KR101695001B1 - Embedded water management system with security features - Google Patents

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KR101695001B1
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Abstract

The present invention relates to an embedded water management system with a security function. The embedded water management system with a security function of the present invention comprises a small RTU terminal connected to a water management system to receive detection data measured by water management equipment, encrypting the received detection data, transmitting the encrypted data to an external water treatment server, and selectively controlling the water management equipment according to a control signal transmitted from the water treatment server. The small RTU terminal has an embedded system for realizing a small water management function, and makes it possible to separate an I/O monitoring module for monitoring a state and an I/O control module for control from each other, thereby providing a technique capable of separating a telemetering (TM) function and a telecontrol (TC) function, and performing the functions depending on a state monitoring purpose and control purpose.

Description

보안기능을 갖는 임베디드 물관리 시스템{EMBEDDED WATER MANAGEMENT SYSTEM WITH SECURITY FEATURES}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to an embedded water management system having a security function,

본 발명은 보안기능을 갖는 임베디드 물관리 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 물관리 장비와 연결되어 상기 물관리 장비를 통해 계측된 감지 데이터를 수신하고, 수신된 감지 데이터를 암호화 한 후 네트워크를 통해 외부의 수처리 서버로 전송하고, 상기 수처리 서버부터 전송된 제어신호에 따라 상기 물관리 장비를 선택적으로 제어하는 소형 RTU 단말을 구비함으로, 유지 보수의 편리성을 제공할 뿐 만 아니라, 데이터의 신뢰성을 향상시킬 수 있는, 보안기능을 갖는 임베디드 물관리 시스템에 관한 것이다.
The present invention relates to an embedded water management system having a security function, and more particularly, to an embedded water management system having a security function, and more particularly, to an embedded water management system having a security function, And a small RTU terminal for selectively controlling the water management equipment according to a control signal transmitted from the water treatment server, thereby providing not only convenience of maintenance but also reliability of data The present invention relates to an embedded water management system having a security function that can improve the security of the embedded water management system.

플랜트 등 대형 산업시설물은 작은 문제로도 발생할 수 있는 대규모 폭발 및 정전 등의 사고 위험에 늘 노출되어 있다. Large-scale industrial facilities, such as plants, are exposed to accidents such as large-scale explosions and power outages, which may be caused by small problems.

만약에 산업시설물 안에 있는 파이프에서 가스가 새거나, 전원의 부하가 걸리거나, 차단이 된 경우 관리자는 어떤 문제가 어디에 있는지를 가능한 빨리 알아야 하고, 그 문제를 해결할 수 있어야 산업시설물을 사고로 부터 예방하고 지킬 수 있게 된다. If a pipe in an industrial facility leaks gas, is under load, or is shut down, the administrator must know as soon as possible what the problem is and should be able to resolve it to prevent industrial accidents You can keep it.

한편, 종래부터 산업 시설물 중 저수지, 하천, 담수호, 다목적댐 등에 설치된 각종 수처리 시설물을 원격으로 관리하고 제어하기 위한 RTU(Remote Terminal unit) 단말이 설치되고 운용되고 있다. Conventionally, RTU (Remote Terminal Unit) terminals have been installed and operated for remotely managing and controlling water treatment facilities installed in reservoirs, rivers, fresh water lakes, multi-purpose dams, and the like among industrial facilities.

이러한 원격제어스테이션(remote control station)은 설치되는 물리적 또는 지역적 환경, 공급하는 제조업체의 제품 규격적 특이성 또는 검출장비의 센싱 또는 전송 특성 등에 따라 다양한 형태의 장비가 이용되고 있다. These remote control stations are used in various forms depending on the physical or local environment in which they are installed, the product specification specificity of the manufacturer supplied, or the sensing or transmission characteristics of the detection equipment.

하지만, 종래의 RTU(Remote Terminal unit) 단말은 수집된 수처리 관련 데이터를 별도의 보안 없이 원격의 수처리 서버 등으로 전송함으로 인해, 외부로부터 해킹 등이 있을 경우 수집된 수처리 관련 데이터가 분실 또는 훼손될 가능성이 존재하였고, 또한 넓은 지역의 대규모 시설물에 설치되고 운영됨으로 이를 유지 및 보수하는데 시간과 비용이 증가하는 문제점이 있었다.
However, since the conventional remote terminal unit (RTU) terminal transmits the collected water treatment related data to a remote water treatment server without any additional security, it is possible to prevent the data related to water treatment collected or damaged And it is installed and operated in a large-scale facility in a large area, so that it takes time and expense to maintain and repair it.

