KR20060065362A - 무선 센서 네트워크를 이용한 시설물 관리 시스템 - Google Patents
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Abstract
1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
본 발명은 무선 센서 네트워크를 이용한 시설물 관리 시스템에 관한 것임.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
본 발명은 블루투스(Bluetooth) 등의 센서 네트워크 기술을 이용해 에드 혹 네트워크(Ad-hoc network)를 구축하여, 사회간접자본(SOC) 시설물 및 다중 이용 시설물에 대한 상시 안전 모니터링 및 계측이 가능한 시설물 관리 시스템을 제공하는데 그 목적이 있음.
3. 발명의 해결방법의 요지
본 발명은, 시설물 관리 시스템에 있어서, 관리대상 시설물을 감시(/계측)하기 위한 적어도 하나의 센서; 상기 센서에서 측정된 데이터를 근거리 무선통신을 통해 전송하기 위한 센서별 전송수단(Slave); 및 상기 근거리 무선통신을 통해 상기 센서별 전송수단으로부터 데이터를 수집하여, 수집된 데이터에 대해 신호기반 해석작업을 수행하여 상기 관리대상 시설물의 상태(이상유무)를 실시간으로 확인하고, 위험상황 도래시 위험상황 매뉴얼에 의거하여 재해방재 기능을 수행하는 현장처리수단(Master)을 포함하되, 상기 센서별 전송수단(Slave)과 상기 현장처리수단(Master) 간에 무선 센서 네트워크(피코넷 혹은 스캐터넷)를 이용하여 에드 혹 네트워크(Ad-hoc network)를 구축하는 것을 특징으로 한다.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명은 교량, 터널 등의 사회간접자본(SOC) 시설물의 안전을 위한 상시 계측/모니터링 시스템에 이용됨.
시설물, 블루투스(Bluetooth), 센서 네트워크, 유비쿼터스, 지능형 모니터링, 센서
Description
도 1 은 본 발명이 적용되는 교량 모니터링 시스템의 구성 예시도,
도 2 는 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크를 이용한 시설물 관리 시스템의 일실시예 구성도,
도 3 은 본 발명에 따라 다수의 센서부(Slave)로부터 취득된 데이터가 현장 처리부(Master)로 동시에 전송되는 환경을 나타낸 일실시예 설명도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명
10 : 현장 처리부(Master) 20 : 센서부(Slave)
21 : 센서 인터페이스부 22 : 센서
30 : 서버
본 발명은 무선 센서 네트워크를 이용한 시설물 관리 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 블루투스(Bluetooth) 등의 센서 네트워크 기술을 이용하여 사회간접자본(SOC) 시설물 및 다중 이용 시설물에 대한 상시 안전 모니터링 및 계측이 가능한 시설물 관리 시스템에 관한 것이다.
경제성장과 더불어 교량, 터널, 항만, 공항, 발전소, 댐 등 대형 기간시설물의 건설이 급증하였고, 이들 대형구조물은 설계 및 시공 과정에서의 결함 또는 설계 당시에 고려되지 못하였던 각종 하중 조건과 환경 요인으로 인해 구조손상 발생의 위험성에 노출되어 있으며, 악 조건하에서 발생한 치명적인 구조 건전성의 저하는 최악의 구조물 붕괴로 이어진 불행한 사고들을 야기시킬 수 있어, 시설물 안전진단 및 모니터링 기술에 대한 중요성이 부각되고 있다.
하지만, 현재까지 시행되고 있는 시설물 안전진단 및 모니터링 기술은 대다수 인력에 의한 수동 계측에 의존하고 있는 바, 데이터 수집에 따른 비효율성, 경비 및 인력의 과다 투입 등의 문제점을 안고 있다. 이로 인해, 합리적이고 효과적인 시설물 모니터링 기술 개발의 필요성이 증대되고 있다.
한편, 현재 국내외에서는 무선랜이 상용화되어 노트북 PC, PDA 등에서 사용되고 있다. 무선랜이란, IEEE 802.11x 대역의 무선 네트워크 표준을 말하며, 현재 현재 802.11, 802.11a, 802.11b, 802.11g 네 가지가 사용되고 있다. 무선랜의 경우 무선 AP(Access Point)가 있어야 사용할 수 있는 단점이 있어, 지방지역이나 산간지역 등 무선 AP가 존재하지 않는 지역에서는 사용이 불가능하며, 근거리 Local 네트워크를 구성하기에는 어려움이 있다.
