KR20230140985A - 복합센서 기반 건축물 상태 관제 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 원격으로 건축물의 상태에 관한 데이터를 측정 및 수집하고 이를 시각화하여 제공함으로써 실시간 모니터링이 가능한 복합센서 기반 건축물 상태 관제 시스템에 관한 것으로, 이는 사전 등록된 사용자 또는 관리자의 단말, 다수의 센서들을 통해 측정된 건축물의 상태에 관한 측정데이터를 송신하는 적어도 하나 이상의 센서보드, 무선통신을 통해 적어도 하나 이상의 센서보드로부터 건축물의 상태에 관한 측정데이터를 수신하고 수신된 측정데이터를 데이터베이스에 수집 및 저장하며, 단말의 접속을 인증하고 인증된 단말의 요청에 따라 데이터베이스에 저장되어 있는 측정데이터를 제공하여 모니터링이 가능하도록 하는 서비스 서버를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 원격으로 건축물의 상태에 관한 데이터를 측정 및 수집하고 이를 시각화하여 제공함으로써 실시간 모니터링이 가능한 복합센서 기반 건축물 상태 관제 시스템에 관한 것이다.
최근 한반도에서 지진의 발생 추이가 점점 많아지고 있다. 이러한 이유로 노후 건축물일수록 건축물의 상태를 상시 모니터링하여 발생할 수 있는 붕괴, 침하 등의 사고를 미리 방지하여야 한다. 이러한 시스템을 개발하여 운용할 수 있다면 건축물에서 살아가는 사람들의 안전과 그들의 재산을 보호할 수 있을 것이다.
현재 건축물의 상태를 모니터링하는 대표적인 방법으로는 관련 기관에 의뢰하여 사람이 직접 장비를 통하여 진단하는 것이다. 이러한 방법은 비용 및 시간이 많이 소요되므로 모니터링하는데 어려움이 많고, 또한 대처할 수 있는 시기를 놓칠 수 있는 큰 문제점이 있다.
이에 본 발명에서는 사람이 장비를 사용하여 수동으로 진단하는 것을 보완하여 IoT 센서가 데이터를 수집하고 실시간으로 모니터링할 수 있는 시스템을 제안한다.
본 출원인은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명을 제안하게 되었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 건축물의 안전성을 모니터링하기 위하여 데이터를 취득하는 센서 보드를 개발하고, 서버와 통신하기 위해 MQTT(Massage Queuing Telemetry Transport) 기반한 통신 모듈 개발, 데이터 수집과 저장을 위한 데이터베이스 구축, 사용자들에게 시각화를 제공하는 웹을 구현한 복합센서 기반 건축물 상태 관제 시스템을 제공하는 데 본 발명의 목적이 있다.
상기와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 복합센서 기반 건축물 상태 관제 시스템은, 사전 등록된 사용자 또는 관리자의 단말; 다수의 센서들과 연결되고, 상기 다수의 센서들을 통해 측정된 건축물의 상태에 관한 측정데이터를 송신하는 적어도 하나 이상의 센서보드; 및 무선통신을 통해 상기 적어도 하나 이상의 센서보드로부터 상기 건축물의 상태에 관한 측정데이터를 수신하고 수신된 측정데이터를 데이터베이스에 수집 및 저장하며, 상기 단말의 접속을 인증하고 인증된 단말의 요청에 따라 상기 데이터베이스에 저장되어 있는 측정데이터를 제공하여 모니터링이 가능하도록 하는 서비스 서버;를 포함할 수 있다.
이때, 상기 적어도 하나 이상의 센서보드는, 상기 다수의 센서들이 내장될 수 있고, 상기 다수의 센서들로부터 측정데이터를 취득하고 취득한 측정데이터를 출력하는 다수의 입출력포트(GPIO; General Purpose Input Output), 전체 동작을 제어하는 제어부, TCP 위에 구동되는 MQTT(Massage Queuing Telemetry Transport) 기반 프로토콜을 이용하여 상기 서비스 서버와 무선통신이 가능하도록 연결하는 통신부를 포함할 수 있다.
