KR20140128543A - 수질 개선 장치의 모니터링 시스템 및 그의 처리 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수질 개선 장치의 모니터링 시스템 및 그의 처리 방법에 관한 것이다. 수질 개선 장치는 설치 수역에 대한 다양한 수질 및 환경 정보를 측정하는 복수 개의 센서 모듈들과, 유무선 통신망을 이용하여 센서 모듈들로부터 측정된 수질 및 환경 정보를 전송하는 통신 모듈을 구비한다. 모니터링 시스템은 센서 모듈로부터 측정된 수질 및 환경 정보를 통신 모듈을 통해 받아서, 수집, 저장하는 모니터링 서버를 포함한다. 모니터링 서버는 유무선 통신망을 통해 수질 및 환경 정보를 필요로 하는 클라이언트들로 제공한다. 수질 개선 장치와 모니터링 서버는 예를 들어, USN(Universal Sensor Network) 또는 M2M(Machine-to-Machine) 모뎀을 이용하여 상호 데이터 통신이 처리된다. 본 발명에 의하면, 수질 개선 장치의 설치 수역에 대한 수질 및 환경 정보를 실시간으로 측정 및 모니터링하여, 원격 제어 및 관리가 가능하고, 수질 및 환경 정보를 필요로 하는 기관이나 단체 및 이용자에게 유무선 통신망을 통해 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 실시간 호소수 수질 및 환경 정보를 제공하기 위한 모니터링 시스템에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로 수질 개선 장치가 설치된 수역의 수질 및 환경 정보를 유무선 통신망을 이용하여 실시간으로 모니터링하고, 수질 및 환경 정보를 이용자에게 제공하는 모니터링 시스템 및 그의 처리 방법에 관한 것이다.
또 본 발명은 M2M(Machine-to-Machine) 기술을 이용한 수질 개선 장치의 모니터링 시스템 및 그의 처리 방법에 관한 것이다.
하천, 호수, 강이나 바다 등에 유기물을 함유한 생활 하수와 분뇨가 과량 흘러 들어가면, 미생물이 유기물을 과량 분해하므로 수역에 영양이 많아지는 부영양화 현상이 발생하게 된다. 즉, 자정 능력을 넘는 대량의 유기물이나 염류가 하천, 호수, 강 및 바다 등에 유입되면 수역은 분해 산물 또는 이차 생성물 등의 영양 염류가 풍부해지는 현상이 일어나며, 이로 인하여 수초와 녹조류가 번창하고 생물학적 산소 요구량(Biochemical Oxygen Demand : BOD)이 증가하게 되며, 물 속의 산소 부족으로 인해 물고기 등 수중 생물이 살 수 없게 되는 것이다.
특히, 기온이 상승하면 성층화 현상이 심화되어, 물 표면에서의 산소가 물 저층으로 전달되기 어려워진다. 이로 인해 물 저층에서의 용존 산소량이 약 1 ㎎/L 이하로 떨어지고, 그 결과 생태계의 파괴가 더욱 악화된다. 따라서, 부영양화된 수역의 수질을 개선시키기 위한 장치가 요구되고 있다.
일반적으로 수질 개선 장치는 설치 수역에서 하부로부터 상부로 물을 순환시켜서 수질을 개선시킨다. 이러한 수질 개선 장치에는 예를 들어, 동일 출원인에 의해 특허 등록된 국내 등록특허공보 제10-1048970호(공고일 )의 '공원 및 호수에 설치되는 태양광을 이용한 물 순환 장치', 동 등록특허공보 제10-1036176호(공고일 )의 '태양광을 이용한 수처리용 교반 장치' 등이 있다.
또 이러한 수질 개선 장치의 설치 수역에 대한 다양한 수질 및 환경 정보를 실시간으로 모니터링하기 위한 기술들은 다양하게 공개되어 있다. 이 관련 기술에는 예를 들어, 국내 등록특허공보 제10-1219732호(공고일 201년 2월 5일)의 '호소수의 수질 정화 장치 및 그 제어 방법', 동 등록특허공보 제10-1103339호(공고일 2012년 1월 11일)의 '스포트를 이용한 수처리장의 감시 제어 시스템', 동 등록특허공보 제10-0775913호(공고일 2007년 11월 15일)의 '원격 모니터링 및 제어 시스템을 이용한 통합 우수 관리 시스템 및 방법', 동 등록특허공보 제10-0827220호(공고일 2008년 5월 7일)의 'USN 기반 지능형 수자원 통합 관리 방법', 동 등록특허공보 제10-0865794호(2008년 10월 28일)의 'USN 기반 지능형 수자원 통합 관리 방법', 동 등록특허공보 제10-1096593호(공고일 2011년 12월 20일)의 '원격 측정 시스템 운영을 위한 센서 네트워크 미들웨어 시스템', 동 공개특허공보 제10-2013-0017993호(공개일 2013년 2월 20일)의 'USN 기반 실시간 수질 모니터링 시스템의 워터노드 스테이션 부유 장치', 동 공개특허공보 제10-2013-0017994호(공개일 2013년 2월 20일)의 'USN 기반 실시간 수질 모니터링 시스템을 제공하기 위한 무선 모뎀', 동 공개특허공보 제10-2013-0017995호(공개일 2013년 2월 20일)의 'USN 기반 실시간 수질 모니터링 시스템을 위한 통합 게이트웨이' 등이 있다.
상술한 기술들은 복수 개의 센서들로부터 수질 개선 장치가 설치된 수역에 대한 다양한 수질 및 환경 정보를 감지하고, 감지된 수질 및 환경 정보들을 유무선 통신망을 통해 관제 서버로 제공한다. 관제 서버는 다양한 수질 및 환경 정보를 통해 수질 개선 장치가 설치된 수역을 실시간으로 모니터링하고, 이를 통해 수질 개선 장치를 원격 제어하거나, 관리한다.