대한민국 공개특허 제2003-0095123호Korea Patent Publication No. 2003-0095123

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 물관리 장비와 연결되어 상기 물관리 장비를 통해 계측된 감지 데이터를 수신하고, 수신된 감지 데이터를 암호화 한 후 네트워크를 통해 외부의 수처리 서버로 전송하고, 상기 수처리 서버부터 전송된 제어신호에 따라 상기 물관리 장비를 선택적으로 제어하는 소형 RTU 단말을 구비함으로, 유지 보수의 편리성을 제공할 뿐 아니라 데이터의 신뢰성을 향상시킬 수 있는, 보안기능을 갖는 임베디드 물관리 시스템을 제공하는데 있다.
According to an aspect of the present invention, there is provided a method for controlling a water treatment system, comprising the steps of receiving sensed data measured by the water management device connected to a water management device, encrypting the received sensed data, And a small RTU terminal for selectively controlling the water management equipment according to a control signal transmitted from the water treatment server. Therefore, it is possible to provide a water treatment system capable of improving the reliability of data, Management system.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 보안기능을 갖는 임베디드 물관리 시스템은, 물관리 장비와 연결되어 상기 물관리 장비를 통해 계측된 감지 데이터를 수신하고, 수신된 감지 데이터를 암호화 한 후 네트워크를 통해 외부의 수처리 서버로 전송하고, 상기 수처리 서버부터 전송된 제어신호에 따라 상기 물관리 장비를 선택적으로 제어하는 소형 RTU 단말을 구비하되, 상기 소형 RTU 단말은 작은 규모의 물관리 기능을 구현하기 위한 임베디드 시스템(embedded system)을 구축하고, 상태감시를 위한 I/O 감시모듈과, 제어를 위한 I/O 제어모듈이 서로 분리 가능하도록 하여, 상태 감시 목적과 제어 목적에 따라 TM(Tele Metering) 기능 또는 TC(Tele Control) 기능을 분리하여 실시하는 기술을 제공한다.
According to another aspect of the present invention, there is provided an embedded water management system having a security function. The embedded water management system includes a controller for receiving sensed data measured by the water management apparatus, encrypting received sensing data, And a small RTU terminal for selectively controlling the water management equipment in accordance with a control signal transmitted from the water treatment server, wherein the small RTU terminal is provided with a water management function I / O monitoring module for condition monitoring and I / O control module for control can be separated from each other. TM (Tele Metering) function Or TC (Tele Control) function.

본 발명은 유지 보수의 편리성을 제공할 뿐 만 아니라, 데이터의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 기술적 효과가 있다.
The present invention not only provides convenience of maintenance, but also has a technical effect to improve the reliability of data.

도 1은 본 발명에 따른 보안기능을 갖는 임베디드 물관리 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 소형 RTU의 구성을 상세히 나타낸 것이다.
도 3a는 본 발명에 따른 경사형 수위계를 이용한 수위 측정 원리를 설명하기 위한 도면을 나타낸 것이다.
도 3b는 본 발명에 따른 경사형 수위계와 일반적인 수직형 수위계가 설치되어 운영되는 비교 실시예를 나타낸 것이다. FIG. 1 schematically shows a configuration of an embedded water management system having a security function according to the present invention.
FIG. 2 shows a detailed configuration of a small RTU according to the present invention.
FIG. 3A is a view for explaining the principle of water level measurement using an inclined water level gauge according to the present invention.
FIG. 3B shows a comparative embodiment in which an inclined water level meter and a general vertical water level meter according to the present invention are installed and operated.

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1은 본 발명에 따른 보안기능을 갖는 임베디드 물관리 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 것이다. FIG. 1 schematically shows a configuration of an embedded water management system having a security function according to the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 보안기능을 갖는 임베디드 물관리 시스템(100)은 소형 RTU 그룹(110), 암호화 모듈 그룹(120a), 복호화 모듈 그룹(120b) 및 수처리 서버(130)를 포함한다. 1, an embedded water management system 100 having a security function according to the present invention includes a small RTU group 110, an encryption module group 120a, a decryption module group 120b, and a water treatment server 130 do.

소형 RTU 그룹(110)은 복수개의 제1 sRTU(110-1) ~ 제N sRTU(110-N)을 포함하며, 이들 각각은 물관리 장비와 연결되어 해당 장비가 인지하거나 출력할 수 있는 전기 신호를 컴퓨터가 이해할 수 있는 디지털 신호로 상호 변환시키고, 소규모 단위로 각각의 물관리 장비를 제어 및 감시하는 역할을 수행한다. The small RTU group 110 includes a plurality of first sRTUs 110-1 to N-th SRTUs 110-N, each of which is connected to a water management device and receives an electric signal To a digital signal that can be understood by the computer, and to control and monitor each water management device on a small scale.

