KR102024323B1 - 지하 구조물 모니터링이 가능한 맨홀 뚜껑 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지하 구조물 모니터링이 가능한 맨홀 뚜껑에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 4차 산업 혁명의 도래에 발맞추어 종래의 단순한 수도관이나 전선관을 확인하는 맨홀이 아니라 맨홀 내부 상태를 감지하고 통신하기 위한 맨홀의 하측부에 설치된 감시 하우징; 상기 감시 하우징 내에 설치되는 센서부; 상기 감시 하우징 내에 설치되는 안테나부; 상기 안테나부를 감시 하우징 내부면에 부착시키고 내구성을 증가시키는 FRP 수지; 맨홀의 고유번호와, 상기 센서부를 통해 맨홀 정보를 수집하고 맨홀 정보를 안테나부를 통해 서버로 전송하는 제어부; 상기 제어부에서 무선신호로 상기 맨홀 정보를 전달받아 맨홀을 원격 감시 및 제어하는 서버;로 구성되는 지하 구조물 모니터링이 가능한 맨홀 뚜껑에 관한 것이다.

Description

지하 구조물 모니터링이 가능한 맨홀 뚜껑{Manholes lid to monitor underground structures using it}

본 발명은 지하 구조물 모니터링이 가능한 맨홀 뚜껑에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 4차 산업 혁명의 도래에 발맞추어 종래의 단순한 수도관이나 전선관을 확인하는 맨홀이 아니라 맨홀 내부 상태를 감지하고 통신하기 위해 맨홀의 하측부에 설치된 감시 하우징; 상기 감시 하우징 내에 설치되는 센서부; 상기 감시 하우징 내에 설치되는 안테나부; 상기 안테나부를 감시 하우징 내부면에 부착시키고 내구성을 증가시키는 FRP 수지; 맨홀의 고유번호와, 상기 센서부를 통해 맨홀 정보를 수집하고 맨홀 정보를 안테나부를 통해 서버로 전송하는 제어부; 상기 제어부에서 무선신호로 상기 맨홀 정보를 전달받아 맨홀 원격 감시 및 제어하는 서버;로 구성되는 지하 구조물 모니터링이 가능한 각 지자체별 상수도, 하수도, 통신(kt, sk, LG), 전력(한전), 수자원공사, 농어촌공사, 지하철, 신호등 용 맨홀 뚜껑에 관한 것이다.

일반적으로 도심지에서 전력설비는 도시 미관이나 안전성, 건물의 고층화 등에 따라 점차 지중화 되고 있는 추세이며, 그 비중이 날로 증대되고 있다.

그러나 다른 설비와 함께 지중선로가 설치되어 있는 공동구에 대해서는 발명개발이 진행되고 있으나, 맨홀 등은 아직 인력에 의존할 수밖에 없는 데 그 이유는 환경이 열악하고 확인이나 순시 등을 위한 출입이 용이하지 않기 때문이다.

따라서 이런 난점을 극복하고 원격지에서 맨홀을 용이하게 관리하기 위해서는 맨홀 내부에 필요한 정보를 얻을 수 있는 센서를 설치하고, 상기 센서에 의해 검출된 정보를 관할지점으로 전달할 수 있도록 하기 위해서 맨홀의 원격 경보시스템과 맨홀의 현재 감지정보를 쉽게 확인할 수 있는 시스템의 개발이 필수적이라 할 수 있다.

이를 위해 종래 맨홀의 이벤트 내용을 쉽게 확인할 수 있는 시스템에 관한 기술은 한국등록특허 제10-0545911호의 맨홀 상태 감시 시스템에 잘 나타나 있었다.