이에 대한 문제점을 해결하기 위한 방안으로, 가정용 홈 네트워크나 기타 로컬(Local) 네트워크 구성을 위해 새로운 기술들이 연구되었고, 앞으로 유비쿼터스(Ubiquitous) 네트워크에서 많이 사용될 기술로 WPAN(Wireless Personal Area Network) 기술이 발표되었다. WPAN 기술 중 현재 상용화된 기술이 IEEE 802.15.1로 불리는 '블루투스(Bluetooth) 기술'이다.
Bluetooth의 경우 현재 가전제품이나 휴대폰이나 디지털 카메라, 프린터, 어댑터, 무선 스피커, MP3 플레이어 등에 다수 사용되고 있으며, 특히 홈네트워크에 대한 기대감이 커지면서 이들 제품간 음성 혹은 데이터를 무선 전송할 수 있는 기술로 이에 대한 관심이 높아지고 있다.
Bluetooth를 이용하여 센서 네트워크를 구축하기 위해서는, Bluetooth의 '피코넷'이나 '스캐터넷'을 이용해야 한다. Bluetooth에서는 두 개 이상의 Bluetooth 기기가 연결을 형성하였을 경우에 '피코넷'이라는 개인 영역 네트워크(Wireless Personal Area Network)를 형성하게 된다. 각 피코넷은 8개의 서로 다른 블루투스 기기를 포함할 수 있고, 각 피코넷내에서 하나의 기기는 마스터(Master) 역할을 하며, 다른 7개의 기기들은 슬레이브(Slave)의 역할을 수행한다.
피코넷내의 모든 블루투스 기기들은 동일한 주파수 도약 채널을 공유하는데, 이는 슬레이브들이 자신의 내부 클럭을 마스터 유닛의 클럭에 동기시킴으로써 이루어진다. 이로 인해, 피코넷내의 모든 유닛들은 동일한 시퀀스의 주파수로 도약시키며, 해당 피코넷만의 독자적 특징을 지니게 된다. 따라서, 서로 다른 피코넷은 다른 종류의 주파수 도약 채널에 따라 다른 특징을 갖기 때문에, 여러 개의 피코넷은 서로 간섭없이 동일한 물리적 공간을 공유할 수 있게 된다.
한편, 블루투스에서 8개 이상의 기기들을 함께 연결하기 위해서는, 여러 개의 피코넷을 형성해야 하며, 각 피코넷의 마스터 기기들을 함께 연결해야 한다. 이러한 방식으로 보다 크게 연결된 구조를 '스캐터넷'이라 하며, 스캐터넷에서 서로 다른 피코넷 사이의 모든 통신은 각 피코넷의 마스터 기기를 통해 결정된다. 80개의 서로 다른 블루투스 기기를 포함할 수 있는 10개의 피코넷까지 하나의 스캐터넷에 포함할 수 있다.
비록, 종래에도 시설물 모니터링을 위한 시스템들이 구축ㆍ운영되고 있는데, 일예로 영종대교 모니터링 시스템과 영동고속도로의 도로결빙방지시스템 등을 들 수 있다.
이러한 시스템의 경우, 주로 유선방식의 계측 및 모니터링 시스템을 사용하는데, 시설물과의 통신을 위해 관리센터에서 시설물까지 유선 광케이블을 매설하여 유선으로 통신하고, 시설물 내부의 센서들의 연결도 모두 유선 광케이블을 매설하여 관리하고 있으며, 시설물 내부의 광케이블은 매설식으로 설치하는 것이 보통인데, 이 경우 케이블에서 문제가 발생할 경우 어느 부위에서 문제가 발생했는지 알기가 어렵고 또는 발생 위치를 파악하였다 하더라도 매설된 케이블을 수정하기가 쉽지 않다.
즉, 상기 시스템의 경우, 센서와 데이터 로거 사이 또는 데이터 로거와 서버 사이의 통신을 광케이블을 이용한 유선 네트워크를 이용하여 시스템(유선방식의 계측 및 모니터링 시스템)을 구축하였는데, 이 경우 통신 케이블에서 문제가 발생할 경우 수리가 어려우며, 현장까지 광케이블을 매설해야 하는 어려움이 따라 초기 시설투자 비용이 과다하게 소모되며, 유지관리에 어려움이 있는 단점과 함께, 단일 시설물당 단일 계측 및 모니터링 시스템을 구축해야 하는 고비용 비효율 구조로 운영되고 있다. 또한, 센서의 위치를 변경하기가 어렵고, 센서의 위치 파악이 곤란하여 문제가 발생하였을 경우 수리하는데도 어려움이 따르며, 시설물 건전도에 문제가 발생하였을 경우 초기 신속대응 또한 어려운데, 이는 시설물 이용자들의 안전에 직결되는 문제이므로 매우 중요한 문제이다.
