KR20210057339A - IoT 원격제어를 통한 장애 진단 및 유지보수가 가능한 지하수 관정 원격 모니터링 시스템 - Google Patents

Abstract

IoT 원격제어를 통한 장애 진단 및 유지보수가 가능한 지하수 관정 원격 모니터링 시스템이 개시된다. 본 발명에 따른 원격 모니터링 시스템은 지하수 관정에 설치되어 지하수의 유량 데이터를 측정하는 유량계, 상기 유량계와 연결되어 상기 유량 데이터를 유선/무선으로 수신하여 일정 주기별로 저장하고, 기설정된 반복 주기에 의하여 상기 유량 데이터를 서버로 전송하는 데이터 로거, 상기 유량계 및 상기 데이터 로거에 전원을 공급하는 배터리를 포함하며, 상기 배터리의 잔량 데이터를 측정하여 기설정된 반복 주기에 따라 서버로 전송하는 전원 공급부 및 서버로부터 상기 유량 데이터 및 상기 배터리 잔량 데이터를 전송받아 모니터링하는 통합 관제부를 포함하며, 상기 통합 관제부는 사용자의 모바일 장치로 상기 유량 데이터 및 상기 배터리 잔량 데이터를 원격으로 송신한다.

Description

IoT 원격제어를 통한 장애 진단 및 유지보수가 가능한 지하수 관정 원격 모니터링 시스템{REMOTE MONITORING SYSTEM OF GROUNDWATER WELL CAPABLE OF DISABLILITY DIAGNOSIS AND MAINTENANCE BY IoT REMOTE CONTROL}

본 발명은 IoT 원격제어를 통한 장애 진단 및 유지보수가 가능한 지하수 관정 원격 모니터링 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로, 지하수 관정에 설치된 데이터 로거로부터 지하수 관정의 관정 정보를 전송받아 지하수 관정을 원격에서 제어할 수 있는 IoT 원격제어를 통한 장애 진단 및 유지보수가 가능한 지하수 관정 원격 모니터링 시스템에 관한 것이다.

지하수는 비, 눈 등이 땅으로 스며들어 땅속, 지표면과 암반 사이의 공간에 존재하는 물로서, 국내외에서 다수의 지하수 관정을 굴착하여, 지하수를 끌어내 가정용 내지 농업용 등으로 사용하고 있다.

특히, 제주도는 화산 지형의 특성상 저수지가 많지 않고, 대부분의 비, 눈 등은 지하로 유입되고 있어, 지하수 관정을 뚫어 지하수를 이용하는 비율이 매우 높다. 이에 제주도는 제주특별자치도 특별법 및 지하수관리기본조례에 의한 독자적인 지하수관리 법제도 및 체계를 가지고 있으며, 지하수 이용에 대해 지하수 원수대금을 90년대부터 부과하고 있다. 지하수 지하수 원수대금은 지하수개발 이용허가를 받은 자와 온천이용허가를 받아 온천수를 이용하는 자에게 부과된다.

현재 제주도에 지하수 관정에 지하수 원수대금을 부과하기 위하여 유량 모니터링 시스템이 구축되어 있으며, 이 시스템이 적용된 관정은 약 4,000개 이상의 관정에 해당한다. 향후 물 관리의 중요성을 고려할 때, 제주도 뿐만 아니라 내륙에서도 지하수에 원수대금이 부과될 것이 예상되며, 전국 약 160,000개 이상의 관정으로 확대될 것으로 예상된다.

상기 관정에는 지하수 유량을 측정하여 관리하기 위하여 유량계 및 유량 데이터를 전송하기 위한 데이터 로거가 설치되어 있으나, 데이터 로거는 WCDMA 모뎀을 이용하여 과도한 월 통신료가 설정되어 있어 불필요한 비용이 낭비되고 있는 실정이다.

또한, 지하수 관정의 경우, 일반적으로 주변으로부터 전력을 공급받는 것이 아닌, 내부의 자체 전원으로부터 공급되어 전원의 소모시 유량 데이터를 전송받을 수 없어 이경우 원수대금을 부과하기 곤란한 문제가 있었다.

