KR20160121706A - 시설물 안전 관리 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시설물 안전 관리 시스템 및 방법에 관한 것으로 기계간 통신 및 사물 인터넷 기반으로 산업 설비의 안전관리를 위한 안전 감지 장치와, 빅데이터 기반 및 지리정보 기반으로 안전 감지 장치와의 통신을 통해 산업설비의 위험 상황을 모니터링 하는 시설물 안전 관리 서버와, 상기 시설물 안전 관리 서버의 상황을 관리자 및 사용자에게 제공하는 단말기 및 상기 안전 감지 장치와 시설물 안전 관리 서버 사이의 데이터 수집 및 전송을 주관하는 데이터 로거를 포함하는 것을 특징으로 하는 시설물 안전 관리 시스템 및 방법을 제공한다.

Description

시설물 안전 관리 시스템 및 방법{SAFETY SUPERVISION SYSTEM FOR FACILITIES AND SAFETY SUPERVISION METHOD THEREOF}

본 발명은 시설물 안전 관리 시스템 및 방법 관한 것으로, 환경오염 및 안전사고의 위험 요소에 대한 사전 안전관리를 위한 GIS 및 M2M/IoT 기반 실시간 시설물 안전 관리 시스템에 관한 것이다.

최근 산업현장에 설치된 노후화된 설비나 설비 불량으로 인한 화재, 붕괴, 가스누출, 폭발 등 대기환경오염 및 안전사고의 위험 요소가 빈번히 발생하고 있다.

국내에는 위험물질을 취급하는 위험설비나 재난취약 시설에 대한 종합적인 관리 실태와 이들 설비에 대한 구체적인 자료가 체계적으로 전산화되어 있지 않아 위험요인 및 이로 인한 사고 발발 시 이의 확산 현상을 파악하는데 많은 인력과 시간이 소요될 뿐 아니라 이들 위험요인을 제거하거나 개선 또는 이들로 인한 사고 발생 시 이의 확산방지 및 피해 극소화를 위한 활동을 전개하는데도 어려움이 많은 실정이다.

이에 반하여 영국은 대기오염을 감시하기 위한 대규모 무선 센서 네트워크 구축을 위한 3개년 연구 과제를 진행하여 도시의 대기오염에 대한 데이터를 수집하고있다. 이와 같은 대기환경감시 시스템은 이미 선진국에서 상용화되어 현업에서 응용되고 있다. 미국 SAFER사에서는 화학물질 누출사고 시 실시간 응급대응 시스템으로 센서를 이용하여 화학물질의 누출을 감지하고, 부지 기상관측 자료를 수신하여 대기확산 모델링 등의 관리모형을 이용하여 그 피해범위를 예측하고 응급조치를 취하는 실시간 응급대응 시스템을 개발하여 여러 화학공장에서 사용하고 있다.

이와 관련된 기업의 기술을 살펴보면, 와콘 사는 파이프가드 솔루션을 제공하여 감지관의 파손 및 누수 상태를 실시간 측정 및 감시하는 시스템으로서 유지관리를 체계적으로 수행할 수 있다.

코텍사는 누수경보 SMS 자동 통보 시스템을 통해 누수 혹은 침수를 감지하여 사용자 혹은 관리자 등 5명에게 누수경보문자를 자동통보해주는 경보장치의 기술을 제공한다.

하지만, 앞서 서두에 언급한 바와 같이 국내와 같이 노후화된 설비나 설비 불량으로 인한 안전 사고를 사전 예방하거나, 이를 컨트롤 할 수 있는 시스템의 구축이 필요하다.

(특허 문헌 1) 공개 특허 공보 제10-2009-0087372호 (특허 문헌 2) 등록 특허 공보 제10-0788833호 (특허 문헌 3) 등록 특허 공보 제10-0913194호

산업현장의 위험물질을 취급하는 대ㆍ중소기업에서 취약지점을 찾아내어 감지센서를 설치하며, 필요에 의거 3D 또는 2D GIS 기반의 상시 감시시스템으로 위험물질의 유출, 화재 및 폭발 시 위기경보단계를 관리하여 대형사고 확대를 방지하고, 유출사고 발생 시 빠른 상황전파를 하여 기업 및 국가의 인명 및 재산을 보호하기위한 시스템의 구축이 필요한다.

특히, ICT융합기술을 이용한 GIS 및 M2M/IoT 기반 실시간 시설물 안전관리로 재해예방 확보 및 대기환경오염 방지가 절실히 필요하다. 이는 시스템화되어 있지 않은 시설안전관리업무에 의해 산업재해 및 환경오염 발생으로 인한 기업의 생산성 저하 및 주변지역민의 민원이 빈번하게 발생하기 때문이다.

