다. 이 경우, 관제 장치(150)는 배수펌프(20)의 구동을 유지시키며, 진입 차단기(160)의 진입 차단 기능을 활성화할 수 있다. 진입 차단기(160)는 관제 장치(150)에 의해 진입 차단 기능이 활성화됨에 따라, 차단막 또는 차단 바를 이용하여 지하차도(400)로 차량 등이 진입하는 것을 차단할 수 있다. 또한, 관제 장치(150)는 차량 카운터(130)로부터 획득된 데이터에 기초하여 시설물 내에 존재하는 차량의 수를 판단하고, 차량이 존재하는 경우 외부 서버(30; 재난 관리 센터 등)로 시설물 내부에 차량이 존재함을 알리는 메시지를 전송할 수도 있다.
관제 장치(150)는 판단된 침수 상태에 대응하는 침수 상태 메시지를 복수의 상황 안내 장치(170)로 제공함으로써, 복수의 상황 안내 장치(170) 각각으로 하여금 지하차도(400)의 침수 상태를 운전자 등에게 알리도록 할 수 있다. 실시예에 따라, 관제 장치(150)는 침수 상태 메시지를 모든 상황 안내 장치(170) 각각으로 직접 전송하지 않고, 인접한 진입 차단기(160) 또는 인접한 상황 안내 장치(170)를 통해 나머지 상황 안내 장치들(170)에 릴레이 형태로 전송할 수 있다. 예컨대, 관제 장치(150)는 침수 상태 메시지를 복수의 상황 안내 장치(170) 중 가장 인접한 제1 상황 안내 장치로 전송하고, 제1 상황 안내 장치는 상기 제1 상황 안내 장치와 가장 인접한 제2 상황 안내 장치로 상기 침수 상태 메시지를 전송할 수 있다. 이를 통해 시설물의 침수 상태가 원거리에 위치한 운전자 등에게 미리 안내될 수 있으며, 관제 장치(150)의 처리 부하 및 전력 소모 절감이 가능하다.
이를 위해, 진입 차단기(160) 및 상황 안내 장치(170) 각각은 유선 및/또는 무선 통신 모듈을 포함할 수 있으며, 무선 통신 모듈의 경우 LoRa, LTE-M 등의 저전력 무선 통신 모듈을 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 관제 장치(150)는 상기 수위 계측값 및 유속 측정값의 변화에 기초하여 시설물의 침수 위험 수위(예컨대 제3 기준 수위)까지 남은 시간을 산출하여 진입 차단기(160) 및/또는 상황 안내 장치(170)를 통해 제공하거나, 산출된 남은 시간에 대한 정보를 외부 서버(30)로 전송함으로써 필요시 대피 등을 위한 상황 전파에 활용하도록 할 수 있다.
일 실시예에 따라, 관제 장치(150) 또는 외부 서버(30)는 수위 계측값 및 유속 측정값에 대한 빅데이터 분석을 통해 침수 가능성을 예측하고, 예측 결과에 따라 지하차도(400)에 대한 진입 차단 여부를 판단할 수 있다. 구체적으로, 관제 장치(150) 또는 외부 서버(30)와 연결되는 데이터베이스(미도시)에는 침수 이력 또는 침수 시뮬레이션 결과에 대응하는 수위 계측값 및 유속 측정값 데이터가 저장되어 있을 수 있다. 관제 장치(150) 또는 외부 서버(30)는 지하차도(400)에 대해 획득된 수위 계측값 및 유속 측정값(또는 소정 시간 동안의 수위 계측값 및 유속 측정값의 변화/패턴 등)을 데이터베이스(미도시)에 저장된 데이터와 비교 분석함으로써 지하차도(400)의 침수 가능성을 미리 예측할 수도 있다.
도 5는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 수위계측센서를 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 수위계측센서(500)는 시설물(지하차도, 주차장, 터널 등)의 내부에 설치되어, 시설물 내부의 수위를 계측할 수 있다. 수위계측센서(500)는 침수 모니터링 시스템(10)에 포함된 수위계측센서(110)에 해당할 수 있으나, 실시예에 따라서는 별도의 센서 장치로서 다양한 분야에 제공 및 활용될 수 있다.
