KR20170030873A

KR20170030873A - 부유체를 구비하는 하수관의 침전물센서 및 이를 이용한 침전물의 모니터링 시스템

Info

Publication number: KR20170030873A
Application number: KR1020150128333A
Authority: KR
Inventors: 김한성
Original assignee: 김한성
Priority date: 2015-09-10
Filing date: 2015-09-10
Publication date: 2017-03-20
Also published as: KR101819496B1

Abstract

본 발명은, 하수관에 쌓이는 침전물을 실시간으로 정확하게 측정할 수 있으면서도 하수의 변화하는 수두에 유연하게 대응할 수 있는 부유체를 구비하는 하수관의 침전물센서에 관한 것으로서, 하수관의 내주측에 설치되는 가이드부(210), 상기 가이드부를 따라 승하강되는 부유체(220) 및 상기 부유체에 결합되며 하수관 저부에 침전된 침전물과의 거리를 음향을 통하여 측정하는 측정부(230)를 포함하며, 상기 부유체의 가이드부에 대한 위치를 통하여 하수의 수위를 측정하고, 침전물과의 거리를 통하여 침전물의 높이를 산출하도록 하는 하수관의 침전물센서를 제공한다.

Description

부유체를 구비하는 하수관의 침전물센서 및 이를 이용한 침전물의 모니터링 시스템{SLUDGE HEIGHT MEASURING APPARATUS OF SEWER PIPE WITH FLOATING BODY AND MONITORING SYSTEM USING THE SAME}

본 발명은 하수관의 침전물 측정과 관련된 것으로, 더욱 구체적으로는 하수관에 쌓이는 침전물을 실시간으로 정확하게 측정할 수 있으면서도 하수의 변화하는 수두에 유연하게 대응할 수 있는 부유체를 구비하는 하수관의 침전물센서에 관한 것이다.

최근에는 장마로 인한 잦은 강우와 국지성 폭우로 인하여 도시침수 피해가 속출하고 있다. 특히 기후변화로 인하여 강우 패턴이 변화되면서 강우빈도 자체는 줄어들고 있으나 강우의 강도는 커지는 추세를 보이고 있어 이러한 침수 피해는 심화되는 경향이 있다.

과거에는 하천의 범람이나 제방의 붕괴 등과 같은 외수 침수피해가 주를 이뤘다면 최근에는 내수 침수 피해가 증가하고 있다. 내수 침수 피해는 주로 하수도가 감당할 수 있는 유량의 허용치를 유입유량이 초과하거나 펌프장의 배제능력을 넘어서는 경우에 발생하는 것으로 이해된다.

내수 침수 피해가 커지는 이유는 도시화에 따른 개발로 불투수층이 증가됨에 따라 우수가 땅속으로 침투되지 못하고 노면을 통한 지표유출이 많아졌기 때문이다. 서울시의 경우 1960년대 불투수율이 7.8%이었으나, 2000년대에는 47%로 40%이상 증가되어, 지표유출량은 500%이상 증가된 것으로 분석되고 있다. 현재에는 이러한 불투수율은 더욱 증가된 것으로 알려진다. 이런 이유로 같은 강우량이더라도 예전에는 침수가 발생되지 않는 조건에서 최근에는 침수 피해가 발생하는 것이다.

이러한 내수 침수 피해는 주로 하수관의 역류에 의하여 발생하며 배수용량의 부족의 원인을 제외하면 하수관 내 침전물의 증가가 주 원인으로 알려진다.

그런데, 지금까지 공공수역의 수질관리 및 개선 위주의 정책으로서 하수도 인프라의 확충에 대해서만 주로 관심을 두었고, 침전물의 모니터링에 대하여는 큰 관심을 가지지 않았다.

최근에는 하수도를 종합적으로 모니터링을 하여 환경조건을 감시하고 대응하고자 하는 시도가 있는데, 유속 및 수위측정 시스템을 이용하여 관로 내의 유량만을 측정하도록 특정한 부위에만 설치 및 운영되고 있는 실정이다.

이러한 유입유량과 유속 측정은 근본적으로 내수 침수 피해의 근본적인 해결책이 되지 못하며 이를 모니터링하고 사후적으로 조치할 수 있는 데이터를 수집하는 기능에 불과하다.

환경부의 ‘공공하수도시설 운영관리 업무지침(2014.5.23 개정)’에 의하면 ‘하수관거의 청소 및 준설은 연 1회 이상 실시하는 것을 원칙으로 하되, 퇴적물의 상황 및 관거의 상태에 따라 구간별로 긴급청소 또는 정기청소 실시 여부를 결정해야 한다. 다만, 집중강우 중점관리구역으로 지정된 구간에 대해서는 매년 정기적 청소 및 준설계획을 수립하여 장마 전에 완료토록 한다.’라고 규정되어 있다.

