KR20130089713A - 환경모니터링 센서노드, 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 환경모니터링 센서노드, 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가축 매몰지에서 환경모니터링 센서노드, 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스를 모니터링하는 환경모니터링 센서노드는 상기 배기가스를 감지하여 환경원시정보를 생성하는 환경센서모듈, 상기 환경모니터링 센서노드의 위치정보를 생성하는 위치센서모듈 및 상기 환경원시정보 및 위치정보를 이용하여 환경패키지정보를 생성하고, 생성된 환경패키지정보를 환경모니터링 장치로 전송하는 데이터처리전송모듈을 포함할 수 있다.

Description

환경모니터링 센서노드, 장치 및 방법{Sensor node, Device and Method for monitoring environmental information at the cattle burial sites}
본 발명은 환경모니터링 센서노드, 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가축 매몰지에서 환경모니터링 센서노드, 장치 및 방법에 관한 것이다.
우리나라 가축전염병예방법에 따르면 제1종 가축전염병발생 시 해당 가축에 대해 살처분을 명하고 신속히 처리를 하게 되어있다. 또한 우리나라에서 자주 발생하는 조류인플루엔자(조류독감, AI), 전염성해면상뇌증(TSE), 구제역(FMD) 등 전염성이 큰 가축질병에 대해서는 대부분 매몰방법에 따라 처리되고 있다.
2011년 구제역으로 인한 매몰지는 6,250농가에서 3,479천두 매몰되었고, 이에 따른 2차 오염으로 인한 국민들의 가축전염병과 가축전염병으로 죽은 가축 사체의 매몰에 따른 토양 및 지하수 오염과 특히 대기오염, 대기를 통안 바이러스 전파가 심각하여 2차 피해의 가능성이 크다.
이러한 문제가 있음에도 국내에서 2차 오염 방지를 위한 적절한 모니터링 시스템이 갖춰져 있지 않으며 모니터링 시스템 또한 현장에서 시료를 직접 채취하여 검증하는 방법이며 이는 연속측정이 불가능하다.
또한 광범위한 지역에 분포되어 있는 매몰지를 소수의 담당 공무원이 관할하여 모니터링 하는 시스템으로 능동적이고, 신속한 대응이 불가능하다.
한국공개특허 2005-0008964호
본 발명은 원격지에서 매몰지의 환경모니터링이 가능하고 즉각 대응이 가능하며, 다수의 관할지 모니터링이 가능한 가축 매몰지에서 환경모니터링 센서노드, 장치 및 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 매몰 후 발생될 수 있는 2차 오염을 방지 할 수 있으며 대기오염과 대기를 통한 바이러스 전파의 가능성을 신속하게 확인하여 대응 할 수 있도록 센서네트워크 환경에서 각종 악취 환경 센서와 GPS센서를 이용하여 매몰지 위치에 따른 실시간 모니터링이 가능한 가축 매몰지에서 환경모니터링 센서노드, 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 환경모니터링 센서노드가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스를 모니터링하는 환경모니터링 센서노드는 상기 배기가스를 감지하여 환경원시정보를 생성하는 환경센서모듈, 상기 환경모니터링 센서노드의 위치정보를 생성하는 위치센서모듈 및 상기 환경원시정보 및 위치정보를 이용하여 환경패키지정보를 생성하고, 생성된 환경패키지정보를 환경모니터링 장치로 전송하는 데이터처리전송모듈을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 환경모니터링 센서노드에서 실행되는 환경모니터링 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스를 모니터링하는 환경모니터링 센서노드에서 실행되는 환경모니터링 방법은 상기 배기가스에 대해 복수의 환경 센서에서 적어도 하나의 환경원시정보를 생성하는 단계, 위치센서에서 적어도 하나의 위치정보를 생성하는 단계, 상기 환경원시정보에 대해 분산 계층형 필터링방법을 사용하여 수치보정을 수행하여 보정환경정보를 생성하는 단계, 상기 보정환경정보 및 상기 위치정보를 패키징(packaging)하여 환경패키지정보를 생성하는 단계 및 상기 환경패키지정보를 근거리 이동 통신 방법을 통하여 환경모니터링 장치로 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 환경모니터링 장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 환경모니터링 장치는 환경패키지 데이터를 환경모니터링 센서노드로부터 수신하는 환경패키지데이터 수신부, 환경패키지데이터에 대해 연합형 필터링방법을 사용하여 환경모니터링정보를 생성하는 환경모니터링정보 생성부 및 생성된 환경모니터링정보를 저장하는 데이터베이스를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 환경모니터링 장치에서 실행되는 환경모니터링 