본 개시의 실시예에 따른 수위계측센서(500)는 내부에 공간(S)을 형성하는 센서 하우징(510), 센서 하우징(510)의 내부에 배치되는 센서 본체(520), 및 센서 본체(520)의 IR 송수신기(523)로부터 방출되는 적외선 레이저 광을 반사시키는 반사 부표(530)를 포함할 수 있다.
센서 하우징(510)은 수위계측센서(500)의 전반적인 외관을 형성할 수 있다. 센서 하우징(510)에 의해 형성된 공간(S)에는 제어 구성들이 포함되는 센서 본체(520) 및 반사 부표(530)가 위치할 수 있다. 한편, 센서 하우징(510)의 소정 영역에는 공간(S)을 외부와 연통하여, 외부의 수위 상승 시 물이 공간(S)으로 유입되도록 하는 유입구(512)가 형성될 수 있다. 예컨대 유입구(512)는 센서 하우징(510)의 하부(저면)에 형성될 수 있으나, 반드시 그러한 것은 아니다. 유입구(512)가 센서 하우징(510)의 저면에 형성될 경우, 유입구(512)의 사이즈는 반사 부표(530)의 사이즈보다 작을 수 있다.
도시되지는 않았으나, 센서 하우징(510)의 일 영역에는 유입구(512)를 통한 물의 유입 시 공간(S) 내의 공기가 외부로 방출되기 위한 배기구(미도시)가 형성될 수 있다. 예컨대 상기 배기구는 유입구(512)보다 상부에 형성될 수 있다. 배기구에 의해 공간(S) 내부의 기압과 외부의 기압이 동일하게 유지되므로, 물의 유입 시 공간(S) 내부의 수위와 외부의 수위 또한 동일할 수 있다.
센서 본체(520)는 센서 하우징(510) 내부의 소정 위치에 배치되어, 수위계측센서(500)의 동작과 관련된 각종 구성들을 내부에 수용할 수 있다. 센서 본체(520)는 센서 하우징(510)의 상측에 배치될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 실시예에 따라, 센서 본체(520)는 방수 가능하도록 형성되어, 침수 시 내부의 구성들을 보호할 수 있다.
센서 본체(520)의 내부에는 프로세서(521), 메모리(522), IR 송수신기(523), 통신 인터페이스(524), 및 전원 공급부(525)가 포함될 수 있다.
프로세서(521)는 수위계측센서(500)의 전반적인 동작을 제어하는 구성으로서, 예컨대 MCU, CPU, AP, 집적 회로, ASIC, FPGA 등으로 구현될 수 있다. 메모리(522)는 수위계측센서(500)의 동작에 필요한 프로그램 명령어, 데이터 등을 저장할 수 있으며, IR 송수신기(523)의 IR 레이저 광 송신 시점과 수신 시점에 기초하여 수위를 계측하기 위한 알고리즘을 저장할 수 있다. 또한 메모리(522)는 상기 알고리즘에 기초하여 획득된 수위 계측값을 저장할 수 있다. 메모리(522)는 램(RAM), 플래시 메모리 등의 저장 매체 또는 저장 매체들의 조합으로 구성될 수 있다.
IR 송수신기(523)는 수위 계측을 위한 IR 광을 조사하는 IR 송신기와, 반사 부표(530)로부터 반사된 IR 광을 수신하는 IR 수신기를 포함하여 구성될 수 있다. 예컨대 IR 송신기는 적외선 레이저 광을 조사하는 IR 레이저 송신기를 포함할 수 있다. 프로세서(521)는 IR 광의 조사 시점과 반사된 IR 광의 수신 시점 사이의 시간을 측정하고, 측정된 시간에 기초하여 수위를 계측할 수 있다.
실시예에 따라, 도 5에 도시된 바와 같이 수위계측센서(500)는 서로 이격 배치된 복수의 IR 송수신기들을 포함할 수 있다. 예컨대 수위계측센서(500)는 2개 또는 4개의 IR 송수신기들을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 실시예에 따라, 수위계측센서(500)에 포함되는 IR 송수신기의 수와 IR 수신기의 수 또한 상이할 수 있다. 예컨대, 반사 부표(530)가 물의 유동 등에 의해 소정 각도 기울어지는 경우, IR 송신기로부터 조사된 적외선 광이 반사된 후 IR 수신기의 기본 위치가 아닌 다른 위치에 도달함에 따라 IR 수신기가 반사광을 수신하지 못할 수 있다. 이러한 문제를 효과적으로 방지하기 위해, IR 수신기의 수는 IR 송신기의 수보다 많을 수 있다.
