KR20230121798A - 수질을 모니터링하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
물이 이로부터 물 분배 네트워크 내로 공급되는 하나 이상의 노드를 갖는 복수의 분배 라인을 상호 연결하기 위한 복수의 분배 라인을 포함하는 물 분배 네트워크에서 수질을 모니터링하기 위한 수질 모니터링 시스템으로서, 시스템은: 복수의 물 샘플링 서브 시스템을 포함하고, 각각의 서브 시스템은 대응하는 분배 라인과 유체 연통식으로 배열되어 상기 대응하는 분배 라인으로부터 수질 파라미터를 획득하고, 각각의 서브 시스템은 수질 파라미터와 관련된 데이터를 통신 네트워크를 통해 데이터베이스에 통신하기 위한 통신 모듈을 포함하고 여기서 서브 시스템 각각은 통신 네트워크를 통해 기능적으로 서로 연결되어 수질 파라미터의 동시 측정을 트리거(trigger)한다. 시스템은 수질의 시각적 표시를 제공하는 그래픽을 디스플레이하는 수단을 추가로 포함한다.
Description
본 출원은 2021년 12월 18일에 출원된 호주 가출원 제2020904744호에 대한 우선권을 주장하며, 그 내용은 본 명세서에 그 전체가 참조로 포함되어 있다.
본 발명은 수질을 모니터링하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
종래 기술의 방법, 장치 또는 문서에 대한 임의의 참조는 그것이 공통의 일반적인 지식을 형성하거나, 또는 그 일부를 형성한다는 어떤 증거 또는 인정을 구성하는 것으로 간주되어서는 안 된다.
많은 식수 분배 시스템의 식수는 현재 제한된 수의 위치에서 수작업으로 잦지 않은 물 샘플을 채취함으로써 모니터링되고 있다. 그런 다음 샘플은 오염 물질의 목록에 대한 실험실 분석을 거친다. 오염 시점부터, 양성 검출(positive detection)을 위한 총처리 시간(turnaround time)은, 오염 물질의 유형과 실험실 서비스의 접근성에 따라 며칠에서 몇 주까지 걸릴 수 있다. 따라서, 실시간 수질 모니터링을 제공할 필요가 있다.
실시간 수질 모니터링에서, 인간 운영자(human operator)에 의한 측정의 빠르고 정확한 해석을 용이하게 하는 방식으로 원격 센서로부터의 측정을 수집하고 처리하는 데에 상당한 어려움을 경험하고 있다. 발명자는 이러한 어려움이 주로 관심이 있는 기간에 걸쳐 측정을 실제 조건과 상관시키는 것에 연관된 문제 때문에 일어난다는 것을 파악하였다. 게다가, 지속적인 수질 모니터링을 위해 다수의 물 샘플링 디바이스가 사용되는 경우, 수질을 모니터링하는 것을 담당하는 인력(personnel)에게 어떠한 의미 있는 추론을 제공하기 위해 대량의 수질 관련 데이터가 처리되고 분석될 필요가 있다. PCT/AU2020/050073(본 명세서에 참조로 통합됨)로서 공개된 출원인의 이전 발명은 실시간 수질 모니터링을 가능하게 하는 수질 모니터링 디바이스를 제공한다. 그러나, 다수의 수질 모니터링 디바이스가 수질 결과를 서버로 다시 보고하는 경우, 한 사람이 실시간으로 데이터를 처리하여 운영자에게 임의의 의미 있는 정보를 제공하는 것이 불가능하지는 않더라도 엄청나게 어려워진다. 따라서, 적어도 종래 기술 및 기존 기술의 단점의 일부를 보완할 수 있는 개선된 방법 및 시스템을 제공할 필요성이 있다.
본 발명을 요약하는 다음의 서술 중 일부에서, 특징부가 언급되는 경우, 도면으로부터의 물품 번호는 독자의 편의를 위해 특징부의 예로서 제공될 것이다. 이러한 예는 순수하게 예시적인 것이며 특징부의 제한으로 의도된 것이 아님이 이해될 것이다.
일 양태에서, 본 발명은 물이 이로부터 분배 네트워크(distribution network) 내로 공급되는 하나 이상의 노드(node)를 상호 연결하는 복수의 분배 라인(distribution line)(90)을 포함하는, 물 분배 네트워크(80)에서 수질을 모니터링하기 위한 수질 모니터링 시스템을 제공하고, 이 시스템은:
복수의 물 샘플링 서브 시스템(water sampling sub-systems)(100) ― 각각의 서브 시스템(100)은 대응하는 분배 라인(90)과 유체 연통식으로 배열되어 상기 대응하는 분배 라인(90)으로부터 수질 파라미터(water quality parameters)에 관한 데이터를 획득하고, 각각의 서브 시스템(100)은 적어도 하나의 수질 파라미터와 관련된 데이터를 통신 네트워크(29)를 통해 데이터베이스(42)에 통신하기 위한 통신 모듈(110)을 포함하고 여기서 서브 시스템(100) 각각은 통신 네트워크를 통해 기능적으로 서로 연결되어 대응하는 분배 라인의 모든 서브 시스템이 측정 이벤트(measurement event)(213)에서 수질 파라미터의 동시 측정(simultaneous measurements)을 수행하도록 트리거(trigger)되는 것을 허용함 ―;
상기 복수의 물 샘플링 서브 시스템(100)과 통신하는 원격으로 위치된 서버 컴퓨터(33)를 포함하고, 상기 서버 컴퓨터(33)는 프로세서(35) 및 비휘발성 메모리 디바이스(47)를 포함하고, 상기 프로세서(35)는 데이터베이스(42)로부터 데이터를 검색하여:
각각의 측정 이벤트(213)에서 각각의 서브 시스템에 의해 측정된 물 파라미터 값의 세트로부터 물 파라미터에 대한 최대 측정값(202);
각각의 측정 이벤트(213)에서 각각의 서브 시스템에 의해 측정된 물 파라미터 값의 세트로부터 물 파라미터에 대한 최소 측정값(204); 및
세트의 물 파라미터의 모든 측정값의 평균을 계산함으로써 산출된 물 파라미터에 대한 평균 측정값(205)을 결정하는 단계를 수행하도록 작동 가능하고,
메모리 디바이스는, 각각의 측정 이벤트(213)에 대한 최대 측정값(202), 최소 측정값(204) 및 평균값(205)을 표시하는 제1 축(209)과 복수의 상기 측정 이벤트가 발생한 시간 기간(time period)을 표시하는 제2 축(211)을 포함하는 그래프(207)를 디스플레이하여 수질의 시각적 표시를 제공하는 실행 가능한 명령어를 포함한다.