실질적으로 하수도의 침전물에 대하여 선제적이고 능동적으로 대처하려면 관거의 침전물 상태를 실시간으로 모니터링하되 정확하게 측정할 수 있는 장비의 설치가 요구된다. 그러나 현실적으로 지속적으로 유량과 유속이 가변하는 하수도에서 이를 정확하고 효율적으로 모니터링할 수 있는 장비는 전무한 실정이다.

등록실용신안 제20-0262125호는 종래기술의 슬러지 수직 채수계를 개시하고 있으며, 도 1은 이의 사시도이다.

슬러지 수직채수계는 본체(1) 및 개폐수단(2)로 이루어지며, 본체(1)는 수중투입시에 오수나 슬러지 등이 본체 내부로 공기의 저항 없이 수용될 수 있도록 상·하부가 개방되어 있으며, 오수의 오염도를 육안으로 확인할 수 있도록 내부가 투시되어 보일 수 있는 투명한 원형관으로 이루어진다.

본체의 외주연에는 눈금(2)이 표시되어 수심에 따른 슬러지의 깊이를 측정할 수 있으며, 깊이에 따른 호소의 탁도, 채도, 명도, BOD, COD 등을 측정할 수 있다.

그런데, 이러한 침전물의 측정방식은 일회성이며 사람이 직접 이를 채취하여야 하는 불편함이 존재하고 특히 지중에 매립되어 있는 하수관거의 각 부위의 침전물의 측정에 적용이 어렵다.

특히, 종래의 방식으로는 지속적으로 유량이 변화하는 하수관에 있어서 그 유량과 침전물의 상대적인 관계를 정확하게 파악하는 것은 사실상 불가능하다.

본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 하수관의 각 개소에 용이하게 설치가 가능하고 하수 유량과 퇴적 침전물을 실시간으로 정밀하게 측정하고 모니터링하도록 함으로써 하수도의 유지 및 보수를 보다 정확하고 신속하게 수행할 수 있도록 하는 부유체를 구비하는 하수관의 침전물센서 및 이를 이용한 침전물의 모니터링 시스템을 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명은, 하수관의 내주측에 설치되는 가이드부(210), 상기 가이드부를 따라 승하강되는 부유체(220) 및 상기 부유체에 결합되며 하수관 저부에 침전된 침전물과의 거리를 음향을 통하여 측정하는 측정부(230)를 포함하며, 상기 부유체의 가이드부에 대한 위치를 통하여 하수의 수위를 측정하고, 침전물과의 거리를 통하여 침전물의 높이를 산출하도록 하는 하수관의 침전물센서를 제공한다. 따라서, 하수의 특성에 최적화되어 정확한 침전물의 측정이 가능하다.

상기 측정부는, 음향측심기로 구성되고 부유체의 저부에서 수직방향의 하수관 바닥을 지향하도록 배치될 수 있다. 따라서, 하수 표면이나 수두 측의 불규칙한 유동이나 이물질의 영향이 최소화되어 정확성이 극대화된다.

또한, 상기 가이드부는 복수의 센싱부(211)들이 높이방향으로 배열되고, 상기 부유체는 센싱부들의 접점을 단속할 수 있는 마그네트(232)를 구비하는 것이 바람직하다. 따라서, 부유체를 통한 수위의 측정이 용이하다.

상기 센싱부들은, 가이드부의 내주측에서 경사지도록 배열될 수 있다.

일실시예로서, 상기 부유체는, 측정부를 전방 저부에 결합하는 바디부(221)와, 후미측에 배치되어 유수의 방향으로 바디부의 전면을 지향하도록 하는 테일부(222)와, 가이드부가 내주측에 삽입되는 가이드홀부(231)를 구비하여 이루어질 수 있다.

한편, 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 하수관의 침전물센서를 구비하고, 각각의 침전물센서에 구비되는 포트부(240), 상기 포트부에 연결되어 수위 및 거리의 측정정보를 신호처리하고 송신하는 제어및통신부(500) 및 각각의 침전물센서 측정정보를 수신하여 하수관의 각 개소에 대한 침전물의 상태를 실시간으로 모니터링하는 서버부(300)를 포함하는 침전물 모니터링 시스템을 제공한다.

상기 서버부는, 측정정보를 수신하는 침전물모니터링부(310)와, 측정정보로부터 침전물 단면적비율을 산출하는 판단부(320)와, 침전물의 양 또는 비율이 기준값을 초과한 경우 표시장치에서 경보를 발생하도록 하는 경보부(330)를 구비할 수 있다.