상기 서비스 서버는, 상기 적어도 하나 이상의 센서보드와 통신하는 MQTT 브로커, 상기 MQTT 브로커를 통해 상기 적어도 하나 이상의 센서보드로부터 건축물 상태에 관한 측정데이터를 수신하여 상기 데이터베이스에 적재하는 수신부, 및 상기 데이터베이스에 저장되어 있는 상기 측정 데이터에서 사용자의 요청한 데이터를 가져와 화면에 제공하는 웹 서버를 포함할 수 있다.
또한, 상기 수신부는, 수신할 상기 다수의 센서들에 대하여 타입별로 목록화된 리스트를 관리하며, 상기 적어도 하나 이상의 센서보드로부터 수신된 측정데이터의 형식이 상기 리스트에 등록되어 있는 형식인지 확인하고, 상기 리스트에 등록되어 있지 않는 형식의 경우 예외 처리하는 기능을 추가로 포함할 수 있다.
또한, 상기 수신부는, 상기 MQTT 브로커에 접속하고 상기 접속이 끊기면 재시도를 하여 다시 연결하는 기능을 추가로 포함할 수 있다.
이러한 본 발명에 따르면, 건축물에 설치되는 IoT 센서보드를 통해 기울기, 진동, 온도, 기압 등 건축물의 상태를 원격으로 측정이 가능하고 사용자들은 서버에 접속하여 건축물의 상태를 측정한 데이터를 실시간 제공받음으로써 기존 사람이 직접 진행하던 상태점검을 원격으로 실시간 모니터링이 가능한 효과가 있다. 이로써, 본 발명은 적시에 조치할 수 있는 시간을 확보할 수 있고 불안감을 해소시켜 줄 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 복합센서 기반 건축물 상태 관제 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 시스템에 적용되는 데이터베이스의 상세 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 시스템에 적용되는 MQTT 프로토콜 방식을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 시스템에서 웹 서버를 통해 다양한 유저가 활용하는 예를 설명하기 위한 다이어그램이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 시스템에 적용되는 센서보드의 구성을 나타낸 상세 도면이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 시스템의 성능을 테스트한 결과를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 시스템에 적용되는 데이터베이스의 상세 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 시스템에 적용되는 MQTT 프로토콜 방식을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 시스템에서 웹 서버를 통해 다양한 유저가 활용하는 예를 설명하기 위한 다이어그램이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 시스템에 적용되는 센서보드의 구성을 나타낸 상세 도면이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 시스템의 성능을 테스트한 결과를 보여주는 도면이다.
본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
또한, 이하 실시되는 본 발명의 바람직한 실시예는 본 발명을 이루는 기술적 구성요소를 효율적으로 설명하기 위해 각각의 시스템 기능 구성에 기 구비되어 있거나, 또는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적으로 구비되는 시스템 기능 구성은 가능한 생략하고, 본 발명을 위해 추가적으로 구비되어야 하는 기능 구성을 위주로 설명한다. 만약 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 하기에 도시하지 않고 생략된 기능 구성 중에서 종래에 기 사용되고 있는 구성요소의 기능을 용이하게 이해할 수 있을 것이며, 또한 상기와 같이 생략된 구성 요소와 본 발명을 위해 추가된 구성 요소 사이의 관계도 명백하게 이해할 수 있을 것이다.