따라서, 교량, 터널 등의 사회간접자본(SOC) 시설물에 대한 합리적이고 효과적인 시설물 계측 및 모니터링 시스템의 기술 개발이 시급한 실정이다.
본 발명은 상기 요구에 부응하기 위하여 제안된 것으로, 블루투스(Bluetooth) 등의 센서 네트워크 기술을 이용해 에드 혹 네트워크(Ad-hoc network)를 구축하여, 사회간접자본(SOC) 시설물 및 다중 이용 시설물에 대한 상시 안전 모니터링 및 계측이 가능한 시설물 관리 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 시설물 관리 시스템에 있어서, 관리대상 시설물을 감시(/계측)하기 위한 적어도 하나의 센서; 상기 센서에서 측정된 데이터를 근거리 무선통신을 통해 전송하기 위한 센서별 전송수단(Slave); 및 상기 근거리 무선통신을 통해 상기 센서별 전송수단으로부터 데이터를 수집하여, 수집된 데이터에 대해 신호기반 해석작업을 수행하여 상기 관리대상 시설물의 상태(이상유무)를 실시간으로 확인하고, 위험상황 도래시 위험상황 매뉴얼에 의거하여 재해방재 기능을 수행하는 현장처리수단(Master)을 포함하되, 상기 센서별 전송수단(Slave)과 상기 현장처리수단(Master) 간에 무선 센서 네트워크(피코넷 혹은 스캐터넷)를 이용하여 에드 혹 네트워크(Ad-hoc network)를 구축하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 기존 유선 방식의 시설물 모니터링 및 계측 시스템의 문제점을 Bluetooth 센서 네트워크 기술을 이용하여 애드 혹 네트워크(Ad-hoc network) 시스템으로 구축하여, 기존 유선 방식 시설물 모니터링 및 계측 시스템의 문제점으로 지적되고 있는 네트워크 라인의 오류, 센서 추가 및 제거시 자동 인식 문제, 실시간 상시 모니터링의 가능 및 응급상황 발생시 즉각적인 대처 문제 등을 해결하고, 다중 이용시설의 안전성을 확보하고자 한다. 또한, 본 발명에서는 유비쿼터스 개념을 도입하여, 시설물에 위험이 발생할 경우 이를 자동으로 감지하여 실시간으로 대처하고자 한다.
이를 위해, 본 발명은 시설물 상시 모니터링 및 계측시 가속도계, 침하계 등 기존 건설분야에서 사용중인 센서를 Bluetooth 모듈과 결합하여 데이터를 취득하고, 이를 무선 센서 네트워크(피코넷 or 스캐터넷)를 이용하여 데이터를 현장 처리부(Bluetooth Master)로 전송하면, 현장 처리부(Bluetooth Master)에서는 실시간 상시 모니터링 및 응급상황 발생시 즉각적인 대처가 가능하고, CDMA 또는 Wireless LAN(IEEE 802.11.x)을 이용하여 서버로 데이터를 전송한다.
본 발명에 따르면, 교량, 터널 등 사회간접자본(SOC) 시설물의 안전을 위한 상시 모니터링 및 계측이 가능하고, 응급상황 발생시 즉각적인 대처가 가능하다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1 은 본 발명이 적용되는 교량 모니터링 시스템의 구성 예시도이다. 설명의 편의를 위해, 도 2를 참조하여 함께 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 무선 센서 네트워크를 이용한 시설물 관리 시스템은 도 2에 도시된 바와 같이, 계측을 직접 수행하는 센서부(Slave)(20), 현장 처리부(Master)(10), 그리고 정보통신망을 통해 현장 처리부(Master)(10)로부터 데이터를 수신받아, 저장, 정밀구조해석, 처리를 수행하는 서버(30)로 구성된다.
여기서, 정보통신망은 유무선 인터넷(WAP/ME, WEB), 인트라넷, 근거리통신망(LAN), 무선 LAN, 전화망(PSTN), 이동통신망, 휴대 인터넷(WiBro), 위성 또는 지상파 방송망 등을 포함하는 개념으로 해석되어야 할 것이다.
