KR102574716B1 - 맨홀에서의 무선 데이터 송수신 스마트 안전관리 시스템 - Google Patents

맨홀에서의 무선 데이터 송수신 스마트 안전관리 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 맨홀에서의 무선 데이터 송수신 스마트 안전관리 시스템에 관한 것으로, 맨홀 내부에 설치되는 맨홀감지기(맨홀모듈, 통신부, 센서부), 안테나부, LoRa 게이트웨이(LoRa Gateway), 네트워크, LoRa 서버, 네트워크 서버, 그리고 관리자 단말기를 포함하고, LoRa 게이트웨이(LoRa Gateway), 네트워크, LoRa 서버, 네트워크 서버는 외부에 전기, 통신, 수도, 가스, 오수, 우수를 포함하는 각종 특성 정보를 관리 및 수집하기 위하여 지중부에 설치되며, 상기 특성 정보 외에 맨홀 내부의 온도 정보, 습도 정보, 환경 정보(수위 정보, 화재 정보, 개방 정보)를 포함하는 맨홀 정보를 실시간으로 검출하기 위한 센서부와, 상기 센서부로부터 검출되는 검출 정보를 외부 네트워크망을 통해 전송하기 위해 LoRa(로라) 통신 방식으로 무선 통신하는 통신부를 포함하여 구성되는 일체형 맨홀모듈이며, 상기 센서부와 상기 통신부 및 제어부는 하나의 맨홀감지기에 일체로 구성되며, 상기 맨홀모듈의 통신부를 통해 수신되는 특성 정보와 맨홀 정보를 저장하는 맨홀 DB를 포함하고, 여기서 수신된 특성 정보와 맨홀 정보를 기반으로 딥러닝 기반의 실시간 맨홀의 상태를 모니터링하는 중앙 서버; 및 상기 중앙 서버로부터 모니터링되는 상기 맨홀모듈의 특성 정보와 맨홀 정보를 기반으로 실시간 맨홀의 신규 보수, 유지 보수, 긴급보수를 수행하기 위하여 맨홀 관리자의 관리 명령을 입력받는 관리자 단말기를 포함하여 맨홀 통합 관리 시스템을 구성하고, 상기 맨홀모듈에 구성되는 센서부와 통신부는 하나의 밀폐공간을 형성하는 맨홀감지기에 위치하고, 상기 맨홀감지기는 내부의 소정의 공간부가 마련되어 있으며, 상기 공간부 내로 공기를 유입시키고 외부 침입수는 차단하는 가스필터가 적어도 하나 이상 구비되며, 상기 통신부는 LoRa 통신을 통해 상기 센서부에서 측정된 측정값을 상기 중앙 서버로 전송할 때 다수의 맨홀모듈에 설치된 상기 통신부간 Mesh 네트워크를 구현하여 노드간 통신하고 임의의 위치에 구비되는 LoRa 게이트웨이를 통해 상기 중앙 서버로 송신되는 것을 특징으로 한다.

Description

맨홀에서의 무선 데이터 송수신 스마트 안전관리 시스템{Smart safety management system for wireless data transmission and reception in manhole}
본 발명은 맨홀에서의 무선 데이터 송수신 스마트 안전관리 시스템에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 무선 기반의 통신을 활용하여 맨홀의 다양한 환경 정보와 안전 정보, 이벤트 정보 등 맨홀에서 발생되는 통합 정보를 실시간으로 관리하는 맨홀에서의 무선 데이터 송수신 스마트 안전관리 시스템에 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 연구개발이 진행되고 있으나, 맨홀 등은 아직 인력에 의존할 수밖에 없는 데 그 이유는 환경이 열악하고 확인이나 순시 등을 위한 출입이 용이하지 않기 때문이다.
따라서, 맨홀은 외부인의 침입이나 사고 발생 등 유사시에도 즉시 확인이 불가능한 특징을 지니고 있다. 이러한 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.
맨홀의 이벤트 정보를 원격지에서 용이하게 관제할 수 있는 시스템에 관한 종래의 기술의 일예로 대한민국등록특허공보 제10-0545911호의 맨홀 상태 감시 시스템이 있다. 상기 기술은 맨홀 내부의 상태를 감시하는 원격 감시 단말을 맨홀 내에 설치하여 상기 원격 감시 단말에 의해 감지된 상태정보를 센터 서버에서 전송 받아 상기 맨홀을 관리하는 맨홀 상태 감시 시스템으로 구성된다.
하지만, 이러한 종래기술은 단순 상태감지에 초점을 맞춘 기술로 맨홀 개폐여부 및 수위에 대한 모니터링만 가능하다. 그러나 실제 맨홀 내부 작업 시, 맨홀 내부의 CO2, CH4, NH3 등의 유해가스 검침을 위한 시스템을 별도로 마련되어 있지 않아 해당 유해가스로 인한 각종 안전사고가 빈번하게 발생 되고 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 본 출원인은 대한민국 등록특허 제10-2291626호, 발명의 명칭 : 맨홀 원격 관리 시스템을 통해 기존의 맨홀 감시 시스템의 단점을 모두 극복하고 맨홀의 다양한 문제점을 원격에서 관리할 수 있는 기술을 제안한 바 있다.