뿐만 아니라, 유량계의 고장 등 측정 데이터의 오류시 단방향 통신의 문제로 원격지에서 원격 관리가 불가하여, 직접 인력이 해당 관정을 방문하여 점검을 진행하여야 하므로 인력의 낭비가 심한 문제점이 있었다.

특허문헌 1: 대한민국 등록특허공보 제10-0944043호

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 지하수 관정에 설치되어 관련 데이터를 전송하는 데이터 로거을 통하여, 유량 데이터를 통한 지하수 관정의 원격 모니터링이 가능하고, 양방향 통신을 통하여 유량계 및 데이터 로거에 오류가 발생하였는지 여부를 연결된 네트워크를 통하여 원격을 확인하여 오류 발생시 이들을 원격에서 제어하여 오류에 신속하게 대처할 수 있는 IoT 기반 지하수 관정 원격 모니터링 시스템을 제공하는데 있다.

상기한 문제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, IoT 원격제어를 통한 장애 진단 및 유지보수가 가능한 지하수 관정 원격 모니터링 시스템이 제공된다. 원격 모니터링 시스템은 지하수 관정에 설치되어 지하수의 유량 데이터를 측정하는 유량계, 상기 유량계와 연결되어 상기 유량 데이터를 유선/무선으로 수신하여 일정 주기별로 저장하고, 기설정된 반복 주기에 의하여 상기 유량 데이터를 서버로 전송하는 데이터 로거, 상기 유량계 및 상기 데이터 로거에 전원을 공급하는 배터리를 포함하며, 상기 배터리의 잔량 데이터를 측정하여 기설정된 반복 주기에 따라 서버로 전송하는 전원 공급부 및 서버로부터 상기 유량 데이터 및 상기 배터리 잔량 데이터를 전송받아 모니터링하는 통합 관제부를 포함하며, 상기 통합 관제부는 사용자의 모바일 장치로 상기 유량 데이터 및 상기 배터리 잔량 데이터를 원격으로 송신한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 데이터 로거는 NB-IoT 모뎀을 포함하여 상기 통합 관제부와 양방향 통신하는 것을 특징으로 하는 IoT 기반 지하수 관정 원격 모니터링 시스템을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 통합 관제부는, 상기 배터리 잔량 데이터가 5% 미만인 경우 배터리 교체 알림을 발생하며, 전송받은 상기 유량 데이터가 평균값보다 50% 이상 초과하여 측정된 경우, 유량 데이터 측정 오류 알림을 발생하며, 자동으로 상기 데이터 로거에 리셋(reset) 신호를 전송하며, 상기 배터리 교체 알림 및 상기 측정 오류 알림은 상기 사용자의 모바일 장치로 송신하는 것을 특징으로 하는 IoT 기반 지하수 관정 원격 모니터링 시스템을 제공한다.

본 발명에 따르면, 데이터 로거와 통합 관제부와 양방향 통신을 통하여 원격지에서 장치의 오류 여부를 판단하고, 오류가 판단된 장치의 리셋을 통하여 장치의 오류를 개선할 수 있다. 이를 통해 직접 장치를 찾아다니며 점검하고 관리하지 않아도 됨으로써 사용자의 편리성이 향상되며 신속하게 오류에 대처가 가능하다.

나아가, 본 발명에 따르면, 각 지하수 관정별 전원의 잔여량을 실시간으로 확인할 수 있어 사용자에 의한 점검을 정기화하여 관리의 편리성이 향상된다.

또한, 본 발명에 따르면 데이터 로거에 사용되는 모뎀을 지하수 관정 용도로 최적화하여 불필요한 월 통신료를 줄여 비용을 저감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 IoT 원격제어를 통한 장애 진단 및 유지보수가 가능한 지하수 관정 원격 모니터링 시스템을 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 지하수 관정 원격 모니터링 시스템의 지하수 관정에 데이터 로거 및 유량계의 설치 모습을 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 지하수 관정 원격 모니터링 시스템의 회로 블록도를 도시한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려 주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 포함한다(comprise) 및/또는 포함하는(comprise) 이란 용어는 언급한 형상들, 숫자, 단계, 부재, 요소 및 또는 이들의 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 언급되지 않은 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하고자 하는 것이 아니다.

