WO2011052969A2 - 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템 - Google Patents

유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템 Download PDF

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WO2011052969A2
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pipe
detection unit
signal
oil
contents
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김성훈
김명호
이성식
이선규
서부식
김성덕
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(주)비트밸리
세이프텍(주)
(주)케이트
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    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B13/00—Burglar, theft or intruder alarms
    • G08B13/16—Actuation by interference with mechanical vibrations in air or other fluid
    • G08B13/1654—Actuation by interference with mechanical vibrations in air or other fluid using passive vibration detection systems
    • G—PHYSICS
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    • G08B13/1663—Actuation by interference with mechanical vibrations in air or other fluid using passive vibration detection systems using seismic sensing means

Definitions

  • the present invention relates to a ubiquitous based plumbing facility condition monitoring system. More specifically, it is possible to detect the location of a pipe damage or a pipe contents deodorization which is caused by a random damage to a transfer pipe, and to quickly and quickly detect oiling or pipe contents deodorization.
  • the present invention relates to a ubiquitous based plumbing facility condition monitoring system that can prevent the waste of resources, energy loss and environmental pollution caused by oil or gas leakage due to damage to the pipe or deodorization of the pipe contents.
  • oil pipes are all-weather transportation means that are not affected by bad weather or road congestion, and solve the problems caused by the operation of oil (road traffic, road damage, air pollution by exhaust gas, etc.) It is a social infrastructure that is widely expanded in that it can prevent marine pollution due to oil tanker accidents and can be applied as an oil transportation facility in case of exhibition or emergency.
  • the cause of oil leakage in the oil pipeline may be due to the corrosion of the pipeline pipe aging, such as when the oil leaks due to the breakage of the pipe, when the pipe is damaged and leaks due to the ground change, such as earthquake, oil pipeline oil or any There is a case of being damaged by a third party.
  • the outflow of oil due to the breakage of oil pipes has not only economic loss but also a great adverse effect on the environment of the outflow area.
  • Korean Patent Publication No. 10-0906922 “Method and apparatus for detecting oil leakage by correcting a flowmeter measurement error", No. 10-0906937, “No. 4" Suggestions and apparatus for estimating leak location from pressure values measured at points "and No. 10-0906936" Lost leak location estimation method and device using difference in detection time by the transfer constant for each oil type in oil pipeline " It is.
  • the oil leakage problem of a general oil pipe can be predicted and resolved to some extent through continuous management and repair, but when oil is made by drilling a hole in the oil pipe, there is an unpredictable problem in terms of such maintenance.
  • oil prices soar, and social unrest due to deteriorating economic conditions and rising unemployment there are increasing incidents of damaging and seizing oil pipelines.
  • the oil spill due to oiling has a problem that can not minimize the environmental damage, such as soil and water quality due to a large amount of oil because the oil spill can not be prevented at the beginning unlike the oil pipe breakage in other cases.
  • the present inventors propose the present invention by deciding that it is the most desirable prevention measure to accurately and quickly detect any breakdown of oil pipelines for oiling and to immediately set up countermeasures in order to effectively detect breakage or oiling of piping facilities including oil pipelines. Was done.
  • the present invention has been proposed to meet such a need, and a new type of ubiquitous based plumbing facility condition monitoring to accurately and quickly detect the location of oil or pipe contents deodorization which is caused by arbitrarily breaking the transport pipe including the oil pipe. It is an object to provide a system.
  • the present invention analyzes various mechanical and electrical signals in real time at almost all sections through sensor networking technology, even where maintenance personnel are resident or difficult to access. Before this is done, it is possible to accurately and quickly detect the location of the pipe damage or the contents of the pipe deodorization to block oiling or deodorization, thereby eliminating resources waste, energy loss and oil pollution caused by the pipe damage or the deodorization of the pipe contents. It aims to provide a new type of ubiquitous based plumbing condition monitoring system that can be prevented in advance.
  • the present invention is installed at a predetermined interval in the transfer pipe (1) between the station and the station is installed for the transfer of the pipe contents of the plumbing facility including the oil feed, the transfer A first detection unit 20 having a vibration sensor 22 attached to the tube 1 and a first signal processor 30 for receiving and processing a detection signal from the vibration sensor 22 and transmitting the detected signal to the outside.
  • Seismographs 42 provided at both stations of the transfer pipe 1, in which the first detection unit 20 is installed, attached to the transfer pipe 1, and detected from the seismograph 42.
  • a second detection unit (40) having a second signal processor (50) for receiving and processing a signal and transmitting the signal to the outside and receiving and transmitting the detection signal received from the first detection unit (20); It has a diagnostic program 62 for detecting whether the transfer pipe 1 is damaged or deodorized the pipe contents, and the detection signal received from the second detection unit 40 is processed by driving the diagnostic program 62. It characterized in that it comprises a central control server (60) for acquiring the pipe contents of the transfer pipe (1) and the pipe contents deodorization position.
  • the first signal processing unit 30 of the first detection unit 20 amplifies and filters the detection signal input from the vibration sensor 22.
  • Interface board 32 for outputting an abnormal detection signal of the frequency band of the range, and the UE node for digital processing the signal input from the interface board 32, and to be transmitted to the outside through ZigBee communication (34; USN Sensor Node).
  • the second detection unit 40 processes a signal input from the seismograph 42 and the first detection unit 20 and through an internet network. It is characterized in that it comprises an embedded gateway 52 (Embedded G / W) for transmitting to the central control server (60).
  • an embedded gateway 52 Embedded G / W
  • the first detection unit 20 includes an infrared camera 70 for capturing the monitoring range of the first detection unit 20, and the first detection.
  • a solar cell 80 for supplying power required for the unit 20 may be further provided.
  • the ubiquitous based plumbing facility condition monitoring system it is possible to respond quickly by alarming before oil or plumbing is seized, so that waste of resources, loss of energy, and oil leakage due to plumbing damage or the seizure of the plumbing contents are caused. Prevent environmental pollution caused in advance.
  • the sensor networking technology enables real-time monitoring of virtually any section even where maintenance personnel are resident or difficult to access, thereby preventing economic damage and human injury due to loss of oil contents including piping.
  • B. It can reduce environmental damage and recovery cost such as land and water quality due to leakage of pipe contents.
  • FIG. 1 is a view for explaining a ubiquitous based plumbing facility status monitoring system according to the technical idea of the present invention
  • FIG. 2 is a view for explaining the operation of the ubiquitous based plumbing facility condition monitoring system shown in FIG. 1;
  • Figure 3 is a view for explaining a ubiquitous based plumbing facility status monitoring system according to a preferred embodiment of the present invention
  • Figure 4 is a view for explaining the operation of the ubiquitous based plumbing facility status monitoring system shown in FIG.