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 환경모니터링 방법은 환경패키지 데이터를 환경모니터링 센서노드로부터 수신하는 단계, 환경패키지데이터에 대해 연합형 필터링방법을 사용하여 환경모니터링정보를 생성하는 환경모니터링정보 단계 및 생성된 환경모니터링정보를 저장하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 구체적인 사항들은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술된 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구성될 수 있으며, 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
전술한 본 발명의 가축 매몰지에서 환경모니터링 센서노드, 장치 및 방법에 의하면, 원격지에서 매몰지의 환경모니터링이 가능하고 즉각 대응이 가능하며, 다수의 관할지 모니터링이 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 매몰 후 발생될 수 있는 2차 오염을 방지 할 수 있으며 대기오염과 대기를 통한 바이러스 전파의 가능성을 신속하게 확인하여 대응 할 수 있도록 센서네트워크 환경에서 각종 악취 환경 센서와 GPS센서를 이용하여 매몰지 위치에 따른 실시간 모니터링이 가능한 효과가 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가축 매몰지에서 환경모니터링 시스템을 설명하기 위한 도면.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 환경모니터링 센서노드에서 환경모니터링 방법을 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 환경모니터링 장치에서 환경모니터링 방법을 설명하기 위한 도면.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 환경모니터링 센서노드를 설명하기 위한 도면.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 환경모니터링 센서노드를 설명하기 위한 도면.
도 9 내지 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 환경모니터링 방법의 시뮬레이션 결과를 설명하기 위한 도면.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명하도록 한다.
그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
또한, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 설명하도록 한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가축 매몰지에서 환경모니터링 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 가축 매몰지에서 환경모니터링 시스템은 환경모니터링 센서노드(100), 환경모니터링 장치(200)를 포함한다.
도 1을 참조하면, 가축매몰지는 단시간 대규모 매몰에 따른 침출수 및 악취에 대한 2차 피해가 증가함에 따라 매몰 후 사후 관리 방법이 매우 중요하다. 가축 매물지는 매몰 후 발생되는 환경적 요인에 대해 담당 공무원이 현장에 직접 나가 시료를 채취한 후 연구소에서 시료 분석하고, 2차 피해의 발생을 모니터링 한다. 이러한 모니터링 방법은 1~2주에 1회식 시료를 채취하여 연속적 모니터링과 신속한 대응이 불가능한 문제점이 있다.
가축매몰지에서 악취 가스는 사체가 분해되면서 발생하는 가스에 의해 발생되며, 특히 시체가 부패될 때의 특이한 냄새는 주로 황화수소(H2S), 암모니아(NH3), 휘발성유기화합물(VOCs)가 대표적이다. 또한 악취 가스는 대기 중 공기를 통해 외부로 확산되는 중요한 요인 중의 하나로 먼지를 통한 각종 가스의 흡착으로 인해 멀리 전파된다.
환경모니터링 센서노드(100)는 환경센서모듈(110), 위치센서모듈(120), 데이터처리전송모듈(130)을 포함한다.
환경센서모듈(110)은 가축매몰지에서 배기되는 배기가스를 감지하여 환경원시정보를 생성한다.
환경센서모듈(110)은 악취환경을 감지하기 위하여 이산화탄소(Co2), 휘발성유기화합물(VOCs), 암모니아(NH3), 황화수소(H2S)센서를 포함하며, 확산 감지를 위해 먼지센서(Dust)와 악취의 확산을 측정하기 위한 온도(Temperature), 습도(Humidity) 센서를 더 포함할 수 있다. 환경모니터링 센서노드(100)는 예를 들면, 전기화학식 센서 또는 반도체식 센서가 포함될 수 있다.
환경센서모듈(110)은 복수의 센서를 포함하되, 각각의 센서를 1조씩 사용하여 미리 설정된 주기, 예를 들면, 각각 500ms 주기로 순환 감지하여 환경원시정보를 생성한다.
환경센서모듈(110)은 예를 들면, 각 센서의 처리를 위해 총 4개의 아날로그 신호, 3개의 디지털 신호를 처리하며, 환경정보 인식 알고리즘이 높은 시간 지연 해상도를 요구하기 때문에 32bit 부동소수점 연산 DSP, 블록프로세싱을 이용할 수 있다.