또한 다른 형상에 인접하여(adjacent) 배치된 구조 또는 형상은 인접하는 형상에 중첩되거나 하부에 배치되는 부분을 가질 수 있다.

본 명세서에서 아래로(below), 위로(above), 상부의(upper), 하부의(lower), 수평의(horizontal) 또는 수직의(vertical)와 같은 상대적 용어들은 도면들 상에서 도시된 바와 같이, 일 구성 부재, 층 또는 영역들이 다른 구성 부재, 층 또는 영역과 갖는 관계를 기술하기 위하여 사용될 수 있다. 이들 용어들은 도면들에 표시된 방향 뿐만 아니라 장치의 다른 방향들도 포괄한다.

이하에서, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들(및 중간구조 들)을 개략적으로 도시하는 단면도들을 참조하여 설명된다. 이들 도면들에 있어서 예를 들면, 부재들의 크기와 형상은 설명의 편의와 명확성을 위하여 과장될 수 있으며, 실제 구현시, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상으로 한정되지 아니한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 IoT 원격제어를 통한 장애 진단 및 유지보수가 가능한 지하수 관정 원격 모니터링 시스템을 도시한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 지하수 관정 원격 모니터링 시스템의 지하수 관정에 데이터 로거 및 유량계의 설치 모습을 도시한다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 지하수 관정 원격 모니터링 시스템의 회로 블록도를 도시한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 IoT 원격제어를 통한 장애 진단 및 유지보수가 가능한 지하수 관정 원격 모니터링 시스템은 유량계, 데이터 로거, 전원 공급부 및 통합 관제부를 포함한다.

상기 유량계는 지하수 관정에 설치되어 지하수의 유량 데이터를 측정한다.

상기 유량계는 전자식 유량계 또는 기계식 유량계일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 지하수 관정 내 지하수의 유량을 측정할 수 있는 것이라면 그 종류에 한정되지 않는다.

상기 유량계는 수질 측정 센서, 관정 압력 센서로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 지하수 관정 원격 모니터링 시스템은 지하수 관정의 유량 데이터를 확보하기 위한 것일 뿐만 아니라, 유량계에 설치된 각종 센서들을 통하여 지하수의 수질, 관정 내 압력 등을 측정하여 지하수의 오염 정도 내지 관정 내 압력의 변화를 감지할 수 있다. 예를 들어, 수질 측정 센서는 관정 내 지하수의 Ph, TDS, DO 등 측정하고자 하는 적절한 인자의 설정을 통하여 설치될 수 있다.

상기 데이터 로거는 상기 유량계와 연결되어 상기 유량 데이터를 유선/무선으로 수신하여 일정 주기별로 저장하고, 기설정된 반복 주기에 의하여 상기 유량 데이터를 서버로 전송한다.

상기 데이터 로거는 상기 유량계와 유선 또는 무선 통신을 통하여 연결되어 있을 수 있고, 유량계는 유량 데이터를 상기 데이터 로거로 전송한다.

상기 데이터 로거는 NB-IoT 모뎀을 포함하여 상기 통합 관제부와 양방향 통신한다. NB-IoT는 LTE 기반의 협대역 사물 인터넷을 효율적으로 제공하는 저전력 광역 통신 표준 기술로서, 저전력의 모뎀을 사용하여 데이터 로거의 전력 소비를 최소화할 수 있다. 또한, 지하수 관정의 유량 데이터만을 전송하는 경우 소비되는 데이터 양이 비교적 적기 때문에 데이터 전송속도가 빠를 필요가 없다. 따라서, 상기 데이터 로거의 NB-IoT 모뎀은 180KHz 대역의 주파수를 가지며, 27kbps 이하의 데이터 전송속도를 가지는 것일 수 있다.

