KR20240040276A - 저전력 무선 가스 측정 및 모니터링을 위한 시스템 및 방법 - Google Patents
저전력 무선 가스 측정 및 모니터링을 위한 시스템 및 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 저전력 무선 가스 측정 및 모니터링을 위한 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 실시예에 따른 저전력 무선 가스 측정 및 모니터링을 위한 시스템은, 건조 선박의 격벽에 의해 형성되는 밀폐 공간 내에 설치되어 밀폐 공간의 환경을 감지하는 밀폐공간 감지기, 밀폐공간 감지기의 통신이 불가능한 음영 지역을 없애기 위해 건조 선박 내에서 밀폐 공간의 외부에 설치되어 밀폐공간 감지기에서 제공하는 환경 데이터를 처리하는 제1 게이트웨이, 건조 선박의 외부에 설치되어 밀폐공간 감지기 및 제1 게이트웨이 중 적어도 하나로부터 제공하는 밀폐공간 내 환경 데이터를 외부 통신망으로 제공하는 제2 게이트웨이, 및 제2 게이트웨이를 통해 제공되는 건조 선박의 밀폐공간 내 환경 데이터를 수집 및 분석하여 현장을 모니터링하는 모니터링장치를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 저전력 무선 가스 측정 및 모니터링을 위한 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 통신 음영지역 해소가 가능한 멀티가스 계측 및 모니터링에 관련된 저전력 무선 가스 측정 및 모니터링을 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
통상적으로 조선업은 근무 환경이 열악한 중공업 업종에서도 위험도가 상당히 높다. 건조 및 시운전 중인 선박 내부는 격벽 구조에 따른 수많은 밀폐공간이 존재한다. 이에 따라 밀페공간 내 용접 및 도장 작업에 따른 인화성 가스에 의한 작업자 중독 및 폭발 위험성이 존재한다.
이에 따라 건조 및 시운전 중인 선박 유해가스를 상시 감시할 수 있는 무선 기반의 유해가스 감시 시스템이 절실히 요구되고 있다.
또한 복잡한 구조의 선박 내부에 종래와 같은 유선 가스감시 시스템 구축 및 운영은 고비용, 비효율적이며 현장에 부적합하다.
따라서 선박 내부 격벽 구조에 의한 통신 음영지역을 해소할 수 있는 최신의 무선 기술을 적용한 복합 가스 감지기 및 유해가스 상시 모니터링 시스템의 개발을 통해 산업안전사고를 줄이기 위한 실시간 관리가 필요하다.
본 발명의 실시예는 통신 음영지역 해소가 가능한 멀티가스 계측 및 모니터링에 관련된 저전력 무선 가스 측정 및 모니터링을 위한 시스템 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 실시예에 따른 저전력 무선 가스 측정 및 모니터링을 위한 시스템은, 건조 선박의 격벽에 의해 형성되는 밀폐 공간 내에 설치되어 상기 밀폐 공간의 환경을 감지하는 밀폐공간 감지기, 상기 밀폐공간 감지기의 통신이 불가능한 음영 지역을 없애기 위해 상기 건조 선박 내에서 상기 밀폐 공간의 외부에 설치되어 상기 밀폐공간 감지기에서 제공하는 환경 데이터를 처리하는 제1 게이트웨이, 상기 건조 선박의 외부에 설치되어 상기 밀폐공간 감지기 및 상기 제1 게이트웨이 중 적어도 하나로부터 제공하는 상기 밀폐공간 내 환경 데이터를 외부 통신망으로 제공하는 제2 게이트웨이, 및 상기 제2 게이트웨이를 통해 제공되는 상기 건조 선박의 상기 밀폐공간 내 환경 데이터를 수집 및 분석하여 현장을 모니터링하는 모니터링장치를 포함한다.
상기 밀폐공간 감지기는, 상기 제1 게이트웨이 또는 상기 제2 게이트웨이와 무선 통신하는 제1 무선 통신부, 및 상기 밀폐 공간으로 사용자의 사용자 단말장치가 진입할 때 상기 밀폐 공간의 환경 데이터를 무선 전송하는 제2 무선 통신부를 포함할 수 있다.
상기 제2 게이트웨이는, 다수의 밀폐공간에 각각 구비되는 밀폐공간 감지기와 동시에 무선 통신이 가능하도록 브로드캐스팅(broadcasting) 동작을 수행할 수 있다.
상기 밀폐공간 감지기, 상기 제1 게이트웨이 및 상기 제2 게이트웨이는 상기 건조 선박의 격벽에 탈부착을 위한 자석 부착부를 포함할 수 있다.
상기 밀폐공간 감지기, 상기 제1 게이트웨이 및 상기 제2 게이트웨이는 각각 상기 밀폐공간 내 환경 데이터를 처리하기 위하여 저전력 블루투스(BLE) 통신을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 저전력 무선 가스 측정 및 모니터링을 위한 방법은, 건조 선박의 격벽에 의해 형성되는 밀폐 공간 내에 설치되는 밀폐공간 감지기가, 상기 밀폐 공간의 환경을 감지하는 단계, 상기 밀폐공간 감지기의 통신이 불가능한 음영 지역을 없애기 위해 상기 건조 선박 내에서 상기 밀폐 공간의 외부에 설치되는 제1 게이트웨이가, 상기 밀폐공간 감지기에서 제공하는 환경 데이터를 처리하는 단계, 상기 건조 선박의 외부에 설치되는 제2 게이트웨이가, 상기 밀폐공간 감지기 및 상기 제1 게이트웨이 중 적어도 하나에서 제공하는 상기 밀폐공간 내 환경 데이터를 외부 통신망으로 제공하는 단계, 및 모니터링장치가, 상기 제2 게이트웨이를 통해 제공되는 상기 건조 선박의 상기 밀폐공간 내 환경 데이터를 수집 및 분석하여 현장을 모니터링하는 단계를 포함한다.