본 발명의 목적은 머신 투 머신(Machine-to Machine : M2M) 방식을 이용하여, 수질 개선 장치가 설치된 수역의 다양한 수질 및 환경 정보를 실시간으로 모니터링하기 위한 모니터링 시스템 및 그의 처리 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 수질 개선 장치가 설치된 수역의 다양한 수질 및 환경 정보를 실시간으로 모니터링하여 다양한 수질 및 환경 정보를 필요로 하는 이용자들에게 유무선 통신망을 이용하여 실시간으로 제공하기 위한 모니터링 시스템 및 그의 처리 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 수질 개선 장치가 설치된 수역의 다양한 수질 및 환경 정보를 실시간으로 모니터링하여 이상이 발생되면, 알람을 발생하는 모니터링 시스템 및 그의 처리 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적들을 달성하기 위한, 본 발명의 수질 개선 장치의 모니터링 시스템은 다양한 수질 및 환경 정보를 측정하는 복수 개의 센서 모듈들을 수질 개선 장치에 구비하고, 측정된 수질 및 환경 정보를 유무선 통신망을 이용하여 실시간으로 제공하는데 그 한 특징이 있다. 이와 같은 모니터링 시스템은 수질 개선 장치를 원격 제어 및 모니터링 가능하고, 측정된 수질 및 환경 정보를 필요로 하는 이용자에게 실시간으로 제공 가능하게 한다.
이 특징에 따른 본 발명의 수질 개선 장치의 모니터링 시스템는: 상기 수질 개선 장치에 설치되어, 호소수의 설치 수역에 대한 수질 및 환경 정보를 측정하는 복수 개의 센서 모듈들과; 상기 수질 개선 장치에 설치되어, 상기 센서 모듈들로부터 측정된 수질 및 환경 정보를 유무선 통신망을 통해 전송하는 통신 모듈 및; 상기 통신 모듈을 통해 상기 센서 모듈들이 수질 및 환경 정보를 측정하도록 제어하고, 상기 통신 모듈로부터 전송된 수질 및 환경 정보를 실시간으로 받아서 모니터링하는 모니터링 서버를 포함한다.
한 실시예에 있어서, 상기 모니터링 시스템은 유무선 통신망을 통해 상기 모니터링 서버와 접속되는 복수 개의 클라이언트들을 더 포함하되; 상기 모니터링 서버는 상기 클라이언트들로부터 수질 및 환경 정보의 요청이 있으면, 유무선 통신망을 통해 상기 클라이언트들로 수질 및 환경 정보를 제공한다.
다른 실시예에 있어서, 상기 센서 모듈들은 상기 수질 개선 장치가 설치된 수역에 대한 적어도 풍향, 풍속, 수온, 습도, 기압, 일산화탄소량, 오존, 자외선을 포함하는 환경 정보와, 적어도 수소 이온 농도, 용존 산소량, 전기 전도도, 총유기 탄소량을 포함하는 수질 정보를 측정한다.
또 다른 실시예에 있어서, 상기 모니터링 서버는; 상기 통신 모듈을 통해 상기 센서 모듈들로부터 측정된 수질 및 환경 정보를 수집하는 센서 게이트웨이 및; 상기 센서 게이트웨이로부터 수질 및 환경 정보를 받아서 저장하는 데이터베이스를 포함한다.
또 다른 실시예에 있어서, 상기 통신 모듈은 상기 센서 모듈들과 상기 모니터링 서버 간에 유무선 통신망을 통해 데이터 통신이 가능한 USN 또는 M2M 모뎀으로 구비된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 수질 개선 장치의 설치 수역에 대한 수질 및 환경 정보를 실시간으로 모니터링하는 모니터링 시스템의 처리 방법이 제공된다.
이 특징에 따른 상기 모니터링 시스템의 처리 방법은, 상기 수질 개선 장치의 설치 수역에 대한 수질 및 환경 정보를 측정하는 복수 개의 센서 모듈들을 통해 실시간으로 수질 및 환경 정보를 측정하는 단계와; 상기 측정된 수질 및 환경 정보를 유무선 통신망을 통하여 모니터링 서버로 제공하는 단계와; 상기 모니터링 서버에서 수질 및 환경 정보를 수집 및 저장하고, 실시간으로 상기 수질 개선 장치 및 상기 설치 수역의 수질을 모니터링하는 단계와; 모니터링 중 수질 및 환경 정보에서 이상이 발생되면, 상기 모니터링 서버로부터 알람을 발생하는 단계와; 모니터링 중 이상이 없으면, 수질 및 환경 정보를 필요로 하는 적어도 하나의 클라이언트들로부터 수질 및 환경 정보의 요청이 있는지를 판별하는 단계 및; 판별 결과, 상기 클라이언트로부터 수질 및 환경 정보의 요청이 있으면, 상기 클라이언트에 대응되는 상기 수질 개선 장치의 설치 수역에 대한 수질 및 환경 정보를 유무선 통신망을 통해 상기 클라이언트로 제공하는 단계를 포함한다.
한 실시예에 있어서, 상기 알람을 발생하는 단계는; 상기 센서 모듈들로부터 측정된 수질 및 환경 정보가 상기 모니터링 서버에 설정된 기준치 이상이지를 판별하고, 상기 기준치 이상이면, 상기 수질 개선 장치 및 상기 센서 모듈들의 이상 여부를 확인하도록 제어하고, 상기 수질 개선 장치 및 상기 센서 모듈들이 정상이면, 수질 경보 기준에 따라 상이하게 알람을 발생한다.