일 실시예에서, 원격으로 위치된 서버 컴퓨터(33)를 위한 프로세서(35)는 최대 측정값(202)과 최소 측정값(204) 사이의 차이를 계산함으로써 수질 파라미터의 측정값의 범위(206)를 결정하도록 작동 가능하고, 메모리 디바이스는 제1 축(209) 상에 측정값의 범위(206)를 표시하는 실행 가능한 명령어(48)를 포함한다.
일 실시예에서, 시스템은 기능적으로 연결된 물 샘플링 서브 시스템(100)의 작동을 제어하고 하나 이상의 측정 이벤트(213)를 개시하기 위해 프로세서(35)와 통신하는 사용자 입력 인터페이스(43, 44)를 추가로 포함한다.
일 실시예에서, 각각의 서브 시스템(100)은: (a) 압력; (b) 과도 압력(transient pressure); (c) 물의 온도; (d) 물의 pH; (e) 산화 환원 전위(ORP); (f) 전도도(EC); (g) 유리 염소 농도(Free Chlorine concentration); (h) 탁도(Turbidity) 중 하나 이상을 측정하도록 구성된다.
일 실시예에서, 메모리 디바이스(47)는, 수질 파라미터에 대하여 최대 측정값이 미리 결정된 최대 한계 값을 초과하는지의 여부 그리고/또는 최소 측정값이 미리 결정된 최소 한계 값보다 적은 지의 여부를 추가적으로 표시하는 실행 가능한 명령어(48)를 포함한다.
일 실시예에서, 메모리 디바이스는 각각의 측정의 평균값과 각각의 측정에 대한 최대 측정값 사이의 차이를 계산하고 하나 이상의 미리 결정된 규칙에 따라 상기 차이를 처리하여 수질의 예기치 않은 변화의 표시를 제공하는 실행 가능한 명령어를 포함한다.
일 실시예에서, 메모리 디바이스는 각각의 측정의 평균값과 각각의 측정에 대한 최소 측정값 사이의 차이를 계산하고 하나 이상의 미리 결정된 규칙에 따라 상기 차이를 처리하여 수질의 예기치 않은 변화의 표시를 제공하는 실행 가능한 명령어를 포함한다.
다른 양태에서, 본 발명은 물이 이로부터 물 분배 네트워크(80) 내로 공급되는 하나 이상의 노드를 상호 연결하는 복수의 분배 라인(90)을 포함하는 물 분배 네트워크(80)에서 수질을 모니터링하는 방법을 제공하고, 방법은:
복수의 물 샘플링 서브 시스템(100)을 대응하는 분배 라인(90)과 유체 연통식으로 배열하여 상기 대응하는 분배 라인으로부터 수질 파라미터를 획득하는 단계― 상기 서브 시스템(100) 각각은 통신 네트워크를 통해 기능적으로 서로 연결되어 대응하는 분배 라인의 모든 서브 시스템이 측정 이벤트(213)에서 수질 파라미터의 동시 측정을 수행하도록 트리거되는 것을 허용함－;
물 샘플링 서브 시스템의 통신 모듈(110)을 거쳐, 수질 파라미터와 관련된 데이터를 통신 네트워크(29)를 통해 데이터베이스(42)에 통신하는 단계;
원격으로 위치된 서버 컴퓨터(33)를 배열하고 데이터베이스(42)로부터 데이터를 검색하는 단계 ― 상기 서버 컴퓨터(33)는 프로세서(35) 및 비휘발성 메모리 디바이스(47)를 포함하고 프로세서(35)를 작동시켜 검색된 데이터를 처리하여:
각각의 측정 이벤트(213)에서 각각의 서브 시스템에 의해 측정된 물 파라미터 값의 세트로부터 물 파라미터에 대한 최대 측정값(202);
각각의 측정 이벤트(213)에서 각각의 서브 시스템에 의해 측정된 물 파라미터 값의 세트로부터 물 파라미터에 대한 최소 측정값(204);
세트의 물 파라미터의 모든 측정값의 평균을 계산함에 의해서 산출된 물 파라미터에 대한 평균 측정값(205);을 결정함 ―, 및
프로세서(35) 및 메모리 디바이스(47)와 통신하는 디스플레이 디바이스(33)를 배열하여, 각각의 측정 이벤트(213)에 대한 최대 측정값(202), 최소 측정값(204) 및 평균값(205)을 표시하는 제1 축(209)과 복수의 상기 측정 이벤트(213)가 발생하는 시간 기간을 표시하는 제2 축을 포함하는 그래프(207)를 디스플레이하여 그에 의해 수질의 시각적 표시를 제공하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 방법은 최대 측정값과 최소 측정값 사이의 차이를 계산함으로써 수질 파라미터의 측정값의 범위를 결정하는 단계를 추가로 포함하고, 메모리 디바이스는 제1 축 상에 측정값의 범위를 표시하는 실행 가능한 명령어를 포함한다.
일 실시예에서, 방법은 디스플레이 디바이스 상에 수질 파라미터에 대해 미리 결정된 최대 및 최소 한계 값을 디스플레이하는 단계를 추가로 포함한다.
일 실시예에서, 방법은 각각의 측정의 평균값과 각각의 측정에 대한 최대 측정값 사이의 차이를 계산하고 하나 이상의 미리 결정된 규칙에 따라 상기 차이를 처리하여 수질의 예기치 않은 변화의 표시를 제공하는 단계를 추가로 포함한다.
일 실시예에서, 방법은 각각의 측정의 평균값과 각각의 측정에 대한 최소 측정값 사이의 차이를 계산하고 하나 이상의 미리 결정된 규칙에 따라 상기 차이를 처리하여 수질의 예기치 않은 변화의 표시를 제공하는 단계를 추가를 포함한다.