또한, 이하의 설명에 있어서, 신호 또는 정보의 "전송", "통신", "송신", "수신" 기타 이와 유사한 의미의 용어는 일 구성요소에서 다른 구성요소로 신호 또는 정보가 직접 전달되는 것뿐만이 아니라 다른 구성요소를 거쳐 전달되는 것도 포함한다. 특히 신호 또는 정보를 일 구성요소로 "전송" 또는 "송신"한다는 것은 그 신호 또는 정보의 최종 목적지를 지시하는 것이고 직접적인 목적지를 의미하는 것이 아니다. 이는 신호 또는 정보의 "수신"에 있어서도 동일하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 복합센서 기반 건축물 상태 관제 시스템을 나타낸 구성도, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 시스템에 적용되는 데이터베이스의 상세 구성도, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 시스템에 적용되는 MQTT 프로토콜 방식을 설명하기 위한 개념도, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 시스템에서 웹 서버를 통해 다양한 유저가 활용하는 예를 설명하기 위한 다이어그램, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 시스템에 적용되는 센서보드의 구성을 나타낸 상세 도면, 도 6 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 시스템의 성능을 테스트한 결과를 보여주는 도면이다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 복합센서 기반 건축물 상태 관제 시스템(10)을 나타낸 구성도이다.
본 발명의 실시예에 따른 복합센서 기반 건축물 상태 관제 시스템(10)은 적어도 하나 이상의 센서보드(100)와, 서비스 서버(200), 웹 서버(300)를 통해 서비스 서버(200)와 연결되는 모니터링 단말(400) 또는 관리자 단말(500)을 포함할 수 있다.
센서보드(100)는 한 건축물에 대하여 적어도 하나 이상 설치되는 IoT(Internet of Thing) 기기이다. 예컨대, 건축물이 여러 층인 경우 한 층에 하나씩, 또는 한 층에 하나 이상의 센서보드가 설치될 수 있다. 설치 방법으로는 건축물에 부착하거나 비치하는 방법 등이 있다.
이러한 센서보드(100)는 다수의 센서들과 연결되며, 다수의 센서들을 통해 건축물의 기울기, 진동 데이터를 취득하고 취득한 데이터들을 서비스 서버(200)로 전송할 수 있다.
다수의 센서들은 센서보드(100) 내에 내장될 수 있으며, 또는 센서보드(100)와 별개로 구비될 수도 있다. 후자의 경우 다수의 센서들과 센서보드(100)는 IoT 기반 통신으로 연결될 수 있다.
구체적으로 센서보드(100)의 구성에 대해서는 하기의 도 5에서 설명하기로 한다.
서비스 서버(200)는 적어도 하나 이상의 센서보드(100)와 무선통신 즉, MQTT(Massage Queuing Telemetry Transport)기반 통신 프로토콜을 통해 연결될 수 있다. 따라서, 서비스 서버(200)는 무선통신을 통해 적어도 하나 이상의 센서보드(100)로부터 건축물의 상태에 관한 측정데이터를 수신하고 수신된 측정데이터를 서비스 서버(200) 내 데이터베이스(230)에 수집 및 저장할 수 있다.
또한, 서비스 서버(200)는 모니터링 단말(400) 또는 관리자 단말(500)의 접속을 인증하고 인증된 단말의 요청에 따라 데이터베이스(230)에 저장되어 있는 측정데이터를 제공하여 실시간 모니터링이 가능하게 할 수 있다.
여기서, 모니터링 단말(400) 또는 관리자 단말(500)은 개인으로서 해당 건축물에 거주하거나 건축물을 이용하는 일반 사용자, 건축물을 관리하는 건축물 관리자, 또는 서비스 관리자 등의 단말을 의미한다. 기본적으로 모니터링 단말(400) 또는 관리자 단말(500)은 건축물의 상태를 모니터링하고 분석하기 위한 단말이지만, 일반 사용자, 건축물 관리자, 센서보드의 성능 등을 관리하기 위한 단말을 포함할 수 있다.
단말의 종류는 컴퓨터, 노트북, 패드, 스마트폰 등 다양하게 적용이 가능하다.
또한, 모니터링 단말(400) 또는 관리자 단말(500)은 본 서비스를 이용하기 위해 서비스 서버(200)에 회원 가입 또는 로그인을 통해 사전 등록 과정을 거쳐야 한다.
이처럼, 서비스의 주체가 되는 서비스 서버(200)에 대하여 살펴보면, 서비스 서버(200)는 도 1에 도시한 바와 같이 MQTT 브로커(broker)(210), 수신부(220), 데이터베이스(230)를 포함한다. 그리고, 웹 서버(300)를 추가로 포함할 수 있다.