상기 저전력 무선 가스 측정 및 모니터링을 위한 방법은, 상기 밀폐공간 감지기의 제1 무선 통신부가, 상기 제2 게이트웨이와 무선 통신하는 단계, 및 상기 밀폐공간 감지기의 제2 무선 통신부가, 상기 밀폐 공간으로 사용자의 사용자 단말장치가 진입할 때 상기 밀폐 공간의 환경 데이터를 무선 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 저전력 무선 가스 측정 및 모니터링을 위한 방법은, 상기 제2 게이트웨이가 다수의 밀폐공간에 각각 구비되는 밀폐공간 감지기와 동시에 무선 통신이 가능하도록 브로드캐스팅 동작을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 저전력 무선 가스 측정 및 모니터링을 위한 방법은, 상기 밀폐공간 감지기, 상기 제1 게이트웨이 및 상기 제2 게이트웨이는 각각 상기 밀폐공간 내 환경 데이터를 처리하기 위하여 저전력 블루투스(BLE) 통신을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 복잡한 구조의 선박 내부에 저비용의 무선 가스감시 시스템을 구축함으로써 감시 효율성을 증가시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예는 선박 내부 격벽 구조에 의한 음영 지역의 해소가 가능한 최신의 무선 기술을 적용한 복합가스 감지기 및 유해가스 상시 모니터링 시스템을 통해 산업안전사고를 줄이기 위한 실시간 관리가 가능할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 멀티가스 계측 및 모니터링 시스템의 예시도,
도 2는 도 1의 시스템을 도식화하여 나타내는 도면,
도 3은 도 1의 시스템을 건조 선박에 적용한 예를 보여주는 도면,
도 4는 도 1에 도시한 밀폐공간 감지기 및 게이트웨이의 확대도, 그리고
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 멀티가스 계측 및 모니터링 방법의 흐름도이다.
도 2는 도 1의 시스템을 도식화하여 나타내는 도면,
도 3은 도 1의 시스템을 건조 선박에 적용한 예를 보여주는 도면,
도 4는 도 1에 도시한 밀폐공간 감지기 및 게이트웨이의 확대도, 그리고
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 멀티가스 계측 및 모니터링 방법의 흐름도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 멀티가스 계측 및 모니터링 시스템의 예시도, 도 2는 도 1의 시스템을 도식화하여 나타내는 도면, 그리고 도 3은 도 1의 시스템을 건조 선박에 적용한 예를 보여주는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 멀티가스 계측 및 모니터링 시스템(혹은 밀폐공간 환경 감시 시스템이나 저전력 기반 (다종) 유해가스 감시 시스템)(90)은 통신 음영지역 해소가 가능한 시스템으로서, 사용자 단말장치(100), 계측장치(110), 통신망(120) 및 모니터링장치(130)의 일부 또는 전부를 포함한다.
여기서, "일부 또는 전부를 포함한다"는 것은 통신망(120)과 같은 일부 구성요소가 생략되어 계측장치(110)와 모니터링장치(130)가 다이렉트 통신(예: P2P 등)을 수행하거나, 모니터링장치(130)를 구성하는 구성요소의 일부 또는 전부가 통신망(120)을 구성하는 네트워크장치(예: 무선교환장치 등)에 통합되어 구성될 수 있는 것 등을 의미하는 것으로서, 발명의 충분한 이해를 돕기 위하여 전부 포함하는 것으로 설명한다.
사용자 단말장치(100)는 스마트폰이나 사용자들이 손목에 착용하는 웨어러블장치 등 모바일 기반의 단말기를 포함한다. 물론, 본 발명의 실시예에 따른 서비스를 위하여 별도로 제작되는 모바일 단말장치를 더 포함할 수 있다. 사용자 단말장치(100)는 가령 현장에서 작업을 수행하는 작업자들이 소지하는 단말기를 의미하지만, 건조 선박의 현장을 감독하는 감독자가 소지하는 스마트폰 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이 건조 선박의 내부는 격벽에 의해 밀폐 공간이 형성될 수 있으며, 작업자들의 해당 밀폐 공간을 출입할 수 있다. 이와 같이 작업자들이 밀폐 공간을 출입할 때 사용자 단말장치(100)는 밀폐 공간에 설치되는 밀폐공간 감지기(111)로부터 밀폐 공간의 환경과 관련한 환경 데이터를 제공받아 어플리케이션(이하, 앱)을 통해 화면상에 관련 데이터를 표시할 수 있다. 음성의 형태로 제공하는 것도 얼마든지 가능하다. 물론, 환경은 밀폐 공간 내 유해가스의 존재나 상태 여부를 알 수 있는 데이터가 바람직하다. 또한, 사용자 단말장치(100)는 작업자가 임의 밀폐 공간으로 진입하기 전에 해당 데이터를 확인할 수 있도록 경보음을 발생시켜 해당 데이터를 볼 수 있도록 하는 등의 동작을 수행할 수 있다. 물론 이러한 세부 동작은 사용자 단말장치(100)에 탑재되는 앱의 설계에 따라 다양하게 이루어질 수 있으므로 본 발명의 실시예에서는 어느 하나의 형태에 특별히 한정하지는 않을 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 사용자 단말장치(100)는 도 1의 모니터링장치(130)에서 통신망(120) 및 계측장치(110)를 통해 제공되는 밀폐 공간 내의 유해가스 등과 관련한 환경 데이터를 수신하는 것도 얼마든지 가능하다. 다만 이의 경우 외부 통신망(120)의 통신 상태가 불안정하거나 할 때 밀폐 공간을 진입하는 작업자들에게 상당한 위험이 뒤따를 수도 있으므로, 본 발명의 실시예에서는 사용자 단말장치(100)와 내부에 앱을 탑재한 후 밀폐공간 감지기(111)에서 제공하는 블루투스 신호가 감지될 때 환경 데이터를 전송하는 형태로 동작할 수 있다. 예를 들어, 블루투스 신호를 전송하는 밀폐공간 감지기(111)는 주기적으로 자신의 식별정보를 발신할 수 있다. 따라서 사용자 단말장치(100)는 해당 발신 신호가 감지될 때 밀폐공간 감지기(111)와 통신을 수행하여 현장 데이터를 수신할 수 있다.