다른 실시예에 있어서, 상기 방법은; 상기 알람이 발생되면, 상기 수질 경보 기준에 따라 상기 모니터링 서버로부터 상기 수질 개선 장치로 제어 신호를 전송하여, 상기 수질 개선 장치의 임펠러를 제어하는 단계를 더 포함한다.
또 다른 실시예에 있어서, 상기 수질 및 환경 정보를 측정하는 단계는; 상기 수질 개선 장치의 상기 설치 수역에 대한 풍향, 풍속, 수온, 습도, 기압, 일산화탄소량, 오존, 자외선을 적어도 포함하는 환경 정보와, 수소 이온 농도, 용존 산소량, 전기 전도도, 총유기 탄소량을 적어도 포함하는 수질 정보를 실시간으로 측정한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 수질 개선 장치의 모니터링 시스템은 유무선 통신망을 이용하여 실시간으로 설치 수역에 대한 다양한 수질 및 환경 정보를 측정함으로써, 설치 수역에 대한 수질 및 환경을 실시간으로 모니터링할 수 있다.
또 본 발명의 수질 개선 장치의 모니터링 시스템은 수질 개선 장치의 설치 수역에 대한 수질 및 환경 정보를 실시간으로 측정 및 모니터링함으로써, 수질 개선 장치를 원격 제어하거나 관리가 가능하다.
또 본 발명의 수질 개선 장치의 모니터링 시스템은 수질 및 환경 정보를 필요로 하는 기관이나 단체 및 이용자에게 유무선 통신망을 통해 제공할 수 있다.
또한 본 발명의 수질 개선 장치의 모니터링 시스템은 수질 개선 장치에 다양한 수질 및 환경 정보를 측정하는 복수 개의 센서 모듈들과, 유무선 통신망을 통해 측정된 수질 및 환경 정보를 전송하는 통신 모듈을 구비함으로써, 제품 및 서비스의 차별화를 얻을 수 있으며, 이를 통해 제품 및 서비스에 대한 비즈니스 모델을 구현하여, 수질 개선 장치의 판매 증대 및 서비스 확보가 용이하다.
뿐만 아니라, 본 발명의 수질 개선 장치의 모니터링 시스템은 수질 개선 장치에 센서 모듈과 통신 모듈을 적용하여 호소수의 수질 및 환경을 실시간으로 모니터링하는 서비스를 제공할 수 있으므로, 실시간으로 호소수의 수질 통계 정보를 얻을 수 있으며, 이상 발생 시, 알림 서비스를 제공함으로써, 수질 개선 장치 및 수질 상태를 신속하게 조치할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 수질 개선 장치의 모니터링 시스템의 개략적인 구성을 도시한 블럭도;
도 2 내지 도 5는 도 1에 도시된 수질 개선 장치의 구성을 도시한 도면들;
도 6은 도 1에 도시된 수질 개선 장치의 센서 모듈과 모니터링 서버의 데이터 통신 구조를 나타내는 블럭도; 그리고
도 7은 본 발명에 따른 수질 개선 장치의 모니터링 시스템의 처리 수순을 도시한 흐름도이다.
도 2 내지 도 5는 도 1에 도시된 수질 개선 장치의 구성을 도시한 도면들;
도 6은 도 1에 도시된 수질 개선 장치의 센서 모듈과 모니터링 서버의 데이터 통신 구조를 나타내는 블럭도; 그리고
도 7은 본 발명에 따른 수질 개선 장치의 모니터링 시스템의 처리 수순을 도시한 흐름도이다.
본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 서술하는 실시예로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 구성 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다.
이하 첨부된 도 1 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 수질 개선 장치의 모니터링 시스템의 개략적인 구성을 도시한 블럭도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 수질 개선 장치(100)의 모니터링 시스템(200)은 실시간 호소수에 대한 수질, 기상(환경) 및 이상 상태 알림 등의 서비스를 제공하고, 태양광, 풍력 등을 이용하는 환경 친화적인 수질 개선 장치(100)로 호소수의 수질 개선의 서비스를 제공하기 위하여, 복수 개의 수질 개선 장치(100)를 유무선 통신망을 통해 실시간으로 모니터링한다.
이를 위해 모니터링 시스템(200)은 복수 개의 수질 개선 장치(100)와 유무선 통신망을 이용하여 상호 데이터 통신이 가능한 모니터링 서버(210)를 포함한다. 또 모니터링 시스템(200)은 유무선 통신망을 통하여 모니터링 서버(210)와 연결되고, 모니터링 서버(210)와 데이터 통신하여 해당 설치 수역에 대한 다양한 수질 및 환경 정보를 요청하는 복수 개의 클라이언트(220)들을 포함한다.
이 실시예에서 수질 개선 장치(100)는 예컨대, 호수, 댐, 저수지 및 하천 등의 수역에 설치되는 태양광을 이용하는 물 순환 장치로 구비되며, 설치 수역의 수질 및 환경 정보를 실시간으로 측정하여 모니터링 서버(210)로 제공한다. 수질 및 환경 정보는 설치 수역에 대한 환경 정보와 수질 정보를 포함한다.
환경 정보는 예를 들어, 풍향, 풍속, 수온, 습도, 기압, 일산화탄소량, 오존, 자외선 등을 포함한다. 수질 정보는 수소 이온 농도(pH), 용존 산소량(DO), 전기 전도도, 총유기 탄소량(TOC)의 공통 항목과, 물고기, 물벼룩, 미생물 및 조류 등의 생물 감시 항목과, 휘발성 유기 화합물(VOCs), 총질소(TN), 총인(TP), 클로로필-a, 탁도, 암모니아설 질소, 질산성 질소, 인산염 인, 구리, 납, 카드뮴, 아연 및 페놀 등의 선택 항목을 포함한다. 여기서 휘발성 유기 화합물(VOCs)에는 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 에틸벤젠, 트리클로로에틸렌, 디클로로메탄, 1,1,1-트리클로로에탄, 사염화탄소, 테트라클로로에틸렌 등의 항목이 포함된다.