  • FIG. 5 is a view for explaining a method of calculating oiling points by a seismograph in a ubiquitous based plumbing facility condition monitoring system according to a preferred embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a diagram for explaining in detail a first detection unit to which USN technology is applied in a ubiquitous based plumbing facility condition monitoring system according to a preferred embodiment of the present invention
  • FIG. 7 is a view for explaining an example of a diagnostic program installed in the central control server in the ubiquitous based plumbing facility state monitoring system according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a view for explaining an example of analyzing a signal of whether the pipe damage or oil loss in the ubiquitous based plumbing facility condition monitoring system according to a preferred embodiment of the present invention
  • FIG. 9 is a view for explaining an example of calculating a pipe damage or oil location in a ubiquitous based plumbing facility condition monitoring system according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a view for explaining a ubiquitous based plumbing facility status monitoring system according to the technical idea of the present invention
  • Figure 2 is a view for explaining the operation of the ubiquitous based plumbing facility status monitoring system shown in FIG.
  • the present invention provides a plumbing facility condition monitoring system configured using ubiquitous (u-IT; Ubiquitous Information Technology).
  • the ubiquitous based plumbing facility condition monitoring system 10 includes a first detection unit 20, a second detection unit 40, and a central control server 60.
  • the first detection unit 20 has a first signal processor 30 having a vibration sensor 22 and a USN node (sensor node) attached to the transfer pipe 1 between the transfer pipe stations. ), And collects in real time the minute signals related to drilling and excavation generated in case of damage to the pipe or deodorization of the pipe contents.
  • the second detection unit 40 includes a high-precision seismograph 42 attached to the transfer pipe at both ends of the transfer pipe station, and a second signal processor 50 having an embedded G / W and a CDMA or Internet access LAN device module. ). Then, the central control server 60 uses the diagnostic program 62 to detect the signal information (detection signals of the vibration sensor 22 and the seismograph 42) received from the second detection unit 40 and damage the piping or the contents of the piping. Identify the location of the deodorization and the location of the oil or pipe contents deodorization, alarm if any damage to the pipe or the contents of the pipe deodorization is sounded, so that the manager can respond immediately.
  • the signal information detection signals of the vibration sensor 22 and the seismograph 42
  • USN applied to the present invention is a technology for detecting, storing, and processing objects and environmental information from tags and sensors attached anywhere, and transmitting them through the Internet.
  • the sensor node is the most basic component of USN, and the biggest advantage over the existing RFID technology is to configure the optimal network while monitoring the surrounding environment from the sensor and to configure the desired network by using the existing wired / wireless communication technology. It is.
  • the present invention is to install a sensor in the transport pipe including the oil pipe to ensure that the damage to the pipe or the contents of the pipe based on the information transmitted in real time from the central control center.
  • the oil or seizure detects signals of various frequencies generated when welding and drilling the pipe for conveying the contents of the pipe including oil, and collects these signals to the central control center through the USN node.
  • the central control center monitors the transfer pipe in real time by classifying it with ambient noise through the patterning process of the sound generated when the pipe is damaged or the contents of the pipe are taken away.
  • the signal detected by the vibration sensor 22 of the first detection unit 20 (generated when forming a hole for damage to the pipe or deodorized pipe contents in the transfer pipe Impact sound such as a drill ⁇ is processed through the first signal processing unit 30 and sent to the second detection unit 40 by USN Zigbee communication.
  • This signal is then transmitted to the central control server 60 via the second signal processing unit 50 of the second detection unit 40 to the Internet network.
  • the signal detected by the seismograph 42 of the second detection unit 40 is processed by the second signal processor 50 and is transmitted to the central control server 60 in the same way over the Internet.
  • the central control server 60 processes the detection signal received through the driving of the diagnostic program 62, and determines whether it is an abnormal signal for damage to the pipe or for taking out the contents of the pipe. Piping damage or piping contents deodorization point information is generated to alert the user so that attempts to prevent damage to the piping or the contents of the piping contents can be prevented early.
  • the present invention refers to a transfer pipe station (equipment installed and pressurized at regular intervals for oil feed or pipe contents transfer), which facilitates supply of power and configuration of a network.
  • Pipe box or pressurized field ⁇ constitutes a seismograph 42 for predicting the oiling position or the position of pipe contents deodorization and a facility for transmitting the signal detected from the seismograph 42 to the central control server 60, the supply of power And between the seismometers 42, which are difficult to form a general network, vibration sensors 22 are installed at regular intervals to monitor pipe damage or attempts to seize pipe contents, and these signals are applied to both stations by applying ubiquitous technology.
  • the central control server 60 By being transmitted to the central control server 60 through the facility, it is characterized in that the real-time monitoring is possible at all times while minimizing the management personnel for monitoring the damage or deodorization of the pipe contents.
  • FIG. 3 is a view for explaining a ubiquitous based plumbing facility condition monitoring system according to a preferred embodiment of the present invention
  • Figure 4 is a view for explaining the operation of the ubiquitous based plumbing facility status monitoring system shown in FIG. 5 is a view for explaining a method of calculating the oiling point by the seismograph in the ubiquitous based plumbing facility state monitoring system according to a preferred embodiment of the present invention
  • Figure 6 is a ubiquitous based plumbing facility according to a preferred embodiment of the present invention
  • FIG. 7 is a view for explaining in detail the first detection unit to which USN technology is applied in the state monitoring system
  • FIG. 7 is a diagnostic program installed in the central control server in the ubiquitous based plumbing facility state monitoring system according to the preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a view for explaining an example of analyzing a signal of whether a pipe is damaged or oiled in the ubiquitous based plumbing facility status monitoring system according to a preferred embodiment
  • FIG. 9 is a ubiquitous based plumbing facility status constantly according to a preferred embodiment of the present invention. It is a figure for demonstrating an example which calculates a piping damage or oiling position in a monitoring system.
  • the ubiquitous based plumbing facility condition monitoring system 10 includes a first detection unit 20, a second detection unit 40, and a central control server 60. ), And collects drilling and excavation related minute signals in real time at all times in real time to find out whether the pipe is damaged or oiled and the location of oiling, and alarms when it is determined that the pipe damage or oiling, and the manager immediately Be prepared to cope.
  • the first detection unit 20 is installed at a predetermined interval in the transfer pipe (1) used as an oil pipe between the station and the station is installed for oil supply, the transfer pipe (1) And a first signal processor 30 for receiving and processing a detection signal from the vibration sensor 22 and transmitting the detected signal to the outside.
  • the first signal processing unit 30 of the first detection unit 20 amplifies and filters the detection signal input from the vibration sensor 22 (S100) to determine a frequency band of a predetermined range. It has an interface board 32 for outputting the abnormality detection signal (S110), the digital processing of the signal input from the interface board 32, and to be transmitted (S120) to the outside through ZigBee communication (S120) It has an NN 34 (USN Sensor Node).
  • the wireless LAN bridge 36 for wireless transmission and reception of detection signals and video signals, the infrared camera 70 for capturing the monitoring range of the first detection unit 20, and the first detection unit 20 are required. It has a solar cell 80 for supplying power.