계측장치(110)는 예를 들어 도 3에서와 같이 건조 선박의 내부 및 외부에 설치되는 다양한 유형의 장치를 포함할 수 있다. 무엇보다 본 발명의 실시예에 따른 계측장치(110)는 설치되는 장소가 건조 선박임을 감안할 때 쉽게 설치하고 철거가 가능해야 할 뿐 아니라, 건조 선박은 많은 격벽을 통해 밀폐 공간이 형성되므로 각각의 밀폐 공간에 설치되는 밀폐공간 감지기(111)들과 통신이 가능하도록 하여 통신이 불가능하게 되는 음영 지역을 없애야 한다. 도 1에서는 도 3에서와 같은 건조 선박에서 음영 지역을 해소하기 위한 계측장치(110)들의 구성을 보여준다. 물론 그 설치 예를 변경될 수 있지만, 통신 음영 지역을 해소하여 저전력 기반으로 동작하고 또 다종의 유해가스를 감지할 수 있으면 매우 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따른 계측장치(110)는 밀폐공간마다 설치되는 밀폐공간 감지기(111), 밀폐공간 감지기(111)와 LTE-GW와 같은 제2 게이트웨이(115)의 사이에서 브리지(bridge) 게이트의 역할을 수행하는 제1 게이트웨이(113), 그리고 외부의 LTE나 5G 통신망과 같은 이동 통신망(120)에 연결되는 제2 게이트웨이(115)를 포함한다. 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이 밀폐공간 감지기(111)는 건조 선박의 밀폐 공간마다 설치되어 가령 유해가스 등을 감지하며, 본 발명의 실시예에서는 1종 가스 감지 단말(BTS-1)과 5종 가스 감지 단말(BTS-5)를 포함할 수 있다.
자세한 내용은 이후에 다시 다루겠지만, 밀폐공간 감지기(111)는 밀폐 공간이라는 고정된 장소에 설치된다. 또한, 제2 게이트웨이(115)의 경우에도 LTE 통신망과 같은 통신망(120)과 통신이 원활한 곳에 설치되며 이러한 점에서 건조 선박의 외부에 설치되거나 출입구 쪽에 설치될 수 있다. 제2 게이트웨이(115)의 경우에도 고정된 장소에 설치된다고 볼 수 있다. 따라서 밀폐공간 감지기(111)가 제2 게이트웨이(115)와 직접 통신이 가능한 경우에는 해당 제2 게이트웨이(115)를 통해 밀폐공간 감지기(111)의 환경 감지 데이터가 처리되어 통신망(120)을 통해 도 1의 모니터링장치(130)로 제공될 수 있다.
그러나, 밀폐공간 감지기(111)는 외부의 제2 게이트웨이(115)와 통신이 불가능하게 될 때 그 사이에는 브리지 역할을 수행하는 제1 게이트웨이(113)가 설치되어 동작할 수 있다. 도 1에서 볼 때, 계측장치(110)를 구성하는 밀폐공간 감지기(111), 제1 게이트웨이(113) 및 제2 게이트웨이(115)는 저전력 블루투스 통신을 수행하여 전력 소모를 줄이면서 동시에 음영 지역을 해소시키기 위하여 통신 반경은 80m 이내에서 조절될 수 있다. 또한 신호가 발신되는 방향을 조절하여 발신 지향성을 갖도록 할 수도 있다. 통신 반경이 멀어지면 그 만큼 신호를 멀리 보내기 위하여 세기가 큰 전력을 요구함으로써 전력소모가 증가할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에서는 BLE 5.0 등의 신호를 사용할 수 있다. 도 3에서도 볼 수 있는 바와 같이, 밀폐공간 감지기(111)와 제1 게이트웨이(113)가 BLE 5.0 통신을 수행할 수 있고, 제1 게이트웨이(113)와 제2 게이트웨이(115)가 BLE 5.0 통신을 수행할 수 있으며, 제2 게이트웨이(115)는 통신망(120)과 LTE 광대역 통신을 수행할 수 있다.
밀폐공간 감지기(111)는 BLE 등의 국부(local) 통신 및 LTE 광역(global) 통신이 가능하여 통신 음역 지역을 해소할 수 있다. 산업용 사물 인터넷 표준 통신 기술이 적용될 수 있으며, 저전력 MCU 회로가 적용된 멀티가스 감지 단말에 해당한다. 또한, 밀폐공간 감지기(111)는 본체의 일측에 자석 탈부착이 가능하도록 자석 부착부를 포함할 수 있다. 물론 해당 자석 부착부는 자력이 소모될 때 자석 부착부나 자석의 교체가 용이하도록 구성될 수 있다. 예를 들어 밀폐공간 감지기(111)의 일측에 슬라이드 구조를 형성하고 이를 통해 자석 부착부의 결합이 용이하도록 구성될 수도 있을 것이다.