맨홀 내부에서 발생되는 유해가스나 다양한 이벤트 환경 등 인부의 안전을 위협하는 요소들과 침수, 화재 등 안전사고의 우려로 인하여 해당기술 분야에 있어서는 맨홀 내부에 맨홀감지기를 설치하고 LoRa 송수신 장치와 연동하여 외부에서 신호를 받아 원격으로 맨홀 내부 상태를 모니터링하고 관리하도록 하기 위한 기술개발이 지속적으로 요구되고 있는 실정이다.
KR 10-0874343호 KR 10-0989933호 KR 10-0988016호 KR 10-2016-0016270호 KR 10-1597723호 KR 10-1744189호 KR 10-1940224호 KR 10-2246174호 KR 10-2331056호 KR 10-2156834호 KR 10-2110941호
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 도로에 설치한 다양한 방식의 맨홀에서 발생되는 환경 정보, 위험 정보, 이벤트 정보 등 통합 정보를 맨홀 내부에 맨홀감지기를 설치하고 센서의 정보가 맨홀의 뚜껑을 통과하는 전파의 감쇄를 최소화하여 지상에 설치되어 있는 LoRa 게이트웨이(LoRa Gateway)와의 송수신 데이터가 전파감쇄를 극복하여 안정되게 송수신하여 관리 및 운용하여 관리의 효율성과 증대시킬 수 있는 맨홀 관리 시스템을 제공하고자 하는데 목적이 있다.
특히, 본 발명은 맨홀의 밀폐 공간의 특성에 따른 무선 데이터 송수신 기능 증대와 더불어 맨홀 내 정보를 검출하는 센서의 동작성을 안전하게 유지시킬 수 있는 구조의 맨홀감지기를 제공하고자 하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 맨홀 내부에 설치되는 맨홀감지기(맨홀모듈, 안테나부, 통신부, 센서부), LoRa 게이트웨이(LoRa Gateway), 네트워크, LoRa 서버, 네트워크 서버, 그리고 관리자 단말기를 포함하고, LoRa 게이트웨이(LoRa Gateway), 네트워크, LoRa 서버, 네트워크 서버는 외부에 전기, 통신, 수도, 가스, 오수, 우수를 포함하는 각종 특성 정보를 관리 및 수집하기 위하여 지중부에 설치되며, 상기 특성 정보 외에 맨홀 내부의 온도 정보, 습도 정보, 환경 정보(수위 정보, 화재 정보, 개방 정보)를 포함하는 맨홀 정보를 실시간으로 검출하기 위한 센서부와, 상기 센서부로부터 검출되는 검출 정보를 외부 네트워크망을 통해 전송하기 위해 LoRa(로라) 통신 방식으로 무선 통신하는 통신부를 포함하여 구성되는 일체형 맨홀모듈이며, 상기 센서부와 상기 통신부 및 제어부는 하나의 맨홀감지기에 일체로 구성되며, 상기 맨홀모듈의 통신부를 통해 수신되는 특성 정보와 맨홀 정보를 저장하는 맨홀 DB를 포함하고, 여기서 수신된 특성 정보와 맨홀 정보를 기반으로 딥러닝 기반의 실시간 맨홀의 상태를 모니터링하는 중앙 서버; 및 상기 중앙 서버로부터 모니터링되는 상기 맨홀모듈의 특성 정보와 맨홀 정보를 기반으로 실시간 맨홀의 신규 보수, 유지 보수, 긴급보수를 수행하기 위하여 맨홀 관리자의 관리 명령을 입력받는 관리자 단말기를 포함하여 맨홀 통합 관리 시스템을 구성하고, 상기 맨홀모듈에 구성되는 센서부와 통신부는 하나의 밀폐공간을 형성하는 맨홀감지기에 위치하고, 상기 맨홀감지기는 내부의 소정의 공간부가 마련되어 있으며, 상기 공간부 내로 공기를 유입시키고 외부 침입수는 차단하는 가스필터가 적어도 하나 이상 구비되며, 상기 통신부는 LoRa 통신을 통해 상기 센서부에서 측정된 측정값을 상기 중앙 서버로 전송할 때 다수의 맨홀모듈에 설치된 상기 통신부간 Mesh 네트워크를 구현하여 노드간 통신하고 임의의 위치에 구비되는 LoRa 게이트웨이를 통해 상기 중앙 서버로 송신되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 맨홀모듈은, 상기 통신부에서 출력되는 전파 통신을 외부로 전송하는 상기 안테나부에서 출력되는 전파 통신이 금속재 맨홀 뚜껑의 전파 통신 감쇄를 해소하기 위하여 상기 안테나부의 방향을 제어하는 브라켓을 포함하고, 상기 안테나부가 상기 브라켓의 일측에 고정된 상태에서 송수신 전파의 세기를 최적화되도록 LoRa중계기와 방향이 일치하도록 전파 방향을 맨홀 뚜껑 방향에서 벗어나도록 설치 각도를 조절하여 맨홀 뚜껑의 전파감쇄를 극복하는 구조로 맨홀을 교체 또는 변경하지 않도록 구성되며, 상기 맨홀모듈은 외부 맨홀뚜껑 개방 시 상기 맨홀감지기를 보호하는 내부뚜껑을 더 포함하고, 상기 외부 맨홀뚜껑과 내부뚜껑의 개방 여부를 감지하는 각각의 개방센서를 포함하여 구성되고, 상기 외부 맨홀뚜껑과 내부뚜껑 개방에 따른 개방신호가 감지되면 상기 통신부를 통해 상기 중앙서버로 개방신호를 제공하고, 상기 맨홀감지기의 하부측으로 구성되어 레이저 측정 방식으로 맨홀 내부의 수위 정보를 검출하는 수위센서를 더 포함하여 구성된다.
