KR20190047240A

KR20190047240A - 지하 맨홀을 활용한 지하 안전 통합관리 시스템

Info

Publication number: KR20190047240A
Application number: KR1020170140882A
Authority: KR
Inventors: 차우수
Original assignee: 주식회사 성우디엠씨; 차우수
Priority date: 2017-10-27
Filing date: 2017-10-27
Publication date: 2019-05-08
Also published as: KR102077502B1

Abstract

본 발명은 지하 맨홀을 활용한 지하 안전 통합관리 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 덮개(110)와 사다리와 센서단말부와 단말제어부와 전력공급부와 중계단말부로 구성되어 서버에 각종 맨홀 관련 정보를 전달하여 통합 관리할 수 있도록 관리자에게 전달하는 지하 맨홀을 활용한 지하 안전 통합관리 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 지하 맨홀에 부착되어 탄성파를 발신하고 발신된 탄성파의 반사파 및 굴절파를 수신하며, 상기 맨홀 내의 가스, 온도, 수위를 감지하고, 상기 맨홀 내에 공기를 공급하는 송풍기로 구성된 센서단말부; 상기 센서단말부의 반사파, 굴절파 및 가스, 온도, 수위 감지 정보를 중계단말부에 전송하고, 상기 송풍기에 배터리의 전력을 전달하며, 상기 센서단말부의 저전력 상태를 감지하여 일정 전력이 송풍기출력부에 전달되도록 제어하는 저전력제어부로 구성된 단말제어부; 상기 맨홀 주변의 기계적 응력에 따라 전력을 발생시켜 충전부에 저장하여 상기 단말제어부에 전력을 공급하는 전력공급부; 외부 전력으로 전력을 공급받고, 상기 단말제어부의 센서 정보와 탄성파 정보를 서버에 중계하도록 제어하는 제어부로 구성되는 중계단말부; 상기 중계단말부의 센서 정보와 탄성파 정보를 통해 싱크홀과 현재 상태를 판단하여 센서 정보와 싱크홀 상태가 일정치 이상일 경우 관리자에게 알람 전송하고, 상기 중앙제어부에 연결되어 전달받은 각종 정보를 표시하거나 상기 각종 정보를 지도 내에 표시하는 서버;를 포함한다.

Description

지하 맨홀을 활용한 지하 안전 통합관리 시스템{.}

본 발명은 지하 맨홀을 활용한 지하 안전 통합관리 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 덮개(110)와 사다리와 센서단말부와 단말제어부와 전력공급부와 중계단말부로 구성되어 서버에 각종 맨홀 관련 정보를 전달하여 통합 관리할 수 있도록 관리자에게 전달하는 지하 맨홀을 활용한 지하 안전 통합관리 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 도심지에서 통신 전력설비는 도시 미관이나 안전성, 건물의 고층화 등에 따라 점차 지중화 되고 있는 추세이며, 그 비중이 날로 증대되고 있다.

그러나 다른 설비와 함께 지중선로가 설치되어 있는 공동구에 대해서는 발명개발이 진행되고 있으나, 맨홀 등은 아직 인력에 의존할 수밖에 없는 데 그 이유는 환경이 열악하고 확인이나 순시 등을 위한 출입이 용이하지 않기 때문이다.

따라서 맨홀은 외부인의 침입이나 사고 발생 등 유사시에도 즉시 확인이 불가능한 특징을 지니고 있다.

즉 이런 난점을 극복하고 원격지에서 맨홀을 용이하게 관리하기 위해서는 맨홀 내부에 필요한 정보를 얻을 수 있는 센서를 설치하고, 상기 센서에 의해 검출된 정보를 관할지점으로 전달할 수 있도록 하기 위해서 맨홀의 원격 경보시스템과 맨홀의 현재 감지정보를 쉽게 확인할 수 있는 시스템의 개발이 필수적이라 할 수 있다.

또한, 외부에서 관리자가 맨홀 내부의 상태를 확인하기 위해서는 맨홀 내부에 위치한 측정수단과 외부와의 통신이 이루어져야 하고, 감시장치는 맨홀 내부의 측정수단으로부터의 신호가 두꺼운 금속으로 이루어진 맨홀 뚜껑을 통과하여 신호를 전송한다.

하지만, 종래의 감시장치는 무선출력이 맨홀 뚜껑을 통과하여 외부에 도달하기 위해서 많은 전력을 필요로 할 뿐 아니라 외부로 무선출력이 도달하더라도 신호가 미약하여 수신감도가 많이 저하된다는 문제가 있었다.