본 발명의 바람직한 특징, 실시예 및 변형은 기술 분야의 숙련자가 본 발명을 수행하기에 충분한 정보를 제공하는 다음의 상세한 설명으로부터 파악될 수 있다. 상세한 설명은 어떤 방식으로든 앞선 발명의 요약의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다. 상세한 설명은 다음과 같이 다수의 도면을 참조할 것이다:
도 1은 물 분배 네트워크의 대응하는 분배 라인에서 복수의 물 샘플링 서브 시스템(100)을 활용하는 물 분배 네트워크의 라인 다이어그램이다.
도 2는 바람직한 실시예에 따른 수질 모니터링 시스템의 다양한 기능 요소를 예시하는 박스 다이어그램이다.
도 3은 바람직한 실시예의 시스템에 의해 생성된 제1 시각화(visualisation)이다.
도 4는 바람직한 실시예의 시스템에 의해 생성된 제2 시각화이다.
도 1은 물 분배 네트워크의 대응하는 분배 라인에서 복수의 물 샘플링 서브 시스템(100)을 활용하는 물 분배 네트워크의 라인 다이어그램이다.
도 2는 바람직한 실시예에 따른 수질 모니터링 시스템의 다양한 기능 요소를 예시하는 박스 다이어그램이다.
도 3은 바람직한 실시예의 시스템에 의해 생성된 제1 시각화(visualisation)이다.
도 4는 바람직한 실시예의 시스템에 의해 생성된 제2 시각화이다.
도 1은 물이 이로부터 분배 네트워크 내로 공급되는 하나 이상의 노드를 상호 연결하는 복수의 분배 라인(90)(화살표는 물의 흐름의 방향을 도시함)을 포함하는 물 분배 네트워크(80)의 라인 다이어그램을 예시하고, 여기서 전체적으로 100으로 나타내어지는 n개의 물 샘플링 서브 시스템(100-1,..., 100-n)은 대응하는 적어도 하나의 분배 라인(90)과 유체 연통식으로 배열되어 있다.
적어도 일부 실시예에서, 각각의 물 샘플링 서브 시스템(100)은 PCT/AU2020/050073에 기술된 피트 리드 장착형 물 샘플링 및 테스팅 시스템(pit lid mounted water sampling and testing system)의 형태로 제공될 수 있다. 각각의 리드 장착형 물 샘플링 서브 시스템(100)은 대응하는 분배 라인으로부터 수질 파라미터를 획득하기 위해 대응하는 분배 라인(90)과 유체 연통식으로 배열될 수 있다. 각각의 물 서브 시스템은, 무선 통신 네트워크(바람직한 실시예에서 인터넷)와 같은 통신 네트워크(29)를 통해 각각의 서브 시스템으로부터 데이터베이스(150)로 수질 파라미터와 관련된 데이터를 통신하기 위한 통신 모듈(110)을 포함한다.
도 2에 예시된 바와 같이, 샘플링 서브 시스템(100)은 다수의 그룹으로 그룹화되고, 각각의 그룹의 샘플링 서브 시스템은 공통 원격 단말 유닛(Remote Terminal Unit)(RTU)(120)과 데이터 통신을 한다. RTU는 현장 디바이스를 모니터링하고 제어하는 마이크로프로세서-기반 디바이스이고, 이어서 플랜트 제어 시스템(plant control systems)에 연결된다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같은 "RTU"라는 용어는 기능적으로 동등한 디바이스, 예를 들어 네트워크 접근성 및 데이터 저장 능력을 갖춘 적절하게 프로그래밍된 프로그래머블 로직 컨트롤러(programmable logic controllers)(PLC)를 포괄하는 의미를 갖는다.
예를 들어, 도 2에는 샘플링 서브 시스템(100)의 그룹(70a, 70b,..., 70m)이 도시되어 있고 여기서 그룹(70a)의 샘플링 서브 시스템(100)은 각각 RTU(120a)와 데이터 통신을 하고, 그룹(70b)의 샘플링 서브 시스템(100)은 각각 RTU(120b)와 데이터 통신을 하는 등등, 이의 센서 서브 시스템(100)이 각각 RTU(120m)와 데이터 통신을 하는 그룹(70m)까지 도시되어 있다. 센서 서브 시스템(100) 각각은 네트워크 디바이스이며, 기준 시간 신호, 예를 들어 인터넷 액세스 가능 클럭(internet accessible clock)으로부터의 신호를 모니터링할 수 있다. 각각의 샘플링 서브 시스템(100)은 이의 그룹의 RTU로부터 웨이크 업 콜(wake-up call)을 듣으려고 귀를 기울이는 아이들 모드(idle mode)를 취한다. 웨이크 업 콜을 수신하면, 샘플링 서브 시스템은 RTU에 의해 지정된 시간에 파라미터의 측정을 할 준비를 한다. 모든 서브 시스템은 공통 기준 시간 신호를 모니터링하기 때문에, 통신 네트워크를 통해 서로 효과적으로 기능적으로 연결되어 측정 이벤트에서 대응하는 분배 라인의 기능적으로 연결된 서브 시스템(100)의 전부에 의한 수질 파라미터의 동시 측정을 위해 트리거되는 것을 허용한다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이 측정 이벤트(213)는 5분 간격으로 트리거될 수 있고 여기서 11월 13일 00:00시부터 같은 날 06:00시까지 6시간 동안 72개의 측정 이벤트가 도시된다. 각각의 RTU는 RTU의 그룹의 센서 서브 어셈블리(100)로부터 측정 데이터를 저장하는 데이터 로거(data logger)(122b)를 포함한다. 그런 다음, RTU 데이터 로거(122)의 측정 데이터는 데이터베이스(42)에 저장하기 위해 통신 네트워크(29)를 거쳐 전송된다. 다른 대안적 실시예에서, 측정 이벤트(213)는 특정 시간 기간 또는 시간 범위 내에서 동시에 수행되도록 트리거될 수 있으며, 그것에 의해 측정 이벤트(213)는 동일한 시간에 정확히 발생하지 않을 수 있지만 정의된 시간 기간 내에 발생할 수 있다. 예를 들어, 그 시간 기간은 5분 기간으로 정의될 수 있고 이벤트의 모든 '동시' 측정은 이 지정된 시간 기간 내에 수행될 것이다.
