KR20080020745A - Ｕｓｎ 기반 지능형 수자원 통합 관리방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하천 및 수도 관련 시설물과 연계하여 통합적으로 정보를 수집 및 관리하고 수자원 관련 정보를 분석하여 정책을 지원하는 수자원 통합 관리방법에 관한 것이다.
본 발명에 의한 USN 기반 지능형 수자원 통합 관리방법은, 수자원정보가 저장되는 데이터베이스 서버 및 USN(Ubiquitous Sensor Network)으로부터 전송되는 수자원정보를 실시간으로 처리하여 상기 데이터베이스 서버에 저장하고, 관측시설물ㆍ하천시설물ㆍ수도시설물 및 관리담당자의 기본정보 또는 상기 관측된 수자원정보를 입력ㆍ수정ㆍ삭제ㆍ조회ㆍ검색 또는 출력하는 관리 서버를 포함하여 이루어지는 중앙관제센터 ; 상기 관리서버에 연결되며 수자원정보를 출력하는 모니터링 터미널 ; 상기 관리서버에 연결되는 지리정보시스템 ; 을 포함하여 이루어지는 수자원 통합정보 관리시스템에 대하여, a) USN에 의해 수자원 정보가 측정되어 중앙관제센터의 관리서버로 상기 신호가 전송되는 단계; b) 상기 관리 서버에 의해 상기 USN으로부터 전송된 신호에 대한 연산이 수행되어 수자원 정보가 실시간으로 산출되는 단계; c) 상기 관리 서버에 의해 상기 수자원 정보가 측정된 위치가 지리정보시스템(GIS)과 연계하여 산출되고, 상기 수자원 정보 및 위치가 매칭되는 단계; d) 상기 관리 서버에 의해 상기 수자원 정보 및 위치가 데이터베이스 서버에 저장되는 단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. 더불어, 본 발명은 e) 상기 관리 서버에 의해 상기 데이터베이스 서버에 저장된 수자원정보가 사용되어 하천시설 물 및 수도시설물의 이상발생 상태가 판단ㆍ조회ㆍ검색 또는 해당 관리담당자의 모니터링 터미널로 공지되는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
유비쿼터스, USN, 수도 시설물, 하천 시설물, 수자원 정보, 통합 관리, GIS

Description

ＵＳＮ 기반 지능형 수자원 통합 관리방법 {A Method of Water Resources Integration Management based USN}
도 1은 본 발명에 의한 시스템의 기반으로 사용되는 USN의 개념도.
도 2는 본 발명에 사용되는 USN의 위치측정 원리의 개념도.
도 3은 본 발명에 의한 USN 기반 지능형 수자원 통합 관리방법의 시스템도.
도 4는 본 발명에 의한 시스템에 의한 출력 결과의 일실시예.
**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**
1000: 수자원 통합정보 관리 시스템
2000: USN (Ubiquitous Sensor Network)
110: USN 통신노드 120: USN 게이트웨이
200: 시설물
210: 시설 220: 기타 장비
300: 중앙관제센터
310: 관리 서버 320: 데이터베이스 서버
400: 지리정보시스템(GIS) 500: 모니터링 터미널
본 발명은 하천 및 수도 관련 시설물과 연계하여 통합적으로 정보를 수집 및 관리하고 수자원 관련 정보를 분석하여 정책을 지원하는 수자원 통합정보를 관리하는 방법에 관한 것이다.
현재 하천 및 수도 관련 시설물은 기존수문, 계획수문, 양배수장, 취수시설물, 펌프장, 관측소, 기타 하천시설 등 그 종류가 매우 광범위하고 다양하다. 이와 같은 각종 하천 및 수도 관련 시설물의 관리는, 종래에는 업무 담당자가 직접 그 시설물을 방문하여 점검하는 방식으로 수행되어 왔다. 보다 상세히는, 특정 시설물에 대한 업무 담당자가 해당 시설물을 방문하고, 항목별로 해당 시설물에 대한 여러 가지 사항을 조사하여 장표에 기입하며, 이와 같이 각 업무 담당자에 의해 조사된 정보들을 취합하는 방식으로 수행되었다. 그런데, 이와 같은 방식은 정보의 정확도 및 신뢰도가 매우 낮으며, 많은 인력과 시간이 소요되는 원시적인 방법일 뿐만 아니라, 업무 담당자의 빈번한 교체 및 인식 미비로 인하여 점용 허가 후 미준공, 점용기한 미연장, 허가조건 미이행 등의 사후관리 문제가 연간 150건 이상 발생하고 있는 실정이다. 아울러, 하천의 유속 및 다양한 하천 정보 역시 측정요원들이 개별적으로 측정하는 방법을 이용함에 따라 상기와 같은 문제점을 동일하게 가지고 있다.