특히, 에드 혹 네트워크(Ad-hoc network) 환경하의 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크를 이용한 시설물 관리 시스템은, 관리대상 시설물을 감시(/계측)하기 위한 적어도 하나의 센서(22)와, 상기 센서에서 측정된 데이터를 근거리 무선통신을 통해 전송하기 위한 센서 인터페이스부(Slave)(21)와, 근거리 무선통신을 통해 센서 인터페이스(21)로부터 데이터를 수집하여, 수집된 데이터에 대해 신호기반 해석작업을 수행하여 관리대상 시설물의 상태(이상유무)를 실시간으로 확인하고, 위험상황 도래시 위험상황 매뉴얼에 의거하여 재해방재 기능을 수행하는 현장 처리부(Master)(10)를 포함하되, 센서 인터페이스부(Slave)(21)와 현장 처리부(Master)(10) 간에 무선 센서 네트워크(피코넷 혹은 스캐터넷)를 이용하여 에드 혹 네트워크(Ad-hoc network)를 구축하는 것을 특징으로 한다. 물론, 현장 처리부(Master)(10)에서는 센서 인터페이스부(21)로부터 수집된 데이터가 기 설정된 임계값을 초과할 경우, 데이터를 이동통신망 혹은 유무선 랜을 통해 서버(30)로 전송하여 정밀 구조해석 작업을 수행토록 할 수도 있다.
상기 센서(22)와 센서 인터페이스부(21)는 관리대상 시설물별로 설치되며, 데이터 로거인 현장 처리부(Master)(10)의 슬레이브(Slave) 역할을 수행하므로, 이하에서는 이를 굳이 구분하지 않고 '센서부(Slave)(20)'로 통칭하기로 한다.
본 발명에 따른 무선 센서 네트워크를 이용한 시설물 관리 시스템은 Bluetooth 무선 센서 네트워크를 이용하여, 사회간접자본(SOC) 시설물 및 다중 이용 시설물에 대한 상시 안전 모니터링 및 계측이 가능한 것으로, 가속도계, 침하계 등 기존 건설분야에서 사용중인 센서(22)를 데이터 로거와 연결하기 위해 Bluetooth 모듈(블루투스 처리부(13))과 결합한 다음, 블루투스 처리부(Bluetooth 송신기)(13)의 무선 센서 네트워크를 통해 현장 처리부(Master)(10)로 취득 데이터를 전송하면, 현장 처리부(Master)(10)에서는 CDMA 이동통신망, 무선랜(Wireless LAN), 또는 유선 LAN(Ethernet LAN) 등 상황에 맞는 전송방식을 선택한 다음 데이터를 서버(30)로 전송하게 된다. 이때, 현장 처리부(Master)(20)에서는 취득값에 대한 신호기반 해석작업을 수행하여 위험 인지시 경로차단, 우회경로 안내 등의 서비스를 수행한다.
여기서, 현장 처리부(Master)(10)와 센서부(Slave)(20) 간의 네트워크 구성은 피코넷(pico net)이나 스캐터넷(scatter net)을 이용하여 구성하며, 이들 사이에는 Ad-hoc 네트워크로 구성하여, 센서(22)의 제거 및 추가시에 자동으로 인식하여 데이터를 수신할 수 있다.
본 발명을 교량 모니터링 부분에 적용했을 때(도 1을 참조), 효율적이고 경제적이며 유연한 시스템을 유지하기 위하여 케이블 길이를 최소화하고, 센서부(Slave)(20)와 현장 처리부(Master)(10) 간의 통신은 Bluetooth 기술을 이용하여 근거리 무선통신 전송 시스템으로 구축하고, 현장 처리부(Master)(10)는 교량 진입부의 신호등, 차단기 등과 연계하여 위험 발생시 이들을 제어할 수 있는 기능을 가지고 있다.
현장의 센서부들(20)은 Bluetooth의 네트워크 구성 방식인 피코넷과 스캐터넷 네트워크 기술을 이용하여 서로 간에 통신을 수행할 수 있는 Ad-hoc 네트워킹 방식으로 구성되고, 이동성을 가지며 소형화된 시스템으로 구축된다.
현장 처리부(Master)(10)에서는 센서부(Slave)(20)로부터 수신된 데이터를 신호기반기법 해석을 통해 데이터를 1차적으로 분석하여, 시설물 이용자들이 위험이 감지된 교량을 지날 때 위험 경보를 알려주며, 신호등, 경로 차단기 등을 작동시켜 시설물 이용을 사전에 금지시키고, 서버(30)를 통해 정확한 정밀 구조해석을 실시하며, 교량 관리자 및 경찰관제 시스템, 119 소방 시스템으로 알람 메시지를 전송하여 사고를 미연에 방지한다. 또한, 현장 처리부(Master)(10)는 CDMA 이동통신망을 이용하여 TCP-IP 프로토콜과 모바일 기기와의 데이터 통신을 자유롭게 지원하며, LBS 기술을 활용하여 시설물 주변의 CDMA 존(Zone)에 속한 시설물 이용자에게 경고 메시지를 전송할 수 있다.
이해를 돕기 위하여, 애드 혹 네트워크(Ad-hoc network)의 개념을 살펴보기로 한다.