원격으로 위치된 서버 컴퓨터(33)는 복수의 물 샘플링 서브 시스템(100)과 통신하도록 배열되고, 상기 서버 컴퓨터는 하나 이상의 프로세서(CPU)(35) 및 보조 저장 하드 드라이브 또는 솔리드 스테이트 드라이브와 같은 비휘발성 메모리 디바이스(47)를 포함한다. 서버(33)는 또한 운영 시스템의 로딩(loading) 전에 서버를 부팅하기 위한 BIOS 또는 UEFI를 포함하는 ROM, RAM, 보조 저장소에 저장된 운영 시스템, 네트워크-인터페이스-카드(network-interface-card and)와 같은 통신 모듈 및 CPU와 평면 스크린 모니터와 같은 디스플레이 디바이스 사이를 인터페이싱(interfacing)하기 위한 그래픽 드라이버를 함께 포함하는 다양한 모듈을 결합시키는 메인보드(mainboard)와 같은 보통의 구성 부분을 포함한다.
프로세서(35)는: 데이터베이스(42)로부터 데이터를 검색하여, 각각의 측정 이벤트(213)에서 각각의 서브 시스템(100)에 의해 측정된 물 파라미터 값의 세트로부터 물 파라미터에 대한 최대 측정값(MX)(도 3에서 202로 표시됨); 각각의 측정 이벤트에서 각각의 서브 시스템에 의해 측정된 물 파라미터 값의 세트로부터 물 파라미터에 대한 최소 측정값(MN)(도 3에서 204로 표시됨) 및 각각의 측정 이벤트의 물 파라미터 값의 세트에서 물 파라미터의 모든 측정값의 평균을 계산함에 의해서 프로세서(35)가 계산하는 물 파라미터의 평균 측정값(AV)(도 3에서 205로 표시됨)을 결정하는 단계를 수행하기 위해 작동 가능하도록 보조 저장소(47)에 저장된 프로그램(48)을 포함하는 명령어(instructions)에 의해 구성된다. 바람직한 예에서, 모든 측정 이벤트에 대해, 각각의 물 샘플링 서브 시스템(100)에 대해 16개의 데이터 포인트(data points)가 기록된다. 구체적으로, 수질 파라미터의 측정값(MR)의 범위(도 3에서 206으로 표시됨)는 최대 측정값(MX)(202)과 최소 측정값(MN)(204)의 차이를 계산함으로써 얻어진다.
메모리 디바이스(47)는 각각의 측정 이벤트(213)(도 4)에 대한 최대 측정값(MX)(202), 최소 측정값(MN)(204) 및/또는 측정값(MR)의 범위(206) 및 평균값(AV)(205)을 표시하는 제1 축(209)과 복수의 상기 측정 이벤트(213)가 발생하는 시간 기간, 예컨대 도 3에서 11월 13일 00:00시부터 11월 20일 12:00시까지를 나타내는 제2 축(209)를 포함하는 그래프(도 3에서 207로서 표시됨)를 디스플레이 디바이스(49) 상에 디스플레이하여 수질의 시각적 표시를 제공하도록 프로세서(35)를 구성하는 프로그램(48)을 포함하는 실행 가능한 명령어를 저장한다. 본 명세서에 설명된 시스템 및 방법은 상호 연결된 물 샘플링 서브 시스템(100)에 의해 얻어진 데이터를 변환하는 데 사용되며, 시각화 기술은 운영자 및 감독 인력에 의한 신속하게 평가 및 분석을 위해 보다 적합하고 유용한 방식으로 대량의 데이터를 제시하기 위해 사용된다.
도 2를 다시 한번 참조하면, 메모리 디바이스(47) 및 디스플레이 디바이스(49)와 조합된 프로세서(35)는 실시예에 따른 데이터 시각화 디바이스(45)로서 참조될 수 있다. 데이터 시각화 디바이스(45)는 입력 인터페이스 예컨대, 키보드(44) 및 마우스(43), 디스플레이 디바이스(49)와 같은 출력 인터페이스, 모뎀(41)과 같은 통신 인터페이스를 포함할 수 있으며, 데이터베이스(42)로부터 데이터 세트(datasets)(예컨대, 수질 파라미터와 관련된 측정값 데이터의 세트)를 검색할 수 있다. 더 적은, 상이한 및/또는 추가적인 구성요소가 데이터 시각화 디바이스(45)에 통합될 수 있다.
입력 인터페이스는 기술 분야의 숙련자에 의해 이해되는 바와 같이 데이터 시각화 디바이스(45)에의 입력을 위해 사용자로부터 정보를 수신하기 위한 인터페이스를 제공할 수 있다. 입력 인터페이스는 키보드, 마우스, 디스플레이, 트랙 볼, 키패드, 마이크, 하나 이상의 버튼 등을 포함하지만, 이에 국한되지 않는 다양한 입력 기술과 인터페이스로 접속시켜서, 사용자가 데이터 시각화 디바이스에 정보를 입력하거나 디스플레이 상에 디스플레이된 사용자 인터페이스에 제시된 선택을 행하는 것을 허용할 수 있다. 동일한 인터페이스가 입력 인터페이스와 출력 인터페이스를 모두 지원할 수 있다. 예를 들어, 터치 스크린 디스플레이는 사용자 입력을 지원하고 사용자에게 출력을 제시한다. 데이터 시각화 디바이스(45)는 동일하거나 상이한 입력 인터페이스 기술을 사용하는 하나 이상의 입력 인터페이스를 가질 수 있다. 입력 인터페이스 기술은 통신 인터페이스를 통해 데이터 시각화 디바이스에 의해 추가로 액세스될 수 있다. 사용자 입력 인터페이스는 또한 측정 이벤트를 트리거하기 위해 사용자 입력을 수신할 수 있다. 구체적으로, 물 샘플링 서브 시스템(100) 각각은 통신 네트워크(29) 및 RTU(120)를 통해 프로세서(35)에 기능적으로 연결되어 센서 서브 어셈블리(100) 각각에서 하나 이상의 측정 이벤트를 동시에 작동시키거나 트리거할 수 있다.
