KR20170123594A

KR20170123594A - 무인 항공기를 이용한 실시간 악취 발생원 추적 방법

Info

Publication number: KR20170123594A
Application number: KR1020170139383A
Authority: KR
Inventors: 윤기열; 김석만
Original assignee: 주식회사 태성환경연구소
Priority date: 2017-10-25
Filing date: 2017-10-25
Publication date: 2017-11-08

Abstract

본 발명의 일 실시예는 (a) 악취 발생 신고를 접수하는 단계; (b) 악취 포집 장비 및 악취 분석 장비가 탑재된 2 이상의 무인 항공기를 악취 발생 신고 지점과 악취 발생 예상 지점으로 이동시켜 각 지점에서 시료를 채취하고, 상기 시료를 정량 분석하는 단계; (c) 상기 시료를 정성 분석하여 상기 시료에 함유된 복수의 성분을 추출하고, 상기 복수의 성분 각각에 대해 최소 감지값 또는 역치값을 확인하여 악취 유발 성분을 선정하는 단계; (d) 기상 측정 장비를 이용하여 상기 악취 발생 예상 지점의 기상 조건을 측정하는 단계; 및 (e) 상기 악취 유발 성분과 상기 기상 조건의 상관성을 분석하여 악취 영향 범위를 정의하는 단계;를 포함하는 실시간 악취 발생원 추적 방법을 제공한다.

Description

무인 항공기를 이용한 실시간 악취 발생원 추적 방법{METHOD FOR TRACKING ODOR EMISSION USING UNMANNED AIR VEHICLE IN REAL-TIME}

본 발명은 실시간 악취 발생원 추적 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 2 이상의 무인 항공기를 이용한 실시간 악취 발생원 추적 방법에 관한 것이다.

산업이 발전함에 따라 산업 단지에서 발생하는 악취가 주변 지역에 미치는 영향이 사회적으로 문제가 되고 있다. 이에 정부에서는 2005년부터 악취방지법을 제정하여 악취 발생량을 법적으로 규제하고 있다.

오염원에서 발생한 악취는 지형 또는 대기 상태 등에 의해서 확산 정도가 결정되며 특정 지점에서 악취 발생 시 이에 영향을 주는 악취 발생원에 대한 정확한 추적을 위해서는 악취 발생 시점의 대기 상태 등에 대한 정확한 정보가 필요하다. 대기 상태는 대기 측정망을 필요한 만큼 설치하면 측정이 가능하다. 이와 함께 악취 발생원에 대한 역추적을 위해서는 악취 발생원에서 발생하는 주요 오염물에 대한 정보가 필요하며 이는 악취 발생원의 공정 등을 조사하여 대부분 확보가 되어 있는 상태이다.

위와 같은 상황에서 악취 발생원 역추적에 무엇보다도 중요한 정보는 악취 발생 시 포함된 오염물질에 대한 성분 분석인데, 정확한 성분 분석을 위해서 악취 발생 시점의 기체의 실시간 채취가 필요하다.

하지만, 현 상황은 악취 처리 관련 종사자들이 비정기적으로 악취 발생 관련 민원이 자주 발생하는 지역에 간단한 공기 포집 장치를 휴대하고 나가서 수동으로 공기를 포집하고 있다. 악취는 순간적으로 발생했다가 대기 상태 등에 의해 소멸하는 경향이 있으므로 정확한 분석을 위한 기체의 채취가 이루어지지 못하고 있다.

또한, 악취를 느끼는 정도는 사람의 후각에 따라 상이하며 대기 상태 등에 의해 악취의 확산 정도가 영향을 받으므로, 효과적인 분석을 위해서는 정확한 악취 농도의 측정과 악취 발생시 현장에서 악취 발생 시점의 기체를 실시간으로 채취하는 것이 필수적이다.

하지만, 현재 악취 관리의 초기 단계인 현장에서의 기체 채취는 인력에 의존하고 있다. 즉, 악취 관리자가 현장에 직접 나가서 기체를 채취함으로써 공간적/시간적 제약으로 인해 실제로 악취가 발생한 시점의 기체를 채취하지 못함으로써 악취 분석의 부정확성을 내재하고 있는 등 악취 관리에 많은 문제점을 내포하고 있다.

