KR20180130123A - Robot for real time water quality observation and rapid water improvement - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 실시간 수질 감시 및 수질 개선 로봇에 관한 것으로, 더 상세하게는 호수, 하천, 댐, 저수지 등의 수면을 이동하면서, 수질을 측정하고, 측정된 수질을 등급으로 나누어, 수질 등급에 따라 마이크로버블을 차등적으로 투입하여 수질을 개선할 수 있는 실시간 수질 감시 및 수질 개선 로봇에 관한 것이다.
The present invention relates to a real-time water quality monitoring and water quality improvement robot, and more particularly, to a water quality improvement robot that measures water quality while moving the water surface of a lake, a river, a dam, a reservoir, The present invention relates to a real-time water quality monitoring and water quality improvement robot capable of improving water quality by injecting bubbles differentially.
용존산소(DO:Dissolved Oxygen)는 수중에 녹아 있는 산소량으로, 일반적으로 공기 속의 산소에 의해 공급된다. 용존산소의 양은 기압이나 온도에 의해 좌우되며, 오염되지 않은 물을 기준으로 대기압하에서 20℃의 순수 DO는 약 9ppm이고 온도가 내려갈수록 상승하여 4℃에서 약 13ppm이 된다. 유기물(오수 폐수 등에 포함된 아질산염, 질산염, 암모니아, 인산염, 규산염 등의 유기물 염류)의 산화나 생물의 호흡 등으로 산소가 소모된 물의 DO는 이보다 감소한다.
Dissolved oxygen (DO) is the amount of oxygen dissolved in water, usually supplied by oxygen in the air. The amount of dissolved oxygen depends on atmospheric pressure and temperature, and the pure DO at 20 ℃ under atmospheric pressure is about 9ppm based on uncontaminated water. It rises with decreasing temperature to about 13ppm at 4 ℃. The DO of oxygen-depleted water decreases due to the oxidation of organic matter (organic salts such as nitrite, nitrate, ammonia, phosphate, silicate, etc. contained in wastewater and wastewater) and biological respiration.
용존산소와 유입되는 유기물의 양이 적당할 때는 유기물이 산소에 의해 분해되므로 청정한 물로 정화될 수 있지만, 용존산소의 양에 비하여 유기물 유입량이 많아 지면, 용존산소의 부족으로 수생식물이나 동물이 서식할 수 없게 되고, 유기물(오수 폐수 등에 포함된 아질산염, 질산염, 암모니아, 인산염, 규산염 등의 유기물 염류) 등이 산화되지 않고 잔류하여 유기물에 의한 물의 오탁을 가져오게 된다.
When the amount of dissolved oxygen and the amount of organic matter to be introduced is appropriate, the organic matter is decomposed by oxygen, so that it can be purified with clean water. However, when the amount of organic matter inflows is larger than the amount of dissolved oxygen, And organic matter (organic salts such as nitrites, nitrates, ammonia, phosphates, and silicates contained in wastewater and the like) are not oxidized and remain, resulting in contamination of water by organic matter.
용존산소 양이 지나치게 높은 물은 과산화수소와 같은 살균작용도 하여 물속에서 세균의 발생을 억제할 수 있으나, 유기물 분해량을 급속히 늘려 영양물질(인,질소)의 농도를 높게 하고, 영양물질로 인해 식물플랑크톤의 성장과 번식은 매우 신속하게 진행되므로 며칠 안으로 갑작스럽게 대량의 식물플랑크톤이 나타나는 녹조현상을 초래한다. 식물플랑크톤 등의 조류가 번식할 경우 광합성 작용으로 DO가 증가하여 과포화를 나타내기도 한다. 녹조생물이 갑자기 대량으로 죽으면 유독세균이 번식하거나, 산화분해로 인해 수중의 산소가 일시 결핍되어 어패류가 폐사하기도 한다.
Water that is too high in dissolved oxygen can sterilize the same bacteria as hydrogen peroxide, but it can increase the concentration of nutrients (phosphorus and nitrogen) The growth and propagation of plankton proceeds very rapidly, resulting in a suddenly large number of phytoplankton appearing in a few days. When algae such as phytoplankton breed, photosynthetic action increases DO to supersaturation. When a green algae suddenly dies in large quantities, poisonous bacteria reproduce, or oxygen deficiency occurs due to oxidative decomposition, resulting in the death of fish and shellfish.
따라서, 따라서 용존산소는 수질전체를 파악할 수 있는 지표로 사용할 수 있고, 호수, 하천, 댐, 저수지 등에 있어서, 용존산소는 어느 한 지점에서 지나치게 많거나 적지 않고 각 지점에서 적정한 수준으로 유지하는 것이 필요하다.
Therefore, the dissolved oxygen can be used as an index for grasping the entire water quality, and it is necessary to maintain the dissolved oxygen at an appropriate level at a certain point in the lake, the river, the dam, the reservoir, etc., Do.
호수, 하천, 댐, 저수지 등에는 공장폐수, 생활하수나 비료를 많이 사용한 농지로부터 흘러드는 비료 성분 때문에 부영양화의 진행이 점점 빨라지고 있다. 호수, 하천, 댐, 저수지 등에는 이와 같이 많은 오수, 폐수 및 하수가 유입되고 있으며, 이러한 오염물질의 유입은 물의 부영양화로 인한 조류의 이상 번식, 황화수소나 메탄 등의 발생으로 인한 악취의 발생, 바닥으로의 오염물 퇴적 등을 초래함과 동시에 자정능력을 상실하게 하는 원인이 되고 있다.
Lakes, rivers, dams, and reservoirs are becoming more and more eutrophicated due to fertilizer components that flow from farm wastewater, farmland using abundant sewage and fertilizer. There are many sewage, wastewater and sewage inflows in lakes, rivers, dams and reservoirs. The inflow of these pollutants is caused by abnormal growth of birds due to eutrophication of water, generation of odor due to the occurrence of hydrogen sulfide or methane, And it causes the loss of the self-cleaning ability at the same time.
마이크로버블은 직경 10㎛ - 50㎛ 이하의 미세 기포로 종래 탁수나 배수의 정화 처리, 생활 용수의 살균, 세탁기 내에서 의류 세척 등에 널리 이용되고 왔으나, 근래에는 호수와 늪이나 양식지 등의 폐쇄 수역에서 수중(水中)으로의 산소의 용해를 촉진하는 수단으로 사용하는 예가 늘고 있다.
Micro bubbles have been widely used for purification of turbid water and wastewater, disinfection of domestic water, and washing of clothes in washing machines with micro bubbles having diameters of 10 μm to 50 μm or less. Recently, however, they have been used in closed waters such as lakes, There has been an increasing use of oxygen as a means for promoting the dissolution of oxygen into water (in water).
그 일 예로, 특허등록 제10-1606398호 발명은 내수면 호소 등에서 외부와 연결되지 않고 에너지를 공급받지 않은 상태에서 독립적으로 수질 개선 작업이 가능하며, 마이크로버블을 이용하여 녹조를 파괴 또는 온도차에 의한 괴멸을 유도하는 마이크로버블을 이용한 수질 개선장 치를 개시하고 있다. 특허등록 제10-1606398호 발명은 부력에 의하여 수면에 부상되는 상태로 설치되는 수면 부상부와, 상기 수면 부상부에서 하측으로 기립되어 설치되며 심층수를 끌어올리는 심층수 상승부와, 상기 수면 부상부에 설치되며 마이크로버블(micro bubble)을 발생시켜 상기 심층수 상승부에 의하여 상승된 심층부에 분사하는 마이크로버블 분사부와, 상기 심층수 상승부 상단과 연결되어 구비되며 마이크로버블이 분사된 심층수를 하측 방향 수중으로 분사하는 버블 혼합수 분사부와, 상기 수면 부상부의 부상 위치를 한정하는 위치한정부를 포함하는 마이크로버블을 이용한 수질 개선장치를 개시한다.
For example, the invention of Patent Registration No. 10-1606398 can independently improve the quality of water without being connected to the outside at the inside water side, without supplying energy, and it is possible to perform the water quality improvement work by using the micro bubble to destroy the greenhouse, And water quality improvement devices using micro bubbles. Patent Document 1: Japanese Patent Application No. 10-1606398 DISCLOSURE OF THE INVENTION PROBLEMS TO BE SOLVED BY THE INVENTION [0004] The present invention relates to a water level rising part installed in a state floating on a water surface by buoyancy, a deep water rising part rising upwards from the water level rising part and pulling up deep water, A micro bubble spraying part installed on the upper part of the deep water elevating part and generating a micro bubble and spraying the micro bubble sprayed on the deep part raised by the deep water rising part; A bubble mixed water jetting part for injecting water and a positioning part for defining a floating position of the water level rising part.
특허등록 제10-1606398호 발명은 심층수를 끌어올려 마이크로버블을 분사하는 장점은 있지만, 호소(湖沼) 등의 한 지점에 고정되어 한 지점에만 집중적으로 마이크로버블을 투입하기 때문에 장치가 설치된 부근에서는 용존산소량이 과다하게 증가하지만 다른 지점은 용존산소량이 개선되기 어려운 단점이 있다. 수중에 분사된 마이크로버블은 미세한 기포로, 시간이 지나도 측방향으로는 확산되지 않고 분사 후 점점 상방으로 상승하면서 그 크기가 줄어들다가 소멸하기 때문이다.