상기 한국등록특허 제10-0545911호에 나타난 기술은 맨홀 내부의 상태를 감시하는 원격 감시 단말을 맨홀 내에 설치하여 상기 원격 감시 단말에 의해 감지된 상태 정보를 센터 서버에서 전송 받아 상기 맨홀을 관리하는 맨홀 상태 감시 시스템에 있어서, 상기 맨홀 내에 기 구축된 통신망에 접속하여 상기 통신망에 흐르는 전류로부터 전력을 추출하는 통신망 전원 추출부와, 상기 통신망 전원 추출부에서 얻어진 전력을 상기 원격 감시 단말이 사용할 수 있는 전압으로 안정화시켜 상기 원격 감시 단말로 제공하는 전원 안정화부와, 상기 맨홀의 보안과 감시 및 관리를 위하여 상기 맨홀 내부의 상태를 감지하는 복수의 센서들로 이루어진 센서부와, 상기 센서부의 감지값을 상기 센터 서버로 전송하고 상기 센터 서버로부터의 명령을 전달받아 상기 센서부를 구동시키는 중앙 처리부등의 구성요소를 구비한다.

상기 종래의 기술은 광범위하게 산재되어 있는 맨홀의 상태 감시를 위한 원격 감시 단말을 설치함에 있어서 기 구축된 PSTN(Public Switched Telephone Network) 망으로부터 전원을 공급받고 통신 회선 또한 기 구축된 통신망을 이용하므로 시스템 구축 비용을 최소화하면서도 통신 맨홀에 대한 실시간 감시 및 관리가 가능하고, 통신 맨홀내의 이상사태 발생 시 사고내역의 파악과 처리를 신속하게 수행할 수 있는 장점이 있었지만, 다음과 같은 문제점이 있었다.

우선 상기 종래의 기술은 별도의 전원 공급이 없이 PSTN 망으로부터 전원을 추출하여 이용하는 데, 여기서 PSTN 망으로부터 얻을 수 있는 최대 전력이 150mW 정도인데 반해 각종 센서들 중에는 최대 300mW 정도의 전력을 소모하는 경우도 있다.

평상시에 기본적으로 사용되는 전력을 제외한 모든 전력을 배터리에 충전하며, 센서 구동 시에는 배터리에 충전된 전력을 사용하게 된다.

따라서 상기 배터리를 자주 교환해줘야 하기 때문에 불편함이 있고, 또한 배터리의 방전으로 인해 제대로 맨홀 감시 시스템이 동작하지 않는 문제점이 있었다.

또한 상기 종래의 기술은 한국통신의 전용 통신망인 PSTN 망을 이용하여 유선으로 구축함으로써, 맨홀감시 시스템을 운영함에 있어 PSTN 망을 확보하여야 하는 불편함이 있고, 맨홀의 현재 상태를 무선으로 원격 관리 할 수 없는 문제점이 있었다.

현재까지 개발된 내장형 안테나는 그 크기로 말미암아 안테나의 방사 효율이 낮아 많은 어려움이 있었다.

따라서 상기 PSTN 망을 확보하지 않은 맨홀(예를 들어, 한국전력공사의 맨홀)에서는 전원을 확보할 수 없으므로 배터리의 사용이 불가피하게 된다.

이에 따라 센서에서 얻은 정보를 자체 전력에 의해 수집하고 중앙 서버 등으로 중계 전달 할 수 있도록 하기 위해서는 신뢰성 높은 통신시스템의 개발이 필수적이라 할 수 있다.

한국등록특허 제0989933호 한국등록특허 제0988016호 한국공개특허 제2010-0054199호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 맨홀 내 삽입하거나 하측부에 FRP로 내부 보강되도록 최적화된 PIFA(Planer Inverted F Antenna) 안테나 형상을 포함하는 지하 구조물 모니터링이 가능한 맨홀 뚜껑을 제공하는 데 목적이 있다.