한편 최근 들어 지표면에 싱크홀이 종종 발생하여 사회적 관심이 집중되고 있다. 싱크홀은 지하 암석이 용해되거나 동굴이 붕괴되어 생긴 움푹 패인 웅덩이를 의미하는데, 우리 주변에서 나타날 수 있는 싱크홀은 일반적으로 지하수와 관계 깊은 경우도 있다. 예를 들어 지하수가 빠져나가고 지하수의 수위가 낮아져서 지반이 주저앉아 싱크홀이 발생하기도 한다.

또한 일정 높이마다(예컨대 1미터 마다) 탄성파 발신기 또는 탄성파 수신기를 설치해야 하는데 각 발신기 또는 수신기 가격이 상당히 비싸며, 다수개의 발신기 세트와 수신기 세트를 포함한 전체 시스템을 구현하려면 수천만원 이상의 비용이 소요되고 해상도를 높이기 위해서는 더욱 더 많은 센서를 촘촘하게 배치해야 해서 비용은 그만큼 증가하게 된다.

또한 맨홀 내부의 가스로 인해 작업자의 질식 사고가 발생하고, 사다리의 부식으로 내구성이 떨어지는 문제점이 있었다.

한국공개특허 제2011-0094992호 한국공개특허 제2009-0095966호 한국등록특허 제0988016호 한국등록특허 제1165618호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 맨홀 내부에 FRP 재질의 사다리와 탄성파 발신기와 사다리 하측부에 가스, 온도, 수위를 감지하는 센서가 형성되어 멘홀을 관리하기 위한 무선 전파의 방해를 받지 않고 잡음이 없는 데이터를 중앙제어부에 전달할 수 있어 복수개의 맨홀을 실시간 관리할 수 있는 지하 맨홀을 활용한 지하 안전 통합관리 시스템을 제공하는 데 목적이 있다.

또한 본 발명은 작업자의 보호를 위해 사다리 상부에 송풍팬을 설치하여 안전 사고 위험을 줄일 수 있는 지하 맨홀을 활용한 지하 안전 통합관리 시스템을 제공하는 데 목적이 있다.

또한 본 발명은 탄성파 발신기의 탄성파를 위치를 변경하여 수신함으로써 좀 더 많은 데이터를 확보하여 탐사 범위 및 해상도를 높이고 부레 원리에 따라 멘홀의 내부를 수직 승하강하는 센서를 사용하여 잡음이 없는 데이터를 중앙제어부에 전달할 수 있어 제조 비용을 줄일 수 있는 지하 맨홀을 활용한 지하 안전 통합관리 시스템을 제공하는 데 목적이 있다.

또한 본 발명은 전력선과 압전 소자를 다양하게 이용하여 꾸준히 충전된 전력을 저장하고 있어 주변의 상용 전원 유입 없이도 단독으로 맨홀을 관리할 수 있는 지하 맨홀을 활용한 지하 안전 통합관리 시스템을 제공하는 데 목적이 있다.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 지하 맨홀에 부착되어 탄성파를 발신하고 발신된 탄성파의 반사파 및 굴절파를 수신하며, 상기 맨홀 내의 가스, 온도, 수위를 감지하고, 상기 맨홀 내에 공기를 공급하는 송풍기로 구성된 센서단말부; 상기 센서단말부의 반사파, 굴절파 및 가스, 온도, 수위 감지 정보를 중계단말부에 전송하고, 상기 송풍기에 배터리의 전력을 전달하며, 상기 센서단말부의 저전력 상태를 감지하여 일정 전력이 송풍기출력부에 전달되도록 제어하는 저전력제어부로 구성된 단말제어부; 상기 맨홀 주변의 기계적 응력에 따라 전력을 발생시켜 충전부에 저장하여 상기 단말제어부에 전력을 공급하는 전력공급부; 외부 전력으로 전력을 공급받고, 상기 단말제어부의 센서 정보와 탄성파 정보를 서버에 중계하도록 제어하는 제어부로 구성되는 중계단말부; 상기 중계단말부의 센서 정보와 탄성파 정보를 통해 싱크홀과 현재 상태를 판단하여 센서 정보와 싱크홀 상태가 일정치 이상일 경우 관리자에게 알람 전송하고, 상기 중앙제어부에 연결되어 전달받은 각종 정보를 표시하거나 상기 각종 정보를 지도 내에 표시하는 서버;를 포함한다.

상기 탄성파를 발신하고 수신하는 탄성파발신기와 탄성파수신기는 하나의 케이스 내부에 멘홀의 오수 또는 우수의 양에 따라 승하강 운동이 가능한 부레와 탄성파 정보를 단말제어부에 전달하는 근거리 통신 모듈이 형성되고, 상기 케이스 중앙부에는 상기 맨홀의 상측부와 하측부를 연결하는 철선을 따라 움직일 수 있도록 철선이 관통할 수 있는 관통홀이 형성된다.