이 경우, 프로세서(521)는 복수의 IR 송수신기(523) 각각의 광 조사 시점과 수신 시점 사이의 시간을 측정하고, 측정된 시간의 평균값(또는 측정된 시간들에 기초하여 계측된 수위들의 평균값)을 산출함으로써 수위를 계측할 수 있다. 이에 따라, 반사부표(530)의 기울어짐 등으로 인한 수위 계측 오차의 발생이 최소화될 수 있으며, 적외선 레이저 광의 수신율 또한 향상시킬 수 있다.
예컨대, 프로세서(521)는 복수의 IR 송신기 각각이 동일한 시점에 광을 조사하도록 제어할 수 있다. 복수의 IR 송신기 각각이 동일한 시점에 광을 조사한 경우, 프로세서(521)는 복수의 IR 수신기 각각이 광을 수신한 시점들의 평균 수신 시점을 산출하고, 광 조사 시점과 평균 수신 시점 사이의 시간에 기초하여 수위를 계측할 수 있다.
예컨대, 프로세서(521)는 복수의 IR 송신기 각각이 순차적으로 광을 조사하도록 제어하고, 복수의 IR 수신기 각각이 순차적으로 광을 수신하면, 대응하는 광의 조사 시점과 수신 시점 사이의 시간들의 평균값을 기초로 수위를 계측할 수 있다.
통신 인터페이스(524)는 수위계측센서(500)를 관제 장치(150) 등과 연결함으로써, 프로세서(521)로 하여금 수위 계측값을 관제 장치(150)로 전송하도록 할 수 있다. 예컨대 통신 인터페이스(524)는 유/무선 통신 모듈을 포함할 수 있으며, 무선 통신 모듈은 LoRa, LTE-M 등의 저전력 무선 통신 모듈을 포함할 수 있다.
전원 공급부(525)는 수위계측센서(500)의 구동을 위한 전력을 공급할 수 있다. 예컨대 전원 공급부(525)는 배터리를 포함할 수 있다.
한편, 지하차도 등 시설물 내부에 수위계측센서(500)가 설치될 때, 수위계측센서(500)로 전원을 공급하기 위한 별도의 전기 공사가 진행되지 않을 수 있다. 이 경우, 수위계측센서(500)는 전원 공급부(525; 내장된 배터리)를 이용하여 구동되어야 하므로, 낮은 전력 소모량이 중요한 이슈에 해당할 수 있다. 이에 따라, 본 개시에 따른 수위계측센서(500)는 종래의 초음파를 이용한 비접촉식 센서에 비해 전력 소모량이 낮은 IR 광을 이용하도록 구현될 수 있다. 또한, 도 4에서 상술한 바와 같이 관제 장치(150)는 침수 위험이 존재하지 않는 안전 상태인 경우, 수위계측센서(500)의 계측 주기를 늘리거나 계측 프로세스를 비활성화시킴으로써 수위계측센서(500)의 전력 소모를 최소화할 수도 있다.
한편, IR 광을 이용한 비접촉식 수위계측센서(500)의 경우, IR 광이 수면에서 원활히 반사되지 않음에 따라 정확한 수위 계측이 어렵다는 문제가 존재한다. 이를 해소하기 위해, 본 개시의 실시예에 따른 수위계측센서(500)는 센서 하우징(510) 내부에서 상승/하강 가능하도록 수용된 반사 부표(530)를 더 포함할 수 있다.
