KR20120117556A - 부유 센서 및 이를 이용한 수중 환경 감시 방법 - Google Patents

부유 센서 및 이를 이용한 수중 환경 감시 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 오염원의 흐름을 따라 수중에 떠 다니는 부유 센서는 미리 설정된 주기로 수질을 측정하는 적어도 하나의 센서를 포함하는 센서부, 상기 부유 센서의 위치를 추적하는 위치 추적부, 상기 센서부의 측정 주기를 설정하는 제어부, 그리고 상기 센서부에 의하여 측정된 수질과 상기 위치 추적부에 의하여 추적된 위치를 무선통신을 통하여 수중 환경 감시 서버로 전송하는 통신부를 포함한다.

Description

부유 센서 및 이를 이용한 수중 환경 감시 방법{FLOATING SENSOR AND METHOD FOR MANAGING UNDERWATER ENVIRONMENT}
본 발명은 부유 센서 및 이를 이용한 수중 환경 감시 방법에 관한 것이다.
수질 측정을 위하여, 수온 센서, pH 센서, 전기전도도 센서, 탁도 센서, 용존 산소(DO) 센서, 산화 환원 전위(Oxidation, Reduction Potential, ORP) 센서 등이 이용된다. 이러한 수질 측정 센서들은 단일 기능을 가지는 개별 센서로 구현되는 경우가 일반적이지만, 여러 기능을 포함하도록 구현될 수도 있다.
한편, 수질 측정 센서를 이용한 측정 결과를 수중 환경 감시 서버에 실시간으로 전송하는 유비쿼터스 센서 네트워크(Ubiquitous Sensor Network, USN) 기술에 대한 수요가 증가하고 있다.
그러나, 교각 등의 고정된 위치에 수질 측정 센서를 설치하거나, 사람이 직접 오염 지역에서 수질을 측정하는 것이 현 실정이다. 이에 따라, 오염원의 흐름을 따라 효율적으로 수질을 측정하기 어려운 문제가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 오염원의 흐름을 따라 부유하며 자동으로 수질을 측정하는 부유 센서 및 이를 이용한 수중 환경 감시 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 양태에 따른 오염원의 흐름을 따라 수중에 떠 다니는 부유 센서는 미리 설정된 주기로 수질을 측정하는 적어도 하나의 센서를 포함하는 센서부, 부유 센서의 위치를 추적하는 위치 추적부, 센서부의 측정 주기를 설정하는 제어부, 그리고 센서부에 의하여 측정된 수질과 위치 추적부에 의하여 추적된 위치를 무선통신을 통하여 수중 환경 감시 서버로 전송하는 통신부를 포함한다.
부유 센서는 전력을 공급하는 배터리를 더 포함할 수 있다.
센서는 수온 센서, pH 센서, 용존 산소 센서, 탁도 센서, 산화환원전위 센서 및 클로로필(Chlorophyll) 센서 중 적어도 하나일 수 있다.
센서는 착탈 가능할 수 있다.
부유 센서는 추진 또는 방향 전환을 수행하는 추진부를 더 포함할 수 있다.
부유 센서는 추진부로 부유 물질이 유입되는 것을 막기 위한 팬 그릴을 더 포함할 수 있다.
부유 센서는 센서를 보호하는 센서 보호 캡을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 부유 센서를 이용한 수중 환경 감시 방법은 센서를 이용하여 미리 설정된 주기로 수질을 측정하는 단계, GPS를 이용하여 측정 시점에서 부유 센서의 위치를 추적하는 단계, 그리고 통신 모듈을 통하여 측정한 수질 데이터 및 추적한 위치 데이터를 수질 환경 감시 서버에게 전송하는 단계를 포함한다.
수질 데이터는 수온 데이터, pH 데이터, 용존 산소 데이터, 탁도 데이터, 산화환원전위 데이터 및 클로로필 데이터 중 적어도 하나일 수 있다.
미리 설정된 주기는 오염 정도에 따라 다르게 설정될 수 있다.