여기서 물관리 장비는 이를테면, 저수지, 하천, 담수호, 다목적댐 등에 설치된 수위계(10), 수문(20) 등을 포함할 수 있으며, 이 경우 소형 RTU 그룹(110)은 수위계(10)가 측정한 수위 데이터(d1) 및 수문(20)의 상태를 촬영한 수문 상태 데이터(d2)를 전송 받고, 필요시 수문(20)의 자동 개폐를 제어할 수 있다. Here, the water management equipment may include a water level meter 10 installed in a reservoir, a river, a fresh water lake, a multipurpose dam, a water gate 20 and the like. In this case, the small RTU group 110 may include water level data measured by the water level meter 10 (d1) and the state of the water gate (20) and controls the automatic opening and closing of the water gate (20) when necessary.

이를테면, 수문(20)이 서로 다른 구역에 복수 개 설치되어 있는 경우, 소형 RTU 단말은 각각의 센서로부터 수집된 각각의 수위 데이터 또는 수질 데이터(수질 센서가 설치된 경우) 등을 참조하여, 상, 하로 형성된 복수의 수문 중에서 최적 수질의 수심에 해당하는 수문만을 개방하도록 명령하는 수문제어 신호를 해당 수문으로 전송할 수 있다. For example, when a plurality of water gates 20 are installed in different areas, the small RTU terminal refers to each level data or water quality data (when water quality sensor is installed) collected from each sensor, A hydrological control signal instructing to open only hydrological gates corresponding to the water depths of the optimum water quality among a plurality of formed hydrological gates can be transmitted to the corresponding hydrological gates.

암호화 모듈 그룹(120a)은 복수개의 제1 암호화 모듈(120a-1) ~ 제N 암호화 모듈(120a-N)을 포함하며, 이들 각각은 제1 sRTU(110-1) ~ 제N sRTU(110-N)과 연계되어, 이들이 수집한 데이터들을 암호화 처리 한 후 네트워크(30)를 통해 복호화 모듈 그룹(120b)로 전송한다. The encryption module group 120a includes a plurality of first encryption modules 120a-1 to N-th encryption modules 120a-N, each of which includes a first sRTU 110-1 to an Nth sRTU 110- N, encrypts the collected data, and transmits the decrypted data to the decryption module group 120b through the network 30. [

여기서 네트워크(30)는 유선 통신망(PLC, RS-232C 등), 무선 통신망(3G, 4G, LTE, LTE-A 등) 및 인터넷, SNS(Social Network Service) 등을 사용할 수 있다. Here, the network 30 can use a wired communication network (PLC, RS-232C, etc.), a wireless communication network (3G, 4G, LTE, LTE-A, etc.), the Internet, and a social network service (SNS).

복호화 모듈 그룹(120b)은 네트워크(30)를 통해 수신된 암호화된 데이터들을 복호화 시켜 평문으로 작성한 후 수처리 서버(130)로 보낸다. The decryption module group 120b decrypts the encrypted data received through the network 30, creates the decrypted data in a plain text, and sends the decrypted data to the water treatment server 130. [

수처리 서버(130)는 복호화 모듈 그룹(120b)로부터 보안이 강화된 물관리 관련 정보(수위 데이터, 수문 상태 데이터 등)를 수신하여, 각각의 물관리 장비를 원격으로 관리 및 제어한다. The water treatment server 130 receives security-enhanced water management related information (water level data, hydrological condition data, etc.) from the decryption module group 120b, and remotely manages and controls each water management device.

이 경우 수처리 서버(130)는 수신된 상기 물관리 관련 정보를 저장매체인 디스크(하드 디스크 드라이브(Hard Disk Drive, HDD), 광 디스크 드라이브(Optical Disk Drive, ODD), 반도체 디스크(Solid State Disk, SSD) 등)에 블록단위 병렬 직접 저장방식으로 저장할 수 있다. In this case, the water treatment server 130 transmits the received water management related information to a disk (a hard disk drive (HDD), an optical disk drive (ODD), a solid disk, SSD), etc.) in a block-by-block parallel direct storage manner.

이를 부연설명 하면, 블록단위 병렬 직접 저장방식은, 보드의 고유의 MAC 주소 정보를 이용하여 각각의 디스크를 선택적으로 제어할 수 있고, 전송량과 프레임을 축소시키지 않고 그대로 유지한 채, 병렬적으로 각각의 디스크에 순차적으로 저장함으로써, 저장 속도를 빠르게 할 수 있게 된다. In addition, the block parallel direct storage method can selectively control each disk by using the unique MAC address information of the board, and it is possible to control each disk in parallel without decreasing the throughput and the frame size The storage speed can be increased.