또한, 상기 안테나부의 일면에는 수신 안테나를 포함한 전파 수신부 및 수신 전파의 세기를 표시하는 표시부가 구비되어, 전파 수신부가 수신한 전파의 세기가 수치로 표시될 수 있다.
또한, 상기 중앙 서버는, 각각의 상기 맨홀모듈에서 검출되는 환경 정보를 상기 관리자 단말기를 통해 모니터링할 때 맵 이미지상에서 해당 맨홀의 위치 정보를 출력함과 동시에 가스 정보, 개방 정보, 배터리 정보, 수위 정보, 습도 정보, 온도 정보, 화재 정보를 동시에 확인할 수 있도록 상기 관리자 단말기 화면에 출력하고, 해당 관리자는 다른 맨홀 정보를 확인하고자 할 때 맵상에서 맨홀을 클릭함으로써 각각의 정보를 동시에 출력하여 확인할 수 있도록 제공한다.
상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명은, 맨홀 내부의 온도 정보, 습도 정보, 누설 가스, 맨홀 개방 등 맨홀 내부 정보를 실시간으로 검출 및 모니터링 할 수 있는 맨홀 정보 검출을 위한 무선 통신 방식의 스마트 관리 시스템을 제공할 수 있는 이점이 있다.
특히, 본 발명은 밀폐공간 환경을 갖는 맨홀의 특성에 따른 무선통신 전파 감쇄의 문제를 해소하고, 각종 정보를 검출하는 센서류의 안정적인 동작성을 확보하기 위한 구조물을 적용하여 맨홀 환경을 효율적으로 모니터링 및 관리할 수 있는 스마트 관리 시스템을 제공할 수 있는 장점이 있다.
또한, 딥러닝 방식의 관제 시스템을 적용함에 따라 맨홀 정보를 실시간 관제 및 수집, 운용함은 물론 , 위험 예측까지 할 수 있기 때문에 위험 임계치, 주의/경보/위험 등의 임계치에 따라 사고를 사전에 예방할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 맨홀에서의 무선 데이터 송수신 스마트 안전관리 시스템의 전체 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 맨홀에서의 무선 데이터 송수신 스마트 안전관리 시스템의 상세 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 맨홀에서의 무선 데이터 송수신 스마트 안전관리 시스템에서 맨홀측에 설치되는 장비의 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 맨홀에서의 무선 데이터 송수신 스마트 안전관리 시스템의 맨홀감지기를 나타낸 도면,
도 5는 본 발명에 따른 맨홀에서의 무선 데이터 송수신 스마트 안전관리 시스템의 장비부의 구성 예시도,
도 6은 본 발명에 따른 맨홀에서의 무선 데이터 송수신 스마트 안전관리 시스템의 Mesh 통신 방식의 예를 나타낸 구성도,
도 7은 본 발명에 따른 맨홀에서의 무선 데이터 송수신 스마트 안전관리 시스템의 안테나 전파방사방향에 따른 신호 감쇠 최소화 구현의 예시도,
도 8은 본 발명에 따른 맨홀에서의 무선 데이터 송수신 스마트 안전관리 시스템의 동작 과정의 예를 나타낸 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 맨홀에서의 무선 데이터 송수신 스마트 안전관리 시스템을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 맨홀에서의 무선 데이터 송수신 스마트 안전관리 시스템은, 맨홀 내부에 설치되는 맨홀감지기(맨홀모듈, 통신부, 센서부), 안테나부, LoRa 게이트웨이(LoRa Gateway), 네트워크, LoRa 서버, 네트워크 서버, 그리고 관리자 단말기를 포함하고, LoRa 게이트웨이(LoRa Gateway), 네트워크, LoRa 서버, 네트워크 서버는 외부에 전기, 통신, 수도, 가스, 오수, 우수를 포함하는 각종 특성 정보를 관리 및 수집하기 위하여 지중부에 설치되며, 상기 특성 정보 외에 맨홀 내부의 온도 정보, 습도 정보, 환경 정보(수위 정보, 화재 정보, 개방 정보)를 포함하는 