물론, 현재 이와 같은 문제점을 해소하기 위하여 종래에 구축되어 있던 하천 관리 지리정보시스템(RIMGIS)ㆍ국가 수자원관리 종합정보 시스템 및 수도통합정보시스템이 사용되고 있다. 종래의 하천관리 지리정보 시스템은 국가 하천 및 시설물에 대한 도면과 상세한 정보를 관리하고, 하천 관련 제반 업무를 지원하기 위하여 구축된 시스템이며, 종의 국가 수자원관리 종합정보 시스템은 수자원 관련 정보를 체계적으로 조사ㆍ관측하고, 통합 DB 및 다양한 정보체계를 구축을 통하여 수집, 관리, 분석, 정책지원 등의 서비스를 수행하는 시스템이고, 종래의 수도통합정보 시스템은 광역상수도와 공업용 수도시설의 과학적ㆍ체계적인 관리를 도모하고, 각종 지하시설물의 자연적 또는 인위적 파손에 능동적으로 대처하기 위한 시스템으로서 국가 지리정보체계(NGIS)와 연계하여 구축되어 있다. 그런데, 상기 시스템들은 실시간 관리체계 구축에 필요한 체계적이고 표준화된 자료 구축 및 활용이 어렵다는 문제점을 가지고 있다. 이와 같은 하천 및 수도 관련 시설물의 유지관리 업무 부실은, 안전대책의 미비로 인한 사고 발생률을 높일 수 있으며, 재난에 대해 효과적으로 대응할 수 없을 뿐만 아니라 재난에 대한 피해 정도가 더욱 악화되게 만들고, 또한 불법점용을 방치하게 되는 문제, 환경오염 등 수많은 문제를 야기한다.
외국의 사례를 보면, UC 버클리 대학에서 주도한 금문교 관리 사업에 의해, 하천 시설물의 관리 목적으로 금문교에 진동ㆍ온도ㆍ압력ㆍ가속도ㆍ수위 등을 측정하는 센서를 부착하여 금문교의 교통량ㆍ재해ㆍ기상이변 등의 관련정보를 수집하고, 이 정보를 근거로 하여 긴급 상황 발생 시 재해를 관리하고 중앙관제센터에 경보를 전달하며, 재난 방지를 목적으로 한 각종 측정 결과를 통하여 금문교의 안정성을 실시간으로 확인 및 관리하는 시스템이 갖춰진 사례가 있다. 또한, 2005년 7 월 샌프란시스코에서 열렸던 자바원컨퍼런스 2005에서는, 샌프란시스코 대학 산학 연구팀에 의해 수질을 측정하는 센서 네트워크가 개발 중에 있음이 선보여졌다. 그러나 국내외 사례를 통틀어, 국가적 차원에서 효율적인 수자원 관리를 위한 수자원관련 유비쿼터스 시스템의 구축 사례는 아직까지 전무하다.
현재 수자원 관리방법에 있어서의 문제점은 여러 가지가 있다. 먼저, 측정 자체의 문제에 앞서 각 수자원시설물 자체의 안전관리에 있어서, 종래에는 수자원정보의 측정과 안전관리가 따로 이루어짐으로써 업무가 분산되는 문제가 있었다. 따라서 수자원시설물 자체의 안전관리가 효율적으로 이루어지지 못함으로써 수자원시설물의 손상이나 파괴가 일어날 경우 신속하게 대응할 수 없었다. 더불어, 수자원시설물에는 수도, 제방, 배수장 등과 같은 건축물 뿐 아니라 유량계, 수위계, 위성통신장비 등과 같은 고가의 설비들도 포함되는 바, 이와 같은 고가의 설비들은 상술한 바와 같은 손상이나 파괴 외에도 도난의 위험성을 가지고 있는데 이에 대한 대응책이 전혀 없었던 문제점이 있었다.
또한 수자원정보를 직접 측정하는 방법에 있어서도 많은 문제점이 지적되어 왔다. 첫째, 측정 면에 있어서, 측정원이 측정기록부를 작성한 후 이를 전산화하는 작업을 거치게 됨으로써, 인력이 낭비되거나 또는 업무가 과중되게 되는 문제점이 있다. 특히 하천에 있어서, 하천 상류에서부터 흐르는 유량 및 댐과 같은 하천시설물에서 방류된 방류수가 어떤 경로를 따라 어떤 변화가 일어나는지에 대한 정보를 실시간으로 얻어낼 수 없어, 이와 같은 원시적인 측정방법으로는 실제적으로 필요한 정보를 바로바로 얻을 수 없는 매우 커다란 문제점이 있었다. 둘째, 자료의 정 확성 면에 있어서, 수작업으로 작성된 측정기록을 전산화하는 과정에서 오류가 발생할 가능성이 있으며, 상술한 바와 같이 업무가 과중되는 문제점 때문에 전산화 작업을 외주 처리하게 되는 경우 불필요한 자료대사가 발생하게 된다. 셋째, 자료의 검색 면에 있어서, 종래의 시스템으로는 사용자가 원하는 특정한 목적에 맞게 필요한 자료들을 취합하는 것이 매우 어려우며, 자료정리 및 검색 작업을 외주 업체에 의존하고 있는 실정일 뿐만 아니라, 이와 같은 자료 검색의 어려움 때문에 민원에 대한 신속한 대응마저 느려지게 되는 부가적인 문제점을 발생시킨다. 넷째, 행정 효율성 면에 있어서, 자료의 집계 및 처리를 위한 시간이 매우 장시간 소요된다. 마지막으로 정보화 문제에 있어서, 국가 하천 및 수도 시설물의 유지관리 업무를 효율적으로 추진할 수 있는 관리 시스템 및 정보 DB가 갖추어지지 않고 있다.
