KR200426010Y1 - 지그비 통신을 이용한 상수도 누수 감시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 고안은 상수도 누수 감시 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 미리 설정된 다수의 누수 감시 포인트마다 지그비 통신 모듈과 GPS모듈이 장착된 압력센서를 설치하여 실시간으로 위치정보 및 압력데이터를 전송받아 중앙감시서버에 저장하고, 누수여부를 판단하여 누수정보를 관리자가 확인 가능한 이동통신단말기에 SMS방식으로 전송하여 신속한 대응이 가능하게 하는 누수 감시 장치에 관한 것이다. 본 고안은, 미리 설정된 다수의 누수 감시 포인트에 설치되어 해당 위치에서 배관내의 압력을 측정하는 압력센서와, 상기 압력센서에 장착되어 상기 압력센서의 위치정보를 추출하는 GPS모듈과, 상기 압력센서에서 측정된 압력데이터 및 상기 압력센서의 위치정보를 중앙감시서버로 전송하기 위한 지그비 통신 모듈로 이루어진 압력측정장치와, 상기 지그비 통신 모듈에서 전송되는 위치정보 및 압력데이터를 중앙감시서버로 전송하는 유선 또는 무선 네트워크와, 상기 네트워크와 연결되어 위치정보 및 압력데이터를 전송받아 데이터베이스에 저장하고, 상기 압력데이터가 기준압력보다 설정범위 이상으로 낮거나 점진적으로 낮아지는 경우 누수로 판단하여 관리자에게 누수정보를 통지하는 중앙감시서버를 구비한다.
상수도, 누수 감시 장치, 압력센서, 지그비, 게이트웨이, 지그비 코디네이터

Description

지그비 통신을 이용한 상수도 누수 감시 장치{A Leakage Monitoring Apparatus for Water Supply System using ZigBee Communication Module}
도 1은 본 고안의 일실시예에 따른 지그비 통신을 이용한 상수도 누수 감시 장치의 구성도이다.
도 2는 본 고안의 일실시예에 따른 지그비 통신을 이용한 상수도 누수 감시 장치의 압력측정장치 구성도이다.
도 3은 본 고안의 일실시예에 따른 압력센서 간의 지그비 네트워크를 표시한 것이다.
도 4는 본 고안의 일실시예에 따른 지그비 통신을 이용한 상수도 누수 감시 과정을 나타내는 순서도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
200 : 압력측정장치 300 : 중앙감시서버
210 : 압력센서 220 : 지그비 코디네이터
230 : 게이트웨이
본 고안은 상수도 누수 감시 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 미리 설정된 다수의 누수 감시 포인트마다 지그비 통신 모듈과 GPS모듈이 장착된 압력센서를 설치하여 실시간으로 위치정보 및 압력데이터를 전송받아 중앙감시서버에 저장하고, 누수여부를 판단하여 누수정보를 관리자가 확인 가능한 이동통신단말기에 SMS방식으로 전송하여 신속한 대응이 가능하게 하는 누수 감시 장치에 관한 것이다.
보통, 지하시설물로서는 상수관로, 하수관로, 우수관로, 전력선로, 통신선로 및 가스관로등이 일정한 깊이내에 매설되어 한 지역에서 다음 지역 또는 한 구역에서 다음 구역으로 연결한다든지 접속할 수 있도록, 여러 가지 수단등을 동원하여 연결점이나 접속점을 통해 해당 목적지의 거리까지 연장하고 있는 실정이다.
상기 지하시설물중 상수관로는 해당 목적지의 거리까지의 주관로와, 이 주관로에서 각 필요한 지류 또는 분류의 관로를 통해 최종적인 건물이나 주택까지 연결시켜 상수원으로부터의 원수를 원활히 공급 또는 배수받고 있다. 그런데, 지하에 매설된 주관로내에서 물의 수송에 있어서는 고압으로 누수시 주변토지가 젖거나 지상으로 분출하여 육안이나 기타 방법으로 체크할 수 있으나, 상기 지류 또는 분류의 관로는 복잡하여 노후나 지하의 이상 상태에 의해 연결부위의 누수를 감지하는 데에 어려운 점이 있다.
