KR20140147621A - 수질 센서 장애 제어 장치 및 방법 - Google Patents

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한국전자통신연구원
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Abstract

본 발명은 수질 센서 장애 제어 장치에서 하나 이상의 수질 센서들로부터 센싱 데이터를 보고받아 장애를 제어하는 방법으로, 상기 하나 이상의 센서들로부터 보고되는 센싱 데이터로부터 이상치를 발견하는 단계와, 센싱 데이터로부터 이상치가 발견되는 경우, 해당 센서의 장애 여부를 판단하는 단계를 포함한다.

Description

수질 센서 장애 제어 장치 및 방법{Apparatus and Method for Fault Control of Water Quality Sensor}
본 발명은 수질 센서 관리 기술에 관한 것으로, 특히 중소 하천에 설치된 유비쿼터스 센서 네트워크(Ubiquitous Sensor Network: USN) 기반의 수질 평가 관리를 위해 센서 노드 간 협업정보에 의한 수질센서 장애 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 소하천을 중심으로 USN 기반의 센서를 하천에 직접 설치하여 센서를 통해 실시간으로 수질 평가를 수행한다. 그러나, 현재 USN 기반 수질 환경 관리는 센서, 네트워크 및 데이터베이스 구축을 통하여 단순히 수질 데이터를 수집, 저장 관리하는데 머물고 있다. 또한, USN 기반으로 구축된 수질 관리 시스템의 네트워크에 대한 관리는 대략적인 네트워크 장비를 대상으로 관리 정보를 운용자에게 통보만 하는 수동적인 형태로 이루어지고 있다.
이러한 형태의 수질 관리 시스템은 네트워크 관리 대상이 구체적으로 정의가 되어있지 않기 때문에 네트워크 구성 요소들이 장애가 발생된 경우, 장애를 정확히 진단할 수 없을 뿐만 아니라, 후속조치가 자동으로 이루어지지 않아 실시간 운영에 어려움이 있다.
또한, 네트워크 구성요소에 대한 관리는 관리 대상에 대한 장비 이상 유무만을 점검하는 경향이 있어, 신속하고 정확한 진단과 이상 발견시 실시간 조치 방법들이 미비한 상태이다. 그런데, USN 기반 수질 관리 시스템의 목적은 정확한 수질을 측정, 예측하는 것이므로, 네트워크 구성요소의 장애(예로써, 수질 센서 고장)를 실시간으로 정확히 진단할 수 없다면 수질 측정 및 예측의 정확성이 떨어질 수 있다.
또한, 이러한 시스템들의 장애 감지는 네트워크 관리 기능만을 통해 이루어지므로 센서의 부착물에 의해 수질 데이터의 오류가 있음에도 이를 감지못하거나 센서를 장착한 센서 노드들간의 충분한 정보 교환이 부재하여 적절한 조치가 실시간으로 이루어지고 있지 않아 수집 자료의 신뢰도의 감소 원인이 되고 있다.
본 발명은 중소 하천에 설치된 USN 기반의 수질 관리 시스템에서 운용자 개입없이 자동적으로 센싱 데이터 이상치를 획득한 수질평가부과 연동하여 수질센서(탁도 또는 용존산소 센서)고장을 추정하고, 네트워크내 센서노드들과의 협업정보를 이용하여 추정된 수질센서 장애를 정확히 진단, 제어하여 그 결과를 운용자에게 제공함으로써, 네트워크 구성요소의 장애에 실시간 대처 및 신뢰성 있는 수질정보를 제공하는 수질 평가 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명은 수질 센서 장애 제어 장치에서 하나 이상의 수질 센서들로부터 센싱 데이터를 보고받아 장애를 제어하는 방법으로, 상기 하나 이상의 센서들로부터 보고되는 센싱 데이터로부터 이상치를 발견하는 단계와, 센싱 데이터로부터 이상치가 발견되는 경우, 해당 센서의 장애 여부를 판단하는 단계를 포함한다.
본 발명은 수질 센서 장애 제어 장치로, 하나 이상의 수질 센서들로부터 보고되는 센싱 데이터로부터 이상치를 발견하는 수질 평가부와, 상기 센싱 데이터로부터 이상치가 발견되는 경우, 해당 센서의 장애 여부를 판단하는 센서 장애 확인부를 포함한다.
본 발명은 중소 하천에 설치된 USN 기반의 수질 관리 시스템에서 운용자 개입 없이 센싱 데이터 이상치를 획득한 수질평가부과 연동하여 수질센서(탁도 또는 용존산소 센서)고장을 추정하고, 네트워크내 센서노드들과 협업하여 정확하게 장애를 진단하며, 네트워크 구성요소를 적절히 구동하여 장애를 제어하므로써 수질평가부에서 이상치 판단에 소요되는 시간을 단축시켜 실시간 장애 대처 및 신뢰성 높은 수질 데이터를 제공하는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수질 관리 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수질 센서 장애 제어 장치의 상세 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수질 센서 장애 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 바람직한 실시 예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 기술하기로 한다.