이는 파일 단위 저장방식의 경우, 파일 시스템에서 패킷(packet) 전송 시 패킷의 불필요한 헤더(Header) 정보, 연속된 입출력(I/O) 신호의 발생, 전송량과 프레임이 축소된 채, 각 디스크에 병렬방식이 아닌 순차방식으로 저장함으로써, 저장 속도가 느린 것과 대비된다.In the case of the file unit storage method, unnecessary header information of a packet and a continuous input / output (I / O) signal are generated, a transmission amount and a frame are reduced while a file system transmits a packet, By storing in a sequential manner rather than in a sequential manner, the storage speed is slow compared to the slow.

도 2는 본 발명에 따른 소형 RTU의 구성을 상세히 나타낸 것이다. FIG. 2 shows a detailed configuration of a small RTU according to the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 소형 RTU 그룹(110)은 각각의 소형 RTU 마다 전원부(111), 통신부(112), 데이터 수신부(113), 데이터 보안 처리부(114) 및 제어부(115)를 포함한다. 2, the small RTU group 110 according to the present invention includes a power supply unit 111, a communication unit 112, a data reception unit 113, a data security processing unit 114, and a control unit 115 for each small RTU .

전원부(111)는 내부의 전기기기로 일정한 전력(power)을 공급하여 전기기기가 정상적인 작동을 구현할 수 있도록 해주는데, 이를테면 사용전원으로 9 ~ 30 VDC 사용하고, 소비 전력을 감소시키기 위해 슬립 모드(sleep mode) 기능을 구현할 수 있다. The power supply unit 111 supplies a constant power to the internal electric devices to enable normal operation of the electric devices. For example, the power supply unit uses 9 to 30 VDC as the power source, and sleep mode (sleep mode) function.

통신부(112)는 외부의 수처리 서버(130)와 통신을 수행하기 위한 인터페이스를 제공하는데, 이를테면 지그비(Zigbee), 알에프(RF), 와이파이(WiFi), 3G, 4G, LTE, LTE-A, 와이브로(Wireless Broadband Internet) 등의 무선통신, 또는 유선통신, 인터넷, SNS(Social Network Service) 등을 사용할 수 있다. The communication unit 112 provides an interface for performing communication with an external water treatment server 130. For example, the communication unit 112 may be a Zigbee, an RF, a WiFi, a 3G, a 4G, an LTE, (Wireless Broadband Internet), or wired communication, the Internet, and a Social Network Service (SNS).

데이터 수신부(113)는 외부의 수위계(10)가 측정한 수위 데이터(d1) 및 수문(20)의 상태를 촬영한 수문 상태 데이터(d2)를 실시간으로 수신한다. The data receiving unit 113 receives the water level data d1 measured by the external water level meter 10 and the water level status data d2 captured in real time in which the state of the water level 20 is photographed.

이 경우 수문(20)은 주변에 설치된 카메라들(돔 카메라, PTZ(Pan Tilt Zoom) 카메라, 디지털 카메라, 아날로그 카메라 등)에 의해 촬영되며, 촬영된 수문 상태 데이터(d2)는 AVB(Audio Video Bridge) 기반으로 수처리 서버(130)로 전송된다. In this case, the water gate 20 is photographed by surrounding cameras (dome camera, PTZ (Pan Tilt Zoom) camera, digital camera, analog camera, etc.) And transmitted to the water treatment server 130.

이를 부연설명하면, AVB(Audio Video Bridge)는 현재 IEEE 802.1 프로토콜을 통해 랜(LAN) 상에서 오디오 및 비디오 등 멀티미디어 스트림(stream)을 원활하게 전달하기 위한 전송 품질 보장형 기술을 제공하는데, 이 기술의 핵심은 브리지(bridge) 들의 클럭(clock)이 동기화되면 정확하게 원하는 시간에 일정한 시간 간격으로 일정한 크기의 이더넷 프레임을 브리지 사이에서 전달되게 할 수 있으므로, 이 기본 동작을 적절히 확장 적용하면 브리지 메시(Bridge Mesh)가 동기 트래픽(Synchronous Traffic)을 안정되게 전달하는 인프라로서 사용될 수 있다는 점이다. AVB (Audio Video Bridge) provides a transmission quality guarantee type technology for smoothly transmitting a multimedia stream such as audio and video over a LAN through the IEEE 802.1 protocol. The Bridge Mesh can be used to extend a certain amount of Ethernet frames to be transmitted between bridges at predetermined time intervals exactly at a desired time when the clocks of the bridges are synchronized. Can be used as an infrastructure for stably transmitting synchronous traffic.

데이터 보안 처리부(114)는 상기 데이터 수신부(113)가 수신한 수위 데이터(d1) 및 수문 상태 데이터(d2)를 암호화 시킨다. The data security processing unit 114 encrypts the level data d1 and the hydrological status data d2 received by the data receiving unit 113. [

이 경우 암호화 방법으로, 소정의 암호화 알고리즘(이를테면, ARIA(Academy Research Institute Agency), ECC(Elliptic Curve Cryptosystem) 등과 같은 경량 암호 알고리즘)을 탑재하고, 데이터의 무결성을 검증하기 위해 해쉬(hash) 값을 생성 등 암호화 관련 작업을 수행할 수 있다. In this case, a predetermined encryption algorithm (for example, a lightweight encryption algorithm such as ARIA (Academy Research Institute Agency), ECC (Elliptic Curve Cryptosystem), etc.) is loaded as an encryption method and a hash value You can perform encryption related tasks such as creation.

