KR20100116383A - 매설관로 센서용 센싱 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 지하에 매설되어 있는 상수도, 하수도, 가스, 송유관 등 관로의 상태를 센싱을 위한 지속적인 전원공급 방법과 무선을 이용하여 센싱한 자료를 데이터 수집 서버로 전송하는 방법에 관한 것으로서, 매설관로에 부착되고, 센싱 데이터를 지상으로 전송할 수 있는 자기장 통신 모듈 및 에너지 하베스팅 듈을 포함하는 센서노드; 상기 센서노드의 데이터를 수신받고, 지상에 설치되는 데이터 수집장치; 상기 센서노드의 데이터를 수집하기 위한 이동형 단말기; 및 상기 데이터 수집장치 및 이동형 단말기로부터 센싱된 데이터를 수집하는 서버를 포함하는 매설관로 센서용 센싱 시스템에 관한 것이다.
따라서, 본 발명에 의하면 지하에 매설되어 있는 시설물에 센서를 부착하여 관리할 수 있고, 센서노드에서 에너지 하베스팅과 자기장 통신이 가능함에 따라 센서의 유지관리 및 매설 환경에서의 무선통신이 가능하여 시설물 유지관리의 편리성을 증대시키고 안전을 확보하며, 유지비용을 절감시킬 수 있는 매설관로 센서용 센싱 시스템을 얻을 수 있다.
에너지 하베스팅, 매설, 지중 시설물, 자기장 통신, 시설물 관리, 지하시설물 관리, 매설관로
Description
본 발명은 매설관로 센서용 센싱 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 에너지 하베스팅 기술과 자기장 통신 기술을 이용하여 지하에 매설된 형태의 상수관, 하수관, 송유관과 같은 관로 또는 기타 매설 시설물에 센서를 부착하고, 자기장을 이용한 통신방법을 이용하여 매설된 환경의 매질을 통과할 수 있는 통신방법을 이용하고, 데이터 수집장치, 이동형 단말기 및 서버부를 통해 센싱된 데이터이 이용 및 관리가 가능한 매설관로 센서용 센싱 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 시설물을 감지하는 센서는 사용할 수 있는 전원이 일반 상전과 배터리로 나눌 수 있다. 또한, 센서의 개수가 많아지고, 전기 공급이 어려운 지역의 경우 상전의 사용이 용이하지 않다. 또한, 배터리를 주로 사용하게 되는데 매설이라는 환경 때문에 배터리 교환이나 점검이 어려운 문제점이 있다.
그리고, 무선통신은 주파수와 출력에 따라서 전송가능거리, 통신구간 사이의 매질 투과 능력 등이 결정된다. 그러나 주파수 사용 범위 및 출력은 법/규정에서 제한하고 있고, 출력을 높이게 되면 전력 소모량이 많아져 배터리 사용 환경에서는 적합하지 않기 때문에 매설 환경에서는 전파를 이용한 무선통신방법은 거의 불가능하다.
결국, 매립 관로 등 지하에 설치된 시설물은 정기적 점검이 어렵고, 육안으로 파악하기 힘들기 때문에 위치 및 상태를 파악하는 것이 어려운 문제점을 지니고 있을 뿐만 아니라, 시설물이 설치된 환경은 매설 또는 매립 환경이기 때문에 전원공급 문제와 지상으로 센서 정보를 전송하기 위하여 무선통신을 사용할 경우 통신장애 문제가 발생한다.
무선통신 장애문제는 상기에도 설명하였듯이 일반적인 무선통신 방법으로는 흙, 물, 자갈, 아스팔트, 콘크리트, 철 등 다양한 매질이 복합적으로 구성되어 있는 매설 또는 매립 환경에서 통신이 불가능하다. 그리고 유선통신의 경우 설치와 관리가 어렵기 때문에 센서의 개수가 많을 경우 사실상 불가능하다. 또한 유선통신은 통신선의 절단 등으로 인한 통신불능시 복구하는데 무선통신보다 상대적으로 어려우며, 복구하기위한 비용이 무선통신보다 많이 소요될 수 있는 문제점을 지니고 있다.
본 발명은 매설 또는 매립된 관로 또는 시설물에 부착한 센서의 센싱정보를 시설물 관리를 위한 데이터 저장 서버로 전송하는 방법에 관한 것으로서, 시설물에 센서를 부착하여 센싱정보를 취득하여 분석하거나, 이상 발생 시 이상 발생 신호만이라도 관리자에게 전달한다면 매설 관로 또는 매립 시설물에 대한 관리가 용이해 질 수 있다.