또한, 시설물 센싱정보 수집분석 및 빅데이터 구축으로 산업단지와 주거지역 생활안전 공생을 위한 서비스구현이 필요하다. ICT융합기술물의 고부가 제품 생산 및 수출을 위해서는 관련설비의 재해예방시스템화 구축단계에서 이제는 체계적인 재해관리단계에 많은 투자가 필요하며 관련 설비구축 및 운영관리에 대한 산학연시스템을 연계한 체계적인 운영관리 체계 구축 및 정보의 실시간 수집, 저장, 분석과 효율적인 유지관리를 위한 산업단지와 주거지역 생활안전 공생을 위한 기술개발이 필요하다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 산업현장에 설치된 노후화된 설비 및 신규 설비 불량 등에서 발생할 수 있는 환경오염 및 안전사고의 위험 요소에 대한 사전 안전관리를 위한 GIS 및 M2M/IoT 기반 실시간 시설물 안전관리용 무선 센싱 디바이스 및 안전 모니터링용 서비스 어플리케이션 개발을 통해 산업 시설물의 안전 관리 및 위급 상황 대처를 관리할 수 있는 시설물 안전 관리 시스템 및 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 기계간 통신 및 사물 인터넷 기반으로 산업 설비의 안전관리를 위한 안전 감지 장치와, 빅데이터 기반 및 지리정보 기반으로 안전 감지 장치와의 통신을 통해 산업설비의 위험 상황을 모니터링 하는 시설물 안전 관리 서버와, 상기 시설물 안전 관리 서버의 상황을 관리자 및 사용자에게 제공하는 단말기 및 상기 안전 감지 장치와 시설물 안전 관리 서버 사이의 데이터 수집 및 전송을 주관하는 데이터 로거를 포함하는 것을 특징으로 하는 시설물 안전 관리 시스템을 제공한다.

상기 안전 감지 장치는 사물 지능 통신(M2M/IoT) 기반의 시설물 안전 관리를 위한 다수의 무선 센싱 디바이스부와, 무선 센싱 디바이스부들을 시설물에 각기 고정하기 위한 고정부와, 무선 센싱 디바이스부들에 전원을 인가하기 위한 전원부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 다수의 무선 센싱 디바이스부가 전파 음영 지역에 설치되거나 대단지 시설물의 경우, 상기 다수의 무선 센싱 디바이스부들 간의 통신을 중계하는 통신 중계부을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 다수의 무선 센싱 디바이스부는 상시 또는 외부 신호에 따라 동작하는 다수의 센서 수단과, 센서 수단의 고유 번호를 저장하고 센싱 결과 값을 시간별로 저장하는 센싱 저장 수단과, 센서 수단의 센싱 결과를 고유 번호와 함께 무선으로 전송하고, 외부 센싱 결과를 제공받는 센서 무선 통신 수단과, 센서 수단의 센싱 결과에 따라 알람을 울리는 센서 알람 수단과, 센서수단, 센싱 저장 수단, 무선 통신 수단 및 알람수단을 커버하여 방수 방진 기능을 갖게 하는 센서 커버 수단를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 데이터 로거는 외부에서 원격 설정 및 제어가 가능한 로거 제어부와, 무선 센싱 디바이스부 및 서버와의 통신을 진행하는 로거 통신부와, 전원을 공급하는 로거 전원부와, 동작상황을 표시하는 로거 디스플레이부와, 데이터를 저장하는 로거 메모리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 데이터 로거는 3회의 통신오류가 발생할 경우 자동 재부팅 하는 것을 특징으로 한다.

상기 시설물 관리 서버는 데이터 로거와의 통신을 통해 산업 시설물의 환경 정보를 수집하고, 관련 제어 신호를 전송하는 통신부와, GIS 기반으로 시설물 자료를 조사하고, 통신부를 통해 수집된 센싱 자료를 이용한 빅데이터 분석을 통해 위험을 분석하는 데이터 분석부와, 통신부의 실시간 센싱 자료와 데이터 분석부의 분석 결과를 이용하여 산업 시설물의 안전을 관리하는 안전 관리 모니터부와, 서버의 정보를 저장하는 저장부와, 안전 관리 모니터부의 모니터링 결과를 사용자 단말기와 공유하기 위한 단말 지원부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 통신부는 데이터 로거와 통신을 위한 데이터 통신 수단과, 데이터 로거를 통해 제공된 센서 데이터를 수집하는 인터페이스 수단과, 수집된 센서 데이터를 센서별로 분류하는 데이터 분류 수단과, 다른 서버와의 통신을 위한 서버 통신 수단 및 사용자 단말과의 통신을 위한 사용자 통신 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 데이터 분석부는 산업 시설물 관련 데이터를 분석하는 시설물 분석 수단과, 저장부에 저장된 실시간 센서 데이터를 분석하는 센서 분석 수단과, 시설물 데이터와 센서 데이터를 이용하여 빅데이터 분석을 실시하는 빅데이터 분석 수단과, 빅데이터 분석을 기반으로 위험을 예측 분석하는 위험 예측 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 안전 관리 모니터부는 GIS 기반의 모니터링을 통해 각 무선 센싱 디바이스의 위치에 따른 센서 데이터와 이를 이용한 빅 데이터 분석을 통해, 현재 시설물의 안전 여부를 실시간으로 관리하여 이를 시각화하여 제공하는 실시간 관리 수단과, 위험 발생 감지 수단을 통해 실시간으로 제공된 센서 데이터를 분석하여 사고 또는 위험 발생 여부를 판단하고, 그 판단 결과에 따라 경보 알람을 생성하고, 위험 발생 감지 수단의 동작함으로 인해 데이터 분석부의 위헌 예측 수단의 결과를 안전 관리 모니터부가 가져와 현재 발생된 위험의 향후 확장 범위를 사전에 보여주고, 이에 따른 대처 방안 또한 관리자 또는 사용자 단말에 제공하는 위험발생 감지수단과, 저장된 시설물 데이터 상에 센서 수단의 위치를 표시하고, 센서 수단의 센서 데이터의 이상 유무를 색상으로 표시할 수 있고, 위험 발생 감지 수단에 의해 위험이 감지되는 경우, 위험 발생과 관련된 예측 결과를 시설물 데이터 상에 표시하는 디스플레이 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 시설물 안전 관리 방법에 있어서, 시설물의 각 설비에 무선 센싱 디바이스부를 설치하고, 시설물 관련 빅 데이터를 수집하는 단계와, 수집된 빅 데이터를 분석하여 위험성 평가 및 위험 등급을 분류하는 단계와, 상기 위험성 평가와 위험 등급에 따라 위험 데이터를 예측 분석 저장 하는 단계와, 상기 무선 센싱 디바이스부로 부터 실시간으로 제공된 시설물의 센서 데이터를 분석하여 실시간 관리 결과를 제공하는 단계와, 상기 실시간 제공된 센서 데이터를 분석하여 기 분석된 위험 발생 예측 모델과 유사한 패턴을 갖는 경우 위험 경고를 알리는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시설물 안전 관리 방법을 제공한다.