밀폐공간 감지기(111)를 구성하는 5종 가스 감지 단말(BTS-5)의 경우 5종 센서 정보를 실시간으로 생성하여 1초 주기로 비콘 브로드캐스팅 방식으로 데이터를 송출한다. 이를 위하여 5종 가스 감지 단말은 NRF52840 BLE 5.0 모듈, 5종 센서, 경광등, 배터리 팩(7.26V/120A)으로 구성된다. 적용센서는 O2, Co2, H2S, CO, CH4 등의 유해가스를 감지할 수 있다. RF TX 파워는 + 8 dBm이며 최대송출거리는 야외에서 100M에 해당한다. 센서 동작 주기는 5종의 모드를 제공하며 상시, 5분, 10분, 15분, 20분 및 30분 중 선택될 수 있다. 센서 동작 주기는 센싱 데이터의 분석을 통해 분석 결과를 근거로 동작 주기가 자동으로 변경되거나 즉 가변 동작할 수 있다. 다시 말해 가스의 발생 빈도가 많은 경우에는 동작 주기를 줄이지만, 빈도가 적으면 동작 주기를 늘린다. 이때 소모전력 또는 소모전류를 고려하여 동작 주기를 결정할 수 있다. 이러한 동작은 밀폐공간 감지기(111)에서 자체적으로 결정하는 것도 물론 가능하지만, 비용절약 측면에서 계산 동작은 도 1의 모니터링장치(130)에서 결정하여 밀폐공간 감지기(111)의 제어를 통해 해당 동작이 이루어질 수 있다.
예를 들어, 상시동작인 경우 소모전류는 135.7mA로 동작일은 37일이다. 반면 15분 주기는 38.3mA이며 동작일은 130일에 상당한다. 또 30분 주기는 소모전류가 26.2 mA이며 동작일이 191일이다. 따라서 본 발명의 실시예에서는 선박 건조의 작업일을 고려하여 센서 (동작)주기가 선택될 수도 있을 것이다. 작업일이 밀폐공간 감지기(111)나 모니터링장치(130)에 입력되면 밀폐공간 감지기(111)는 내부에 저장된 소모전류와 관련한 데이터를 근거로 동작 주기를 선택할 수 있다. 가령 작업일이 170일이라면 그 이하의 범위에서 동작 주기를 결정할 수 있으며, 이때 오차범위를 고려하여 결정이 이루어질 수 있다. 물론 동작 주기를 변경하는 과정에서도 결정 가능한 범위에서 선택하여 동작이 이루어질 수 있다. 예를 들어 5분 주기의 경우 센서가 3분 ON 동작하고, 2분간 OFF 동작하는 것을 의미한다. 경로 알람 기능은 사용자 설정값 이상의 센서가 감지되면 경광등이 동작한다. 5종 가스 감지 단말의 입력 전압은 6.5V ~ 12V이며, 제품 크기(가로, 세로, 높이)는 180*280*120mm이며, 2.8Kg에 해당한다.
밀폐공간 감지기(111)를 구성하는 1종 가스 감지 단말(BTS-1)의 경우 5종 가스 감지 단말과 크게 다르지 않다. 다만, 적용 가능 1종 센서는 O2, Co2, H2S, CO, CH4 중 하나를 선택하여 이루어진다. 또한, 제품 크기(가로, 세로, 높이)는 180*270*120mm이며, 2.8Kg에 해당한다. 또한 센서 동작 주기에 따라 소모 전류 및 동작일에서도 다소 차이를 보인다. 예를 들어, 상시 동작인 경우 소모전류는 26.7mA이며, 동작일은 187일에 해당한다. 5종 가스 감지 단말 대비 소모 전류와 동작일이 대략 1/5 수준에 해당한다. 또한, 30분 주기의 경우 소모 전류는 11.7mA이며 동작일은 428일에 상당한다. 5종 가스 감지 단말 대비 소모 전류와 동작일이 대략 1/2 수준에 해당한다. 따라서 1종 가스 감지 단말(BTS-1)은 상시 동작, 5분 주기, 10분 주기, 15분 주기, 20분 주기, 30분 주기로 갈수록 5종 가스 감지 단말 대비 소모 전류 및 동작일은 점차적으로 감소하도록 구성된다.
무엇보다 제1 게이트웨이(113) 및 제2 게이트웨이(115) 중 적어도 하나는 브로드캐스팅 무선 데이터 전송이 가능하여 동일 공간 80m 이내에서 대략 50대 정도의 밀폐공간 감지기(111)의 환경 데이터를 동시 처리하도록 구성된다. 제1 게이트웨이(113)인 브리지 게이트웨이는 5종 가스 감지 단말이나 1종 가스 감지 단말(BTS-5/1) 데이터 수신 후 제2 게이트웨이(115)인 LTE-GW로 정보를 전달한다. 최대 200M 거리까지 확장이 가능하고, NRF5284 BLE 5.0 Dual 모듈, 경광등, 배터리팩(7.26V/120A)으로 구성된다. RF TX 파워는 + 8 dBm이며 최대송출거리는 야외에서 100M에 해당한다. RF 수신 감도는 - 95 dBm, 최대 수신 거리는 야외에서 100M에 상당한다. 입력 전압은 6.5V ~ 12V이며, 제품 크기는 180*220*120mm, 2.2kg이다. 상시 동작시 소모 전류는 21.7mA이며 동작일은 230일에 상당한다.
반면, 제2 게이트웨이(115)인 LTE-GW는 1초 주기로 주변 데이터를 수신하여 서버 즉 모니터링장치(130)로 전송한다. 제2 게이트웨이(115)는 최대 50대에서 동시에 수신이 가능하며 서버로 데이터를 전송한다. NRF5284 BLE 5.0 모듈, LTE 모뎀, 경광등, 배터리팩(7.26V/120A)을 포함하여 구성된다. RF 수신 감도는 - 95 dBm, 최대 수신 거리는 야외에서 100M에 상당한다. 모뎀 동작 주기는 5종의 모드가 제공되며 상시, 5분, 10분, 15분, 20분 및 30분 주기가 가능하다. 5분 주기의 경우 서버 통신은 1분이고 4분은 모뎀이 OFF 동작한다. 센서 알람 경보 수신시 실시간 전송 모드 및 경보 모드로 자동 전환한다. 통신사는 SK 텔레콤에 적합하며 입력전압은 6.5 ~ 12V, 제품 크기는 180*220*120mm, 2.2Kg이다. 상시 동시 소모 전류는 311.7mA, 동작일은 16일이며, 30분 주기 동작시 소모 전류는 20.1mA, 동작일은 249일에 상당한다.