맨홀 정보를 실시간으로 검출하기 위한 센서부와, 상기 센서부로부터 검출되는 검출 정보를 외부 네트워크망을 통해 전송하기 위해 LoRa(로라) 통신 방식으로 무선 통신하는 센서부와 통신부를 포함하여 구성되는 일체형 맨홀모듈이며, 상기 맨홀모듈의 통신부를 통해 수신되는 특성 정보와 맨홀 정보를 저장하는 맨홀 DB를 포함하고, 여기서 수신된 특성 정보와 맨홀 정보를 기반으로 딥러닝 기반의 실시간 맨홀의 상태를 모니터링하는 중앙 서버; 및 상기 중앙 서버로부터 모니터링되는 상기 맨홀모듈의 특성 정보와 맨홀 정보를 기반으로 실시간 맨홀의 신규 보수, 유지 보수, 긴급보수를 수행하기 위하여 맨홀 관리자의 관리 명령을 입력받는 관리자 단말기를 포함하여 맨홀 통합 관리 시스템을 구성하고, 상기 맨홀모듈에 구성되는 센서부와 통신부는 하나의 밀폐공간을 형성하는 맨홀감지기에 위치하고, 상기 맨홀감지기는 내부의 소정의 공간부가 마련되어 있으며, 상기 공간부 내로 공기를 유입시키고 외부 침입수는 차단하는 가스필터가 적어도 하나 이상 구비되며, 상기 통신부는 LoRa 통신을 통해 상기 센서부에서 측정된 측정값을 상기 중앙 서버로 전송할 때 다수의 맨홀모듈에 설치된 상기 통신부간 Mesh 네트워크를 구현하여 노드간 통신하고 임의의 위치에 구비되는 LoRa 게이트웨이를 통해 상기 중앙 서버로 송신되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 맨홀에서의 무선 데이터 송수신 스마트 안전관리 시스템은, 맨홀 내부에서 발생되는 각종 특성 정보와 내부의 온도 정보, 습도 정보, 환경 정보(수위 정보, 화재 정보, 개방 정보)를 포함하는 맨홀 정보를 실시간으로 검출하고, 센서류를 통해 맨홀 환경 정보를 검출할 때 맨홀 내부 환경적 특성에 따른 센서 오류, 동작 불량 등의 문제를 해소하면서 정확도 높은 검출 특성을 확보할 수 있는 맨홀감지기 설계와 이를 적용한 맨홀 정보 송수신 스마트 안전관리 시스템을 제공하고자 하는 것을 주요 기술적 목적으로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 맨홀에서의 무선 데이터 송수신 스마트 안전관리 시스템의 전체 구성도이다.
본 발명은 크게 지중에 설치되는 맨홀(10) 구조물 내부에 설치되는 맨홀모듈(100)과, 상기 맨홀모듈(100)에 구성되어 환경 정보를 센싱하기 위한 센서부, 상기 센서부를 통해 센싱된 각종 데이터를 무선 통신으로 제공하기 위한 통신부를 포함하여 하나의 맨홀모듈을 구성하고, 상기 맨홀모듈의 통신부를 통해 수집되는 정보를 저장 및 관리하고 맨홀에 이상 여부가 발생 시 유지보수 명령, 작업자로 맨홀 정보 제공을 수행하는 중앙 서버(200) 및 상기 중앙 서버에 수집된 맨홀에 대한 각종 정보를 관리하는 관리자 단말기(300)를 포함하여 구성된다.
맨홀은 도로 지중부에 설치되며, 일반적으로 원형 또는 사각형 구조를 갖는 플레이트한 뚜껑에 해당되는 금속 부재로써, 도로 시공 시 맨홀 뚜껑을 지지하는 하부받침대를 포함하여 하나의 맨홀을 구성한다.
상기 맨홀은 도로상에 설치되기 때문에 차량이나 보행자의 안전성을 위하여 중량이 매우 크게 설계되는 것이 바람직하며 받침대에 견고하게 결속되어 별도의 공구나 장비를 이용하여 해체가 가능하다.
이러한 맨홀 내부에는 전기, 통신, 수도, 가스, 오수, 우수에 해당되는 각종 설비가 위치하고 있기 때문에 해당 관리소를 통해 철저하게 관리되고 있으며, 맨홀에 이상 발생 시 작업자가 맨홀뚜껑을 개방하고 내부에서 필요한 유지보수 작업을 수행하게 된다.
이때, 맨홀 내부에는 온도 정보, 습도 정보나 수위 정보, 화재 정보, 개방 정보, 가스 정보와 같은 환경 정보에 해당되는 맨홀 정보를 검출하여 작업자의 안전성과 맨홀의 관리를 위해 각각의 센서부가 설치되어 있고 센서부를 통해 실시간 정보를 검출하여 원격에서 모니터링될 수 있도록 운영한다.