  • the first detection unit 20 is installed at regular intervals within the transfer pipe station section, which is difficult to supply commercial power, and collects and amplifies, in real time, the fine signals related to drilling and excavation generated in the event of pipe damage or oiling in real time. Then, the transmission to the second detection unit 40 of both stations connected to the central control server 60 via the Internet (S130).
  • the first detection unit 20 may attempt to damage or oil the pipe by installing the USN sensor node 34 at a predetermined interval (about 500 m; of course, such interval can be adjusted as necessary) in the transfer pipe.
  • a predetermined interval about 500 m; of course, such interval can be adjusted as necessary
  • the vibration sensor 22 can be selected according to the characteristics of the expected abnormal signal, and as shown in FIG. 6, the relay node 30 'using USN technology. It is installed to enable real-time multi-information collection through networking between the first detection unit 20.
  • the infrared signal using the USN node 34 is controlled by the control signals S300 and S310 of the central control server 60.
  • the camera 70 photographs the vicinity of the transport pipe 1 in which the first detection unit 20 is installed, and transmits the video (S400, S410, S420) to the remote location ⁇ central control server 60 ⁇ . In case of piping damage or oiling, check it on site.
  • the signal processing and control of the USN node 34 may apply a generally implemented technique.
  • a band pass filter is used to analyze noise components and abnormal detection signals among the sensor output signal components. The following low frequencies and high frequencies above a certain level are blocked and only the abnormality detection signal is passed.
  • the raw data is collected by the embedded gateway 52 through the ADC (Analog to Digital Convert) of the USN node 34 and set using the Internet network. It is to be transmitted to the central control server 60 every hour.
  • the signal passing the second amplification is a form that can be transmitted immediately after a predetermined signal is detected through the comparator, and also to check the intermediate position between the USN sensor node on one side and the USN sensor node on the other side to determine the position.
  • some approximate location is possible through the standard time synchronization provided by the Internet.
  • the second detection unit 40 is provided at both stations of the transfer pipe 1, in which the first detection unit 20 is installed, respectively, and is attached to the transfer pipe 1, and an earthquake meter 42, And a second signal processor 50 for receiving and processing a detection signal input from the seismograph 42 and transmitting it to the outside, and receiving and transmitting the detection signal received from the first detection unit 20 to the outside.
  • the second signal processor 50 of the second detection unit 40 processes the signals S130 and S200 input from the seismograph 42 and the first detection unit 20,
  • the embedded gateway 52 (Embedded G / W) for transmitting (S210, S230) to the central control server 60 through the CDMA or Internet access LAN device module 56 is installed.
  • the wireless LAN bridge 36 for wireless transmission and reception of detection signals and video signals, an infrared camera 70 for capturing the monitoring range of the second detection unit 40, and a storage device for storing video information and the like.
  • Has 54 the method for providing the detection signal and the moving picture information is the same as that of the first detection unit 40 described above.
  • Such a second detection unit 40 is installed at both stations that are provided at regular intervals in the transfer pipe, and is used to predict the pipe damage or oiling position through the seismograph 42. That is, as shown in Figure 5, the method of determining the location of the oil intake attempt through the seismograph 32 when receiving the detection signal of the seismometer 32 installed on both sides of the station, the length of the transfer pipe between the stations (D) The time difference ⁇ t and the sound velocity v are variables. At this time, the equation related to the location of the attempt to take
  • v is a signal velocity
  • ⁇ t is a time interval when one seismometer and the other seismometer receive a signal after impact.
  • the distance d1 from the right station to the oiling attempt position can be obtained.
  • the central control server 60 has a diagnostic program 62 for detecting whether the transfer pipe 1 is in possession, and the detection received from the second detection unit 40 through the driving of the diagnostic program 62.
  • the signal is processed to obtain whether the transfer pipe 1 is damaged or oiled and the oiling position.
  • the central control server 60 receives the information collected by the first detection unit 20 and the second detection unit 40 by using an internet network, and attempts to carry out oiling through the diagnostic program 62 in real time. Analyze and diagnose. Of course, the analysis and diagnosis of the oiling attempt applied to the diagnostic program 62 will be made using a database already established. For example, as shown in FIG.
  • such a diagnostic program may apply a signal classification database having a search tree structure through signal analysis methods, quantification, and quantification, which are widely applied in related fields.
  • the abnormal signal of oiling attempt is a dominant defined by analyzing the vibration generated when directly drilling the transfer pipe or the vibration generated when digging the oil passage.
  • it may be to determine whether the pipe damage or oiling attempt based on the critical curve.
  • the calculation of the pipe damage or oiling position is primarily performed using the time difference when a signal arrives at each station as in the above-described calculation method.
  • a database of ⁇ Frequency, dt (reach time difference)> values collected at the time of oiling and the actual reference station is databased, and linear interpolation can be predicted from the databaseed information.
  • dt ach time difference
  • the ubiquitous based plumbing facility condition monitoring system can be applied to monitoring the deodorization of general pipe contents.
  • the ubiquitous based plumbing facility status monitoring system is illustrated according to the above description and drawings, but this is merely an example and is within the scope not departing from the technical spirit of the present invention. It will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications can be made in the art.
  • the ubiquitous based plumbing facility condition monitoring system according to the present invention is applicable to gas pipelines, water pipes, leachate transport pipes, etc., which are similar infrastructure facilities.
  • the present invention is installed at a predetermined interval between the station and the station is installed for transporting the contents of the pipe in the plumbing facility including the oil feed, and the vibration sensor 22 is installed attached to the transfer pipe (1)
  • a first detection unit (20) having a first signal processor (30) for receiving and processing the detection signal from the vibration sensor (22) and transmitting it to the outside; Seismographs 42 provided at both stations of the transfer pipe 1, in which the first detection unit 20 is installed, attached to the transfer pipe 1, and detected from the seismograph 42.
  • a second detection unit (40) having a second signal processor (50) for receiving and processing a signal and transmitting the signal to the outside and receiving and transmitting the detection signal received from the first detection unit (20); It has a diagnostic program 62 for detecting whether the pipe contents including pipe damage or oil loss of the transfer pipe (1), and received from the second detection unit 40 through the operation of the diagnostic program 62
  • the ubiquitous based plumbing facility status monitoring system characterized in that it comprises a central control server 60 for processing the detection signal to obtain whether the pipe damage or the contents of the pipe deodorization and the contents of the pipe deodorization process. It is set as the form for implementation of the invention.
  • the first signal processing unit 30 of the first detection unit 20 is an interface for amplifying and filtering the detection signal input from the vibration sensor 22 to output an abnormality detection signal of a predetermined frequency band range It is preferable to include a board 32 and a USN sensor 34 for digitally processing a signal input from the interface board 32 and transmitting the signal to the outside through ZigBee communication. .
  • the second detection unit 40 is an embedded gateway for processing the signal input from the seismograph 42 and the first detection unit 20, and transmits the signal to the central control server 60 through the Internet network It is preferable to provide 52 (Embedded G / W).
  • the first detection unit 20 includes an infrared camera 70 for photographing the monitoring range of the first detection unit 20, and an aspect for supplying power required for the first detection unit 20. It is preferable to further include a solar cell 80.