상기 맨홀 내의 가스, 온도, 수위를 감지하는 센서들이 동일 케이스에 부착되어, 케이스 내부에는 멘홀의 오수 또는 우수의 양에 따라 승하강 운동이 가능한 부레와 상기 센서들의 정보를 단말제어부에 전달하는 근거리 통신 모듈이 형성되고, 케이스 중앙부에는 철선을 따라 움직일 수 있도록 철선이 관통할 수 있는 관통홀이 형성된다.

상기 상용 전력선을 코일을 감은 철심으로 주회하여 전류를 유도하여 충전부에 저장하기 위해, 일정한 전력이 상용 전력선 등이 흐를 경우 이를 주회하는 코일을 감은 철심에는 자속이 생기고 이에 따라 상기 코일에 전류가 흐름으로서 상기 충전부에 일정 전력을 저장할 수 있다.

상기 기계적 응력에 따라 전력을 발생시키는 압전소자발생부는 압력변화를 감지하여 전압을 발생하는 다수의 압전소자를 포함하고, 상기 압전소자에 일대일 대응되며, 상기 압전소자에서 발생한 전압을 정류 및 증폭하여 소정 전압으로 변환시킨다.

상기 외부 전력은 태양광 모듈 및 외부 전력선으로 구성된다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명은 FRP(Fiber Reinforce Plastic; 열경화성강화 플라스틱) 복합소재를 재질로 하는 사다리를 제작하여 부식에 노출되는 기존 금속 사다리 대체재로써 유지관리 비용을 감소시키고, 시간이 경과함에 따른 구조물 손실이 없이 내구수명을 증대시킬 수 있다.

또한 본 발명은 자신의 탄성파 발신기에서 발생한 탄성파의 반사파 뿐만 아니라 다른 맨홀의 탄성파 발신기의 탄성파를 위치를 변경하여 수신함으로써 좀 더 많은 데이터를 확보하여 탐사 범위 및 해상도를 높이는 것이 가능한 이점이 있다.

또한 본 발명은 부레 원리에 따라 멘홀의 내부를 수직 승하강하는 센서를 하나만 사용하더라도 다수개의 센서를 사용하는 것과 동일한 탐지 효과를 내면서 비용을 대폭 저감할 수 있다.

또한 본 발명은 맨홀 자체적으로 압전 센서 등을 통해 전력을 생산하여 각 구성에 전달하여 외부 전력 공급이 없더라도 맨홀의 정보를 손실 없이 전달할 수 있는 신뢰성이 있다.

또한 본 발명은 개폐 센서를 통해 외부인의 침입이나 사고 발생 등 유사시에도 즉시 확인이 가능하다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 지하 맨홀을 활용한 지하 안전 통합관리 시스템의 전체적인 구성을 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 세부적인 내부 구조를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 구성을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 충전부의 회로를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 맨홀내의 안테나의 구성을 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 싱크홀 탐지 일례를 보여주는 도면이다.

본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

도 1에 도시된 바와 같이, FRP(Fiber Reinforced Plastics)로 이루어진 덮개(110)와 사다리(90)와 센서단말부(10)와 단말제어부(20)와 전력공급부(30)와 중계단말부(40)로 구성된다.

덮개(110)는 그 하부면에 개폐 센서(12)와 오목홈을 가질 수 있고, 오목홈과 대응되는 위치에 형성되는 돌출부를 가질 수 있으며, 오목홈과 돌출부의 형상은 요부와 철부 모양의 패턴 형성될 수 있거나, 오목홈과 돌출부는 서로 대응되는 형상으로 형성될 수 있다.

상기 사다리(90)의 특정 위치 또는 최하측부에 가스, 온도, 수위를 감지하는 센서가 형성되어 생성 정보들이 중앙제어부(51)에 전송된다.

기존 금속소재 사다리(90)를 사용할 경우 발생하는 미끄러짐 사고, 내부식, 전기절연 등의 문제점을 완전히 해결하고 고내구성, 경량으로 인한 신속시공, 유지관리 비용 절감, 무선 통신 신호 감소 요인 제거 등의 장점을 가진 복합소재를 개발제품 사다리에 적용하였다.