이와 같이 본 발명은 최신 ICT융합기술을 이용한 GIS 및 M2M/IoT 기술을 활용한 국내최초 실시간 시설물 안전관리시스템의 구축이 가능하고, 스마트한 설비안전관리 빅데이터 분석 시스템 구현으로 효율적인 설비안전관리 운용체제 수립 및 위험성 설비의 안전성 확보 및 환경오염원 방지가 가능하다.

민, 관, 산이 공동으로 시설물을 모니터링 함으로써 민원발생이 감소함으로써 비효율적 업무에 대한 개선으로 상대적인 경제적 개선효과를 기대할 수 있고, 시설물 센싱정보 수집분석 및 빅데이터 구축으로 산업단지와 주거지역 생활안전 공생을 위한 서비스구현이 가능하고, 사업장 측면에서도 무의미한 시간대에 환경시설을 지속운영하던 상황에서 모니터링에 따른 자체 관리기준 이상인 경우에만 환경시설을 가동함으로써 불필요한 에너지 및 시설가동 낭비를 절약하여 경제적으로 효율적인 사업장 관리가 가능할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시설물 안전 관리 시스템의 블록도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 안전 감지 장치의 블록도.
도 3은 센싱 디바이스부의 블록도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 시설물 안전 관리 서버의 블록도.
도 5는 통신부의 블록도.
도 6은 데이터 분석부의 블록도.
도 7은 안전 관리 모니터부의 블록도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 로거의 블록도.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 위험 발생 감지 수단에 의한 위험 발생 감지를 설명하기 위한 개념도.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 시설물 안전 관리 방법을 설명하기 위한 흐름도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

본 명세서에서의 구성부들에 대한 구분은 각 구성부가 담당하는 주기능별로 구분한 것에 불과함을 명확히 하고자 한다. 즉, 이하에서 설명할 2개 이상의 구성부가 하나의 구성부로 합쳐지거나 또는 하나의 구성부가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화되어 구비될 수도 있다. 그리고 이하에서 설명할 구성부 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성부가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성부 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성부에 의해 전담되어 수행될 수도 있음은 물론이다. 따라서, 본 명세서를 통해 설명되는 각 구성부들의 존재 여부는 기능적으로 해석 되어야 할 것이다. 이러한 이유로 본 발명의 시설물 안전 관리 시스템 및 방법은 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 한도 내에서 상이해질 수 있음을 명확히 밝혀둔다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시설물 안전 관리 시스템의 블록도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 안전 감지 장치의 블록도이고, 도 3은 센싱 디바이스부의 블록도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 시설물 안전 관리 서버의 블록도이고, 도 5는 통신부의 블록도이고, 도 6은 데이터 분석부의 블록도이며, 도 7은 안전 관리 모니터부의 블록도이다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 로거의 블록도이다. 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 위험 발생 감지 수단에 의한 위험 발생 감지를 설명하기 위한 개념도이다.

도 1 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 시설물 안전 관리 시스템은 기계간 통신 및 사물 인터넷 기반으로 산업 설비의 안전관리를 위한 안전 감지 장치(100)와, 빅데이터 기반 및 지리정보 기반으로 안전 감지 장치와의 통신을 통해 산업설비의 위험 상황을 모니터링 하는 시설물 안전 관리 서버(200)와, 시설물 안전 관리 서버(200)의 상황을 관리자 및 사용자에게 제공하는 단말기(300)와, 안전 감지 장치(100)와 시설물 안전 관리 서버(200) 사이의 데이터 수집 및 전송을 주관하는 데이터 로거(400)를 포함한다.

안전 감지 장치(100)는 사물 지능 통신(M2M/IoT) 기반의 시설물 안전 관리를 위한 다수의 무선 센싱 디바이스부(110)와, 무선 센싱 디바이스부(110)들을 시설물에 각기 고정하기 위한 고정부(120)와, 무선 센싱 디바이스부(110)들에 전원을 인가하기 위한 전원부(130)를 포함한다.

또한, 대단지 시설물의 경우, 다수의 무선 센싱 디바이스부(110)들 간의 통신을 중계하는 통신 중계부(140)을 더 구비할 수 있다.

다수의 무선 센싱 디바이스부(110)는 상시 또는 외부 신호에 따라 동작하는 다수의 센서 수단(111)과, 센서 수단(111)의 고유 번호를 저장하고 센싱 결과 값을 시간별로 저장하는 센싱 저장 수단(112)과, 센서 수단(111)의 센싱 결과를 고유 번호와 함께 무선으로 전송하고, 외부 센싱 결과를 제공받는 센서 무선 통신 수단(113)을 포함한다.