또한, 계측장치(110)는 건조 선박 내에 사용자 단말장치(100)가 이동하게 될 때 해당 사용자 단말장치(100)와의 통신에 의해 사용자 단말장치(100)의 위치정보를 제공받아 도 1의 모니터링장치(130)로 전송할 수 있다. 예를 들어, 건조 선박 내에 설치되는 계측장치(110)들은 설치될 당시에 설치되는 위치에 대한 위치정보를 알 수 있다. 예를 들어, 계측장치(110)가 설치될 당시에 위치를 생성하는 다양한 유형의 장치를 이용해 위치정보를 생성해 이를 이용할 수 있다. 따라서, 계측장치(110)들은 사용자 단말장치(100)와의 통신이 이루어질 때 자신의 식별정보(ID)와 신호세기 등의 데이터를 제공함으로써 모니터링장치(130)에서 해당 신호를 전송한 계측장치(110)의 위치정보와 신호세기에 의해 계산된 거리나 방향 등의 정보를 측정하여 사용자 단말장치(100)의 위치를 측정할 수도 있다. 이와 같이 계측장치(110)는 사용자 단말장치(100)의 측위를 위해서도 사용될 수 있다.
통신망(120)은 유무선 통신망을 모두 포함한다. 가령 통신망(120)으로서 유무선 인터넷망이 이용되거나 연동될 수 있다. 여기서 유선망은 케이블망이나 공중 전화망(PSTN)과 같은 인터넷망을 포함하는 것이고, 무선 통신망은 CDMA, WCDMA, GSM, EPC(Evolved Packet Core), LTE(Long Term Evolution), 와이브로(Wibro) 망 등을 포함하는 의미이다. 물론 본 발명의 실시예에 따른 통신망(120)은 이에 한정되는 것이 아니며, 향후 구현될 차세대 이동 통신 시스템의 접속망으로서 가령 클라우드 컴퓨팅 환경하의 클라우드 컴퓨팅망, 5G망 등에 사용될 수 있다. 가령, 통신망(120)이 유선 통신망인 경우 통신망 내의 액세스포인트는 전화국의 교환국 등에 접속할 수 있지만, 무선 통신망인 경우에는 통신사에서 운용하는 SGSN 또는 GGSN(Gateway GPRS Support Node)에 접속하여 데이터를 처리하거나, BTS(Base Transceiver Station), NodeB, e-NodeB 등의 다양한 중계기에 접속하여 데이터를 처리할 수 있다.
통신망(120)은 액세스포인트를 포함할 수도 있다. 액세스포인트는 건물 내에 많이 설치되는 펨토(femto) 또는 피코(pico) 기지국과 같은 소형 기지국을 포함한다. 여기서, 펨토 또는 피코 기지국은 소형 기지국의 분류상 제2 게이트웨이(115) 등을 최대 몇 대까지 접속할 수 있느냐에 따라 구분된다. 물론 액세스포인트는 제2 게이트웨이(115) 등과 지그비 및 와이파이(Wi-Fi) 등의 근거리 통신을 수행하기 위한 근거리 통신 모듈을 포함할 수 있다. 액세스포인트는 무선통신을 위하여 TCP/IP 혹은 RTSP(Real-Time Streaming Protocol)를 이용할 수 있다. 여기서, 근거리 통신은 와이파이 이외에 블루투스, 지그비, 적외선(IrDA), UHF(Ultra High Frequency) 및 VHF(Very High Frequency)와 같은 RF(Radio Frequency) 및 초광대역 통신(UWB) 등의 다양한 규격으로 수행될 수 있다. 이에 따라 액세스포인트는 데이터 패킷의 위치를 추출하고, 추출된 위치에 대한 최상의 통신 경로를 지정하며, 지정된 통신 경로를 따라 데이터 패킷을 다음 장치, 예컨대 모니터링장치(130)로 전달할 수 있다. 액세스포인트는 일반적인 네트워크 환경에서 여러 회선을 공유할 수 있으며, 예컨대 라우터(router), 리피터(repeater) 및 중계기 등이 포함된다.
모니터링장치(130)는 예를 들어 도 3에서와 같은 건조 선박의 현장을 모니터링하기 위하여 운영되는 서버나 DB(130)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수의 장소에서 복수의 선박 건조가 이루어지는 경우 각각의 건조 선박의 현장을 모니터링할 수 있다. 모니터링장치(130)는 서버에 접속하는 관리자장치를 포함할 수 있으며 관리자장치는 관리자들이 사용하는 데스크탑컴퓨터나 랩탑컴퓨터, 스마트폰 등을 포함할 수 있고, 관제센터의 경우에는 LED나 LCD 전광판을 포함할 수도 있다.