위치센서모듈(120)은 GPS 센서를 포함하여 환경모니터링 센서노드의 위치정보를 생성한다.
위치센서모듈(120)은 국내의 GPS 좌표정보가 Bessel 타원체의 좌표 표기법을 사용하여 경위도좌표정보로 사용하고 있기 때문에 타원체상의 좌표변환을 실시한다.
위치센서모듈(120)은 GPS용 타원체(WGS84의 기준이 되는 타원체) 좌표정보를 Bessel 타원체 좌표정보로 변환한다.
데이터처리전송모듈(130)은 생성된 환경원시정보 및 위치정보를 이용하여 환경패키지정보를 생성하고, 생성된 환경패키지정보를 환경모니터링 장치(200)로 전송한다.
데이터처리전송모듈(130)은 예를 들면, 프로세서로 Atmel사의 Atmel2560칩이 사용될 수 있었으며, RTC(Real Time Clock), 지그비(Zigbee) 모듈이 추가로 부착될 수 있다.
데이터처리전송모듈(130)은 약 550㎧ 주기로 환경센서모듈(110) 및 위치센서모듈(120)에서 전송되는 데이터를 수신 대기하며, 환경모니터링 장치(200)로 환경패키지정보를 전송한다.
환경모니터링 장치(200)는 환경모니터링 센서노드로부터 수신한 환경패키지정보를 이용하여 환경모니터링정보를 산출한다.
환경모니터링 장치(200)는 산출된 환경모니터링정보를 저장하고, 생성된 환경모니터링정보가 미리 설정된 범위를 벗어나는 경우, 환경알람정보를 생성하여 알람 이벤트를 발생할 수 있다.
환경모니터링 장치(200)는 환경모니터링정보를 출력 장치를 통하여 출력할 수 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 환경모니터링 센서노드에서 환경모니터링 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 단계 S310에서 환경모니터링 센서노드(100)는 복수의 환경 센서에서 적어도 하나의 환경원시정보를 생성한다.
환경모니터링 센서노드(100)는 센서네트워크 환경에서 위치에 따른 환경정보를 인식하기 위해 먼지(Dust), 이산화탄소(Co2), 휘발성유기화합물(VOCs), 암모니아(NH3), 황화수소(H2S), 온도(Temperature), 습도(Humidity) 센서를 포함할 수 있다. 센서네트워크 환경은 모든 노드들의 무선화, 소형화를 기본으로 갖춰야 한다.
단계 S320에서 환경모니터링 센서노드(100)는 위치센서에서 적어도 하나의 위치정보를 생성한다.
단계 S330에서 환경모니터링 센서노드(100)는 생성된 환경원시정보에 대해 분산 계층형 필터링방법을 사용하여 수치보정을 수행하여 보정환경정보를 생성한다. 여기서, 분산 계층형 필터링 방법을 사용하는 것은 각 센서에 대한 오차율을 줄여주기 위한 것으로 환경원시정보에 대해 센서 오차율을 보정해준다.
환경모니터링 센서노드(100)는 환경원시정보의 정밀도 향상을 위해 프로세서의 성능에 의해 도 4의 구조의 분산 계층형 필터링 방법을 사용하여 각 측정 센서에서 대응되는 부 필터에서 지역(local) 상태변수를 추정하고 주 필터에서는 부 필터로부터 전달받은 추정치를 혼합하여 전체적인 최적 상태 변수를 추정하여 수치를 보정한다. 여기서, 각 센서의 분산 계층형 필터링에 소요되는 작업 시간은 약 2000㎧가 소요되며, 소요되는 시간동안의 센싱은 하지 않아 실시간성에서의 약 3000㎧를 의미 한다.
[수학식 1]
Figure pat00001
단계 S340에서 환경모니터링 센서노드(100)는 보정환경정보 및 위치정보를 패키징(packaging)하여 환경패키지정보를 생성한다. 환경모니터링 센서노드(100)는 무선화, 소형화로 인하여 프로세서의 성능, 저장용량의 한계로 각종 데이터의 데이터베이스 구축이 불가능하며 각 센서를 하나의 인터페이스로 묶고, 전체의 데이터를 패키지로 환경패키지정보를 생성한다.