오염 주기가 소정 기준을 초과하는 경우에는 소정 기준 이하인 경우에 비하여 짧은 주기로 설정될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 오염원의 흐름을 따라 수중에 떠 다니며 수질을 자동으로 측정할 수 있고, 적은 인력으로도 짧은 주기로 수질 데이터를 획득할 수 있다. 또한, 서버는 여러 개의 부유 센서로부터 수질 데이터를 실시간으로 수집함으로써, 넓은 지역의 수질에 대한 체계적인 관리가 가능하다. 따라서, 수질 개선에 기여할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 수중 환경 감시 네트워크를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 부유 센서(200)의 구조를 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 수중 환경 감시 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 부유 센서(200)의 개략도를 나타낸다.
도 5는 도 4의 센서의 접힘 상태를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 부유 센서(200)의 측면도를 나타낸다.
도 7은 도 6의 센서의 접힘 상태를 나타낸다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 수중 환경 감시 네트워크를 나타내는 도면이다.
도 1을 참고하면, 수중 환경 감시 네트워크(100)는 부유 센서(200-1, 200-2, 200-3) 및 수중 환경 감시 서버(300)를 포함한다.
부유 센서(200-1, 200-2, 200-3)는 오염원의 흐름을 따라 수중을 떠 다니며 수질을 측정하고, 측정한 수질 데이터 및 위치 정보를 수중 환경 감시 서버(300)에 전송한다. 복수 개의 부유 센서(200-1, 200-2, 200-3)는 오염이 발생한 지역에 투하되어 오염원의 흐름을 따라 수질을 측정할 수 있다. 예를 들면, 유인선 또는 무인선을 이용하여 수질을 감시하는 중 오염 사고가 발생한 지역이나 오염 물질의 농도가 높다고 예상되는 지역에 부유 센서(200-1, 200-2, 200-3)가 투하될 수 있다. 수질 측정은 수온, pH, EC, 탁도, 용존 산소(Dissolved Oxygen, DO), 산화 환원 전위(Oxidation Reduction Potential, ORP) 중 적어도 하나의 측정을 포함한다.
수중 환경 감시 서버(300)는 부유 센서(200-1, 200-2, 200-3)로부터 수신한 수질 데이터 및 위치 정보를 저장하고, 관리한다. 수중 환경 감시 서버(300)는 복수의 부유 센서(200-1, 200-2, 200-3)로부터 획득한 수질 데이터 및 위치 정보를 이용하여 향후 오염원의 거동을 예상할 수 있다. 수중 환경 감시 서버(300)는 부유 센서(200-1, 200-2, 200-3)와 직접 통신을 수행하거나, 무선 통신을 위한 네트워크 노드를 통해 통신을 수행할 수 있다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 부유 센서(200)의 구조를 나타내는 블록도이고, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 수중 환경 감시 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2를 참고하면, 부유 센서(200)는 센서부(210), GPS(Global Positioning System)부(220), 통신부(230), 배터리(240) 및 제어부(250)를 포함한다.
센서부(210)는 적어도 하나의 센서를 포함한다. 센서는 수온 센서, pH 센서, EC 센서, 탁도 센서, 용존 산소(Dissolved Oxygen, DO) 센서, 산화 환원 전위(Oxidation, Reduction Potential, ORP) 센서 중 하나일 수 있다. 센서부(210)는 센서를 이용하여 수질을 측정한다.
GPS부(220)는 GPS 위성에서 보내는 신호를 수신하여 부유 센서(200)의 현재 위치를 추적한다.
통신부(230)는 수중 환경 감시 서버(300)와 통신한다. 통신부(230)는, 예를 들면 CDMA(Code Division Multiple Access), TDMA(Time Division Multiple Access), FDMA(Frequency Division Multiple Access), OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access), WLAN(Wide Local Area Network), Wi-Fi 등의 다양한 통신 프로토콜을 이용하여 통신할 수 있다.
배터리(240)는 부유 센서(200)에게 전력을 공급한다. 배터리(240)는 이차 전지 또는 태양 전지 등의 환경 친화적 전지일 수 있다.
