KR20170024300A - 드론을 이용한 이동식 다중 대기 측정장치 및 그의 측정방법 - Google Patents

드론을 이용한 이동식 다중 대기 측정장치 및 그의 측정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무인 비행체인 드론을 이용한 이동식 공기질 측정장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 사람이 접근하기 어려운 높은 건물이나 굴뚝의 대기질을 측정할 때 측정지역에 측정자가 직접 접근하지 않고 무인 비행체(Drone)를 측정지역에 접근시켜 대기질을 정확하고 신속하게 측정하여 이동 및 휴대가 간편하며 휴대폰의 어플리케이션과 연계하여 실시간으로 확인할 수 있으므로 수 있는 무인 비행체인 드론을 이용한 이동식 공기질 측정장치에 관한 것이다

Description

드론을 이용한 이동식 다중 대기 측정장치 및 그의 측정방법{ Mobile multi-air quality measurement system using a drone }
본 발명은 무인 비행체인 드론을 이용한 이동식 다중 대기 측정장치 및 그의 측정방법 에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 사람이 접근하기 어려운 오염 지역이나 높은 지역의 대기질을 측정할 때 측정지역에 측정자가 직접 접근하지 않고 무인 비행체(Drone)를 측정지역에 접근시켜 대기질을 정확하고 신속하게 측정하여 이동 및 휴대가 간편하며 휴대폰의 어플리케이션과 연계하여 실시간으로 확인할 수 있으므로 수 있는 무인 비행체인 드론을 이용한 이동식 다중 대기 측정장치 및 그의 측정방법 에 관한 것이다.
경제가 발전함에 따라 생활수준이 점점 향상됨에 따라 대기질 등에 대한 관심도 증가하여, 보다 쾌적하고 깨끗한 공기를 원하는 시대가 되었다.
최근의 주택은 인간의 삶의 질적 향상을 추구하기 위해 끊임없이 다양한 기능을 적용하면서
개량되고 있는 것으로 단순한 특히 아파트와 같은 밀집형 건물에는 도시 환경의 악화로 인해, 공기의 질이 매우 저하되고 있는 실정이다.
특히, 어린이집이나, 학교, 지하터미널, 지하쇼핑센터 또는 지하철 역사 등과 같은 특수한 공간의 경우, 한정된 공간 내에 많은 사람들이 운집되어 있고 다른 공간에 비하여 발생된 오염물질이 공간 내부에 그대로 정체되어 있을 가능성이 높기 때문에 이용자의 건강 및 편의를 위하여 공기질을 실시간으로 감시하여 보다 정확하고 간편하게 공기질을 진단하고, 이를 신속히 개선할 수 있는 기술의 개발이 요구된다.
또한, 근래의 여러 화학물질 누출 사고들로 인해 이를 조기 경보를 활용하는 측정 감시기술의 중요성이 증대되고, 화학물질의 사고 시 오염특정지역의 조기 접근이 불가능하여 오염원의 정확한 측정이 이루어지지 않는 경우가 많다. 이는 빗물 등에 의하여 2차오염인 토양 및 수질의 오염으로 확산 되며 나아가선 인간 및 동식물의 3차오염으로 확대된다. 이러한 재해를 막기 위해서는 보다 정확하며 신속한 대기질의 측정이 요구되고 있다.
특허문헌
(특허문헌 0001) 대한민국 등록특허 제10-1256381호(등록일자 2013년 04월 15일)
(특허문헌 0002) 대한민국 등록특허 제10-1229451호(등록일자 2013년 01월 29일)
이와 같이 기존의 자동 대기측정장치는 수입산에 의존하였고, 높은 가격과 크기로 이동이 불편한 곳에는 사용하기에 어려운 문제점을 갖고 있었다.