또한, 본 발명은 친환경적이면서 비교적 난연성이 우수한 폴리케톤 수지와 함께 조합을 이루어 난연성을 추가 향상시킬 수 있는 최적의 소재를 발굴 및 적용하여 난연성은 극대화하고 친환경적이면서도 제품 생산성은 저하되지 않도록 한 FRP(Fiber Reinforced Plastics) 수지를 적용한 지하 구조물 모니터링이 가능한 맨홀 뚜껑을 제공하는 데 목적이 있다.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 맨홀 내부 상태를 감지하고 통신하기 위한 맨홀의 하측부에 설치된 감시 하우징; 상기 감시 하우징 내에 설치되는 센서부; 상기 감시 하우징 내에 설치되고, 기판, 상기 기판의 상부에 형성되는 방사체, 상기 기판의 상부에 형성되며 상기 방사체와 결합되는 급전 핀, 상기 기판의 상부에 형성되며 상기 방사체와 결합되고 접지와 전기적으로 연결되는 접지 핀, 및 상기 기판의 하부에 형성되는 접지면으로 구성된 PIFA 안테나로 이루어진 안테나부; 상기 센서부 또는 상기 안테나부의 PIFA 안테나의 각 구성요소인 기판과 핀과 접지면 사이를 채우면서 경화시켜 내구성을 증가시키는 FRP 수지; 상기 맨홀의 고유번호와, 상기 센서부를 통해 맨홀 정보를 수집하고 맨홀 정보를 안테나부를 통해 서버로 전송하는 제어부; 상기 제어부에서 무선신호로 상기 맨홀 정보를 전달받아 맨홀을 원격 감시 및 제어하는 서버;로 구성된다.

상기 센서부는, 진동 센서, 압전 센서, 누수 센서, 수도 파손 감지 센서, 도로 감시 센서, 또는 지진 감지 센서 중 하나를 포함한다.

상기 맨홀의 하측부에는 상기 PIFA 안테나를 커버하는 레이 돔이 형성된다.

상기 맨홀에는 미세한 진동 에너지에서 전력 에너지를 수확하는 에너지 하베스트 모듈;이 더 포함된다.

상기 감시 하우징에 개폐 센서 모듈을 장착하여 맨홀의 개폐 여부가 제어부에 전달되고, 상기 제어부는 안테나부를 통해 맨홀의 개폐 여부를 상기 서버에 전송한다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명은 무선 통신을 위한 안테나 중 역 F 구조 안테나를 사용함으로서, 맨홀 하측면에 부착하기 용이하도록 소형으로 구현하기 쉽고, 통신 효율이 뛰어나다.

또한 본 발명은 사람이 직접 방문함으로 인한 높은 맨홀 유지 비용과 인사사고 문제를 해결할 수 있다.

또한 본 발명은 지하 매설물 상태 감시용 시설물 설치에 용이한 맨홀 구조를 활용하고, 맨홀 뚜껑의 재질을 그대로 적용하여 개발함에 따라 높은 안전성을 유지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 지하 구조물 모니터링이 가능한 맨홀 뚜껑의 구성도를 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 세부 구성을 보여주는 도면이다.
도 3 a, b는 본 발명의 일실시예에 따른 구성을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 격자 형상을 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 충전 모듈 등의 구성을 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 하베스트 모듈 등의 구성을 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 경보 모듈 등의 구성을 보여주는 도면이다.

본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에서 사용되는 맨홀(100)은 지하 내부에 설치된 다양한 설비에, 사다리를 통해 접근할 수 있도록 손잡이(104)를 통해 열 수 있는 콘크리트나 강철, 또는 주철로 만들어진 구조물로서 하측면에는 내구성을 위해 내부 방향으로 일정 깊이의 벌집 구조의 형태가 형성되어 있다.

본 발명은 각 지자체별 상수도, 하수도, 통신(kt, sk, LG), 전력(한전), 수자원공사, 농어촌공사, 지하철, 신호등 용 맨홀 뚜껑 등에 적용될 수 있다.

상기 맨홀(100)의 하측부에는 맨홀 내부 상태를 감지하고 통신하기 위한 감시 하우징(150)이 부착되어 결합되는 데, 감시 하우징(150) 내부의 센서부(110)를 통해 맨홀 정보를 수집하고 안테나부(115)를 통해 무선신호로 상기 맨홀 정보를 맨홀 원격 감시 및 제어하는 서버(200)에 네트워크 망으로 전달한다.

본 발명의 다른 실시예로 맨홀 내부 상태를 감지하고 통신하기 위한 맨홀의 하측부에 설치된 감시 하우징(150); 상기 감시 하우징 내에 설치되는 센서부(110); 상기 감시 하우징 내에 설치되는 안테나부(115); 상기 안테나부(115)를 감시 하우징(150) 내부면에 부착시키고 내구성을 증가시키는 FRP 수지(119); 맨홀의 고유번호와, 상기 센서부(110)를 통해 맨홀 정보를 수집하고 맨홀 정보를 안테나부(115)를 통해 서버(200)로 전송하는 제어부(116); 상기 제어부(116)에서 무선신호로 상기 맨홀 정보를 전달받아 맨홀을 원격 감시 및 제어하는 서버(200);로 구성된다.