제어부(250)는 부유 센서(200)의 전반적인 동작을 제어한다. 예를 들면, 제어부(250)는 센서부(210)의 수질 측정과 관련된 다양한 인자(예, 동작 주기)를 조절할 수 있다. 또한, 제어부(250)는 GPS부(220)가 추적한 현재 위치와 수질 측정 값을 연계하여 저장하며, 수중 환경 감시 서버(300)에게 수질 측정 값을 위치와 함께 보고할 수 있다. 제어부(250)는 주기적으로 배터리(240)를 감시하고, 배터리 양이 기준치 이하이면 이를 관리자에게 알리도록 할 수도 있다. 예를 들면, 배터리 양이 기준치 이하인 경우, 제어부(250)는 부유 센서(200)가 저전력 모드로 동작하도록 하고, 수질 측정 또는 보고 주기를 늘릴 수 있다. 제어부(250)는 수질 측정 항목에 따라 저전력 모드를 다르게 적용할 수도 있다. 예를 들면, 소정의 수질 측정 항목에 대해서는 수질 측정 주기를 그대로 적용하고, 나머지 수질 측정 항목에 대해서는 수질 측정 주기를 늘릴 수 있다. 다른 예로, 소정의 수질 측정 항목에는 기존의 수질 측정 주기의 a배를 적용하고, 나머지 수질 측정 항목에는 기존의 수질 측정 주기의 b배를 적용할 수 있다(1<a<b).
도 2 및 도 3을 참고하면, 부유 센서(200)는 미리 설정된 주기로 수질을 측정한다(S300). 수질 측정 주기는 관리자에 의하여 설정될 수 있다. 예를 들면, 오염 정도에 따라 수질 측정 주기가 다르게 설정될 수 있다. 즉, 오염 정도가 소정 기준을 초과하는 경우에는 소정 기준 이하인 경우에 비하여 더 짧은 주기로 설정될 수 있다. 관리자에 의한 설정은 초기 세팅 시에 설정되거나, 관리 서버를 통해 동작 중에 필요에 따라 설정될 수 있다. 또는, 별도의 시그널링 없이 수질 측정 결과에 따라 적응적으로 설정될 수도 있다. 예를 들면, 수질 측정을 위한 최소 시간 간격을 a라고 하면, 오염 정도가 기준치를 초과하는지에 따라 a*1, a*2, a*3, ..., a*n 중의 하나로 설정될 수 있다.
수질 측정 주기는 측정 대상마다 독립적으로 설정되거나, 측정 대상 그룹마다 독립적으로 설정될 수 있다.
부유 센서(200)는 GPS를 통하여 현재 위치를 추적한다(S310). 위치 추적은 부유 센서(200)가 수질을 측정할 때마다 이루어질 수 있다. 위치 추적은 간헐적으로 이루어질 수도 있다. 이때, 부유 센서(200)의 시간에 따른 위치는 두 측정 지점을 측정 시간에 비례하게 나눔으로써 추정할 수 있다.
도시하지 않았으나, 부유 센서(200)는 미리 설정된 위치에서 수질을 측정할 수도 있다. 이를 위하여, 부유 센서(200)는 GPS를 통하여 주기적으로 위치를 추적하고, 부유 센서(200)가 원하는 위치에 도달한 경우 수질을 측정할 수 있다.
부유 센서(200)는 현재 위치 및 수질 측정 데이터를 수중 환경 감시 서버(300)에게 전송한다(S320). 이때, 부유 센서(200)는 수중 환경 감시 서버(300)와 무선으로 통신을 할 수 있다. 도시하지 않았으나, 부유 센서(200)와 수중 환경 감시 서버(300) 사이에는 복수의 네트워크 노드가 위치할 수 있다. 복수의 네트워크 노드는 부유 센서의 통신 가능 거리를 고려하여 하천, 강, 호수 등을 따라 위치할 수 있다.
부유 센서(200)는 미리 설정된 주기에 따르거나 수질 측정 결과에 가변적으로 위치 및 수질 측정 데이터를 수중 환경 감시 서버(300)에게 전송할 수 있다. 예를 들면, 측정 결과의 변화가 기준 값 미만이면 보고 주기를 늘리고, 기준 값 이상이면 보고 주기를 줄일 수 있다.