또한, 센서 수단의 센싱 결과에 따라 알람을 울리는 센서 알람 수단(114)과, 센서수단(111), 센싱 저장 수단(112), 무선 통신 수단(113) 및 알람수단(114)을 커버하여 방수 방진 기능을 갖게 하는 센서 커버 수단(115)를 더 포함할 수 있다.

본 실시예에 따른 센서 수단(111)은 진동 센서, 온도 센서, 누출 감지 센서, 침하 감지 센서, 변형 감지 센서, 부식 감지 센서, 압력 센서, 크랙 감지 센서 및 가속도 센서를 포함하는 것이 효과적이다.

이때, 센서 수단(111)은 상기 센서 각각이 하나의 구성으로 제공되거나 복수의 센서가 결합되어 하나의 센서 수단(111)을 구성할 수 있다.

이와 같은 센서 수단(111)의 센서를 산업 시설물의 위치와 형상 및 구조 그리고 시설물의 역할에 따라 다수개 배치하는 것이 효과적이다.

예를 들어 용접 부위에는 압력이나 크랙 감지 센서 또는 부식 센서를 부착하고, 유체 물질을 저장하는 탱크에는 누출 감지 센서, 압력 센서 및 변형 감지 센서등을 부착할 수 있다. 또한, 화재 발생이 용이한 곳에는 온도 센서, 변형 감지 센서 등을 부착할 수도 있다. 배관의 경우 배관 내부의 압력을 감지하는 압력 센서 및 누출 감지 센서 및 크랙 감지 센서를 부착할 수도 있다.

센싱 저장 수단(112)은 센서 수단(111) 각각에 마련되어 센서 수단(111)의 센싱 결과를 저장한다. 또한, 센서 수단(111) 각각에 대한 고유 번호를 저장하고 있어, 센서 수단(111)의 부착 위치의 확인이 가능할 수 있게 한다.

센서 무선 통신 수단(113) 또한 센서 수단(111) 각각에 마련되어 센서 수단(111)의 센싱 결과와 센서 고유 번호를 외부 데이터 로거(400) 또는 타 센서 수단(111)에 전송하거나, 외부로부터 신호를 제공 받아 무선 센싱 디바이스부(110)를 제어한다.

센서 무선 통신 수단(113)은 외부 신호에 따라 현 상태의 센싱 결과를 제공하거나, 센싱 저장 수단(112)에 저장된 결과 값을 제공할 수 있다. 센서 무선 통신수단(113)은 센서수단(111)의 센싱 결과가 센서수단(111)의 허용범위(정상범위)를 벗어나는 경우에는 위험이 발생한 것으로 인식하여 그 센싱 결과를 외부 데이터 로거(400) 및 주변 센서수단에 그 결과를 전송한다. 이를 통해 주변 센서수단를 동작시켜 시설물의 상황을 다른 센서를 이용하여 자동으로 파악하고, 그 결과를 데이터 로거(400)를 통해 관리 서버(200)에 전송하게 할 수 있다. 이를 통해 센서수단(111)의 동작 전력을 낮출 수 있다.

또한, 외부 신호에 따라 센서수단(111)의 원격 설정 및 제어가 가능하다. 또한, 본 실시예의 센서 무선 통신수단(113)는 와이브로, 와이파이, 지그비, 알에프, 블루투스, 와이맥스, 적외선 통신등의 다양한 형태의 무선 통신이 가능하다. 특히, 디바이스 간의 센서 데이터의 무선 전송 성공율이 95% 이상인 것이 효과적이다. 그리고, RF 전송을 할 경우 그 파워가 10dBm 이상인 것이 효과적이고, 통신 거리 또한 200m 이상인 것이 바람직하다.

센서 알람 수단(114)은 센서 무선 통신 수단(113)에서 위험이 발생한 것으로 인식하여 주변 센서에 센싱 결과를 통지할때, 소리, 빛 등을 통하여 알람을 울리게 하여 주변에 위험을 알린다.

센서 커버 수단(115)은 무선 센싱 디바이스부(110)를 보호하여 외부 충격(물리적, 전기적 충격)이나, 물 또는 먼지등에 의해 센싱 능력이 저하되는 것을 방지한다. 이때, 센서 커버 수단(115)은 센서 무선 통신 수단(113)의 통신 능력을 저하시키지 않는 범위 내의 물질을 사용하는 것이 효과적이다. 이는 본 실시예의 무선 센싱 디바이스부(110)가 산업 시설물에 부착되기 때문에 외부 환경에 의해 쉽게 손상될 수 있기 때문이다.

상기 무선 센싱 디바이스부(110)를 산업 시설물에 부착하기 위한 고정부(120)를 구비하고, 고정부(120)는 부착되는 산업 시설물의 형상에 따라 다양한 구조를 갖는 것이 바람직하다.

전원부(130)로는 무선 센싱 디바이스부(110)에 전원을 공급하기 위한 수단으로 별도의 배터리와 전원 생성 수단을 구비하는 것이 효과적이다. 이때, 전원부(110)는 무선 센싱 디바이스부(110) 또는 센서 수단(110) 각각에 일체로 마련될 수 있다. 전원 생성 수단으로는 태양전지를 사용하는 것이 효과적이다. 물론, 이에 한정되지 않고, 전원부로 배터리만을 사용할 수 있다. 만일 배터리 만을 사용할 경우에는 무선 센싱 디바이스부(110)의 무선 통신 수단(113)을 통해 배터리의 상황을 서버에 전송하여 배터리 교체 시기를 알릴 수도 있다.