이를 위해, 우선 전원공급 문제로서, 배터리 문제를 해결할 수 있는 방법은 최적 전력 사용 설계를 하는 방법과 에너지 하베스팅 방법을 이용한다.
이상과 같이 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 센서의 수명을 연장하면서 매립환경에서 사용할 수 있는 센서 노드 패키지 구성방법과 이를 이용한 매설 관로 등 매립 시설물 관리 서비스 방법 및 구조이다.
상기목적을 달성하기 위한 본 발명은, 에너지 하베스팅 기능과 자기장 통신이 가능한 센서노드 구성과 센서 데이터가 사용자에게 전달되는 과정에 대한 서비스 구조이다.
또한, 본 발명은 배터리의 자가 충전이 가능한 에너지 하베스팅 기술을 적용하여 매설된 환경에서 센서의 사용 수명을 연장할 수 있고, 자기장을 이용한 통신 방법을 이용하여 매설된 환경의 매질을 통과할 수 있는 통신방법을 이용한 센서 데이터 전송방식으로 구현된다.
그리고, 이러한 매설관로 및 매립 시설물의 센싱 데이터는 지상의 게이트웨이 또는 다른 데이터 수집장치로 전송되거나 관리자 또는 기타 이용자의 자기장 통신이 가능한 이동형 단말기를 이용하여 센싱 데이터를 수집하며, 이 데이터는 CDMA, Wibro, HSDPA 등의 장거리 무선통신, 랜, 전화망, 광통신망 등 유선통신 등 유무선 통신을 이용하여 서버로 전송하여 데이터를 관리자 또는 일반 사용자가 사용할 수 있는 서비스 방법으로 구현된다.
본 발명에 의하면 지하에 매설되어 있는 시설물에 센서를 부착하여 관리할 수 있고, 센서노드에서 에너지 하베스팅과 자기장 통신이 가능함에 따라 센서의 유지관리 및 매설 환경에서의 무선통신이 가능하여 시설물 유지관리의 편리성을 증대시키고 안전을 확보하며, 유지비용을 절감시킬 수 있는 매설관로 센서용 센싱 시스템을 얻을 수 있다.
본 발명에서 제안하는 대표적인 기술은 에너지 하베스팅 기술과 자기장 통신기술이 있다.
에너지 하베스팅이란 자연에서 발생하는 에너지를 전기에너지로 변환하는 기술로서 풍력, 수력, 조력, 태양광, 태양열 등을 이용하여 전기를 생산하는 것이 대표적인 예이다. 에너지 보존의 법칙에 의거하여 자연계에 존재하는 물리/화학적인 에너지는 동력으로 변환할 수 있고 이는 다시 전력을 생산할 수 있게 된다. 에너지 하베스팅의 역사는 기원전부터 풍력, 수력 등을 이용한 풍차, 물레방아부터 현재는 진동이나 눌리는 힘을 감지하는 압전센서를 이용하여 전기를 생산하거나 인체의 열 을 이용하여 발전을 하는 기술까지 발전하였다.
자기장 통신이란 안테나에 교류전류를 흘려보내 전자파를 발생할 경우 안테나에서부터 거리만큼 떨어져있는 구간에서 전자기파가 안테나로부터 분리된다. 이 분리되기 전 영역까지를 근거리장이라고 하여 자기장 통신이 가능해진다. 앞의 식에서 볼 수 있듯이 근거리장의 크기는 주파수에 반비례하여 자기장 통신은 저주파에서 효과적이며, 대표적인 예는 우리나라의 교통카드에 사용하는 NFC(Near Feild Communication)기술이 있다.
자기장 통신은 자기를 흡수하는 물질을 제외하고는 매질에 관계없이 통신이 가능하다는 장점이 있다. 그러나 주파수가 커지면 급격히 줄어드는 통신거리의 한계와 저주파 대역을 주로 사용해야 하기 때문에 데이터 전송속도가 매우 느리다는 단점이 있다.
현재 자기장 통신 기술은 2008년 12월 현재 자기장 통신 포럼이 대한민국 지식경제부 후원으로 설립되어 표준화 작업이 진행 중에 있으며, 미국의 Visible Asset사의 항공기 정비장비 관리 등 일부 상용화한 사례가 있다.
