KR20100038505A - 관로 감시 시스템 및 방법 - Google Patents

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KR20100038505A KR1020080097504A KR20080097504A KR20100038505A KR 20100038505 A KR20100038505 A KR 20100038505A KR 1020080097504 A KR1020080097504 A KR 1020080097504A KR 20080097504 A KR20080097504 A KR 20080097504A KR 20100038505 A KR20100038505 A KR 20100038505A
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Abstract

TDR 기술을 이용하여 관로 파손 지점의 위치 및 규모를 실시간으로 파악하기 위한 관로 감시 시스템은 신호 입출력 센서, 및 신호 송수신부를 포함한다. 신호 입출력 센서는 절연 처리가 되어 관체에 도장된 전도성 물질에 부착되어, 탐지 신호의 출력 및 관체의 파손 부위에서 발생하는 탐지 신호 반사파를 입력받으며, 신호 송수신부는 입출력 센서로 탐지 신호를 출력하고, 입출력 센서로부터 입력된 반사파를 데이터화하여 외부로 전송한다.
누수 현상, 관로 파손, TDR 기술

Description

관로 감시 시스템 및 방법{System and method for watching pipeline}
본 발명은 관로 감시 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 TDR 기술을 이용하여 관로 파손 지점의 위치 및 규모를 실시간으로 파악하기 위한 관로 감시 시스템 및 방법에 관한 것이다.
우리나라의 상, 하수도는 약 100여 년의 역사를 가지고 있는데, 그 역사가 오래됨에 따라 상, 하수도의 노후화가 빠르게 진행되고 있고, 노후한 관 또는 다양한 원인에 의하여 발생하는 상, 하수도 관의 파손은 누수 현상을 발생시킨다.
그 예를 보면, 우리 나라의 정수장에서 생산된 수돗물 중 요금이 징수된 유수 수량은 유수율 80.2%로, 상수도의 선진국이라 할 수 있는 유럽, 미국, 일본 등에 비하여 매우 낮은 수준을 나타내고 있는 것을 알 수 있다.
이와 같이, 누수 현상은 수자원의 손실일뿐만 아니라, 압력손실로 인한 추가적인 가압 설비의 필요 및 누수가 발생한 관로 주변의 토질 약화 등을 초래하여 상, 하수도 관의 유지 관리를 어렵게 하고, 이로 인한 심각한 경제적 손실을 야기한다.
또한, 가스관이나 송유관 등의 관체에서도 상, 하수도관과 마찬가지로 노후 화 및 다양한 원인에 의하여 발생하는 관체의 파손은 가스 또는 기름 누출 현상을 발생시킬 수 있다.
이 또한, 에너지 자원의 손실일뿐만 아니라, 가스 또는 기름 누출이 발생한 관로 주변의 오염을 초래하여 이로 인한 심각한 경제적 손실 및 환경 오염을 야기한다.
때문에, 매설 또는 설치된 관체의 안정성 확보가 중요한 과제로 대두되고 있으며, 이를 위해, 누수 현상, 가스 또는 기름 누출 현상이 발생하기 전에 관체의 파손 부분을 탐지하여 상기 현상들을 예방하거나 관체의 파손부분을 신속하게 수리할 수 있는 방법이 필요하다.
하지만, 대부분이 누수, 가스 누출, 또는 기름 누출이 발생했을 경우의 현상 및 징후를 파악한 후, 이미 진행되고 있을 경우에 관로 탐지를 실시하여 탐지된 관체의 파손 부분을 수리하므로, 예방 보다는 사후 보수 쪽의 의미가 크다고 할 수 있다.
또한, 관리자가 방문하여 일일이 점검해서 파손 부분을 탐지하므로, 파손 부분 탐지에 많은 시간이 소요되며 실시간 모니터링이 불가능하다.
그러므로, 관로를 감시하여 누수, 가스 누출, 또는 기름 누출 현상을 효과적으로 예방할 수 있고, 실시간 감시가 가능한 방법의 마련이 시급하다고 할 수 있다.