데이터 시각화 디바이스의 사용자에 의한 검토를 위한 정보를 출력하기 위한 출력 인터페이스도 또한 제공될 수 있다. 예를 들어, 출력 인터페이스는 디스플레이, 프린터 등을 포함하지만, 이에 국한되지 않는 다양한 출력 기술과 인터페이스로 접속시킬 수 있다. 데이터 시각화 디바이스는 동일하거나 상이한 출력 인터페이스 기술을 사용하는 하나 이상의 출력 인터페이스를 가질 수 있다. 출력 인터페이스 기술은 또한 통신 인터페이스를 통해 데이터 시각화 디바이스에 의해 액세스 가능할 수 있다.
통신 인터페이스, 예컨대, 인터페이스(41)는 기술 분야의 숙련자에 의해 이해되는 바와 같은 다양한 프로토콜, 전송 기술 및 매체를 사용하여 디바이스들 사이에서 데이터를 수신 및 전송하기 위한 인터페이스를 제공한다. 통신 인터페이스는 유선 및/또는 무선일 수 있는 다양한 전송 매체를 사용하는 통신을 지원할 수 있다. 데이터 시각화 디바이스(45)는 동일하거나 상이한 통신 인터페이스 기술을 사용하는 하나 이상의 통신 인터페이스를 가질 수 있다. 예를 들어, 데이터 시각화 디바이스는 이더넷 포트, 블루투스 안테나, 전화 잭, USB 포트 등을 사용하여 통신을 지원할 수 있다. 데이터 및 메시지는 통신 인터페이스를 사용하여 데이터 시각화 디바이스와 다른 컴퓨팅 디바이스 사이에서 전달될 수 있다.
메모리 디바이스(47)는 프로그램(48)을 포함하는 명령어와 같은 정보 및 명령어를 위한 전자적 보유 장소 또는 저장소이며, 정보는 기술 분야의 숙련자에 의해 이해되는 바와 같이 프로세서(35)에 의해 액세스될 수 있다. 메모리 디바이스(47)는 자기 저장 디바이스(예컨대, 하드 디스크, 플로피 디스크, 자기 스트립,...), 광 디스크[예컨대, 컴팩트 디스크(CD), 디지털 다목적 디스크(DVD),...], 스마트 카드, 플래시 메모리 디바이스 등과 같은 임의의 유형의 랜덤 액세스 메모리(RAM), 임의의 유형의 읽기 전용 메모리(ROM), 임의의 유형의 플래시 메모리 등을 포함할 수 있지만, 이에 국한되지 않는다. 데이터 시각화 디바이스(45)는 동일하거나 상이한 메모리 매체 기술을 사용하는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능한 매체를 가질 수 있다. 데이터 시각화 디바이스는 또한 CD, DVD, 외장 하드 드라이브 등과 같은 메모리 매체의 로딩을 지원하는 하나 이상의 드라이브를 가질 수 있다. 하나 이상의 외장 하드 드라이브는 통신 인터페이스를 사용하여 데이터 시각화 디바이스에 추가로 연결될 수 있다.
이전의 섹션에서 설명된 바와 같이, 프로세서(35)는 기술 분야의 숙련자에 의해 이해되는 바와 같이 명령어를 실행한다. 명령어는 특수 목적 컴퓨터, 논리 회로 또는 하드웨어 회로에 의해 수행될 수 있다. 프로세서(35)는 하드웨어 및/또는 펌웨어(firmware)로 구현될 수 있다. 프로세서(35)는 명령어를 실행하며, 이는 그 명령어에 의해 요구되는 작업을 수행/제어한다는 것을 의미한다. "실행(execution)"이라는 용어는 애플리케이션(application)을 시행하는 과정 또는 명령어에 의해 요구된 작업을 수행하는 것이다. 명령어는 하나 이상의 프로그래밍 언어(programming language), 스크립팅 언어(scripting language), 어셈블리 언어(assembly language) 등을 사용하여 작성될 수 있다. 프로세서(35)는 입력 인터페이스[예컨대, 키보드(44), 마우스(43)], 출력 인터페이스[예컨대, 디스플레이(49)], 통신 인터페이스[예컨대, 모뎀(41)] 및 메모리 디바이스(47)와 작동 가능하게 결합하여 정보를 수신, 송신 및 처리한다. 프로세서(35)는 영구 메모리 디바이스로부터 명령어 세트를 검색하고, 실행 가능한 형태로 명령어를 일반적으로 RAM의 일부 형태인 임시 메모리 디바이스로 복사할 수 있다. 데이터 시각화 디바이스(45)는 또한 동일하거나 상이한 프로세싱 기술(processing technology)을 사용하는 복수의 프로세서를 포함할 수 있다.
프로그램(48) 형태의 데이터 시각화 애플리케이션은 복수의 물 샘플링 서브 시스템(100)으로부터 각각의 측정 이벤트에 대해 측정된 수질 파라미터(일부 실시예에서 모니터링 하수 파라미터를 포함함)와 연관된 데이터 세트로부터 생성된, 그래프(207)와 같은 그래픽 디스플레이의 형태로 하나 이상의 시각화를 제공하는 것과 연관된 작업을 수행하도록 데이터 시각화 디바이스(45) 상에 제공될 수 있다. 본 명세서에 설명된 작업의 일부 또는 전부는 데이터 시각화 애플리케이션(48)에서 실시될 수 있다. 작업은 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어 또는 이러한 방법의 조합을 사용하여 구현될 수 있다. 도 2의 예시적인 실시예를 참조하면, 데이터 시각화 방법은 메모리 디바이스(47)에 저장되고 데이터 시각화 애플리케이션의 작업을 실시하는 명령어의 실행을 위해 프로세서(35)에 의해 액세스 가능한 (컴퓨터 판독 가능한 및/또는 컴퓨터 실행 가능한 명령어로 구성되는) 프로그램(48) 형태의 소프트웨어로 구현된다. 데이터 시각화 애플리케이션(48)은 하나 이상의 프로그래밍 언어, 어셈블리 언어, 스크립팅 언어 등을 사용하여 작성될 수 있다.