단계 S350에서 환경모니터링 센서노드(100)는 환경패키지정보를 근거리 이동 통신 방법을 통하여 환경모니터링 장치로 전송한다.
여기서, 네트워크 토플로지는 예를 들면, Tiny OS에서 제공하는 메쉬(Mesh) 네트워크 토플로지일 수 있으며, 이는 인접된 다른 노드와 시간 동기화를 위해 프로그래머가 할 필요성이 없고 주변 노드들과의 슬립(Sleep) 시간 동안 자동으로 통신이 수행될 수 있다.
또한, 근거리 이동 통신 방법은 지그비(Zigbee), 블루투스, 와이파이 다이렉트, NFC(Near Field Communication) 등 다양한 근거리 이동 통신 방법일 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 환경모니터링 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 환경모니터링 장치(200)는 환경패키지데이터 수신부(210), 환경모니터링정보 생성부(220), 환경모니터링정보 출력부(230), 환경알람 발생부(240) 및 데이터베이스(240)를 포함한다.
환경패키지데이터 수신부(210)는 환경패키지 데이터를 환경모니터링 센서노드(100)를 수신한다. 환경패키지데이터 수신부(210)는 근거리 무선통신을 통하여 환경모니터링 센서노드(100)과 통신할 수 있다.
환경모니터링정보 생성부(220)는 환경패키지데이터에 대해 연합형 필터링방법을 사용하여 환경모니터링정보를 생성한다.
환경모니터링정보 출력부(230)는 생성된 환경모니터링정보를 출력한다.
환경알람 발생부(240)는 생성된 환경모니터링정보와 미리 설정된 범위를 벗어나는 경우, 환경알람정보를 발생한다.
데이터베이스(250)는 생성된 환경모니터링정보를 저장한다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 환경모니터링 장치에서 환경모니터링 방법을 설명하기 위한 도면이다.
단계 S610에서 환경모니터링 장치(200)는 환경패키지 데이터를 환경모니터링 센서노드(100)를 수신한다.
단계 S620에서 환경모니터링 장치(200)는 환경패키지데이터를 재분할하고 분할된 데이터의 수만큼 연합형 필터링 방법을 수행하여 환경모니터링정보를 생성하고 데이터베이스에 저장한다.
여기서, 연합형 필터링(Federated Filtering) 방법은 아래의 수학식 2와 같이 최적 추정치 및 공분산 예측을 하였으며 도 7와 같은 구조형태로 구현된다. 또한 도 7과 수학식 2는 퓨전 리셋 모드(fusion-reset(FR) mode)라 하며 주 필터에서 융합된 추정치 및 공분산을 정보량 분배 법칙에 의해 부 필터로 분배할 수 있도록 설계되었다.
[수학식 2]
Figure pat00002
따라서 상태변수 공분산의 초기값 및 초기 상태 면수는 각 부필터에 아래와 같이 분배하고,
Figure pat00003
상기 수학식 2에 의해 계산된 추정치 및 공분산을 각각의 부필터에 다음과 같은 식으로 분배한다.
Figure pat00004
따라서 공분산 이율에 따라 오차 한계의 범위를 줄일 수 있고, 이러한 방법은 GPS 위치데이터도 함께 사용함으로써 시스템 이율을 증가 시킬 수 있다.
단계 S630에서 환경모니터링 장치(200)는 환경패키지데이터에 포함된 위치정보에 대해 Bessel 좌표정보를 이용한 TM 투영법을 사용하여 실측 좌표계를 얻어 맵 매칭 시킨다.
단계 S640에서, 환경모니터링 장치(200)는 생성된 환경모니터링정보를 출력장치에서 확인할 수 있도록 수치화하여 출력한다.
단계 S650에서, 환경모니터링 장치(200)는 생성된 환경모니터링정보가 미리 설정된 범위를 벗어나는 경우, 환경알람정보를 생성하고, 알람 이벤트를 발생한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 환경모니터링 센서노드를 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, 환경모니터링 센서노드(100)는 가축 매몰지 가스배출관 규격과 센서의 부착을 위해 2중 관 형태로 제작될 수 있다. 환경모니터링 센서노드(100)는 매몰지 가스배출관 규격에 맞도록 제작된 센서 부착관이 더 포함될 수 있다.
도 9 내지 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 환경모니터링 방법의 시뮬레이션 결과를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 따른 환경모니터링 센서 시스템은 시뮬레이션을 위하여 표준가스 공급장치가 센서 부착 지지물에 설치되고 GPS 위치좌표를 확인하기 위해 실외에서 실험을 진행하였다.