Patent No. 10-1606398 The invention is advantageous in that microbubbles are sprayed by raising deep seawater. However, since microbubbles are concentrated only at one point fixed at one point such as a lake or the like, The oxygen amount is excessively increased, but the dissolved oxygen amount is difficult to be improved at other points. The microbubbles sprayed in water are fine bubbles, which do not diffuse laterally even after a lapse of time.
한편, 공개특허번호 제10-2016-0044895호 발명은 수심이 4m이상인 하천 또는 호수 등의 처리 대상수에 마이크로버블 오존을 발생시키는 수질정화장치가 랜덤하게 이동하며 수질을 정화하는 마이크로버블 오존을 사용한 수질정화장치에 관한 것으로, 지상에 설치되는 오존발생장치와, 모터에 의해 작동되는 프로펠러와 자동조타장치에 의해 회전되는 러더(rudder) 및 상기 모터와 자동조타장치의 작동을 제어하는 제어부를 포함하는 선체와, 상기 선체의 선수에 구비되어, 바닥면을 향해 경사지게 센싱이 이루어지며 거리를 측정하는 거리측정센서부와, 상기 선체의 하부에 고정수단에 의해 연결되고 오존주입호스를 통해 상기 오존발생장치로부터 오존을 공급받아 마이크로버블을 발생시키는 마이크로버블 발생장치를 포함하며, 처리 대상수가 존재하는 영역을 랜덤하게 이동하며 마이크로버블을 공급하는 마이크로버블 오존을 사용한 수질정화장치를 개시하고 있다.
On the other hand, Japanese Laid-Open Patent Application No. 10-2016-0044895 discloses a microbubble ozone generating apparatus for generating microbubble ozone at a water depth of 4 m or more, A rudder that is rotated by a propeller operated by a motor and an automatic steering device; and a control unit that controls operation of the motor and the automatic steering apparatus. The ozone generating apparatus includes an ozone generator installed on the ground, a propeller operated by the motor, A hull, a distance measuring sensor unit provided at a bow of the hull and measuring a distance with an inclination toward a bottom surface, a distance measuring sensor unit connected to a lower portion of the hull by a fixing means, And a micro bubble generator that receives ozone from the micro bubble generator and generates micro bubbles, Randomly moving and discloses a water purification device using ozone microbubbles for supplying the microbubbles.
공개특허번호 제10-2016-0044895호와 같이, 지상에 설치되는 오존발생장치로부터 호스를 통해 오존을 공급 받으면서 처리 대상수가 존재하는 영역을 랜덤하게 이동하여 마이크로버블 오존을 공급하는 경우, 넓은 하천 또는 호수에서 이동 영역에 한계가 있고, 오염 상태가 서로 다른 지역을 램덤하게 이동하면서 지속적으로 많은 양의 마이크로버블 오존을 지속적으로 공급하여야 하기 때문에 많은 전력이 소모되어 지상으로부터 전력 공급 없이 이동이나 오존 분사가 불가능하고, 오존이 분사되는 지점의 오염 정도를 고려하지 않고 램덤하게 분사되기 때문에 하천이나 호수의 위치에 따라 용존 산소의 과소 또는 과다가 발생하는 단점이 있다. 뿐만 아니라 공개특허번호 제10-2016-0044895호와 같이 마이크로버블발생장치를 선체의 하부에 설치하고 마이크로버블을 대량 방출할 경우 선체가 전복될 수 있는 문제점도 있다.
In the case of supplying the microbubble ozone by randomly moving the region where the water to be treated exists while being supplied with ozone through the hose from the ozone generating device installed on the ground as in Patent Document 10-2016-0044895, Since there is a limit to the moving area in the lake, and a large amount of microbubble ozone continuously needs to be continuously supplied while moving randomly in different regions of contamination, a lot of power is consumed, And it is disadvantageous that the amount of dissolved oxygen is over or over depending on the location of a river or a lake because it is randomly injected without considering the degree of contamination at a point where ozone is sprayed. In addition, when the micro bubble generator is installed in the lower part of the hull and the micro bubble is discharged in a large quantity as in the case of the open patent No. 10-2016-0044895, there is a problem that the hull can be overturned.
등록특허공보 제10-1244272호는 수면을 이용하면서 자가 발전구조를 통해 생성된 전류를 이용하여 무인 원격으로 수상을 운항하면서 수중에 초음파를 발산하여 조류를 제거하도록 구성된 수질 정화용 무인로봇을 개시하고 있다. 등록특허공보 제10-1244272호는 수면에 부양되는 함체를 포함하여 구성되며, 함체에는 함체의 운항에 따른 추력을 생성하는 추력부와, 태양광을 통해 전류를 생성하는 태양 전지판과 이 태양 전지판에서 생성된 전류를 축전하는 배터리를 포함하여 구성된 자가 발전부와, 자가 발전부에서 생성된 전류를 인가받아 수중에 초음파를 발산하는 하나 이상의 초음파 진동자와, 무선 송수신모듈을 통해 외부에서 무선 송출되는 제어신호를 인가받아 추력부와 초음파 진동자의 구동을 제어하는 제어부가 각각 배치되어, 함체는 자가 발전부를 통해 생성된 전류와 무선 수신되는 제어신호에 의해 추력부로 이송하면서, 수중에 초음파를 발산하여 조류를 제거한다.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-1244272 discloses an unmanned water purifier for water purification, which is configured to divert ultrasonic waves to water while operating an aquamarine remotely using an electric current generated through a self-generating structure while using a water surface . Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-1244272 discloses a solar battery module including a housing that floats on the surface of the water. The housing includes a thrust section for generating a thrust according to the operation of the housing, a solar panel for generating current through sunlight, And a battery for storing the generated electric current; at least one ultrasonic transducer for receiving ultrasonic waves in the water under the application of a current generated in the self-generating portion; and a control signal And a controller for controlling the driving of the thrust section and the ultrasonic transducer are respectively disposed. The enclosure is transmitted to the thrust section by the current generated through the self-generating section and the control signal received wirelessly, do.
등록특허공보 제10-1244272호에서와 같이, 함체를 추력부(모터)에 의하여 이동시키고, 조류를 절단하고 확산시키기 위한 절단팬과 확산팬을 공압제어모듈 (에어 컴퓨레서를 이용한 모터)에 의하여 구동하고, 조류를 제거할 정도의 초음파를 발생시키고, 외부로부터 제어신호를 인가받아 제어하기 위해서는 많은 양의 전력이 필요하다. 태양광 셀에 의하여 공급되는 전력에 의하여 초음파와 조류 절단팬 및 확산팬을 가동하여 조류를 제거할 경우, 좁은 영역에서 소량의 조류 밖에 제거할 수 없다. 그러나, 등록특허공보 제10-1244272호에는 이런 문제에 대한 인식이나 해결 방법을 제시하지 않고 있다. 뿐만아니라, 등록특허공보 제10-1244272호에서와 같이, 함체의 하부에 조류 절단팬 및 확산팬을 설치하고 구동시킬 경우 함체가 쉽게 전복되는 문제점이 있다..
As disclosed in JP-A-10-1244272, a housing is moved by a thrust section (motor), and a cutting fan and a diffusion fan for cutting and spreading the algae are driven by a pneumatic control module (motor using an air computer) A large amount of electric power is required to generate ultrasonic waves for driving and to remove algae, and to receive and control a control signal from the outside. When the algae are removed by operating the ultrasonic wave, the algae cutting fan and the diffusion fan by the power supplied by the solar cell, only a small amount of algae can be removed in a narrow area. However, JP-A-10-1244272 does not disclose such a problem. In addition, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-1244272, when a bird cutting fan and a diffusion fan are installed at a lower portion of a housing and are driven, there is a problem that the housing easily overturns.
위와 같은 수질 정화 기능은 없지만, 등록특허공보 제10-1145761호 발명은, 하천, 바다 또는 호수의 소정의 경로를 따라 이동하고, 이동 중 수질 및 환경 상태를 측정하여 사용자에게 제공하는 수질 모니터링 로봇을 제공하고 있다. 등록특허공보 제10-1145761호 발명은 하천, 바다 또는 호수의 수면 또는 수면아래에서 이동하는 이동유닛과, 상기 이동유닛에 장착되며, 상기 이동유닛을 이동시키는 구동력을 제공하는 구동부와, 상기 이동유닛에 장착되고, 상기 하천, 바다 또는 호수의 상태를 측정하는 센서부와, 상기 센서부에서 측정된 측정결과를 외부로 송신하는 통신부와, GPS신호를 수신하여 현재 위치를 결정하는 위치결정부와; 상기 위치결정부에서 결정된 현재 위치와 기 설정된 측정경로를 비교한 후 그 차이에 따라 상기 구동부를 제어하여 상기 이동유닛을 기 설정된 측정경로로 이동시키는 제어부를 포함하는 수질 모니터링 로봇을 개시하고 있다.
Although there is no such water purification function as described above, Japanese Patent Application No. 10-1145761 discloses a water quality monitoring robot that moves along a predetermined path of a river, a sea, or a lake, measures water quality and environmental conditions during a movement, . Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-1145761 DISCLOSURE OF THE INVENTION Problems to be Solved by the Invention The present invention relates to a moving unit moving on a surface of a river, a sea, or a lake, a driving unit mounted on the moving unit and providing driving force for moving the moving unit, A communication unit for transmitting measurement results measured by the sensor unit to outside; a positioning unit for receiving a GPS signal and determining a current position; And a control unit for comparing the current position determined by the positioning unit with a predetermined measurement path, and controlling the driving unit according to the difference to move the mobile unit to a predetermined measurement path.