본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명 실시 예들의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
명세서 전반에 걸쳐 사용되는 용어들은 본 발명 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 사용자 또는 운용자의 의도, 관례 등에 따라 충분히 변형될 수 있는 사항이므로, 이 용어들의 정의는 본 발명의 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수질 관리 시스템의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 수질 관리 시스템은 수질센서노드(10), 유량센서노드(20), 게이트웨이(30) 및 수질 센서 장애 제어 장치(이하 '관리 서버'로 기재함)(140)를 포함한다.
수질센서노드(10)는 특정 장소의 수질을 측정하여 게이트웨이(130)를 통해 관리 서버(100)에 제공하는 것으로, 상세하게는 수질 센서부(11), 통신부(12) 및 수질센서노드 네트워크 관리부(13)를 포함한다.
도면에는 도시되어 있지 않지만, 수질 센서부(11)는 탁도, 용존산소 센서 등을 포함하는 수질 검사를 위해 필요한 하나 이상의 다양한 개별 센서들과, 수질 센서 본체, 수질센서 인터페이스보드, 수질센서 배터리 및 세정장치 제어부를 포함한다.
통신부(12)는 USN 통신 모듈로, 게이트웨이(30)를 통해 관리 서버(100)로부터 센서 노드 제어 정보를 수신하거나, 수질 센서부(11)에 의해 측정된 수질 센싱 데이터를 게이트웨이(30)를 통해 관리 서버(100)에 전송한다.
수질센서노드 네트워크 관리부(13)는 통신부(12)를 통해 관리 서버(100)로부터 수신한 센서 노드 제어 정보에 따라, 수질 센서부(11)를 제어한다. 일 실시 예에 따라, 세정 장치를 구동시키거나, 센싱 데이터가 전송되도록 제어한다.
유량센서노드(20)는 특정 장소의 유량을 측정하여 게이트웨이(130)를 통해 관리 서버(100)에 제공하는 것으로, 상세하게는 유량 센서부(21), 통신부(22) 및 유량센서노드 네트워크 관리부(23)를 포함한다.
도면에는 도시되어 있지 않지만, 유량 센서부(21)는 유량 측정을 위해 필요한 센서와, 유량 센서 본체, 유량센서 인터페이스보드, 유량센서 배터리를 포함한다. 통신부(22)는 USN 통신 모듈로, 게이트웨이(30)를 통해 관리 서버(100)로부터 센서 노드 제어 정보를 수신하거나, 유량 센서부(21)에 의해 측정된 유량 센싱 데이터를 게이트웨이(30)를 통해 관리 서버(100)에 전송한다. 유량센서노드 네트워크 관리부(23)는 통신부(22)를 통해 관리 서버(100)로부터 수신한 센서 노드 제어 정보에 따라, 유량 센서부(21)를 제어한다.
게이트웨이(130)는 게이트웨이 자체 제어, RF부 제어 및 각 센서 노드로부터 센싱 데이터를 전송하는 USN 통신부(31), USN 통신부(31)와 연동을 통해 관리 데이터를 제어하는 게이트웨이 네트워크 관리부(32)로 구성된다.
관리 서버(100)는 수신된 수질 센싱 데이터를 분석하여 수질 분포 분석, 예측, 검증하여 실시간으로 관리를 수행한다. 본 발명의 실시 예에 따라, 관리 서버(100)는 수질 센서 노드(10)의 네트워크 구성 장애를 검사하여 실시간으로 관리되도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따라 수질 센서 장애 제어 장치의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 관리 서버(100)는 상세하게는 통신부(110), 수질 평가부(120), 데이터베이스(130), 사용자 인터페이스부(140) 및 센서 장애 확인부(150)를 포함한다.
통신부(110)는 USN 통신 모듈로, 게이트웨이(30)를 통해 수질센서노드(10) 및 유량센서노드(20)로부터 센싱 데이터를 수신하고, 수질센서노드(10) 및 유량센서노드(20)의 제어 정보를 송신한다.
수질평가부(120)는 수질센서노드(10)로부터 전송된 센싱 데이터를 수신하여 사용자 인터페이스부(140)를 통해 사용자에게 출력하거나, DB(130)에 저장한다. 또한, 본 발명의 일 실시 예에 따라, 수질평가부(120)는 탁도 센싱 데이터의 이상치를 발견하는 경우, 센서 장애 확인부(150)로 센서 고장을 보고하여 센서 장애 여부를 검증하도록 요청한다.