그리고 각종 환경 오염기계장치나 자동차 등에서 배출되는 공기에 함유되는 각종 미세 먼지 및 이물질로 인해 건강을 위협하는 문제 등으로 인해 최근에는 실외는 물론 실내에도 공기청정기가 출시되어 판매중이나, 공기청정기만으로는 대기질이 원하는 만큼 개선되지 않는 문제점이 있다.
대기속의 오염물질의 양과 농도 변화를 측정하고 이를 종합하여 실시간 오염도를 파악하는 것은 복잡하고 어려운 과정에 속하며, 다양한 상관관계를 가지고 있는 공정변수들로 이루어진 대기질을 정확하고 간편하게 진단하는 것은 쉽지 않다는 문제점이 있었다.
일반적으로 대기측정을 하기 위한 방법은 대상 대기를 직접 채취하는 방법이 가장 많이 사용된다. 이 방법은 유해 가스가 있는 장소에 가스 포집장치를 설치하고 일정한 시간동안 포집한 후 실험실로 이동하여 측정하는 방법으로, 오염지역에 측정자가 노출되어야 하는 문제점과 시료채취 지역의 한계성 있어 시료의 정확도와 대표성에도 문제가 되어왔다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명에서는 대기 오염도 측정시 보다 광역적인 요소와 지역적인 요소를 접목하여 드론을 이용 보다 정확한 장소와 지점으로 이동하여 이를 실시간으로 측정 및 스마트폰의 어플리케이션에 전송하여 실시간 모니터링 할 수 있도록 하였다.
또한, 스마트폰 어플리케이션에 대기 오염시 대처방안을 보여줌으로써 신속하고 정확하게 대응 하여 피해를 최소화 할 수 있도록 하였다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 대기질을 측정할시 위험지역이나 이동이 어려운 곳의 대기질을 측정하며, 소형으로 이동 및 휴대가 간편하며 스마트폰의 어플리케이션과 연계하여 실시간으로 측정 및 모니터링을 할 수 있어 인력 및 측정비용을 감소시키며, 장치의 경제성 향상을 제공함에 목적이 있는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 구체적인 수단으로는, 마이크로 크기의 온도 및 습도 센서, 이산화탄소(CO2), 이산화황 (SO2), 일산화탄소 (CO), 이산화질소 (NO2), 오존 (O3), 미세먼지(particulate matter 10, 2.5), 방사능(radioactive)을 감지하는 센서를 메인보드에 결합하여 대기의 오염도를 측정하며 정보의 전달을 위한 GPS (Global positioning system)을 탑지하여 휴대폰의 어플리케이션과 연계하여 실시간으로 대기의 오염도를 측정할 수 있도록 하였다.
또한, 상기의 제품을 드론에 연결시켜 이동이 어려운 장소인 해안 및 오염이 높은 곳(방사능 오염지역 등)에 투입하여 대기의 오염도를 측정할 수 있게 하였다.
따라서, 사람이 측정할 수 없는 높은 굴뚝이나 높은 지대의 대기오염도의 측정을 보다 쉽게 하기 위해 본 연구는 드론을 이용하여 실시간 및 간편하게 대기질 데이터를 휴대폰의 어플리케이션에 연계하여 한눈에 알아볼 수 있도록 하였다.
이상의 설명에서와 같이, 본 발명에 따른 드론을 이용한 이동식 다중 대기측정장치는 이동이 어려운 장소인 해안 및 오염이 높은 지역(화학물질 사고지역, 방사능 오염지역 등)에 투입하여 대기의 오염도를 측정할 수 있는 효과를 가지며, 측정장비의 소형화와 측정항목의 다양화로 안전도 및 측정비용을 절감 시킬 수 있다.
또한, 드론을 이용하여 대기질을 실시간으로 측정하여, 무선통신을 통해 대기질 데이터를 전송하여, 휴대폰의 어플리케이션으로 확인 하도록 함으로서 측정 지역의 유해가스 성분과 농도를 정확하게 분석할 수 있는 효과로 조기 대처를 가능하게 하고, 대기오염 사고 시 정확하고 신속한 대처 방법을 전달함으로써 피해를 최소화 할 수 있다.