일반적으로, 애드 혹 네트워크(Ad-hoc network)는 단말기들로만 구성되는 망으로서, 유선 기반망이 구축되어 있지 않은 곳(예를 들면, 교실내에서의 통신, 긴급 구조 상황, 전쟁 수행중, Wearable computing 등)에서 손쉽게 망을 구성할 수 있다. 이는 비교적 좁은 지역범위내에서의 통신망으로서, 유선이 아닌 무선으로 이루어지는 무선 랜 시스템의 일종이다.
애드 혹 네트워크(Ad-hoc network)는 통신기기간 특별한 무선 통신을 일컫 는 것으로, 중앙 시스템의 도움없이 언제, 어디서나 기기간 통신을 가능하게 해준다. 사실, 애드 혹 네트워크(Ad-hoc network)는 그리 새로운 개념은 아니다. 하지만, 그 설정과 용법, 사용되는 통신기기들은 전혀 새롭다고 할 수 있다.
과거에는 애드 혹 네트워크(Ad-hoc network)라 하면, 전장이나 재해지역에서의 통신과 연관됐지만 블루투스(Bluetooth) 같은 최신 기술이 실현됨에 따라 이제 애드 혹 네트워크(Ad hoc network) 개념이 변하고 있으며, 그 중요성도 더욱 커질 것으로 예상된다.
사람들은 개인적, 혹은 직업적 필요에 의해, 노트북 컴퓨터나 휴대폰, PDA(Personal Digital Assistant), MP3(MPEG Audio Layer3) 플레이어와 같은 휴대용 기기들을 들고 다닌다. 대체로 이들 기기들은 독립적으로 사용된다. 즉, 애플리케이션간 연동이 안된다.
흔히, 애드 혹 네트워크(Ad-hoc network)라 하면, 무선 인터페이스를 사용해 패킷 데이터를 전송하는 무선 노드로 구성된, 중앙 관리(central administration)없이 형성된 네트워크를 뜻한다. 이같은 유형의 네트워크에 있는 노드는 라우터나 호스트로 이용될 수 있기 때문에 다른 노드 대신 패킷을 전송할 수도 있고, 사용자 애플리케이션들을 실행할 수도 있다. 애드 혹 네트워크(Ad hoc network)의 가장 매력적인 점은, 중앙통제로부터 완전히 독립해 사용자가 네트워크 사용에 더많은 자유와 유연성을 얻게 된다는 것이다.
애드 혹 네트워크(Ad-hoc network)를 이용하면 사용자의 통신기기간 연동이 가능하며, 또한 통신범위를 벗어난 통신기기 간에 트래픽을 중계해준다.
타고난 유연성으로 애드 혹 네트워크(Ad-hoc network)의 구축은 매우 용이하다. 애드 혹 네트워크(Ad-hoc network)의 개념이 가장 잘 적용되는 것은 단거리의 개인 사용자 영역일 것이다. 애드 혹 네트워크(Ad-hoc network)는 동일인의 통신 기기간 통신을 원활히 하며, 서로 다른 사용자 기기간 통신을 가능하게 할 수도 있다. 이처럼 휴대용 통신기기를 통해 소규모 애드 혹 네트워크(Ad-hoc network)를 구성할 수 있는 능력이 향후 애드 혹 네트워크(Ad-hoc network) 기반의 다양한 애플리케이션 개발을 촉진시키게 될 것이다.
그럼, 본 발명에 따른 무선 센서 네트워크를 이용한 시설물 관리 시스템의 세부 구성을 보다 상세하게 살펴보기로 한다.
센서부(Slave)(20)와 현장 처리부(Master)(10) 간의 통신은 블루투스(Bluetooth)를 이용하고, 센서부(Slave)(20)는 각 센서(22)와 유선으로 통신하고, 센서(22)로부터 수집된 데이터를 전송하기 위한 Bluetooth 모듈(블루투스 처리부(213))을 내장하고 있다.
여기서, 센서부(Slave)(20)는 센서(22)와 센서 인터페이스부(21)로 구성되는데, 센서(22)와 센서 인터페이스부(21) 간에는 유선으로 연결하여 기존에 건설 현장에서 사용되는 대부분의 센서를 직접 사용할 수 있게 구성된다. 또한, 센서 인터페이스부(21)에서 센서(22) 간에는 RS-232 시리얼 통신부(211)를 이용하여 연결하며, 시리얼 제어기(Serial Controller)를 통해 센서(22)와의 통신을 제어하고, RS-232 통신부(211)를 통해 센서(22)에서 취득된 데이터를 수신한다. 이때, 센서(22)로부터 취득된 데이터는 메모리(Compact Flash)(21)에 저장되며, 이 데이터는 블루 투스 처리부(Bluetooth 송신기)(213)를 통해 현장 처리부(Master)(10)로 실시간으로 송신된다.