본 실시예에서는 무선 센싱 디바이스부(110)가 전파 음영 지역에 설치되는 경우 이의 무선 데이터 통신을 원활하게 하게 하기 위한 통신 중계부(140)를 더 포함할 수 있다.

통신 중계부(140)는 주변의 무선 센싱 디바이스부(110)의 무선 통신 데이터를 수집하여 이를 증폭 및 노이즈를 제거한 다음 데이터 로거(400) 또는 주변 다른 무선 센싱 디바이스부(110)에 전송한다.

본 실시예의 데이터 로거(400)는 산업 시설물에 설치된 무선 센싱 디바이스부(110)들의 센싱 결과값을 수집하여 시설물 안전 관리 서버(200)에 제공하고, 시설물 안전 관리 서버(200)로부터 받은 제어 신호를 무선 센싱 디바이스부(110)에 제공한다.

데이터 로거(400)는 외부에서 원격 설정 및 제어가 가능한 로거 제어부(410)와, 무선 센싱 디바이스부(110) 및 서버(200)와의 통신을 진행하는 로거 통신부(420)와, 전원을 공급하는 로거 전원부(430)와, 동작상황을 표시하는 로거 디스플레이부(440)와, 데이터를 저장하는 로거 메모리부(450)를 포함한다.

로거 제어부(410)는 데이터 로거(400)의 동작 환경 및 파라미터에 관한 설정을 통해 전체적인 동작을 제어한다. 로거 제어부(410)는 통장 상황을 검토하여 통신이 불가능한 경우 즉, 통신 실패가 3회 발생한 경우 자동 재부팅 기능을 수행한다. 이는 일반적인 오류에 의해 통신 실패가 발생할 수 있기 때문에 최소 3회 오류 일 경우 자동 재부팅 기능을 갖는 것이 효과적이다.

로거 통신부(420)는 유/무선 인터넷을 통해 센서 데이터의 송수신 및 측정 간격 및 전송 주기등의 설정이 가능하다. 또한, 데이터의 광대역 전송이 가능하여 원활한 통신이 가능하다. 로거 통신부(420)는 모드버스(MODBUS) TCP 프로토콜을 통해 동작하는 것이 효과적이다.

로거 디스플레이부(440)는 센서 측정 데이터의 연월일, 시간 및 전압등을 표시하고, 이를 LCD 상에 표시하는 것이 효과적이다. 물론 LCD에 한정되지 않고, 다양한 표시 장치를 사용할 수 있다. 또한, 저전력 구현을 위해 일정 시간 사용하지 않을 경우 로거 디스플레이부(440)를 오프할 수 있다.

로거 전원부(430)는 상시 전원과 보조 전원을 구비하는 것이 효과적이다. 이때, 상시 전원을 외부 전원과 연결되어 있고, 보조 전원은 배터리를 사용하는 것이 바람직하다.

로거 메모리부(450)는 전원 차단 등에 의해 데이터의 보존이 가능한 비휘발성 메모리를 사용하는 것이 바람직하고, 통신 불량시 센싱 데이터의 백업을 할 수 있는 것이 효과적이다. 그리고, 저장된 데이터의 공유가 가능한 것이 효과적이다.

시설물 관리 서버(200)는 데이터 로거(400)와의 통신을 통해 산업 시설물의 환경 정보를 수집하고, 관련 제어 신호를 전송하는 통신부(210)와, GIS 기반으로 시설물 자료를 조사하고, 통신부(210)를 통해 수집된 센싱 자료를 이용한 빅데이터 분석을 통해 위험을 분석하는 데이터 분석부(220)와, 통신부(210)의 실시간 센싱 자료와 데이터 분석부(220)의 분석 결과를 이용하여 산업 시설물의 안전을 관리하는 안전 관리 모니터부(230)와, 서버의 정보를 저장하는 저장부(240)와, 안전 관리 모니터부(230)의 모니터링 결과를 사용자 단말기(300)와 공유하기 위한 단말 지원부(250)를 포함한다.

통신부(210)는 데이터 로거(400)와 통신을 위한 데이터 통신 수단(211)과, 데이터 로거(400)를 통해 제공된 센서 데이터를 수집하는 인터페이스 수단(212)과, 수집된 센서 데이터를 센서별로 분류하는 데이터 분류 수단(213)을 포함한다. 또한, 통신부(210)는 도시되지 않았지만, 다른 서버와의 통신을 위한 서버 통신 수단 및 사용자 단말과의 통신을 위한 사용자 통신 수단을 더 구비한다.

인터페이스 수단(212)은 데이터 로거(400)를 통해 전송되는 센서 데이터는 각 센서마다 그 값이 다양하고 상이하다. 따라서, 인터페이스 수단(212)을 통해 각 센서마다의 고유한 값들에 맞게 커스터마이징 하여 데이터를 제공 받는 것이 효과적이다.

이후, 이와 같이 수집된 센서 데이터를 데이터 분류 수단(213)에 의해 각 센서마다 분류하여 서버의 저장부(240)에 저장한다. 이때, 센서 데이터는 각 센서의 고유 정보가 포함되어 있기 때문에 센서의 위치를 정확하게 알 수 있다.