따라서 측정자가 유해 가스에 노출되지 않고 피측정 지역의 유해 가스를 넓은 측정지역에 걸쳐 측정하여 정확도를 높일 수 있고 이에 따른 신속하고 정확한 대응방안을 마련할 수 있다.
도 1은 본 발명의 드론을 이용한 이동식 다중 대기 측정장치의 전체 개요도
도 2는 본 발명의 다중 대기 측정장치의 전체배치도
본 발명의 실시예들은 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안된다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 통해서 본 발명을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
[ 실시예 1] 드론을 이용한 이동식 다중 대기 측정장치
도 1은 본 발명의 드론을 이용한 이동식 다중 대기 측정장치의 전체 개요도를 나타내는 것으로, 오염된 지역의 대기질 측정시 무인비행체인 드론(100)은 드론 몸체(10)를 중심으로 상부의 외각에 드론 날개(11)를 구성하며, 드롬 몸체(10) 하부의 외각에 드론 지지대(12)를 포함하여 구성되며,
상기 무인비행체인 드론(100)은 상기와 도 1과 같이 구성된 다중 대기 측정장치(20)를 이용하는 것으로, 상기 다중 대기 측정장치(20)를 드론 몸체(10) 하부에 측정장치 지지대(21)에 장착 및 탑제하여 오염지역에 즉각 투입되며, 다중 대기 측정장치(20)는 광범위한 오염지역의 여러 항목의 대기질을 측정하게 설치되었다.
도 2는 본 발명의 다중 대기 측정장치의 전체배치도를 나타낸 것으로, 상기 도 1과 같이, 무인 비행체인 드론(100)을 이용하여 드론 몸체(10)하부에 측정장치 지지대(21)에 의하여 장착되는 다중 대기 측정장치(20)의 구성은 USB(1), DC변압기(2), 미세먼지 측정센서(3), 리튬베터리(4)와 타이머(5-1), GPS(5-2)를 포함하는 메인보드(5), 이산화탄소(CO2)측정센서(6-1), 이산화황(SO2)측정센서(6-2), 오존(O3)측정센서(6-3), 일산화 탄소와 이산화질소(CO& NO2)측정센서(6-4), 방사능측정센서(6-5), 온도 및 습도측정센서(6-6)를 포함하는 센서부(6)로 구성된다.
상기 도 2의 다중 대기 측정장치(20)를 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
상기 다중 대기 측정장치(20)는 내부에 포함된 대기질 측정시 대기 속에 포함된 각종 유해가스와 함유량을 측정하기 위하여 이산화탄소 측정센서(6-1), 이산화황 측정센서(6-2), 일산화 탄소와 이산화질소 측정센서(6-4), 오존 측정센서(6-3), 방사능 측정센서(6-5), 온도 및 습도측정센서(6-6)가 장착된 여러 측정센서들로 구성된 검출 센서부(6)와 미세먼지 측정센서(3)를 포함하며,
상기 센서부(6)를 통하여 측정된 데이터 값과 미세먼지 측정센서(3)를 통해 측정된 대기질 데이터 값은 메인보드(5)의 대기질 판단모듈을 통해 판단하여 자체 저장과 동시에 스마트폰 어플리케이션에 전달하기 위하여 통신장비인 GPS(5-2)와 연계한다.
상기 통신장비인 GPS(5-2)는 측정시간, 측정장소, 측정값에 대한 정보를 전송하는 메인보드(5)의 타이머(5-1)로 이루어지며,