  • Ubiquitous based plumbing facility condition monitoring system so that the alarm can be quickly responded before the oil or pipe contents are deodorized, it is possible to respond quickly due to waste of resources, energy loss and oil leakage due to damage to the pipe or the contents of the pipes It is possible to prevent environmental pollution in advance, and in particular, even in areas where maintenance personnel are inaccessible or inaccessible, the sensor networking technology can be monitored in real time in almost every section, resulting in economical cost due to loss of oil contents. It can prevent damage and human damage, reduce environmental damage and recovery costs such as land and water quality due to leakage or leakage of pipe contents, and reduce labor costs and expenses due to patrol operation for monitoring the damage or deodorization of pipe contents. To be widely used in industrial sites Is expected.

Abstract

본 발명은 제 1검출 유니트 (20), 제 2검출 유니트 (40)및 중앙 제어서버 (60)를 구비하여, 배관손상 또는 배관내용물 탈취 시 발생되는 드릴링과 굴착 관련 미세신호를 실시간으로 상시 수집하여 도유 여부 및 위치를 정확하고 빠르게 감지하고, 배관손상 또는 도유로 판정되는 경우 경보를 울리고, 해당 관리자가 즉각적으로 대처할 수 있도록 한 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템 (10)이다.

Description

유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템
본 발명은 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 이송관을 임의로 파손시켜 이루어지는 배관손상 또는 배관 내용물 탈취의 위치를 정확하고 빠르게 감지하여 도유행위나 배관 내용물 탈취행위를 조기에 차단시킬 수 있도록 하므로써, 배관손상 또는 배관 내용물 탈취로 인한 자원낭비, 에너지 손실과 기름 혹은 가스 유출로 인한 환경오염을 사전에 예방할 수 있도록 하기 위한 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템에 관한 것이다.
이송관을 포함하는 배관시설 중 특히 송유관은 악천후나 도로 정체 등의 영향을 받지 않는 전천후 수송수단으로서, 유조차 운행으로 인한 문제점{도로 교통량, 도로파손, 배기가스에 의한 대기오염 등}을 해소하고, 유조선 사고로 인한 해양오염을 방지하며, 전시나 유사시 유류 수송시설로 적용될 수 있다는 점에서 광범위하게 확충되고 있는 사회기반시설이다.
이와 같은 송유관의 유지관리측면에서 가장 중요한 요소 중의 하나는 송유관의 누유를 효과적으로 방지하는 것이다. 이때, 송유관에서 발생되는 누유의 원인에는 송유관용 배관이 부식 등으로 노후화되어 배관의 파손으로 인해 기름이 누출되는 경우, 지진 등 지반의 변동에 의하여 배관이 손상되어 누출되는 경우, 송유관 도유 또는 임의의 제3자에 의해 손상되는 경우 등이 있다. 그리고, 송유관의 파손으로 인한 기름의 유출은 경제적인 손실뿐만아니라 유출 지역의 환경에도 큰 악영향을 미치게 된다.
이와 같은 송유관의 누유문제를 효과적으로 해결하고자 하기 위한 기술로, 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-0906922호 "유량계 측정오차를 보정하여 누유를 감지하는 방법 및 장치", 제10-0906937호 "4개지점에서 측정된 압력값으로부터 누유위치를 추정하는 방법 및 장치" 및 제10-0906936호 "송유관 내의 유종별 전달상수에 의한 양 지점간 감지시간의차이를 이용하는 누유위치 추정방법 및 장치" 등이 제안되어 있다.
한편, 일반적인 송유관의 누유문제는 지속적인 관리와 보수를 통해 어느 정도 예측하고 해소할 수 있으나, 송유관에 구멍을 내어 도유를 하는 경우에는 이와 같은 유지보수의 측면에서 예측이 불가능한 문제점이 있다. 특히, 유가가 급등하고, 경제상황의 악화와 실업률증가 등으로 인한 사회불안요인으로 인해 송유관을 훼손하고 도유하는 사건이 증가하고 있어 이를 초기에 검출하고 대응할 수 있는 방안이 요구되고 있다. 또한, 도유에 의한 기름 유출은 다른 경우의 송유관 파손과 달리 기름 유출을 초기에 막을 수 없기 때문에 기름의 대량 유출에 따른 토양 및 수질 등의 환경파괴를 최소화시킬 수 없는 문제점이 있는 것이다.
이와 같은 송유관 파손을 통한 도유의 문제는 종래기술을 적용해서 효과적으로 해결하기 어려운 문제점이 있다. 즉, 이들은 기본적으로 전술한 종래기술과 같이 유량/압력 변화에 따른 누수 검출 시스템(LDS; Leak Detection System)과 감시 제어 및 데이터 취득 시스템(SCADA; supervisory control and data acquisition)이 주로 적용되고 있는데, 이와 같은 종래기술은 도유가 이루어지고 난 다음의 누유에 대해서 감시가 이루어진다는 점에서 예측 불가능한 지점에서 임의적으로 발생되는 도유와 같은 경우 초기의 빠른 대응이 어려운 것이다.
따라서, 본 발명자는 송유관을 포함하는 배관시설의 파손 혹은 도유를 효과적으로 감지하기 위해서는 도유를 위한 송유관의 임의 파손을 정확하고 빠르게 감지하여 이에 대한 대책을 즉시 세우는 것이 가장 바람직한 방지책이라 판단하여 본 발명을 제안하게 되었다.