더욱 상세하게는 지하에 완전히 매설된 관로 표면에 관로의 이상을 감지할 수 있는 센서를 부착할 경우 센서의 사용을 위한 전원 공급 방법으로서 배터리를 제시하였는데 이를 충전할 수 있는 방법과 센싱데이터를 흙, 자갈, 물 등 기존 무선통신이 불가능한 환경에서도 지상의 게이트웨이 또는 다른 데이터 수집장치까지 전달하는 방법 및 데이터 수집장치에서 중앙 데이터 수집 서버로 전송하는 서비스 방법에 관한 것이다.
이를 위하여, 본 발명은 기 발명되어 있는 압전기술을 이용한 전기생산방법 활용하여 센서 노드에 적용하고자 하며, 매립부에서 지상까지의 통신방법으로는 자기장 통신을 제시한다. 지상에는 매립관로에 부착한 센서로부터 데이터를 수집하는 게이트웨이 또는 다른 데이터 수집장치가 있으며, 이는 CDMA, Wibro, HSDPA 등 장거리 전송이 가능한 무선통신 또는 유선통신을 이용하여 서버로 전송되는 구조를 제안한다. 또한, 현장에서 매설관로의 센싱데이터를 수집할 수 있는 단말 시스템 및 데이터 사용자의 서비스 구조를 제시한다.
본 발명에 따른 매설관로 센서용 센싱 시스템은 매설관로에 부착되고, 센싱 데이터를 지상으로 전송할 수 있는 자기장 통신 모듈 및 에너지 하베스팅 모듈을 포함하는 센서노드; 상기 센서노드의 데이터를 수신받고, 지상에 설치되는 데이터 수집장치; 상기 센서노드의 데이터를 수집하기 위한 이동형 단말기; 및 상기 데이터 수집장치 및 이동형 단말기로부터 센싱된 데이터를 수집하는 서버를 포함한다.
또한, 상기 센서노드는 매설관로의 특징을 감지하는 센서부, 매설환경에서 통신되는 자기장 통신모듈, 센서노드에 공급하는 전원을 생산하는 발전기, 센서노드의 각 모듈을 제어하는 제어부, 발전기의 전원인 압전센서, 및 상기 발전기에서 생성된 전원을 저장하고 센서노드에 전원을 공급하는 배터리를 포함한다.
그리고, 상기 기 센서노드의 에너지 하베스팅 모듈은 배터리 수명을 연장시키기 위한 것으로, 상기 압전센서내의 진동자가 진동하고, 진동에 의한 진동에너지가 발전기에 의해 전기에너지로 생성된다.
상기 데이터 수집장치는 상기 센서노드의 자기장 통신모듈와 통신되는 자기 장 통신모듈, 상기 관리서버로 상기 센서노드의 데이터를 전송하기 위한 유/무선통신부, 전원을 공급하는 전원부, 및 상기 자기장 통신모듈, 유/무선통신부 및 전원부를 제어하기 위한 제어부를 포함한다.
또한, 상기 이동형 단말기는 상기 센서노드의 자기장 통신모듈와 통신되는 자기장 통신모듈, 상기 관리서버로 상기 센서노드의 데이터를 전송하기 위한 무선통신부, 상기 센서노드의 데이터를 저장하기 위한 저장장치, 배터리, 및 상기 자기장 통신모듈, 무선통신부, 배터리 및 저장장치를 제어하기 위한 제어부를 포함한다.
그리고, 상기 서버부는 상기 데이터 수집장치 또는 이동형 단말기와 유무선 통신을 통해 센서노드의 데이터를 전송받는 유무선 통신부, 서버의 보호를 위한 방화벽, 수신된 데이터를 관리 및 저장하기 위한 데이터베이스, 및 상기 유무선 통신부, 방화벽 및 데이터베이스를 제어하기 위한 제어부를 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 매설관로 센서용 센싱 시스템의 바람직한 구체예에 대한 구성, 기능 및 효과에 대하여 상세하게 설명한다.
도1은 본 발명에 따른 매설관로 센서용 센싱 시스템의 개략적인 구성도이다. 도면에 나타낸 바와 같이, 매설관로 센서용 센싱시스템은 센서노드(10), 데이터 수집장치(20), 이동형 단말기(30) 및 관리서버(40)를 포함한다.