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 대기 환경에 의해 단시간 내에 소멸하는 악취를 신속하고 정확하게 탐지, 포집하여 악취의 영향이 미치는 범위를 실시간으로 정의할 수 있는 악취 발생원 추적 방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 측면은 (a) 악취 발생 신고를 접수하는 단계; (b) 악취 포집 장비 및 악취 분석 장비가 탑재된 2 이상의 무인 항공기를 악취 발생 신고 지점과 악취 발생 예상 지점으로 이동시켜 각 지점에서 시료를 채취하고, 상기 시료를 정량 분석하는 단계; (c) 상기 시료를 정성 분석하여 상기 시료에 함유된 복수의 성분을 추출하고, 상기 복수의 성분 각각에 대해 최소 감지값 또는 역치값을 확인하여 악취 유발 성분을 선정하는 단계; (d) 기상 측정 장비를 이용하여 상기 악취 발생 예상 지점의 기상 조건을 측정하는 단계; 및 (e) 상기 악취 유발 성분과 상기 기상 조건의 상관성을 분석하여 악취 영향 범위를 정의하는 단계;를 포함하는 실시간 악취 발생원 추적 방법을 제공한다.

일 실시예에 있어서, 상기 (b) 단계와 상기 (c) 단계 사이에 상기 악취 발생 신고 지점과 상기 악취 발생 예상 지점에서 채취된 각각의 시료를 관능 시험하여 냄새의 종류가 동일한지 여부를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 (c) 단계와 상기 (d) 단계 사이에 상기 악취 유발 성분에 대해 냄새 재현성을 평가하는 단계를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 기상 조건이 풍향, 풍속, 온도, 습도, 대기압, 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 악취 포집 장비 및 악취 분석 장비가 탑재된 2 이상의 무인 항공기를 악취 발생 신고 지점과 악취 발생 예상 지점으로 이동시켜 각 지점에서 시료를 채취하고, 상기 시료를 정량적, 정성적으로 분석한 결과 값과 상기 악취 발생 예상 지점에서의 기상 조건의 상관성을 규명하여 악취 발생원과 그 영향 범위를 실시간으로 신속하게 추적할 수 있다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 악취 발생원 추적 방법을 도식화한 것이다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 실시간 악취 발생원 추적 방법을 도식화한 것이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 실시간 악취 발생원 추적 방법을 도식화한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 악취 영향 범위를 도식화한 것이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 악취 발생원 추적 방법을 도식화한 것이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 측면에 따른 실시간 악취 발생원 추적 방법이, (a) 악취 발생 신고를 접수하는 단계(S100); (b) 악취 포집 장비 및 악취 분석 장비가 탑재된 2 이상의 무인 항공기를 악취 발생 신고 지점과 악취 발생 예상 지점으로 이동시켜 각 지점에서 시료를 채취하고, 상기 시료를 정량 분석하는 단계(S200); (c) 상기 시료를 정성 분석하여 상기 시료에 함유된 복수의 성분을 추출하고, 상기 복수의 성분 각각에 대해 최소 감지값 또는 역치값을 확인하여 악취 유발 성분을 선정하는 단계(S300); (d) 기상 측정 장비를 이용하여 상기 악취 발생 예상 지점의 기상 조건을 측정하는 단계(S400); 및 (e) 상기 악취 유발 성분과 상기 기상 조건의 상관성을 분석하여 악취 영향 범위를 정의하는 단계(S500);를 포함할 수 있다.

상기 (b) 단계(S200)에서, 상기 무인 항공기의 종류는 무선으로 조종될 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않으나, 이동 경로의 형태, 크기에 관계없이 악취 발생 신고 지점 또는 악취 발생 예상 지점까지 도달할 수 있도록, 바람직하게는 소형 무인 항공기, 이른바 드론(drone)일 수 있다.

드론은 사람이 타지 않고 무선 전파의 유도에 의해 비행하는 비행기나 헬리콥터 모양의 비행체를 의미하며, 최근 택배, 배달, 농업, 환경 등 산업 전반으로 그 적용 범위가 확대되고 있다.