여기에서 상기 안테나부(115)의 PIFA 안테나는 기판, 상기 기판 상부에 형성되는 방사체, 상기 기판 상부에 형성되며 상기 방사체와 결합되는 급전 핀, 상기 기판 상부에 형성되며 상기 방사체와 결합되고 접지와 전기적으로 연결되는 접지 핀, 및 상기 기판 하부에 형성되는 접지면으로 구성된다.

또는 상기 PIFA 안테나는 전도체로 이루어지고 유한 평면을 가진 접지면; 전파를 송수신하는 안테나 바디; 상기 접지면과 상기 안테나 바디를 전기적으로 상호 연결하는 급전 라인; 상기 안테나 바디를 상기 접지면에 접지시키는 단락핀; 및 상기 단락핀에 연결되면서 상기 안테나 바디의 접지면과 연결 상태를 제어하는 스위치를 포함할 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명은 진동 센서, 수위센서 및 수도 파손 감지 센서 중 적어도 하나 이상의 센서가 감시 하우징(150) 내부에 장착되고, 상기 센서를 연결하기 위해 설치되는 PCB 회로기판과, 상기 안테나부(115)가 회로기판에 일체로 장착될 수도 있다.

상기 센서부(110)는 진동 센서(111), 누수 센서(112), 및 지진 센서(113)로 구성되는 데, 개폐센서, 압전 센서, 누수 센서, 온도센서, 도로 감시 센서, 지진 감지 센서 등을 더 포함할 수 있고, 전력선 통신 또는 원격 제어에 의해 기준 센서값을 전달받아 감시할 수 있다.

또한 제어부(116)는 PCB 회로기판에 실장되고, 맨홀(100)의 고유번호와, 센서값을 수집하여 안테나부(115)를 통해 맨홀 원격 감시 및 제어하는 서버(200)에 전송한다.

예를 들어 온도센서에 의해 감지된 맨홀 내부의 온도 값과, 수위센서에 의해 감지된 맨홀 내부의 수위 값과, 개폐센서에 의해 감지된 맨홀(100)의 개폐여부를 관리자에게 통보한다.

상기 PCB 회로기판에는 상기 센서의 정보를 전달받기 위한 제어부(116)가 실장되고, 상기 제어부(116)에는 PIFA(역 F형) 안테나가 전기적으로 연결된다.

본 발명에서 제안한 PIFA 안테나는 소형이며 주변 영향을 적게 받는 신뢰성이 확보된 안테나이다.

일반적인 선형안테나는 접지면이나 금속판이 가까이 있으면 전혀 안테나로써의 역할을 못하는 반면 본 안테나는 접지면의 영향을 받지 않으므로 특히 땅에 매립을 하여도 성능을 유지하며 철판, 콘크리트 벽 등에도 적용할 수 있다.

PIFA 안테나는 직사각형 평면소자 접지면 그리고 평면소자의 좁은 면보다 폭이 좁은 단락회로 판, 접지면, 패치, 급전선, 단락핀(또는 단락 스터브)으로 구성된다.

PIFA 안테나는 전류 급전에 의해 패치가 접지면과 공진되면서 복사소자로서 역할을 하며, 패치의 높이, 넓이, 길이와 급전선의 위치와 단락핀의 위치에 따라 대역폭, 이득, 공진 주파수 등이 결정된다.

본 발명에서는 상기 안테나부의 PIFA 안테나의 각 구성요소인 기판과 핀과 접지면 사이를 경화시켜 내구성을 증가시키는 FRP 수지를 사용한다.