상기 DC변압기(2)는 센서들 간의 서로 다른 전력 요구량을 하나의 저력으로 통합하여 미세먼지 측정센서(3)와 메인보드(5)와 센서부(6)에 전달하여 효율성을 더하였다.
상기 DC변압기(2)의 전력을 전달하기 위해 설치된 대용량 리튬베터리(4)를 설치하여 작동 전력에 문제가 없게 하였다.
상기에서 전달된 측정값은 스마트폰 어플리케이션을 통하여 실시간 모티터링 된다.
상기 미세먼지 측정센서(3)와 센서부(6)를 통하여 측정된 데이터 값을 메인보드(5)의 대기질 판단모듈을 통해 전송시, 데이터 값의 전송에러 및 여러 비상상황시를 대비하여 데이터 값을 자체 저장하도록 설치된 USB(1);를 포함하는 것을 특징으로 하는 드론을 이용한 이동식 다중 대기 측정장치를 제공하고자 한다.
상기 미세먼지 측정센서(3)의 경우 가로 59 세로 45 크기의 마이크로단위의 소규모 센서로 광학 산란법에 의해 공기속의 입자를 검출하며, 펄스의 출력은 입자의 농도에 비례한다는 원리에 입각하여 본래의 미세먼지센서와 비슷한 방법으로 측정하여 GPS를 통해 미세먼지 정보를 스마트 어플리케이션에 전송한다.
상기 이산화탄소 측정센서(6-1)는 가로 20mm 세로 23mm의 마이크로 센서로 이산화탄소를 효과적으로 측정할수 있으며, 측정 범위는 0-2,000 ppm으로 오차는 5%내외이다. 이 센서는 고체전해질로 표면이 이루어져 있으며 금전극과, 백금리드와 히터, 자기튜브, 니켈과 구리합급링으로 이루어진다.
상기 이산화황 측정센서(6-2)는 가로 20mm 세로 21mm의 마이크로 센서로 측정범위는 0-20 ppm 이며 장시간 사용할 수 있는 장점을 가지며 높은 온도 및 높은 습도에도 적용이 가능하다.
상기 오존 측정센서(6-3)는 가스형 마이크로 센서이며 가로 9.4mm 세로 14mm로 이루어져있으며 10-1000 ppb의 오존농도측정이 가능하며 탈착이 간편하고 편차가 큰 온도 및 습도에 적용가능하다.
상기 일산화 탄소와 이산화질소 측정센서(6-4)의 측정범위는 일산화탄소 1-1000ppm 이며, 이산화질소 0.05-5 ppm 이다.
상기 방사능 측정센서(6-5)는 가로 111 mm 세로 11 mm의 관으로 이루어져 있으며 이온화된 방사선의 밀도차이 및 전자기파의 이동차이를 이용하여 알파선, 베타선, 감마선의 방사선을 측정한다.
상기 미세먼지 측정센서(3)와 센서부(6)에서 수집한 정보를 GPS(5-2)를 통해 근거리통신 즉 블루투스나 와이파이를 이용하여 데이터 이송시켜 스마트폰의 대기측정 어플리케이션에 전달하여 정보를 제공한다.
또한, 상기 타임머(5-1)는 대기 측정시간을 제공한다.
DC변압기(2)는 서로 다른 센서의 전압을 하나의 전압으로 일치시켜 전류의 사용을 용이하게 한다.
또한, 상기 미세먼지 측정센서(3)와 센서부(6)를 통하여 측정된 데이터 값을 메인보드(5)의 대기질 판단모듈을 통해 전송 시, 데이터 값의 전송에러 및 여러 비상상황시를 대비하여 데이터 값을 자체 저장하도록 USB플러그(1)를 만들어 대기측정정보를 편리하게 컴퓨터에 저장할 수 있다.
상기와 같이 다중 대기 측정장치(20)가 설치된 무인비행체인 드론(100)을 이용하여 대기질을 실시간으로 측정하여 무선통신을 통해 대기질 데이터를 전송하여 휴대폰의 어플리케이션으로 확인 하도록 함으로서, 측정 지역의 유해가스 성분과 농도를 정확하게 분석할 수 있는 효과를 가진다.
[ 실시예 2] 드론을 이용한 이동식 다중 대기 측정장치에 의한 대기 측정방법