본 발명의 부유체를 구비하는 하수관의 침전물센서는 소정 지역 범위에 배치되는 각 부위에서 침전물의 양을 정확하게 측정 가능하도록 기능하며, 인력의 각 개소 배치 없이도 실시간으로 측정이 가능하기 때문에 효율적으로 상시간 모니터링이 가능한 효과가 있다.

또한, 부유체에 의하여 수위를 물리적인 방식으로 측정하고 침전물과 부유체와의 상대적인 거리를 음향 방식으로 측정함으로써 하수관에 최적화된 측정방식을 적용하고 이로써 정확한 침전물량의 검출이 가능하다.

한편, 본 발명의 침전물 모니터링 시스템에 따라 각 개소에 침전물센서가 설치되고 소정의 네트워크망을 통하여 측정정보들이 수집되어 관리되면, 해당 지역에 대한 하수관거의 정보지도를 제공하고 도시 생활에 있어서 집중호우나 월류 등과 같은 다양한 원인으로부터 침수피해를 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 침전물 모니터링 시스템이 관제형 네트워크망으로 구성됨으로써 소정 지역 범위상에 대한 종합적인 매핑이 가능하고 문제점들을 실시간으로 검출해내고 준설이 요청되는 지역에 대한 파악과 예산의 효율적인 준비 및 분배가 가능하므로 경제성의 향상에 기여할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래기술의 슬러지 수직 채수계에 대한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 개념에 따른 부유체를 구비하는 하수관의 침전물센서의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 부유체를 구비하는 하수관의 침전물센서를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 3의 측면도이다.
도 5는 본 발명의 침전물센서에서 부유체에 대한 바람직한 실시예를 설명하기 위한 측단면도이다.
도 6은 본 발명의 침전물센서에서 가이드부를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 침전물의 모니터링 시스템에 대한 구성도이다.
도 8은 도 7의 서버부를 설명하기 위한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 부유체를 구비하는 하수관의 침전물센서 및 이를 이용한 침전물의 모니터링 시스템을 상세히 설명한다.

이하에서 설명되는 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 쉽게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로 인해 본 발명의 보호범위가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.

명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 발명은 기본적으로, 하수관의 내주측에 설치되는 가이드부와, 하수의 수위에 의하여 가이드부를 따라 승하강되는 부유체와, 부유체에 결합되며 하수관 저부에 침전된 침전물과의 상대적 거리를 음향을 통하여 측정하는 측정부를 포함하여 이루어질 수 있다.

도면에 도시된 예들에서는 대략 단면이 원형이며 길이방향으로 균일한 형태로 이루어지는 하수관을 대상으로 설명하나, 이러한 하수관의 형태나 침전물센서와의 비율 등은 선택에 따라 다양하게 이루어질 수 있으며, 하수나 침전물의 물성은 본 제한되지 않는다.

도 2는 본 발명의 개념에 따른 부유체를 구비하는 하수관의 침전물센서의 모식도이다.

하수관(101)에는 소정의 수위를 가지는 하수(102)가 유동되고, 그 저부에는 시간이 지날수록 하수에 포함되는 부유물 내지는 이물질들이 침전되어 침전물(103)의 층을 이루게 된다.

본 발명의 개념에서는 하수(102)의 수위는 부유체(220)의 가이드부(210)에 대한 승하강의 높이로서 측정하고, 침전물(103)의 침전량 내지 높이는 비접촉식의 음향 측정방식을 사용하게 된다.

하수(102)의 수위를 측정함에 있어서 소정의 고정된 하수관(101)의 개소에 비접촉식의 음향이나 광을 이용하는 경우도 고려될 수 있다. 이러한 비접촉의 수위측정방식의 경우 거품, 스컴(Scum), 소용돌이 또는 온도 등의 다양한 요인들의 영향을 받기 때문에 측정의 부정확성이 높다. 따라서, 본 발명에서는 수위에 대해서는 물리적인, 더욱 정확하게는 부력을 이용한 승하강 방식을 적용함으로써 부력의 중심점에 대하여 정확하게 수위를 측정하도록 하는 개념을 제시한다.

또한, 측정부(230)는 침전물과의 상대적인 위치의 검출을 위하여 음향을 이용한 측정방식이 적용되는데, 본 발명에서는 부유체(220)가 하수(102)의 수위에 따라 가이드부(210)에 대해 승하강이 반복적으로 이루어질 수 있기 때문에 정확한 상대적 높이의 측정을 위하여 측정부(230)가 부유체(220)에 결합되어 함께 승하강될 수 있다.