상기 누수의 감지를 위해 신설관로나 관로교체시 연결부위에 압력센서나 유량 검출기등을 설치하여, 누수시 이를 체크하여 지상이나 기타 포인트의 감시장비에 통보하여 차후 조취를 취하도록 되어 있다. 이와 같은 누수체크는 지하시설물인 관계로 정확한 거리나 포인트를 찾는 데에 그 한계가 있었다. 그래서 지하시설물의 누수 체크 및 포인트를 찾는 데에 다양한 방법이나 수단등으로 보다 가까운 지점까지 접근하곤 했다.
그러나 종래의 상수도 누수 감시 시스템은 압력센서에서 감지된 압력데이터를 수집하기 위해 압력센서가 설치된 곳에 CDMA, 전화, XDSL 등 중앙 감시 서버에 압력데이터를 전송할 수 있는 전송장치를 갖추어야 하기 때문에 설치장소가 다수일 경우 많은 비용이 발생한다.
또한, 압력데이터에 위치 정보를 제공하기 위해서는 설치 전에 설치지역에 대한 위치정보를 저장해야하며, 상기 위치정보를 저장한 센서가 설치자의 착오에 의해 잘못 설치된 경우 타지역의 데이터를 판독하는 오류도 발생되었다.
더불어 새로운 누수감지용 압력센서를 설치할 경우, 기존의 전송장치를 이용하지 못하고 새로운 전송장치를 설치하게 되어 많은 비용이 발생하였다.
이에 본 고안은 상기의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서, 미리 설정된 다수의 누수 감시 포인트마다 지그비 통신 모듈과 GPS모듈이 장착된 압력센서를 설치하여 실시간으로 위치정보 및 압력데이터를 전송받아 중앙감시서버에 저장하고, 누수 시 관리자에게 알려 즉각적인 대처가 이뤄지게 하여, 누수를 적시에 감지 하지 못함으로 인한 경제적인 손실의 피해를 예방 또는 최소화하고자 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 고안은, 미리 설정된 다수의 누수 감시 포인트에 설치되어 해당 위치에서 배관내의 압력을 측정하는 압력센서와, 상기 압력센서에 장착되어 상기 압력센서의 위치정보를 추출하는 GPS모듈과, 상기 압력센서에서 측정된 압력데이터 및 상기 압력센서의 위치정보를 중앙감시서버로 전송하기 위한 지그비 통신 모듈로 이루어진 압력측정장치와, 상기 지그비 통신 모듈에서 전송되는 위치정보 및 압력데이터를 중앙감시서버로 전송하는 유선 또는 무선 네트워크와, 상기 네트워크와 연결되어 위치정보 및 압력데이터를 전송받아 데이터베이스에 저장하고, 상기 압력데이터가 기준압력보다 설정범위 이상으로 낮거나 점진적으로 낮아지는 경우 누수로 판단하여 관리자에게 누수정보를 통지하는 중앙감시서버를 구비한다.
또한, 상기 지그비 통신 모듈은, 상기 복수개의 압력센서의 데이터 전송 순서를 결정하고, 상기 복수개의 압력센서에서 측정된 데이터를 수집하는 지그비 코디네이터와, 상기 지그비 코디네이터에서 수집된 위치정보 및 압력데이터를 저장하고, 저장된 위치정보 및 압력데이터를 상기 네트워크를 통해 중앙감시서버에 전송하는 게이트웨이를 포함하여 이루어진다.
이하, 본 고안의 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기에서 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.
도 1은 본 고안의 일실시예에 따른 지그비 통신을 이용한 상수도 누수 감시 장치의 구성도이다.
도 1을 참고하면, 본 고안의 상수도 누수 감시 장치는, 미리 설정된 다수의 누수 감시 포인트마다 설치된 압력측정장치(200)가 위치정보 및 압력데이터를 중앙감시서버(300)로 네트워크(100)를 이용하여 전송하면, 상기 중앙감시서버(300)는 상기 위치정보 및 압력데이터를 전송받아 저장하고, 누수여부를 판단하여 누수정보를 관리자가 확인 가능한 이동통신단말기(400)에 전송하도록 되어 있다.
본 고안에서 상기 네트워크(100)는 그 종류에 있어서 특정한 제약을 받지 않으며 본 고안의 적용 분야에 따라서 적절히 선정될 수 있다. 예를 들어, 대단히 넓은 지역을 담당하는 경우에는 통상의 인터넷을 사용하는 것이 바람직할 수 있고, 건물 하나 정도의 영역을 담당하는 경우에는 건물의 내부망, 예컨대 케이블망을 사용하는 것이 더 바람직할 수 있다. 마찬가지로, 본 고안에서는 압력측정장치(200)가 네트워크(100)에 연결되는 방식이나 중앙감시서버(300)가 네트워크(100)에 연결되는 방식에 대해서 어떠한 제약도 가하지 않는다.