모니터링 서버(210)는 복수 개의 수질 개선 장치(100)들을 통합 관리하는 관제 서버로 구비된다. 모니터링 서버(210)는 실시간으로 호소수의 수질, 기상 및 이상 상태 알림 서비스 제공하기 위하여, 수질 개선 장치(100)로부터 다양한 수질 및 환경 정보를 제공받는다. 또 모니터링 서버(210)는 실시간으로 측정된 다양한 수질 및 환경 정보를 저장하고, 클라이언트(220)들에 해당되는 관리 대상 호소수에 대한 수질 및 환경 정보를 실시간으로 제공한다. 또 모니터링 서버(210)는 수질 및 환경 정보에 대한 통계 정보를 제공한다.
또 모니터링 서버(210)는 실시간 모니터링 중 호소수의 수질 및 환경 정보 등에서 이상 상태가 발생되면, 이를 판별하여 자동으로 알람을 발생시킨다. 따라서 모니터링 서버(210)는 수질 개선 장치(100)의 관리자나 담당자 또는 클라이언트(220)의 사용자에게 이상 발생에 따른 내용을 제공한다.
이 실시예의 모니터링 서버(210)는 도면에는 도시되지 않았으나, 수질 및 환경 정보를 수집하는 데이터 수집 서버와, 수질 및 환경 정보를 저장하는 데이터베이스 서버 및 데이터베이스 서버로부터 수질 및 환경 정보를 클라이언트(220)들로 제공하는 서비스 제공 서버를 독립적으로 구비할 수 있다.
그리고 클라이언트(220)들은 예를 들어, 퍼스널 컴퓨터, 휴대용 컴퓨터 및 스마트폰 등과 같은 모바일 장치로 구비되며, 유무선 통신망을 통해 모니터링 서버(210)로 다양한 수질 및 환경 정보를 요청하고, 모니터링 서버(210)로부터 제공되는 수질 및 환경 정보를 받아서 표시한다. 클라이언트(220)의 사용자는 예를 들어, 정부 기관, 지자체 및 유관 기관과, 농어촌 공사, 수자원 공사 및, 환경 공단 등의 호소수 수질 정보 요구 기관 및 농민, 양어장, 낚시터 등과 같은 호소수 수질 정보 요구 민간 사용자를 포함한다.
따라서 본 발명에 따른 수질 개선 장치(100)의 모니터링 시스템(200)은 수질 개선 장치(100)가 설치된 수역에 대한 수질 및 환경 정보를 실시간으로 측정하여, 유무선 통신망을 통해 모니터링 서버(210)로 제공함으로써, 실시간으로 해당 수역에 대한 모니터링 및 원격 제어가 가능하고, 수질 및 환경 정보를 필요로 하는 사용자에게 다양한 수질 및 환경 정보를 제공할 수 있다.
구체적으로 도 2 내지 도 5는 도 1에 도시된 수질 개선 장치의 구성을 도시한 도면들이다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 수질 개선 장치(100)는 강, 하천, 호수 등의 수역에 고정 설치되는 부유형의 물 순환 장치로, 설치된 수역의 저면에 예컨대, 천연 미네랄 제제 및 광촉매 세라믹 재질을 이용한 필터부(도 2의 160)를 구비하여, 수질에 포함되어 있는 질소(N2)나 인(P) 등을 제거하여 수질을 개선하고, 유기 오염 물질을 분해 촉진하여 악취 제거 및 녹조 발생 억제 등을 통해 수질의 자생 능력을 증대시킨다.
이를 위해 이 실시예의 수질 개선 장치(100)는 메인 프레임(102)과, 메인 프레임(102)의 가장자리에 복수 개가 배치되어 수질 개선 장치(100)를 설치 수역에 부유시키는 복수 개의 부유부(106)와, 메인 프레임(102)에 결합되어 부유부(106)들 상호간에 일정 간격 이격되게 각각 고정하는 고정 프레임(108)과, 부유부(106)들 각각의 하단에 결합되어, 일정 길이를 가지고 부유부(106)의 하단에 결합되어 수위 변화에 따라 수질 개선 장치(100)를 설치된 수역의 저면 바닥으로부터 일정 높이 안정하게 지지하는 지지 로드(107)를 포함한다.
또 수질 개선 장치(100)는 설치된 수역의 물을 하부에서부터 상부로 이동시키기 위한 몸체부(도 2의 110)와, 몸체부(110)의 상단에 설치되어 순환된 상부의 물을 외측으로 배출하도록 회전하는 임펠러(도 4의 120)와, 메인 프레임(102)의 중앙부에 설치되고, 하단 중앙이 몸체부(110)의 상단과 결합되어 임펠러(120)로부터 배출되는 물을 외측으로 확산시키는 확산부(104)와, 임펠러(120)를 회전시키는 구동부(도 4의 122)와, 구동부(122)를 제어하는 제어부(150)와, 몸체부(110)를 수역의 바닥면에 고정시키는 고정부(도 2의 170) 및, 몸체부(110)와 고정부(170) 사이에 배치되고, 설치 수역의 하부의 물을 받아들여서 필터링하고, 필터링된 물을 상부의 몸체부(110)로 배출하는 필터부(120)를 포함한다.