제어부(115)는 전원부(111), 통신부(112), 데이터 수신부(113) 및 데이터 보안 처리부(114)를 제어한다.The control unit 115 controls the power supply unit 111, the communication unit 112, the data reception unit 113, and the data security processing unit 114.

본 발명의 소형 RTU(small Remote Terminal Unit, sRTU)은 작은 규모의 특수한 물관리 기능을 구현하기 위한 임베디드 시스템(embedded system)을 구축하는데, 이를 구현하기 위해 이를테면, 박스 형태의 소형(2.95in(w)×6.3in(h)×4.4in(d)), 경량(450gram)의 외관을 갖도록 함이 바람직하다. The small remote terminal unit (sRTU) of the present invention constructs an embedded system for implementing a small-scale special water management function. To implement this, for example, a small (2.95in (w ) X 6.3 in (h) x 4.4 in (d)) and a light weight (450 grams).

이 경우 임베디드 시스템(embedded system)은 소형 I/O 모델이 일체형 타입으로 상태감시를 위한 I/O 감시모듈과, 제어를 위한 I/O 제어모듈이 서로 분리 가능하도록 하여, 상태 감시 목적과 제어 목적에 따라서 분리하여 이용 할 수 있는 방식을 가짐으로, 효과적인 물관리를 위한 TM(Tele Metering) 기능 또는 TC(Tele Control) 기능을 분리하여 실시할 수 있는 장점을 갖는다. In this case, the embedded system is a compact I / O model which is an integrated type, and can be separated from the I / O monitoring module for status monitoring and the I / O control module for control, (Tele-Metering) function or TC (Tele Control) function for effective water management can be performed separately.

한편 임베디드 시스템(embedded system)은 필요에 따라 분리된 모듈들을 함께 사용함으로 통합적인 물관리 기능을 구현할 수도 있다. Meanwhile, the embedded system can implement integrated water management functions by using separate modules as needed.

또한 본 발명은 임베디드 시스템(embedded system)을 구축함으로, 아래와 같은 하드웨어(H/W) 또는 소프트웨어(S/W) 적으로 유지 관리를 효율적으로 수행할 수 있다. Also, since the present invention implements an embedded system, it is possible to efficiently perform maintenance on the following hardware (H / W) or software (S / W).

이를테면 하드웨어(H/W) 적으로는 1)배선의 단선, 단락, 단자부식, 접속상태 2)절연, 접지저항 측정 3)보호기 (전원, 신호) 동작상태 4)공급 및 출력 전압/전류 정격상태 5)시스템 외관손상, 분해, 청소, 복구 6)시스템 정상 작동 상태(LED 상태 확인) 7)부식, 습기, 먼지 상태 점검 8)터미널 보드 접속 상태 등을 점검할 수 있다. For example, in hardware (H / W), 1) wiring break, short circuit, terminal corrosion, connection 2) insulation, ground resistance measurement 3) protective device (power supply, 5) System damage, disassembly, cleaning and repair 6) System operation status (LED status check) 7) Corrosion, moisture and dust condition check 8) Terminal board connection status can be checked.

소프트웨어(S/W) 적으로는 1)각종 채널, 포트 동작상태 2)시스템 환경(Configuration) 및 파라미터 설정상태 3)시스템 시피유(CPU) 업데이트 상태 4)시스템 로그(Log) 파일 분석 5)시스템 디버깅 및 업/다운로딩 등을 점검할 수 있다. In terms of software (S / W), 1) Various channel and port operation status 2) System configuration and parameter setting status 3) CPU update status 4) System log analysis 5) System debugging And up / down loading.

도 3a는 본 발명에 따른 경사형 수위계를 이용한 수위 측정 원리를 설명하기 위한 도면을 나타낸 것이다. FIG. 3A is a view for explaining the principle of water level measurement using an inclined water level gauge according to the present invention.

본 발명에 따른 경사형 수위계(10a)는 이를테면, 경사형 레이저 수위 측정기를 사용함으로, 해수면 높이 측정, 파고 측정, 저수지 수위 감시, 강 수위 변화감시 등을 수행할 수 있는데, 이하 경사형 레이저 수위 측정기의 특징 및 이를 이용한 측정 방법을 설명한다. The inclined water gauge 10a according to the present invention can measure the height of the sea surface, measure the height of the water surface, monitor the level of the reservoir, monitor the change of the water level, and the like by using an inclined laser level gauge. And a measuring method using the same will be described.