따라서 상술한 바와 같은 문제점의 해결 뿐 아니라, 국가 기술력의 경쟁력 강화 및 기술선점을 위하여, 효율적이고 체계적이며 실시간 관리가 가능한 수자원 관련 유비쿼터스 시스템의 도입이 절실한 실정이다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 USN(Ubiquitous Sensor Network) 기반 지능형 수자원 통합관리 시스템을 제공함에 있다. 보다 상세하게는, 무선으로 통신하는 센서들로 이루어진 네트워크를 이용하여 하천 및 수도 시설물의 수자원정보를 통합하여 수집함으로써, 실시간 관측 및 감시를 용이하게 하는 USN 기반 지능형 수자원 통합 관리방법을 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 USN 기반 지능형 수자원 통합 관리방법은, 수자원정보가 저장되는 데이터베이스 서버 및 USN(Ubiquitous Sensor Network)으로부터 전송되는 수자원정보를 실시간으로 처리하여 상기 데이터베이스 서버에 저장하고, 관측시설물ㆍ하천시설물ㆍ수도시설물 및 관리담당자의 기본정보 또는 상기 관측된 수자원정보를 입력ㆍ수정ㆍ삭제ㆍ조회ㆍ검색 또는 출력하는 관리 서버를 포함하여 이루어지는 중앙관제센터 ; 상기 관리서버에 연결되며 수자원정보를 출력하는 모니터링 터미널 ; 상기 관리서버에 연결되는 지리정보시스템 ; 을 포함하여 이루어지는 수자원 통합정보 관리시스템에 대하여, a) USN에 의해 수자원 정보가 측정되어 중앙관제센터의 관리서버로 상기 신호가 전송되는 단계; b) 상기 관리 서버에 의해 상기 USN으로부터 전송된 신호에 대한 연산이 수행되어 수자원 정보가 실시간으로 산출되는 단계; c) 상기 관리 서버에 의해 상기 수자원 정보가 측정된 위치가 지리정보시스템(GIS)과 연계하여 산출되고, 상기 수자원 정보 및 위치가 매칭되는 단계; d) 상기 관리 서버에 의해 상기 수자원 정보 및 위치가 데이터베이스 서버에 저장되는 단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. 더불어, 본 발명은 e) 상기 관리 서버에 의해 상기 데이터베이스 서버에 저장된 수자원정보가 사용되어 하천시설물 및 수도시설물의 이상발생 상태가 판단ㆍ조회ㆍ검색 또는 해당 관리담당자의 모니터링 터미널로 공지되는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 수자원정보는 USN으로부터 CDMA망, WDMA망 또는 LAN망을 통해 전송되는 것이 바람직하며, 또한 상기 수자원정보는 하천 및 수도 시설물의 조도, 온도, 습도, 진동 또는 초음파상태 중 선택되는 적어도 한 가지를 포함하는 시설정보와, 하천 및 수도의 측정시간 및 유속, 유량, 수위, 수온, 수압, 탁도 또는 특정 물질의 농도 중 선택되는 적어도 한 가지를 더 포함하는 관측정보와, 해당 정보를 송신하는 센서의 개별인식정보를 포함하는 것이 바람직하다. 더불어, 상기 수자원정보는 주기적으로 전송 및 저장되며, 상기 주기는 사용자의 목적에 따라 다르게 프로그래밍될 수 있는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 기본정보 및 수자원정보는 일시별, 시설물별, 시설물종류별, 권역별 또는 권한별로 분류되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 관리 서버는 상기 USN으로부터 전송받은 수자원정보와 미리 입력되어 있는 지형도를 바탕으로 연산을 수행하여 하천 및 수도 시설물의 특정 위치 및 특정 시각의 수자원정보를 실시간으로 산출하여 상기 데이터베이스 서버에 실시간으로 저장하는 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 지형도는 상기 수자원정보가 저장되는 데이터베이스 서버에 대하여 따로 구비되며, 지리정보시스템과 연동되는 데이터베이스 서버에 미리 입력되는 것을 특징으로 한다. 더불어, 상기 관리 서버는 사용자가 입력하는 임의의 특정 조건에 따른 검색을 수행하고 이에 해당하는 데이터를 생성하여 제공하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 모니터링 터미널은 상기 수자원정보를 수치적으로 출력하거나 또는 상기 지리정보와 연계된 수자원정보를 지도를 바탕으로 출력하는 것을 특징으로 하며, 더불어 상기 모니터링 터미널은 상기 관리서버에 직접 연결되거나 인터넷망을 통하여 연결되는 것을 특징으로 한다.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 USN 기반 지능형 수자원 통합 관리방법을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 USN 기반 지능형 수자원 통합 관리방법에 사용되는 USN(Ubiquitous Sensor Network)을 개략적으로 도시한 것으로, 도 1a는 하천 시설물, 도 1b는 수도 시설물에서의 정보수집 시스템을 간략하게 도시하고 있으며, 도 1c는 수자원 통합정보 시스템을 간략하게 도시하고 있다. 하천 시설물은 제방, 수위관측소 등과 같은 시설물을 통칭하며, 수도 시설물은 각 상ㆍ하수도의 수도관 시설을 말한다. 이러한 시설물(200)은 또한 제방, 수위관측소, 수도관 등과 같은 시설(210) 자체와, 위성통신장비, RTU, 유량계, 수위계 등과 같은 기타 장비(220)로 구분될 수 있다.