반사 부표(530)는 물보다 밀도가 낮은 물질로 형성되어, 공간(S)의 수위 상승 시 이에 대응하여 상승할 수 있으며, 수위 하강 시 이에 대응하여 하강할 수 있다. 반사 부표(530)의 반사면 형상은 공간(S)의 수평 방향 단면 형상과 대응할 수 있으며, 반사면의 면적은 공간(S)의 수평 방향 단면의 면적보다 미세하게 작음(예컨대 90% 내지 99% 등)으로써 원활하면서도 안정적인 상승/하강이 가능하도록 구현될 수 있다. 실시 예에 따라, 반사 부표(530)의 반사면(상면)은 IR 광을 반사시키는 별도의 물질(반사 필름 등)이 형성되어 있을 수 있다. 실시 예에 따라, 반사 부표(530)의 반사면은 적어도 하나의 오목면 및/또는 볼록면을 형성하거나, 불규칙한 굴곡면을 형성할 수도 있다. 적어도 하나의 오목면 및/또는 볼록면이 형성될 경우, 반사 부표(530)가 물의 움직임 등에 따라 소정 각도 기울어지더라도, 반사면 중 일부 영역은 센서 하우징(510)의 상부를 향하게 될 수 있다. 즉, 반사 부표(530)가 소정 각도 기울어지더라도 반사면에서 IR 광 중 일부는 IR 수신기 측으로 직접 반사될 수 있으므로, IR 송수신기(523)는 직접 반사된 광을 수신하여 수위를 정확히 측정할 수 있다.
상기한 실시예들의 설명은 본 개시의 더욱 철저한 이해를 위하여 도면을 참조로 예를 든 것들에 불과하므로, 본 개시의 기술적 사상을 한정하는 의미로 해석되어서는 안 될 것이다.
또한, 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 개시의 기본적 원리를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 변경이 가능함은 명백하다 할 것이다.

Claims (10)

  1. 시설물의 침수 모니터링 시스템에 있어서,
    상기 시설물 내부의 수위를 계측하는 수위계측센서;
    상기 시설물의 입구 및 출구 중 적어도 하나에 설치되는 유속/유량계;
    상기 시설물의 입구에 설치되어 상기 시설물 내부로의 진입을 허용 또는 차단하는 진입 차단기;
    상기 시설물과 연결된 도로 상에 설치되어, 상기 시설물의 침수 상태와 관련된 정보를 출력하는 상황 안내 장치; 및
    상기 수위계측센서로부터 수위 계측값을 획득하고, 상기 유속/유량계로부터 유속 측정값을 획득하고,
    획득된 수위 계측값 및 유속 측정값에 기초하여 상기 시설물의 침수 상태를 판단하고,
    판단 결과에 기초하여 상기 진입 차단기 및 상기 상황 안내 장치의 동작을 제어하는 관제 장치를 포함하고,
    상기 침수 상태는,
    상기 수위 계측값이 0 또는 제1 기준 수위 미만이고, 상기 유속 측정값이 0 또는 제1 기준 유속 미만인 제1 조건을 만족하는 제1 상태;
    상기 수위 계측값이 상기 제1 기준 수위 이상 제2 기준 수위 미만이거나, 상기 유속 측정값이 상기 제1 기준 유속 이상 제2 기준 유속 미만인 제2 조건을 만족하는 제2 상태;
    상기 수위 계측값이 상기 제2 기준 수위 이상 제3 기준 수위 미만이거나, 상기 유속 측정값이 상기 제2 기준 유속 이상 제3 기준 유속 미만인 제3 조건을 만족하는 제3 상태; 및
    상기 수위 계측값이 상기 제3 기준 수위 이상이거나 상기 유속 측정값이 상기 제3 기준 유속 이상인 제4 조건을 만족하는 제4 상태를 포함하고,
    상기 제1 상태에서의 상기 수위계측센서와 상기 유속/유량계의 측정 주기는, 상기 제2 내지 제4 상태에서의 측정 주기보다 길고,
    상기 관제 장치는,
    상기 수위 계측값 및 상기 유속 측정값의 변화에 기초하여, 상기 시설물 내부의 수위가 상기 제3 기준 수위까지 도달하는 시간을 산출하고, 산출된 시간을 상기 진입 차단기 및 상기 상황 안내 장치를 통해 출력하고,
    상기 수위계측센서는,
    내부에 공간을 형성하고, 소정 영역에 물이 유입되는 유입구가 형성된 센서 하우징;
    상기 센서 하우징 내부 공간의 상측에 배치되고, 프로세서, 메모리, 및 배터리를 수용하며, 방수 가능하도록 형성된 센서 본체;
    상기 센서 하우징의 내부에 배치되는 복수의 IR 송수신기; 및