상기 드론은 악취 포집 장비 및 악취 분석 장비를 탑재할 수 있고, 상기 드론의 동력 성능과 크기에 따라 상이한 종류의 장비를 탑재할 수도 있다.

상기 악취 포집 장비는 DNPH(2,4-dinitrophenylhydrazine) 카트리지법, 흡수법, 백 채취법, 산성여과지 채취법, 흡착 트랩을 이용한 흡착법, 알칼리 함침 여과지법, 알칼리 비즈법, 및 이들 중 2 이상의 조합이 적용된 것일 수 있다.

예를 들어, 상기 DNPH(2,4-dinitrophenylhydrazine) 카트리지법이 적용된 악취 포집 장비는 오존 스크러버, DNPH 카트리지, 및 펌프를 순차적으로 구비할 수 있고, 상기 펌프를 통한 시료의 흡입 유량 및 흡입 시간은 각각 1L/min 내지 2L/min 및 5분 이내의 범위로 조절될 수 있다.

상기 백 채취법이 적용된 악취 포집 장비는 투명 또는 반투명 수지가 밀봉된 형태로 구비된 포집 백(bag), 및 대기 중 시료를 흡입하기 위한 펌프를 포함할 수 있다. 상기 포집 백의 용적은 3L 내지 20L, 바람직하게는 5L 내지 10L일 수 있으며, 상기 펌프를 통한 시료의 흡입 유량은 1L/min 내지 10L/min의 범위로 조절될 수 있다.

상기 산성여과지 채취법이 적용된 악취 포집 장비는 직경 및 통공 크기가 각각 30mm 내지 50mm, 및 0.1㎛ 내지 0.5㎛인 원형의 여과지 지지대와 펌프를 순차적으로 구비할 수 있고, 상기 펌프를 통한 시료의 흡입 유량은 2L/min 내지 10L/min의 범위로 조절될 수 있다.

상기 악취 분석 장비는 상기 악취 포집 장비와 연결되어 그 하류에 구비될 수 있고, 전기적으로 연결된 복수의 소자를 포함하는 전자 장비일 수 있다. 구체적으로, 상기 악취 분석 장비는 시료 중 악취 유발 성분을 감지하는 센서 감지부와, 상기 센서 감지부로부터 측정 값을 수신받아 제어 신호를 출력하는 제어부와, 상기 제어부의 제어 신호에 따라 측정 값을 표시하는 표시 장치부와, 외부 환경으로부터 보호하기 위한 외함부를 포함할 수 있고, 필요에 따라, 상기 센서 감지부의 측정 값을 무선 통신망을 통해서 전송하는 통신 장치부를 더 포함할 수도 있다.

상기 센서 감지부는 주요 악취 유발 성분 중 황 계열과 아민 계열의 가스들을 감지하기 위해 저농도에 대한 감지능과 선택적 감지 특성이 우수한 전기화학식 황화수소(H₂S) 가스 센서, 전기화학식 암모니아(NH₃) 가스 센서, 또는 VOC 계열의 악취 유발 성분을 감지하기 위한 광이온화식 센서(PID)를 포함할 수 있다.

이와 같이, 상기 악취 포집 장비와 상기 악취 분석 장비가 각각 별도의 구성으로 구비되어 상호 연결될 수 있다.

반면, 별도의 악취 포집 장비가 구비되지 않고도, 즉, 포집 단계를 거치지 않고도 대기 중 시료의 농도를 직접 분석, 측정할 수 있는 단일의 구성으로 구비될 수도 있다.

예를 들어, 흡광차 분광법(Differential Optical Absorption Spectroscopy, DOAS)이 적용된 악취 분석 장비는 모든 종류의 가스 분자가 고유의 자외선 흡수 스펙트럼을 가진다는 원리에 기초한 것으로서, 시료를 포집하기 위한 별도의 장비 없이도 대기 중의 특정 가스 성분에 대한 빛의 투과율(I_t/I_o), 흡광 계수, 투사 거리를 계측하여 가스 성분의 농도를 직접 측정할 수 있다.