상기 [실시예 1] 드론을 이용한 이동식 다중 대기 측정장치(20)를 이용하여 이동식 다중 대기를 측정하는 방법으로서, 이를 자세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 다중 대기 측정장치(20)가 창작된 무인 비행체인 드론(100)을 대기측정 지역의 상공으로 이동시키는 단계(a)로 이동이 어려운 장소인 해안 및 오염이 높은 곳(방사능 오염지역 등)에 투입하여 대기의 오염도를 측정할 수 있는 곳으로 접근한다.
이산화탄소 측정센서(6-1), 이산화황 측정센서(6-2), 일산화 탄소와 이산화질소 측정센서(6-4), 오존 측정센서(6-3), 방사능 측정센서(6-5), 온도 및 습도측정센서(6-6)가 장착된 센서부(6)와 미세먼지 측정센서(3)에 의해 측정지역의 대기 속에 포함된 각종 유해가스와 함유량을 측정하는 단계(b)로 여러 측정센서들로 구성된 센서부(6)와 미세먼지센서(3)에 의해 대기 속에 포함된 각종 유해가스와 미세먼지들의 함유량을 측정한다.
그리고, 상기 센서부(6)에서 측정된 데이터 값과 미세먼지 측정센서(3)를 통해 측정된 대기질 데이터 값은 메인보드(5)의 대기질 판단모듈을 통해 판단하여 자체 저장과 동시에 전송하는 단계(c)와;
상기 센서부(6)와 미세먼지 측정센서(3)를 통하여 측정된 데이터 값을 통신장비인 GPS(5-2)를 통해 외부의 스마트폰 어플리케이션으로 전송하는 단계(d)에서는,
상기 센서부(6)와 미세먼지 측정센서(3)를 통하여 측정된 데이터 값은 대기 측정장치(20)에 있는 메인보드(5)의 대기질 판단모듈을 통해 판단하여 자체 저장과 동시에 통신장비인 GPS(5-2)를 통하여 스마트폰 어플리케이션에 전달된다.
상기 (b)단계 또는 (c)단계를 수행하는 중에 메인보드(5)의 타이머(5-1)에 의하여 측정시간 및 측정 장소에 대한 정보를 전송하는 단계(e)에서는,
센서부(6)와 미세먼지 측정센서(3)에 의해 대기 속에 포함된 각종 유해가스와 미세먼지 함유량을 측정 때, 계측시간 및 장소에 대한 정보는 메인보드(5)의 타이머(5-1)를 통하여 전송되며, 온도와 습도에 대한 정보는 온도 및 습도 센서(6-6)에서 전달되어진다.
상기 (c)단계 ~ (e)단계에서 측정된 데이터의 전송에러 및 여러 비상상황시를 대비하여 데이터 값을 자체 저장하도록 설치된 USB(1)에 저장하는 단계(f);를 포함하는 것을 특징으로 하는 드론을 이용한 이동식 다중 대기 측정방법으로 대기 중에 포함된 각종 유해가스와 함유량을 측정한다.
상기 이러한 센서 장비의 효율성을 위해 DC변압기(2)를 설치하여 전류를 통일 시켰으며, 리튬베터리(4)를 이용하여 전력을 보충하였다.
상기와 같은 과정을 통하여 전달된 다중 대기질 정보는 스마트폰 어플리케이션을 통해 모니터링 되며, 모니터링 대기질 정보는 각 대기정보별 5단계(약함, 정상, 조금 높음, 매우 높음, 위험)로 나뉘며 단계에 따라 연두, 녹색, 파랑, 주황, 빨강 표시되도록 구성하였으며.
특히 주황 및 빨강으로 표시 되었을 경우에는 점등의 표시가 나타나며, 이에 대한 상황 및 대처방안에 대한 정보가 자동으로 나타난다.
1 : USB 2 : DC변압기
3 : 미센먼지 측정센서 4 : 리튬베터리
5 : 메인보드
5-1 : 타이머 5-2 : GPS
6 : 센서부
6-1 : 이산화탄소 측정센스 6-2 : 이산화황 측정센서
6-3 : 오존 측정센서 6-4 : 일산화 탄소와 이산화질소 측정센서
6-5 : 방사능 측정센서 6-6 : 온도 및 습도
100 : 드론
10 : 드론 몸체 11 : 드론 날개
12 : 드론 지지대
20 : 다중 대기 측정장치 21 : 측정장치 지지대