본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, TDR 기술을 이용하여 관로 파손 지점의 위치 및 규모를 실시간으로 파악하고, 파악된 정보를 이용하여 파손 지점의 보수 공사를 빠른 시간내에 실시할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 관로 감시 시스템은 신호 입출력 센서, 및 신호 송수신부를 포함한다.
신호 입출력 센서는 절연 처리가 되어 관체에 도장된 전도성 물질에 부착되어, 탐지 신호의 출력 및 관체의 파손 부위에서 발생하는 탐지 신호 반사파를 입력받으며, 신호 송수신부는 입출력 센서로 탐지 신호를 출력하고, 입출력 센서로부터 입력된 반사파를 데이터화하여 외부로 전송한다.
또한, 본 발명에 따른 관로 감시 시스템은 신호 송수신부로부터 반사파 데이터를 전송받아 정상 상태 패턴과 비교하여 관로 파손 여부를 검출하는 중앙 관제부를 더 포함할 수 있다.
또한, 관체 파손이 검출된 경우, 반사파가 입력되는데 걸리는 시간으로 관체 파손 위치를 파악할 수 있고, 반사파의 크기로 관체 파손 정도를 파악할 수 있다.
또한, 전도성 물질은 관체의 내부, 외부, 또는 내, 외부에 도장될 수 있다.
또한, 입출력 센서는 바, 접점 또는 링 형태와 같이 전도성 물질에 부착이 용이한 형태로 구현될 수 있다.
또한, 신호 송수신부는 외부와의 통신이 용이한 위치에 장착되며, 신호 입출력 센서와의 연결을 위한 커넥터를 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 관로 감시 방법은 탐지 신호 출력 단계, 반사파 입력 단계, 및 관로 파손 검출 단계를 포함한다.
탐지 신호 출력 단계는 신호 입출력 센서를 통해 전도성 물질이 도장된 관체로 탐지 신호를 출력하고, 반사파 입력 단계는 관체의 파손 부위에서 발생하는 탐지 신호의 반사파를 입력받아 데이터화하며, 관로 파손 검출 단계는 반사파 데이터를 정상 상태 패턴과 비교하여 관로 파손 여부를 검출한다.
또한, 관체 파손이 검출된 경우, 반사파가 입력되는데 걸리는 시간으로 관체 파손 위치를 파악할 수 있고, 반사파의 크기로 관체 파손 정도를 파악할 수 있다.
또한, 신호 입출력 센서는 바, 접점 또는 링 형태와 같이 전도성 물질에 부착이 용이한 형태로 구현될 수 있다.
또한, 전도성 물질은 관체의 내부, 외부, 또는 내, 외부에 도장될 수 있으며, 관체 또는 유체와의 절연을 위한 절연 처리가 되어 있을 수 있다.
본 발명에 의해 관리자가 직접 방문하여 파손 지점을 탐지할 필요 없이, TDR 기술을 이용하여 실시간으로 관리를 감시하므로, 관로 파손 지점의 위치 및 파손 정도 또한 실시간으로 파악할 수 있고, 파악된 정보를 이용하여 파손 지점의 보수 공사를 빠른 시간내에 실시할 수 있도록 할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 발명의 이해를 보다 명확하게 하기 위해 동일한 구성요소에 대해서는 상이한 도면에서도 동일한 부호를 사용하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 관로 감시 시스템(100)의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
관로 감시 시스템(100)은 관체(110), 신호 입출력 센서(120), 및 신호 송수신부(130), 중앙 관제부(200)를 포함한다.
관체(110)는 절연 처리가 되어 있는 전도성 물질이 도장 되어 있는데, 전도성 물질은 관체(110)의 내부, 외부, 또는 내, 외부에 도장 될 수 있다.
이는, 도 2a 및 도 2b를 추가로 참조하여 자세히 설명될 수 있는데, 도 2a는 관체(110)의 일 실시예를 나타낸 도면으로, 도 2a에서는 관체(110)의 내, 외부 모두에 전도성 물질이 도장 되어 있는 것을 볼 수 있으며, 이러한 전도성 물질로는 전도성 도료 또는 전도 필름 등이 포함될 수 있다.