따라서 본 발명은 이와 같은 필요를 충족시키기 위해 제안된 것으로, 송유관을 비롯한 이송관을 임의로 파손시켜 이루어지는 도유나 배관 내용물 탈취 위치를 정확하고 빠르게 감지할 수 있도록 하는 새로운 형태의 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
특히, 본 발명은 유지보수인력이 상주하거나 접근하기 어려운 곳도 센서 네트워킹 기술을 통해 거의 모든 구간에 대해 실시간 상시적으로 각종 기계적, 전기적 신호를 분석해서 배관손상 또는 배관 내용물 탈취를 위한 이송관의 파손이 이루어지기 전에 배관손상 또는 배관 내용물 탈취 위치를 정확하고 빠르게 감지하여 도유행위나 탈취행위를 차단시킬 수 있도록 하므로써, 배관손상 또는 배관 내용물 탈취로 인한 자원 낭비, 에너지 손실과 기름 유출로 인한 환경오염을 사전에 예방할 수 있도록 할 수 있는 새로운 형태의 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명은 송유를 포함하는 배관시설의 배관 내용물 이송을 위해 설치되는 스테이션과 스테이션 사이에서 이송관(1)에 정해진 간격으로 설치되고, 상기 이송관(1)에 부착되어 설치되는 진동센서(22)와, 상기 진동센서(22)로부터 검출신호를 입력받아 처리하여 외부로 송신하기 위한 제 1 신호처리부(30)를 갖는 제 1 검출 유니트(20)와; 상기 제 1 검출 유니트(20)가 설치되는 이송관(1)의 양측 스테이션에 각각 설치되고, 상기 이송관(1)에 부착되어 설치되는 지진계(42)와, 상기 지진계(42)로부터 입력되는 검출신호를 입력받아 처리하여 외부로 송신하고 상기 제 1 검출 유니트(20)로부터 수신된 검출신호를 수신하여 외부로 송신하기 위한 제 2 신호처리부(50)를 갖는 제 2 검출 유니트(40) 및; 이송관(1)의 배관손상 또는 배관 내용물 탈취여부를 검출하기 위한 진단 프로그램(62)을 갖고, 상기 진단 프로그램(62)의 구동을 통해 상기 제 2 검출 유니트(40)로부터 수신된 검출신호를 처리하여 상기 이송관(1)의 배관 내용물 탈취 여부 및 배관 내용물 탈취 위치를 획득하기 위한 중앙 제어서버(60)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템에서 상기 제 1 검출 유니트(20)의 제 1 신호처리부(30)는 상기 진동센서(22)로부터 입력되는 검출신호를 증폭시키고, 필터링하여 정해진 범위의 주파수 대역의 이상감지신호를 출력시키기 위한 인터페이스 보드(32) 및, 상기 인터페이스 보드(32)로부터 입력되는 신호를 디지털 처리하고, 지그비(ZigBee) 통신을 통해 외부로 전송되도록 하기 위한 유에스엔 노드(34; USN Sensor Node)를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템에서 상기 제 2 검출 유니트(40)는 상기 지진계(42)와 상기 제 1 검출 유니트(20)로부터 입력되는 신호를 처리하고, 인터넷망을 통해 상기 중앙 제어서버(60)로 전송하기 위한 임베디드 게이트웨이(52; Embedded G/W)를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템에서 상기 제 1 검출 유니트(20)는 상기 제 1 검출 유니트(20)의 감시 범위를 촬영하기 위한 적외선 카메라(70) 및, 상기 제 1 검출 유니트(20)에 소요되는 전원을 공급하기 위한 태양 전지(80; solar cell)을 더 구비할 수 있다.
본 발명에 의한 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템에 의하면, 도유나 배관 내용물이 탈취 되기 전에 먼저 경보를 울려 신속하게 대응할 수 있도록 하므로 배관손상 또는 배관 내용물 탈취로 인한 자원 낭비, 에너지 손실과 기름 유출로 인한 환경오염을 사전에 예방할 수 있도록 한다. 특히, 유지보수인력이 상주하거나 접근하기 어려운 곳도 센서 네트워킹 기술을 통해 거의 모든 구간에 대해 실시간으로 감시할 수 있어 기름을 포함하는 배관 내용물의 손실로 인한 경제적 피해와 인명피해를 막을 수 있고, 누유나 배관 내용물 누출로 인한 토지 및 수질 등 환경파괴와 복구비용을 절감할 수 있다. 또한, 배관손상 또는 배관 내용물 탈취 감시를 위한 패트롤 운영에 따른 인건비 및 경비를 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 기술 사상에 따른 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템을 설명하기 위한 도면;
도 2는 도 1에서 보인 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템의 작용을 설명하기 위한 도면;
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템을 설명하기 위한 도면;
도 4는 도 3에서 보인 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템의 작용을 설명하기 위한 도면;
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템에서 지진계에 의한 도유 지점의 계산방법을 설명하기 위한 도면;
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템에서 USN 기술이 적용되는 제 1 검출 유니트를 상세히 설명하기 위한 도면;
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템에서 중앙 제어서버에 설치되는 진단 프로그램의 일례를 설명하기 위한 도면;
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템에서 배관손상 또는 도유 여부의 신호를 분석하는 일례를 설명하기 위한 도면;
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템에서 배관손상 또는 도유 위치를 계산하는 일례를 설명하기 위한 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 이송관
10 : 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템
20 : 제 1 검출 유니트 22 : 진동센서
30 : 제 1 신호 처리부 32 : 인터페이스 보드
34 : 유에스엔 노드(USN Sensor Node)
40 : 제 2 검출 유니트 42 : 지진계
50 : 제 2 신호 처리부 52 : 임베디스 게이트웨이
60 : 중앙 제어버서 62 : 진단 프로그램
70 : 적외선 카메라 80 : 태양 전지(Solar cell Module)
도 1은 본 발명의 기술 사상에 따른 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 도 1에서 보인 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템의 작용을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명은 유비쿼터스(u-IT; Ubiquitous Information Technology)를 이용하여 구성되는 배관시설 상태 상시 감시 시스템을 제공한다. 이와 같은 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템(10)은 제 1 검출 유니트(20), 제 2 검출 유니트(40) 및 중앙 제어서버(60)를 구비하여 이루어진다. 이때, 제 1 검출 유니트(20)는 이송관 스테이션(station; 파이프 박스) 사이의 이송관(1)에 부착설치되는 진동센서(22)와 USN 노드(센서노드)를 갖는 제 1 신호 처리부(30)를 구비하여, 배관손상 또는 배관 내용물 탈취 시 발생되는 드릴링과 굴착 관련 미세 신호를 실시간으로 상시 수집한다. 그리고, 제 2 검출 유니트(40)는 이송관 스테이션 양단에서 이송관에 부착설치되는 고정도의 지진계(42)와, Embedded G/W 및 CDMA 혹은 인터넷 접속 랜 장치 모듈 등을 갖는 제 2 신호 처리부(50)를 구비한다. 그리고, 중앙 제어서버(60)는 제 2 검출 유니트(40)로부터 전송받은 신호 정보{진동센서(22)와 지진계(42)의 검출 신호}들을 진단 프로그램(62)을 사용하여 배관손상 또는 배관 내용물 탈취 여부 및 도유나 배관 내용물 탈취 위치를 파악하고, 배관손상 또는 배관 내용물 탈취로 판정되는 경우 경보를 울리고, 해당 관리자가 즉각적으로 대처할 수 있도록 한다.
본 발명에 적용되는 USN은 어느 곳에나 부착된 태그와 센서로부터 사물 및 환경 정보를 감지, 저장, 가공하여 인터넷을 통해 전달하는 기술로 현재 다양한 산업분야에 적용하기 위한 기술로 개발되고 있다. 이때, 센서노드는 USN을 구성하는 가장 기본적인 요소로 기존 RFID 기술에 비하여 가장 큰 장점은 센서로부터 주위 환경을 모니터링 하면서 최적의 네트워크를 구성 및 기존의 유무선 통신 기술을 이용하여 사용자가 원하는 네트워크 구성이 가능하다는 것이다. 본 발명은 송유관을 포함하는 이송관에 센서를 설치해 중앙통제센터에서 실시간으로 전송되는 정보를 바탕으로 배관손상 또는 배관 내용물이 탈취되는 것을 확인할 수 있도록 한다. 즉, 도유범이나 탈취범이 송유를 포함하는 배관 내용물 이송을 위한 배관에 용접과 드릴링을 하게 될 경우 발생하게 되는 각종 주파수의 신호를 감지하고, 이 신호들을 수집하여 USN 노드를 통하여 중앙통제센터에 전송하게 되며, 중앙통제센터에서는 배관손상 또는 배관 내용물 탈취 시 발생하는 신호음의 패턴화 처리를 통해 환경소음(ambient noise)과 분류시킴으로써 실시간으로 이송관을 감시한다.