모니터링장치(130)는 일종의 데이터 수신 서버로서 다수의 게이트웨이 가령다수의 제2 게이트웨이(115)로부터 데이터를 수신받고 또 DB(130a)에 데이터를 저장하며 시스템 관리를 위한 등록 등의 기능을 구현할 수 있다. 예를 들어, 모니터링장치(130)는 건조 선박 내에 계측장치(110)가 설치될 때 해당 계측장치(110)의 식별정보를 취득하고, 또 식별정보와 함께 설치된 위치의 위치정보를 취득할 수도 있다. 이때 위치정보는 계측장치(110)를 설치하는 관리자가 별도의 위치계측장치를 통해 제공해 줄 수 있다. 만약, 사용자 단말장치(100)의 앱이 위치 측정을 통해 위치정보를 제공해 줄 수 있다면 이를 통해 취득하는 것도 얼마든지 가능하다. 앱의 실행을 통해 주변의 계측장치(110)의 위치를 등록하는 것이 가능할 수 있다. 예를 들어, 건조 선박 내에서는 GPS 통신이 불가능할 수 있으므로, 사용자 단말장치(100)의 GPS 통신모듈이 작동하지 않을 수 있으므로, 사용자 단말장치(100)는 가속도센서나 자이로센서 등을 통해 위치정보를 생성할 수 있으므로, 이를 이용할 수 있다. 예를 들어, 사용자 단말장치(100)에서 앱을 실행한 후 화면에 표시되는 계측장치(110)의 위치정보 생성 버튼을 선택하는 경우 사용자 단말장치(100)는 주변의 계측장치(110)와 근거로 무선 통신을 수행할 수 있고, 이때 화면상에서 계측장치(110)가 선택될 때 해당 선택된 계측장치(110)의 식별정보와 함께 위치정보가 전송되어 등록이 이루어질 수 있다. 건조 선박 내에 설치되는 계측장치(110)에 대한 위치정보는 다양한 형태로 취득이 가능할 수 있으므로 본 발명의 실시예에서는 어느 하나의 형태에 특별히 한정하지는 않을 것이다.
예를 들어, 모니터링장치(130)는 모니터링 화면을 도 3에서와 같은 형태로 제공할 수도 있다. 모니터링장치(130)는 건조 선박 내에 계측장치(110)의 설치가 완료되는 경우 도 3에서와 같은 형태로 건조 선박과 그 건조 선박 내에 설치되는 계측장치(110)들의 화면을 보여줄 수 있다. 이러한 화면을 제공하는 과정에서 모니터링장치(130)는 특정 계측장치(110)에 고장이 발생하거나 위험상황이 발생할 때 경고 표시를 화면상에 표출하는 등 관리자의 프로그램 및 화면 설계에 따라 다양한 형태의 UX/UI 화면을 제작하여 동작이 이루어지도록 할 수 있다. 다양한 UX/UI 화면을 제공할 수 있는 것과 관련해서는 도 2의 도면으로 간략히 대신하고자 한다.
또한, 모니터링장치(130)는 건조 선박 내에서 기설치된 계측장치(110)의 위치변경이 발생할 때, 해당 위치정보의 변경을 반영할 수 있다. 예를 들어, 특정 위치에 설치되어 있는 계측장치(110)가 위치변경이 발생한 후 새로운 위치등록 요청이 있는 경우 이를 반영하여 모니터링 동작이 이루어지도록 동작한다. 또한, 모니터링장치(130)는 건조 선박 내에서 이동하는 사용자 단말장치(100)의 위치를 측정할 수 있다. 예를 들어, A 위치에 설치되는 계측장치(110)의 위치를 알고 있는 상태에서 해당 계측장치(110)에서 식별정보와 함께 사용자 단말장치(100)의 신호세기 정보를 제공하는 경우, 신호세기를 근거로 거리를 계산할 수 있고, 방향정보와 기저장한 위치정보를 근거로 현재 사용자 단말장치(100)의 위치정보를 계산해 낼 수 있다.
도 4는 도 1에 도시한 밀폐공간 감지기 및 게이트웨이의 확대도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 밀폐공간 감지기(혹은 멀티가스 감지 단말)(111)와, 브리지 게이트웨이나 LTE 게이트웨이 등의 게이트웨이(113, 115)로 구성되는 계측장치(110)는 본체부(400), 경광부(410), 통신부(혹은 안테나부)(420) 및 센서부(430)를 포함하며, 자석 부착부(미표기) 등을 더 포함할 수 있다.
외연을 구성하는 본체부(400)의 내부에는 CPU나 MPU, 저전력 기반의 배터리, 메모리 등을 포함하는 인쇄회로기판(PCB) 형태의 구동부를 포함할 수 있다.
경광부(410)는 LCD나 (O)LED를 포함할 수 있으며, 100ms나 10sec로 ON 동작할 수 있다. OLED의 경광부(410)는 배터리모드에서는 동작하지 않을 수 있다.
통신부(420)는 BLE 5.0 모듈을 포함할 수 있으며, LTE 게이트웨이는 LTE 모듈을 더 포함할 수 있다. 브리지 게이트웨이인 제1 게이트웨이(113)의 경우 BLE 5.0 듀얼 모듈을 구성한다는 점에서 LTE 게이트웨이와 차이가 있다고 볼 수 있다.
센서부(430)는 1종에서 5종의 센서를 포함할 수 있으며, 예를 들어 5종 센서의 경우 O2, Co2, H2S, CO, CH4 등의 유해가스를 감지할 수 있다. 1종 센서는 O2, Co2, H2S, CO, CH4 등의 유해가스 중 하나를 선택하여 감지할 수 있다. 물론 1종 센서는 5종의 센서를 구성한 후 하나가 선택될 수 있지만, 비용 절약 측면에서 하나의 유해 가스를 감지하는 센서가 선택되어 사용될 수 있다. 센서는 기존 3분 동안 ON 상태로 동작할 수 있다. 예를 들어 5분 주기시 3분은 ON 동작하고 2분은 OFF 동작한다. 즉 주기 동작은 온(ON) 동작과 오프(OFF) 동작을 포함하는 동작이다.