또한 환경모니터링 센서 시스템의 실시간성과 정확도를 위해 현재 현장에서 사용하는 방법인 측정기기를 이용한 시료분석 실험도 진행하였다. 보다 정확한 실험을 위해 데이터의 샘플링은 200개로 규정하였고 유효성 검증내용은 다음 [표 1] 및 [표 2]와 같다.
유효성 검증을 위한 샘플링 조건 및 환경 인식 조건
항목 샘플링 조건 위험환경 인식 조건
Gas infusion 20cc 해당사항 없음
Gas emission 0.5m/s 해당사항 없음
Window overlap 160 samples(10ms) 해당사항 없음
VOC concentration Low : 10PPM, High : 50PPM 45PPM over
NH3 concentration Low : 10PPM, High : 50PPM 45PPM over
H2S concentration Low : 10PPM, High : 50PPM 45PPM over
CO2 concentration Low : 400PPM, High : 2000PPM 1500PPM over
Dust concentration Low : 0㎛, High : 1500㎛ 1000㎛ over
GPS location - ±5000mm 위치이동
Temperature 상온 해당사항 없음
Humidity 상습 해당사항 없음
Common 200 samples 해당사항 없음
유효성 검증 내용과 평가 방법
번호 평가내용 비교평가방법
u-EMS 시료분석
1 필터링 된 데이터의 오차율 ○ ×
2 연속측정에 따른 데이터 오차율 ○ ○(비연속)
3 온습도 특성에 따른 데이터 비교 ○ ○
4 누적 데이터 환경상황 인식 정확도 ○ ×
5 노드 이동시 이상유무 판독 ○ ×
도 9 내지 도 15는 [표 1] 및 [표 2]의 유효성 검증내용에 따른 결과를 나타낸다.
도 9 및 도 10은 표준가스를 공급 하였을 때 1차, 2차 데이터 필터링 후의 데이터 오차율이다. 도 9 및 도 10과 같이 가스 공급 시점인 0, 10, 30, 50, 80, 99.9PPM을 공급 할 경우 필터링된 데이터가 안정된 반면, 다른 농도의 가스를 교체 하는 과정에서 발생되는 오차를 확인 할 수 있으며, 이는 가스 공급시 까지 걸리는 시간 동안 지정된 농도가 아닌 희석 되거나 증가된 농도가 포함된다.
하지만 이러한 지시 농도는 실험 시 데이터의 오차 범위에 포함 되며, 지정된 표준가스 농도의 범위에서 데이터 오차율을 확인할 경우 정확도가 많이 향상되었음을 확인 할 수 있다.
또한 도 10은 먼지와 이산화탄소의 농도를 표준가스를 공급하여 측정하였으며, 이때 농도가 변경될 때는 도 9과는 다르게 크게 데이터가 흔들리지 않는 것을 확인 할 수 있다.
도 11은 [표 2]의 2항 연속측정에 따른 데이터 오차율을 나타내었으며, 연속 측정은 제작된 센서로 1분 주기로 측정하였고, 비연속 측정은 동일한 시간동안에 전용 측정기로 측정하였다. 도 11과 같이 연속 측정시 약 1시간 까지는 데이터가 불안정한 상태의 오차율을 확인 할 수 있었으나, 1시간 이후의 데이터는 안정된 데이터를 확인 할 수 있었는데, 센싱된 데이터를 데이터 베이스에 넣고 측정된 값을 게이트웨이에서 필터링 한 후 계산 할 때 저장된 값과 비교하여 오차 보정을 하게 된다. 따라서 저장된 데이터가 많으면 많을수록 보다 정확한 데이터를 기대 할 수 있는 것을 확인 할 수 있다.
도 12 및 도 13은 [표 2]의 3항에 따른 온도와 습도 특성에 따른 센서의 데이터 비교를 나타내며, 30%의 표준가스를 공급하였다. 도 12의 경우 전기화학식 센서를 온도와 습도에 따른 특성변화를 나타내며, 전기 화학식 센서의 경우 센서 자체 특성에 따라, 온도 변화에 따른 오차율이 존재 한다. 또한 도 12에서 확인 할 수 있었듯이 약 18∼22℃의 경우 안정된 데이터를 확인 할 수 있었으나 온도와 습도가 높아질수록 데이터 변화의 폭이 커지는 것을 확인 할 수 있었다. 이는 높은 온도에서는 기체의 비중이 높아지므로 발생되는 현상으로, 실생활에서 여름과 겨울에 축사나, 기타 악취가 나는 곳에서 냄새를 맡을 경우 겨울보다 여름에 더 심하게 느껴지는 것과 같음을 의미한다. 이에 따라 기후 변화에 따른 매몰지 주변 환경의 악취 등을 능동적으로 대처 할 수 있다.