    상기 센서 하우징의 내부에 배치되고, 상기 유입구를 통해 유입되는 물의 수위에 대응하여 상승 또는 하강하는 반사 부표를 포함하고,
    상기 반사 부표의 반사면은 불규칙한 굴곡면을 형성하는,
    침수 모니터링 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 관제 장치 또는 상기 관제 장치와 연결되는 서버는,
    상기 수위계측센서 및 상기 유속/유량계로부터 소정 시간 동안 획득되는 수위 계측값 및 유속 측정값의 변화 패턴을 판단하고,
    판단된 변화 패턴을 데이터베이스에 저장된 침수 이력 또는 침수 시뮬레이션 결과에 대응하는 수위 계측값 및 유속 측정값 데이터와 비교 분석하고,
    분석 결과에 기초하여 상기 시설물의 침수 가능성을 예측하는,
    침수 모니터링 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 관제 장치는,
    상기 수위 계측값 및 유속 측정값에 기초하여 상기 시설물에 설치된 배수펌프의 구동을 제어하는,
    침수 모니터링 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 상황 안내 장치는 상기 도로를 따라 서로 이격된 복수의 상황 안내 장치들을 포함하고,
    상기 관제 장치는,
    상기 침수 상태의 판단 결과에 기초한 침수 상태 메시지를, 상기 복수의 상황 안내 장치 중 가장 인접한 제1 상황 안내 장치로 전송하고,
    상기 제1 상황 안내 장치는,
    상기 수신된 침수 상태 메시지를, 상기 제1 상황 안내 장치와 가장 인접한 제2 상황 안내 장치로 전송하는,
    침수 모니터링 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 수위계측센서, 상기 유속/유량계, 상기 진입 차단기, 상기 상황 안내 장치, 및 상기 관제 장치 각각은 통신 인터페이스를 포함하고,
    상기 통신 인터페이스는 LoRa(Long Range) 모듈 및 LTE-M 모듈 중 적어도 하나를 포함하는,
    침수 모니터링 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 시설물의 입구 및 출구에 각각 설치되는 차량 카운터를 더 포함하고,
    상기 관제 장치는,
    상기 차량 카운터로부터 수신되는 진입 카운트 및 진출 카운트에 기초하여, 상기 시설물의 침수 시 상기 시설물 내부에 존재하는 차량의 수를 산출하는,
    침수 모니터링 시스템.
  7. 내부에 공간을 형성하고, 소정 영역에 물이 유입되는 유입구가 형성된 센서 하우징;
    상기 센서 하우징 내부 공간의 상측에 배치되고, 프로세서, 메모리, 및 배터리를 수용하며, 방수 가능하도록 형성된 센서 본체;
    상기 센서 하우징의 내부에 배치되는 복수의 적외선(IR) 송수신기;
    상기 센서 하우징의 내부에 배치되고, 상기 유입구를 통해 유입되는 물의 수위에 대응하여 상승 또는 하강하는 반사 부표; 및
    상기 복수의 적외선 송수신기에 포함된 복수의 적외선 송신기 중 적어도 하나의 광 조사 시점과, 상기 복수의 적외선 송수신기에 포함된 복수의 적외선 수신기 중 적어도 하나의 광 수신 시점 간의 시간에 기초하여 물의 수위를 계측하는 프로세서를 포함하고,
    상기 반사 부표의 반사면은 불규칙한 굴곡면을 형성하는,
    수위계측센서.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 적외선 송수신기들 각각은 서로 이격되어 배치되는,
    수위계측센서.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 복수의 적외선 송수신기들을 이용하여 획득되는 광 조사 시점과 광 수신 시점 사이의 시간들의 평균값을 산출하고,
    산출된 평균값에 기초하여 물의 수위를 계측하는,
    수위계측센서.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 반사 부표의 반사면 형상은, 상기 센서 하우징의 수평 방향 단면의 형상과 대응하는,
    수위계측센서.
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