상기 이동통신단말기(400)는 각종 이동 통신 서비스 사업자가 제공하는 이동 통신 서비스에 가입되어 있는 이동국으로, 셀룰러폰, PCS(Personal Communication Service)폰, PDA(Personal Digital Assistants)폰 등으로 구현된다. 또한, 이동통 신단말기(400)로 한정되지 않고 관리자용 컴퓨터뿐만 아니라 관리자가 확인 가능한 중앙 감시 시스템의 모니터를 사용할 수 있다.
상기 중앙감시서버(300)는 미리 설정된 스케쥴에 따라 압력측정장치(200)내 게이트웨이를 호출하여 압력센서의 위치정보 및 압력데이터를 전송받아 데이터베이스 한다.
상기 중앙감시서버(300)는 상기 수신된 위치정보 및 압력데이터에 포함된 압력센서의 고유식별부호인 MAC 어드레스를 검출하여 해당 누수 감시 포인트의 데이터베이스를 갱신하게 된다. 이때, 상기 중앙감시서버(300)는 전송받은 상기 압력데이터가 기 설정된 기준압력보다 설정범위 이상으로 낮거나 점진적으로 낮아지는 경우 누수로 판단하여 관리자에게 누수정보를 통보한다. 상기 누수정보는 누수지역의 위치정보를 포함하고 있으며, 상기 중앙감시서버(300)는 상기 누수정보를 관리자의 이동통신단말기(400)에 SMS방식을 이용하여 전송한다. 상기 설정된 범위의 값은 송수관의 이음새 등에 의한 최소한의 누수를 고려하여 설정되어야 한다.
도 2는 본 고안의 일실시예에 따른 지그비 통신을 이용한 상수도 누수 감시 장치의 압력측정장치 구성도이다.
도 2를 참고하면, 압력측정장치(200)에는 각 누수 감시 포인트마다 설치되는 다수의 압력센서(210)가 있고, 상기 압력센서(210)의 데이터를 실시간으로 전송하기 위해 지그비 통신 모듈인 지그비 코디네이터(220)와 게이트웨이(230)가 위치한다. 상기 지그비 코디네이터(220)는 압력데이터의 순서를 정하고 통제하며, 주기적 으로 수집된 데이터를 게이트웨이(230)로 전송한다. 상기 게이트웨이(230)는 전송받은 각 위치정보 및 압력데이터를 메모리에 저장하여, 중앙감시서버(300)의 요청에 따라 상기 위치정보 및 압력데이터를 중앙감시서버(300)로 전송한다.
상기 압력센서(210)는 스마트형으로 정밀도가 ±0.2급 이상으로 재현성이 뛰어나고 오차없이 측정가능하고, 소량의 누수에도 압력편차가 크게 작용하여 쉽게 판단이 되도록 분해능을 소숫점 2자리까지 할 수 있는 것을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 압력센서(210)는 자신의 압력데이터 뿐만 아니라 통신 거리에 근접한 네트워크 상의 다른 압력센서(210)의 데이터를 지그비 코디네이터(220)에 전달하기 위해, 지그비 통신 모듈을 장착한다. 상기 지그비 통신은 직접주파수대역확산 변조(Direct Sequence Spread Spectrum : DSSS)방식을 이용하여 상호간 Ad-Hoc 네트워크 통신이 가능하다. 즉, 상기 압력센서(210)는 내부의 수압을 측정하는 압력센서이면서 다른 압력센서(210)의 위치정보 및 압력데이터를 지그비 코디네이터(220) 또는 다른 압력센서(210)에 전송시키는 기능을 가진다.
예를 들어 도 3을 참고하면, 네트워크에서 각 센서의 설치 거리가 400m 간격인 경우 지그비 코디네이터(220)를 중심으로 다수의 압력센서(230)는 하나의 네트워크를 구성하는데, 지그비 코디네이터(220)로부터 무선 통신거리 내에 있는 'a', 'f'는 지그비 코디네이터(220)와 무선통신이 가능한 거리 내에 있기 때문에 무선통신이 가능하지만, 나머지 압력센서(210)는 무선 통신거리를 넘어서기 때문에 지그비 코디네이터(220)와 직접 무선통신을 할 수 없다.