또한 상기 사다리(90)에 0~90°범위로 회동 가능한 연결이음쇠(91)를 포함시켜, 연결이음쇠(91)는 접힘시 추락사고 예방과 펼침시 지상 손잡이 안전사고 예방을 목적으로 하고, 깊이 및 굴곡부에 따라 현장에서 조립 제작 설치가 가능하다. 도 1과 같이 본 발명의 사다리 상부에는 송풍기(16)가 설치되는데 송풍기는 회전방향에 따라 공기를 방향으로 정,역 방향으로 조절할 수 있으며, 송풍기에는 지하아래의 바닥부분과 플랙시블 파이프(도면 생략)가 연결되어 있다. 작업자가 맨홀뚜껑을 개방하고 맨홀에 내려가기 전 가스센서에 의해 측정된 정보를 바탕으로 송풍기를 정방향으로 회전시켜 맨홀 내부의 오염된 공기를 밖으로 뽑아낼 수 있고, 또 작업 중에는 송풍기를 역방향으로 회전시켜 맨홀 밖의 공기를 맨홀 안으로 공급하여 작업자의 질식 사고를 예방할 수 있다.

상기 복합소재로 대표적으로 사용되는 FRP는 혼입하는 섬유에 따라 유리섬유를 혼입하는 G-FRP와 탄소섬유를 혼입하는 C-FRP가 있다. 또한 FRP는 기초가 되는 수지에 따라서는 실리콘계와 페놀계가 있다.

FRP Body 및 복합 소재를 적용한 본 발명에 따른 사다리는 기존 금속소재 사다리를 사용할 경우 발생하는 내부식, 전기절연 등의 문제점을 완전히 해결하고 고내구성·경량 특성으로 구조물의 내구수명을 현저히 증가시키고 신속시공이 가능하여 공기를 단축시킬 수 있으며 고강도로 인한 내하력 증진, 내부식성으로 인한 구조부재 불변형 및 유지관리 비용 절감 등의 장점을 가진다.

센서단말부(10)는 탄성파수신기(11a, 11b)와 각종 센서들(12, 13, 14, 15)과 송풍기(16)로 구성된다.

도 6에 도시된 것과 같이 탄성파발신기(11a)는 지하 맨홀(맨홀 A)에 부착되어 인근의 맨홀로 탄성파를 발신하고, 인근의 맨홀(맨홀 B)의 탄성파수신기(11b)는 상기 탄성파발신기(11a)에서 발신된 탄성파의 반사파 및 굴절파를 수신하여 제어부(22)에 전달하여 제어부에서는 지하의 싱크홀 여부를 판단하게 된다.

상기 탄성파발신기(11a)로서 예컨대 에어건(air gun)을 사용하거나 해머(hammer)를 타격하여 탄성파를 발생시킬 수 있다. 일 실시예로서 다른 방식의 음파 발생수단을 사용할 수도 있다.

탄성파수신기(11b)는 탄성파발신기(11a)에서 발신된 탄성파가 지중에서 반사되거나 굴절되어 되돌아오는 탄성파(즉, 반사파 또는 굴절파)를 수신한다. 탄성파는 지중의 매질이 변하는 영역을 만나면 반사하거나 굴절될 수 있으며 이 때 탄성파의 진폭 또는 위상 등이 변하거나 파형이 왜곡되어 반사파 또는 굴절파로서 탄성파수신기(11b)로 되돌아오게 된다. 탄성파수신기(11b)로서는 예컨대 지오폰(geophone)을 사용할 수 있다.

일 실시예에서 탄성파수신기(11b)는 한 개의 무지향성(omni-directional) 탄성파 수신기로 구성될 수 있다. 대안적으로, 싱크홀 탐사의 해상도를 높이기 위해 복수개의 지향성(directional) 수신기를 사용할 수도 있다.

또한 사용 실시예로서 도 2의 좌측 부분에서처럼 상기 탄성파발신기(11a)와 탄성파수신기(11b)는 동일 케이스에 부착되어, 케이스 내부에는 맨홀의 오수 또는 우수의 양에 따라 승하강 운동이 가능한 부레(Buoy)가 형성되고, 케이스 중앙부에는 상기 맨홀의 상측부와 하측부를 연결하는 철선을 따라 움직일 수 있도록 철선(11)이 관통할 수 있는 관통홀이 형성된다.

여기에서 상기 케이스에는 상기 탄성파발신기(11a)와 탄성파수신기(11b)의 정보를 단말제어부(20)에 전달하는 근거리 통신 모듈이 부착된다.