MQTT 브로커(210)는 적어도 하나 이상의 센서보드(100)와 통신하는 역할을 제공할 수 있다. 이의 통신 방법으로는 MQTT(Massage Queuing Telemetry Transport)기반 통신 프로토콜을 이용하는데, 이는 TCP/IP 프로토콜에서 동작하는 발행, 중계, 구독 구조의 메시징 프로토콜이다. MQTT는 기존 TCP 소켓 통신과는 달리 IoT를 고려하여 설계한 것으로 데이터 공유 및 다중 클라이언트 관리가 용이하다. 여기서, 다중 클라이언트라 함은 적어도 하나 이상의 센서보드(100)가 될 수 있다.
예컨대 도 3에 도시된 구조를 살펴보면, MQTT 구조는 발행자(Publisher), 중계자(Broker), 구독자(Subscriber)를 가지는 구조이다. 발행자가 중계자에게 데이터를 넘겨주면 다수의 구독자가 이를 다시 가져갈 수 있으므로 다수의 노드를 운용하기에 적합하다.
MQTT 브로커(210)는 발행자인 적어도 하나 이상의 센서보드(100)가 송신한 데이터를 수신하는데, JSON 포맷으로 작성된 패킷을 사용하여 송수신할 수 있다. 기울기와 가속도와 같이 고정된 센서 타입의 데이터만 보내는 것이 아니라 필요에 따라 온도, 기압 등 다양한 데이터도 보낼 수 있기에 JSON이 유리하다. 이때 MQTT의 발행자, 중계자 구조를 사용하면 해당 기능을 별도의 구현없이 사용할 수 있을 것이다.
통신 패킷 구조는 기본적으로 DB 스키마 모델링에 따른다. 물론 통신에 최적화된 통신용 패킷을 제작하면 좀 더 효율적인 통신을 수행할 수 있으나 무엇보다 전체 시스템 개발의 용이함과 유지보수 측면을 우선시하였다. 설계한 패킷 구조에서 일반적인 기울기 데이터 구조와 가속도 데이터 구조에 대한 내용은 아래의 [표 1] 및 [표 2]와 같다.
위 [표 1] 및 [표 2]에서 나타낸 바와 같이, 데이터 구조에는 Sensor_Board_ID, Updated_Date, Sensor_Board_Model_ID, Floor_ID가 필수적으로 포함되어야 하며, 그 외 gradient_x, accel_x 등과 같이 센서 타입들에 관한 데이터는 필요에 따라 줄이거나 좀 더 포함할 수 있다. 이렇게 되면, 반드시 고정된 센서보드 뿐만 아니라 다른 종류의 센서 타입을 가지는 이종의 센서보드들도 수용할 수 있게 된다. 이러한 기능은 수신부(220)에서 구현하게 된다.
수신부(220)는 MQTT 브로커(210)를 통해 적어도 하나 이상의 센서보드(100)로부터 건축물 상태에 관한 측정데이터를 수신하여 데이터베이스(230)에 수집 및 저장할 수 있다.
이러한 수신부(220)는 서비스 서버(200)에서 백그라운드로 실행되며 파이썬 언어로 구현된다. 또한, 수신부(220)는 MQTT 브로커(210)를 통해 얻은 데이터를 데이터베이스(230)에 적재하는 기능을 수행하며, 이 외에 포맷에 맞지 않는 JSON 데이터를 예외 처리하는 기능, 오동작이 일어나도 재연결하는 기능 등을 추가로 수행할 수 있다. 수신부(220)의 요구사항은 하기의 [표 3]에 정리되어 있다.