또한, 현장 처리부(Master)(10)는 크게 두 부분으로 구성되는데, 하나는 센서부(Slave)(20)와의 데이터 통신 모듈(블루투스 처리부(15)) 또는 서버(30)와의 데이터 통신을 위한 통신 모듈(CDMA 통신부(12), 무선랜 통신부(IEEE 802.11b)(16), 유선랜 통신부(Ethernet LAN)(17)) 부분이고, 다른 하나는 현장에서 신호기반 해석작업을 위한 제어부(CPU)(11)와 메모리(Compact Flash)(18) 부분이다.
즉, 현장 처리부(Master)(10)의 통신은 센서부(Slave)(20)와의 통신을 위한 근거리 무선 통신 규격인 블루투스 처리부(Bluetooth 수신기)(15)와 서버(30)와의 통신을 위한 원거리 무선 통신 규격인 CDMA 통신부(12)로 구성되며, 필요에 따라 서버(30)로의 데이터 전송을 위해 무선랜 통신부(Wireless LAN)(16) 및 유선랜 통신부(Ethernet LAN)(17)를 구비한다.
이와 같이, 현장 처리부(Master)(10)는, 원거리 전송방식은 CDMA 무선망을 이용한 데이터 전송을 기본으로 하고, 시설물의 위치나 주위의 통신 환경에 따라 선택적으로 데이터 송신 방식을 결정할 수 있도록 하기 위해 무선랜 통신부(IEEE 802.11x)(16) 및 유선랜 통신부(Ethernet LAN)(17)를 내장하여 호환성을 높였다.
애드 혹 네트워크(Ad-hoc network)를 구축하기 위해서는, Bluetooth의 피코넷 네트워크를 계층적으로 구성하여 스캐터넷을 구축하고, Master 중 하나가 스캐터넷의 현장 처리부(Master)(10) 역할을 수행한다.
스캐터넷의 현장 처리부(Master)(10)에서, Bluetooth 무선 통신을 통해 센서부(Slave)(20)로부터 수집된 데이터는 블루투스 처리부(Bluetooth 수신기)(15)를 통해 취합되고, 메모리(Compact Flash)(18)에 저장된다.
이때, 현장 처리부(Master)(10)의 제어부(11)에서는 각 센서부(Slave)(20)로부터 수집된 데이터를 신호기반 해석작업을 수행하게 되는데, 각 센서(22)의 임계값이 저장되어 있어, 센서부(Slave)(20)로부터 데이터가 들어올 때마다 기 저장된 임계값과 비교를 통해 수집된 값이 임계값을 초과하는지에 대한 체크를 수행하게 된다. 이때, 제어부(11)에서는 블루투스 처리부(Bluetooth 수신기)(15)를 통해 수집된 데이터들을 신호기반 기법에 따라 해석을 수행한 다음, 데이터들이 임계값을 초과하지 않고 안정적으로 수신될 경우 1시간동안 수집된 데이터의 평균값, 최소값, 최대값을 메모리(18)에 저장하고 나머지 값들은 삭제하며, 이 값들(수집된 데이터의 평균값, 최소값, 최대값)을 서버(30)로 전송한다.
아울러, 현장 처리부(Master)(10)에서는 각종 센서부(Slave)(20)로부터 측정된 데이터를 수집하는 데이터 로거의 역할 뿐만 아니라, 응급상황을 감지할 수 있는 간단한 신호기반 구조해석 작업을 수행하고, 응급상황이 감지되면 경로차단, 우회경로 안내, 관리자에게 알람 전송 등의 작업을 동시에 수행하게 된다.
이때, 응급상황의 발생에 대한 대처는 수집된 데이터가 임계값을 초과할 경우 데이터를 서버(30)로 모두 전송시켜, 서버(30)에서 정밀 구조해석 작업을 진행하게 되며, 초과된 값들이 1분 이상 연속 수신될 경우 위험 상황으로 인식하고 관리자에게 위험경보를 알리고, 위험 상황 매뉴얼에 따라 위험대처를 실시한다.
여기서, '위험상황 매뉴얼에 따른 위험대처'라 함은, 상기와 같은 기준에 의해 위험상황이 인식되면, 서버(30)에서의 정밀 구조해석 작업과 동시에 교량 입구에 신호등(경보기(13))을 빨간불로 바꾸고, 경로 차단기(도면에 도시되지 않음)를 가동시켜 위험 교량으로의 진입을 중지시키며, 위험 지역 범위내의 CDMA 기지국과 연계하여 위험지역 인근 사용자에게 SMS 문자로 위험 상황에 대한 메시지를 전송하고, 또한 우회경로를 지도와 함께 제공한다.