등록특허공보 제10-1145761호 발명은 사용자가 미리 이동유닛의 측정경로를 설정하고, GPS신호를 이용하여 이동유닛이 미리 설정된 측정경로를 벗어날 경우, 제어부가 구동부를 제어하여 이동유닛을 기 설정된 측정경로로 이동시키면서 하천, 바다 또는 호수의 수질 상태를 측정하므로, 사용자가 미리 측정경로를 설정하지 않은 지점의 수질 상태는 측정하지 못하는 단점이 있다. 또한, 하천이나 호수에 유입된 오염물질은 수중에서 이동하기 때문에 각 지점의 수질측정 결과만으로는 어느 지점에서 오염원이 발생했거나 오염원이 유입되고 있는지 특정할 수 없다. 따라서, 등록특허공보 제10-1145761호 발명에서와 같이 기 설정된 측정경로의 수질 측정결과를 외부에 송신하여도 오염원 발생지점이나 오염물질 유입지점을 탐지하기 어려운 문제점이 있다. 등록특허공보 제10-1145761호 발명은 기 설정된 측정경로상에서의 측정된 수질 측정결과를 외부로 송신하지만, 수질 상태를 외부에서 육안으로 즉시 파악할 수 있는 수단을 제공하지 않고 있다. 이로 인해 하천, 호수, 댐 등의 관리자의 오염물질 유입에 대한 신속한 대응이 어렵다. 또한, 등록특허공보 제10-1145761호 발명에 의할 경우, 수질 상태의 측정 결과가 안 좋은 경우에도 즉시 이에 대처하여 수질 개선 작업을 할 수 없는 단점도 있다.
Patent Document 10-1145761 Disclosure of the Invention Problems to be Solved by the Invention The present invention relates to a mobile communication method in which when a user sets a measurement path of a mobile unit in advance and the mobile unit moves out of a predetermined measurement path using a GPS signal, Since the water quality of a river, a sea, or a lake is measured while moving to a path, there is a disadvantage that the user can not measure the water quality at a point where the measurement path is not set in advance. In addition, since pollutants flowing into rivers and lakes move in water, it is not possible to specify at which point a pollutant source or a pollutant source is introduced solely by the water quality measurement result at each point. Therefore, even when the water quality measurement result of the predetermined measurement path is transmitted to the outside as in the invention of Japanese Patent Application No. 10-1145761, it is difficult to detect the pollution source point or the pollution substance inflow point. Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-1145761 discloses a method for measuring the quality of water on a predetermined measurement route, but does not provide a means of visually grasping the water quality from the outside. This makes it difficult to promptly respond to influx of pollutants from managers such as rivers, lakes, and dams. In addition, according to the invention of Japanese Patent Application No. 10-1145761, even if the measurement result of the quality of the water quality is not good, the quality of the water quality can not be improved immediately.
본 발명은 상술한 종래 수질 모니터링 로봇이나 수질 정화용 로봇의 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 제1과제는, 수질 감시 영역 전체를 자율적으로 이동하면서 수질 감시 영역을 구획하고 각 구획에서의 용존산소 등의 수질을 측정한 후 이를 비교하여 현재의 수질에 따라 차등적으로 수질 개선 작업을 하여 전력사용을 효율화하고 수질 감시 영역 전체의 용존산소 양을 과다하거나 과소하지 않게 유지할 수 있는 실시간 수질 감시 및 수질 개선 로봇을 제공하는 데 있다.
A first object of the present invention is to provide a water quality monitoring robot which divides a water quality monitoring area while moving the entire water quality monitoring area autonomously, And the dissolved oxygen in the water quality monitoring system is compared and compared with the current water quality is improved by performing water quality improvement work to improve the efficiency of power use and the amount of dissolved oxygen in the entire water monitoring area can be kept in excess or not underestimated And to provide water quality monitoring and water quality improvement robots.
본 발명이 해결하고자 하는 제2과제는, 수질을 악화시키고 있는 수질 오염원의 발생지점이나 수질 오염물질 유입지점을 정확히 탐지할 수 있는 실시간 수질 감시 및 수질 개선 로봇을 제공하는 데 있다.
A second problem to be solved by the present invention is to provide a real-time water quality monitoring and water quality improvement robot capable of accurately detecting a point of occurrence of a water pollutant source or a point of influx of a water pollutant, which deteriorates water quality.
본 발명이 해결하고자 하는 제3과제는, 호수, 하천, 댐 등에서 로봇이 위치해 있는 지점의 수질 등급을 외부에서 관리자 등이 육안으로 확인할 수 있는 실시간 수질 감시 및 수질 개선 로봇을 제공하는 데 있다.
A third problem to be solved by the present invention is to provide a real-time water quality monitoring and water quality improvement robot that can visually confirm the water quality grade at a point where a robot is located in a lake, a river, a dam,
본 발명이 해결하고자 하는 제4과제는, 마이크로버블을 대량으로 투입하는 경우에도 로봇 몸체가 전복할 염려가 없는 실시간 수질 감시 및 수질 개선 로봇을 제공하는 데 있다.
A fourth problem to be solved by the present invention is to provide a real-time water quality monitoring and water quality improvement robot in which even if a micro bubble is input in a large amount, there is no concern that the robot body will overturn.
상술한 본 발명의 제1과제는, 내부에 중공부를 갖고 상부는 덮개에 의하여 밀폐된 반구형 부양체의 외주면에 방사 방향으로 물에 잠길 수 있게 연장된 방사관체를 다수 형성하고, 상기 덮개 상면에는 태양전지모듈을 설치하고, 상기 반구형 부양체 하부에는 수중에서 반구형 부양체를 추진할 수 있는 모터추진기를 마련하고, 상기 반구형 부양체내에는, 물을 순환시키는 펌프와 순환되는 물에 공기를 투입하는 에어블로어와 상기 펌프에서 공급한 물에 상기 에어블로어에서 공급한 공기를 혼합하는 믹서로 이루어진 마이크로버블발생기와, 위치 좌표를 출력할 수 있는 GPS수신모듈과, 관제센터의 서버와 데이터 통신할 수 있는 통신모듈과, 상기 모터추진기를 구동하는 모터드라이버와, 상기 모터추진기의 방향을 조정하는 모터추진기 조향장치와, 상기 마이크로버블발생기를 구동하고 상기 GPS수신모듈에서 받은 위치좌표에 따라 상기 모터드라이브 및 모터추진기 조향장치를 구동하고 상기 통신모듈을 통해 상기 관제센터에 데이터 통신할 수 있는 메인컨트롤러와, 상기 태양전지모듈에서 발전된 전력을 충전하고 각부에 전력을 공급하는 에너지스토리지시스템(ESS)을 설치하고, 상기 다수의 방사관체들에는 수질을 측정하여 상기 메인컨트롤러에 전송하는 수질센서와, 수심과 수변의 거리를 측정할 수 있는 초음파 거리계와, 상기 마이크로버블발생기에 물을 유입시킬 수 있는 물유입관과, 마이크로버블발생기에 외부공기를 유입시킬 수 있는 공기유입관과, 상기 마이크로버블발생기에서 발생한 마이크로버블을 물 속에 투입할 수 있는 마이크로버블투입관을 설치하여, 상기 모터추진기로 수질 감시 영역을 이동하면서 수질 측정과 마이크로버블 투입을 실시간으로 할 수 있게 하되, 상기 메인컨트롤러는, 수질 감시 영역을 이동하면서 상기 GPS수신모듈의 신호를 수신하고 상기 초음파 거리계에 의하여 수변을 확인하면서 수질 감시 영역 전체에 대한 위치좌표를 일정 간격으로 얻어 수질 감시 영역 전체에 대한 위치좌표 메트릭스를 구하는 단계와, 일정한 주기로 수질 감시 영역 전체의 위치좌표 메트릭스를 이동하면서 위치좌표별 용존산소를 포함한 수질 데이터를 획득하는 단계와, 수질 감시 영역 전체의 위치좌표별 수질 데이터를 이용하여 위치좌표별 용존산소 등급을 결정하는 단계와, 용존산소 등급이 나쁜 위치좌표 순으로 위치좌표 메트릭스 전체를 순차적으로 이동하면서 마이크로버블발생기를 작동시켜 마이크로버블발생기의 가동 시간을 용존산소 등급이 좋을수록 점차 차등 있게 줄이면서 미세기포를 투입하는 수질개선 단계를 수행함으로써 해결할 수 있다.