따라서, 상기 데이터 로거는 통신에 사용되는 모뎀으로, 데이터 및 영상의 전송이 가능하고 통신료가 개소당 약 5,000원 정도 소요되던 과거 WCDMA 모뎀을 사용하던 방식을 벗어나 데이터만의 전송이 가능하고 통신료가 개소당 약 350원 정도로 저렴한 NB-IoT를 채용함으로써 지하수 관정 용도로 최적화하여 불필요한 월 통신료를 줄여 비용을 저감할 수 있다.

상기 데이터 로거는 통신부를 포함하며, 상기 통신부는 통신망에 정의된 프로토콜 스택을 기반으로 상기 유량계와 소정의 통신채널을 연결하고, 유량계에 구비된 통신 프로그램에 정의된 통신 프로토콜을 이용하여 유량 정보를 송수신하게 된다.

예를 들어, 통신부는 유량계와 RS-232 또는 I2C 방식으로 연결될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 와이파이 방식, 지그비 방식, 블루투스 방식, IEEE802.15.4, P1415.5, 3G, 4G, LTE, LTEA 방식 등의 다양한 유무선 통신 방식을 적용할 수도 있다.

상기 통신부는 통신 포트들(즉, RS-232 포트, I2C 포트), 뿐만 아니라 센서 입출력 포트들과 USB 입출력 포트를 구비할 수 있다.

상기 전원 공급부는 상기 유량계 및 상기 데이터 로거에 전원을 공급하는 배터리를 포함하며, 상기 배터리의 잔량 데이터를 측정하여 기설정된 반복 주기에 따라 서버로 전송한다.

예를 들어, 상기 전원 공급부의 상기 배터리는 상기 데이터 로거에 내장되어 있을 수 있다.

상기 전원 공급부는 상기 유량 데이터 및 상기 잔량 데이터를 서버로 전송하는 기설정된 반복 주기에 따라 대기 상태에서는 슬립 모드(sleep mode)로 전환하여 전력 소모량을 감소시킨다.

상기 전원 공급부의 상기 배터리는 상기 배터리는 충전식 배터리일 수 있고, 상기 지하수 관정의 주변 지면 상에 설치된 태양광 패널 또는 태양열 패널 중 어느 하나 이상의 태양광 장치와 연결되어 상기 배터리에 전원을 공급하여, 상기 배터리를 충전할 수 있다.

상기 통합 관제부는 서버로부터 상기 유량 데이터 및 상기 배터리 잔량 데이터를 전송받아 모니터링한다.

통합 관제부는, 상기 배터리 잔량 데이터가 5% 미만인 경우 배터리 교체 알림을 발생한다. 교체 알림에 따라 사용자는 해당 지하수 관정 내 배터리를 교체하는 등 관리를 수행한다.

예를 들어, 통합 관제부는 상기 배터리 잔량 데이터가 이전 30일 간 평균 배터리 잔량 데이터와 비교하여 해당 일에만 배터리 소모량이 급격히 저하된 경우, 상기 전원 공급부를 리셋하며, 그 후에도 배터리 잔량 데이터가 5% 미만인 경우에는 해당 지하수 관정의 배터리를 관리하도록 할 수 있다.

따라서, 상기 통합 관제부에서 복수의 지하수 관정의 배터리의 잔량을 지속적으로 모니터링이 가능하며, 배터리의 이상 발생시에 원격에서 리셋을 통하여 배터리의 유지 관리가 가능하다.

통합 관제부는 전송받은 상기 유량 데이터가 평균값보다 50% 이상 초과하여 측정된 경우, 유량 데이터 측정 오류 알림을 발생하며, 자동으로 상기 데이터 로거에 리셋(reset) 신호를 전송한다.

예를 들어, 통합 관제부는 상기 유량 데이터가 이전 30일 간 평균 유량 데이터와 비교하여 해당 일에만 유량이 급격히 증가한 경우, 상기 데이터 로거를 리셋하며, 그 후에도 유량이 증가된 상태인 경우 해당 지하수 관정에 관리 담당자를 파견하여 관정 누수 유무를 확인할 수 있다.