본 발명의 구성에 따라 측정부(230)는 대기중에 노출되는 것이 아닌 수중에 배치되는 것으로서 음향측심기(音響測深機, Echo sounder)로서 구성되는 것이 바람직하다. 종래의 수위를 측정하는 방식에서 초음파를 이용하여 대기중에서 입력 및 반사되는 시간차를 이용하는 방식이 적용되기도 하나, 본 발명과 같이 하수 분야에 있어서는 다양한 인자들로 인해 대기중의 수면 측정방식이 부정확한 문제가 있음은 상술한 바와 같다. 따라서, 소나(SONAR)를 수중에서 발사하여 소정의 경로로 반사된 성질을 이용하는 본 발명의 측정부(230)를 적용하는 것이 침전물(103)에 대한 상대적 높이를 측정하는 데 정확성을 비약적으로 향상할 수 있음에 유의하여야 한다.

구체적으로, 상기 측정부(230)는 부유체(220)의 하측에서 수직의 하수관(101) 저부를 지향하여 결합될 수 있고, 후술될 바와 같이 하수의 유동에 대하여 방향성을 가지도록 테일부가 배치되는 경우를 고려하면 전방 하부에 결합되는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 측정부(230)가 음향측심기로 이루어지면 초음파를 하수관의 수직 저부로 발사한 후 침전물(103)의 표면에서 반사되어 돌아오기까지의 시간을 측정하고, 왕복시간의 1/2 값에 초음파의 속력을 곱하면 하수(102)의 수위에서 침전물까지의 상대적인 높이의 측정이 가능하다. 다만, 경우에 따라 상기 측정부(230)가 지향되는 방향은 하수관의 내부에서 소정의 경사각을 가지도록 형성될 수도 있다.

일반적으로 수중에서 초음파의 속력은 1500m/s 정도로 알려져 있다. 여기서, 하수관의 종류나 환경에 따라 초음파의 주파수는 다양하게 설정될 수 있으며 심해지형을 측정하는 경우에 비하여 비교적 높은 주파수대의 사용이 가능하므로 선택의 폭은 비교적 넓다. 다만, 하수의 경우 상수와 달리 이물에 의한 혼탁도가 높으므로 관통성이 우수한 200kHz이내의 저주파가 사용되는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

가이드부(210)는 부유체(220)가 하수관(101)에 대하여 직경방향, 즉 수직방향으로만의 움직임이 가능하도록 가이드하는 기능을 수행하며, 후술될 바와 같이 부유체(220)의 높이를 검출할 수 있는 소정의 높이측정수단이 배치될 수 있다.

이러한 가이드부(210)는 대략 밀폐된 구성을 가지는 하수관(101)으로부터 신호라인의 인출이 가능하도록 하수관(101)의 상측에 형성되는 소정의 결합홀에 관통 배치될 수 있으며, 가이드부(210)의 상하단의 고정을 위하여 다양한 공지의 체결구조가 적용될 수 있다.

상기 가이드부(210)는 원기둥 형상으로 이루어질 수 있으며, 내부식성이 우수한 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 부유체(220)가 반복적으로 외주면에 슬라이딩 이동되기 때문에 이물질의 흡착 내지는 고착을 방지할 수 있도록 표면처리가 되어 있는 것이 더욱 바람직하다.

부유체(220) 및 측정부(230)에 의하여 침전물(103)의 높이를 검출하는 개념을 설명하도록 한다.

침전물의 높이는 다음과 같은 수식으로 정리될 수 있다.

즉, 침전물의 높이(h)는 측정위치(ℓ)에서 부유체(220), 더욱 정확하게는 측정부(230)에서 측정된 침전물의 표면까지의 상대적인 높이(Dw)를 뺀 값으로 정해질 수 있다. 상기 측정위치(ℓ)는 하수관거의 저부로부터 부유체(220)에 결합되는 측정부(230)의 높이를 의미하며 이러한 측정위치는 가이드부(210)에 대한 부유체(220)의 위치에 의하여 검출될 수 있다. 또한, 미설명부호 D는 하수관거의 직경을 의미한다.

여기서, 하수의 유량이 존재하는 경우는 상기와 같은 식으로 침전물의 높이가 산출될 수 있으며, 하수의 유량이 없는 경우는 침전물의 높이(h)는 바로 측정위치(ℓ)일 수 있다. 이러한 경우 부유체(220)에는 침전물(103)과 접촉을 감지할 수 있는 추가적인 감지수단이 배치될 수도 있음은 물론이다.

이렇게 침전물의 높이가 결정되면 하수관(101)의 단면적에 대한 침전물의 단면적 비율인 침전물 단면적비율이 정의될 수 있으며, 이렇게 산출된 침전물 단면적비율이 기준값 이상인 경우 하수의 유동에 지장을 주는 것으로 보아 관리자가 이를 확인할 수 있도록 함으로써 해당 지점에 대한 준설작업이 가능하다.