경사형 레이저 수위 측정기는 비-접촉식 방식으로 수표면까지의 거리(이를테면, 0.2m ~ 70m)를 측정하여 수위를 계산하는 장비로, 적외선 레이저 펄스(이를테면, 파장 905nm, 측정주기 50 ~ 5000 mSec)가 목표지점까지 도달하는 시간을 매우 정밀한 내부 타이머로 측정하고, 반복적인 계측결과를 평균하여 그 결과를 출력한다.The tilted laser level gauge is a non-contact type measuring device that calculates the water level by measuring the distance to the water surface (for example, from 0.2m to 70m). It uses an infrared laser pulse (such as a wavelength of 905nm, ) Reaches the target point with a very precise internal timer, averages the repeated measurement results, and outputs the result.

그리고 수표면의 반사계수는 매우 낮고, 산란되거나 흡수되기 때문에 일반적인 방법으로는 측정할 수 없지만, 경사형 레이저 수위 측정기는 아주 작은 빛 에너지도 축적하여 특수한 신호처리 기법(Beam Storage)을 적용하여 수표면까지의 거리를 측정할 수 있다.Since the reflection coefficient of the water surface is very low, it can not be measured by the general method because it is scattered or absorbed, but the gradient type laser water level meter also accumulates very little light energy and applies a special signal processing technique (Beam Storage) Can be measured.

경사형 레이저 수위 측정기는 종래의 다른 수위측정 방식과 달리 비-접촉, 경사로 설치할 수 있어(도 3b 참조), 설치 및 유지보수 비용이 획기적으로 절감 될 수 있는 장점을 갖는다. The inclined laser level gauge can be installed in a non-contact or inclined manner differently from other conventional water level measuring methods (see FIG. 3B), and the installation and maintenance cost can be drastically reduced.

또한 경사형 레이저 수위 측정기는 온도와 밀도의 변화, 공정의 진동, 교반의 영향, 부식, 거품, 분진, 입사각, 유전율의 영향이 없고, 자기진단 기능으로 문제점을 파악함으로 별도의 교정이 필요 없고, 아날로그 출력(4-20mA 출력), 시리얼 통신출력(RS-232C), 스위칭 출력(RS-485) 등을 제공하는 장점을 갖는다. In addition, the inclined laser level gauge is free from the influence of changes in temperature and density, process vibration, agitation, corrosion, foam, dust, incident angle and permittivity, It has the advantage of providing analog output (4-20mA output), serial communication output (RS-232C), switching output (RS-485).

이하 본 발명에 따른 경사형 수위계(10a)를 이용하여 수위를 측정하는 방법에 대해 설명한다. Hereinafter, a method of measuring the water level using the water level meter 10a according to the present invention will be described.

도 3a를 참조하면, 해발 0m의 기준면(S2)으로부터 수직으로 일정한 높이에 경사형 수위계(10a)가 설치된 높이를 h라 하고, 상기 경사형 수위계(10a)가 수표면(S1)을 향해 일정 각도(θ)를 갖는 경우, 경사형 수위계(10a)의 빔(beam)의 방사방향으로부터 수표면(S1)까지의 측정거리를 d라 하면, 수위 H 즉 수표면(S1)으로부터 기준면(S2)까지의 수직거리는 하기 수학식1로 표현된다. 3A, the height at which the inclined water level meter 10a is installed vertically at a predetermined height from the reference surface S2 of 0 m above sea level is h, and the inclined water level meter 10a measures a constant angle the water level H, that is, the distance from the water surface S1 to the reference surface S2 is defined as d, when the distance from the radiation direction of the beam of the water level gauge 10a to the water surface S1 is d, Is expressed by the following equation (1).

Figure 112016063657615-pat00001
Figure 112016063657615-pat00001

이를테면, 수위계 설치높이 h = 6.03m, 경사 각도 θ = 72.42분('), 측정거리 d = 13.73m 이면, H = h - (d × cosθ) = 6.03-(13.73 × cos72.42) = 1.88m로 주어진다. For example, H = h- (d x cos?) = 6.03- (13.73 x cos 72.42) = 1.88m when the height of the water gauge installation h = 6.03m, the inclination angle? = 72.42min .

여기서, 측정거리 d는 레이저 펄스의 왕복 시간차(t), 레이저 빔의 속도(c = 3 ×108 m/s2)를 이용하면, 앞에서 설명한 경사형 레이저 수위 측정기의 측정 방식에 따라 하기 수학식2로 표현된다. Here, when the measurement distance d is the reciprocal time difference (t) of the laser pulse and the velocity of the laser beam (c = 3 x 10 8 m / s 2 ) 2 < / RTI >

Figure 112016063657615-pat00002
Figure 112016063657615-pat00002

도 3b는 본 발명에 따른 경사형 수위계와 일반적인 수직형 수위계가 설치되어 운영되는 비교 실시예를 나타낸 것이다. FIG. 3B shows a comparative embodiment in which an inclined water level meter and a general vertical water level meter according to the present invention are installed and operated.