본 발명의 일실시예에 따라 PIFA 안테나는 맨홀(100)의 하측부에 평행하게 부착된 PCB 기판에 인쇄된 형태로 인새된 평면소자에서 단락 회로판을 평행하게 이격 설치하도록 설계하는 데, 안테나의 길이, 단락 스터브의 두께, 피드선과 단락 스터브 사이의 간격, 안테나와 접지면 사이의 간격, 안테나의 두께 및 기판의 두께와 기판의 유전율에 따라 다양하게 구성될 수 있다.

도 3a에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따라 상기 맨홀(100)의 하측부에는 무선신호로 상기 맨홀 정보를 맨홀 원격 감시 및 제어하는 서버(200)에 네트워크 망으로 전달하기 위한 CDMA 모듈을 커버하는 레이 돔(106)이 형성된다.

상기 레이 돔(106)은 맨홀(100)과 조립이 간편하도록 FRP 수지로 이루어지고, 상기 CDMA 모듈을 제외한 공간에 FRP 수지를 채워 상기 맨홀(100)의 하측부에 결합될 수 있다.

상기 레이 돔(106)은 안테나부(115)를 외부 환경으로부터 보호하고, 조립 및 유지보수가 간편하고 기밀성이 양호하면서 제조원가를 절감할 수 있다.

여기서 상기 CDMA 모듈의 구성을 보다 상세히 살펴보면, 상기 CDMA 모듈은 RF 송신부, RF 수신부 및 모드 전환부로 이루어지는 데, 상기 RF 송신부는 트랜시버 모듈(Transceiver Module)로부터 데이터를 수집하고 이에 대한 Acknowledge를 무선으로 송출 처리하는 부분이며, 상기 RF 수신부는 트랜시버 모듈(Transceiver Module)로부터 데이터를 수집하고 수집된 data를 가공하여 CDMA 인터페이스(interface)부로 데이터를 송출 처리하는 부분이다.

여기에서 모드 전환부는 송신 모드와 수신 모드로 전환할 수 있는 모듈로서, 송신 모드일 경우 상기 CDMA 모듈을 통해 상기 맨홀 정보를 서버(200)에 전달하거나, 수신 모드일 경우 상기 서버로 부터 제어 정보를 제어부(116)에 전달하여 센서값 저장 모듈(120) 등에 저장할 수 있다.

또한 도 3b에 도시된 바와 같이, 각 지자체별 상수도, 하수도, 통신(kt, sk, LG), 전력(한전), 수자원공사, 농어촌공사, 지하철, 신호등 용 원형 맨홀 뚜껑 또는 정사각형 맨홀 뚜껑을 사용할 수도 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따라 상기 맨홀(100)의 하측부에는 벌집 모양의 격자 형상(101)이 형성되어 맨홀 외부 충격에 견디고, 맨홀 자체의 내구성을 증진할 수 있다.

상기 격자 형상에는 무선신호로 상기 맨홀 정보를 맨홀 원격 감시 및 제어하는 서버(200)에 네트워크 망으로 전달하기 위한 PIFA 안테나를 커버하는 레이 돔(102)이 형성된다.

상기 PIFA 안테나는 소형이며 주변 영향을 적게 받는 신뢰성이 확보된 안테나로서 두께가 매우 얇은 안테나이다.

따라서 레이 돔(102)의 높이가 낮은 돔 형상으로 상기 격자 형상(101) 내부에 삽입될 수 있도록 제공할 수 있다.

그리고 상기 PIFA 안테나는 FRP 수지로 내부 및 외부를 감싸고 상기 레이 돔(102)의 내부에 삽입되어 상기 맨홀(100)과 결합될 수 있다.

따라서 누수가 발생하여 맨홀 안으로 외부 유입수가 유입될 경우나 온도, 습도, 진동에 따른 영향을 최소한으로 받게 된다.

도 5에 도시된 바와 같이 센서값 저장 모듈(120)은 진동 센서(111), 누수 센서(112), 및 지진 센서(113) 등에서 전송된 값을 저장하며, 상기 서버(200)로부터 전달된 기준값을 저장할 수도 있다.

상기 충전 모듈(130)은 외부에 전기적으로 연결되어 형성된 태양열에 의한 발전기를 사용할 수도 있다.

통신 모듈(140)은 PIFA 안테나를 통하여 서버(200)와 통신 신호를 송수신하는 모듈로서, 안테나 없이 전력선 통신 모듈(140')로 대체될 수 있다.