The first object of the present invention is to provide a radiator having a hollow portion therein and an upper portion formed on an outer circumferential surface of a hemispherical floating body sealed by a lid so as to be submerged in water in a radial direction, A battery module is installed, and a motor propeller for propelling the hemispheric float underwater is provided under the hemispheric float. In the hemispheric float, a pump for circulating water and an air blower for introducing air into the circulating water A microbubble generator composed of a mixer for mixing the air supplied from the air blower with water supplied from the pump, a GPS receiving module capable of outputting position coordinates, a communication module capable of data communication with a server of the control center, A motor driver for driving the motor propeller, a motor propeller steering device for adjusting the direction of the motor propeller, A main controller that drives the micro bubble generator and drives the motor drive and motor propulsion steering apparatus according to the position coordinates received from the GPS reception module and can communicate data to the control center through the communication module, (EN) An energy storage system (ESS) for charging developed electric power and supplying electric power to each part, a water quality sensor for measuring water quality and transmitting the water quality to the main controller, An air inflow pipe capable of introducing outside air into the micro bubble generator, and a micro bubble generated in the micro bubble generator are put into water A micro bubble injecting pipe is installed, and the water is monitored by the motor propeller Wherein the main controller receives the signal of the GPS receiving module while moving in the water quality monitoring area and confirms the water level by the ultrasonic distance meter while moving the station, Obtaining positional coordinate metrics for the entire water quality monitoring region by obtaining positional coordinates with respect to the whole of the water quality monitoring region, acquiring water quality data including dissolved oxygen for each positional coordinate while moving the positional coordinate metrics of the entire water quality monitoring region at regular intervals Determining a dissolved oxygen level of each positional coordinate by using the water quality data of each of the positional coordinates of the entire water quality monitoring region, and operating the microbubble generator while sequentially moving the entire positional coordinate matrix in order of the position coordinates The operation time of the micro bubble generator is And the water quality improvement step of injecting the minute bubbles while gradually decreasing as the dissolved oxygen grade is better.
상술한 본 발명의 제2과제는, 메인컨트롤러가, 상기 수질개선 단계 이후, 다음 주기에 수질 감시 영역 전체의 위치좌표 메트릭스를 이동하면서 위치좌표별 용존산소를 포함한 수질 데이터를 획득하는 단계와, 수질 감시 영역 전체의 위치좌표별 수질 데이터를 이용하여 위치좌표별 용존산소 등급을 결정하는 단계와, 이전 주기의 위치좌표별 용존산소 등급을 당해 주기의 용존산소 등급과 비교하는 주기별 용존산소등급 비교 단계와, 이전 주기보다 용존산소등급이 낮아진 지점을 결정하고, 용존산소등급이 낮아진 지점을 수질 오염원 발생 지점으로 결정하는 수질 오염원 탐지 단계와, 탐지된 수질 오염원 발생 지점을 관제센터에 제공하는 수질 오염원 통지 단계를 더 수행함으로써 해결할 수 있다.
The second object of the present invention is to provide a method for controlling a water quality of a water quality monitoring system, the method comprising the steps of: acquiring water quality data including dissolved oxygen by position coordinates while moving a position coordinate matrix of the entire water quality monitoring area in a next cycle after the water quality improvement step; Determining a dissolved oxygen level of each positional coordinate by using the water quality data of each of the positional coordinates of the entire surveillance region and comparing the dissolved oxygen level of the previous cycle with the dissolved oxygen level of the corresponding period; And a water pollutant source detection step of determining a point where the dissolved oxygen level is lower than the previous cycle and determining a point where the dissolved oxygen level is lowered as a water pollutant source point and a water pollutant source notification providing the detected water pollutant source point to the control center Can be solved by further performing the steps.
상술한 본 발명의 제3과제는, 상기 덮개에 LED어레이를 더 설치하고, 상기 메인컨트롤러는 현재 위치좌표의 수질 등급에 따라 상기 LED어레이의 발광 빛을 다르게 하여 외부에서 수질 상태를 육안으로 확인할 수 있게 함으로써 해결할 수 있다.
According to a third aspect of the present invention, the LED array is further provided on the cover, and the main controller differs the light emitted from the LED array according to the water quality grade of the current position coordinates, Can be solved.
상술한 본 발명의 제4과제는, 상기 마이크로버블투입관을 적어도 2개 이상 설치하고, 각 마이크로버블투입관은 서로 대칭 방향에 배치된 방사관체에 설치함으로써 해결할 수 있다.
The fourth problem of the present invention described above can be solved by providing at least two micro bubble injection pipes and installing each micro bubble injection pipe in a radiation pipe arranged in a symmetrical direction with respect to each other.
상술한 구성을 갖는 본 발명에 의하면, 수질 감시 영역을 이동하면서 상기 GPS수신모듈의 신호를 수신하고 상기 초음파 거리계에 의하여 수변을 확인하면서 수질 감시 영역 전체에 대한 위치좌표를 일정 간격으로 얻기 때문에 미리 경로를 설정할 필요가 없고, 미리 설정한 경로 뿐만 아니라 수질 감시 영역 전체에 대한 위치좌표를 메트릭스 구조로 얻어 각 메트리스 단위로 수질 검사 및 수질 개선 작업을 진행할 수 있고, 일정한 주기로 수질 감시 영역 전체의 위치좌표 메트릭스를 이동하면서 위치좌표별 수질 데이터를 획득하기 때문에 새로운 오염원이나 오염물질 유입지역을 발견하여 이에 대응한 수질 개선작업을 즉시 시행할 수 있고, 수질 감시 영역 전체의 위치좌표별 수질 데이터를 이용하여 위치좌표별 용존산소 등급을 결정하고 이 등급을 이용하여 수질 개선 작업 및 오염원 탐지 작업을 하기 때문에 수질 개선 작업 및 오염원 탐지 작업을 효과적으로 진행할 수 있고, 용존산소 등급이 나쁜 위치좌표 순으로 위치좌표 메트릭스 전체를 순차적으로 이동하면서 마이크로버블발생기를 작동시켜 마이크로버블발생기의 가동 시간을 용존산소 등급이 좋을수록 점차 차등 있게 줄이면서 미세기포를 투입하기 때문에 태양전자에서 얻은 전력을 효율적으로 사용하여 태양전자의 전력만으로 운용이 가능하고, 용존산소 등급에 따라 용존산소의 투입시간에 차등을 두기 때문에 용존산소의 과다지점과 과소지점이 발생하지 않는 효과가 있다.
According to the present invention having the above-described configuration, since a signal of the GPS receiving module is received while the water quality monitoring region is moved and positional coordinates of the entire water quality monitoring region are obtained at regular intervals while confirming the water level by the ultrasonic distance meter, It is possible to perform the water quality inspection and the water quality improvement work in units of each metric by obtaining the position coordinates of the entire water quality monitoring area as well as the preset path as a metric structure, It is possible to detect a new pollutant or pollutant inflow area and immediately implement the water quality improvement work corresponding to the pollutant or the pollutant inflow area by using the water quality data according to the location coordinates of the entire water quality monitoring area, Determine the star-dissolved oxygen level, The water quality improvement work and the pollution source detection work can be effectively performed and the micro bubble generator is operated while sequentially moving the entire position coordinate matrix in order of the position coordinates in which the dissolved oxygen level is bad, Since the operation time of the generator is gradually decreased and the minute bubbles are injected while the dissolved oxygen grade is better, the power obtained from the solar electron can be efficiently used and operated by the power of the solar electron, and the dissolved oxygen There is an effect that the excessive point and the underexposed point of dissolved oxygen do not occur because the difference in the injection time is set.
또한, 본 발명에서와 같이 수질 등급을 이용하면, 수질개선 작업을 한 후에 특정 구역에서 수질 개선이 이루어 지지 않을 경우 이 지점을 오염원 발생 구역 또는 오염물질 유입 구역을 판단할 수 있다. 즉, 메인컨트롤러가, 상기 수질개선 단계 이후, 다음 주기에 수질 감시 영역 전체의 위치좌표 메트릭스를 이동하면서 위치좌표별 용존산소를 포함한 수질 데이터를 획득하여 위치좌표별 용존산소 등급을 결정하고, 이전 주기의 위치좌표별 용존산소 등급을 당해 주기의 용존산소 등급과 비교한 결과, 이전 주기보다 용존산소등급이 낮아진 지점을 찾으면, 이 지점은 수질 오염원 발생 지점으로 판단할 수 있는 것이다.
Also, by using the water quality grade as in the present invention, if the water quality is not improved in a specific area after the water quality improvement work, it is possible to determine the pollution source occurrence area or the pollutant entry area. That is, after the water quality improving step, the main controller acquires the water quality data including dissolved oxygen for each position coordinate while moving the position coordinate matrix of the entire water quality monitoring area in the next cycle, determines the dissolved oxygen level for each position coordinate, The location of the point where the dissolved oxygen level is lower than the previous cycle is found as a point of occurrence of the water pollution source.
또한, 본 발명에 의하면, 덮개에 LED어레이를 더 설치하고, 상기 메인컨트롤러는 현재 위치좌표의 수질 등급에 따라 상기 LED어레이의 발광 빛을 다르게 하여 외부에서 수질 상태를 육안으로 확인할 수 있게 함으로써 호수, 하천, 댐 등에서 로봇이 위치해 있는 지점의 수질 등급을 외부에서 관리자 등이 육안으로 확인하고, 즉시 오염원 확인 및 필요한 수질 개선 조치를 할 수 있게 된다.
According to the present invention, the LED array is further provided on the lid, and the main controller makes the luminous light of the LED array different according to the water quality grade of the current position coordinate, In the river, dams, etc., the manager can visually confirm the water quality grade at the location where the robot is located, and immediately check the pollutant source and take necessary water quality improvement measures.