도 3b를 참조하면, 동일한 지역에서 일정한 시간 간격을 두고(동일 조건), 본 발명에 따른 경사형 수위계를 사용하여 수위를 측정한 결과를 하기 표1로, 일반적인 수직형 수위계를 사용하여 수위를 측정한 결과를 하기 표2로 나타내었다. Referring to FIG. 3B, the water level was measured using the inclined water level gauge according to the present invention at regular intervals (same conditions) in the same area, and the results are shown in Table 1 below. The water level was measured using a general vertical water level meter The results are shown in Table 2 below.

Figure 112016063657615-pat00003
Figure 112016063657615-pat00003

Figure 112016063657615-pat00004
Figure 112016063657615-pat00004

표1 및 표2를 참조하면, 동일한 지역에 대해 동일 시간(이를테면, 2012-09-09 00 : 00 : 00)에 측정된 각각의 수위(붉은색 표시 참조)는 본 발명에 따른 경사형 수위계를 사용한 경우, -0.639631752m을 나타내었고, 일반적인 수직형 수위계를 사용한 경우 -0.62m을 나타내었다.Referring to Tables 1 and 2, the respective water level (see red color) measured at the same time (for example, 2012-09-09 00: 00: 00) for the same area represents the inclined water level according to the present invention In case of using, it showed -0.639631752m, and it showed -0.62m when using general vertical water level meter.

이는 본 발명에 따른 경사형 수위계는 일반적인 수직형 수위계에 비해 설치및 관리가 용이할 뿐 만 아니라, 측정 데이터도 보다 신뢰성 있는 자료를 제공함을 알 수 있다.  It can be seen that the inclined water level gauge according to the present invention is easier to install and manage than a general vertical water level gauge, and also provides more reliable measurement data.

즉 본 발명에 따른 경사형 수위계는 바람직하게는, 해발 0m의 기준면(S2)으로부터 수직으로 일정한 높이 즉 일정한 길이와 폭을 갖는 원통형 폴(pole)의 머리 꼭대기 부분에 설치됨으로(도 3a, 도 3b 참조), 일정한 경사각을 갖고 자유로이 회전 가능하여, 임의 방향에서 수표면의 수위를 측정함으로, 주변의 환경(설치장소, 기상조건, 파도 등)에 덜 영향을 받고 안정적인 수위 데이터를 취득할 수 있는 장점을 갖는다. That is, the inclined water level meter according to the present invention is preferably installed at the top of a cylindrical pole having a constant height, that is, a constant length and width, vertically from a reference plane S2 at 0 m above sea level ), It is freely rotatable with a certain inclination angle, and the water level of the water surface is measured in an arbitrary direction, thereby obtaining the stable water level data which is less influenced by the surrounding environment (installation place, weather condition, wave, etc.) Respectively.

반면 일반적인 수직형 수위계는 수표면에 대해 수직방향으로만 수위 데이터를 측정할 수 있는 제약으로 인해, 설치 장소도 주변의 환경(설치장소, 기상조건, 파도 등)에 영향을 많이 받아(도 3b 참조), 설치 및 유지 보수가 힘들 뿐 만 아니라 자칫 높은 파도로 인해 파손이 된 경우에 수위 데이터를 취득하지 못하는 경우가 발생되어 데이터 신뢰성에 문제가 발생될 소지가 있다. On the other hand, since the general vertical type water level meter is limited in that the water level data can be measured only in the vertical direction with respect to the water surface, the installation place is also influenced by the surrounding environment (installation place, weather condition, wave, etc.) In addition, it is difficult to install and maintain the water level data. In addition, when the water level is damaged due to high waves, the water level data may not be obtained, which may cause data reliability problems.

이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be the most practical and preferred embodiment, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit of the invention.