또한, 현장 처리부(Master)(10)에는 감시부(Watch Dog Timer)(14)가 구비되어 있어, 시스템의 자가 체크를 수행하여 오류 방지 기능을 수행하고, 또한 경보기(LED)(13)가 구비되어 있어, 운영자가 각 센서(22)의 작동 여부를 육안으로도 확인 가능하도록 한다.
본 발명의 무선 센서 네트워크를 이용한 시설물 관리 시스템과 기존 유선방식의 계측 및 모니터링 시스템과의 차이점은, 기존 유선방식의 계측 및 모니터링 시스템을 무선방식으로 전환함에 따라 초기 설치비용의 절감; 센서 또는 유선 라인의 에러 발생을 줄이고 에러 발생시 복구 시간과 비용의 절감; 센서(22)를 제거하거나 추가할 경우 프로그램을 수정할 필요없이 자동으로 인식 가능한 Ad-hoc 시스템으로 구성되어 유지관리의 편의성 증대; 현장 처리부(Master)(10)에서 자동으로 데이터를 분석하여 위험 상황을 인식 가능하므로 실시간 시설물 위험에 대한 모니터링이 가능하고, 위험상황에 대한 자동적이고 즉각적인 초기 대응이 가능하므로 시설물 안전성 증대; 하나의 서버(30)에서 다수의 시설물에 대한 관리가 가능하므로 시설물 유지 관리 인력의 감소 및 시설물 모니터링 효율성 향상 등을 들 수 있 다.
이에 반하여, 기존 유선방식의 계측 및 모니터링 시스템의 경우, 시설물과의 통신을 위해 관리센터에서 시설물까지 유선 광케이블을 매설하여 유선으로 통신을 하고 있으며, 시설물 내부의 센서들의 연결도 모두 유선 광케이블을 매설하여 관리하고 있으나, 본 발명의 경우 이러한 유선 광케이블이 필요없고, 근거리 뿐만 아니라 원거리 통신의 경우에도 무선으로 처리하여 초기 광케이블 매설 비용을 획기적으로 줄일 수 있다.
또한, 기존 유선방식의 계측 및 모니터링 시스템의 경우, 시설물내의 광케이블은 매설식으로 설치하는 것이 보통인데, 이 경우 케이블에서 문제가 발생할 경우 어느 부위에서 문제가 발생했는지 알기가 어렵고 설령 발생 위치를 파악하였다 하더라도 매설된 케이블을 수정하기가 쉽지 않지만, 본 발명의 경우 케이블을 설치하지 않으므로 에러 발생을 획기적으로 줄일 수 있고, 에러 발생에 대한 복구도 간단하게 처리할 수 있다.
또한, 시설물 계측 및 모니터링의 경우, 초기 위험 발생 가능지역을 예측하고 그 부위에 센서를 집중적으로 설치하게 되는데, 모니터링 도중에 추가적으로 센서를 설치하거나 제거할 경우 기존 시스템의 경우 프로그램을 수정하여 센서를 재인식시키고 입력 데이터에 대한 처리 부분을 다시 코딩해야되는 단점이 있었으나, 본 발명의 경우 Bluetooth 무선 센서 네트워크 개념을 도입하여 Ad-hoc 시스템으로 네트워크를 구성하여 센서를 추가하거나 제거할 때 별도의 프로그램 수정없이 자동으로 센서가 인식되므로 유지 관리에 대한 편의성이 증대된다.
또한, 본 발명에서는 유비쿼터스 개념을 도입하여 현장 처리부(Master)(10)에서 수집되는 데이터를 직접 초기 해석작업을 수행하여 위험상황에 대한 실시간 모니터링 기능을 수행할 수 있는데, 이때 현장 처리부(Master)(10)에서의 해석 작업은 신호기반 기법으로 수행한다. 여기서, 신호기반 기법이란, 장기간의 계측을 통하여 임의의 구조물 응답에 관한 데이터베이스를 축적한 수, 일정기간 동안의 응답을 기존 자료와 비교함으로써 이상상태를 감시하는 방법을 의미한다. 이 경우, 비록 정확한 상태평가가 어렵다는 단점은 있지만, 기존의 모델기반 기법과 같이 대용량 컴퓨터가 필요없고, 복잡한 시설물의 수치해석 모델을 작성하지 않아도 간단하게 시설물의 이상유무를 판단할 수 있으며, 단지 시설물의 이상유무를 감시하는 경우 저용량의 컴퓨터를 이용하여 손쉽게 상태를 체크할 수 있는 장점이 있다.