도 1a에 도시된 바와 같이 각 하천 및 수도 시설물에는 USN 통신노드(110)가 설치되는데, 상기 USN 통신노드(110)는 해당 노드의 개별인식정보를 가지고 있으며 수자원정보를 관측하는 센서를 포함하여 이루어진다. USN 통신노드(110)가 관측하는 수자원정보는 크게 시설정보 및 관측정보로 구분할 수 있다. 하천 및 수도시설물의 조도, 온도, 습도, 진동, 초음파상태 등을 관측하는 시설정보는 상기 제방, 수위관측소, 수도관 등 시설물(200) 자체의 상태를 모니터링하기 위해 측정하는 것이며, 하천 및 수도의 유속, 유량, 수위, 수온, 수압, 탁도, 특정 물질의 농도를 측정시간에 따라 관측하는 관측정보는 상기 시설물(200) 내에 수용된 물 자체의 상태를 모니터링하기 위해 측정하는 것이다. 상기 USN 통신노드(110) 각각이 모두 상술한 각 물리량들을 모두 측정할 수 있어야 할 필요는 없으므로, 사용자의 목적에 따라 각 USN 통신노드(110)는 특정 물리량 단일 개 또는 소수 개를 측정할 수 있는 센서를 구비하고 있으면 된다. 상기 수자원정보는 주기적으로 전송 및 저장되되, 상기 주기가 짧을수록 시간에 대한 정보의 정확성이 높아지는 대신 데이터베이스의 용량이 늘어나야만 하며, 주기가 길수록 정보의 정확성은 낮아지는 대신 데이터베이스의 용량을 절약할 수 있으므로, 상기 주기는 사용자의 목적에 따라 다르게 프로그래밍될 수 있는 것이 바람직하다.
이와 같은 USN 통신노드(110)들은 애드-혹(Ad-hoc) 네트워크(메쉬(Mesh) 네트워크) 또는 CDMA 네트워크로 서로 연결된다. 애드-혹 네트워크 구성기술은, 별도의 네트워크 설비를 구축하지 않아도 단순 설치만으로 무선 통신 환경이 자동적으로 구축되게 하는 기술이다. 애드-혹 네트워크를 사용하는 USN 통신노드(110)는, 다른 통신노드와의 거리가 기준 이내에 있으면 그 통신노드와의 통신이 가능하다. 본 발명에서는 상기 기준 거리는 30m 정도가 되도록 설계하였으나, 목적 및 필요에 따라 상기 기준 거리가 다르게 설정되도록 상기 USN 통신노드(110)를 다르게 설계하여도 무방하다. 도 1a에 보인 바와 같이, USN 통신노드(110) A가 상기 기준 거리 밖에 있는 USN 통신노드(110) D와 통신하려고 하는 경우, A와의 거리가 기준 거리 내인 B로 먼저 신호를 전송한다. B와 C는 서로간의 거리가 기준 거리 내에 있으며, C는 USN 게이트웨이(120)와의 통신이 가능하도록 되어 있으므로, 상기 A로부터 전 송된 신호는 B를 거쳐 C까지 도달한 후 결국 USN 게이트웨이(120)로 전달될 수 있게 된다. (물론 이와 같은 애드-혹 네트워크 기술은 도 1b에 도시된 수도 시설물에서도 똑같이 사용된다.)
이와 같이 근거리 내에서 특별한 네트워크 설비 없이 각 통신노드를 기준 거리 간격 이하로 설비하는 것만으로 장거리까지의 통신이 가능하도록 하는 애드-혹 네트워크 기술은 이와 같은 하천 및 수도 시설물에 매우 유리하게 사용될 수 있다. 일례로 제방과 같은 시설물에서 제방의 안전성을 판별하기 위해서는, 단일 제방에 대해서 해당 제방의 다수 개의 지점에서 교량 진동을 측정하는 것이 필요하다. 단일 교량의 다수 지점에 설치된 USN 통신노드(110)들이 모두 원거리 통신이 가능할 만큼의 성능을 가지고 있도록 하여도 무방하겠지만, 이와 같이 하는 경우 각 USN 통신노드(110)의 제조 비용이 매우 상승하게 된다. 또한, 상술한 바와 같이 단일 개의 제방에 다수 개의 USN 통신노드(110)가 설치되기 때문에, 각 USN 통신노드(110)가 모두 중앙관제센터까지 신호를 전송하는 경우 중앙관제센터에서 어떤 USN 통신노드(110)에서 전송된 신호가 어느 시설물에 설치된 USN 통신노드(110)의 신호인지 분류하고, 해당 제방에 대한 USN 통신노드(110)의 신로들 중 특정 시간에 대해 빠진 신호는 없는지와 같은 에러 색출 등의 작업이 더 필요하에 되며, 또한 수많은 USN 통신노드(110)에서의 신호를 한꺼번에 받아들일 수 있어야만 하는 등, 여러 가지 번거로운 작업들이 더 생겨나게 되고 따라서 중앙관제센터 설비가 고성능화되어야 하며 결과적으로 설비 비용이 더욱 상승하게 된다. 따라서 단일 개의 제방에 대하여 중앙관제센터에 보내는 신호는 단일 개로 취합하는 것이 바람직하다. 이와 같은 이유에 따라, 단일 개의 교량에 설치된 각 USN 통신노드(110)들은 근거리 내에서 서로간 신호 전송이 가능하여 애드-혹 네트워크를 구성하게 하고, 단일 개의 제방에 대하여 단일 개 구비된 USN 게이트웨이(120)가 상기 각 USN 통신노드(110)들의 신호를 취합하여 원거리 송신, 즉 CDMA 망 또는 PCS 망을 통한 신호의 송신을 하도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 도 1a에서의 오른쪽과 같이 상기 USN 통신노드(110)가 하천에 방류될 경우, 상기 USN 통신노드(110)는 방류수의 유속이나 유량, 도달시간 등을 측정하기 위하여 사용되는데, 이와 같은 USN 통신노드(110)에는 부구가 더 장착되어 물에 잘 뜰 수 있도록 하여 방류수의 흐름에 따라 이동될 수 있도록 하는 것이 바람직하고, 상기 부구는 물에 잘 뜰 수 있는 소재로 넓은 평면 형태로 형성될 수 있으며 상기한 목적을 만족시키는 어떠한 소재와 형태로 제작되어도 무방하다. 상기 USN 통신노드(110)가 하천에 방류되면 방류수의 흐름에 따라 상기 USN 통신노드(110)가 이동하며, 하천 주변에 설치된 상기 USN 게이트웨이(120)를 통해 적용범위 내로 진입될 경우 상기 USN 통신노드(110)가 수집한 출발지 정보, 시간 및 다양한 하천 물리량 정보가 상기 USN 게이트웨이(120)에 의해 수집된다. 이 때, 상기 USN 통신노드(110)의 위치를 구하기 위한 연산은 TDOA(Time Difference of Area)방식을 사용하며, 상기 구해진 USN 통신노드의 시간에 따른 위치 정보를 바탕으로 유속정보를 산출하는 것이 바람직하다.