데이터 시각화 애플리케이션(48)은 또한 웹 애플리케이션(Web application)으로 구현될 수도 있다. 예를 들어, 데이터 시각화 애플리케이션은 하이퍼텍스트 전송 프로토콜(hypertext transport protocol)(HTTP) 응답을 수신하고 HTTP 요청을 송신하도록 구성될 수 있다. HTTP 응답은 하이퍼텍스트 마크업 언어(hypertext markup language)(HTML) 문서와 같은 웹 페이지와 HTTP 요청에 대한 응답으로 생성된 링크된 개체(linked objects)를 포함할 수 있다. 각각의 웹 페이지는 그 컴퓨팅 디바이스 상에서의 리소스(resource)의 위치에 추가하여 액세스될 리소스를 포함하는 컴퓨팅 디바이스의 위치 또는 주소를 포함하는 고유 리소스 로케이터(uniform resource locator)(URL)에 의해 식별될 수 있다. 파일 또는 리소스의 유형은 파일 전송 프로토콜, HTTP, H.323 등과 같은 인터넷 애플리케이션 프로토콜에 따라 달라진다. 액세스되는 파일은 단순한 텍스트 파일, 이미지 파일, 오디오 파일, 비디오 파일, 실행 가능한 파일, 공통 게이트웨이 인터페이스 애플리케이션, 자바 애플릿(Java applet), 확장 가능한 마크업 언어(extensible markup language)(XML) 파일, 또는 HTTP에 의해 지원되는 임의의 다른 유형의 파일일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 시각화 디바이스(45)에 의해 시각화된 각각의 데이터 세트는 측정 이벤트에 대해 모든 연결된 물 샘플링 서브 시스템(100)에 의해 수행된 복수의 수질 파라미터에 대한 측정값을 포함한다. 모든 측정 이벤트에 대해, 각각의 물 샘플링 서브 시스템(100)은 복수의 수질 파라미터의 측정을 동시에 수행할 수 있다[모든 물 샘플링 서브 시스템(100)에서 측정 이벤트가 트리거되는 경우]. 예를 들어, 다음의 수질 파라미터에 대한 값이 측정될 수 있다:
(a) 압력;
(b) 과도 압력;
(b) 물의 온도;
(c) 물의 pH;
(d) 산화 환원 전위(ORP);
(e) 전도도(EC);
(f) 유리 염소 농도;
(g) 탁도.
각각의 측정 이벤트에 대해 각각의 물 샘플링 서브 시스템(100)에 의해 생성된 데이터는 이의 원격 터미널 유닛(RTU) 데이터 로거(122)에 기록되며(logged) 중앙 데이터베이스(42)로 전송될 수 있다. 데이터베이스는 또한 컴퓨터 판독 가능한 매체 및/또는 하나 이상의 다른 컴퓨팅 디바이스의 형태를 취할 수 있으며, 통신 인터페이스(41)를 사용하여 원격 서버 컴퓨터(33)에 의해 액세스될 수 있다. 데이터 세트는 파일, 파일 시스템, 관계형 데이터베이스, 테이블의 시스템, 구조화된 쿼리 언어 데이터베이스(structured query language database), 큐브(cube) 등을 포함하는 기술 분야의 숙련자에게 알려진 다양한 파일 포맷을 사용하여 저장될 수 있다.
도 3, 및 도 3에 디스플레이된 그래프의 처음 6시간에 대한 세부 사항인 도 4를 참조하면, 데이터 시각화 도구(data visualizer)(45)에 의해 수행된 작업의 결과의 예가 예시되어 있다. 예시된 예에서, 유리 염소 레벨(free chlorine levels)이 각각의 물 샘플링 서브 시스템(100)에 의해 측정되었다. 측정 이벤트(213)는 5분마다 모든 물 샘플링 서브 시스템(100)에서 트리거되었고, 측정이 7일 기간 동안 기록되었다. 유리 염소 측정은 16개의 샘플링 서브 시스템을 사용하여 1주일 동안 수행되었고, 각각의 샘플링 서브 시스템은 7일 기간 동안 2,193회의 측정(5분마다 측정)을 수행하였거나 또는 35,088회의 개별 측정이 수행되었다.
시각화 작업에서, 그래프[도 3에 도시된 그래프(207)와 유사함]가 디스플레이(49) 상에 프로세서(35)에 의해 제시된다. 그래프(207)는 최대 측정값(MX)(2002), 최소 측정값(MN)(204)을 나타내는 세로 축(209)을 포함하며, 유리 염소의 측정값의 범위(206)는 그래프(207) 상에 시각적으로 디스플레이되어 있다. 추가로, 모든 16개의 물 샘플링 서브 시스템(100)에 걸친 유리 염소 레벨의 평균값(205)도 또한 각각의 측정 이벤트에 대한 그래프 상에 도시되어 있다. 가로 축(211)은 복수의 상기 측정 이벤트가 발생한 시간 기간을 나타내며, 이에 따라 수질의 시각적 표시를 제공한다. 도 3에 도시된 시각화에서, 가로 축(211)은 7일 시간 기간에 걸쳐서 도시되어 있다.
시각화 작업에서, 메모리 디바이스(47)는 각각의 측정 이벤트에 대한 16개의 서브 시스템(100) 전부에 걸친 평균값과 각각의 측정에 대한 최대 측정값 또는 최소 측정값 사이의 차이(제1 변수)를 계산하도록 프로세서(35)를 위한 프로그램(48)의 실행 가능한 명령어를 포함할 수 있다. 마찬가지로, 평균값으로부터의 각각의 값과 최대 및 최소 값 사이의 편차 또는 차이(제2 변수)도 또한 계산될 수 있다. 그런 다음 제1 및 제2 변수는 하나 이상의 미리 결정된 규칙에 따라 처리되어 수질의 임의의 예기지 않은 변화의 표시를 제공할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 미리 결정된 규칙이 만족되면, 데이터 시각화 디바이스(45)는 수질의 예기치 않은 변화를 기록하고 있는 특정 서브 시스템(100)의 표시를 제공한다. 바람직한 실시예에서, 파이 차트(75a, 75b, 75c)는 파이 차트의 각각의 섹터(sector)가 특정 물 샘플링 서브 시스템(100)을 나타내는 것으로 도시되어 있다. 임의의 예기치 않은 변화는 미리 결정된 규칙이 충족될 때 특정 물 샘플링 서브 시스템(100) 상에 빨간색[도 5에서 파이 차트(75b)의 검은색 세그먼트(77)에 의해 표현됨]에 의해 나타내어진다. 파이 차트의 세그먼트[센서 서브 어셈블리(11)를 표현하는 각각의 세그먼트로서 식별될 수 있음]는 측정된 파라미터 중 일부가 측정 파라미터에 대한 가변의, 사용자가 미리 설정하거나 계산된 정의된 한도(variable user pre-set or calculated defined limits)보다 위 또는 아래에 있는 물 분배 네트워크(80)의 노드의 즉각적인 시각적 식별자(immediate visual identifier)로서 역할을 한다.
pH에 대한 예(도 5에 도시됨)에서, 빨간색 세그먼트(77)는 문제의 사이트(site)에서의 pH가 그 특정 측정 노드에 대한 최대 및 최소 pH 레벨에 대해 사용자가 수립하고 미리 설정된 경보 레벨 파라미터(alarm level parameters)보다 훨씬 높거나, 또는 낮음을 나타내는 경보의 가장 높은 등급이다.