도 3은 도 2를 확장된 형태로 표현한 것으로, 하나의 마스터(현장 처리부)(10)에 여러 개의 슬레이브(센서부)(20-1~20-N)가 확장된 형태를 나타내는데, 이러한 센서 네트워크의 구축은 Bluetooth에서 지원하는 피코넷과 스캐터넷의 형태로 구성한다.
도 3에 도시된 바와 같이, Bluetooth를 이용하여 Ad-hoc 센서 네트워크를 구축할 경우, 마스터(현장 처리부)(10)와 슬레이브(센서부)(20-1~20-N) 간에 양방향 통신이 가능하여 센서(22)의 상태를 실시간으로 파악할 수 있고, 센서(22) 각각에 대한 제어도 가능하다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
상기와 같은 본 발명은, 기존의 시설물 계측 및 모니터링 시스템에 비해 확장성이 뛰어나고, 광케이블이 매설되지 않은 지방지역 또는 산간지방에서도 시설물 모니터링 작업이 가능하며, 단일 계측 및 모니터링 시스템으로 다수의 시설물을 동시에 모니터링할 수 있는 장점이 있으며, 실시간 모니터링이 가능하므로 위험신호를 사전에 감지해 지능적으로 위험상황에 대한 대처가 가능하여 시설물 이용자들에게 제공함으로써 사고를 사전에 방지할 수 있는 효과가 있다.
Claims (6)
- 시설물 관리 시스템에 있어서,관리대상 시설물을 감시(/계측)하기 위한 적어도 하나의 센서;상기 센서에서 측정된 데이터를 근거리 무선통신을 통해 전송하기 위한 센서별 전송수단(Slave); 및상기 근거리 통신망을 통해 상기 센서별 전송수단으로부터 데이터를 수집하여, 수집된 데이터에 대해 신호기반 해석작업을 수행하여 상기 관리대상 시설물의 상태(이상유무)를 실시간으로 확인하고, 위험상황 도래시 위험상황 매뉴얼에 의거하여 재해방재 기능을 수행하는 현장처리수단(Master)을 포함하되,상기 센서별 전송수단(Slave)과 상기 현장처리수단(Master) 간에 무선 센서 네트워크(피코넷 혹은 스캐터넷)를 이용하여 에드 혹 네트워크(Ad-hoc network)를 구축하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크를 이용한 시설물 관리 시스템.
- 제 1 항에 있어서,상기 근거리 통신망은 블루투스(Bluetooth) 무선통신이며,상기 센서와 해당 전송수단 간에는 유선으로 연결되는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크를 이용한 시설물 관리 시스템.
- 제 1 항에 있어서,상기 에드 혹 네트워크(Ad-hoc network) 구축시에,피코넷을 계층적으로 구성하여 스캐터넷을 구축하고, 마스터 중 하나가 스캐터넷의 마스터 역할을 수행하며, 마스터와 슬레이브 간에 양방향 통신이 가능하여, 슬레이브(센서)의 추가/제거시에 상기 마스터가 해당 슬레이브(센서)를 자동 인식 가능하고 슬레이브(센서)의 상태를 실시간으로 파악 및 슬레이브(센서) 각각에 대한 제어가 가능한 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크를 이용한 시설물 관리 시스템.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 재해방재 기능은,실시간 계측 및 모니터링을 통해 이상 발생 감지시, 경로 차단, 시설물 이용자의 이동통신 단말기로 경고 메시지 발송, 우회경로 안내를 수행하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크를 이용한 시설물 관리 시스템.
- 제 4 항에 있어서,상기 현장처리수단은,상기 수집된 데이터가 기 설정된 임계값을 초과할 경우, 데이터를 이동통신망 혹은 유무선 랜을 통해 서버로 전송하여 정밀 구조해석 작업을 수행토록 하는 무선 센서 네트워크를 이용한 시설물 관리 시스템.
- 제 4 항에 있어서,상기 현장처리수단은,각종 센서로부터 수집되는 데이터를 신호기반 기법에 의해 해석작업을 수행하여 시설물 위험상황을 현장에서 실시간으로 파악하고, 시설물 근처의 기지국을 이용하여(LBS 기반) 문자 메시지 송출을 통해 위험상황 알람, 시설물로 통하는 도로의 신호등 제어, 시설물 이용을 금지하는 경로차단기 가동, 우회경로 안내를 통하여 시설물 이용자들의 안전을 확보할 수 있는 재해방재 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 무선 센서 네트워크를 이용한 시설물 관리 시스템.
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