그리고, 상기 센서노드(10)는 매설관로에 부착되고, 센싱 데이터를 지상으로 전송할 수 있는 자기장 통신 모듈 및 에너지 하베스팅 모듈을 포함하고, 상기 데이터 수집장치(20)는 상기 센서노드(10)의 데이터를 수신받고, 지상에 설치되며, 상 기 이동형 단말기(30)는 사용자가 현장에서 상기 센서노드(10)의 데이터를 수집하기 위한 것이고, 상기 관리서버(40)는 상기 데이터 수집장치(20) 및 이동형 단말기(30)로부터 센싱된 데이터를 수집하기 위한 것이다.
그리고, 상기 센서노드(10)는 센서부(11), 자기장 통신모듈(12), 제어부(13), 발전기(14), 압전센서(15) 및 배터리(16)을 포함한다. 보다 구체적으로, 상기 센서부(11)는 매설관로의 특징을 감지하고, 상기 자기장 통신모듈(12)은 매설환경에서 통신되고, 상기 발전기(14)는 센서노드에 공급하는 전원을 생산하고, 상기 압전센서(15)는 발전기의 전원이고, 상기 배터리(16)은 상기 발전기에서 생성된 전원을 저장하고 센서노드에 전원을 공급하고, 상기 제어부는 센서부(11), 자기장 통신모듈(12), 발전기(14), 압전센서(15) 및 배터리(16)를 제어한다.
또한, 상기 센서노드(10)는 배터리 수명을 연장시키는 에너지 하베스팅 모듈(미도시)을 더 포함한다.
상기 센서노드의 에너지 하베스팅 모듈은 배터리 수명을 연장시키기 위한 것으로, 상기 압전센서내의 진동자가 진동하고, 진동에 의한 진동에너지가 발전기에 의해 전기에너지로 생성된다.
이와 같이 이루어짐에 따라, 상기 매설관로에서 발생하는 진동에 의해 압전센서(15) 내의 진동자가 진동하면, 그 진동에너지가 발전기(14)에 의해 전기에너지로 생성되는 에너지 하베스팅 모듈과 일부 자성을 흡수하는 물질 이외에 매질에 관계없이 통신이 가능함에 따라, 매설환경에서도 통신이 가능한 자기장 통신모듈(12)이 장착된 센서노드(10)로 구현된다.
그리고, 상기 데이터 수집장치(20)는 유/무선 통신부(21), 자기장 통신모듈(22), 전원부(24) 및 제어부(23)를 포함한다.
보다 구체적으로, 상기 유/무선 통신부(21)는 상기 관리서버로 상기 센서노드의 데이터를 전송하기 위한 것으로서 CDMA, Wibro, HSDPA 등 무선통신과 LAN, WAN 등 유선통신이 가능한 것으로 구현되고, 상기 자기장 통신모듈(22)은 상기 센서노드의 자기장 통신모듈(12)와 통신되어 센싱데이터를 수신하기 위한 것이고, 상기 전원부(24)는 전원을 공급하기 위한 것으로, 일반 220V, 60Hz 상전을 사용할 수 있도록 구현되고, 상기 제어부(23)는 상기 자기장 통신모듈(22), 유/무선통신부(21) 및 전원부(24)를 제어하기 위한 것이다.
또한, 상기 이동형 단말기(30)는 매설관로 검측자가 현장에서 센서노드의 정보를 수집하기 위한 것으로서, 자기장 통신모듈(32), 무선통신부(31), 저장장치(35), 배터리(34), 제어부(33)를 포함한다.
보다 구체적으로, 상기 자기장 통신모듈(32)은 상기 센서노드의 자기장 통신모듈와 통신되기 위한 것이고, 무선통신부(31)는 상기 관리서버(40)로 상기 센서노드(10)의 데이터를 전송하기 위한 것으로서, CDMA, Wibro, HSDPA 등으로 구현되고, 저장장치(35)는 상기 센서노드의 데이터를 저장하기 위한 것이고, 제어부(33)는 상기 자기장 통신모듈, 무선통신부, 배터리 및 저장장치를 제어하기 위한 것이다. 또한, 상기 저장장치(35)는 이동형 단말기(30)의 내, 외부 저장장치를 모두 의미하며, 관리서버에 업로드 할 수 있는 형태로 되어야 한다. 따라서 내부 저장장치의 경우 데이터 케이블을 이용하여 관리서버로 전송할 수 있고, 외부 저장장치인 경우 외장형 메모리로서 데이터 케이블이나 관련 메모리 리더기를 이용하여 서버로 데이터를 복사할 수 있다.