그러나 지그비 무선 통신 방식은 라우터 기능을 가지고 있어서, 지그비 코디네이터(220)와 'b'간의 무선통신을 할 때는 'a'가 중계 역할인 라우터 기능을 한다. 이러한 라우터 기능으로 물리적인 무선통신길이가 500m이지만 지그비 네트워크를 통하면 수킬로미터까지 네트워크 범위를 늘려갈 수 있으며, 네트워크 내에 어디든지 새로운 누수 감지 압력센서(210)를 설치할 경우 별도의 전송장치를 설치할 필요가 없다.
또한, 상기 압력센서(210)는 별도의 안테나와 인터페이스가 포함된 GPS모듈을 장착한다. 상기 GPS모듈은 해당 압력센서(210)가 설치되는 표고점을 확인하여 기준점의 공통 시간일정과 위치높이를 실시간에 알 수 있다. 상기 위치높이는 위도와 경도값, 등고점, 고도점등이며, 이러한 위치정보는 중앙감시서버(300)의 지리정보체계(Geographic Information System)와 결합하여 지도상에 상수도 관로와 데이터로 표시되어 관리자가 정확한 누수감시지역을 파악할 수 있도록 도와준다.
상기 지그비 코디네이터(220)는 지그비 네트워크 내의 적정위치에 설치되어 주기적으로 비컨 신호를 송출하여 해당 지역이 자신의 접속 영역임을 나타내고, 비컨 신호 수신에 따라 압력센서(210)가 송출하는 지그비 신호를 수신하여 압력센서(210)의 식별정보에 따른 위치정보 및 압력데이터를 수집한다.
전술한 비컨 신호로는 ISM(Industrial Scientific Medical)밴드 중에서 2.4GHz 대역의 지그비 주파수가 사용될 수 있다.
상기 게이트웨이(230)는 상기 지그비 코디네이터(220)로부터 수집된 위치정보 및 압력데이터를 받아 인터넷 망을 통해 상기 네트워크(100)를 거쳐 중앙감시서 버(300)로 보내는 역할을 한다.
이에 따라, 하나의 압력센서(210)의 데이터는 근접거리에 있는 다른 압력센서(210) 또는 지그비 코디네이터(220)로 전달된다. 즉, 종래에는 CDMA 또는 HFC와 같은 망사업자의 네트워크를 이용하여 압력센서 대 중계기간 1:N으로 데이터 전송이 이루어지므로, 압력센서와 중계기간 거리가 장거리인 경우, 다양한 문제점(신호의 왜곡, 대역폭 증가 등)이 발생되는 반면에, 본 고안에서는 지그비 통신 모듈이 압력센서(210)에 내장되고, Ad-Hoc 네트워크 방식을 이용하여 데이터를 전송하므로 낮은 통신비율, 효율적인 대역폭 사용, 저전력 등의 효과를 얻을 수 있다.
도 4는 본 고안의 일실시예에 따른 지그비 통신을 이용한 상수도 누수 감시 과정을 나타내는 순서도이다.
도 3을 참고하여, A지역의 지그비 네트워크가 초기 작동하면 지그비 코디네이터(220)는 상기 A지역의 네트워크 내에 있는 압력센서(210)에 네트워크 ID를 부여하는데 먼저 각 압력센서의 제조시 부여된 고유 MAC 어드레스를 요구한다(S402). 이어서 'a', 'g'압력센서가 자신의 MAC 어드레스를 전송하면 지그비 코디네이터(220)는 이 두 압력센서에 ID를 부여한다(S404).
다시 압력센서에 고유 MAC 어드레스를 전송하면 'a'와 'g'는 자신의 MAC 어드레스 대신 부여 받은 ID와 자신의 무선 통신 거리에 있는 'e', 'b', 'h', 'i'의 MAC 어드레스를 지그비 코디네이터(220)에 보고하고, 각 압력센서의 MAC 어드레스 별로 각각 ID를 부여받는다. 상기 지그비 코디네이터(220)는 이러한 과정을 반복적 으로 수행하여 라우터를 거친 압력센서가 존재하는지를 확인하며 네트워크 내의 모든 압력센서(210)에 ID를 부여하여 데이터 전송의 우선순위를 결정한다(S406).