수신부(220)의 기본 기능은 MQTT 브로커(210)에 구독하여 연결하고(Subscription), MQTT 브로커(210)로부터 수신되는 데이터를 데이터베이스에 적재하며(Data reception), 센서보드들 안에 적용되는 다수의 센서들의 타입에 대하여 리스트화하고 관리할 수 있다(Sensor list). 또한, 수신부(220)는 적어도 하나 이상의 센서보드(100)로부터 수신되는 측정데이터의 형식이 리스트에 등록되어 있는 형식인지 검사하고, 리스트에 등록되어 있지 않는 형식의 경우 예외 처리한다(Error handling). 따라서, 이종의 센서보드가 송신하는 센서 타입이라 하더라도 위 리스트를 최신 데이터로 업데이트하면 이종의 센서 타입에 대한 측정데이터도 수용할 수 있게 된다.
또한, 수신부(220)는 MQTT 브로커(210)에 구독하고 도중에 끊기면 재시도하여 다시 연결하는 기능 등을 추가로 수행할 수 있다. 이때 수신부(220)를 구동하게 하려면 MQTT connector를 실행해야 한다. 실제 수신부인 MQTT subscriber는 앞의 표 3에 정리된 요구사항에 맞는 동작을 수행할 수 있다.
데이터베이스(230)는 수신부(220)를 통해 수신되는 측정 데이터들을 저장하는데 이때 센서보드의 정보, 건축물의 정보, 그래도 해당 사용자 정보와 매칭하여 저장할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 시스템(10)에 적용되는 데이터베이스의 상세 구성도이다. 도시된 바와 같이 데이터베이스(230)는 유저(사용자) 정보(231), 건축물 정보(232), 센서보드 정보(233), 센싱 정보(234), 로그 정보(235) 등에 대하여 수집하고 이들을 매칭하여 구축할 수 있다.
실제, 사용자가 해당 건축물에 설치되어 있는 센서보드들을 관제해야 하므로 사용자와 건축물 그리고 센서보드들의 데이터들을 연결할 수 있어야 한다. 또한, 사용자별로 열람 가능한 건축물이 구분되어야 한다. 이를 위해 데이터베이스(230)는 각 데이터들간 관계를 모델링한 스키마 구조에 기초하여 저장한다. 예를 들어, 사용자별로 접근 권한이 부여되고 권한 정보에 따라 열람 가능한 건축물과 건축물 내 센서보드가 매칭되어 있으며, 이와 함께 센서보드를 통해 측정된 데이터와 이들에 대한 로그 기록이 매칭되어 기록되므로, 사용자는 사용자가 원하는 일정 기간 건축물의 상태를 열람할 수 있게 된다.
다시 도 1을 참조하면, 웹 서버(300)는 데이터베이스(230)에 접속하여 사용자 즉, 모니터링 단말(400) 또는 관리자 단말(500)의 요청에 따라 해당 데이터를 가져와 화면에 제공할 수 있다. 결국 데이터베이스(230)에 수집한 데이터들을 실질적으로 사용자가 볼 수 있는 것은 이 웹 서버(300)를 통해서 가능하다. 따라서, 웹 서버(300)는 사용자들의 건축물의 상태를 모니터링하고 센서보드들을 관제하는 서비스를 제공하는 주체가 된다. 이에 대한 도면은 도 4와 같다.
도 4를 참조하면, 일반 사용자, 건축물 관리자, 총괄 관리자 등의 유저들은 서비스 서버(200)의 웹 서버(300)와 연계되고, 센서보드는 서비스 서버(200)의 MQTT 브로커(210)를 통해 연계될 수 있다. 이때, 다수의 유저들은 전체를 통합 관제할 수 있는 관리자 권한, 그리고 허가된 건축물만 관제할 수 있는 사용자 권한에 따라 두 그룹으로 구분될 수 있으며, 이에 따라 웹 서버(300)도 로그인하는 화면도 2가지로 각각 구현되는 것이 바람직하다.
건축물 정보 조회, 데이터 조회, 실시간 모니터링 등의 기능을 일반 사용자를 위한 것이고, 관리자는 사용자의 기능을 그대로 가져가되 사용자 관리, 건축물 관리, 센서보드 및 센서타입 관리, 데이터 관리 등을 웹 서버(300)를 통해 수행할 수 있다.