이와 같은 본 발명에 따르면, 도 2에서 보는 바와 같이, 제 1 검출 유니트(20)의 진동센서(22)에서 감지되는 신호{이송관에 배관손상 또는 배관 내용물 탈취를 위한 구멍을 형성시킬 때 발생되는 드릴 등의 충격음}는 제 1 신호 처리부(30)를 통해 처리되어 USN 지그비 통신으로 제 2 검출 유니트(40)로 송출된다. 그리고, 이 신호는 제 2 검출 유니트(40)의 제 2 신호처리부(50)를 통해 인터넷망으로 중앙 제어서버(60)에 전송된다. 물론, 제 2 검출 유니트(40)의 지진계(42)에서 검출된 신호는 제 2 신호 처리부(50)에서 처리되어 동일하게 인터넷망으로 중앙 제어서버(60)에 전송된다. 중앙 제어서버(60)는 진단 프로그램(62)의 구동을 통해 수신된 검출신호를 처리하고, 배관손상 또는 배관 내용물 탈취를 위한 이상신호인지를 판단하게 되며, 그 검출신호가 이상신호로 판단되면, 배관손상 또는 배관 내용물 탈취 지점정보를 형성하여 경보를 발령하므로써, 배관손상 또는 배관 내용물 탈취 시도를 초기에 막을 수 있도록 한다.
본 발명은 이와 같이 전원의 공급과 네트워크의 구성이 용이한 이송관 스테이션{송유나 배관 내용물 이송을 위해 일정구간마다 설치되어 가압시키기 위한 설비를 총칭한다; 파이프 박스 또는 가압장}에는 도유 위치나 배관 내용물 탈취 위치를 예측하기 위한 지진계(42) 및 이 지진계(42)로부터 감지된 신호를 중앙 제어서버(60)로 전송하기 위한 설비를 구성하고, 전원의 공급 및 일반적인 네트워크의 구성이 어려운 양측 지진계(42) 사이에는 배관손상 또는 배관 내용물 탈취 시도여부를 감시하기 위한 진동 센서(22)를 일정한 간격으로 설치하여 이들 신호가 유비쿼터스 기술이 적용되어 양측 스테이션에 설치된 전송 설비를 통해 중앙 제어서버(60)로 전송되도록 하므로써, 배관손상 또는 배관 내용물 탈취 감시를 위한 관리 인원을 최소화시키면서도 상시 실시간 감시가 가능하도록 하는 것을 특징으로 한다.
이하 도유 감시에 적용되는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면 도 3 내지 도 9에 의거하여 상세히 설명한다. 한편, 각 도면에서 일반적인 유비쿼터스 기술을 활용한 센싱기술, 통신을 위한 각종 장비 및 프로그램 및 그 과정, 서버 및 단말기를 구성하는 기본적인 기술적 구성 및 작용 등, 통상적인 기술로부터 용이하게 적용할 수 있는 기술적 내용에 대한 도시 및 상세한 설명은 이 분야의 종사자들이 용이하게 이해할 수 있는 부분들이므로 간략히 하거나 생략하고 본 발명과 관련된 부분들을 중심으로 도시하였다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 도 3에서 보인 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템의 작용을 설명하기 위한 도면이며, 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템에서 지진계에 의한 도유 지점의 계산방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템에서 USN 기술이 적용되는 제 1 검출 유니트를 상세히 설명하기 위한 도면이며, 도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템에서 중앙 제어서버에 설치되는 진단 프로그램의 일례를 설명하기 위한 도면이고, 도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템에서 배관손상 또는 도유 여부의 신호를 분석하는 일례를 설명하기 위한 도면이며, 도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템에서 배관손상 또는 도유 위치를 계산하는 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템(10)은 제 1 검출 유니트(20), 제 2 검출 유니트(40) 및 중앙 제어서버(60)를 구비하여, 도유시 발생되는 드릴링과 굴착 관련 미세 신호를 실시간으로 상시 수집하여 배관손상 또는 도유 여부 및 도유 위치를 파악하고, 배관손상 또는 도유로 판정되는 경우 경보를 울리고, 해당 관리자가 즉각적으로 대처할 수 있도록 한다.
이때, 도 3 및 도 4에서 보는 바와 같이, 제 1 검출 유니트(20)는 송유를 위해 설치되는 스테이션과 스테이션 사이에서 송유관으로 사용되는 이송관(1)에 정해진 간격으로 설치되고, 이송관(1)에 부착되어 설치되는 진동센서(22)와, 이 진동센서(22)로부터 검출신호를 입력받아 처리하여 외부로 송신하기 위한 제 1 신호처리부(30)를 갖는다.
좀 더 구체적으로, 본 실시예에서 제 1 검출 유니트(20)의 제 1 신호처리부(30)는 진동센서(22)로부터 입력(S100)되는 검출신호를 증폭시키고, 필터링하여 정해진 범위의 주파수 대역의 이상감지신호를 출력(S110)시키기 위한 인터페이스 보드(32)를 갖고, 이 인터페이스 보드(32)로부터 입력되는 신호를 디지털 처리하고, 지그비(ZigBee) 통신을 통해 외부로 전송(S120)되도록 하기 위한 유에스엔 노드(34; USN Sensor Node)를 갖는다. 그리고, 검출 신호 및 동영상 신호의 무선 송수신을 위한 무선 랜 브리지(36)와, 제 1 검출 유니트(20)의 감시 범위를 촬영하기 위한 적외선 카메라(70) 및, 제 1 검출 유니트(20)에 소요되는 전원을 공급하기 위한 태양 전지(80; solar cell)을 갖는다.
이와 같은 본 실시예에서 제 1 검출 유니트(20)는 상용전원 공급이 곤란한 이송관 스테이션 구간 내에 일정 간격으로 설치되어 배관손상 또는 도유 시도시 발생되는 드릴링과 굴착 관련 미세 신호를 실시간으로 상시 수집하고 증폭한 후, 인터넷망으로 중앙 제어서버(60)와 연결된 양측 스테이션의 제 2 검출 유니트(40)로 송출(S130)하게 된다.