상기 TDOA 방식은 종래에 비하여 정확한 위치정보를 얻을 수 있으며 상기 USN 게이트웨이(120)가 상기 USN 통신노드(110)의 신호를 수신하여 상기 USN 통신 노드(110)의 위치를 측정하게 된다. 도 2는 본 발명에 사용되는 TDOA 방식의 설명도로, 상기 USN 통신노드(110)에서 송신된 발신신호ㆍ지연된 태그신호ㆍ각각의 USN 게이트웨이(120)에서의 수신신호들은 도 2에 도시된 바와 같이 각각 약간의 시간차를 가지고 나타나게 된다. 상기 TDOA 방식은 TOA(Time Of Area) 방식과는 달리 신호가 수신된 절대 시간을 추정하는 것이 목적이 아니고 각 USN 게이트웨이(120) 간의 시간 차이를 추정하는 것이 목적이므로 최초 USN 통신노드(110)에서 신호가 송신된 시각이나 지연된 시간 등을 정확히 따지지 않아도 된다. 그러므로 임의로 설정한 기준 시각 T0로부터 각 USN 게이트웨이(120a, 120b, 120c)에서 특정 펄스가 수신될 때까지의 시간차 T1, T2, T3를 측정하며, 상기 USN 게이트웨이(120) 혹은 중앙관제센터(300)에서 취합되는 상기 시간차 정보를 이용하여 위치를 추정하게 된다.
상술한 설명에서는 예를 들기 위해 제방 및 하천의 경우로 한정하여 설명하였으나, 물론 다른 어떤 하천 및 수도 시설물에 대해서도 마찬가지로 적용되며, 또한 특정 하천 및 수도 시설물이 매우 크거나 매우 많은 지점에서의 시설정보/관측정보가 필요한 경우 상기 USN 게이트웨이(120)는 해당 단일 개의 하천 및 수도 시설물에 대하여 다수 개가 설치되게 하여도 무방하다.
상술한 바와 같이, 도 1a 또는 도 1b에 도시된 하천 시설물 또는 수도 시설물의 필요 지점에 분산하여 설치한 USN 통신노드(110) 및 USN 게이트웨이(120)들은 서로 목적 및 필요에 따라 조금씩의 기능의 차이가 있기는 하지만, 본질적으로는 분산적으로 설치된 다수 개의 센서에서 사용자가 원하는 여러 가지 물리량을 측정 하여 중앙관제센터로 전송한다는 점에 있어 기능을 같이한다고 할 수 있다. 도 1c는 상기 도 1a / 도 1b에 도시된 하천 시설물 / 수도 시설물 센서 네트워크를 합쳐서 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 의한 USN 기반 지능형 수자원 통합 관리방법의 개념도이다. 도 3에 도시된 USN(2000)은, 도 1에 도시된 USN 통신노드(110), USN 게이트웨이(120) 등으로 이루어진 센서 네트워크를 통칭한다. 본 발명에 의한 USN 기반 지능형 수자원 통합 관리방법에 사용되는 USN 기반 지능형 수자원 통합정보 관리시스템(1000)은 도시된 바와 같이 관리 서버(310), 데이터베이스 서버(320)로 구성되는 중앙관제센터(300)(300)와 지리정보시스템(400), 그리고 모니터링 터미널(500)로 구분된다.
중앙관제센터(300)(300)의 관리 서버(310)에는, 상기 USN(2000)으로부터 전송되는 신호를 어떻게 분류할 것인지에 대한 체계가 먼저 입력된다. 물론 이 체계는 관리 서버(310)의 설계 단계에 미리 구성되지만, 상기 체계 또는 각 체계의 항목들은 소프트웨어적으로 구성되는 것으로 당연히 사용자의 목적에 따라 용이하게 변경ㆍ추가 또는 삭제가 가능하다. 본 발명에서의 관리 서버(310)는 먼저, 예를 들어 하천 시설물 종류에는 교량 / 댐 / 저수지 / … 의 항목이 들어가며, 수도 시설물 종류에는 상수도관 / 하수도관 / … 의 항목이 들어가도록 하는 것과 같은 방식으로 하천 또는 수도 시설물의 종류를 분류한다. 관리 서버(310)는 이제, 상기 하천 시설물 종류 또는 수도 시설물 종류에 교량, 댐, 저수지, 수문, 상수도관, 하수 도관 등 실제 하천 시설물 또는 수도 시설물 항목을 종속시켜 저장하게 된다. 또한, 각 시설물에 대한 관리 담당자 역시 입력 및 저장된다. 이와 같은 시설물의 종류(시설물종류), 실제 시설물의 명칭, 위치 또는 특이사항(시설물), 각 시설물에 대한 관리 담당자 등과 같은 기본정보가 관리 서버(310)에 미리 입력되어 정보의 체계를 구축한다. 관리 담당자의 경우, 어떤 관리 담당자가 어떤 시설물 또는 어떤 영역의 수도관을 담당하고 있는지의 정보 뿐만 아니라, 어떤 시설물이나 어떤 영역의 수도관에 대하여 관리 담당자의 인사이동 가능성이 있기 때문에 어느 시기에 어느 관리 담당자가 그 시설물을 담당하고 있었는지의 정보를 저장하는 것이 필요하며, 또한 관리 담당자의 직급에 따라 모니터링하는 영역이 달라지도록 해야 하기 때문에, 관리 담당자는 권역별 / 일시별 / 권한별로 분류되게 하며, 이와 같은 분류 체계 역시 기본정보에 명시되도록 하는 것이 바람직하다. 물론 상기 분류 체계는 사용자의 목적이나 편의에 따라 수정ㆍ추가 또는 삭제될 수 있다.