여기서, 실시간 모니터링(real-time monitoring) 기능은 본 발명의 시스템(10)에서 기본적인 기능이자 사용자에게 직접 보여주는 부분이다. 기존 사람이 수동으로 확인하는 것 보다, 본 발명의 시스템을 구축하여 해당 기능을 통하여 실시간으로 모니터링을 하는 것이 사용자가 신뢰감을 제공할 수 있다.
일정 기간 조회(inquiry for a certain period of time) 기능은 실시간 모니터링의 부가 기능이며, 과거 데이터를 조회할 수 있는 기능이다. 임의 기간을 선택하여 조회할 수 있기에 실시간 모니터링 기능을 보다 자세하게 관찰할 수 있다.
로그 기록 조회(view log history) 기능은 앞서 일정 기간 조회 기능이 데이터 조회였다면 이번에는 이벤트 조회 기능이다. 실시간 모니터링 기능으로 사용자가 계속 상주하며 관찰할 수는 없으므로, 이벤트를 정의해 두고 이벤트 발생시 측정된 데이터를 기록하는 것이다. 즉, 설치된 해당 건축물 상태에 대한 요약이다.
보고서 출력(report output) 기능은 건축물 상태에 대한 정보를 문서로 만들어 출력하는 기능이다. 일정 기간 조회 기능이나 로그 기록으로 사람이 직접 산출할 수도 있으나, 이러한 과정들을 자동으로 수행해 줄 수 있다.
유저 관리(user management) 기능은 유조가 본 발명의 시스템에 회원 가입을 하고 로그인을 하여 유저 본인이 신청한 서비스를 받을 수 있는 기능이다. 또한, 사용자 계정을 만듦으로써 다른 사용자의 건축물을 열람할 수 없도록 할 수 있는 권한 관리 및 보안 기능도 구현될 수 있다.
건물 관리(building management) 기능은 건축물이 위치한 주소, 건축물 명칭, 지상 층수, 지하 층수가 기본적으로 관리되고, 건축물 도면, 면적 등 부가적인 정보도 관리될 수 있다.
센서보드 관리(sensor board management) 기능은 센서보드를 식별할 수 있는 식별번호, 센서보드와 연결된 센서들의 종류, 타입 등에 대하여 기본적으로 관리되고, 동작전압, 감도, 상태 등 부가적인 정보도 관리될 수 있다.
데이터 송수신(data sending and receiving) 기능은 각 건축물에 설치된 적어도 하나 이상의 센서보드 내 자체에서 센서 데이터들을 잘 취득하는지, 취득한 센서 데이터들을 서버 단으로 잘 송신되는지 관리하는 기능이다.
본 발명의 웹 서버(300)는 아파치 톰캣으로 운용하고 전자정부프레임워크에 기반하여 개발하였다. 참고로, 아파치 톰캣은 자바 환경 위에서 동작하는 서블릿 컨테이너 웹서버이다. 첫 번째로 무료 오픈소스이고 가장 대중화된 플랫폼으로 비용 걱정 없이 풍부한 자료를 바탕으로 운용할 수 있다. 두 번째로 JSP(Javaserver pages; 자바 서버 페이지)와 서버간 서블릿이 분리되어 있기에 다중 웹을 운용할 수 있다. 웹(WEB) 개발 플랫폼은 전자정부프레임워크로 하였다. 개발표준 사용으로 유지보수가 쉽다는 점에서 선정한 것이다.
다음으로 도 5를 참조하여 센서보드(100)에 대하여 구체적으로 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 센서보드(100)는 기존 MCU(Micro Controller Unit) 기반의 임베디드 센서가 아닌 초소형 리눅스 PC인 라즈베리파이(raspberry pi) 보드로 구현될 수 있다.
구체적으로, 센서보드(100)는 기울기 센서(1), 가속도 센서(2), 기압 센서(3), 온도 센서(4) 중 하나 이상의 센서들이 내장되고, 이 센서들로부터 측정데이터를 취득하고 취득한 측정데이터를 이더넷(Ethernet)을 사용하여 출력하는 다수의 입출력포트(GPIO; General Purpose Input Output)(110), 전체 동작을 제어하는 제어부(120), TCP 위에 구동되는 MQTT 프로토콜을 이용하여 서비스 서버와 무선통신이 가능하도록 연결하는 통신부(130)을 포함할 수 있다.