또한, 본 발명에 의하면, 내부에 중공부를 갖고 상부는 덮개에 의하여 밀폐된 반구형 부양체의 외주면에 방사 방향으로 물에 잠길 수 있게 연장된 방사관체를 다수 형성하고, 이들 방사관체에 상기 마이크로버블투입관을 적어도 2개 이상 설치하면서, 각 마이크로버블투입관은 서로 대칭 방향에 배치된 방사관체에 설치하기 때문에, 마이크로버블을 대량으로 투입하는 경우에도 로봇 몸체가 전복할 염려가 없다.
According to the present invention, there are provided a plurality of radiation tubes extending in a radial direction so as to be submerged on the outer circumferential surface of a hemispherical floating body sealed by a lid and having a hollow portion therein, Since at least two tubes are installed and each micro bubble introducing tube is installed in a radiation tube arranged in a symmetrical direction with respect to each other, there is no fear that the robot body will overturn even when a micro bubble is inputted in a large amount.
도 1은 본 발명에 따른 실시간 수질 감시 및 수질 개선 로봇의 외관 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 실시간 수질 감시 및 수질 개선 로봇의 평면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 실시간 수질 감시 및 수질 개선 로봇의 내부 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 실시간 수질 감시 및 수질 개선 로봇이 마이크로버블을 분사하는 방법을 보여주는 종단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 실시간 수질 감시 및 수질 개선 로봇의 사용상태도이다.
도 6은 본 발명에 따른 실시간 수질 감시 및 수질 개선 로봇과 관제센터로 이루어지는 수질 감시 시스템에 대한 구성도이다. 1 is an external perspective view of a real-time water quality monitoring and water quality improvement robot according to the present invention.
FIG. 2 is a plan view of the real-time water quality monitoring and water quality improvement robot shown in FIG. 1. FIG.
3 is a block diagram of an internal configuration of a real-time water quality monitoring and water quality improvement robot according to the present invention.
4 is a vertical cross-sectional view showing a method of real-time water quality monitoring and a water quality improvement robot spraying micro bubbles according to the present invention.
5 is a use state diagram of a real-time water quality monitoring and water quality improvement robot according to the present invention.
6 is a block diagram of a water quality monitoring system comprising a real-time water quality monitoring and water quality improvement robot and a control center according to the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시간 수질 감시 및 수질 개선 로봇의 구체적인 실시 예를 상세히 설명한다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of a real-time water quality monitoring and water quality improvement robot according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 실시간 수질 감시 및 수질 개선 로봇(1)은, 반구형 부양체(9)와 반구형 부양체(9)의 외주면에 방사 방향으로 물에 잠길 수 있게 연장된 방사관체(11a~11f)로 이루어진 구조체를 갖는다. 상기 반구형 부양체(9)는 내부에 중공부를 가지며 상부는 덮개(3)에 의하여 밀폐된다. 상기 방사관체(11a~11f)는 6개 또는 8개 등의 짝을 이룬 복수의 개수로 형성하는 것이 바람직하다. 상기 방사관체(11a~11f)는 상기 반구형 부양체(9)의 균형을 잡아 줄 뿐만 아니라, 수질측정을 용이하게 해주고, 마이크로버블의 분사시 반구형 부양체(9)가 균형을 잃는 것을 방지해 준다. 반구형 부양체(9)는 원형형태(UFO형태)를 가지며 덮개 상부 표면에 태양전지모듈(5)을 설치하여, 수질감시에 필요한 에너지원을 자가 생산하여 운행한다. 상기 덮개(3) 상면에는 태양전지모듈(5)을 가능한 광범위하게 설치하여 자가발전에 의한 전력만으로 모든 구성부분의 소요 전력을 공급할 수 있게 한다.
1 and 2, the real-time water quality monitoring and water
상기 덮개(3)의 태양전지모듈(5) 둘레에는 원형의 LED어레이(7)를 설치한다. 상기 LED어레이(7)는 여러가지 색을 가변하여 발광할 수 있는 색 가변형 LED어레이(7)이다.
A round LED array (7) is installed around the solar cell module (5) of the lid (3). The
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 반구형 부양체(9)내에는 상기 태양전지모듈(5)에서 발전된 전력을 충전하고 각부에 전력을 공급하는 에너지스토리지시스템(ESS)(33)을 설치한다. 상기 에너지스토리지시스템(ESS)(33)은 리튬이온 이차전지셀과 충방전 회로를 포함하고, 주간에 상기 태양전지모듈(5)에서 발전한 전력을 충전하고, 충전된 전력을 각부에 공급한다. 상기 반구형 부양체(9)의 지름을 2300mm로, 높이를 600~800mm로 제작할 경우, 상기 덮개(3)에 설치되는 태양전지모듈(5)은 시간당 최대 생산량 280WH(12V)의 전력을 생산할 수 있다. 에너지스토리지시스템(ESS)(33)에 충전된 전력을 통해 밤뿐 아니라 흐린 날씨와 비가 오는 날씨에도 로봇(1)을 가동할 수 있다. 메인컨트롤러(27)는 발전량과 전력잔량에 대한 데이터를 획득하여 발전량과 전력 잔량에 따른 로봇(1) 각부의 운영을 조절한다.
3 and 4, an energy storage system (ESS) 33 is installed in the
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 반구형 부양체(9) 하부에는 수중에서 반구형 부양체(9)를 추진할 수 있는 모터추진기(39)를 마련한다. 도면에는 표시하지 않았지만, 상기 에너지스토리지시스템(33)은 질량이 상대적으로 크기 때문에 반구형 부양체(9) 하부 중심부에 설치하여 무게 중심 기능을 수행하게 할 수 있다.
4, a
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 반구형 부양체(9)의 내부는 상하 공간을 구분하여, 상부 공간에는 상기 에너지스토리지시스템(ESS)에 의하여 전력을 공급 받아 가동되는 마이크로버블발생기(15)와, GPS수신모듈(29)과, 통신모듈(31)과, 모터드라이버(35)와, 모터추진기 조향장치(37)와, 메인컨트롤러(27)를 구비한다.
3 and 4, the
상기 마이크로버블발생기(15)는 물흡입관(24)을 통해 물을 흡입하여 순환시키는 펌프(17)와, 공기투입구(12)에 연결된 공기유입관(23)를 통해 공기를 흡입하여 순환되는 물에 공기를 투입하는 에어블로어(19)와 상기 펌프(17)에서 공급한 물에 상기 에어블로어(19)에서 공급한 공기를 혼합하여 마이크로버블을 생성하는 믹서(21)와 믹서(21)에 연결되어 마이크로버블이 포함된 물을 토출하는 마이크로버블투입관(25)으로 이루어진다. 물흡입관(24)과 마이크로버블투입관(25)의 말단 노즐은 항상 물속에 잠겨있다.
The
상기 GPS수신모듈(29)은 위치 좌표를 생성하여 상기 메인컨트롤러(27)에 출력한다. 통신모듈(31)은 관제센터의 서버와 데이터 통신할 수 있는 CDMA단말기 또는 Wifi단말기이다.
The
모터드라이버(35)는 상기 에너지스토리지시스템(ESS)에서 공급되는 직류 전원을 교류 펄스 전원으로 인버팅하여 상기 모터추진기에 투입하는 인버터이다.
The
모터추진기 조향장치(37)는 상기 메인컨트롤러(27)의 제어에 따라 상기 모터추진기(39)의 방향을 조정한다.
The motor
상기 메인컨트롤러(27)는 상기 마이크로버블발생기(15)를 구동하고 상기 GPS수신모듈(29)에서 받은 위치좌표에 따라 상기 모터드라이브(35) 및 모터추진기 조향장치(37)를 구동하고 상기 통신모듈(31)을 통해 상기 관제센터에 데이터 통신한다.
The
상기 다수의 방사관체(11a~11f)들에는 수심과 수변의 거리를 측정할 수 있는 초음파 거리계(13a~13f)를 구비한다. 전체 수질 감시 영역의 최외곽 한계 좌표만 주어지면 사용자가 미리 전체 수질 감시 영역 내의 측정 경로나 이동 경로를 특정하지 않아도 본 발명에 따른 로봇(1)은 상기 초음파 거리계(13a~13f)와 GPS수신모듈(29)을 이용하여 호수나 댐 등의 경계나 시설물을 스스로 확인하면서 위치좌표 메트릭스(수질 감시 영역을 위도축 및 경도축 방향의 일정한 간격으로 분할한 위치좌표들-도 5 참조)을 획득하여, 이 위치좌표 메트릭스를 자율 이동하면서 전체 수질 감시 영역의 수질을 측정하게 된다.
The plurality of
상기 다수의 방사관체(11a~11f)들에는 수질을 측정하여 상기 메인컨트롤러(27)에 전송하는 수질센서(41a,41b)를 구비한다. 상기 수질센서는 용존산소량센서를 필수적으로 포함하고, 온도센서, 염도센서, PH농도센서를 포함할 수 있다. 또한, 상기 수질센서는 탁도센서, BOD(생물화학적 산소요구량)센서, COD(화학적 산소요구량)센서, TOC(총유기탄소량)센서 또는 T-P(총인)센서 가운데 선택된 1종 내지 2종 이상의 수질센서를 더 포함할 수 있다.