상기 맨홀모듈에서 획득한 각종 정보(데이터)는 중앙 서버(200)로 수집되며, 여기서 수집된 맨홀 정보는 맨홀 DB(210)에 관리된다. 상기 맨홀 DB(210)는 기본적으로 맨홀의 위치 정보, 설치 일자, 유지보수 이력, 특성 정보, 관리 정보, 담당 관리소 정보, 담당 작업자 정보 등 맨홀 관리에 관한 종합 정보가 모두 저장되어 있으며, 상기 맨홀 DB(210)에 저장된 모든 정보는 관리자를 통해 관리 및 운영된다.
관리자 단말기(300)는 상기 중앙 서버(200)의 운영과 함께 맨홀 관리를 총괄하는 관리자의 운영 기기로써, 상기 맨홀모듈로부터 획득되는 검출 정보와 상기 맨홀 DB(210)에 저장된 기초 정보를 기반으로 맨홀의 종합적인 관리를 운영하며, 맨홀 유지보수, 긴급보수, 작업자 지시를 수행한다.
이때, 본 발명에서는 상기 맨홀모듈에서 검출되는 센서부에서 맨홀 내부에 가스 발생이나 화재 발생 등 작업자가 작업 수행이 불가능할 경우 해당 작업자에게 안내 메세지나 작업 정보를 제공하여 맨홀 작업의 안정성을 확보할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 맨홀에서의 무선 데이터 송수신 스마트 안전관리 시스템의 상세 구성도이다.
앞서 도 1에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 스마트 안전관리 시스템은 센서부(120)를 통한 맨홀의 환경 정보를 실시간으로 통신부(110)를 통해 수신 받고, 수신된 검출 신호를 원격에서 즉, 중앙 서버(중앙 관리소)에서 모니터링하여 관리함으로써 맨홀의 효율적인 관리와 작업자의 작업 안정성을 확보한다.
본 발명에서 상기 통신부(110)는 무선통신을 실현하기 위하여 LoRa 송수신 보드를 구비하며, 상기 LoRa 송수신 보드상에 구비되는 LoRa 모듈과 송수신 보드 상의 안테나 커넥터를 구비하여 본 발명에서 상기 커넥터에 별도의 안테나부(130)를 구성하여 외부와 무선 통신의 원활성을 확보한다.
따라서, LoRa 통신을 위한 안테나부(130)를 통해 LoRa 게이트웨이로 LoRa 통신 방식으로 신호 및 데이터를 송수신하며, 다음으로 LoRa 네트워크 송수신을 수행하게 된다.
상기 센서부(120)는 온습도 센서, 가스센서, 수위센서, 화재센서, 뚜껑개폐 감지센서로 각각 구성되어 있으며, 이러한 센서류를 통해 맨홀 내부의 환경 정보와 맨홀 개폐 정보를 모니터링 할 수 있다.
한편, 본 발명에서는 맨홀 내부의 각종 정보를 검출하기 위한 센서류들의 습도나 온도, 침수 등에 따른 환경적 요소에 의해 센서류 동작의 방해나 오류를 일으키는 환경적 요인들을 해소하기 위하여 별도의 맨홀감지기를 도 5에서 구체적으로 설명하기로 하며, 이와 더불어 기존 맨홀 뚜껑은 주철, 주강제 등의 상당한 두께로 구성됨에 따라 무선 통신의 전파 감쇄가 상당하기 때문에 무선 통신 방식의 스마트 맨홀 관리 시스템을 구축하기 위하여 안테나부(130) 구성의 설계가 요구된다.
또한, 본 발명에 따른 상기 맨홀모듈(100)은 맨홀 내부의 수위정보를 감지하기 위한 하나의 수위센서(142)와 상기 맨홀의 외부 뚜껑과 맨홀모듈을 보호하는 내부 뚜껑의 개방 여부를 감지하는 개방감지센서(143)를 더 포함한다. 상기 수위센서(142)는 레이저 측정 방식의 센서로써, 맨홀감지기를 구성하는 하우징 하부측에 설치되어 맨홀 내부의 수위 정보를 검출한다. 또한, 상기 개방감지센서(143)는 맨홀 뚜껑(외부 뚜껑)의 개방 여부와 내부 뚜껑(속뚜껑)의 개방 여부를 감지하여 개방이 감지되었을 경우 실시간 개방 신호를 상기 중앙서버(200)에 제공함으로써 맨홀 외부를 외부/내부 뚜껑의 개방 정보를 모니터링한다.
도 3은 본 발명에 따른 맨홀에서의 무선 데이터 송수신 스마트 안전관리 시스템에서 맨홀측에 설치되는 장비의 구성도이다.
이때, 본 발명에서는 맨홀 환경 특성에 따라 전자 장치들의 보호와 더불어 침수 환경에서도 각종 센서류의 동작 보호와 정상적인 검출값을 검출할 수 있도록 하나의 맨홀감지기(140)를 포함하고, 상기 맨홀감지기 내측으로 통신부(110)와 센서부(120)가 수용된다. 도 4는 본 발명에 따른 맨홀에서의 무선 데이터 송수신 스마트 안전관리 시스템의 맨홀감지기를 나타낸 도면이다.