한편, 일반적으로 악취 발생 신고 지점과 악취 발생 예상 지점은 일정 거리를 두고 이격되어 있고, 악취 유발 성분은 대기 환경에 의해 단시간 내에 소멸한다. 예를 들어, 악취 발생 신고 지점이 주거 지역인 경우, 악취 발생 예상 지점은 인접한 상가 또는 공단 지역일 수 있다.

따라서, 악취 유발 성분의 종류와 영향 범위를 정확하게 측정, 평가하기 위해서는 실시간으로, 그리고 동시에 양 지점의 대기 중 시료를 포집하고, 이들을 상호 비교, 분석하는 단계가 수행되어야 한다.

상기 실시간 악취 발생원 추적 방법은, 2 이상의 드론을 1 이상의 드론으로 구성된 2개의 그룹(제1 및 제2 그룹)으로 나누고, 상기 제1 및 제2 그룹을 각각 악취 발생 신고 지점과 악취 발생 예상 지점으로 이동시켜 각각의 드론에 탑재된 포집 백과 악취 분석 장비가 해당 지점에서의 시료를 채취하고 정량적으로 분석하도록 할 수 있다.

특히, 복수의 드론을 악취 발생 신고 지점과 악취 발생 예상 지점으로 동시에 이동시켜 시료를 채취하기 때문에, 악취 유발 성분이 소멸하기 전에 이를 함유한 시료를 확보하여 최종적으로 악취 발생원과 악취 영향 범위를 정확하게 정의할 수 있다.

상기 (c) 단계(S300)에서 상기 시료를 정성 분석하여 상기 시료에 함유된 복수의 성분을 추출하고, 상기 복수의 성분 각각에 대해 최소 감지값 또는 역치값을 확인하여 악취 유발 성분을 선정할 수 있다.

상기 최소 감지값은 분석 또는 측정 장비를 통해 측정되는 상기 시료에 함유된 성분의 최소 감지 농도를 의미하며, 상기 역치값은 악취 또는 냄새에 대한 관능 시험 시 신경이나 근육 등에 반응을 일으키는 데 필요한 최소 자극값을 의미한다.

즉, 상기 (c) 단계에서 상기 시료에 함유된 복수의 성분을 추출한 이후 악취 유발 성분을 선정하는 과정은 분석 또는 측정 장비에 의해 자동으로 수행될 수 있고, 일정 행위에 의해 인위적으로 수행될 수도 있다.

상기 (d) 단계(S400)에서 상기 악취 발생 예상 지점에 상기 기상 측정 장비를 설치하여 현장의 기상 조건, 예를 들어, 풍향, 풍속, 온도, 습도, 대기압, 및 이들 중 2 이상의 조합을 실시간으로 측정함으로써, 악취 발생 신고 발생 시 악취의 흐름을 예측 관리할 수 있다.

실시간으로 측정된 상기 기상 조건에 관한 정보는 상기 기상 측정 장비에 구비된 메모리에 측정 시간 정보와 함께 저장될 수 있고, 이는 사용자의 PC, 스마트폰, 태블릿 등에 구비된 프로그램을 통해 분석 및 시각화될 수 있다.

한편, 상기 (e) 단계(S500)에서는, 상기 악취 유발 성분과 상기 기상 조건의 상관성을 분석하여 악취 영향 범위를 정의할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 악취 영향 범위를 도식화한 것이다. 도 4를 참조하면, 상기 (a) 내지 (c) 단계에서 아민 계열 성분과 황 계열 성분이 악취 유발 성분으로 선정될 수 있고, 상기 (d) 단계에서 악취 발생 예상 지점(A)에 설치된 기상 측정 장비에 의해 측정된 풍향과 풍속은 악취 발생 예상 지점(A)에서 악취 발생 신고 지점(B)으로 향할 수 있다.

이 때, 아민 계열 성분과 황 계열 성분의 분자량이 상이하며, 이들이 대기 중 공기와 상호 작용하는 정도 또한 상이하므로, 이들과 기상 조건의 상관성에 따라 최종적으로 정의되는 악취 발생원의 악취 영향 범위가 상이해질 수 있다.