수중 환경 감시 서버(300)는 부유 센서(200)로부터 수신한 현재 위치 및 수질 측정 데이터를 데이터베이스에 저장하고(S330), 디스플레이 장치에 출력한다(S340). 수중 환경 감시 서버(300)는 복수의 부유 센서(200)로부터 수신한 데이터를 이용하여 오염원의 흐름 및 향후 추이를 예측할 수 있다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 부유 센서(200)의 개략도를 나타내고, 도 5는 도 4의 센서의 접힘 상태를 나타내며, 도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 부유 센서(200)의 측면도를 나타내고, 도 7은 도 6의 센서의 접힘 상태를 나타낸다. 도시하지 않았으나, GPS부(220), 통신부(230), 배터리(240) 및 제어부(250)는 부유 센서(200)의 내부 또는 외부에 구성될 수 있다.
도 4 내지 도 7을 참고하면, 부유 센서(200)는 부력으로 인하여 물에 뜨고, 물의 흐름에 따라 이동하는 것으로 구성된다.
부유 센서(200)의 하단에는 복수 개의 센서가 착탈 가능하게 결합될 수 있다. 부유 센서(200)는 수중에 떠 다니며 하단에 결합된 센서를 이용하여 수질을 측정한다. 센서는, 예를 들면 수온 센서, pH 센서, EC 센서, 탁도 센서, DO 센서, ORP 센서 중 하나일 수 있다. 측정하고자 하는 수질 항목이 변경된 경우, 관리자에 의하여 센서가 교체될 수 있다.
부유 센서(200)의 하단에는 센서를 둘러싸는 센서 보호 캡이 구성될 수 있다. 이에 따라, 센서가 이동 시에 외부의 충격으로부터 보호받을 수 있다.
한편, 부유 센서(200)의 외벽에는 적어도 하나의 추진체가 구성될 수 있다. 추진체는 부유 센서(200)의 추진 및 방향 전환을 수행할 수 있다. 이에 따라, 추진체는 부유 센서(200)가 소용돌이 또는 난류에 휩쓸리지 않게 한다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (11)

  1. 오염원의 흐름을 따라 수중에 떠 다니는 부유 센서에 있어서,
    미리 설정된 주기로 수질을 측정하는 적어도 하나의 센서를 포함하는 센서부,
    상기 부유 센서의 위치를 추적하는 위치 추적부,
    상기 센서부의 측정 주기를 설정하는 제어부, 그리고
    상기 센서부에 의하여 측정된 수질과 상기 위치 추적부에 의하여 추적된 위치를 무선통신을 통하여 수중 환경 감시 서버로 전송하는 통신부
    를 포함하는 부유 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 부유 센서에게 전력을 공급하는 배터리
    를 더 포함하는 부유 센서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 센서는 수온 센서, pH 센서, 용존 산소 센서, 탁도 센서, 산화환원전위 센서 및 클로로필(Chlorophyll) 센서 중 적어도 하나인 부유 센서.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 센서는 착탈 가능한 부유 센서.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 부유 센서의 추진 또는 방향 전환을 수행하는 추진부
    를 더 포함하는 부유 센서.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 추진부로 부유 물질이 유입되는 것을 막기 위한 팬 그릴
    을 더 포함하는 부유 센서.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 센서를 보호하는 센서 보호 캡
    을 더 포함하는 부유 센서.
  8. 부유 센서를 이용한 수중 환경 감시 방법에 있어서,
    센서를 이용하여 미리 설정된 주기로 수질을 측정하는 단계,
    GPS를 이용하여 상기 측정 시점에서 상기 부유 센서의 위치를 추적하는 단계, 그리고
    통신 모듈을 통하여 측정한 수질 데이터 및 추적한 위치 데이터를 수질 환경 감시 서버에게 전송하는 단계를 포함하는 수중 환경 감시 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 수질 데이터는 수온 데이터, pH 데이터, 용존 산소 데이터, 탁도 데이터, 산화환원전위 데이터 및 클로로필 데이터 중 적어도 하나인 수중 환경 감시 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 주기는 오염 정도에 따라 다르게 설정되는 수중 환경 감시 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 오염 주기가 소정 기준을 초과하는 경우에는 상기 소정 기준 이하인 경우에 비하여 짧은 주기로 설정되는 수중 환경 감시 방법.
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