110 : 소형 RTU 그룹
111 : 전원부
112 : 통신부
113 : 데이터 수신부
114 : 데이터 보안처리부
115 : 제어부
120a : 암호화 모듈 그룹
120b : 복호화 모듈 그룹
130 : 수처리 서버
10 : 수위계
20 : 수문
30 : 네트워크110: Small RTU group
111:
112:
113: Data receiving unit
114: Data security processing unit
115:
120a: Encryption module group
120b: decryption module group
130: Water treatment server
10: Water gauge
20: Water gate
30: Network

Claims (8)

물관리 장비와 연결되어 상기 물관리 장비를 통해 계측된 감지 데이터를 수신하고, 수신된 감지 데이터를 암호화 한 후 네트워크를 통해 외부의 수처리 서버로 전송하고, 상기 수처리 서버부터 전송된 제어신호에 따라 상기 물관리 장비를 선택적으로 제어하는 소형 RTU 단말을 구비하되,
상기 소형 RTU 단말은 작은 규모의 물관리 기능을 구현하기 위한 임베디드 시스템(embedded system)을 구축하고, 상태감시를 위한 I/O 감시모듈과, 제어를 위한 I/O 제어모듈이 서로 분리 가능하도록 하여, 상태 감시 목적과 제어 목적에 따라 TM(Tele Metering) 기능 또는 TC(Tele Control) 기능을 분리하여 실시하고,
상기 물관리 장비는 수위계 및 수문을 포함하며,
상기 수위계가 측정한 수위 데이터 및 상기 수문의 상태를 촬영한 수문 상태 데이터는 AVB(Audio Video Bridge) 기반으로 상기 수처리 서버로 전송되고, 상기 수처리 서버에 블록단위 병렬 직접 저장방식으로 저장되며,
상기 수위계는,
경사형 레이저 수위 측정기를 사용하여, 하기 수학식,
Figure 112016101017685-pat00010

(여기서, h는 경사형 레이저 수위 측정기가 해발 0m의 기준면으로부터 수직으로 설치된 높이, d는 경사형 레이저 수위 측정기의 빔의 방사방향으로부터 수표면까지의 측정거리, θ는 수위 측정 각도, H는 상기 수표면으로부터 상기 기준면까지의 수직거리)
따라 수위(H)를 측정하는 것을 특징으로 하는 보안기능을 갖는 임베디드 물관리 시스템.A control unit for receiving the sensed data measured by the water management equipment in connection with the water management equipment, encrypting the sensed data received and transmitting the sensed data to an external water treatment server via a network, A small RTU terminal for selectively controlling water management equipment,
The small RTU terminal has an embedded system for implementing a small-scale water management function, and an I / O monitoring module for status monitoring and an I / O control module for control can be separated from each other , TM (Tele Metering) function or TC (Tele Control) function is separated according to the purpose of status monitoring and control purpose,
The water management equipment includes a water level meter and a water gate,
The water level data measured by the water level meter and the hydrological condition data of the water canal state data are transmitted to the water treatment server based on AVB (Audio Video Bridge), stored in the water treatment server in a block unit parallel direct storage manner,
The water level meter,
Using an inclined laser level gauge,
Figure 112016101017685-pat00010

(Where h is the height at which the oblique laser level gauge is vertically installed from the reference plane at 0 m above sea level, d is the measurement distance from the radiation direction of the beam of the oblique laser level gauge to the water surface, Vertical distance from the water surface to the reference plane)
And the water level (H) is measured in accordance with the detected water level. 제 1항에 있어서, 상기 소형 RTU 단말은,
내부의 전기기기로 일정한 전력(power)을 공급하는 전원부;
상기 수처리 서버와 통신을 수행하기 위한 인터페이스를 제공하는 통신부;
상기 물관리 장비를 통해 계측된 감지 데이터를 실시간으로 수신하는 데이터 수신부;
상기 데이터 수신부가 수신한 감지 데이터를 암호화 시키는 데이터 보안 처리부; 및
상기 전원부, 상기 통신부, 상기 데이터 수신부 및 상기 데이터 보안 처리부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 보안기능을 갖는 임베디드 물관리 시스템.The terminal of claim 1, wherein the small RTU terminal comprises:
A power supply unit for supplying a constant power to an internal electric device;
A communication unit for providing an interface for performing communication with the water treatment server;
A data receiving unit for receiving the sensed data measured through the water management equipment in real time;
A data security processing unit for encrypting the sensing data received by the data receiving unit; And
And a control unit for controlling the power unit, the communication unit, the data receiving unit, and the data security processing unit. 제 2항에 있어서, 상기 통신부는,
3G, 4G, LTE 또는 LTE-A의 무선통신을 사용하는 것을 특징으로 하는 보안기능을 갖는 임베디드 물관리 시스템.The communication system according to claim 2,
3G, 4G, LTE, or LTE-A. ≪ / RTI > 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서, 상기 경사형 레이저 수위 측정기는,
일정한 경사각을 갖고 자유로이 회전 가능하여, 임의 방향에서 수표면의 수위를 측정할 수 있도록, 폴(pole)의 꼭대기에 설치되는 것을 특징으로 하는 보안기능을 갖는 임베디드 물관리 시스템.The apparatus according to claim 1, wherein the gradient type laser water level meter comprises:
Wherein the sensor is installed at the top of the pole so that the water level of the water surface can be measured freely in a freely rotatable manner with a constant inclination angle.
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