또 수질 개선 장치(100)는 메인 프레임(102)의 상부에 설치되는 복수 개의 태양 전지판(130)들과, 메인 프레임(102)의 상부에 결합되고, 태양 전지판(130)들 각각을 거치하는 복수 개의 거치 프레임(132)들과, 태양 전지판으로부터 생성되는 전원을 저장하는 복수 개의 충전 장치(152)와, 메인 프레임(102)의 상부에 고정 설치되어 설치 수역의 풍력을 이용하여 전기를 발생시키는 풍력 발전기(140) 및, 부유부(106) 각각의 상부에 설치되어 수질 개선 장치(100)의 위치를 표시하거나, 설치 수역을 조명하는 복수 개의 조명등(109)을 포함한다.
구체적으로, 메인 프레임(102)은 막대 형상의 복수 개의 프레임들이 상호 결합되어 다층 다면체 구조(예를 들어, 육각 또는 팔각 기둥체 등)로 구성되며, 상부 중앙에 임펠러(120)가 관통 삽입되는 플레이트가 구비되고, 플레이트의 상부에 임펠러(120)의 회전축에 결합되는 구동부(122)가 고정 설치된다. 메인 프레임(102)은 상하 길이 방향의 중앙 부분에 확산부(104)가 고정 설치된다.
확산부(104)는 중앙에서 외측 상부 방향으로 연장된 접시 형태로 구비되고, 중앙에 임펠러(120)가 배치되는 토출구(105)가 구비된다. 확산부(104)는 중앙에 설치된 임펠러(120)의 회전에 의해 수역 상부로 유도된 물을 상부 외측으로 확산하여 배출시킨다. 이 실시예에서 확산부(104)는 상부면에 형성되어, 외측으로 물의 확산을 안내하는 나선 형태의 복수 개의 돌기(미도시됨)들이 구비될 수 있으며, 이러한 돌기들은 물의 확산 및 배출을 극대화시킬 수 있다.
부유부(106)는 내부가 밀폐된 통 형상으로 구비되어, 복수 개가 메인 프레임(102)의 가장자리에 설치되며, 상호간에 일정 간격 이격되게 배치된다. 이 실시예에서 부유부(106)는 3 개가 구비된다. 물론 부유부(106)는 수질 개선 장치(100)의 크기나 설치 수역에 대응하여 그 갯수를 다양하게 변경할 수 있다. 또 부유부(104)는 메인 프레임(1020의 가장자리로부터 외측 방향으로 연장되는 지지 프레임(108)에 고정되어, 메인 프레임(102)의 하부 가장자리에 결합된다. 또 부유부(138)는 부력 조절이 용이하도록 내부로 유체가 주입될 수도 있다. 이러한 부유부(106)는 설치 수역 내에서 수질 개선 장치(100)의 부력을 조절하여, 수질 개선 장치(100)의 전체적인 균형과, 부력 조절을 통해 토출구(105)의 높이를 조절한다.
또 부유부(106)는 하부에 지지 로드(107)가 결합된다. 지지 로드(107)는 막대 형상으로 구비되며, 설치 수역의 수위에 대응하는 일정 길이를 갖는다. 지지 로드(107)는 설치 수역의 수위가 최소 수위에 도달되면, 부유부(106)를 저면으로부터 일정 높이를 유지하도록 지지한다. 또 부유부(106)는 상부에 조명등(109)이 설치된다.
조명등(109)은 예컨대, 발광다이오드(LED) 조명등으로 구비되어, 수질 개선 장치(100)의 설치 위치를 나타내거나, 설치 수역의 주변 조명 경관과 조화를 이루도록 야간 조명 기능을 제공한다.
몸체부(110)는 설치 수역 내에 수직하게 침지되고, 상하로 신축 가능하게 주름이 형성된 주름관(116)을 구비하며, 상단 및 하단이 개방된다. 이러한 몸체부(110)는 주름에 의해 수위 변화에 따라 수심이 깊어지거나 또는 낮아지는 것에 대응하여 길이가 조절된다. 주름관(116)은 예를 들어, 벨로우즈 하우징(belows housing), 드래프트 튜브(draft tube) 등으로 구비된다.
또 몸체부(110)는 주름관(116)의 하단에 형성되어 필터부(160)를 통해 수역의 하부로부터 물을 흡입하는 유입구(112)와, 주름관(116)의 상단에 형성되어 유입구(112)로부터 유입된 물을 확산부(104)를 통해 수역의 상부로 배출시키는 배출구(114)를 포함한다. 유입구(112)는 플랜지 형상으로 구비되고, 하단이 필터부(160)와 결합된다. 배출구(114)는 플랜지 형상으로 구비되어 확산부(104)의 토출구(105)와 결합된다.
임펠러(120)는 몸체부(110)의 상부에서 대체로 수역의 수면에 근접하게 예를 들어, 토출구(105)의 내주 영역에 설치되고, 일방 방향으로 회전한다. 임펠러(120)는 구동부(122)의 구동에 의해 회전되어 몸체부(110)의 유입구(112)를 통해 수역 하부의 물을 흡입하고, 흡입된 물을 수역 상부로 유도한다. 즉, 임펠러(120)의 회전에 의해 수역 하부의 물은 유입구(112)를 통해 배출구(114)로 유도되고, 수역 상부의 확산부(104)를 통해 용이하게 외측으로 확산 배출된다.
물론 임펠러(120)는 유입구(112)를 통한 흡입력과, 확산부(104)를 통한 배출력을 극대화시킬 수 있도록 하기 위하여, 예를 들어, 유입부(112)와 배출부(114) 사이의 특정 위치에 설치될 수 있다.