이렇게 파악된 침전물의 높이에 따라 침전물 단면적비율을 산출하고 이를 통하여 소정 지점에 대한 경보 또는 알림을 위한 시스템과 관련하여서는 후술하도록 한다.

상기 침전물 단면적비율은 아래의 식으로 정리될 수 있다.

이러한 침전물 단면적비율은 원형이며 균일한 직경(D)을 가지는 하수관(101)에 적용될 수 있으며, 다른 형태의 하수관(101)의 경우는 이에 적절하게 소정 제어부의 알고리즘만을 변경하여 산출될 수 있다. 또한, 침전물의 높이는 도 4의 도시사항과 같이 대략 수평상태로 균일하게 퇴적되는 것을 기본으로 하나 어느 정도의 불균일한 표면상태의 정도는 침전이 어느 정도 이루어진 기준값을 대상으로 준설이 필요한지 여부의 판단이 중요하므로 무시할만하다.

다만, 경우에 따라 멀티빔 음향측심기를 부유체(220)에 구성하여 침전물의 침전형태를 측정하는 경우도 고려될 수 있을 것이다.

한편, 기본적인 하수의 처리용량은 대략 수위비율도로 판단하는 것이 통상이었는데 이는 하수관(101)의 직경(D)에 대한 수위 즉, 측정위치(ℓ)로서 정의될 수 있다. 본 발명의 개념에 따르는 경우 부유체(220)에 의하여 하수의 수위를 측정하므로 이러한 수위비율도 또한 정확하게 검출될 수 있을 것이다.

한편, 하수의 탁도가 변화하는 경우는 소정의 측심 값의 검출에 있어서 검출방식의 조정이 필요할 수 있다. 이를 위하여, 상기된 주파수가 변경되거나 측심값에 대한 사후적인 보정이 요구될 수 있으며, 후술될 바와 같은 제어부는 이를 위하여 탁도나 점성 등과 같은 다양한 인자들을 반영하여 능동적으로 센싱이 가능하도록 기능할 수 있다.

따라서, 본 발명에서는 부유체(220)에 탁도계(미도시)가 더 구비될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 부유체를 구비하는 하수관의 침전물센서를 설명하기 위한 도면이며, 도 4는 이에 대한 측면도이다.

하수관(101)의 직경방향으로 가이드부(210)가 배치되고 이러한 가이드부(210)를 따라 부유체(220)가 수위를 따라 승하강되며 측정부(230)를 통하여 침전물(103)과 부유체(220)의 상대적인 높이의 측정이 이루어짐은 상기한 바와 같고 중복되는 설명은 생략하도록 한다.

하수(102)의 경우 소정의 유속과 유량을 가지고 어느 일방에서 타방으로 진행되며 부유체(220)는 이러한 하수(102)의 수면측에서 부유하면서 수위를 측정하도록 기능한다. 따라서, 상기 부유체(220)는 전체적으로 최소한 물보다는 비중이 작으며, 수류의 방향을 지향하도록 배치되는 것이 바람직하다.

일실시예로서, 도시된 바와 같이 부유체(220)는 전체적으로 유선형 몸체로 구성되고 후미측에 고정익을 구비함으로써 유동에 대하여 상시적으로 일정한 방향을 유지할 수 있다. 이와 관련하여 구체적인 설명은 후술하도록 한다.

이러한 경우 도시된 바와 같이 상기 측정부(230)는 바디부(221)의 전방측 저부에 배치되는 것이 더욱 바람직하다. 따라서, 측정부(230)는 유수에 의하여 항상 일정한 방향성을 가질 수 있고 정확한 위치의 침전물(103)의 검출이 가능한 것이다. 특히, 가이드부(211)의 전방측에 침전물(103)이 퇴적될 가능성이 더 높기 때문에 상기 측정부(230)가 전방측을 상시적으로 지향하는 것이 바람직한 것이다.

상기 가이드부(210)는 부유체(220) 측으로부터의 수위 및 침전물(103)과의 상대적 높이에 대한 측정신호가 인출될 수 있는 신호라인을 구비할 수 있으며, 하수관(101)의 외주측으로 단부측이 노출되어 외부의 장비와 연결될 수 있다.

이를 위하여, 상기 가이드부(210)는 단부측에서 포트부(240)와 연결될 수 있으며, 상기 포트부(240)는 소정의 단자를 구비하여 후술될 바와 같은 제어장치 또는 통신장치와 신호를 입출력할 수 있다. 상기 포트부(240)의 일례로서 외부 유선통신이 가능하도록 RS232포트가 형성될 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

도 5는 본 발명의 침전물센서에서 부유체에 대한 바람직한 실시예를 설명하기 위한 측단면도이다.