도 4에서 도시된 바와 같이 본 발명에서 적용되는 상기 맨홀감지기(140)는 하부측으로는 가스필터(141)가 구비된다. 상기 가스필터(140)는 공기 유입을 허용하고 외부 침입수의 침입을 차단하는 부품으로써, 맨홀 내부가 장마나 특정 환경으로 인해 침수되었을 때에도 내부에 구성되는 센서부와 통신부가 침수되는 문제를 해소하면서 공기 유입을 허용하기 때문에 내부 가스 유출이나 화재로 인한 연기 발생 시에도 오동작 없이 정상 동작을 통해 검출 성능을 유지시킬 수 있게 된다.
또한, 가스필터(141)는 적어도 두개 이상 마련될 수 있으며, 원활한 공기 유입을 확보하기 위하여 상기 맨홀감지기(140)의 양측으로 다수개씩 구성될 수 있다.
또한, 앞서 설명한 바와 같이 맨홀 내부의 수위를 감지하기 위하여 상기 맨홀감지기(140)의 하부 일측으로는 수위센서(142)가 구성되어 있으며, 레이저 측정 방식의 상기 수위센서(142)는 바닥측으로 레이저 조사를 통해 맨홀 내부의 수위 정도를 검출할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 맨홀에서의 무선 데이터 송수신 스마트 안전관리 시스템의 장비부의 구성 예시도이다.
도 5는 맨홀모듈(100)의 실제 구성도를 나타낸 것으로써, 상부측으로는 내부뚜껑(160)이 위치하며, 중심선상에 구조물 역할을 수행하는 브라켓(150)과 상기 브라켓에 부착된 맨홀감지기(140) 및 안테나부(130)가 포함된다.
이때, 본 발명에서는 금속재의 맨홀 뚜껑이 갖는 전파감쇄 특성에 따라 안테나부(130)의 방향을 조절함으로써 맨홀 내부에서 송신되는 무선 통신을 외부로 전달될 수 있도록 상기 브라켓(150)에 조립된 안테나부(130)의 각도 제어가 가능하다. 따라서, 상기 브라켓으로는 상기 맨홀감지기(130)의 방향을 조절할 수 있는 조절부(미부호)를 구성하여 조절부를 통해 수직선상에 위치한 맨홀 두껑 방향을 벗어난 방향으로 설정함으로써 전파감쇄를 개선시킬 수 있다.
또한, 브라켓(150)의 외주면을 따라 상하로 이동되는 높이 조절링(미도시)이 구비되고, 안테나부(130)는 이 높이 조절링에 힌지 결합될 수 있다. 한편, 브라켓의 외주면에는 다수의 걸림홈이나 걸림턱(미도시)이 형성되어 높이 조절링을 상하로 움직이다 놓는 경우 바로 아래의 걸림홈이나 걸림턱에 걸려 높이 조절링이 정지되게 할 수 있다.
이와 같이 높이 조절링이 구비되고 안테나부(130)가 이 높이 조절링에 힌지 결합되는 경우 안테나부(130)의 위치 및 각도 제어의 자유도가 증가하므로 안테나부(130)의 방향을 맨홀 뚜껑 방향을 벗어난 방향으로 설정하기가 더욱 용이해진다. 따라서 맨홀 뚜껑에 의해 전파감쇄가 발생하는 것을 방지하기가 용이해진다.
다시 말해, 상기 맨홀모듈(100)은 상기 통신부(110)에서 출력되는 전파 통신을 외부로 전송하는 안테나부에서 출력되는 전파 통신이 금속재 맨홀 두껑의 전파 통신 감쇄를 해소하기 위하여 상기 안테나부의 방향을 제어하기 위한 하나의 브라켓(150)을 포함하여 구성되며, 상기 안테나부가 상기 브라켓에 고정된 상태에서 전파 방향을 맨홀 두껑 방향에서 벗어나도록 설치 각도를 조절하여 전파 송/수신을 개선시킬 수 있는 것이다.
이렇게 구성되는 안테나부 특성은 편파는 선형편파이며 급전을 대칭위치에 놓고 위상을 180도로 급전하여 편파 특성, Gain 특성, 방사특성을 개선시킬 수 있게 된다.
또한, 도시하지는 않았지만 안테나부(130)의 일면에는 수신 안테나를 포함한 전파 수신부 및 수신 전파의 세기를 표시하는 표시부가 구비될 수 있다. 그리하여 전파 수신부가 수신한 전파의 세기를 수치로 표시할 수 있다. 이 경우, 금속재의 맨홀 뚜껑에 의해 발생하는 전파감쇄의 정도를 파악할 수 있다. 즉, 금속재의 맨홀 뚜껑에 의해 전파가 외부로 잘 전달되지 못하고 반사되면 수신 전파의 세기값이 높게 표시될 것이고 반대로 맨홀 뚜껑에 의한 영향을 적게 받으면 수신 전파의 세기값이 낮게 표시될 것이다. 따라서 사용자는 표시부에 표시되는 수치값을 보고 안테나부(130)의 각도를 조절함으로써 금속재의 맨홀 뚜껑에 의한 전파감쇄를 최소화할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 맨홀에서의 무선 데이터 송수신 스마트 안전관리 시스템의 Mesh 통신 방식의 예를 나타낸 구성도이다. 도로나 건물, 특정 구역에 설치되는 맨홀의 위치는 다양한 외부 환경으로 인해 게이트웨이 설치의 어려움이 많이 존재하기 때문에 노드간 통신을 구현할 수 있도록 Mesh 네트워크를 구성하여 노드간 통신망을 형성하기 위한 네트워크로 구성된다.