보통 센서라고 하면 온도, 습도, 기압 등 단일값을 갖는 스칼라값을 측정한다. 건축물의 상태를 파악하기 위해서 보다 많은 종류의 센서가 필요하므로 건축물의 기울기뿐만 아니라 가속도, 기압, 온도 등 여러 센서를 집합화한 복합센서가 필요하다. 따라서 단순히 '센서'라고 칭하면 어느 종류의 센서인지 구분할 수 없기에 이들의 집합을 '센서보드'라고 칭한다.
다음으로, 앞서 기술한 바와 같이 구현한 시스템에 대하여 통합 데이터 내용을 기술한다.
먼저, 본 발명은 데이터 수집이 가장 기본이어서 클라이언트단에서 데이터가 잘 송신되는지부터 테스트해야 한다.
센서보드내 자체에서 센서 데이터를 잘 취득하는지 테스트한다. 방법은 센서보드내 측정 프로그램에서 원하는 데이터가 출력되는지 확인하는 것이다. 그 다음으로 잘 송신되었는지 테스트한다.
다음으로, 센서보드가 보내주는 데이터를 받는 입장인 서버는 당연히 잘 받는지 확인해야 한다. 이는 앞서 구현한 서비스 서버의 수신부에서 가능하다. 도 6과 같이 수신되는 것을 확인할 수 있다. 정해진 시간에 정해진 개수만큼 누락없이 수신되었는지 확인해야 한다. 1분에 1개씩 송수신할 때 10분동안 수신하면 10개가 있어야 한다.
도 7과 같이 실제로 정해진 개수에 맞추어 적재되었는지 확인하면 된다. 이처럼 데이터 누락 관리를 하는 이유는 데이터 정밀도 때문이다. 같은 시간에 데이터가 많을수록 그만큼 분해능이 좋은 것을 의미하며 이는 추후 데이터를 분석하면서 더 많은 정보를 제공할 수 있다.
다음으로, 실제 사용자가 눈으로 보면서 키보드, 마우스를 사용하여 직접적으로 다루는 부분이 웹(WEB)이기에 사용자 입장에서 테스트를 진행해야 한다. 테스트 항목은 회원가입, 로그인, 건축물 선택, 층 선택, 센서보드 선택, 조회기간 선택, 센서 타입 선택, 데이터 확인 등과 관련되는 화면을 테스트한다. 예컨대, 데이터를 조회하는 화면에서 얼마나 시간이 소요되는지 등을 테스트할 수 있다.
도 8은 데이터가 스크린 화면에 실시간으로 로딩되는 룩업 그래프를 보여주고 있다. 데이터를 조회해야 할 기간이 많을수록 시간도 비례하는 것을 볼 수 있으나 비동기식 스트리밍 로딩으로 사용자에게 빠르게 정보를 전달할 수 있다.
이처럼, 센서보드의 통신은 잘 되고 있는지, 데이터는 온전히 수집되고 있는지 테스트를 통해 확인할 수 있다. 이러한 테스트를 통해 센서보드의 상태가 비정상일 때 SMS 등의 알람 제공이 가능하다면 적시에 조치를 취할 수 있다.
이상에서 설명된 시스템 내지 장치는 하드웨어 구성 요소, 소프트웨어 구성 요소, 및/또는 하드웨어 구성 요소 및 소프트웨어 구성 요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성 요소는, 예를 들어, 프로세서, 컨트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 컨트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 청구범위에 의해 해석되어야 하며, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석해야 할 것이다.