상기 부레에 의해 승하강 운동하는 상기 탄성파발신기(11a)와 탄성파수신기(11b)는 타 멘홀 내부에 있는 탄성파발신기와 탄성파수신기가 승하강 운동하는 동안 서로 탄성파를 주고 받을 수 있는 데, 상기 탄성파발신기(11a)와 탄성파수신기(11b)는 물론 타 멘홀 내부에 있는 탄성파발신기와 탄성파수신기의 승하강 운동하면서 위치하는 높이를 측정하는 실시간 높이 센서를 더 포함하여 제어부(22)는 동일한 위치에만 고정되어 있는 탄성파발신기(11a)와 탄성파수신기(11b)가 얻을 수 있는 정보 보다 더 다양한 정보를 얻을 수 있어, 다수개의 탄성파발신기(11a)와 탄성파수신기(11b)를 갖는 멘홀의 정보를 취합하면, 특히 싱크홀이 작거나 고정된 탄성파발신기(11a)와 탄성파수신기(11b)에 감지가 안되는 경우에도 측정할 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 다양한 센서로는 상기 맨홀의 뚜껑의 개패를 감지하는 개폐센서(12), 상기 맨홀 내의 가스를 감지하는 가스센서(13), 상기 맨홀 내의 온도를 감지하는 온도센서(14), 상기 맨홀 내의 수위를 감지하는 수위센서(15)로 구성된다.

개폐센서(12)는 맨홀의 개폐여부를 감지하는 것으로, 레버식 리미트 스위치로 맨홀몸체에 고정되고, 롤러레버를 맨홀뚜껑이 누르고 있는 형태로 설치되어 맨홀뚜껑이 열리면 레버가 복귀하면서 스위치의 접점이 동작되는 구조로 이루어져 있다.

또한 상기 개폐선서(12)는 다이캐스팅의 견고한 케이스로 이루어져 외부의 충격을 흡수하게 되며, 상기 개폐센서의 내장 스위치는 열에 강한 페놀(phenol)재질로 이루어진다.

상기와 같이 구성된 개폐센서(12)는 내유, 내열 및 방진의 견고한 구조이며, 특히 기계적 강도가 우수한 특성이 있다.

일실시예로서 상기 개폐센서(12)는 덮개(110)의 하측부에 형성되어 덮개(110)의 열림을 감지하는 각도 센서 등으로 구성되는 것이 바람직하며, 상기 각도 센서는 덮개(110)의 열림 각도를 감지하여 일정치 이상일 경우 덮개(110)가 열리고 내부로 사람이 진입했음을 서버(50)를 통해 관리자(55)에게 전달할 수 있다.

상기 온도센서(14)는 맨홀 내부의 온도를 감지하기 위한 것으로, 일반적으로 상기 온도센서는 온도에 따라 저항 값이 변하는 다이오드 써미스터(diode thermister)를 사용한다.

그러나 본 발명에 따른 온도센서(14)는 전류소모, 직진성 및 정밀도를 개선하기 위해 종래의 아날로그 방식이 아닌 디지털 온도센서를 채용하였다.

따라서 본 발명에 따른 온도센서(14)는 정밀하고 소비전력이 매우 적으며 상대습도도 측정할 수 있다.

상기 수위센서(15)는 맨홀 내부의 수위를 감지하는 것으로, 오뚜기식 레벨스위치로 이루어지되, 맨홀의 아래쪽에 설치되어 침수가 되면 아래로 늘어졌던 센서가 부력으로 바로서면서 내부의 스위치접점이 동작된다.

상기 수위센서(15)는 바람직하게는 합성수지로 이루어져 가볍고, 부식에 강한 구조로 이루어져 있다.

또한 상기 수위센서(15)는 플로트 스위치 내부가 택트(tact)스위치로 되어 있어 종래의 수은스위치에 비하여 견고한 특징이 있다.

일실시예로 상기 센서들은 무선 센서로서, 예를 들어 블루투스 통신으로 단말유닛(21)에 정보를 전달할 수 있으며, 복수의 센서들이 동일 케이스에 부착되어, 케이스 내부에는 멘홀의 오수 또는 우수의 양에 따라 승하강 운동이 가능한 부레가 형성되고, 케이스 중앙부에는 상기 맨홀의 상측부와 하측부를 연결하는 철선을 따라 움직일 수 있도록 철선(17)이 관통할 수 있는 관통홀이 형성된다.

여기에서 상기 케이스에는 상기 복수의 센서들의 정보를 단말제어부(20)에 전달하는 근거리 통신 모듈이 부착된다.

또한 각 센서들이 물에 뜨는 부레 형태의 케이스에 삽입되어 물의 표면에 항상 존재하게 되므로 물속에서 근거리 통신을 이용하는 것 보다 정보의 전달 에러가 적게 발생하여 신뢰성을 높일 수 있다.