따라서, 본 발명에 따른 통신부는 다수의 맨홀모듈과 통신 가능한 분산 네트워크 방식으로 구현되며, 이를 위하여 상기 통신부는 연산회로 및 LoRa 통신, Mesh 분산 프로토콜, 연산 알고리즘 프로그램을 포함하도록 구성되어 분산 네트워크를 구성함에 따라 외부 설치 환경의 문제를 해소할 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 맨홀에서의 무선 데이터 송수신 스마트 안전관리 시스템의 안테나 전파방사방향에 따른 신호 감쇠 최소화 구현의 예시도이다.
종래에는 건물 밀집지역내 맨홀의 경우 전파방해 요소가 많아 통신거리가 감소하며, LoRa 게이트웨이와 LOS가 확보되지 않는 지역의 경우 추가 LoRa 게이트웨이 필요하게 된다. 또한, LoRa 게이트웨이 추가 시에도 근원적인 문제를 해결하기 어렵고 환경변화(날씨, 온도, 건물신설 등)에 따른 전파음영의 발생소지가 크다.
또한, 맨홀센서의 안테나 전파방사 방향은 지면과 수직방향으로 고정되어 LoRa 게이트웨이와 통신에 제약이 많이 따르게 된다.
하지만, 본 발명에서는 건물 밀집지역내 맨홀의 경우 전파방해 요소를 감안한 각도/방향 조절로 신호 감쇠를 최소화시킬 수 있고, LoRa 게이트웨이와 LOS가 확보되지 않는 지역의 경우에도 추가 LoRa 게이트웨이를 최소화시킬 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 맨홀에서의 무선 데이터 송수신 스마트 안전관리 시스템의 동작 과정의 예를 나타낸 도면이다. 안전관리 시스템을 통해 실행되는 맨홀 통합 모니터링 시스템은 IoT 플랫폼 기반의 기술을 구현하며, 다수의 맨홀에 설치된 맨홀모듈을 통해 맨홀의 환경 정보를 실시간 검출하여 제공함으로써, 각각의 맨홀 상태를 실시간 모니터링한다.
네트워크망을 통해 수신된 맨홀 정보의 실시간 데이터는 누적 저장되어 관리되고 각각의 맨홀모듈에는 ID가 할당되어 있어 필요에 따라 관리자는 해당 맨홀의 이력을 조회할 수 있고, 응급 상황 또는 유지 보수 시 해당 데이터를 조회 후 활용할 수 있다.
아래 도면에서 도면 특정 위치의 맨홀에 해당 가스 누출 정보, 두껑 개폐 여부, 배터리 잔량, 속뚜껑 개폐 여부, 수위 정보, 습도 정보, 온도 정보, 화재 여부를 실시간 모니터링하고 관리할 수 있다. 이때, 맵 이미지상에서 해당 맨홀의 위치 정보를 출력함과 동시에 가스 정보, 개방 정보, 배터리 정보, 수위 정보, 습도 정보, 온도 정보, 화재 정보를 동시에 확인할 수 있도록 관리자 단말기 화면에 출력하고, 관리자는 다른 맨홀 정보를 확인하고자 할 때 맵상에서 맨홀을 클릭함으로써 각각의 정보를 바로 출력하여 확인할 수 있다.
이와 같이 구성되는 본 발명은 맨홀 내부의 온도 정보, 습도 정보, 누설 가스, 맨홀 개방 등 맨홀 내부 정보를 실시간으로 검출 및 모니터링 할 수 있는 맨홀 정보 검출을 위한 무선 통신 방식의 스마트 관리 시스템을 제공할 수 있는 이점이 있다.
특히, 본 발명은 밀폐공간 환경을 갖는 맨홀의 특성에 따른 무선통신 전파 감쇄의 문제를 해소하고, 각종 정보를 검출하는 센서류의 안정적인 동작성을 확보하기 위한 통합화된 맨홀감지기 구조를 적용하여 맨홀 환경을 효율적으로 모니터링 및 관리할 수 있는 스마트 관리 시스템을 제공할 수 있는 장점이 있다.