10: 복합센서 기반 건축물 상태 관제 시스템
100: 센서보드 200: 서비스 서버
210: MQTT broker 220: 수신부
230: DB 300: 웹 서버
400: 모니터링 단말 500: 관리자 단말
231: 유저정보 232: 건축물 정보
233: 센서보드 정보 234: 센싱 정보
235: 로그정보 110: GPIO
120: OS(제어부) 130: 통신부
100: 센서보드 200: 서비스 서버
210: MQTT broker 220: 수신부
230: DB 300: 웹 서버
400: 모니터링 단말 500: 관리자 단말
231: 유저정보 232: 건축물 정보
233: 센서보드 정보 234: 센싱 정보
235: 로그정보 110: GPIO
120: OS(제어부) 130: 통신부
Claims (5)
- 사전 등록된 사용자 또는 관리자의 단말;
다수의 센서들과 연결되고, 상기 다수의 센서들을 통해 측정된 건축물의 상태에 관한 측정데이터를 송신하는 적어도 하나 이상의 센서보드; 및
무선통신을 통해 상기 적어도 하나 이상의 센서보드로부터 상기 건축물의 상태에 관한 측정데이터를 수신하고 수신된 측정데이터를 데이터베이스에 수집 및 저장하며, 상기 단말의 접속을 인증하고 인증된 단말의 요청에 따라 상기 데이터베이스에 저장되어 있는 측정데이터를 제공하여 모니터링이 가능하도록 하는 서비스 서버;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합센서 기반 건축물 상태 관제 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 적어도 하나 이상의 센서보드는,
상기 다수의 센서들이 내장될 수 있고,
상기 다수의 센서들로부터 측정데이터를 취득하고 취득한 측정데이터를 출력하는 다수의 입출력포트(GPIO; General Purpose Input Output),
전체 동작을 제어하는 제어부,
TCP 위에 구동되는 MQTT(Massage Queuing Telemetry Transport) 기반 프로토콜을 이용하여 상기 서비스 서버와 무선통신이 가능하도록 연결하는 통신부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합센서 기반 건축물 상태 관제 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 서비스 서버는,
상기 적어도 하나 이상의 센서보드와 통신하는 MQTT 브로커,
상기 MQTT 브로커를 통해 상기 적어도 하나 이상의 센서보드로부터 건축물 상태에 관한 측정데이터를 수신하여 상기 데이터베이스에 적재하는 수신부, 및
상기 데이터베이스에 저장되어 있는 상기 측정 데이터에서 사용자의 요청한 데이터를 가져와 화면에 제공하는 웹 서버
를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합센서 기반 건축물 상태 관제 시스템.
- 제3항에 있어서,
상기 수신부는,
수신할 상기 다수의 센서들에 대하여 타입별로 목록화된 리스트를 관리하며, 상기 적어도 하나 이상의 센서보드로부터 수신된 측정데이터의 형식이 상기 리스트에 등록되어 있는 형식인지 확인하고, 상기 리스트에 등록되어 있지 않는 형식의 경우 예외 처리하는 것을 특징으로 하는 복합센서 기반 건축물 상태 관제 시스템.
- 제3항에 있어서,
상기 수신부는,
상기 MQTT 브로커에 접속하고 상기 접속이 끊기면 재시도를 하여 다시 연결하는 것을 특징으로 하는 복합센서 기반 건축물 상태 관제 시스템.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220039934A KR20230140985A (ko) | 2022-03-30 | 2022-03-30 | 복합센서 기반 건축물 상태 관제 시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220039934A KR20230140985A (ko) | 2022-03-30 | 2022-03-30 | 복합센서 기반 건축물 상태 관제 시스템 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230140985A true KR20230140985A (ko) | 2023-10-10 |
Family
ID=88292695
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220039934A KR20230140985A (ko) | 2022-03-30 | 2022-03-30 | 복합센서 기반 건축물 상태 관제 시스템 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
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| KR100957187B1 (ko) | 2008-11-12 | 2010-05-11 | 국민대학교산학협력단 | 기울기 센서를 이용한 구조물 안전 모니터링 시스템 및 모니터링 방법 |
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-
2022
- 2022-03-30 KR KR1020220039934A patent/KR20230140985A/ko unknown
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