태양 전지판(130)은 태양열을 이용하여 전원을 발생시켜서 충전 장치(152)에 전원을 충전한다. 태양 전지판(130)은 복수 개가 메인 프레임의 상부에 설치된다. 이 실시예에서 태양 전지판(130)은 3 개가 한쌍을 이루어 메인 프레임(102)의 상부 양측에 구비된다. 이를 위해 3 개의 태양 전지판(130)은 하나의 거치 프레임(132)에 의해 메인 프레임(102)에 설치된다.
거치 프레임(132)은 태양 전지판(130)의 설치 각도를 수동 또는 자동으로 조절할 수 있도록 구비된다. 이 실시예에서 거치 프레임(132)은 태양 전지판(130)의 설치 각도를 설치 및 유지 보수 시, 수동으로 조절한다.
또 거치 프레임 또는 메인 프레임에는 태양 전지판(130) 및 풍력 발전기(140)로부터 생성되는 전원을 저장하는 복수 개의 충전 장치(152)가 설치된다.
제어부(150)는 예를 들어, 컨트롤러, 프로그램어블 로직 컨트롤러(PLC) 등으로 구비되어, 수질 개선 장치의 제반 동작을 제어한다. 제어부(150)는 충전 장치(152)로부터 구동부(122)로 전원을 공급하도록 제어하여 임펠러(120)를 회전시킨다. 제어부(150)는 다양한 환경 정보를 측정하는 복수 개의 센서들을 모듈화한 센서부(도 6의 180)를 구비한다. 이러한 센서부(180)는 제어부(150)와는 독립적으로 구비될 수도 있다.
또 제어부(150)는 외부 전자 장치(210)들과 유무선 통신 가능한 유무선 통신 장치(도 7의 190)를 구비한다. 이러한 제어부(150)는 임펠러(120)의 설치 수역의 환경 정보에 대응하여 회전 속도를 조절할 수 있으며, 실시간으로 설치 수역에 대한 다양한 수질 및 환경 정보를 감지하도록 제어할 수 있다.
필터부(160)는 상단이 몸체부(110)와 결합되고, 하단이 고정부(170)에 결합된다. 필터부(160)는 메쉬망 내부에 복수 개의 천연 미네랄 제제 및 광촉매 세라믹 재질들이 수용되는 복수 개의 필터(미도시됨)들을 구비하여, 물에 포함되어 있는 질소(N2)나 인(P) 등을 제거하고, 유기 오염 물질을 분해 촉진하여 악취 제거 및 녹조 발생을 억제한다.
그리고 고정부(170)는 플레이트 형상으로 구비되고, 설치 수역의 바닥면에 고정 설치되어, 수질 개선 장치(100)를 고정시킨다. 고정부(170)는 필터부(160)의 하단과 결합된다.
상술한 본 발명의 수질 개선 장치(100)는 설치 수역의 하부에서 물이 유입되는 부분에 필터부(160)를 구비하고, 임펠러(120)를 통해 물을 하부에서 상부로 순환시킴으로써, 물에 포함되는 질소(N2)나 인(P) 등을 제거하고, 유기 오염 물질을 분해 촉진하여 악취 제거 및 녹조 발생을 억제시킬 수 있으며, 심층수를 상부로 순환시켜서 용존 산소 농도를 증가시킴으로써, 조류 성장을 억제할 수 있다.
또한 본 발명의 수질 개선 장치(100)는 복수 개의 센서 모듈(도 6의 181 ~ 187)들을 구비하여, 설치 수역의 수질 및 환경 정보를 실시간으로 감지하여 모니터링 서버(210)로 제공함으로써, 모니터링 중 이상이 발생되면, 알람을 발생시켜서 관리가 용이하고, 수질 및 환경 정보가 필요한 이용자들에게 실시간으로 제공할 수 있다.
즉, 도 6은 도 1에 도시된 수질 개선 장치의 센서부와 모니터링 서버의 데이터 통신 구조를 나타내는 블럭도이다.
도 6을 참조하면, 수질 개선 장치(100)는 다양한 수질 및 환경 정보를 감지하기 위하여, 복수 개의 센서 모듈(181 ~ 187)들을 구비하는 센서부(180)와, 센서부(180)로부터 측정된 수질 및 환경 정보를 받아서 모니터링 서버(210)로 제공하는 제1 통신 모듈(190)을 포함한다.
이 실시예에서 센서 모듈(181 ~ 187)들 각각은 수질 개선 장치(100)에 고정형 또는 이동형으로 설치되거나 인접한 위치에 독립적으로 설치된다. 예컨대, 센서 모듈(181 ~ 187)들 각각은 수질 개선 장치(100)의 임펠러(120)의 영향을 최소화할 수 있는 지점에 설치된다. 이 실시예의 센서부(180)는 바람의 방향과 속도를 측정하는 풍향/풍속계(181)와, 수역의 온도를 측정하는 온도 센서(182)와, 수역의 습도를 측정하는 습도 센서(183)와, 기압을 측정하는 기압계(184)와, 일산화탄소(CO)량을 측정하는 CO 측정기(185)와, 오존량을 측정하는 오존 측정기(186) 및, 수질 개선 장치(100)가 설치된 수역의 수질 상태를 측정하는 수질 측정기(187)를 포함한다. 수질 측정기(187)는 수질 및 환경 정보를 측정하기 위하여, 예를 들어 프로브(probe) 형태로 모듈화하여, 수소 이온 농도(pH), 용존 산소량(DO), 탁도, 전기 전도도 및 온도, 중금속 및 이온류 등의 수질 정보를 측정, 분석할 수 있다.