일부 추가적인 실시예에서, 파이 차트의 세그먼트는 둘 이상의 표시를 제공하도록 프로그래밍될 수 있다. 예를 들어, 어떤 세그먼트가 주황색으로 도시되어 측정이, 사용자에 의해 미리 결정되고 시스템에 설정된 임계값 경계 수준(alert level)을 초과했음을 나타낼 수 있다.
경계(주황색) 또는 경보(빨간색) 상태의 세그먼트는 특정 노드에서의 수질이 최종 사용자에 의해 그 노드 또는 물 분배 시스템의 일부에 대해 설정된 안전한 수질의 미리 결정된 파라미터를 초과하고 있다는 실시간 이벤트를 표시한다.
비록 바람직한 실시예가 라인 그래프를 활용하였더라도, 본 발명의 기술 사상과 범위를 벗어나지 않고 막대 그래프, 히스토그램, 구간 막대 그래프, 밀도 플롯 그래프, 커널 밀도 추정 플롯 그래프, 파이 그래프, 트리 맵, 버블 그래프 등과 같은 다른 그래프가 사용될 수 있다는 것에 주의하는 것이 중요하다. 집계된 데이터가 그래프의 요소의 차원에 맵핑되는(mapped) 임의의 그래프가 사용될 수 있다.
숙련된 독자는 본 발명의 핵심이, 공통 측정 이벤트 시간에 동시(또는 거의 동시) 측정을 수행하도록 센서 서브 어셈블리가 트리거하고, 그런 다음 관심의 파라미터에 대한 이러한 측정으로부터 평균, 최소 및 범위 값을 도출함으로써, 사용자가 측정을 신속하게 해석하고 경보의 원인이 될 수 있는 범위를 벗어난 측정을 파악하는 것을 허용하는 방식으로 측정이 인간 사용자에게 의미 있게 제시될 수 있다는 것의 실현에 있다는 것을 이해할 것이다. 바람직한 실시예에서는 시각화를 구현하기 위해 특수하게 프로그래밍된 컴퓨터가 사용되었다.
법령에 따라, 본 발명은 구조적 또는 방법적 특징에 대해 어느 정도 구체적인 언어로 설명되었다. "포함하다"라는 용어와 그 변형어인 "포함하는", "구성되는"과 같은 용어는 임의의 추가적인 특징을 배제하는 것이 아니라 모든 부분에서 포괄적인 의미로 사용된다.
본 명세서에서 설명된 수단은 본 발명을 실시하는 바람직한 형태를 포함하므로, 본 발명은 도시되거나 설명된 구체적인 특징에 한정되지 않는 것이 이해되어야 한다.
따라서, 본 발명은 기술 분야의 숙련자에 의해 적절하게 해석되는 첨부된 청구범위의 적절한 범위 내에서 임의의 형태 또는 수정으로 청구된다.
Claims (14)
- 물 분배 네트워크에서 수질을 모니터링하기 위한 수질 모니터링 시스템으로서,
상기 물 분배 네트워크는 하나 이상의 노드를 상호 연결하는 복수의 분배 라인을 포함하고, 물이 상기 하나 이상의 노드로부터 상기 물 분배 네트워크 내로 공급되고, 상기 수질 모니터링 시스템은:
복수의 물 샘플링 서브 시스템 ― 각각의 서브 시스템은 대응하는 분배 라인과 유체 연통식으로 배열되어 상기 대응하는 분배 라인으로부터 수질 파라미터를 획득하고, 각각의 서브 시스템은 수질 파라미터와 관련된 데이터를 통신 네트워크를 통해 데이터베이스에 통신하기 위한 통신 모듈을 포함하고 여기서 상기 서브 시스템 각각은 상기 통신 네트워크를 통해 기능적으로 서로 연결되어 상기 대응하는 분배 라인의 모든 서브 시스템이 측정 이벤트에서 수질 파라미터의 동시 측정을 수행하도록 트리거되는 것을 허용함 ―;
상기 복수의 물 샘플링 서브 시스템과 통신하는 원격으로 위치된 서버 컴퓨터 ― 상기 서버 컴퓨터는 프로세서 및 메모리 디바이스와 통신하며, 상기 프로세서는 데이터베이스로부터 데이터를 검색하여
각각의 측정 이벤트에서 각각의 서브 시스템에 의해 측정된 물 파라미터 값의 세트로부터 물 파라미터에 대한 최대 측정값,
각각의 측정 이벤트에서 각각의 서브 시스템에 의해 측정된 물 파라미터 값의 세트로부터 물 파라미터에 대한 최소 측정값, 및
상기 세트의 물 파라미터의 모든 측정값의 평균을 계산함으로써 산출된 물 파라미터에 대한 평균 측정값
을 결정하는 단계를 수행하도록 작동 가능함 ―
을 포함하고,
상기 메모리 디바이스는, 각각의 측정 이벤트에 대한 최대 측정값, 최소 측정값 및 평균값을 표시하는 제1 축과 복수의 측정 이벤트가 발생한 시간 기간을 표시하는 제2 축을 포함하는 그래프를 디스플레이 디바이스 상에 디스플레이하여 수질의 시각적 표시를 제공하도록 프로세서를 구성하는 실행 가능한 명령어를 포함하는, 수질 모니터링 시스템. - 수질 모니터링 시스템으로서,
상기 원격으로 위치된 서버 컴퓨터를 위한 프로세서는 상기 최대 측정값과 상기 최소 측정값 사이의 차이를 산출함으로써 수질 파라미터의 측정값의 범위를 결정하도록 작동 가능하고, 상기 메모리 디바이스는 상기 제1 축 상에 측정값의 범위를 표시하는 실행 가능한 명령어를 포함하는, 수질 모니터링 시스템. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 물 샘플링 서브 시스템의 작동을 제어하고 일정 기간 내에 하나 이상의 측정 이벤트를 개시하기 위해 상기 프로세서와 통신하는 사용자 입력 인터페이스를 추가로 포함하는, 수질 모니터링 시스템. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 각각의 서브 시스템은:
(a) 압력;
(b) 과도 압력;
(c) 물의 온도;
(d) 물의 pH;
(e) 산화 환원 전위(ORP);
(e) 전도도(EC); 및
(f) 유리 염소 농도(Free Chlorine concentration);