싱크홀탐지부(21a)는 상기 탄성파발신기(11a)와 탄성파수신기(11b)에 연결되어 반사파 및 굴절파를 전달받는 장치이다.

센서입력출부(21b)는 상기 개폐센서(12), 가스센서(13), 온도센서(14), 수위센서(15)의 센서 정보를 전달받아 제어부(22)에 전송하는 센서들의 집합이다.

단말제어부(20)는 송풍기(16)에 배터리(23)의 전력을 전달하는 송풍기출력부(21c)와 센서 정보를 입출력하는 센서입출력부(21b), 탄성파발신기(11a)와 탄성파수신기(11b)의 탐지 정보를 전달받는 싱크홀탐지부(21a)로 구성된 단말유닛(21), 저전력 상태를 감지하여 일정 전력이 송풍기출력부(21c)에 전달되도록 제어하는 저전력제어부(24), 상기 제어부(22)에서 각 센서 정보를 전달받아 무선통신 방식으로 전송하는 통신모듈(25), 상기 통신모듈(25)에 결합하여 상기 센서 정보와 탄성파 정보를 중계단말부(40)의 안테나(43a; 도 5)로 전송하는 안테나 모듈(25a)로 구성된다.

상기 단말유닛(21)은 저전력으로 구동할 수 있고, 상기 센서들을 이용하여 맨홀에서 발생하는 각종 감지정보를 수집하여 자신이 소속되어 있는 중계단말부(40)에 즉시 소출력으로 무선 전송하는 역할을 하게 된다.

즉, 상기 단말유닛(21)은 각 센서에서 발생된 감지정보가 이 센서들을 미소한 전류로 제어하는 저전력제어부(24)를 통하여 제어부(22)로 입력되면 제어부(22)는 상기 감지정보를 전송하기 위해 통신모듈(25) 및 안테나모듈(25a)을 이용하여 중계단말부(40)로 전송하게 된다.

상기 단말유닛(21)의 터미널유닛의 내부에는 배터리(23)가 내장되어 있어 센서에 필요한 전원을 공급하게 되고, 상기 단말유닛(21)의 각 블록에 필요한 전원을 공급하게 된다.

한편 일반적으로 맨홀 뚜껑은 두꺼운 금속재질로 이루어지고, 맨홀이 위치한 지면도 상당한 두께로 이루어지므로 무선신호가 맨홀 내부에서 외부로 도달하기 위해서는 전력 소모가 많아진다.

따라서 본 발명에 따른 상기 안테나(43a)는 항상 단말유닛(21)에 비해 높은 곳에 설치되므로, 전류경로를 증가시킴으로써 가시적인 공진 길이 증가로 인한 공진주파수의 하향을 유도하기 위해 모노폴 패치 안테나의 밑면에 복수의 핀(FIN)을 부착하게 된다. 도 5와 맨홀 내부에서 외부로의 무선신호전송을 위한 지상매립형 안테나를 같이 포함하여 이루어질 수 있다. 도 5는 본 발명 지상매립형 안테나 형상이 적용된 모습을 나타낸 구성도로서, 도 5에서 나타난 것과 같이 맨홀 내부에서 외부로의 무선신호의 원활한 전송을 위한 지상매립형 안테나 형식으로 이루어질 수 있다. 일반적으로 맨홀 뚜껑은 두꺼운 금속재질로 이루어지고, 맨홀이 위치한 지면도 상당한 두께로 이루어지므로 무선신호가 맨홀 내부에서 외부로 도달하기 위해서는 전력 소모가 많아진다. 하지만, 도 5와 같이 지상매립형 안테나를 사용할 경우 적은 전력으로도 맨홀 외부로 무선신호를 송출할 수 있다. 상기 지상매립형 안테나는 맨홀 뚜껑 또는 맨홀 뚜껑 주변의 지면에 매립·설치되는 것으로, 통행에 지장을 주지 않을 뿐 아니라 이동물체와의 접촉으로 인한 손상을 방지하기 위해 지상으로 돌출하지 않도록 상부가 평평하게 형성된다.

전력공급부(30)는 상기 배터리(23)에 전력을 공급하는 충전부(31), 상기 맨홀 주변의 기계적 응력에 따라 전력을 발생시켜 상기 충전부(31)에 저장하도록 하는 압전소자발생부(33), 상용 전력을 유도하는 전력선유도부(32)로 구성된다.

압전소자발생부(33)는 압력변화를 감지하여 전압을 발생하는 다수의 압전소자를 포함하고, 상기 압전소자에 일대일 대응되며, 상기 압전소자에서 발생한 전압을 정류 및 증폭하여 소정 전압으로 변환시키는 다수의 전력변환기가 더 포함될 수 있다.