전도성 도료는 탄소 나노입자나 기타 전도성 물질을 기존 도료와 혼합하여 만들거나, 고분자 물질을 특성 설계하여 활용할 수 있고, 관체(110)를 상, 하수도관에 사용할 수 있도록 음용수에 적합한 물질을 사용하는 것이 바람직할 것이다.
도 2b는 도 2a의 관체(110)의 종단면을 나타낸 도면이다. 관체(110) 외부에 도장 된 전도성 물질을 확대하여 살펴보면, 전도성 물질과 관체(110) 사이 및 전도성 물질과 외부 사이에 절연 처리가 되어 있다. 이는 관체(110)에 전도성 물질을 도장할 때, 관의 재질(철, 시멘트 등)에 의한 간섭과 관체(110)를 덮는 토양에 의한 간섭을 막기 위함이다.
또한, 확대하진 않았지만, 관체(110) 내부에 도장 된 전도성 물질의 경우는 관의 재질(철, 시멘트 등)에 의한 간섭과 관체(110)의 내부로 흐르는 유체의 흐름에 의한 간섭을 막기 위함이다.
전도 필름을 도장할 경우, 전도 필름이 절연 처리가 되어 있는 형태라면 상술한 절연 처리 부분은 생략되어도 무방할 것이다.
신호 입출력 센서(120)는 바, 접점 또는 링 형태와 같이 전도성 물질에 부착이 용이한 형태로 구현될 수 있다.
도 3은 다양한 형태의 신호 입출력 센서(120)가 전도성 물질에 부착된 일 실시예를 도시한 도면이다. 도 3에서는 신호 입출력 센서(120)들이 모두 관체(110) 외부에 도장 된 전도성 물질에 부착되어 있는 모습이지만, 관체(110) 내부에 도장 된 전도성 물질이나, 관체(110) 내, 외부에 도장 된 전도성 물질 모두에 부착될 수 있을 것이다.
또한, 신호 입출력 센서(120)는 전도성 물질에 부착되어, 탐지 신호의 출력 및 관체의 파손 부위에서 발생하는 탐지 신호 반사파를 입력받는데, 즉, 주기적인 탐지 신호 입출력을 통해 관체(110)의 이상 유무를 탐지하는 방식은 TDR 기술을 이용한 것이다.
TDR 기술을 자세히 살펴보면, TDR(Time Domain Reflectomerty, 시간 영역 반사) 기술은 원격 감지식 전기 계측 기술로, 전기 송전선이나, 전화선, 광케이블이 파손된 경우, 즉, 동축 전송 케이블의 불연속 지점을 파악하기 위해 개발된 전기파형 분석기술이다.
TDR 기술은 전기 신호를 발생하는 장치, 전기 신호를 전달하고 환경의 변화를 감지하는 전달 매체, 반사 신호를 측정하여 분석하는 장치로 구성된다.
일반적으로, 전기 신호 발생 장치와 반사 신호 측정 장치는 케이블 시험기에 내장되어 있으며, 케이블 시험기에서 발생된 전기 신호가 전달 매체를 따라 전달되면서 전달 매체 자체의 형상 변화나 전달 매체 주변의 물리적, 전기적 변화가 있는 경우 신호가 반사되어 케이블 시험기로 전달된다.
TDR 기술은 기존의 계측 방식에 비해 시스템의 설치가 쉽고, 모뎀이나 무선 통신으로 데이터의 수집이 가능하므로 원거리에서 지반 내부의 변화를 연속적으로 파악할 수 있으며, 전단 변형 발생 위치와 변위의 증감 여부를 즉시 알 수 있다는 장점이 있다.
신호 송수신부(130)는 신호 입출력 센서(120)로 탐지 신호를 출력하고, 신호 입출력 센서(120)로부터 입력된 반사파를 데이터화하여 유선 또는 무선 통신망을 통해 중앙 관제부(200)로 전송하는데, 중앙 관제부(200)는 신호 송수신부(130)로부터 반사파 데이터를 전송받아 정상 상태 패턴과 비교하여 실시간으로 관로 파손 여부를 검출할 수 있다.