데이터 분석부(220)는 산업 시설물 관련 데이터를 분석하는 시설물 분석 수단(221)과, 저장부(240)에 저장된 실시간 센서 데이터를 분석하는 센서 분석 수단(222)과, 시설물 데이터와 센서 데이터를 이용하여 빅데이터 분석을 실시하는 빅데이터 분석 수단(223)과, 빅데이터 분석을 기반으로 위험을 예측 분석하는 위험 예측 수단(224)을 포함한다.

시설물 분석 수단(221)은 무선 센싱 디바이스부(110)가 설치된 시설물과 관련된 다양한 정보를 저장 분석한다. 센서 분석 수단(222)은 무선 센싱 디바이스부(110)로부터의 센서 데이터를 저장하고 분석한다.

빅 데이터 분석 수단(223)은 시설물에 대한 센서 데이터의 변화를 일별, 시간별, 장소별 또는 시설물의 설비별 정보를 집계하고, 이를 갱신하고, 건전성 및 위험성을 평가 분석한 다음 위험 등급별 분석을 실시하고, 이에 따른 위험도와 위험 발생시의 피해 정도 및 센서 데이터의 정도를 분석 저장한다. 또한, 빅 데이터 분석 수단(223)은 시설물의 안전 관리를 위한 항목을 시설물의 설비별로 추출하고 이를 각기 분석할 수도 있다.

시설물 자료 조사와 분석을 위해 유사 시설물과 관련된 사례 데이터를 구비하고, 실질 시설물에 관한 데이터를 수집하며, 안전 관리 항목을 추출하고, 분석한다. 또한, 안전 관리를 위한 빅 데이터 항목을 정의한다.

빅 데이터 분석 수단(223)은 수집된 센서 데이터의 결과에 의해 실시간으로 업데이트 되는 것이 가능하다.

위험 예측 수단(224)은 실시간으로 제공되는 센서 데이터를 빅데이터 분석 수단 결과에 대비하여 센서 데이터의 변화에 따른 위험을 사전에 수시로 예측하고, 예측에 따른 경고를 발생시킬 수 있다. 또한, 위험 예측 수단(224)은 빅 데이터 분석 수단(223)을 바탕으로 위험 예측 모델링과 재해 대체 모델링을 실시하여 위험을 대체할 수 있는 최적의 방안을 제공할 수 있다. 위험 예측 수단(224)은 위험 등급별 분류에 따른 위험도 예측도 가능하다. 또한, 센싱된 데이터와 모델링된 데이터의 상호 분석을 통하여서도 위험도 예측이 가능하다.

안전 관리 모니터부(230)는 실시간 관리 수단(231)을 통해 GIS 기반의 모니터링을 통해 각 무선 센싱 디바이스의 위치에 따른 센서 데이터와 이를 이용한 빅 데이터 분석을 통해, 현재 시설물의 안전 여부를 실시간으로 관리하여 이를 시각화하여 제공한다. 즉, 시설물 현장의 상태에 대한 이상 여부를 확인 및 조치한다.

안전 관리 모니터부(230)는 도 9에 도시된 바와 같이 위험 발생 감지 수단(232)을 통해 실시간으로 제공된 센서 데이터를 분석하여 사고 또는 위험 발생 여부를 판단하고, 그 판단 결과에 따라 경보 알람을 생성할 수 있다. 또한, 위험 발생 감지 수단(232)의 동작함으로 인해 데이터 분석부(220)의 위험 예측 수단(224)의 결과를 안전 관리 모니터부(230)가 가져와 현재 발생된 위험의 향후 확장 범위를 사전에 보여주고, 이에 따른 대처 방안 또한 관리자 또는 사용자 단말에 제공한다.

안전 관리 모니터부(230)는 디스플레이 수단(233)을 통해 저장된 시설물 데이터 상에 센서 수단의 위치를 표시하고, 센서 수단의 센서 데이터의 이상 유무를 색상으로 표시할 수 있고, 위험 발생 감지 수단(232)에 의해 위험이 감지되는 경우, 위험 발생과 관련된 예측 결과를 시설물 데이터 상에 표시할 수 있다.

저장부(240)는 통신부(210), 데이터 분석부(220) 및 안전 관리 모니터부(230) 그리고, 단말지원부(250)의 데이터를 저장하고, 이를 필요시에 제공한다.

단말 지원부(250)는 관리자 또는 사용자 단말기(300)에 안전 관리 모니터부(230)의 관리 결과를 실시간으로 제공하는 것으로, 단말기(300)에서 동작하기 위한 어플리케이션을 제공하는 어플리케이션 제공부를 구비한다. 이 어플리케이션을 통해 단말 지원부(250)는 환경 즉, 시설물의 안전 감시 결과를 제공하고, 재난 상황의 전파 및 위험 발생 예상도 등 안전 관리 모니터부(230)에 의해 생성된 자료를 시각화하여 제공한다.

단말기(300)는 다양한 형태의 유/무선 단말기를 사용할 수 있다. 바람직하게는 스마트 장치를 사용하는 것이 효과적이다. 이를 통해 단말 지원부(250)의 어플리케이션을 인스톨하여 실시간으로 시설물의 안전 결과를 제공 받고, 사고 발생시 이를 확인할 수 있고, 사고의 대처 방향도 알 수 있게 된다.