따라서, 상기 통합 관제부에서 복수의 지하수 관정의 유량계의 상태 및 유량을 지속적으로 모니터링이 가능하며, 유량계의 이상 발생시에 원격에서 리셋을 통하여 유량계의 유지 관리가 가능하다.

상기 통합 관제부는 상기의 배터리 교체 알림, 유량 데이터 측정 오류 알림이 발생한 경우, 사용자, 예를 들어 관리자의 모바일 단말기로 SMS 등의 문자 알림, 단말기에 설치된 애플리케이션의 알림 등을 통하여 알림을 전달할 수 있다.

즉, 상기 배터리 교체 알림 및 상기 측정 오류 알림은 사용자의 모바일 장치로 송신하여 사용자가 모바일 장치 내 어플리케이션을 통하여 직접 확인할 수 있으며, 어플리케이션의 조작을 통하여 원격에서 상기 유량계의 관리가 가능하다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 지하수 관정 원격 모니터링 시스템을 통하여 데이터 로거와 통합 관제부와 양방향 통신을 통하여 원격지에서 장치의 오류 여부를 판단하고, 오류가 판단된 장치의 리셋을 통하여 장치의 오류를 개선할 수 있다. 이를 통해 직접 장치를 찾아다니며 점검하고 관리하지 않아도 됨으로써 사용자의 편리성이 향상되며 신속하게 오류에 대처가 가능하다.

또한, 본 발명에 따르면 데이터 로거에 사용되는 모뎀을 지하수 관정 용도로 최적화하여 불필요한 월 통신료를 줄여 비용을 저감할 수 있다.

또한, 각 지하수 관정별 전원의 잔여량을 실시간으로 확인할 수 있어 사용자에 의한 점검을 정기화하여 관리의 편리성이 향상된다. 뿐만 아니라, 관정 내 지하수의 누수가 발생된 경우를 즉각 탐지하여, 지하수 유출을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

상술한 바에 있어서, 본 발명의 예시적인 실시예들을 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경 및 변형이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (3)

1. 지하수 관정에 설치되어 지하수의 유량 데이터를 측정하는 유량계;
   상기 유량계와 연결되어 상기 유량 데이터를 유선/무선으로 수신하여 일정 주기별로 저장하고, 기설정된 반복 주기에 의하여 상기 유량 데이터를 서버로 전송하는 데이터 로거;
   상기 유량계 및 상기 데이터 로거에 전원을 공급하는 배터리를 포함하며, 상기 배터리의 잔량 데이터를 측정하여 기설정된 반복 주기에 따라 서버로 전송하는 전원 공급부; 및
   서버로부터 상기 유량 데이터 및 상기 배터리 잔량 데이터를 전송받아 모니터링하는 통합 관제부를 포함하며,
   상기 통합 관제부는 사용자의 모바일 장치로 상기 유량 데이터 및 상기 배터리 잔량 데이터를 원격으로 송신하는 IoT 원격제어를 통한 장애 진단 및 유지보수가 가능한 지하수 관정 원격 모니터링 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 데이터 로거는 IoT 모뎀을 포함하여 상기 통합 관제부와 양방향 통신하는 것을 특징으로 하는 IoT 원격제어를 통한 장애 진단 및 유지보수가 가능한 지하수 관정 원격 모니터링 시스템.
3. 제1항에 있어서,
   상기 통합 관제부는,
   상기 배터리 잔량 데이터가 5% 미만인 경우 배터리 교체 알림을 발생하며,
   전송받은 상기 유량 데이터가 평균값보다 50% 이상 초과하여 측정된 경우, 유량 데이터 측정 오류 알림을 발생하며, 자동으로 상기 데이터 로거에 리셋(reset) 신호를 전송하며,
   상기 배터리 교체 알림 및 상기 측정 오류 알림은 상기 사용자의 모바일 장치로 송신하는 것을 특징으로 하는 IoT 원격제어를 통한 장애 진단 및 유지보수가 가능한 지하수 관정 원격 모니터링 시스템.

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