또한 도 13은 환경모니터링 센서노드와 시료분석을 통한 측정에서 환경모니터링 센서노드와 시료분석 모두 온도가 높아질수록 오차범위가 커지나 환경모니터링 센서노드의 경우 보다 범위가 큰 것을 확인 할 수 있다. 하지만, 데이터의 안전성은 평균치(변화의 폭) 환산을 할 경우 환경모니터링 센서노드의 경우 약 ±15%인 반면, 시료 분석의 경우 약 ±17%로 약간 높았다.
도 14는 [표 2]의 4항을 평가 하였으며, 환경상황 인식의 정확도를 확인하기 위해 5가지의 환경을 [표 3]과 같이 조성하여 실험 하였다.
환경상황 인식 실험에 따른 상황 조건
Qualification 1 1차 필터링만 수행
Qualification 2 2차 필터링만 수행
Qualification 3 1차 2차 필터링 모두 수행
Qualification 4 Q3과 FAN을 통한 가스 강제 포집
Qualification 5 Q4와 데이터의 표본화
도 14를 참조하면, 상황 1과 상황 2는 VOC, NH3, H2S는 낮은 정확도를 확인 할 수 있으나, 이산화탄소나 먼지 센서의 경우 오히려 상황 3, 4, 5보다 높은 정확도를 확인 할 수 있다. 또한 NH3의 경우 가스의 특성상 흡착이 잘 되기 때문에 실제 농도에서는 낮은 정확도를 확인 할 수 있다. 이에 따라 필터링과 가스 강제 포집, 데이터 표본화를 거쳐 데이터의 정확도를 향상 시킬 수 있다. 따라서 [표 3]의 상황에 따른 상황인식은 평균 94.3%로 판단이 가능하다.
도 15은 환경모니터링 센서노드의 위치에 대한 값과 오차 범위를 허용한 초과 범위의 경우 센서 이동 상황을 설명하기 위한 도면이다. 즉, 환경모니터링 센서노드는 지정된 매립지에 장착되어 있으며, GPS로부터 수신된 좌표데이터를 매립지 데이터 지도와 연동하고, 환경모니터링 센서노드가 이동 되었다는 뜻은 매립지가 유실 되었거나, 센서 부의 도난 등과 같은 유사 상황을 예측할 수 있다. 도 15의 실험은 약 20분 후 임의로 환경모니터링 센서노드를 일정거리로 이동 시켜 데이터가 변환 하는 것을 확인할 수 있었는데, 약 20분 까지는 오차 범위에서의 고정된 노드를 확인할 수 있으나, 20분 이후에 데이터가 급격히 변화 하는 것을 확인할 수 있다. 이는 환경모니터링 센서노드가 원래의 자리를 이탈 하여 이동되었음을 확인할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 환경모니터링 센서노드
110: 환경센서모듈
120: 위치센서모듈
130: 데이터처리전송모듈
200: 환경모니터링 장치
210: 환경패키지데이터 수신부
220: 환경모니터링정보 생성부
230: 환경모니터링정보 출력부
240: 환경알람 발생부
250: 데이터베이스

Claims (17)

  1. 배기가스를 모니터링하는 환경모니터링 센서노드에 있어서,
    상기 배기가스를 감지하여 환경원시정보를 생성하는 환경센서모듈;
    상기 환경모니터링 센서노드의 위치정보를 생성하는 위치센서모듈; 및
    상기 환경원시정보 및 위치정보를 이용하여 환경패키지정보를 생성하고, 생성된 환경패키지정보를 환경모니터링 장치로 전송하는 데이터처리전송모듈을 포함하는 환경모니터링 센서노드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배기가스는 가축매물지에서 배출되며,
    상기 환경센서모듈은 가축매물지에서 사체가 분해되면서 발생하는 휘발성유기화합물(VOCs) 센서, 암모니아(NH3) 센서 및 황화수소(H2S)센서 중 적어도 하나를 포함하는 환경모니터링 센서노드.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 환경센서모듈은
    상기 배기가스의 확산 감지를 위한 먼지센서(Dust), 배기가스의 확산을 측정하기 위한 온도(Temperature)센서 및 습도(Humidity) 센서 중 적어도 하나를 더 포함하는 환경모니터링 센서노드.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 환경센서모듈은 복수의 센서를 포함하되, 각각의 센서를 1조씩 사용하며, 미리 설정된 주기로 순환 감지하는 것을 특징으로 하는 환경모니터링 센서노드.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 위치센서모듈은 GPS 신호를 수신하고, GPS 타원체 좌표 정보를 Bessel 타원체 좌표정보로 변환하는 것을 특징으로 하는 환경모니터링 센서노드.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 데이터처리전송모듈은 근거리통신모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 환경모니터링 센서노드.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 환경모니터링 센서노드는 가축 매몰지 가스배출관 규격에 맞도록 제작된 센서 부착관을 포함하여 2중 관 형태로 제작된 것을 특징으로 하는 환경모니터링 센서노드.