또한 도 6과 같이 충전 모듈(130)은 진동에 의한 에너지 하베스트 모듈(130')를 사용할 수 있는 데, 미세한 진동 에너지를 수확하는 에너지 수확 소자로서, 맨홀 상판 임의의 위치에 설치되는 압전체, 상기 압전체의 양단에 마주보도록 위치하는 복수의 금속판 및 상기 금속판 사이에 위치되는 복수개의 탄성체를 포함한다.

상기 압전체는 기판, 상기 기판의 일면에 형성된 압전층, 상기 압전층의 상면에 형성된 전극층 및 상기 전극층의 상면에 형성된 절연층으로 구성된다.

따라서 압전체와 금속판이 생성하는 전력을 저장하여 충전 모듈(130)에 전달하거나 저장할 수 있다.

도 6에 도시된 바와 같이 맨홀(100)의 감시 하우징(150)에 개폐 센서 모듈(120')을 장착하여 맨홀(100)의 개폐 여부가 제어부(116)에 전달되고, 안테나부(115)를 통해 서버(200)에 전송된다.

상기 서버(200)는 상기 맨홀의 개폐 여부 정보를 인가된 작업 시간인지 비인가된 시간인지를 구분하여 관리자에게 최종 전송할 수 있다.

또는 상기 감시 하우징(150)에 자이로 센서를 부착하여 도난 및 비인가 작업 감지/관리 서비스 등을 제공할 수도 있다.

이 외에도 맨홀 내부 하단에 가스탐지, 누수, 침수, 누설전류 감지 등의 센서를 설치하여 맨홀(100)의 내부 상태를 관리할 수 있다.

또한 통신 모듈(140) 중 하나인 전력선 통신 모듈(140')은 맨홀 정보를 맨홀을 원격 감시 및 제어하는 서버(200)에 전달하기 위해 맨홀 내부의 전력선을 사용하는 모듈이다.

도 7에 도시된 바와 같이 상기 서버의 제어부(116)가 수신 한 맨홀(100)의 감지정보를 전력선 통신 모듈(140")로 연결된 외부 모니터와 같은 표시부를 이용하여 정보를 표출하게 되고, 제어부(116)가 검지된 센서값이 기준값 이상인 경우 경보 모듈(130")을 이용하여 경보음을 발생시키게 되는 것이다.

여기서 상기 표시부는 지도데이터저장부의 전자지도를 이용하여 맨홀(100)의 고유번호에 대한 현재위치를 표시할 수 있다.

여기서 상기 제어부(116)가 경보 모듈(130")을 이용하여 경보음을 울리는 경우 관리자에게 맨홀(100)의 고유번호에 따른 위치 및 상기 센서부(110)의 감지정보를 전송 및 표시하고 경보음을 발생시키게 된다.

또한 누수 센서 모듈(120")의 경우 누수가 발생하여 맨홀 안으로 외부 유입수가 유입될 경우 이를 조기에 감지하여 누수 정보를 알려줌으로서 맨홀 내 고가 기자재의 침수를 미연에 방지하고 또한, 상기 센서부를 통해 온도, 습도, 진동, 유해가스, 맨홀 뚜껑의 개폐 여부, 전력 공급 이상 유무 등을 점검할 수 있도록 하여 맨홀의 내부 상태를 최상으로 유지시킬 수 있다.

누수 센서 모듈(120")에서 수신된 정보를 확인하여 각 구역별 위치별 누수 감지여부 및 누수감지위치를 확인하고, 확인 결과에 따라서 후속 조치를 취하도록 종합 관리하는 제어부에서 처리 및 확인된 누수 감지정보를 지도정보와 함께 표시할 수 있다.

상기 후속 조치에는 씽크홀 사전 예방 분석, 누수 차단 방지 대책이 포함된다.

한편 본 발명의 다른 실시예에 따라 상기 FRP 수지는 세라믹섬유와, 상기 세라믹섬유에 함침된 불포화폴리에스테르 수지 또는 비닐에스테르 수지에 실리케이트, 수산화 알루미늄을 하나 이상 포함한 수지와, 상기 수지에 균일하게 분산된 상태로 상기 세라믹섬유에 함께 함침된 뵈마이트(ALOOH) 분말을 포함한다.