이제, 관리 서버(310)는 상기 USN(2000)으로부터 전송되는 신호를 CDMA 망 또는 PCS 망(즉, 원거리 송수신망)을 통해 수신하여 상기 신호들을 실시간으로 처리한다. 상술한 바와 같이 USN(2000)으로부터 전송되는 신호는 각 하천 및 수도 시설물에서 관측된 여러 가지 물리량 정보와, 어떤 USN 모듈에서 상기 관측된 물리량 정보가 전송되는지를 판별할 수 있도록 하기 위하여 함께 전송되는 개별인식정보가 합쳐져 있는 신호로서, 이를 수자원정보라고 칭한다. 상기 수자원정보의 구성을 보다 상세히 기술하자면, 상기 교량, 댐, 저수지, 수도관 등 시설물 자체의 상태를 모니터링하기 위해 하천 및 수도시설물의 조도, 온도, 습도, 진동, 초음파상태 등 을 관측하는 시설정보와, 상기 시설물 내에 수용된 물 자체의 상태를 모니터링하기 위해 하천 및 수도의 유속, 유량, 수위, 수온, 수압, 탁도, 특정 물질의 농도를 측정시간에 따라 관측하는 관측정보, 그리고 해당 정보를 송신하는 센서 즉 USN 모듈의 개별인식정보가 합쳐져 있는 정보이다. 상기 관리 서버(310)는 상기 개별인식정보 및 미리 입력되어 있던 기본정보를 이용하여 수신한 시설정보 또는 관측정보가 어떤 하천 또는 수도 시설물에서 관측된 정보인지를 분류하여 상기 데이터베이스 서버(320)에 저장한다. 상기 USN(2000)에 의해 관측 및 전송되어 상기 데이터베이스 서버(320)에 저장되는 물리량 정보는 또한, 일시별 / 시설물별 또는 시설물종류별 / 권역별로 분류되어 저장되는 것이 바람직하며, 이와 같은 분류는 기본정보에 명시되는 것이 바람직하다.
관리 서버(310)는 이와 같이 체계적으로 분류되어 저장된 수자원정보를 근거로 하여, 사용자가 원하는 특정 조건에 따른 검색을 용이하게 수행할 수 있다. 예를 들어, "200X년 X월 X일 XX시 XX분(일시), 가장 최근 정보를 근거로 하였을 때 충청도(권역별) 지역의 저수지(시설물종류별) 수위(관측정보)가 기준량 이상인 곳은 어디인가?" 라든가, "200X년 X월 X일 XX시 XX분(일시), 가장 최근 정보를 근거로 하였을 때 서울(권역별) 지역의 교량(시설물종류별) 진동(시설정보)이 기준치 이상인 곳은 어디인가?"라든가, "200X년 X월 X일 XX시 XX분(일시), 가장 최근 정보를 근거로 하였을 때 대전(권역별) 지역의 교량(시설물종류별) 중 한밭대교(시설물별)의 각 지점별 초음파 상태(시설정보) 및 수위(관측정보)는 어떠한가?"라든가, "200X년 X월 X일 XX시 XX분(일시), 가장 최근 정보를 근거로 하였을 때 제주(권역 별) 지역의 상수도(시설물종류별) 수질(관측정보) 상태는 어떠한가?" 등과 같이, 사용자의 필요에 따라 자유로운 검색이 매우 용이하게 가능하게 된다. 이에 더불어, 상술하였듯이 관리 서버(310)는 상기 USN(2000)으로부터 수신한 수자원정보를 데이터베이스 서버(320)에 저장시키게 되는데, 이 때 상기 데이터베이스 서버(320)에는 지형도가 미리 입력되어 있는 것이 바람직하다. 상기 시설물에 대한 기본정보에 각 시설물의 지리적인 위치정보가 포함되도록 하고, 상기 위치정보가 상기 데이터베이스 서버(320)에 미리 입력되어 있는 지도상의 위치와 매치되도록 처리하면, 상기 실시간으로 수신된 수자원정보를 지도상에 용이하게 표시할 수 있다. 이 때 상기 데이터베이스 서버(320)에서, 상기 지도가 입력되는 데이터베이스와 상기 수자원정보가 저장되는 데이터베이스가 따로 구비되며, 상기 지도가 입력되는 데이터베이스는 국가정보화 사업으로서 구축된 지리정보시스템(400, GIS: Geographic Information System)와 연동되도록 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 지리정보와 연계된 수자원정보는, 상기 검색 조건에 따른 검색 결과를 지도상에 표시하여 출력함으로써, 사용자가 매우 쉽게 검색 결과를 알아볼 수 있게 되어 인식성을 크게 높일 수 있다. 도 4는 이와 같이 지리정보와 연계되어 저장된 수자원정보가 지도상에 실시간으로 출력되는 한 실시예를 도시하고 있다.