이러한 중앙 관제부(200)는 담당자의 실시간 대응이 가능하도록 통지 시스템을 포함하고 있거나, 통지 시스템과 연결되며, 기타 사회 기반 시설 관리 체계와 연동될 수 있다.
도 4는 다수개의 연결된 관체(110)의 한 지점에서 파손이 일어났을 경우, 탐지 신호의 반사파를 입력받아 파손을 감지하는 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 신호 송수신부(130)에서 신호 입출력 센서(120)로 +5V의 탐지 신호를 출력하면, 신호 입출력 센서(120)는 전도성 물질로 탐지 신호를 출력한다. 만약, 다수의 관체(110) 모두에서 파손이 일어나지 않았을 경우에는 정상 패턴의 탐지 신호 반사파(이하 정상 패턴 신호라 언급함)를 입력받을 수 있는데, 정상 패턴 신호를 보면, 도 4에서 도시한 바와 같이 관체(110)들의 연결 부위에서 아주 작은 신호가 발생함을 볼 수 있다. 이러한 정상 패턴 신호는 관체(110)가 설치된 직후 측정되어 중앙 관제부(200)에 저장된다.
다수의 관체(110) 중 일부에서 파손이 일어났을 경우에는 탐지 신호 반사파는 파괴가 일어난 지점에서 비정상적인 패턴 신호를 포함하게 된다. 이는 저장되어 있는 정상 패턴 신호와 비교하여 알 수 있다.
비정상적인 패턴 신호가 되돌아오는 시간으로 파손이 일어난 지점의 거리를 알 수 있고, 신호의 크기로 파손 정도를 알 수 있다. 즉, 출력한 신호의 반사파가 입력되는 시간이 오래 걸릴수록 신호 입출력 센서(120)로부터 멀리 떨어진 지점에서 파손이 발생함을 알 수 있고, 관체(110)의 연결 부위를 제외한 파손 지점의 신호의 크기가 클수록 파손 정도가 심각하다는 것을 알 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 관로 감시 시스템(100)의 일 실시예를 도시한 도면이다. 신호 송수신부(130)는 맨홀 벽면과 같은 외부와의 통신이 용이한 위치에 장착되며, 커넥터를 통해 신호 입출력 센서(120)와 연결될 수 있다.
또한, 신호 송수신부(130)는 중앙 관제부(200)로 탐지 신호 반사파 데이터를 직접 전송하거나 유, 무선 인터넷과 같은 유, 무선 통신망을 통해서 전송할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 관로 감시 방법의 일 실시예를 나타낸 흐름도이다.
본 발명에 따른 관로 감시 방법이 수행되기 위해서는, 먼저 시공을 해야하는데, 관체(110) 내 세정을 진행하고, 관체(110) 내 전도성 물질을 도장한다. 이때 전도성 물질에는 절연을 위해 바탕칠(하도)을 하거나 절연 처리를 한다.
다음으로, 전도성 물질과 연결되는 신호 입출력 센서(120)를 부착하고, 신호 송수신부(130)는 관체(110) 절단 지점이나 맨홀 등에 부착한다.
이러한 과정을 거쳐 시공이 끝나면, 관체(110)에 파손이 발생하지 않은 상태에서 신호 입출력 센서(120)에서 신호 송수신부(130)로 입력된 탐지 신호의 반송파인 정상 상태 패턴을 신호 송수신부(130)에서 데이터화하여 중앙 관제부(200)로 전송하고, 중앙 관제부(200)는 전송된 정상 상태 패턴 데이터를 저장한다(S100).
그리고나서, 관체(110)의 파손 지점을 실시간으로 파악하기 위해 신호 송수신부(130)는 신호 입출력 센서(120)를 통해 전도성 물질이 도장 된 관체(110)로 탐지 신호를 출력한다(S200). 이때, 일정 시간을 주기로 하여 신호를 출력하거나, 중앙 관제부(200)의 지시가 있을 경우에만 신호를 출력할 수 있다.