전력선유도부(32)는 코일을 감은 철심으로 상기 상용 전력선을 주회하여 전류를 유도하여 충전부(31)에 저장할 수 있다. 예를 들어 일정한 전력이 상용 전력선 등이 흐를 경우 이를 주회하는 코일을 감은 철심에는 자속이 생기고 이에 따라 상기 코일에 전류가 흐름으로서 상기 충전부(31)에 일정 전력을 저장할 수 있게 되는데, 맨홀 내에 전력선 케이블(32a)이 설치되는 경우 전력선 케이블에 흐르는 유도전류를 통해 전압을 생성하는 변류기와, 상기 변류기를 통해 생성된 전압으로 충전되는 충전부를 포함하여 이루어진다.

도 4는 압전소자발생부(33)와 전력선 유도부(32)에서 생성된 전압을 충전하는 회로도을 일례로 나타낸 것이다.

중계단말부(40)는 상기 안테나모듈(25a)를 통해 상기 센서 정보와 탄성파 정보를 전송받는 안테나(42a), 상기 센서 정보와 탄성파 정보를 안테나(42a)를 통해 전달받아 변조하여 제어부에 전달하는 통신모듈(42), 상기 통신모듈(42)에서 전달받은 상기 센서 정보와 탄성파 정보를 서버에 중계하도록 제어하는 제어부(41), 상기 정보를 전달받아 무선통신 방식으로 전송하는 통신모듈(43), 상기 정보를 서버(50)의 안테나(52a)로 전송하는 안테나모듈(43a), 상기 제어부(41)를 충전하는 충전배터리(44), 상기 충전배터리(44)의 충전량을 관리하는 충전부(45), 상기 충전부(45)에 연결되어 외부 전력을 생성하거나 전달받는 태양광(46) 및 전력선(47)으로 구성된다.

상기 중계단말부(40)는 서버(50)에 자신의 상태와 센서단말부(10)의 상태를 주기적으로 보고하게 되는 데, 센서단말부(10)로부터 24시간 이내에 통신이 이루어지지 않으면 서버(50)에 센서단말부(10)의 고장을 보고하게 되고, 센서단말부(10)로부터 아무런 감지정보가 전송되지 않아도 24시간에 1회씩 자신의 시간정보를 서버(50)에 전송하여, 중계단말부(40)가 정상임을 확인하게 된다.

서버(50)는 상기 안테나(43a)로부터 상기 정보를 전송받는 안테나(52a), 상기 정보를 변조하여 중앙제어부(51)에 전달하는 통신모듈(52), 상기 변조 정보를 전달받아 상기 센서 정보와 탄성파 정보를 통해 싱크홀과 현재 상태를 판단하고, 현재 싱크홀 상태 등이 일정치 이상일 경우 관리자송신부(54)를 통해 관리자(55)에게 알람 전송하는 중앙제어부(51), 상기 중앙제어부(51)에 연결되어 각종 정보를 표시하는 표시부(53), 상기 중앙제어부(51)에 연결되어 지도 데이터를 공급하는 지도데이터저장부(56)로 구성된다.

상기 중앙제어부(51)가 중계단말부(40)로부터 수신 한 맨홀의 센서 정보를 모니터와 같은 표시부(53)를 이용하여 표출하게 되고, 경보수단 이용하여 경보음을 관리자(55)에게 전달한다.

여기서 상기 표시부(53)는 지도데이터저장부(56)의 전자지도를 이용하여 맨홀의 고유번호에 대한 현재위치를 표시할 수 있다.

여기서 상기 중앙제어부(51)가 경보수단을 이용하여 경보음을 울리는 시기는 중계단말부(40)로부터 단말제어부(20)의 센서 정보를 수신 하면 관리자에게 맨홀의 고유번호에 따른 위치 및 감지정보를 전송 및 표시하고 경보음을 발생시키게 된다.

또한 상기 서버(50)를 이용하여 수신 된 각각의 맨홀에 대한 센서 정보를 저장하여 이력을 관리하게 되고, 중계단말부(40)로부터 24시간 이내에 통신이 두절되면 중계단말부(40)가 고장임을 인지하고 경보음을 발생시켜 서버 관리자(55)에게 알려주게 된다.

또한 서버(50)는 중계단말부(40)로부터 전송된 시간데이터가 5분 이상 틀리면 중계단말부(40)에 시간정정명령을 내리게 된다.