상기한 내용 이외에도 계측장치(110)와 관련한 자세한 내용은 앞서 충분히 설명하였으므로 그 내용들로 대신하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 도 4의 경광부(410), 통신부(혹은 안테나부)(420) 및 센서부(430), 제어부 및 저장부는 서로 물리적으로 분리된 하드웨어 모듈로 구성되지만, 각 모듈은 내부에 상기의 동작을 수행하기 위한 소프트웨어를 저장하고 이를 실행할 수 있을 것이다. 다만, 해당 소프트웨어는 소프트웨어 모듈의 집합이고, 각 모듈은 하드웨어로 형성되는 것이 얼마든지 가능하므로 소프트웨어니 하드웨어니 하는 구성에 특별히 한정하지 않을 것이다. 예를 들어 저장부는 하드웨어인 스토리지(storage) 또는 메모리(memory)일 수 있다. 하지만, 소프트웨어적으로 정보를 저장(repository)하는 것도 얼마든지 가능하므로 위의 내용에 특별히 한정하지는 않을 것이다.
한편, 본 발명의 다른 실시예로서 제어부는 CPU 및 메모리를 포함할 수 있으며, 원칩화하여 형성될 수 있다. CPU는 제어회로, 연산부(ALU), 명령어해석부 및 레지스트리 등을 포함하며, 메모리는 램을 포함할 수 있다. 제어회로는 제어동작을, 그리고 연산부는 2진비트 정보의 연산동작을, 그리고 명령어해석부는 인터프리터나 컴파일러 등을 포함하여 고급언어를 기계어로, 또 기계어를 고급언어로 변환하는 동작을 수행할 수 있으며, 레지스트리는 소프트웨어적인 데이터 저장에 관여할 수 있다. 상기의 구성에 따라, 가령 계측장치(110)의 동작 초기에 센서부(430) 또는 모니터링장치(130)에 저장되어 있는 프로그램을 복사하여 메모리 즉 램(RAM)에 로딩한 후 이를 실행시킴으로써 데이터 연산 처리 속도를 빠르게 증가시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 멀티가스 계측 및 모니터링 방법(혹은 밀폐공간 환경 감시 방법이나 저전력 기반 (다종) 유해가스 감시 방법)의 흐름도이다.
설명의 편의상 도 5를 도 1과 함께 참조하면, 건조 선박의 격벽에 의해 형성되는 밀폐 공간 내에 설치되는 밀폐공간 감지기(111)가 밀폐 공간의 환경을 감지한다(S500). 여기서 밀폐 공간의 환경은 O2, Co2, H2S, CO, CH4 등의 유해가스 감지가 바람직하다.
또한, 밀폐공간 감지기(111)의 통신이 불가능한 음영 지역을 없애기 위해 건조 선박 내에서 밀폐 공간의 외부에 설치되는 제1 게이트웨이(113)가, 밀폐 공간 감지기(111)에서 제공하는 환경 감지 데이터를 처리한다(S510). 여기서, "처리한다"는 것은 내부적으로 연산 처리하는 것이나 수신한 환경 감지 데이터를 내부 메모리 등에 임시 저장한 후 다른 장치로 전송하는 과정을 의미할 수 있다. 따라서, 제1 게이트웨이(113)는 브리지 게이트웨이로서 제1 무선 통신부에서는 밀폐공간 감지기(111)와 통신하지만, 제2 무선 통신부에서는 제2 게이트웨이(115)와 통신하므로, 제1 무선 통신부와 제2 무선 통신부의 저전력(BLE) 듀얼 모듈을 포함하여 이를 통해 블루투스 통신을 각각 수행할 수 있다. 물론 듀얼 모듈은 서로 통신 규약이 다소 상이할 수 있다.
나아가 건조 선박의 외부에 설치되는 제2 게이트웨이(115)가, 밀폐공간 감지기(111) 및 제1 게이트웨이(113) 중 적어도 하나에서 제공되는 밀폐 공간 내 환경 감지 데이터를 외부 통신망(120)으로 제공한다(S520). 제2 게이트웨이(115)는 외부의 통신망(120)과 통신하기 위한 가령 LTE 모뎀을 포함할 수 있다. 물론 제2 게이트웨이(115)의 경우에도 제1 무선 통신부 및 제2 무선 통신부를 포함할 수 있으며, 제1 무선 통신부는 BLE 모듈로 구성되어 블루투스 통신을 수행할 수 있으며, 제2 무선 통신부는 LTE 통신을 수행할 수 있다.
모니터링장치(130)는 제2 게이트웨이(115)를 통해 제공되는 건조 선박의 밀폐 공간 내 환경 감지 데이터를 수집 및 분석하여 (건조 선박의) 현장을 모니터링한다(S530).
상기한 내용 이외에도 도 1의 사용자 단말장치(100), 계측장치(110) 및 모니터링장치(130)는 다양한 동작을 수행할 수 있으며, 기타 자세한 내용은 앞서 충분히 설명하였으므로 그 내용들로 대신하고자 한다.
한편, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성 요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수 개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 그 컴퓨터 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 본 발명의 기술 분야의 당업자에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다. 이러한 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 비일시적 저장매체(non-transitory computer readable media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시 예를 구현할 수 있다.
여기서 비일시적 판독 가능 기록매체란, 레지스터, 캐시(cache), 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라, 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 구체적으로, 상술한 프로그램들은 CD, DVD, 하드 디스크, 블루레이 디스크, USB, 메모리 카드, ROM 등과 같은 비일시적 판독가능 기록매체에 저장되어 제공될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.