상기 FRP 수지와 뵈마이트 분말은 서로 균일하게 혼합된 후 상기 현무암섬유 직물(110)에 함침된 형태로 구비된다. 여기서 상기 수지와 뵈마이트 분말은 1 대 1의 중량비로 혼합될 수 있다.

따라서 무기소재인 뵈마이트 분말을 적정 수준으로 포함하는 구성에 의해 상기 FRP 수지는 난연성은 높이면서도 기계적 물성의 손실은 최소화한 접착성이 뛰어난 물질이다.

또한, 본 발명에 사용되는 무기소재인 뵈마이트 분말을 사용하기 때문에 유해한 가스발생을 억제, 발화시간 지연, 연소열 최소화 등의 효과를 기대할 수 있으므로 친환경적이다.

이 외에도 본 발명의 다른 실시예로서, 최근 도로함몰이 자주 발생하여 도심지 도로함몰이 사회적 문제로 부각되었고, 국가기관, 지방자치단체 및 학계, 업계 등에서 다각적으로 대응책을 준비하고 있으나 동공은 지속적으로 발생하고 있다.

그러나 차량이나 이동 장치를 이용한 도로하부의 숨은 동공을 찾기에는 역부족이었고 지속적으로 발생하는 동공에 대한 다각적이고 효과적인 방법을 제공해 주지 못하고 있었다.

특히 지표투과레이더와 같은 고가의 성능 좋은 장비를 사용하더라도 세부적으로 정밀하게 동공을 관측하기는 매우 어려운 실정이다.

또한 도로함몰을 발생 원인별로 따져보면 맨홀 내의 하수도관 누수에 따른 발생률이 50%로 가장 높은 실정이다.

따라서 본 발명에 따른 지하 구조물 모니터링이 가능한 맨홀 뚜껑의 진동 센서(111)와 누수 센서(112) 등을 이용하여 센서값을 전달받은 서버(200)에서 진동 정도와 누수 정도를 세부적으로 나눠 정밀하게 동공을 관측할 수 있다.

100 : 맨홀
101 : 격자 형상
102 : 레이 돔
104 : 손잡이
110 : 센서부
111 : 진동 센서
112 : 누수 센서
113 : 지진 센서
115 : 안테나부
116 : 제어부
150 : 감시 하우징
120 : 센서값 저장 모듈
120' : 개폐 센서 모듈
120" 누수 센서 모듈
130 : 충전 모듈
130' : 에너지 하베스트 모듈
130" : 경보 모듈
140 : 통신 모듈
140', 140" : 전력선 통신 모듈
200 : 서버

Claims (5)