10 : 센서단말부
11a : 탄성발신기
11b : 탄성수신기
12 : 개폐센서
13 : 가스센서
14 : 온도센서
15 ; 수위센서
16 : 송풍기
20 : 단말제어부
21 : 단말유닛
21a : 싱크홀탐지부
21b : 센서입출력부
21c : 송풍기출력부
22 : 제어부
23 : 배터리
24 : 저전력제어부
25 : 통신모듈
25a : 안테나 모듈
30 : 전력공급부
31 : 충전부
32 : 전력선유도부
32a : 전력선 케이블
33 : 압전소자발생부
40 : 중계단말부
41 : 제어부
42 : 통신모듈
42a : 안테나
43 : 통신모듈
43a : 안테나
50 : 서버
51 : 중앙제어부
52 : 통신모듈
52a : 안테나
53 : 표시부
54 : 관리자정보제공부
55 : 관리자
56 : 지도데이터저장부
90 : 관절식사다리
91 : 연결이음쇠

Claims

지하 맨홀에 부착되어 탄성파를 발신하고 발신된 탄성파의 반사파 및 굴절파를 수신하며, 상기 맨홀 내의 가스, 온도, 수위를 감지하고, 상기 맨홀 내에 공기를 공급하는 송풍기로 구성된 센서단말부;
상기 센서단말부의 반사파, 굴절파 및 가스, 온도, 수위 감지 정보를 중계단말부에 전송하고, 상기 송풍기에 배터리의 전력을 전달하며, 상기 센서단말부의 저전력 상태를 감지하여 일정 전력이 송풍기출력부에 전달되도록 제어하는 저전력제어부로 구성된 단말제어부;
상기 맨홀 주변의 기계적 응력에 따라 전력을 발생시켜 충전부에 저장하여 상기 단말제어부에 전력을 공급하는 전력공급부;
외부 전력으로 전력을 공급받고, 상기 단말제어부의 센서 정보와 탄성파 정보를 서버에 중계하도록 제어하는 제어부로 구성되는 중계단말부;
상기 중계단말부의 센서 정보와 탄성파 정보를 통해 싱크홀과 현재 상태를 판단하여 센서 정보와 싱크홀 상태가 일정치 이상일 경우 관리자에게 알람 전송하고, 상기 중앙제어부에 연결되어 전달받은 각종 정보를 표시하거나 상기 각종 정보를 지도 내에 표시하는 서버;를 포함하는 지하 맨홀을 활용한 지하 안전 통합관리 시스템.
제1항에 있어서,
상기 탄성파를 발신하고 수신하는 탄성파발신기와 탄성파수신기는 하나의 케이스 내부에 멘홀의 오수 또는 우수의 양에 따라 승하강 운동이 가능한 부레와 탄성파 정보를 단말제어부에 전달하는 근거리 통신 모듈이 형성되고, 상기 케이스 중앙부에는 상기 맨홀의 상측부와 하측부를 연결하는 철선을 따라 움직일 수 있도록 철선이 관통할 수 있는 관통홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 지하 맨홀을 활용한 지하 안전 통합관리 시스템.
제1항에 있어서,
상기 맨홀 내의 가스, 온도, 수위를 감지하는 센서들이 동일 케이스에 부착되어, 케이스 내부에는 멘홀의 오수 또는 우수의 양에 따라 승하강 운동이 가능한 부레와 상기 센서들의 정보를 단말제어부에 전달하는 근거리 통신 모듈이 형성되고, 케이스 중앙부에는 철선을 따라 움직일 수 있도록 철선이 관통할 수 있는 관통홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 지하 맨홀을 활용한 지하 안전 통합관리 시스템.
제1항에 있어서,
상기 상용 전력선을 코일을 감은 철심으로 주회하여 전류를 유도하여 충전부에 저장하기 위해, 일정한 전력이 상용 전력선 등이 흐를 경우 이를 주회하는 코일을 감은 철심에는 자속이 생기고 이에 따라 상기 코일에 전류가 흐름으로서 상기 충전부에 일정 전력을 저장할 수 있는 것을 특징으로 하는 지하 맨홀을 활용한 지하 안전 통합관리 시스템.
제1항에 있어서,
상기 기계적 응력에 따라 전력을 발생시키는 압전소자발생부는 압력변화를 감지하여 전압을 발생하는 다수의 압전소자를 포함하고, 상기 압전소자에 일대일 대응되며, 상기 압전소자에서 발생한 전압을 정류 및 증폭하여 소정 전압으로 변환시키는 다수의 전력변환기가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 지하 맨홀을 활용한 지하 안전 통합관리 시스템.
제1항에 있어서,
상기 외부 전력은 태양광 모듈 및 외부 전력선으로 구성되는 것을 특징으로 하는 지하 맨홀을 활용한 지하 안전 통합관리 시스템.