The plurality of
상기 다수의 방사관체(11a~11f)들 중 일부에는, 상기 마이크로버블발생기(15)에 물을 유입시킬 수 있는 물유입관(21)과, 마이크로버블발생기(15)에 외부공기를 유입시킬 수 있는 공기유입관(23)을 마련한다. 공기유입관(23)은 방사관체(11f)에 형성된 공기투입구(12)에 연결된다. 또한, 상기 다수의 방사관체(11a~11f)들 중 일부에는 상기 마이크로버블발생기(15)에서 발생한 마이크로버블을 물 속에 투입할 수 있는 마이크로버블투입관(25)을 설치한다.
Some of the plurality of
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 마이크로버블투입관(25)은 적어도 2개 이상 설치하고, 각 마이크로버블투입관(25)은 서로 대칭 방향에 배치된 방사관체(11b,11e)에 설치하면, 마이크로버블을 대량으로 투입하여 그 반발력이 반구형 부양체(9)에 작용하는 경우에도 반구형 부양체(9)가 전복되지 않는다. 그러나, 방사관체의 어느 하나에만 마이크로버블투입관(25)을 설치하거나, 비대칭으로 마이크로버블투입관(25)을 다수 설치할 경우, 마이크로버블 투입시 반구형 부양체(9)가 전복될 수 있다.
As shown in FIG. 4, at least two micro
본 발명에 따른 로봇(1)은, 상기 모터추진기(39)로 자율적으로 수질 감시 영역을 이동하면서 수질 측정을 한 후 수질 등급을 나누고, 수질 등급에 따라 차등하여 마이크로버블을 실시간으로 투입한다.
In the
상기 마이크로버블발생기(15)에 의하여 수질개선를 위하여 투입되는 마이크로버블(기포직경이 10㎛ ~ 50㎛인 기포)는, 수질정화를 위한 활성 미세기포를 발생시켜 물에 분산시키고 저압에서 많은 양의 공기를 용존시켜 정화처리 하는데 사용된다.The micro bubbles (bubbles having a bubble diameter of 10 탆 to 50 탆) injected for improving water quality by the
마이크로버블발생장치에서 만들어진 마이크로버블은 일반기포에 비해 비표면적과 수중 체류시간이 증가하여 용존산소를 증가시키므로 녹조제거 및 방지, 호기성미생물의 활동성 촉진 등 수질개선효과가 크다. 또한, 마이크로버블은 바닥 오염물과 침전된 퇴적층을 감소시키고 물의 흐름을 도와 정체되어 썩는 것을 막는다. 일반기포는 수중에서 급속으로 상승하지만, 마이크로버블은 부력이 적어 1분에 수mm정도씩 상승하여 3~7분 동안 수중에 체류하고 점차 축소되어 나노버블화(10㎛미만의 기포)된 후 압괴 소멸될 때 완전 용해가 된다. 따라서, 강, 호수, 댐 등의 특정 지점에 마이크로버블발생기를 설치하여 마이크로버블을 공급하는 것은 효과가 제한적이다. 본 발명은 마이크로버블을 생성하여 전체 수질 감시 영역을 이동하면서 수질 등급에 따라 전복의 위험 없이 마이크로버블을 투입한다.
The microbubbles produced by the microbubble generator are more effective in improving the quality of water such as removal and prevention of the algae and promoting the activity of the aerobic microorganisms, because the microbubbles increase the specific surface area and the residence time in the water by increasing the dissolved oxygen. In addition, microbubbles reduce bottom contaminants and deposited sediments and help prevent water stagnation by helping the flow of water. Normal bubbles rise rapidly in water, but micro bubbles rise by several millimeters at 1 minute due to low buoyancy, stay in water for 3 to 7 minutes, gradually decrease to become nano bubbles (bubbles of less than 10 μm) It is completely dissolved when it disappears. Therefore, it is of limited effectiveness to supply a micro bubble by installing a micro bubble generator at a specific point such as a river, a lake, or a dam. The present invention generates microbubbles to move the entire water quality monitoring area, and injects microbubbles without risk of rollover depending on the water quality grade.
수중에서 마이크로버블이 나노사이즈의 나노버블 형태로 축소 전환되고 소멸하면서 프리라디칼을 발생한다. 프리라디칼은 살균력 및 화학물질의 분해 능력이 뛰어나고, 녹조류 발생 억제와 제거에도 매우 효과적이다. 프리라디칼은 전하를 띠어 수중의 오염물질과 쉽게 부착할 수 있기 때문에 수질정화에 매우 효과적이고, 미생물의 증식에 필요한 용존산소의 전달을 극대화하여 정화효율을 높인다.
Microbubbles in the water are reduced to nano-sized bubbles and disappear, generating free radicals. Free radicals are excellent in disinfecting power and chemical decomposition ability, and are also very effective in suppressing and eliminating the occurrence of green algae. Free radicals are highly effective for purification of water because they can be easily attached to contaminants in the water by charging and maximize the transfer of dissolved oxygen required for microbial growth, thereby improving purification efficiency.
본 발명에 의하면, 마이크로버블발생기(15)의 펌프로 태양전지 전용 220V 3상 모터 를 채용한 1hp 펌프를 사용하여 1.0 ~ 1.5㎥/hr 의 마이크로버블을 생성할 수 있다. 일반펌프를 사용하고 믹서(21)에서 선회식으로 마이크로버블을 생성한다. 이러한 방식은 동력소모가 적고, 마이크로버블발생량이 많고, 이물질 막힘이 없는 방식이다.
According to the present invention, microbubbles of 1.0 to 1.5 m3 / hr can be generated by using a 1 hp pump employing a 220 V three-phase motor dedicated to the solar cell as the pump of the
도 5를 참조하면 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의하면, 최초로 호수 댐 등의 수질 감시 영역에 투입되면, 상기 메인컨트롤러(27)는, 로봇(1)이 수질 감시 영역을 이동할 때, 상기 GPS수신모듈(29)의 신호를 수신하고 상기 초음파 거리계(13a~13f)에 의하여 수변을 확인하면서 수질 감시 영역 전체에 대한 위치좌표를 일정 간격으로 얻어 수질 감시 영역 전체에 대한 위치좌표 메트릭스를 구한다. 이를 통해 수질 감시 영역의 경계와 위치좌표를 GPS 기반으로 정확히 위치를 파악할수 있게 된다. 위치좌표 메트릭스는 수질 감시 영역을 위도축 및 경도축 방향의 일정한 간격으로 분할한 위치좌표들이고, 수질측정 지점은 각 메트릭스 라인의 교차점 또는 메트릭스 라인에 의하여 분할 되는 구역의 중간지점으로 할 수 있다.
5, when the
상기 메인컨트롤러(27)는, 로봇(1)을 일정한 주기로 수질 감시 영역 전체의 위치좌표 메트릭스를 이동하시키면서, 위치좌표별 용존산소를 포함한 수질 데이터를 획득하는 단계와, 수질 감시 영역 전체의 위치좌표별 수질 데이터를 이용하여 위치좌표별 용존산소 등급을 결정하는 단계를 수행한다.
The
예를 들면 용존 산소 등급을 다음과 같이 7단계로 나눌 수 있다.
For example, the dissolved oxygen level can be divided into 7 levels as follows.
등급
Rating
1
One
2
2
3
3
4
4
5
5
6
6
7
7
DO(m/L)
DO (m / L)
7.5이상
7.5 or more
6.0이상
6.0 or higher
5.0이상
5.0 or higher
4.0이상
4.0 or higher
3.0이상
3.0 or higher
2.0이상
2.0 or higher
2.0미만
Less than 2.0
1등급은, 용존 산소가 풍부하고 오염물질이 없는 청정상태의 생태계로 여과, 살균 등 간단한 정수처리 후 생활 용수로 사용할 수 있는 수질 상태이다.
2등급은, 용존산소가 많은 편이고 오염물질이 거의 없는 청정상태에 근접한 생태계로 여과, 침전, 살균 등 일반적인 정수처리 후 생활용수로 사용할 수 있는 수질 상태이다.
Class 2 is an ecosystem that is close to a clean state with a lot of dissolved oxygen and little contaminants. It is a water quality state that can be used as drinking water after general water treatment such as filtration, sedimentation, and sterilization.
3등급은, 약간의 오염 물질은 있으나 용존 산소가 많은 상태의 다소 좋은 생태계로 여과, 침전, 살균 등 일반적인 정수처리 후 생활용수 또는 수영용수로 사용할 수 있는 수질 상태이다.
The third grade is a somewhat good ecosystem with some pollutants but a lot of dissolved oxygen. It is a water quality state that can be used as drinking water or swimming water after general water treatment such as filtration, sedimentation, and sterilization.
4등급은, 보통의 오염물질로 인하여 용존산소가 소모되는 일반 생태계로 여과, 침전, 활성탄 투입, 살균 등 고도의 정수처리 후 생활용수로 이용하거나 일반적 정수처리 후 공업용수로 사용할 수 있는 수질 상태이다.
Grade 4 is a general ecosystem that consumes dissolved oxygen owing to common pollutants. It is a water quality state that can be used as drinking water after high water treatment such as filtration, sedimentation, activated carbon injection, sterilization, or as general industrial water after general water treatment.
5등급은, 상당량의 오염물질로 인하여 용존산소가 소모되는 생태계로 농업용수로 사용하거나, 여과, 침전, 활성탄 투입, 살균 등 고도의 정수처리 후 공업용수로 사용할 수 있는 수질 상태이다.