다음으로, 신호 입출력 센서(120)는 출력한 탐지 신호의 반사파를 입력받고(S300), 신호 송수신부(130)는 신호 입출력 센서(120)로부터 수신한 반사파를 데이터화 하여 중앙 관제부(200)로 전송한다(S400).
전송된 반사파 데이터는 중앙 관제부(200)에 저장되어 있는 정상 상태 패턴과 비교하여(S500), 관로 파손 정보, 즉, 신호 입출력 센서(120)로부터 얼마나 떨어진 지점에서 파손이 발생했는지, 파손 정도는 어느 정도인지를 파악한다(S600).
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 관로 감시 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도.
도 2a는 관체의 일 실시예를 나타낸 도면.
도 2b는 도 2a의 관체의 종단면도를 나타낸 도면.
도 3은 다양한 형태의 신호 입출력 센서가 전도성 물질에 부착된 일 실시예를 도시한 도면.
도 4는 다수개의 연결된 관체의 한 지점에서 파손이 일어났을 경우, 탐지 신호의 반사파를 입력받아 파손을 감지하는 일 실시예를 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 관로 감시 시스템의 일 실시예를 도시한 도면.
도 6은 본 발명에 따른 관로 감시 방법의 일 실시예를 나타낸 흐름도.

Claims (11)

  1. 절연처리가 되어 관체에 도장 된 전도성 물질에 부착되어, 탐지 신호의 출력 및 상기 관체의 파손 부위에서 발생하는 탐지 신호 반사파를 입력받는 신호 입출력 센서; 및
    상기 입출력 센서로 탐지 신호를 출력하고, 상기 입출력 센서로부터 입력된 반사파를 데이터화하여 외부로 전송하는 신호 송수신부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 관로 감시 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 신호 송수신부로부터 상기 반사파 데이터를 전송받아 정상 상태 패턴과 비교하여 관체 파손 여부를 검출하는 중앙 관제부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 관로 감시 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 관체 파손이 검출된 경우,
    상기 반사파가 입력되는데 걸리는 시간으로 상기 관체 파손 위치를 파악하고, 상기 반사파의 크기로 상기 관체 파손 정도를 파악하는 것을 특징으로 하는 관로 감시 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 전도성 물질은,
    상기 관체의 내부, 외부, 또는 내, 외부에 도장 되는 것을 특징으로 하는 관로 감시 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 입출력 센서는,
    바, 접점 또는 링 형태와 같이 상기 전도성 물질에 부착이 용이한 형태로 구현되는 것을 특징으로 하는 관로 감시 시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 신호 송수신부는,
    외부와의 통신이 용이한 위치에 장착되며, 상기 신호 입출력 센서와의 연결을 위한 커넥터를 포함하는 것을 특징으로 하는 관로 감시 시스템.
  7. 신호 입출력 센서를 통해 전도성 물질이 도장 된 관체로 탐지 신호를 출력하는 탐지 신호 출력 단계;
    상기 관체의 파손 부위에서 발생하는 상기 탐지 신호의 반사파를 입력받아 데이터화하는 반사파 입력 단계; 및
    상기 반사파 데이터를 정상 상태 패턴과 비교하여 관체 파손 여부를 검출하 는 관체 파손 검출 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 관로 감시 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 관체 파손이 검출된 경우,
    상기 반사파가 입력되는데 걸리는 시간으로 상기 관체 파손 위치를 파악하고, 상기 반사파의 크기로 상기 관체 파손 정도를 파악하는 것을 특징으로 하는 관로 감시 방법.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 신호 입출력 센서는,
    바, 접점 또는 링 형태와 같이 상기 전도성 물질에 부착이 용이한 형태로 구현되는 것을 특징으로 하는 관로 감시 방법.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 전도성 물질은,
    상기 관체의 내부, 외부, 또는 내, 외부에 도장 되는 것을 특징으로 하는 관로 감시 방법.
  11. 제 7항 내지 제 10항 중 어느 한 한에 있어서,
    상기 전도성 물질은,
    상기 관체 또는 유체와의 절연을 위한 절연 처리가 되어 있는 것을 특징으로 하는 관로 감시 방법.
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