제1 통신 모듈(190)은 수질 개선 장치(100)의 일측에 설치되어, 유선 또는 무선 통신망에 연결된다. 제1 통신 모듈(190)은 유무선 통신망을 이용하여 수질 개선 장치(100)와 모니터링 서버(210) 간에 실시간 다양한 수질 및 환경 정보를 제공하고, 이를 통해 수질 개선 장치(100)를 감시, 제어 및 모니터링하도록 제공된다. 제1 통신 모듈(190)은 예를 들어, USN(Universal Sensor Network) 또는 M2M(Machine-to-Machine) 모뎀 등으로 구비된다.
그리고 모니터링 서버(210)는 유무선 통신망을 통해 제1 통신 모듈(190)과 상호 데이터 통신이 가능한 제2 통신 모듈(212)과, 센서부(180)로부터 수질 및 환경 정보를 수집하는 센서 게이트웨이(214) 및, 센서 게이트웨이(214)로부터 수집된 수질 및 환경 정보를 저장하는 수질 및 환경 정보 데이터베이스(DB)(216)를 포함한다.
제2 통신 모듈(212)은 예를 들어, USN(Universal Sensor Network) 또는 M2M(Machine-to-Machine) 모뎀 등으로 구비된다.
센서 게이트웨이(214)는 센서 모듈(181 ~ 187)들로부터 측정된 수질 및 환경 정보를 수집하고, 수집된 수질 및 환경 정보를 수질 및 환경 정보 데이터베이스(216)로 제공한다. 센서 게이트웨이(214)는 센서 모듈(181 ~ 187)의 데이터를 수신하기 위하여 센서 모듈 데이터를 호출하는 제어(Trigger) 신호를 발생하고, 제어 신호에 의해 선택된 센서 모듈(181 ~ 187)의 수신 프로토콜을 분석하여 수신된 센서 모듈의 종류(181 ~ 187)를 자동으로 파악하여, 정확하게 수신 데이터를 취합한다.
이러한 모니터링 서버(214)는 취합한 수질 및 환경 정보들을 유무선 통신망을 이용하여 클라이언트(220)들로 출력하고, 출력된 센서 모듈 데이터는 네트워크 허브를 통해 CCTV(미도시됨)에서 검출된 영상 데이터와 함께 모니터링할 수 있도록 제공된다.
그리고 도 7은 본 발명에 따른 수질 개선 장치의 모니터링 시스템의 처리 수순을 도시한 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 모니터링 시스템(200)은 단계 S250에서 수질 개선 장치(100)의 설치 수역에 대한 다양한 수질 및 환경 정보를 센서 모듈(181 ~ 187)들을 통해 실시간으로 감지(측정)하고, 단계 S252에서 측정된 수질 및 환경 정보를 유무선 통신망을 통하여 모니터링 서버(210)로 제공한다. 이 때, 모니터링 서버(210)는 다양한 수질 및 환경 정보를 수집 및 저장한다.
단계 S254에서 모니터링 서버(210)는 다양한 수질 및 환경 정보를 이용하여 수질 개선 장치(100)의 설치 수역에 대한 수질 및 환경 정보를 모니터링한다.
단계 S256에서 모니터링 중 이상이 발생되면, 모니터링 서버(210)는 신속한 조치를 취할 수 있도록 알람을 발생시킨다. 모니터링 서버(210)는 센서 모듈(181 ~ 187)들을 통해 실시간으로 호소수의 수질 상태 및 환경 상태를 측정하도록 제어한다. 예를 들어, 모니터링 서버(210)는 호소수 수질의 용존 산소량(DO), 수소 이온 농도(pH), 총인(TP), 총질소(TN), 유기 물질(COD), 클로로필-a(Chl-a) 및 탁도(turbidity) 등을 측정하도록 센서 모듈(181 ~ 187)들을 제어한다. 또 모니터링 서버(210)는 풍향, 풍속, 온도, 습도, 기압, 일산화탄소량, 오존량 및 자외선 지수 등을 측정하도록 센서 모듈(181 ~ 187)들을 제어한다.
이 때, 모니터링 서버(210)는 측정된 수질 및 환경 정보가 설정된 기준치 이상으로 측정되면, 수질 개선 장치(100) 및 센서 모듈(181 ~ 187)들의 이상 여부를 확인하도록 제어하고, 수질 개선 장치(100) 및 센서 모듈(181 ~ 187)들이 정상이면, 수질 경보 기준에 따라 관심, 주의, 경계 및 심각 등으로 알람을 발생한다. 또 모니터링 서버(210)는 수질 경보 기준에 따라 수질 개선 장치(100)의 제어부(150)로 제어 신호를 전송하여, 임펠러(120)의 회전 속도 등을 제어한다. 또 알람이 발생되면, 모니터링 시스템(200)이 구축된 관제실의 관리자 및 수질 개선 장치(100)의 담당자는 센서 모듈(180)의 이상 여부를 확인하거나, 현장을 방문하여 시료 채취 및 분석을 의뢰할 수 있다.
그리고 모니터링 중 이상이 없으면, 단계 S258에서 적어도 하나의 클라이언트(220)들로부터 수질 및 환경 정보의 요청이 있는지를 판별하고, 판별 결과, 요청이 있으면, 클라이언트(220)와 관련된 해당 수질 개선 장치(100)의 설치 수역에 대한 수질 및 환경 정보를 유무선 통신망을 통해 제공한다.
이상에서, 본 발명에 따른 수질 개선 장치의 모니터링 시스템의 구성 및 작용을 상세한 설명과 도면에 따라 도시하였지만, 이는 실시예를 들어 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다.