상술한 바와 같이 부유체(220)는 가이드부(210)를 따라 하수관(101)의 길이방향에 수직한 방향으로만 승하강이 가능하도록 배치되는 것이 침전물(103)과 측정부(230)와의 관계에서 정확한 높이의 검출을 위하여 바람직하다. 따라서, 상기 바디부(221)에는 상하부를 관통하는 가이드홀부(231)가 형성될 수 있고, 이러한 가이드홀부(231)의 내주면은 가이드부(210)의 외주면의 형상에 대응될 수 있다.

본 발명의 일실시예에서는 유수에 대하여 바디부(221)가 방향성을 가질 수 있도록 구성되기 때문에 전방측에 측정부(230)가 배치될 수 있으며, 후방측에는 테일부(222)가 형성될 수 있다.

상기 테일부(222)는 고정익으로서 기능하며 유수의 흐름이 바디부(221)의 외주연을 따라 형성되면 후미측에서 전방의 방향성을 유지시켜주도록 기능한다. 다만, 상기 테일부(222)는 도시된 형태에 한정되는 것은 아니다.

이와 같이 테일부가 구성되는 경우 하수의 흐름의 방향도 실시간으로 검출할 수 있다. 또한, 바디부의 형태 및 다양한 검출수단에 의하여 유량 및 유속도 측정할 수 있다.

상기 가이드부(210)는 원통 형상으로 형성되고 가이드홀부(231)도 이에 대응되는 원통형의 공간을 형성할 수 있는데, 경우에 따라 바디부(221)에서 테일부(222)가 생략되는 형태도 고려될 수 있고 이러한 경우 가이드부(210)에서 바디부(221)의 방향성을 유지할 수 있도록 소정의 가이드돌부(미도시)가 형성되고 바디부(221)의 가이드홀부(231)에도 이러한 가이드돌부에 대응되는 가이드홈부(미도시)가 형성될 수 있다.

이하에서는, 상기 바디부(221)의 가이드부(210)에 대한 높이, 즉 하수(102)의 수위를 측정할 수 있는 실시예를 설명하도록 한다.

도시된 바와 같이 바디부(221)에는 가이드홀부(231) 측에서 소정의 접점을 단속할 수 있도록 자기력의 발생이 가능한 마그네트(232)가 배치될 수 있다.

상기 마그네트(232)는 가이드홀부(231)의 내주연을 따라 소정의 위치에 배치될 수 있으며 선택에 따라 하나 이상이 원주방향에서 등간격으로 배치되는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 도시된 예에서는 두 개의 자성체가 배치되는 경우가 나타나 있으며 본 발명은 부유체(220)가 유수에 대하여 방향성을 유지하기 때문에 어느 일방에만 배치하는 경우도 고려할 수 있다.

도 6은 상기 수위 측정의 구조를 위한 가이드부의 실시예를 설명하기 위한 정단면도이다.

가이드홀부(231)의 내측에는 자력을 발생하는 마그네트(232)가 배치되고, 이러한 마그네트(232)의 움직임에 의하여 동작되는 센싱부(211)가 가이드부(210)에 형성될 수 있다.

상기 센싱부(211)는 리드스위치(Reed switch)로서 구성되는 것이 생산의 효율성과 내구성을 위하여 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 리드스위치는 금속 자성체편을 소정의 밀봉 구조에 봉하고 전자기력에 의하여 접점을 개폐하는 스위치이며, 소형으로 구성할 수 있는 장점을 가진다. 이러한 리드스위치는 부피가 작기 때문에 가이드부(210)의 각개소에 배열하기 유리하고 또한 부식이나 오염의 가능성이 높은 하수처리 환경에서 내구성 면에서도 이점이 있다.

상기 센싱부(211)의 배열은 선택에 따라 다양하게 이루어질 수 있으며, 측정 높이 단위의 분해능력 요구에 따라 그 밀집도도 서로 달리할 수 있다. 다만, 다양한 환경에의 적응성과 정확성을 고려하여 도시된 바와 같이 사선형태로 배열되는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되지는 않는다.

한편, 도 7은 본 발명의 침전물의 모니터링 시스템에 대한 구성도이다.

상술된 부유체를 구비하는 하수관의 침전물센서는 하수관거의 각 개소에 설치되어 각 부위의 침전물의 침전량을 상시적으로 측정할 수 있으며, 이러한 정보에 의하여 수위비율도와, 특히 침전물 단면적비율이 산출될 수 있다.