Claims (2)

  1. 무인 비행체인 드론(100)을 이용하여 드론 몸체(10)하부에 측정장치 지지대(21)에 의하여 장착되는 다중 대기측정 장치(20)는,

    상기 다중 대기측정 장치(20) 내부에는 대기질 측정시 대기 속에 포함된 각종 유해가스와 함유량을 측정하기 위하여 이산화탄소 측정센서(6-1), 이산화황 측정센서(6-2), 일산화 탄소와 이산화질소 측정센서(6-4), 오존 측정센서(6-3), 방사능 측정센서(6-5), 온도 및 습도측정센서(6-6)가 장착된 여러측정센서들로 구성된 검출 센서부(6)와 대기중의 미세먼지를 측정하는 미세먼지 측정센서(3)를 포함하며,

    상기 센서부(6)를 통하여 측정된 데이터 값과 미세먼지 측정센서(3)를 통해 측정된 대기질 데이터 값은 메인보드(5)의 대기질 판단모듈을 통해 판단하여 자체 저장과 동시에 스마트폰 어플리케이션에 전달하기 위하여 통신장비인 GPS(5-2)와,

    상기 통신장비인 GPS(5-2)를 통하여 측정시간 및 측정 장소, 측정값에 대한 정보를 전송하는 메인보드(5)의 타이머(5-1)와,

    상기 미세먼지 측정센서(3)와 메인보드(5)와 센서부(6)에 포함된 장비의 효율성을 위해 일정한 전류의 공급을 위한 DC변압기(2)와,

    상기 DC변압기(2)의 전력을 보충하기 위해 설치된 리튬베터리(4)와,

    상기 미세먼지 측정센서(3)와 센서부(6)를 통하여 측정된 데이터 값을 메인보드(5)의 대기질 판단모듈을 통해 전송시, 데이터 값의 전송에러 및 여러 비상상황시를 대비하여 데이터 값을 자체 저장하도록 설치된 USB(1); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 드론을 이용한 이동식 다중 대기 측정장치
  2. 다중 대기 측정장치(20)가 창작된 무인 비행체인 드론(100)을 대기측정 지역의 상공으로 이동시키는 단계(a)와;

    미세먼지 측정센서(3)와 이산화탄소 측정센서(6-1), 이산화황 측정센서(6-2), 일산화 탄소와 이산화질소 측정센서(6-4), 오존 측정센서(6-3), 방사능 측정센서(6-5), 온도 및 습도측정센서(6-6)가 장착된 센서부(6)에 의해 측정지역의 대기 속에 포함된 각종 유해가스와 미세먼지 함유량을 측정하는 단계(b)와;

    상기 센서부(6)에서 측정된 데이터 값과 미세먼지 측정센서(3)를 통해 측정된 대기질 데이터 값을 메인보드(5)의 대기질 판단모듈을 통해 판단하여 자체 저장과 동시에 전송하는 단계(c)와;

    상기 센서부(6)와 미세먼지 측정센서(3)를 통하여 측정된 데이터 값을 통신장비인 GPS(5-2)를 통해 외부의 스마트폰 어플리케이션로 전송하는 단계(d)와;

    상기 (b)단계 또는 (c)단계를 수행하는 중에 메인보드(5)의 타이머(5-1)에 의하여 측정시간 및 측정 장소에 대한 정보를 전송하는 단계(e)와;

    상기 (c)단계 ~ (e)단계에서 측정된 데이터의 전송에러 및 여러 비상상황시를 대비하여 데이터 값을 자체 저장하도록 설치된 USB(1)에 저장하는 단계(f);
    를 포함하여 대기 중 유해가스와 미세먼지 함유량을 측정하는 것을 특징으로 하는 드론을 이용한 다중 대기 측정방법
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