100: 사용자 단말장치
110: 계측장치
111: 밀폐공간 감지기 113: 제1 게이트웨이
115: 제2 게이트웨이 120: 통신망
130: 모니터링장치 400: 본체부
410: 경광부 420: 통신부
430: 센서부
111: 밀폐공간 감지기 113: 제1 게이트웨이
115: 제2 게이트웨이 120: 통신망
130: 모니터링장치 400: 본체부
410: 경광부 420: 통신부
430: 센서부
Claims (10)
- 건조 선박의 격벽에 의해 형성되는 밀폐 공간 내에 설치되어 상기 밀폐 공간의 환경을 감지하는 밀폐공간 감지기;
상기 밀폐공간 감지기의 통신이 불가능한 음영 지역을 없애기 위해 상기 건조 선박 내에서 상기 밀폐 공간의 외부에 설치되어 상기 밀폐공간 감지기에서 제공하는 환경 데이터를 처리하는 제1 게이트웨이;
상기 건조 선박의 외부에 설치되어 상기 밀폐공간 감지기 및 상기 제1 게이트웨이 중 적어도 하나로부터 제공하는 상기 밀폐공간 내 환경 데이터를 외부 통신망으로 제공하는 제2 게이트웨이; 및
상기 제2 게이트웨이를 통해 제공되는 상기 건조 선박의 상기 밀폐공간 내 환경 데이터를 수집 및 분석하여 현장을 모니터링하는 모니터링장치;를
포함하는 저전력 무선 가스 측정 및 모니터링을 위한 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 밀폐공간 감지기는,
상기 제1 게이트웨이 또는 제2 게이트웨이와 무선 통신하는 제1 무선 통신부; 및
상기 밀폐 공간으로 사용자의 사용자 단말장치가 진입할 때 상기 밀폐 공간의 환경 데이터를 무선 전송하는 제2 무선 통신부;를
포함하는 저전력 무선 가스 측정 및 모니터링을 위한 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 제2 게이트웨이는, 다수의 밀폐공간에 각각 구비되는 밀폐공간 감지기와 동시에 무선 통신이 가능하도록 브로드캐스팅(broadcasting) 동작을 수행하는 저전력 무선 가스 측정 및 모니터링을 위한 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 밀폐공간 감지기, 상기 제1 게이트웨이 및 상기 제2 게이트웨이는 상기 건조 선박의 격벽에 탈부착을 위한 자석 부착부를 포함하는 저전력 무선 가스 측정 및 모니터링을 위한 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 밀폐공간 감지기, 상기 제1 게이트웨이 및 상기 제2 게이트웨이는 각각 상기 밀폐공간 내 환경 데이터를 처리하기 위하여 저전력 블루투스(BLE) 통신을 수행하는 저전력 무선 가스 측정 및 모니터링을 위한 시스템. - 건조 선박의 격벽에 의해 형성되는 밀폐 공간 내에 설치되는 밀폐공간 감지기가, 상기 밀폐 공간의 환경을 감지하는 단계;
상기 밀폐공간 감지기의 통신이 불가능한 음영 지역을 없애기 위해 상기 건조 선박 내에서 상기 밀폐 공간의 외부에 설치되는 제1 게이트웨이가, 상기 밀폐공간 감지기에서 제공하는 환경 데이터를 처리하는 단계;
상기 건조 선박의 외부에 설치되는 제2 게이트웨이가, 상기 밀폐공간 감지기 및 상기 제1 게이트웨이 중 적어도 하나에서 제공하는 상기 밀폐공간 내 환경 데이터를 외부 통신망으로 제공하는 단계; 및
모니터링장치가, 상기 제2 게이트웨이를 통해 제공되는 상기 건조 선박의 상기 밀폐공간 내 환경 데이터를 수집 및 분석하여 현장을 모니터링하는 단계;를
포함하는 저전력 무선 가스 측정 및 모니터링을 위한 방법. - 제6항에 있어서,
상기 밀폐공간 감지기의 제1 무선 통신부가, 상기 제1 게이트웨이 또는 제2 게이트웨이와 무선 통신하는 단계; 및
상기 밀폐공간 감지기의 제2 무선 통신부가, 상기 밀폐 공간으로 사용자의 사용자 단말장치가 진입할 때 상기 밀폐 공간의 환경 데이터를 무선 전송하는 단계;를
더 포함하는 저전력 무선 가스 측정 및 모니터링을 위한 방법. - 제6항에 있어서,
상기 제2 게이트웨이가, 다수의 밀폐공간에 각각 구비되는 밀폐공간 감지기와 동시에 무선 통신이 가능하도록 브로드캐스팅 동작을 수행하는 저전력 무선 가스 측정 및 모니터링을 위한 방법. - 제6항에 있어서,
상기 밀폐공간 감지기, 상기 제1 게이트웨이 및 상기 제2 게이트웨이는 상기 건조 선박의 격벽에 탈부착을 위한 자석 부착부를 포함하는 저전력 무선 가스 측정 및 모니터링을 위한 방법. - 제6항에 있어서,
상기 밀폐공간 감지기, 상기 제1 게이트웨이 및 상기 제2 게이트웨이는 각각 상기 밀폐공간 내 환경 데이터를 처리하기 위하여 저전력 블루투스(BLE) 통신을 수행하는 저전력 무선 가스 측정 및 모니터링을 위한 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220119091A KR20240040276A (ko) | 2022-09-21 | 2022-09-21 | 저전력 무선 가스 측정 및 모니터링을 위한 시스템 및 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020220119091A KR20240040276A (ko) | 2022-09-21 | 2022-09-21 | 저전력 무선 가스 측정 및 모니터링을 위한 시스템 및 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20240040276A true KR20240040276A (ko) | 2024-03-28 |
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ID=90482860
Family Applications (1)
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Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| KR20130028394A (ko) | 2011-09-09 | 2013-03-19 | 현대중공업 주식회사 | 선박에서 발생하는 위험가스 모니터링 시스템 |
| KR20140057442A (ko) | 2012-11-02 | 2014-05-13 | 현대중공업 주식회사 | 선박의 가스 경보 시스템 및 이를 이용한 가스 경보 감시 방법 |
| KR20220095284A (ko) | 2020-12-29 | 2022-07-07 | 한라아이엠에스 주식회사 | 선박의 가스 모니터링 시스템에 적용되는 스마트 센서 시스템 |
-
2022
- 2022-09-21 KR KR1020220119091A patent/KR20240040276A/ko unknown
Patent Citations (3)
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