이렇게 각 개소의 침전물센서(100)는 전체적인 하수관 체계를 전체적으로 실시간 모니터링할 수 있는 시스템을 구성할 수 있으며, 이러한 침전물 모니터링 시스템은 각 위치별로 하수유량과 문제점 등을 파악하여 신속한 대응이 가능하도록 기능하게 된다.

이러한 침전물 단면적비율에 대한 동시적이고 실시간의 모니터링의 개념은 종래에 적용될 수 없었음에 유의하여야 한다.

이를 위하여, 하수관(101)의 선택된 위치에는 복수의 침전물센서(100)들이 배치되어 각각 수위와 침전물의 높이를 측정할 수 있고, 이러한 측정정보는 서버부(300)를 통하여 수집되고 소정의 산출식들이 연산될 수 있다.

상기 서버부(300)와의 통신을 위하여 각각의 침전물센서(100) 또는 소정 세트를 구성하는 침전물센서(100)의 집합들은 제어및통신부(500)와 연결될 수 있다.

기본적으로, 상기 제어및통신부(500)는 리드스위치인 센싱부(211)에 의한 수위측정값과, 음향측심기인 측정부(230)에 의한 거리측정값을 포트부(240)측으로부터 수신하여 신호화하고 이를 서버부(300)로 송신하도록 기능한다. 경우에 따라 제어부와 통신부는 분리되는 구성으로 이루어질 수도 있음은 물론이다. 이때, 각각의 침전물센서(100)가 제어부를 구비하고 통신부는 소정의 집합 단위로서 정보를 송출하도록 기능할 수도 있다.

상기 제어및통신부(500)에서 통신부는 게이트웨이로 구성될 수 있으며, 연속적으로 또는 정해진 샘플링 주기로서 측정정보를 서버부(300)로 송출할 수 있도록 기능할 수 있으며, 이를 위하여 제어및통신부(500)는 소정의 유무선 통신모듈을 구비할 수 있으며, 통신방식으로 기존의 이동통신망을 이용한 CDMA방식, 3G, 4G방식은 물론, 802.11 무선 LAN, GSM, UMTS 등의 무선링크방식을 포함할 수 있다. 또한, 다양한 RF신호를 이용한 송수신방식은 물론, RFID, NFC, 지그비(Zigbee), 블루투스(Bluetooth) 또는 IR을 이용한 근거리 통신방식도 무선연결의 형태로 고려될 수 있을 것이다.

이러한 제어및통신부(500)는 중계망(400)을 통하여 서버부(500)로 연결될 수 있다. 여기서, 중계망은 이동통신 기지국이나 소정의 전파로 구성되는 네트워크일 수 있으며 다양한 형태의 통신 장비 또는 전파망을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 상기 서버부(300)는 네트워크서버일 수 있으며, 경우에 따라 노트북, PC, 스마트폰, 태블릿과 같은 통신모듈, 정보처리모듈과 디스플레이를 구비하는 이동형의 장치일 수 있다.

도 8은 본 발명의 침전물 모니터링 시스템에서 서버부의 실시예를 설명하기 위한 구성도이다.

상기 서버부(300)는 침전물모니터링부(310)를 구비할 수 있고, 각각의 침전물센서(100)로부터의 측정정보 또는 제어및통신부(500)로부터의 산출정보를 수신하여 종합하도록 기능한다.

이를 위하여 침전물모니터링부(310)는 각각의 침전물센서(100)에 대한 좌표정보 또는 고유식별번호를 할당하여 개별적인 위치별로 정보를 분류하고 이를 소정의 맵(Map) 상에 매핑함으로써 도시의 하수관의 전체적인 모니터링이 가능하도록 할 수 있다.

또한, 판단부(320)를 구비하고 각각의 침전물센서(100)로부터의 측정정보를 수신하여 수위비율도 및/또는 침전물 단면적비율과 같은 하수관거의 정상상태 여부의 판단 근거가 되는 산출값을 도출할 수 있다. 이러한 산출값들은 직접 제어및통신부(500)로부터 송신될 수도 있음은 상기와 같다.

또한, 상기 판단부(320)는 산출된 값들로부터 하수관의 소정 위치에 대한 위험이나 임계값 도달 여부에 대한 경보 여부를 판단하고, 경보부(330)를 통하여 관리자에게 정비 또는 준설의 필요성에 대한 알림 기능을 수행할 수 있다.

상기 경보부(330)는 시각적 또는 청각적인 방식으로 표시장치에서 관리자에 대한 알림 기능을 수행하도록 할 수 있다. 이를 위하여 경보부(330)는 소정의 경보장치(미도시)와 연결될 수 있다.