또한, 상술한 바와 같이 사용자가 검색 조건을 입력하지 않아도, 관리 서버(310) 자체 내에 각 물리량에 대한 기준치 조건이 미리 입력되어 있음으로써, 상기 관리 서버(310)가 실시간으로 입력되는 수자원정보를 근거로 하여 어떤 시설물에서 이상이 발생하였는지를 실시간으로 판단하도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 이와 같이 이상이 발생하였을 때 상기 이상발생 상태를 상기 관리 서버(310)에 직접 연결되어 있거나 또는 인터넷 망을 통해 연결되어 있는 모니터링 터미널(500)로 출력하도록 하는 것이 바람직하다. 상기 모니터링 터미널(500)은 상기 관리 서버(310) 및 데이터베이스 서버(320)가 구비되어 있는 중앙관제센터(300)에 물론 구비되어야 하지만, 이에 더불어 상기 관리 서버(310)와 인터넷 망을 통해 연결되어 전국 각지의 시설물 가까이에 근무하고 있는 각 관리 담당자의 근무지에도 구비되도록 한다. 이와 같이 모니터링 터미널(500)이 구비되는 경우, 어떤 지역에 이상이 발생하였을 때 중앙관제센터(300)에서 직접 알려주지 않아도 자동으로 상기 이상발생 상태가 해당 근무지의 관리 담당자 모니터링 터미널(500)로 직접 공지되어 해당 관리 담당자가 실시간으로 이상발생 상태를 인지할 수 있게 된다. 종래에는 어떤 지역에서 이상이 발생하였을 때, 해당 지역의 관리 담당자 중 한 사람이 이를 인지하고 중앙관제센터(300)에 보고하며, 중앙관제센터(300)에서는 보고된 정보를 근거로 이상발생 상태의 정도를 판단하고 이에 따른 대책을 강구하며, 그 결과를 해당 지역 관리 담당자들에게 다시 공지하고, 해당 지역의 각 관리 담당자들은 그제야 상기 이상을 인지하고 이를 해결할 수 있었다. 이와 같은 과정에서 행정처리, 연락 등에 소요되는 시간이 낭비되어 즉각적인 대처가 불가능함에 따라, 발생한 이상상태가 더욱 악화되는 결과를 초래하게 되는 문제점이 있었다. 그러나 본 발명에서의 시스템을 도입하면, 이와 같은 행정처리 등에 소요되는 불필요한 시간의 낭비를 제거하고, 관리 서버(310)에 의해 미리 입력한 기준치 조건과 실시간으로 전송되는 수자원정보를 근거로 자동으로 이상발생 상태가 판단되며 해당 지역의 관리 담당자들의 모니 터링 터미널(500)로 이를 신속하게 공지할 수 있기 때문에, 어떤 이상발생에 대해서도 즉각적인 대처가 가능하여 발생가능한 피해를 예방하거나 최소화할 수 있게 된다. 상기 모니터링 터미널(500)은 물론, 인터넷 망과 연결된 일반적인 컴퓨터여도 무방하며, 관리 담당자가 이동하면서 휴대가능한 노트북, PDA 또는 전용 단말기의 형태로 구현되어도 무방하다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 하천시설물 및 광역상수도 시설물로부터 전송되는 정보에 대한 데이터를 중앙관제센터에서 실시간 관리함으로써 원격으로 통합 관제함으로써 체계적인 국가 수자원 관리 정보가 구축되는 효과가 있으며, 이에 따라 인력의 낭비나 업무의 과중 및 이에 따르는 경제적인 부담 없이 수자원정보 체계의 구축이 가능하게 되는 효과, 즉 기존수문, 계획수문, 양배수장, 취수시설물, 펌프장, 관측소, 기타하천시설 등의 이ㆍ치수시설에 대한 방대한 지역의 많은 하천시설물 현황 모니터링 및 도난, 재난방지 등에 대한 효율적인 자원관리를 통해 많은 비용과 노력이 절감되는 효과가 있다. 또한, 교량, 댐, 저수지, 하천, 상ㆍ하수도시설 등과 같은 특정 대상 자원에 대한 획기적인 확장성을 확보함과 동시에 기존 시설 대비 경제적인 설치 및 관리가 가능한 효과가 있다. 또한, 실시간으로 관측된 수자원정보가 자동으로 가공 및 변환이 가능한 데이터로서 저장됨으로써, 사용자의 목적에 따라 가공된 데이터 또는 사용자가 임의로 지정하는 특정 조건에 따라 검색된 데이터를 쉽게 출력할 수 있으며, 또한 상기 수자원정보는 지리정보와 연계되어 저장됨으로써, 사용자가 수치적으로 수자원정보를 출력할 수 있을 뿐만 아니라 지도에 수자원정보가 표시되는 형태로서 수자원정보를 출력할 수 있게 되어, 수자원정보 모니터링이 훨씬 용이해지는 효과가 있다. 뿐만 아니라, 사용자가 미리 지정한 값과 상기 수자원정보 값을 비교하여 이상상태를 자동으로 검출할 수 있으며, 이와 같이 검출된 이상상태가 해당 담당자에게 역시 자동으로 공지됨으로써, 보다 신속한 재난 대응을 할 수 있게 되며, 결과적으로는 하천 및 수도 시설물에서 발생하는 더 큰 피해를 미리 예방할 수 있게 해 주는 효과가 있다.