그리고, 상기 서버부(40)는 유무선 통신부(41), 방화벽(42), 데이터베이스(44) 및 제어부(43)를 포함한다.
보다 구체적으로, 유무선 통신부(41)는 상기 데이터 수집장치 또는 이동형 단말기와 유무선 통신을 통해 센서노드의 데이터를 전송받기 위한 것이고, 방화벽(42)은 서버의 보호를 위한 것이고, 데이터베이스(44)는 수신된 데이터를 관리 및 저장하기 위한 것이고, 제어부(43)는 상기 유무선 통신부, 방화벽 및 데이터베이스를 제어하기 위한 것이다.
또한, 도1에 나타낸 바와 같이, 사용자(50)는 서버의 센서데이터를 인터넷 또는 인트라넷을 통하여 접속함으로써, 서버를 관리할 수 있게 된다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러가지 치환 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진자에게 있어서 명백할 것이다.
도1은 본 발명에 따른 매설관로 센서용 센싱 시스템의 개략적인 구성도.
Claims (6)
- 매설관로에 부착되고, 센싱 데이터를 지상으로 전송할 수 있는 자기장 통신 모듈 및 에너지 하베스팅 모듈을 포함하는 센서노드;상기 센서노드의 데이터를 수신받고, 지상에 설치되는 데이터 수집장치;상기 센서노드의 데이터를 수집하기 위한 이동형 단말기; 및상기 데이터 수집장치 및 이동형 단말기로부터 센싱된 데이터를 수집하는 관리서버를 포함하는매설관로 센서용 센싱 시스템.
- 제1항에 있어서,상기 센서노드는매설관로의 특징을 감지하는 센서부;매설환경에서 통신되는 자기장 통신모듈;센서노드에 공급하는 전원을 생산하는 발전기;센서노드의 각 모듈을 제어하는 제어부;발전기의 전원인 압전센서; 및상기 발전기에서 생성된 전원을 저장하고 센서노드에 전원을 공급하는 배터리를 포함하는매설관로 센서용 센싱 시스템.
- 제1항에 있어서,상기 센서노드의 에너지 하베스팅 모듈은배터리 수명을 연장시키기 위한 것으로, 상기 압전센서내의 진동자가 진동하고, 진동에 의한 진동에너지가 발전기에 의해 전기에너지로 생성되는매설관로 센서용 센싱 시스템.
- 제1항에 있어서,상기 데이터 수집장치는상기 센서노드의 자기장 통신모듈와 통신되는 자기장 통신모듈;상기 관리서버로 상기 센서노드의 데이터를 전송하기 위한 유/무선통신부;전원을 공급하는 전원부; 및상기 자기장 통신모듈, 유/무선통신부 및 전원부를 제어하기 위한 제어부를 포함하는매설관로 센서용 센싱 시스템.
- 제1항에 있어서,상기 이동형 단말기는상기 센서노드의 자기장 통신모듈와 통신되는 자기장 통신모듈;상기 관리서버로 상기 센서노드의 데이터를 전송하기 위한 무선통신부;상기 센서노드의 데이터를 저장하기 위한 저장장치;배터리; 및상기 자기장 통신모듈, 무선통신부, 배터리 및 저장장치를 제어하기 위한 제어부를 포함하는매설관로 센서용 센싱 시스템.
- 제1항에 있어서,상기 서버부는상기 데이터 수집장치 또는 이동형 단말기와 유무선 통신을 통해 센서노드의 데이터를 전송받는 유무선 통신부;서버의 보호를 위한 방화벽;수신된 데이터를 관리 및 저장하기 위한 데이터베이스; 및상기 유무선 통신부, 방화벽 및 데이터베이스를 제어하기 위한 제어부를 포함하는매설관로 센서용 센싱 시스템.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| KR101441082B1 (ko) * | 2013-03-22 | 2014-09-17 | 주식회사 삼천리엔바이오 | 시설관리용 메신저 에이전트 모듈을 통한 환경기초시설부 통합관리장치 |
| KR101540186B1 (ko) * | 2014-09-05 | 2015-07-29 | 박광석 | 자가 발전 시스템을 구비한 무선 통신 모듈 및 이를 이용한 지하 매설물 탐지 및 유지 관리 시스템 |
| KR101719230B1 (ko) | 2016-03-17 | 2017-04-04 | (주) 이우티이씨 | 지중 매설관 및 매설관 시스템 |
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-
2009
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