  8. 배기가스를 모니터링하는 환경모니터링 센서노드에서 실행되는 환경모니터링 방법에 있어서,
    상기 배기가스에 대해 복수의 환경 센서에서 적어도 하나의 환경원시정보를 생성하는 단계;
    위치센서에서 적어도 하나의 위치정보를 생성하는 단계;
    상기 환경원시정보에 대해 분산 계층형 필터링방법을 사용하여 수치보정을 수행하여 보정환경정보를 생성하는 단계;
    상기 보정환경정보 및 상기 위치정보를 패키징(packaging)하여 환경패키지정보를 생성하는 단계; 및
    상기 환경패키지정보를 근거리 이동 통신 방법을 통하여 환경모니터링 장치로 전송하는 단계를 포함하는 환경모니터링 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 보정환경정보를 생성하는 단계는
    분산 계층형 필터링 방법을 사용하여 각 측정 센서에 대응되는 부 필터에서 지역(local) 상태변수를 추정하고 주 필터에서는 부 필터로부터 전달받은 추정치를 혼합하여 전체적인 최적 상태 변수를 추정하여 수치를 보정하는 것을 특징으로 하는 환경모니터링 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 근거리 이동 통신 방법은
    지그비(Zigbee), 블루투스, 와이파이 다이렉트 또는 NFC(Near Field Communication) 통신 방법인 것을 특징으로 하는 환경모니터링 방법.
  11. 배기가스를 모니터링하는 환경모니터링 장치에 있어서,
    환경패키지 데이터를 환경모니터링 센서노드로부터 수신하는 환경패키지데이터 수신부;
    환경패키지데이터에 대해 연합형 필터링방법을 사용하여 환경모니터링정보를 생성하는 환경모니터링정보 생성부; 및
    생성된 환경모니터링정보를 저장하는 데이터베이스를 포함하는 환경모니터링 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 생성된 환경모니터링정보를 출력하는 환경모니터링 출력부를 더 포함하는 환경모니터링 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 생성된 환경모니터링정보와 미리 설정된 범위를 벗어나는 경우, 환경알람정보를 발생하는 환경알람 발생부를 더 포함하는 환경모니터링 장치.
  14. 배기가스를 모니터링하는 환경모니터링 장치에서 실행되는 환경모니터링 방법에 있어서,
    환경패키지 데이터를 환경모니터링 센서노드로부터 수신하는 단계;
    환경패키지데이터에 대해 연합형 필터링방법을 사용하여 환경모니터링정보를 생성하는 환경모니터링정보 단계; 및
    생성된 환경모니터링정보를 저장하는 단계를 포함하는 환경모니터링 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    환경패키지데이터에 포함된 위치정보에 대해 Bessel 좌표정보를 이용한 TM 투영법을 사용하여 실측 좌표계를 얻어 맵 매칭시키는 단계를 더 포함하는 환경모니터링 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    생성된 환경모니터링정보를 출력장치에서 수치화하여 출력하는 단계를 더 포함하는 환경모니터링 방법.
  17. 제14항에 있어서,
    생성된 환경모니터링정보가 미리 설정된 범위를 벗어나는 경우, 환경알람정보를 생성하고, 알람 이벤트를 발생하는 단계를 더 포함하는 환경모니터링 방법.
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