상기 수집 및 분석된 정보들은 빅데이터로 활용될 수 있으며, 하수관의 침전물로 인한 역류 및 침수 시나리오에 대한 CFD(Computational Fluid Dynamics) 시뮬레이션으로서 활용될 수 있다. 이는 침수피해 등에 대한 위험경고의 예측모델로서 사용될 수 있을 것이다.

상기된 부유체를 구비하는 하수관의 침전물센서는 소정 지역 범위에 배치되는 각 부위에서 침전물의 양을 정확하게 측정 가능하도록 기능하며, 인력의 각 개소 배치 없이도 실시간으로 측정이 가능하기 때문에 상시간 모니터링이 가능한 이점을 제공한다.

또한, 부유체에 의하여 수위를 물리적인 방식으로 측정하고 침전물과 부유체와의 상대적인 거리를 음향 방식으로 측정함으로써 하수관에 최적화된 측정방식을 적용하고 이로써 정확한 침전물량의 검출이 가능하도록 한다.

이렇게, 각 개소에 침전물센서가 설치되고 소정의 네트워크망을 통하여 측정정보들이 수집되어 관리되면, 해당 지역에 대한 하수관거의 정보지도를 제공하고 도시 생활에 있어서 집중호우나 월류 등과 같은 다양한 원인으로부터 침수피해를 미연에 방지할 수 있는 이점을 가진다..

또한, 본 발명의 침전물 모니터링 시스템이 관제형 네트워크망으로 구성됨으로써 소정 지역 범위상에 대한 종합적인 매핑이 가능하고 문제점들을 실시간으로 검출해내고 준설이 요청되는 지역에 대한 파악과 예산의 효율적인 준비 및 분배가 가능하므로 경제성의 향상에도 기여할 수 있다.

이상에서, 본 발명은 실시예 및 첨부도면에 기초하여 상세히 설명되었다. 그러나, 이상의 실시예들 및 도면에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않으며, 본 발명의 범위는 후술한 특허청구범위에 기재된 내용에 의해서만 제한될 것이다.

100...침전물센서 101...하수관
102...하수 103...침전물
210...가이드부 211...센싱부
220...부유체 221...바디부
222...테일부 230...측정부
231...가이드홀부 232...마그네트
240...포트부 300...서버부
310...침전물모니터링부 320...판단부
330...경보부 400...중계망
500...제어및통신부

Claims

하수관의 내주측에 설치되는 가이드부(210);
상기 가이드부를 따라 승하강되는 부유체(220); 및
상기 부유체에 결합되며 하수관 저부에 침전된 침전물과의 거리를 음향을 통하여 측정하는 측정부(230);를 포함하며,
상기 부유체의 가이드부에 대한 위치를 통하여 하수의 수위를 측정하고, 침전물과의 거리를 통하여 침전물의 높이를 산출하도록 하는 하수관의 침전물센서.
제1항에 있어서,
상기 측정부는,
음향측심기로 구성되고 부유체의 저부에서 수직방향의 하수관 바닥을 지향하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 하수관의 침전물센서.
제1항에 있어서,
상기 가이드부는,
복수의 센싱부(211)들이 높이방향으로 배열되고,
상기 부유체는,
센싱부들의 접점을 단속할 수 있는 마그네트(232)를 구비하는 것을 특징으로 하는 하수관의 침전물센서.
제3항에 있어서,
상기 센싱부들은,
가이드부의 내주측에서 경사지도록 배열되는 것을 특징으로 하는 하수관의 침전물센서.
제1항에 있어서,
상기 부유체는,
측정부를 전방 저부에 결합하는 바디부(221)와, 후미측에 배치되어 유수의 방향으로 바디부의 전면을 지향하도록 하는 테일부(222)와, 가이드부가 내주측에 삽입되는 가이드홀부(231)를 구비하는 것을 특징으로 하는 하수관의 침전물센서.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 하수관의 침전물센서를 구비하고,
각각의 침전물센서에 구비되는 포트부(240);
상기 포트부에 연결되어 수위 및 거리의 측정정보를 신호처리하고 송신하는 제어및통신부(500); 및
각각의 침전물센서 측정정보를 수신하여 하수관의 각 개소에 대한 침전물의 상태를 실시간으로 모니터링하는 서버부(300);를 포함하는 침전물 모니터링 시스템.
제6항에 있어서,
상기 서버부는,
측정정보를 수신하는 침전물모니터링부(310)와, 측정정보로부터 침전물 단면적비율을 산출하는 판단부(320)와, 침전물의 양 또는 비율이 기준값을 초과한 경우 표시장치에서 경보를 발생하도록 하는 경보부(330)를 구비하는 것을 특징으로 하는 침전물 모니터링 시스템.