이와 같은 제 1 검출 유니트(20)는 이송관 배관에 일정한 간격(500m 내외; 물론 이와 같은 간격은 필요에 따라 조정될 수 있는 것이다)으로 USN 센서 노드(34)를 설치하여 배관손상 또는 도유를 시도할 때 발생할 수 있는 각종 신호의 종류를 정량화 계량화하여 USN 기술과 진동센서(22)를 결합하여 이상 신호 감지 센서 망을 구축하는 것이다. 즉, 제 1 검출 유니트(20)를 구성함에 있어서 진동센서(22)는 예상되는 이상 신호의 특성에 따라 선정될 수 있고, 도 6에서 보는 바와 같이, USN 기술을 이용되는 중계노드(30')를 설치하여 제 1 검출 유니트(20) 간 네트워킹을 통해 실시간 멀티 정보 수집이 가능하도록 한다. 그리고, 진동센서(32)에서 이상 신호가 감지되면, 도 4에서 보는 바와 같이, 중앙 제어서버(60)의 제어신호(S300, S310; PTZ 제어신호)에 의해 USN 노드(34)를 활용하여 적외선 카메라(70)를 통해 해당 제 1 검출 유니트(20)가 설치되는 이송관(1)의 인근을 촬영하고, 이 동영상을 전송(S400, S410, S420)하여 원격지{중앙 제어서버(60)}에서 확인할 수 있도록 함으로써 배관손상 또는 도유 발생시 직접 현장에 가서 확인할 수 있도록 한다.
이때, USN 노드(34)의 신호처리 및 제어는 일반적으로 구현된 기술을 적용할 수 있을 것이다. 예컨대, 진동센서(22)의 출력신호는 소신호이므로, 1차 소신호를 증폭한 후, 센서출력신호 성분 중 노이즈 성분과 이상감지신호 분석을 위해 대역통과필터(band pass filter)를 사용하여 일정 이하의 저주파 및 일정 이상의 고주파는 차단하고 이상감지신호만이 통과되도록 한다. 그리고, 이 출력신호의 감도를 높이기 위해 2차 증폭 후, raw data는 USN 노드(34)의 ADC(Analog to Digital Convert)를 통해 임베디스 게이트웨이(52)에 수집하여, 인터넷망을 이용하여, 설정시간마다 중앙 제어서버(60)에 전송되도록 한다. 여기서, 2차 증폭을 통과한 신호는 비교기를 통해 일정이상의 신호가 감지되면, 곧바로 비상전송 가능한 형태이며, 아울러, 위치파악을 위해 일측의 USN 센서 노드와 타측의 USN 센서 노드의 중간위치 확인을 위하여, 인터넷에서 제공하는 표준시간 동기를 통해 어느 정도의 근사 위치파악이 가능한 것이다.
한편, 제 2 검출 유니트(40)는 제 1 검출 유니트(20)가 설치되는 이송관(1)의 양측 스테이션에 각각 설치되고, 이송관(1)에 부착되어 설치되는 지진계(42)와, 이 지진계(42)로부터 입력되는 검출신호를 입력받아 처리하여 외부로 송신하고 제 1 검출 유니트(20)로부터 수신된 검출신호를 수신하여 외부로 송신하기 위한 제 2 신호처리부(50)를 갖는다.
좀 더 구체적으로, 본 실시예에서 제 2 검출 유니트(40)의 제 2 신호처리부(50)는 지진계(42)와 제 1 검출 유니트(20)로부터 입력되는 신호(S130, S200)를 처리하고, CDMA 혹은 인터넷 접속 랜 장치 모듈(56)을 통해 중앙 제어서버(60)로 전송(S210, S230)하기 위한 임베디드 게이트웨이(52; Embedded G/W)가 설치된다. 그리고, 검출 신호 및 동영상 신호의 무선 송수신을 위한 무선 랜 브리지(36)와, 제 2 검출 유니트(40)의 감시 범위를 촬영하기 위한 적외선 카메라(70) 및, 동영상 정보 등을 저장하기 위한 저장장치(54)를 갖는다. 물론, 검출신호와 동영상 정보를 제공하는 방법은 전술한 제 1 검출 유니트(40)와 동일하게 이루어진다.
이와 같은 제 2 검출 유니트(40)는 이송관 배관에 일정한 간격으로 설치되는 양측의 스테이션에 설치되어, 지진계(42)를 통해 배관손상 또는 도유 위치를 예측하기 위해 사용된다. 즉, 도 5에서 보는 바와 같이, 지진계(32)를 통한 도유시도 위치를 파악하는 방법은 스테이션 사이의 이송관 전체 길이(D), 스테이션의 양측에 설치되는 지진계(32)의 검출신호를 받았을 때의 시간차(Δt), 음속(v)을 변수로 하여 이루어진다. 이때, 도유시도 위치 예측과 관련된 식은
Δd = d1 - d2 = v Δt ---- 식(1)
d1 = 1/2 [ D + v Δt ] ----- 식(2)
이때, v는 신호속도(signal velocity), Δt는 impact 후에 일측 지진계와 타측 지진계가 신호를 받았을 때의 시간 간격이다.
따라서, 이와 같은 방법에 의하면, 도 5를 기준으로 보았을 때, 오른쪽 스테이션에서 도유 시도 위치까지의 거리(d1)을 구할 수 있게 된다.
한편, 중앙 제어서버(60)는 이송관(1)의 도유여부를 검출하기 위한 진단 프로그램(62)을 갖고, 이 진단 프로그램(62)의 구동을 통해 제 2 검출 유니트(40)로부터 수신된 검출신호를 처리하여 상기 이송관(1)의 배관손상 또는 도유 여부 및 도유 위치를 획득한다. 이와 같은 중앙 제어서버(60)는 제 1 검출 유니트(20)와 제 2 검출 유니트(40)에서 수집되는 정보를 인터넷망을 이용하여 전송 받고, 진단 프로그램(62)을 통해 도유 시도여부를 실시간으로 분석하고 진단하게 된다. 물론, 진단 프로그램(62)에 적용되는 도유 시도여부에 대한 분석 및 진단은 이미 구축된 데이터베이스를 활용하여 이루어질 것이다. 예컨대, 이와 같은 진단 프로그램은, 도 7에서 보는 바와 같이, 관련분야에 널리 적용되고 있는 신호 분석방법, 계량화 및 정량화를 통해 탐색트리 구조로 된 신호분류 데이터베이스를 적용할 수 있을 것이다. 그리고, 이와 같은 데이터베이스의 구성시 배관손상 또는 도유 여부신호의 분석방법에서 도유 시도의 이상신호는 이송관을 직접 드릴링 할 때 발생하는 진동이나 도유로를 굴착할 때 발생하는 진동을 분석하여 정의된 dominant parameter를 계산하고, 도 8에서 보는 바와 같이, critical curve를 기준으로 배관손상 또는 도유 시도 여부를 판단하도록 할 수 있을 것이다. 그리고, 배관손상 또는 도유 위치의 계산은 1차적으로 전술한 계산방법과 같이, 각 스테이션에 신호가 도달하는 시간차를 이용하여 계산을 수행하지만, 이 값은 실제와 차이가 발생할 수 있으므로, 도 9에서 보는 바와 같이, 도유 발생시 수집되는 <Frequency, dt(도달시간차)>값과 실제 기준 스테이션으로부터의 거리 정보를 데이터베이스화하고, 이 데이터베이스화된 정보로부터 linear interpolation으로 예측을 할 수 있도록 한다. 물론, 이와 같은 진단 프로그램 및 그에 적용되는 데이터베이스의 구성은 이 분야 및 관련분야의 기술로부터 다양하게 구성할 수 있는 것이므로, 상세한 설명은 생략한다.