본 실시예의 안전 관리 시스템은 제철소 CO가스 배관 및 이음새 안전관리 모니터링에 적용 가능하고, 유해가스 운반차량 배관 및 이음새 안전관리 모니터링에 적용 가능하며, 유독물 저장창고 탱크 및 배관 안전관리 모니터링에 적용 가능하고, 반도체 설비 유해물질 운반 배관 및 저장설비 안전관리 모니터링에 적용에 가능하고, 도시가스 및 주유소 설비 안전관리 모니터링에 적용에 가능하며, 각종 산업단지 및 건물 시설 실시간 안전관리 모니터링 사업에 적용 가능하다.

하기에서는 상술한 구성의 시설물 안전 관리 시스템을 이용한 안전 관리 방법을 제공한다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 시설물 안전 관리 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 10에 도시된 바와 같이 시설물의 각 설비에 무선 센싱 디바이스부를 설치하고, 시설물 관련 빅 데이터를 수집한다(S110).

정형/비정형 데이터를 수집한다. 또한, 센서 데이터 즉, 진동, 침하, 누출, 변형, 부식, 압력, 크랙, 온도와 같은 환경 센서 정보 및 시설물과 관련된 정보 및 유사 시설물에서 발생되었던 위험 정보 등을 수집한다.

수집된 빅 데이터를 분석하여 위험성 평가 및 위험 등급을 분류한다(S120).

일별 센서 정보, 설비별 셀서정보 및 집계 정보 이력을 갱신하는 작업을 통해 건전성 및 위험성을 평가하고, 이를 바탕으로 위험 등급을 분석한다.

위험성 평가와 위험 등급에 따라 위험 데이터를 예측 분석한다(S130).

즉, 위험 발생 예측 모델링, 재해 대처 모델링 및 위험 예보와 대체 방법을 생성하고, 이를 분석한다.

실시간으로 제공된 시설물의 센서 데이터를 분석하여 실시간 관리 결과를 제공한다(S140).

이때, 실시간 제공된 센서 데이터가 분석된 위험 발생 예측 모델과 유사한 패턴을 갖는 경우 위험 경고를 알리게 된다(S150, S160).

상술한 바와 같은 시스템과 방법을 통해 산업단지 조성 및 사업장 조성 시 본 개발 시스템 도입으로 민, 관에 명확히 공개함으로써, NIMBY현상을 해소할 수 있다. 또한, 현재 운영중인 국내의 산업단지와 석유화학, 제철, 조선소 등 대규모 사업장을 포함하여 관리대상의 사업장이 다양화될 수 있다. 또한, 민, 관, 산이 공동으로 모니터링 함으로써 민원발생이 감소함으로써 비효율적 업무에 대한 개선으로 상대적인 경제적 개선효과를 기대할 수 있다. 시설물 센싱정보 수집분석 및 빅데이터 구축으로 산업단지와 주거지역 생활안전 공생을 위한 서비스구현이 가능하다. 사업장 측면에서도 무의미한 시간대에 환경시설을 지속 운영하던 상황에서 모니터링에 따른 자체 관리기준 이상인 경우에만 환경시설을 가동함으로써 불필요한 에너지 및 시설가동 낭비를 절약하여 경제적으로 효율적인 사업장 관리가 가능하게 된다.

이상, 본 발명에 대하여 전술한 실시예들 및 첨부된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명이 다양하게 변형 및 수정될 수 있음을 알 수 있을 것이다.

100: 안전 감지 장치 110: 무선 센싱 디바이스부
111: 센서 수단 112: 센싱 저장 수단
113: 센서 무선 통신 수단 114: 센서 알람 수단
115: 센서 커버 수단 200: 시설물 안전 관리 서버
210: 통신부 211: 데이터 통신 수단
212: 인터페이스 수단 213: 데이터 분류 수단
220: 데이터 분석부 221: 시설물 분석 수단
222: 센서 분석 수단 223: 빅데이터 분석 수단
224: 위험 예측 수단 230: 안전 관리 모니터부
231: 실시간 관리 수단 232: 위험 발생 감지 수단
233: 디스플레이 수단 300: 단말기
400: 데이터 로거

Claims (11)