구체적으로, 바람 및 기타 기상 조건에 의해 상기 A 지점으로부터 확산되는 황 계열 성분의 영향 범위는 정동쪽으로 확산된 타원형으로 정의된 반면에, 아민 계열 성분의 영향 범위는 북동쪽으로 확산된 타원형으로 정의될 수 있으므로, 상기 B 지점은 황 계열 성분의 영향 범위에만 속하게 된다.

도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 실시간 악취 발생원 추적 방법을 도식화한 것이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 실시간 악취 발생원 추적 방법이, 상기 (b) 단계(S200)와 상기 (c) 단계(S300) 사이에 상기 악취 발생 신고 지점과 상기 악취 발생 예상 지점에서 채취된 각각의 시료를 관능 시험하여 냄새의 종류가 동일한지 여부를 판단하는 단계(S600)를 더 포함할 수 있다.

상기 악취 발생 신고 지점과 상기 악취 발생 예상 지점의 거리가 상대적으로 먼 경우에는, 상기 악취 발생 예상 지점에서 발생한 악취 유발 성분이 그대로 상기 악취 발생 신고 지점까지 확산되었다고 단정할 수 없으므로, 냄새의 종류가 동일한지 여부를 판단하는 관능 시험을 통해 최초의 악취 발생 신고에 대한 대응 필요성을 1차적으로 점검하여 추적 효율성을 제고할 수 있다.

도 3은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 실시간 악취 발생원 추적 방법을 도식화한 것이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 실시간 악취 발생원 추적 방법이, 상기 (c) 단계(S300)와 상기 (d) 단계(S400) 사이에 상기 악취 유발 성분에 대해 냄새 재현성을 평가하는 단계(S700)를 더 포함할 수 있다.

상기 (c) 단계에서 1차적으로 선정된 악취 유발 성분의 냄새 재현성을 실험 또는 관능 시험을 반복하여 확인, 평가함으로써 악취 유발 성분의 신뢰성과 정의된 악취 영향 범위의 정확성을 제고할 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. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 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.

Claims

(a) 악취 발생 신고를 접수하는 단계;
(b) 악취 포집 장비 및 악취 분석 장비가 탑재된 2 이상의 드론을 악취 발생 신고 지점과 악취 발생 예상 지점으로 이동시켜 각 지점에서 시료를 채취하고, 상기 시료를 정량 분석하는 단계;
(c) 상기 시료를 정성 분석하여 상기 시료에 함유된 복수의 성분을 추출하고, 상기 복수의 성분 각각에 대해 최소 감지값 또는 역치값을 확인하여 악취 유발 성분을 선정하는 단계;
(d) 기상 측정 장비를 이용하여 상기 악취 발생 예상 지점의 기상 조건을 측정하는 단계; 및
(e) 상기 악취 유발 성분과 상기 기상 조건의 상관성을 분석하여 악취 영향 범위를 정의하는 단계;를 포함하고,
상기 드론의 상기 악취 분석 장비가 시료 중 악취 유발 성분을 감지하는 센서 감지부와 상기 센서 감지부의 측정 값을 무선 통신망을 통해서 전송하는 통신 장치부를 포함하고,
상기 악취 포집 장비 및 악취 분석 장비가 단일의 구성으로 구비되고, 상기 악취 분석 장비가 흡광차 분광법을 이용하여 상기 시료의 농도를 직접 분석, 측정하고,
상기 (b) 단계와 상기 (c) 단계 사이에 상기 악취 발생 신고 지점과 상기 악취 발생 예상 지점에서 채취된 각각의 시료를 관능 시험하여 냄새의 종류가 동일한지 여부를 판단하는 단계; 및
상기 (c) 단계와 상기 (d) 단계 사이에 상기 악취 유발 성분에 대해 냄새 재현성을 평가하는 단계;를 더 포함하는, 실시간 악취 발생원 추적 방법.
제1항에 있어서,
상기 기상 조건이 풍향, 풍속, 온도, 습도, 대기압, 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 실시간 악취 발생원 추적 방법.