6등급은, 다량의 오염물질로 인하여 용존산소가 소모되는 생태계로 산책 등 국민의 일상생활에 불쾌감을 유발하지 아니하며, 활성탄 투입, 역삼투압 공법 등 특수한 정수처리 후 공업용수로 사용할 수 있는 수질 상태이다.
Grade 6 is an ecosystem in which dissolved oxygen is consumed due to a large amount of pollutants. It does not cause discomfort to people's daily life, such as walking, and is a water quality state that can be used as industrial water after special water treatment such as activated carbon injection and reverse osmosis .
7등급은, 용존 산소가 거의 없는 오염된 물로 물고기가 살기 어려운 수질 상태이다.
용존산소 등급이 결정되면, 상기 메인컨트롤러(27)는, 용존산소 등급이 나쁜 위치좌표 순으로 위치좌표 메트릭스 전체를 순차적으로 이동하면서 마이크로버블발생기를 작동시켜 마이크로버블발생기의 가동 시간을 용존산소 등급이 좋을수록 점차 차등 있게 줄이면서 미세기포를 투입하는 수질개선 단계를 수행한다.
When the dissolved oxygen class is determined, the
이때, 용존산소 등급을 2등급씩 묶어서(예를 들면, 1,2 등급, 3,4등급, 4,5등급, 6,7등급) 마이크로버블 투입시간을 차등화하거나, 용존산소 등급을 일정등급 이상과 그 미만으로 나누어서(예를 들면, 1,2,3등급과 4등급 미만) 마이크로버블 투입시간을 차등화할 수 있다.
At this time, it is necessary to classify the dissolved oxygen levels into two classes (for example, 1, 2, 3, 4, 4,5, 6 and 7 grades) (For example, less than 1, 2, 3, or less than 4) microbubble injection time can be differentiated.
이를 위해, 마이크로버블발생장치의 노즐에서 공급되는 마이크로버블투입시간, 마이크로버블 발생량 등과 용존산소 개선 정도에 대한 상관관계를 데이터 베이스화하고, 이를 이용하여 마이크로버블투입시간을 조정할 수 있다.
For this purpose, the correlation between the microbubble injection time, the microbubble generation amount, and the dissolved oxygen improvement degree supplied from the nozzle of the microbubble generator is converted into a database and the microbubble injection time can be adjusted using the data base.
상기 메인컨트롤러(27)는, 상기 수질개선 단계 이후, 다음 주기에 수질 감시 영역 전체의 위치좌표 메트릭스를 이동하면서 위치좌표별 용존산소를 포함한 수질 데이터를 획득하는 단계와, 수질 감시 영역 전체의 위치좌표별 수질 데이터를 이용하여 위치좌표별 용존산소 등급을 결정하는 단계와, 이전 주기의 위치좌표별 용존산소 등급을 당해 주기의 용존산소 등급과 비교하는 주기별 용존산소등급 비교 단계와, 이전 주기보다 용존산소등급이 낮아진 지점을 결정하고, 용존산소등급이 낮아진 지점을 수질 오염원 발생 지점으로 결정하는 수질 오염원 탐지 단계와, 탐지된 수질 오염원 발생 지점을 관제센터에 제공하는 수질 오염원 통지 단계를 수행한다. 본 발명에서와 위치좌표별 수질 등급을 이용하면, 수질개선 작업을 한 후에 특정 구역에서 수질 개선이 이루어 지지 않을 경우 이 지점을 오염원 발생 구역 또는 오염물질 유입 구역을 판단할 수 있는 것이다.
The
도 6에 도시된 바와 같이, 관제센터는 로봇(1)으로부터 수질 오염원 통지를 접수하면, 비상출동하여 수질 오염원 확인 및 제거 작업을 수행한다.
As shown in FIG. 6, when the control center receives the notification of the water pollution source from the
상기 메인컨트롤러(27)는 수질 오염원을 관제센터에 통지할 뿐만 아니라, 실시간으로 측정된 수질 데이터를 일정한 주기(10초~10분)로 관제센터로 전송할 수 있다. 이를 위하여 상술한 바와 같이, CDMA단말기 또는 Wifi단말기를 상기 반구형 부양체(9) 내에 마련한다. 파악된 위치좌표별 모든 수질 측정 데이터를 실시간 관제센터에서 지정한 구간이나 수질 범위의 데이터만 전송할 수도 있다. 관제센터에서는 통신모듈을 통하여 상기 메인컨트롤러(27)에 특별 수질 측정 명령을 내려 관제센터에서 자율주행을 일시 정지하고, 관제센터에서 지정한 위치좌표로 이동하여 수질측정을 한 후 관제센터에 전송하게 할 수 있다. 관제센터 서버에서는 GPS모듈의 위치좌표와, 수질정보를 이용하여, 로봇(1)의 이동정보와 위치좌표별 실시간 수질정보를 데이터베이스화 할 수 있다.
The
상기 관제센터의 서버에는 각 지점의 각 수질항목의 현재 측정값과 과거 측정값을 비교하는 수질항목 데이터 비교모듈과, 마이크로버블에 의한 수질개선 작업 전과 수질개선 작업 후의 각 수질항목 데이터를 비교하여 마이크로버블 투입과 각 수질항목 간의 상관관계 정보를 획득하는 마이크로버블과 수질항목간 상관관계 분석 모듈과, 마이크로버블 투입시간과 수질항목 개선 정도 간의 상관관계 정보를 획득하는 마이크로버블 투입시간과 수질개선정도간 상관관계 분석 모듈을 구비할 수 있다. 수질 측정 결과 이전 주기보다 수질항목 데이터 값이 나빠졌을 때는, 이전 주기의 해당 수질항목 측정값이 나올 수 있는 마이크로버블 투입시간을 계산하여, 다음 수질 개선 단계에서는 적어도 마이크로버블 투입시간을 이전 주기의 해당 수질항목 측정값을 얻을 수 있는 시간만큼 마이크로버블을 투입한다.
The server of the control center is provided with a water quality data comparison module for comparing the present measurement value and the past measurement value of each water quality item at each point and a data quality data comparison module for comparing the water quality data after the water quality improvement operation before the microbubble- A microbubble and water quality correlation module for acquiring correlation information between the bubble input and each water quality item, and a microbubble input time acquiring correlation information between microbubble input time and water quality improvement degree and a water quality improvement degree And a correlation analysis module. When the water quality data value is worse than the previous water quality measurement result, the micro bubble injection time period at which the water quality measurement value of the previous cycle can be calculated is calculated. At the next water quality improvement step, Water quality item Micro bubbles are injected for the time to obtain the measured value.
또한, 상기 메인컨트롤러(27)와 통신할 수 있는 별도의 이동단말을 마련하여 이동단말에서 로봇(1)의 위치좌표를 전송하여 로봇(1)의 위치를 이동을 조정할 수 있게 하는 것이 바람직하다. 수질 측정값이 일정 범위를 벗어날 경우, 상기 상기 메인컨트롤러(27)가 상기 통신모듈(31)을 통해 관제센터 또는 이동단말에 경고 신호을 송출하게 할 수 있다.
In addition, it is preferable that a separate mobile terminal capable of communicating with the
상기 메인컨트롤러(27)는 로봇(1)이 위치하는 현재 위치좌표의 수질 등급에 따라 상기 LED어레이(7)의 발광 빛을 다르게 하여 외부에서 수질 상태를 육안으로 확인할 수 있게 할 수 있다. 상기 LED어레이(7)에는 야간 경관용으로 조명용 LED를 내장하여 호수, 하천 등에서 빛 조형물로써 역할을 수행하게 할 수 있다. 이를 위해, 상기 덮개에는 조명용 LED어레이와 조도센서를 설치하고, 상기 조도센서의 출력값이 야간일 때는 상기 조명용 LED어레이를 점등하게 할 수 있다. 상기 LED어레이(7)에 의한 수질 등급 표시 및 조명용 점등은 상기 에너지스토리지시스템(ESS)의 전력 잔량이 일정치 이상일 때만 이루어지게 하는 것이 바람직하다.
The
본 발명에 의하면, 실시간 수질측정(4~9개 항목)으로 항시 깨끗한 호수를 유지한다는 의식을 시민들에게 인식시킬수 있고, 스마트시티, 스마트호수에 걸 맞는 로봇(1)의 활동(자가 정화활동)으로 더 낳은 미래 도시 기능을 창출 할수 있으며, 실시간 측정된 수질정보를 관제센터로 전송시켜 빅테이터화함으로써 차후 타 도시의 하천,호수의 수질관리에 활용할 수 있고, GPS기반으로 한 자율운항 설정을 통해 자율적인 수질감시 및 수질 개선 기반을 마련할 수 있다.
According to the present invention, citizens can recognize the consciousness of maintaining a clean lake at all times with real-time water quality measurement (4 ~ 9 items), and the activities of the robot (1) It is possible to create a better future city function. By transmitting real-time measured water quality information to the control center, it can be used to manage water quality of rivers and lakes of other cities in the next time, and it can be used autonomously Water quality monitoring and water quality improvement.