(g) 탁도(Turbidity);
중 하나 이상을 측정하도록 구성된, 수질 모니터링 시스템. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 메모리 디바이스는 상기 수질 파라미터에 대해 미리 결정된 최대 및 최소 한계 값을 더 디스플레이하는 실행 가능한 명령어를 포함하는, 수질 모니터링 시스템. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 메모리 디바이스는 각각의 측정의 평균값과 각각의 측정에 대한 최대 측정값 사이의 차이를 계산하고 하나 이상의 미리 결정된 규칙에 따라 상기 차이를 처리하여 수질의 예기치 않은 변화의 표시를 제공하는 실행 가능한 명령어를 포함하는, 수질 모니터링 시스템. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 메모리 디바이스는 각각의 측정의 평균값과 각각의 측정에 대한 최소 측정값 사이의 차이를 계산하고 하나 이상의 미리 결정된 규칙에 따라 상기 차이를 처리하여 수질의 예기치 않은 변화의 표시를 제공하는 실행 가능한 명령어를 포함하는, 수질 모니터링 시스템. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 메모리 디바이스는 하나 이상의 미리 결정된 규칙에 따라 각각의 측정에 대해 측정값을 처리하여 수질의 예기치 않은 변화의 표시를 제공하는 실행 가능한 명령어를 포함하는, 수질 모니터링 시스템. - 물 분배 네트워크에서 수질을 모니터링하는 수질 모니터링 방법으로서,
상기 물 분배 네트워크는 하나 이상의 노드와 복수의 분배 라인을 상호 연결하기 위한 복수의 분배 라인을 포함하고, 물이 상기 하나 이상의 노드로부터 상기 물 분배 네트워크 내로 공급되고, 상기 수질 모니터링 방법은:
복수의 물 샘플링 서브 시스템을 대응하는 분배 라인과 유체 연통식으로 배열하여 상기 대응하는 분배 라인으로부터 수질 파라미터를 획득하는 단계 ― 상기 서브 시스템 각각은 통신 네트워크를 통해 기능적으로 서로 연결되어 상기 대응하는 분배 라인의 모든 서브 시스템이 측정 이벤트에서 수질 파라미터의 동시 측정을 수행하도록 트리거되는 것을 허용함 －;
물 샘플링 서브 시스템의 통신 모듈을 거쳐, 수질 파라미터와 관련된 데이터를 통신 네트워크를 통해 데이터베이스에 통신하는 단계;
원격으로 위치된 서버 컴퓨터를 배열하고 데이터베이스로부터 데이터를 검색하는 단계 ― 상기 서버 컴퓨터는 프로세서 및 비휘발성 메모리 디바이스와 통신하고 프로세서를 작동하여 검색된 데이터를 처리하여:
각각의 측정 이벤트에서 각각의 서브 시스템에 의해 측정된 물 파라미터 값의 세트로부터 물 파라미터에 대한 최대 측정값,
각각의 측정 이벤트에서 각각의 서브 시스템에 의해 측정된 물 파라미터 값의 세트로부터 물 파라미터에 대한 최소 측정값,
상기 세트의 물 파라미터의 모든 측정값의 평균을 계산함으로써 산출된 물 파라미터에 대한 평균 측정값
을 결정함 ―; 및
상기 프로세서 및 상기 메모리 디바이스와 통신하는 디스플레이 디바이스를 배열하여, 각각의 측정 이벤트에 대한 최대 측정값, 최소 측정값 및 평균값을 표시하는 제1 축과 복수의 측정 이벤트가 발생한 시간 기간을 표시하는 제2 축을 포함하는 그래프를 디스플레이하여 그에 의해 수질의 시각적 표시를 제공하는 단계
를 포함하는, 수질 모니터링 방법. - 제9항에 있어서,
상기 최대 측정값과 상기 최소 측정값 사이의 차이를 계산함으로써 수질 파라미터의 측정값의 범위를 결정하는 단계를 더 포함하고, 상기 메모리 디바이스는 제1 축 상에 측정값의 범위를 표시하는 실행 가능한 명령어를 포함하는, 수질 모니터링 방법. - 제9항 또는 제10항에 있어서,
다음의 수질 파라미터 중 하나 이상을 측정하는 단계를 포함하고,
상기 각각의 서브 시스템은:
(a) 압력;
(b) 과도 압력;
(c) 물의 온도;
(d) 물의 pH;
(e) 산화 환원 전위(ORP);
(f) 전도도(EC); 및
(g) 유리 염소 농도
(h) 탁도
중 하나 이상을 측정하도록 구성되는, 수질 모니터링 방법. - 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 디스플레이 디바이스 상에 수질 파라미터에 대해 미리 결정된 최대 및 최소 한계 값을 디스플레이하는 단계를 추가로 포함하는, 수질 모니터링 방법. - 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
각각의 측정의 평균값과 각각의 측정에 대한 최대 측정값 사이의 차이를 계산하고 하나 이상의 미리 결정된 규칙에 따라 상기 차이를 처리하여 수질의 예기치 않은 변화의 표시를 제공하는 단계를 더 포함하는, 수질 모니터링 방법. - 제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
각각의 측정의 평균값과 각각의 측정에 대한 최소 측정값 사이의 차이를 계산하고 하나 이상의 미리 결정된 규칙에 따라 상기 차이를 처리하여 수질의 예기치 않은 변화의 표시를 제공하는 단계를 추가를 포함하는, 수질 모니터링 방법.
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