1. 맨홀 내부 상태를 감지하고 통신하기 위한 맨홀의 하측부에 설치된 감시 하우징;
   상기 감시 하우징 내에 설치되는 센서부;
   상기 감시 하우징 내에 설치되고, 기판, 상기 기판의 상부에 형성되는 방사체, 상기 기판의 상부에 형성되며 상기 방사체와 결합되는 급전 핀, 상기 기판의 상부에 형성되며 상기 방사체와 결합되고 접지와 전기적으로 연결되는 접지 핀, 및 상기 기판의 하부에 형성되는 접지면으로 구성된 PIFA 안테나로 이루어진 안테나부; 상기 센서부 및 상기 안테나부의 PIFA 안테나의 각 구성요소인 기판과 급전 핀과 접지 핀과 접지면 사이를 채우면서 경화시켜 내구성을 증가시키는 FRP 수지; 상기 맨홀의 고유번호와, 상기 센서부를 통해 맨홀 정보를 수집하고 맨홀 정보를 안테나부를 통해 서버로 전송하는 제어부; 맨홀 내부의 전력선을 사용하여 상기 제어부의 정보를 맨홀을 원격 감시 및 제어하는 서버와 통신하는 전력선 통신 모듈; 상기 맨홀에는 미세한 진동 에너지에서 전력 에너지를 수확하는 에너지 하베스트 모듈을 포함하는 충전 모듈;로 구성되며,
   서버는 상기 제어부에서 무선신호로 상기 맨홀 정보를 전달받아 맨홀을 원격 감시 및 제어하고,
   상기 에너지 하베스트 모듈은 맨홀 상판 임의의 위치에 설치되는 압전체, 상기 압전체의 양단에 마주보도록 위치하는 복수의 금속판 및 상기 금속판 사이에 위치되는 복수개의 탄성체를 포함하고, 상기 압전체는 기판, 상기 기판의 일면에 형성된 압전층, 상기 압전층의 상면에 형성된 전극층 및 상기 전극층의 상면에 형성된 절연층으로 구성되며, 상기 압전체와 금속판이 생성하는 전력을 저장하여 충전 모듈에 저장하며, 상기 센서부는, 진동 센서, 압전 센서, 누수 센서, 수도 파손 감지 센서, 도로 감시 센서, 또는 지진 감지 센서 중 하나를 포함하고, 상기 맨홀의 하측부에는 상기 PIFA 안테나를 커버하는 레이 돔이 형성되며, 상기 감시 하우징에 개폐 센서 모듈을 장착하여 맨홀의 개폐 여부가 제어부에 전달되고, 상기 제어부는 안테나부를 통해 맨홀의 개폐 여부를 상기 서버에 전송하고,
   상기 FRP 수지는 세라믹섬유와, 상기 세라믹섬유에 함침된 불포화폴리에스테르 수지 또는 비닐에스테르 수지에 실리케이트, 수산화 알루미늄을 하나 이상 포함한 수지와, 상기 수지에 균일하게 분산된 상태로 상기 세라믹섬유에 함께 함침된 뵈마이트(ALOOH) 분말을 포함하며,
   상기 FRP 수지와 뵈마이트 분말은 서로 균일하게 혼합된 후 현무암섬유 직물에 함침된 형태로 구비되고, 상기 수지와 뵈마이트 분말은 1 대 1의 중량비로 혼합하며,
   상기 서버는 상기 맨홀의 개폐 여부 정보를 인가된 작업 시간인지 비인가된 시간인지를 구분하여 관리자에게 전송하거나, 상기 감시 하우징에 자이로 센서를 부착하여 도난 및 비인가 작업 감지/관리 서비스를 제공하고,
   상기 서버의 제어부가 수신 한 맨홀의 감지정보를 전력선 통신 모듈로 연결된 외부 모니터와 같은 표시부를 이용하여 정보를 표출하게 되고, 제어부가 검지된 센서값이 기준값 이상인 경우 경보 모듈을 이용하여 경보음을 발생시키고,
   상기 제어부가 경보 모듈을 이용하여 경보음을 울리는 경우 관리자에게 맨홀의 고유번호에 따른 위치 및 상기 센서부의 감지정보를 전송 및 표시하며,
   상기 표시부는 지도데이터저장부의 전자지도를 이용하여 맨홀의 고유번호에 대한 현재위치를 표시하고,
   상기 누수 센서는 누수가 발생하여 맨홀 안으로 외부 유입수가 유입될 경우 이를 조기에 감지하여 누수 정보를 알려줌으로서 맨홀 내 고가 기자재의 침수를 미연에 방지하고, 상기 진동 센서와 압전 센서를 통해 진동과 맨홀 뚜껑의 개폐 여부를 점검할 수 있도록 상기 표시부에 표시하며,
   상기 누수 센서에서 수신된 정보를 확인하여 각 구역별 위치별 누수 감지여부 및 누수감지위치를 확인하고, 확인 결과에 따라서 후속 조치를 취하도록 종합 관리하는 제어부에서 처리 및 확인된 누수 감지정보를 지도정보와 함께 표시하고, 상기 후속 조치에는 상기 표시부에 상기 누수 감지여부, 누수감지위치, 제어부에서 처리 및 확인된 누수 감지정보에 따라 예상되는 씽크홀의 사전 예방 분석 정보 표시, 누수 차단 방지 대책 정보 표시가 포함되는 것을 특징으로 하는 지하 구조물 모니터링이 가능한 맨홀 뚜껑.
   
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