더불어, 단지 수자원의 물리량 측정에 있어서의 개선 뿐 아니라, 관리소에 구비되는 측정 장비, 위성통신 장비, RTU 등과 같은 고가의 장비들을 감시할 수 있어, 상기 장비들의 손상, 파괴, 고장 등의 안전관리와 더불어 도난방지까지 가능하게 한다는 격별한 효과가 있다.
뿐만 아니라, 본 발명은 무선의 센서 네트워크를 이용하므로 별도의 배선 또는 구조물의 설치가 필요하지 않아 비교적 간단하고 경제적으로 장착할 수 있으며 이와 더불어 이후 추가되는 측정 지점 요구에도 저렴한 비용으로 무선 네트워크 인프라를 쉽게 구축할 수 있다는 부가적인 효과가 있으며, 따라서 최신기술인 무선 센서 네트워크 인프라를 국가적 공공자원에 전국적으로 확대 적용할 수 있는 기반을 확보하여 국가경쟁력을 제고할 수 있게 된다는 효과도 있다.

Claims (11)

  1. 수자원정보가 저장되는 데이터베이스 서버 및 USN(Ubiquitous Sensor Network)으로부터 전송되는 수자원정보를 실시간으로 처리하여 상기 데이터베이스 서버에 저장하고, 관측시설물ㆍ하천시설물ㆍ수도시설물 및 관리담당자의 기본정보 또는 상기 관측된 수자원정보를 입력ㆍ수정ㆍ삭제ㆍ조회ㆍ검색 또는 출력하는 관리 서버를 포함하여 이루어지는 중앙관제센터 ; 상기 관리서버에 연결되며 수자원정보를 출력하는 모니터링 터미널 ; 상기 관리서버에 연결되는 지리정보시스템 ; 을 포함하여 이루어지는 수자원 통합정보 관리시스템에 대하여,
    a) USN에 의해 수자원 정보가 측정되어 중앙관제센터의 관리서버로 상기 신호가 전송되는 단계;
    b) 상기 관리 서버에 의해 상기 USN으로부터 전송된 신호에 대한 연산이 수행되어 수자원 정보가 실시간으로 산출되는 단계;
    c) 상기 관리 서버에 의해 상기 수자원 정보가 측정된 위치가 지리정보시스템(GIS)과 연계하여 산출되고, 상기 수자원 정보 및 위치가 매칭되는 단계;
    d) 상기 관리 서버에 의해 상기 수자원 정보 및 위치가 데이터베이스 서버에 저장되는 단계;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 USN 기반 지능형 수자원 통합 관리방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    e) 상기 관리 서버에 의해 상기 데이터베이스 서버에 저장된 수자원정보가 사용되어 하천시설물 및 수도시설물의 이상발생 상태가 판단ㆍ조회ㆍ검색 또는 해당 관리담당자의 모니터링 터미널로 공지되는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 USN 기반 지능형 수자원 통합 관리방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 수자원정보는
    USN으로부터 CDMA망, WDMA망 또는 LAN망을 통해 전송되는 것을 특징으로 하는 USN 기반 지능형 수자원 통합 관리방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 수자원정보는
    하천 및 수도 시설물의 조도, 온도, 습도, 진동 또는 초음파상태 중 선택되는 적어도 한 가지를 포함하는 시설정보와,
    하천 및 수도의 측정시간 및 유속, 유량, 수위, 수온, 수압, 탁도 또는 특정 물질의 농도 중 선택되는 적어도 한 가지를 더 포함하는 관측정보와,
    해당 정보를 송신하는 센서의 개별인식정보
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 USN 기반 지능형 수자원 통합 관리방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 수자원정보는
    주기적으로 전송 및 저장되며, 상기 주기는 사용자의 목적에 따라 다르게 프로그래밍될 수 있는 것을 특징으로 하는 USN 기반 지능형 수자원 통합 관리방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 기본정보 및 수자원정보는
    일시별, 시설물별, 시설물종류별, 권역별 또는 권한별로 분류되는 것을 특징으로 하는 USN 기반 지능형 수자원 통합 관리방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 관리 서버는
    상기 USN으로부터 전송받은 수자원정보와 미리 입력되어 있는 지형도를 바탕으로 연산을 수행하여 하천 및 수도 시설물의 특정 위치 및 특정 시각의 수자원정보를 실시간으로 산출하여 상기 데이터베이스 서버에 실시간으로 저장하는 것을 특징으로 하는 USN 기반 지능형 수자원 통합 관리방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 지형도는
    상기 수자원정보가 저장되는 데이터베이스 서버에 대하여 따로 구비되며, 지리정보시스템과 연동되는 데이터베이스 서버에 미리 입력되는 것을 특징으로 하는 USN 기반 지능형 수자원 통합 관리방법.
  9. 제 7항 또는 제 8항에 있어서, 상기 관리 서버는
    사용자가 입력하는 임의의 특정 조건에 따른 검색을 수행하고 이에 해당하는 데이터를 생성하여 제공하는 것을 특징으로 하는 USN 기반 지능형 수자원 통합 관리방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 모니터링 터미널은
    상기 수자원정보를 수치적으로 출력하거나 또는 상기 지리정보와 연계된 수자원정보를 지도를 바탕으로 출력하는 것을 특징으로 하는 USN 기반 지능형 수자원 통합 관리방법.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 모니터링 터미널은
    상기 관리서버에 직접 연결되거나 인터넷망을 통하여 연결되는 것을 특징으로 하는 USN 기반 지능형 수자원 통합 관리방법.
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