1 : 로봇 3 : 덮개
5 : 태양전지모듈 7 : LED어레이
9 : 반구형 부양체 11a~11f : 방사관체
12 : 공기투입구 13a~13f : 초음파거리계
15 : 마이크로버블발생기 17 : 펌프
19 : 에어블로어 21 : 믹서
23 : 공기유입관 24 : 물흡입관
25 : 마이크로버블투입관 27 : 메인컨트롤러
29 : GPS수신모듈 31 : 통신모듈
33 : 에너지스토리지시스템(ESS) 35 : 모터드라이버
37 : 모터추진기 조향장치 39 : 모터추진기
41a,41b : 수질센서 1: robot 3: cover
5: solar cell module 7: LED array
9: hemispherical floats 11a to 11f:
12:
15: micro bubble generator 17: pump
19: air blower 21: mixer
23: air inlet pipe 24: water suction pipe
25: Micro bubble input pipe 27: Main controller
29: GPS receiving module 31: communication module
33: Energy Storage System (ESS) 35: Motor Driver
37: Motor propeller steering device 39: Motor propeller
41a, 41b: a water quality sensor
Claims (4)
상기 덮개(3) 상면에는 태양전지모듈(5)을 설치하고,
상기 반구형 부양체(9) 하부에는 수중에서 반구형 부양체(9)를 추진할 수 있는 모터추진기(39)를 마련하고,
상기 반구형 부양체(9)내에는, 물을 순환시키는 펌프(17)와 순환되는 물에 공기를 투입하는 에어블로어(19)와 상기 펌프(17)에서 공급한 물에 상기 에어블로어(19)에서 공급한 공기를 혼합하는 믹서(21)로 이루어진 마이크로버블발생기(15)와, 위치 좌표를 출력할 수 있는 GPS수신모듈(29)과, 관제센터의 서버와 데이터 통신할 수 있는 통신모듈(31)과, 상기 모터추진기(39)를 구동하는 모터드라이버(35)와, 상기 모터추진기(39)의 방향을 조정하는 모터추진기 조향장치(37)와, 상기 마이크로버블발생기(15)를 구동하고 상기 GPS수신모듈(29)에서 받은 위치좌표에 따라 상기 모터드라이브(35) 및 모터추진기 조향장치(37)를 구동하고 상기 통신모듈(31)을 통해 상기 관제센터에 데이터 통신할 수 있는 메인컨트롤러(27)와, 상기 태양전지모듈(5)에서 발전된 전력을 충전하고 각부에 전력을 공급하는 에너지스토리지시스템(ESS)(33)을 설치하고,
상기 다수의 방사관체(11a~11f)들에는 수질을 측정하여 상기 메인컨트롤러(27)에 전송하는 수질센서(41a,41b)와, 수심과 수변의 거리를 측정할 수 있는 초음파 거리계(13a~13f)와, 상기 마이크로버블발생기(15)에 물을 유입시킬 수 있는 물유입관(21)과, 마이크로버블발생기(15)에 외부공기를 유입시킬 수 있는 공기유입관(23)과, 상기 마이크로버블발생기(15)에서 발생한 마이크로버블을 물 속에 투입할 수 있는 마이크로버블투입관(25)을 설치하여,
상기 모터추진기(39)로 수질 감시 영역을 이동하면서 수질 측정과 마이크로버블 투입을 실시간으로 할 수 있게 하되,
상기 메인컨트롤러(27)는, 수질 감시 영역을 이동하면서 상기 GPS수신모듈(29)의 신호를 수신하고 상기 초음파 거리계(13a~13f)에 의하여 수변을 확인하면서 수질 감시 영역 전체에 대한 위치좌표를 일정 간격으로 얻어 수질 감시 영역 전체에 대한 위치좌표 메트릭스를 구하는 단계와, 일정한 주기로 수질 감시 영역 전체의 위치좌표 메트릭스를 이동하면서 위치좌표별 용존산소를 포함한 수질 데이터를 획득하는 단계와, 수질 감시 영역 전체의 위치좌표별 수질 데이터를 이용하여 위치좌표별 용존산소 등급을 결정하는 단계와, 용존산소 등급이 나쁜 위치좌표 순으로 위치좌표 메트릭스 전체를 순차적으로 이동하면서 마이크로버블발생기를 작동시켜 마이크로버블발생기의 가동 시간을 용존산소 등급이 좋을수록 점차 차등 있게 줄이면서 미세기포를 투입하는 수질개선 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 실시간 수질 감시 및 수질 개선 로봇.
A plurality of radiation tubes 11a to 11f extending in the radial direction so as to be immersed in water are formed on the outer peripheral surface of the hemispherical floating body 9 sealed by the lid 3,
A solar cell module 5 is installed on the upper surface of the lid 3,
A motor propeller 39 capable of propelling the hemispheric float 9 in the water is provided below the hemispherical lifting body 9,
The hemispherical lifting body 9 is provided with a pump 17 for circulating water, an air blower 19 for injecting air into the circulating water, and an air blower 19 for supplying water supplied from the pump 17 to the air blower 19 A microbubble generator 15 composed of a mixer 21 for mixing supplied air, a GPS receiving module 29 capable of outputting position coordinates, a communication module 31 capable of data communication with a server of a control center, A motor driver 35 for driving the motor propeller 39, a motor propeller steering device 37 for adjusting the direction of the motor propeller 39, A main controller 27 for driving the motor drive 35 and the motor propeller steering device 37 according to the position coordinates received from the receiving module 29 and for communicating data to the control center through the communication module 31, And a controller (not shown) for charging the power generated by the solar cell module 5 And an energy storage system (ESS) 33 for supplying electric power to the battery,
The plurality of radiation tubes 11a to 11f are provided with water quality sensors 41a and 41b for measuring the water quality and transmitting the water quality to the main controller 27 and ultrasonic distance meters 13a to 13f A water inflow pipe 21 for allowing water to flow into the micro bubble generator 15, an air inflow pipe 23 for allowing external air to flow into the micro bubble generator 15, A micro bubble injecting pipe 25 capable of injecting microbubbles generated in the generator 15 into water is provided,
So that water quality measurement and micro bubble injection can be performed in real time while moving the water quality monitoring area by the motor propeller 39,
The main controller 27 receives the signal of the GPS receiving module 29 while moving in the water quality monitoring area and confirms the water level by the ultrasonic distance meters 13a to 13f, Acquiring water quality data including dissolved oxygen for each position coordinate while moving a position coordinate matrix of the entire water quality monitoring area at regular intervals; Determining a dissolved oxygen level for each positional coordinate by using the water quality data for each positional coordinate; operating the microbubble generator while sequentially moving the entire positional coordinate matrix in order of position coordinates having a low dissolved oxygen level, The better the dissolved oxygen level, the more gradually Real-time water quality monitoring and water quality improvement robot which comprises the steps of performing a water quality improvement.
상기 메인컨트롤러(27)는, 상기 수질개선 단계 이후, 다음 주기에 수질 감시 영역 전체의 위치좌표 메트릭스를 이동하면서 위치좌표별 용존산소를 포함한 수질 데이터를 획득하는 단계와, 수질 감시 영역 전체의 위치좌표별 수질 데이터를 이용하여 위치좌표별 용존산소 등급을 결정하는 단계와, 이전 주기의 위치좌표별 용존산소 등급을 당해 주기의 용존산소 등급과 비교하는 주기별 용존산소등급 비교 단계와, 이전 주기보다 용존산소등급이 낮아진 지점을 결정하고, 용존산소등급이 낮아진 지점을 수질 오염원 발생 지점으로 결정하는 수질 오염원 탐지 단계와, 탐지된 수질 오염원 발생 지점을 관제센터에 제공하는 수질 오염원 통지 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 실시간 수질 감시 및 수질 개선 로봇.
The method according to claim 1,
The main controller 27 may further include the steps of acquiring water quality data including dissolved oxygen for each position coordinate while moving a position coordinate matrix of the entire water quality monitoring area in the next period after the water quality improving step, A step of comparing the dissolved oxygen level of each cycle with the dissolved oxygen level of the cycle, comparing the dissolved oxygen level of each cycle with the dissolved oxygen level of the cycle, A water pollution source detection step of determining a point where the oxygen level is lowered and a point where the dissolved oxygen level is lowered as a water pollution source occurrence point and a water pollution source notification step of providing the control center with the detected water pollution source occurrence point A real-time water quality monitoring and water quality improvement robot.
상기 덮개(3)에는 LED어레이(7)를 더 설치하고, 상기 메인컨트롤러(27)는 현재 위치좌표의 수질 등급에 따라 상기 LED어레이(7)의 발광 빛을 다르게 하여 외부에서 수질 상태를 육안으로 확인할 수 있게 한 것을 특징으로 하는 실시간 수질 감시 및 수질 개선 로봇.
The method according to claim 1,
An LED array 7 is further provided in the lid 3. The main controller 27 differs the light emitted from the LED array 7 according to the water quality grade of the current position coordinates Time monitoring of water quality and improvement of water quality.
상기 마이크로버블투입관(25)은 적어도 2개 이상 설치하고, 각 마이크로버블투입관(25)은 서로 대칭 방향에 배치된 방사관체(11b,11e)에 설치하여, 마이크로버블의대량 투입으로 그 반발력이 반구형 부양체(9)에 작용하는 경우에도 반구형 부양체(9)가 전복되지 않게 한 것을 특징으로 하는 실시간 수질 감시 및 수질 개선 로봇.
The method according to claim 1,
At least two micro bubble supplying pipes 25 are provided and each micro bubble supplying pipe 25 is installed in the radiation tubes 11b and 11e arranged in the mutually symmetrical directions so that the repulsive force Wherein the semi-spherical floating body (9) is not rolled up even when it acts on the hemispherical lifting body (9).
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