상기 지그비 코디네이터(220)는 자신의 네트워크 내의 압력센서들과 주기적으로 무선통신을 통해 해당 위치정보 및 압력데이터를 수집하여(S408) 게이트웨이(230)에 전송하면(S410), 게이트웨이(230)는 해당 시간의 각 압력센서(210)의 위치정보 및 압력 데이터를 메모리에 저장한다(S412).
이어서 중앙감시서버(300)는 미리 설정된 스케쥴에 따라 각 지역의 게이트웨이(230)를 호출하여(S414) 저장된 압력센서(210)의 위치정보 및 압력데이터를 전송 받아 데이터베이스 한다(S416).
상기 중앙감시서버(300)에 저장된 각 지역별 압력데이터는 지리정보체계와 결합하여 지도상에 상수도 관로와 데이터로 표시되며, 중앙감시서버(300)는 상기 압력데이터가 관리자가 설정한 기준압력보다 설정범위 이상으로 낮거나 점진적으로 낮아지는 경우 누수로 판단하여(S418), 관리자가 확인 가능한 이동통신단말기에 누수정보를 SMS방식을 이용하여 전송하거나 또는 중앙감시 시스템 모니터의 전자 지도위에 경보상황을 표시하여 신속한 대응이 가능하게 한다(S420).
상술한 본 고안의 설명에서는 상수도의 누수감지장치와 같은 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 고안의 범위에서 벗어나지 않고 실시 될 수 있다. 따라서 본 고안의 특허 범위는 상기 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위뿐 아니라 균등 범위에도 미침은 자명할 것이다.
상기에서 설명한 바와 같이 본 고안은, 미리 설정된 다수의 누수 감시 포인트마다 지그비 통신 모듈과 GPS모듈이 장착된 압력센서를 설치하여 실시간으로 위치정보 및 압력데이터를 전송받아 중앙감시서버에 저장하고, 누수 시 관리자 또는 운영요원에게 알려 즉각적인 대처가 이뤄지게 하여, 누수를 적시에 감지하지 못함으로 인한 경제적인 손실의 피해를 예방 또는 최소화하는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 상수도 시스템의 누수를 감시하는 장치에 있어서,
    미리 설정된 다수의 누수 감시 포인트에 설치되어 해당 위치에서 배관내의 압력을 측정하는 압력센서와, 상기 압력센서에 장착되어 상기 압력센서의 위치정보를 추출하는 GPS모듈과, 상기 압력센서에서 측정된 압력데이터 및 상기 압력센서의 위치정보를 중앙감시서버로 전송하기 위한 지그비 통신 모듈로 이루어진 압력측정장치와;
    상기 지그비 통신 모듈에서 전송되는 위치정보 및 압력데이터를 중앙감시서버로 전송하는 유선 또는 무선 네트워크와;
    상기 네트워크와 연결되어 위치정보 및 압력데이터를 전송받아 데이터베이스에 저장하고, 상기 압력데이터가 기준압력보다 설정범위 이상으로 낮거나 점진적으로 낮아지는 경우 누수로 판단하여 관리자에게 누수정보를 통지하는 중앙감시서버;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 지그비 통신을 이용한 상수도 누수 감시 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 지그비 통신 모듈은,
    상기 복수개의 압력센서의 데이터 전송 순서를 결정하고, 상기 복수개의 압력센서에서 측정된 데이터를 수집하는 지그비 코디네이터와;
    상기 지그비 코디네이터에서 수집된 위치정보 및 압력데이터를 저장하고, 저장된 위치정보 및 압력데이터를 상기 네트워크를 통해 중앙감시서버에 전송하는 게이트웨이;
    를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 지그비 통신을 이용한 상수도 누수 감시 장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 게이트웨이는,
    미리 설정된 스케쥴에 의한 중앙감시서버의 요청에 따라 라우팅이 이루어지는 것을 특징으로 하는 지그비 통신을 이용한 상수도 누수 감시 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 누수정보는 누수지역의 위치정보를 포함하고,
    상기 중앙감시서버는 상기 누수정보를 관리자의 이동통신단말기에 SMS 방식을 이용하여 전송하는 것을 특징으로 하는 지그비 통신을 이용한 상수도 누수 감시 장치.
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