한편, 상기와 달리 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템은 일반적인 배관 내용물 탈취 감시에 적용될 수 있음은 물론이다.
상술한 바와 같은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 예컨대, 본 발명에 따른 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템은 유사한 기간시설인 가스관로, 수도관로, 침출수 이송관로 등에도 적용할 수 있는 것이다.
본 발명은 송유를 포함하는 배관시설의 배관 내용물 이송을 위해 설치되는 스테이션과 스테이션 사이에서 이송관(1)에 정해진 간격으로 설치되고, 상기 이송관(1)에 부착되어 설치되는 진동센서(22)와, 상기 진동센서(22)로부터 검출신호를 입력받아 처리하여 외부로 송신하기 위한 제 1 신호처리부(30)를 갖는 제 1 검출 유니트(20)와; 상기 제 1 검출 유니트(20)가 설치되는 이송관(1)의 양측 스테이션에 각각 설치되고, 상기 이송관(1)에 부착되어 설치되는 지진계(42)와, 상기 지진계(42)로부터 입력되는 검출신호를 입력받아 처리하여 외부로 송신하고 상기 제 1 검출 유니트(20)로부터 수신된 검출신호를 수신하여 외부로 송신하기 위한 제 2 신호처리부(50)를 갖는 제 2 검출 유니트(40) 및; 이송관(1)의 배관손상 또는 도유를 포함하는 배관 내용물 탈취여부를 검출하기 위한 진단 프로그램(62)을 갖고, 상기 진단 프로그램(62)의 구동을 통해 상기 제 2 검출 유니트(40)로부터 수신된 검출신호를 처리하여 상기 이송관(1)의 배관손상 또는 배관 내용물 탈취 여부 및 배관 내용물 탈취 위치를 획득하기 위한 중앙 제어서버(60)를 포함하는 것을 특징으로 하는 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템을 발명의 실시를 위한 형태로 한다.
한편, 상기 제 1 검출 유니트(20)의 제 1 신호처리부(30)는 상기 진동센서(22)로부터 입력되는 검출신호를 증폭시키고, 필터링하여 정해진 범위의 주파수 대역의 이상감지신호를 출력시키기 위한 인터페이스 보드(32) 및, 상기 인터페이스 보드(32)로부터 입력되는 신호를 디지털 처리하고, 지그비(ZigBee) 통신을 통해 외부로 전송되도록 하기 위한 유에스엔 노드(34; USN Sensor Node)를 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제 2 검출 유니트(40)는 상기 지진계(42)와 상기 제 1 검출 유니트(20)로부터 입력되는 신호를 처리하고, 인터넷망을 통해 상기 중앙 제어서버(60)로 전송하기 위한 임베디드 게이트웨이(52; Embedded G/W)를 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제 1 검출 유니트(20)는 상기 제 1 검출 유니트(20)의 감시 범위를 촬영하기 위한 적외선 카메라(70) 및, 상기 제 1 검출 유니트(20)에 소요되는 전원을 공급하기 위한 태양 전지(80; solar cell)을 더 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템은, 도유나 배관 내용물이 탈취 되기 전에 먼저 경보를 울려 신속하게 대응할 수 있도록 하므로 배관손상 또는 배관 내용물 탈취로 인한 자원 낭비, 에너지 손실과 기름 유출로 인한 환경오염을 사전에 예방할 수 있도록 하며, 특히, 유지보수인력이 상주하거나 접근하기 어려운 곳도 센서 네트워킹 기술을 통해 거의 모든 구간에 대해 실시간으로 감시할 수 있어 기름을 포함하는 배관 내용물의 손실로 인한 경제적 피해와 인명피해를 막을 수 있고, 누유나 배관 내용물 누출로 인한 토지 및 수질 등 환경파괴와 복구비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 배관손상 또는 배관 내용물 탈취 감시를 위한 패트롤 운영에 따른 인건비 및 경비를 절감할 수 있음에 따라, 산업현장에서 널리 사용될 것으로 기대된다.

Claims (4)

  1. 송유를 포함하는 배관시설의 배관 내용물 이송을 위해 설치되는 스테이션과 스테이션 사이에서 이송관(1)에 정해진 간격으로 설치되고, 상기 이송관(1)에 부착되어 설치되는 진동센서(22)와, 상기 진동센서(22)로부터 검출신호를 입력받아 처리하여 외부로 송신하기 위한 제 1 신호처리부(30)를 갖는 제 1 검출 유니트(20)와;
    상기 제 1 검출 유니트(20)가 설치되는 이송관(1)의 양측 스테이션에 각각 설치되고, 상기 이송관(1)에 부착되어 설치되는 지진계(42)와, 상기 지진계(42)로부터 입력되는 검출신호를 입력받아 처리하여 외부로 송신하고 상기 제 1 검출 유니트(20)로부터 수신된 검출신호를 수신하여 외부로 송신하기 위한 제 2 신호처리부(50)를 갖는 제 2 검출 유니트(40) 및;
    이송관(1)의 배관손상 또는 도유를 포함하는 배관 내용물 탈취여부를 검출하기 위한 진단 프로그램(62)을 갖고, 상기 진단 프로그램(62)의 구동을 통해 상기 제 2 검출 유니트(40)로부터 수신된 검출신호를 처리하여 상기 이송관(1)의 배관손상 또는 배관 내용물 탈취 여부 및 배관 내용물 탈취 위치를 획득하기 위한 중앙 제어서버(60)를 포함하는 것을 특징으로 하는 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 검출 유니트(20)의 제 1 신호처리부(30)는 상기 진동센서(22)로부터 입력되는 검출신호를 증폭시키고, 필터링하여 정해진 범위의 주파수 대역의 이상감지신호를 출력시키기 위한 인터페이스 보드(32) 및,
    상기 인터페이스 보드(32)로부터 입력되는 신호를 디지털 처리하고, 지그비(ZigBee) 통신을 통해 외부로 전송되도록 하기 위한 유에스엔 노드(34; USN Sensor Node)를 구비하는 것을 특징으로 하는 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 검출 유니트(40)는 상기 지진계(42)와 상기 제 1 검출 유니트(20)로부터 입력되는 신호를 처리하고, 인터넷망을 통해 상기 중앙 제어서버(60)로 전송하기 위한 임베디드 게이트웨이(52; Embedded G/W)를 구비하는 것을 특징으로 하는 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 검출 유니트(20)는 상기 제 1 검출 유니트(20)의 감시 범위를 촬영하기 위한 적외선 카메라(70) 및,
    상기 제 1 검출 유니트(20)에 소요되는 전원을 공급하기 위한 태양 전지(80; solar cell)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 유비쿼터스 기반 배관시설 상태 상시 감시 시스템.
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