100 : 수질 개선 장치
180 : 센서 모듈
190, 212 : 통신 모듈
200 : 모니터링 시스템
210 : 모니터링 서버
214 : 센서 게이트웨이
216 : 수질 및 환경 정보 데이터베이스
220 : 클라이언트
180 : 센서 모듈
190, 212 : 통신 모듈
200 : 모니터링 시스템
210 : 모니터링 서버
214 : 센서 게이트웨이
216 : 수질 및 환경 정보 데이터베이스
220 : 클라이언트
Claims (9)
- 수질 개선 장치의 모니터링 시스템에 있어서:
상기 수질 개선 장치에 설치되어, 호소수의 설치 수역에 대한 수질 및 환경 정보를 측정하는 복수 개의 센서 모듈들과;
상기 수질 개선 장치에 설치되어, 상기 센서 모듈들로부터 측정된 수질 및 환경 정보를 유무선 통신망을 통해 전송하는 통신 모듈 및;
상기 통신 모듈을 통해 상기 센서 모듈들이 수질 및 환경 정보를 측정하도록 제어하고, 상기 통신 모듈로부터 전송된 수질 및 환경 정보를 실시간으로 받아서 모니터링하는 모니터링 서버를 포함하는 것을 특징으로 하는 수질 개선 장치의 모니터링 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 모니터링 시스템은 유무선 통신망을 통해 상기 모니터링 서버와 접속되는 복수 개의 클라이언트들을 더 포함하되;
상기 모니터링 서버는 상기 클라이언트들로부터 수질 및 환경 정보의 요청이 있으면, 유무선 통신망을 통해 상기 클라이언트들로 수질 및 환경 정보를 제공하는 것을 특징으로 하는 수질 개선 장치의 모니터링 시스템. - 제 2 항에 있어서,
상기 센서 모듈들은 상기 수질 개선 장치가 설치된 수역에 대한 풍향, 풍속, 수온, 습도, 기압, 일산화탄소량, 오존, 자외선을 적어도 포함하는 환경 정보와, 수소 이온 농도, 용존 산소량, 전기 전도도, 총유기 탄소량을 적어도 포함하는 수질 정보를 측정하는 것을 특징으로 하는 수질 개선 장치의 모니터링 시스템. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 모니터링 서버는;
상기 통신 모듈을 통해 상기 센서 모듈들로부터 측정된 수질 및 환경 정보를 수집하는 센서 게이트웨이 및;
상기 센서 게이트웨이로부터 수질 및 환경 정보를 받아서 저장하는 데이터베이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 수질 개선 장치의 모니터링 시스템. - 제 4 항에 있어서,
상기 통신 모듈은 상기 센서 모듈들과 상기 모니터링 서버 간에 유무선 통신망을 통해 데이터 통신이 가능한 USN(Universal Sensor Network) 또는 M2M(Machine-to-Machine) 모뎀으로 구비되는 것을 특징으로 하는 수질 개선 장치의 모니터링 시스템. - 수질 개선 장치의 모니터링 시스템의 처리 방법에 있어서:
상기 수질 개선 장치의 설치 수역에 대한 수질 및 환경 정보를 측정하는 복수 개의 센서 모듈들을 통해 실시간으로 수질 및 환경 정보를 측정하는 단계와;
상기 측정된 수질 및 환경 정보를 유무선 통신망을 통하여 모니터링 서버로 제공하는 단계와;
상기 모니터링 서버에서 수질 및 환경 정보를 수집 및 저장하고, 실시간으로 상기 수질 개선 장치 및 상기 설치 수역의 수질을 모니터링하는 단계와;
모니터링 중 수질 및 환경 정보에서 이상이 발생되면, 상기 모니터링 서버로부터 알람을 발생하는 단계와;
모니터링 중 이상이 없으면, 수질 및 환경 정보를 필요로 하는 적어도 하나의 클라이언트들로부터 수질 및 환경 정보의 요청이 있는지를 판별하는 단계 및;
판별 결과, 상기 클라이언트로부터 수질 및 환경 정보의 요청이 있으면, 상기 클라이언트에 대응되는 상기 수질 개선 장치의 설치 수역에 대한 수질 및 환경 정보를 유무선 통신망을 통해 상기 클라이언트로 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수질 개선 장치의 모니터링 시스템의 처리 방법. - 제 6 항에 있어서,
상기 알람을 발생하는 단계는;
상기 센서 모듈들로부터 측정된 수질 및 환경 정보가 상기 모니터링 서버에 설정된 기준치 이상이지를 판별하고, 상기 기준치 이상이면, 상기 수질 개선 장치 및 상기 센서 모듈들의 이상 여부를 확인하도록 제어하고, 상기 수질 개선 장치 및 상기 센서 모듈들이 정상이면, 수질 경보 기준에 따라 상이하게 알람을 발생하는 것을 특징으로 하는 수질 개선 장치의 모니터링 시스템의 처리 방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 방법은;
상기 알람이 발생되면, 상기 수질 경보 기준에 따라 상기 모니터링 서버로부터 상기 수질 개선 장치로 제어 신호를 전송하여, 상기 수질 개선 장치의 임펠러를 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수질 개선 장치의 모니터링 시스템의 처리 방법. - 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수질 및 환경 정보를 측정하는 단계는;
상기 수질 개선 장치의 상기 설치 수역에 대한 풍향, 풍속, 수온, 습도, 기압, 일산화탄소량, 오존, 자외선을 적어도 포함하는 환경 정보와, 수소 이온 농도, 용존 산소량, 전기 전도도, 총유기 탄소량을 적어도 포함하는 수질 정보를 실시간으로 측정하는 것을 특징으로 하는 수질 개선 장치의 모니터링 시스템의 처리 방법.
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| KR20130046829A KR20140128543A (ko) | 2013-04-26 | 2013-04-26 | 수질 개선 장치의 모니터링 시스템 및 그의 처리 방법 |
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