이상, 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
10 : 맨홀 100 : 맨홀모듈
110 : 통신부 120 : 센서부
130 : 안테나부 140 : 맨홀감지기
141 : 가스필터 142 : 수위센서
143 : 개방감지센서 150 : 브라켓
160 : 내부뚜껑 200 : 중앙 서버
210 : 맨홀 정보 DB 300 : 관리자 단말기

Claims (4)

  1. 맨홀 내부에 설치되는 맨홀감지기(맨홀모듈, 통신부, 센서부), 안테나부, LoRa 게이트웨이(LoRa Gateway), 네트워크, LoRa 서버, 네트워크 서버, 그리고 관리자 단말기를 포함하고,
    LoRa 게이트웨이(LoRa Gateway), 네트워크, LoRa 서버, 네트워크 서버는 외부에 전기, 통신, 수도, 가스, 오수, 우수를 포함하는 각종 특성 정보를 관리 및 수집하기 위하여 지중부에 설치되며, 상기 특성 정보 외에 맨홀 내부의 온도 정보, 습도 정보, 환경 정보(수위 정보, 화재 정보, 개방 정보)를 포함하는 맨홀 정보를 실시간으로 검출하기 위한 센서부와, 상기 센서부로부터 검출되는 검출 정보를 외부 네트워크망을 통해 전송하기 위해 LoRa(로라) 통신 방식으로 무선 통신하는 통신부를 포함하여 구성되는 일체형 맨홀모듈이며, 상기 센서부와 상기 통신부 및 제어부는 하나의 맨홀감지기에 일체로 구성되며,
    상기 맨홀모듈의 통신부를 통해 수신되는 특성 정보와 맨홀 정보를 저장하는 맨홀 DB를 포함하고, 여기서 수신된 특성 정보와 맨홀 정보를 기반으로 딥러닝 기반의 실시간 맨홀의 상태를 모니터링하는 중앙 서버; 및 상기 중앙 서버로부터 모니터링되는 상기 맨홀모듈의 특성 정보와 맨홀 정보를 기반으로 실시간 맨홀의 신규 보수, 유지 보수, 긴급보수를 수행하기 위하여 맨홀 관리자의 관리 명령을 입력받는 관리자 단말기를 포함하여 맨홀 통합 관리 시스템을 구성하고,
    상기 맨홀모듈에 구성되는 센서부와 통신부는 하나의 밀폐공간을 형성하는 맨홀감지기에 위치하고, 상기 맨홀감지기는 내부의 소정의 공간부가 마련되어 있으며, 상기 공간부 내로 공기를 유입시키고 외부 침입수는 차단하는 가스필터가 적어도 하나 이상 구비되며,
    상기 통신부는 LoRa 통신을 통해 상기 센서부에서 측정된 측정값을 상기 중앙 서버로 전송할 때 다수의 맨홀모듈에 설치된 상기 통신부간 Mesh 네트워크를 구현하여 노드간 통신하고 임의의 위치에 구비되는 LoRa 게이트웨이를 통해 상기 중앙 서버로 송신되고,
    상기 맨홀모듈은,
    상기 안테나부에서 출력되는 전파 통신이 금속재 맨홀 두껑에 의해 감쇄되는 것을 해소하기 위하여 상기 안테나부의 방향을 제어하는 브라켓 및 상기 브라켓의 외주면을 따라 상하로 이동되는 높이 조절링을 포함하고, 안테나부는 상기 높이 조절링에 힌지 결합되며, 브라켓의 외주면에는 다수의 걸림홈이나 걸림턱이 형성되어 높이 조절링을 상하로 움직이다 놓는 경우 바로 아래의 걸림홈이나 걸림턱에 걸려 높이 조절링이 정지되며,
    상기 맨홀모듈은 외부 맨홀뚜껑 개방 시 상기 맨홀감지기를 보호하는 내부뚜껑을 더 포함하고, 상기 외부 맨홀뚜껑과 내부뚜껑의 개방 여부를 감지하는 각각의 개방센서를 포함하여 구성되고, 상기 외부 맨홀뚜껑과 내부뚜껑 개방에 따른 개방신호가 감지되면 상기 통신부를 통해 상기 중앙서버로 개방신호를 제공하고, 상기 맨홀감지기의 하부측으로 구성되어 레이저 측정 방식으로 맨홀 내부의 수위 정보를 검출하는 수위센서를 더 포함하여 구성되는 맨홀에서의 무선 데이터 송수신 스마트 안전관리 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 안테나부의 일면에는 수신 안테나를 포함한 전파 수신부 및 수신 전파의 세기를 표시하는 표시부가 구비되어, 전파 수신부가 수신한 전파의 세기가 수치로 표시되는 것을 특징으로 하는 맨홀에서의 무선 데이터 송수신 스마트 안전관리 시스템.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 중앙 서버는,
    각각의 상기 맨홀모듈에서 검출되는 환경 정보를 상기 관리자 단말기를 통해 모니터링 할 때, 맵 이미지상에서 해당 맨홀의 위치 정보를 출력함과 동시에 가스 정보, 개방 정보, 배터리 정보, 수위 정보, 습도 정보, 온도 정보, 화재 정보를 동시에 확인할 수 있도록 상기 관리자 단말기 화면에 출력하고, 해당 관리자는 다른 맨홀 정보를 확인하고자 할 때 맵상에서 맨홀을 클릭함으로써 각각의 정보를 동시에 출력하여 확인할 수 있도록 제공하는 맨홀에서의 무선 데이터 송수신 스마트 안전관리 시스템.
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