1. 기계간 통신 및 사물 인터넷 기반으로 산업 설비의 안전관리를 위한 안전 감지 장치;
   빅데이터 기반 및 지리정보 기반으로 안전 감지 장치와의 통신을 통해 산업설비의 위험 상황을 모니터링 하는 시설물 안전 관리 서버;
   상기 시설물 안전 관리 서버의 상황을 관리자 및 사용자에게 제공하는 단말기; 및
   상기 안전 감지 장치와 시설물 안전 관리 서버 사이의 데이터 수집 및 전송을 주관하는 데이터 로거를 포함하는 것을 특징으로 하는 시설물 안전 관리 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 안전 감지 장치는 사물 지능 통신(M2M/IoT) 기반의 시설물 안전 관리를 위한 다수의 무선 센싱 디바이스부와, 무선 센싱 디바이스부들을 시설물에 각기 고정하기 위한 고정부와, 무선 센싱 디바이스부들에 전원을 인가하기 위한 전원부를 포함하는 것을 특징으로 하는 시설물 안전 관리 시스템.
3. 제2항에 있어서,
   상기 다수의 무선 센싱 디바이스부가 전파 음영 지역에 설치되거나 대단지 시설물의 경우, 상기 다수의 무선 센싱 디바이스부들 간의 통신을 중계하는 통신 중계부을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시설물 안전 관리 시스템.
4. 제2항에 있어서,
   상기 다수의 무선 센싱 디바이스부는 상시 또는 외부 신호에 따라 동작하는 다수의 센서 수단과, 센서 수단의 고유 번호를 저장하고 센싱 결과 값을 시간별로 저장하는 센싱 저장 수단과, 센서 수단의 센싱 결과를 고유 번호와 함께 무선으로 전송하고, 외부 센싱 결과를 제공받는 센서 무선 통신 수단과, 센서 수단의 센싱 결과에 따라 알람을 울리는 센서 알람 수단과, 센서수단, 센싱 저장 수단, 무선 통신 수단 및 알람수단을 커버하여 방수 방진 기능을 갖게 하는 센서 커버 수단를 포함하는 것을 특징으로 하는 시설물 안전 관리 시스템.
5. 제1항에 있어서,
   상기 데이터 로거는 외부에서 원격 설정 및 제어가 가능한 로거 제어부와, 무선 센싱 디바이스부 및 서버와의 통신을 진행하는 로거 통신부와, 전원을 공급하는 로거 전원부와, 동작상황을 표시하는 로거 디스플레이부와, 데이터를 저장하는 로거 메모리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 시설물 안전 관리 시스템.
6. 제5항에 있어서,
   상기 데이터 로거는 3회의 통신오류가 발생할 경우 자동 재부팅 하는 것을 특징으로 하는 시설물 안전 관리 시스템.
7. 제1항에 있어서,
   상기 시설물 관리 서버는 데이터 로거와의 통신을 통해 산업 시설물의 환경 정보를 수집하고, 관련 제어 신호를 전송하는 통신부와, GIS 기반으로 시설물 자료를 조사하고, 통신부를 통해 수집된 센싱 자료를 이용한 빅데이터 분석을 통해 위험을 분석하는 데이터 분석부와, 통신부의 실시간 센싱 자료와 데이터 분석부의 분석 결과를 이용하여 산업 시설물의 안전을 관리하는 안전 관리 모니터부와, 서버의 정보를 저장하는 저장부와, 안전 관리 모니터부의 모니터링 결과를 사용자 단말기와 공유하기 위한 단말 지원부를 포함하는 것을 특징으로 하는 시설물 안전 관리 시스템.
8. 제7항에 있어서,
   상기 통신부는 데이터 로거와 통신을 위한 데이터 통신 수단과, 데이터 로거를 통해 제공된 센서 데이터를 수집하는 인터페이스 수단과, 수집된 센서 데이터를 센서별로 분류하는 데이터 분류 수단과, 다른 서버와의 통신을 위한 서버 통신 수단 및 사용자 단말과의 통신을 위한 사용자 통신 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 시설물 안전 관리 시스템.
9. 제7항에 있어서,
   상기 데이터 분석부는 산업 시설물 관련 데이터를 분석하는 시설물 분석 수단과, 저장부에 저장된 실시간 센서 데이터를 분석하는 센서 분석 수단과, 시설물 데이터와 센서 데이터를 이용하여 빅데이터 분석을 실시하는 빅데이터 분석 수단과, 빅데이터 분석을 기반으로 위험을 예측 분석하는 위험 예측 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 시설물 안전 관리 시스템.
10. 제7항에 있어서,
    상기 안전 관리 모니터부는 GIS 기반의 모니터링을 통해 각 무선 센싱 디바이스의 위치에 따른 센서 데이터와 이를 이용한 빅 데이터 분석을 통해, 현재 시설물의 안전 여부를 실시간으로 관리하여 이를 시각화하여 제공하는 실시간 관리 수단과, 위험 발생 감지 수단을 통해 실시간으로 제공된 센서 데이터를 분석하여 사고 또는 위험 발생 여부를 판단하고, 그 판단 결과에 따라 경보 알람을 생성하고, 위험 발생 감지 수단의 동작함으로 인해 데이터 분석부의 위헌 예측 수단의 결과를 안전 관리 모니터부가 가져와 현재 발생된 위험의 향후 확장 범위를 사전에 보여주고, 이에 따른 대처 방안 또한 관리자 또는 사용자 단말에 제공하는 위험발생 감지수단과, 저장된 시설물 데이터 상에 센서 수단의 위치를 표시하고, 센서 수단의 센서 데이터의 이상 유무를 색상으로 표시할 수 있고, 위험 발생 감지 수단에 의해 위험이 감지되는 경우, 위험 발생과 관련된 예측 결과를 시설물 데이터 상에 표시하는 디스플레이 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 시설물 안전 관리 시스템.
    
11. 시설물 안전 관리 방법에 있어서,
    시설물의 각 설비에 무선 센싱 디바이스부를 설치하고, 시설물 관련 빅 데이터를 수집하는 단계;
    수집된 빅 데이터를 분석하여 위험성 평가 및 위험 등급을 분류하는 단계;
    상기 위험성 평가와 위험 등급에 따라 위험 데이터를 예측 분석 저장 하는 단계;
    상기 무선 센싱 디바이스부로 부터 실시간으로 제공된 시설물의 센서 데이터를 분석하여 실시간 관리 결과를 제공하는 단계; 및
    상기 실시간 제공된 센서 데이터를 분석하여 기 분석된 위험 발생 예측 모델과 유사한 패턴을 갖는 경우 위험 경고를 알리는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시설물 안전 관리 방법.

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