데이터베이스(130)는 수질센서노드(10) 또는 유량센서노드(20)로부터 전송되는 센싱 데이터, 센서 노드별로 고장 여부를 포함하는 장애 정보를 저장한다.
사용자 인터페이스부(140)는 수질 평가 데이터 및 센서 노드 장애 여부 등을 관리자가 알 수 있도록 출력하는 디스플레이 수단이나, 관리자로부터 수질 평가 시스템 설정 정보를 입력받을 수 있는 입력부 등이 포함될 수 있다.
센서 장애 확인부(150)는 수질평가부(120)로부터 탁도 센서 고장 보고됨에 따라, 센서 장애 여부를 확인한다. 이를 위해, 센서 장애 확인부(150)는 DB 검색부(151), 세정 장치 구동부(152), 유량 변화 판단부(153) 및 장애 판단부(154)를 포함한다.
DB 검색부(151)는 탁도 센서 고장 보고에 따라, DB(130)를 검색하여 해당 탁도 센서의 고장 여부가 이미 보고되었는지를 검색한다. 즉, 수질 센서 인터페이스 장애, 수질 본체 장애 및 수질 센서 탁도 Probe 장애 여부 정보를 검색한다.
세정 장치 구동부(152)는 수질 센서 노드(10)에 세정 장치를 소정 시간 동안 구동시킨 후, 모니터링 결과를 출력한다. 이때, 세정 장치가 소정 주기로 소정 횟수 구동되도록 하고, 그 모니터링 결과를 출력할 수 있다.
유량 변화 판단부(153)는 유량 센서 노드(10)를 제어하여, 유량의 급격한 변화를 판단한다. 유량센서노드 네트워크 관리부(23)로부터 유량센서부(21)를 통해 얻은 유속센서의 센싱값과 수심센서의 센싱값을 기반으로 유량을 산출한다. 즉, 유량의 이상치 측정 결과에 의해 이전(유량 정보 전송 주기 기준) 또는 현재 유량 이상치가 발생하였는지를 점검한다. 이때, 이전의 유량과 비교하여 10% 이상의 차이가 나는 경우를 이상치로 판단한다.
장애 판단부(154)는 DB 검색부(151), 세정 장치 구동부(152) 및 유량 변환 판단부(153)로부터의 출력 정보에 따라 장애 판단됨에 따라, 이러한 정보를 수질 평가부(120)에 보고한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수질 센서 장애 제어 장치를 설명하기 위한 순서도이다.
도 3을 참조하면, 수질 평가부(110)는 탁도 센싱 데이터를 수신함(S310)에 따라 이상치가 발견되는지를 모니터링한다(S320). S320의 모니터링 결과 탁도 센싱 데이터에 이상치가 발견될 경우, 수질 평가부(120)는 탁도 센서 고장을 센서 장애 확인부(150)에게 보고한다.
그러면, 센서 장애 확인부(150)는 DB(130)를 검색하여(S330), 탁도 센싱 데이터에 이상치가 발견된 센서가 이미 고장 보고가 된 센서인지를 판단한다(S340). 즉, DB 검색으로 수질센서인터페이스 장애, 수질 본체 장애, 수질 센서 탁도 probe 장애를 점검한다. 이러한 점검에 따라 하나라도 장애인 경우, 이는 이미 탁도 센서가 이미 장애임을 나타낸다.
따라서, S340의 판단 결과, 센서가 이미 고장 보고가 된 센서일 경우, 센서 장애 확인부(150)는 프로세싱을 종료한다.
그러나, S340의 판단 결과, 센서가 고장 발생되지 않은 것으로 판단되면, 즉, 수질 본체 장애, 수질 센서 탁도 probe 장애를 점검한 결과, 그 어느 하나도 장애 정보가 저장되어 있지 않을 경우, 센서 장애 확인부(150)는 세정 장치를 구동한다(S350). 즉, 장비 자체는 고장이 아닐지라도 부착물에 의한 탁도센서가 제대로 데이터를 획득하지 못하므로 실질적인 장애로 인식하고, 이를 진단, 자가 검증하기 위해 세정장치를 1회 구동해 보고 수질평가부에서 이상치 판단 소요시간까지 기다려본다.
그런 후, 센서 장애 확인부(150)는 수질 평가부(120)로부터 수신 데이터 이상이 발생되는지를 판단한다(S360),
S360 판단 결과, 수신 데이터 이상이 발생되면, 다시 세정 장치를 구동하는데, 세정 장치 구동 횟수가 소정 횟수가 될 때까지 세정 장치를 구동시킨다. 예컨대, 3회 이전까지 수질평가부에서 관련센서장애 없으면 센서가 정상 데이터만 전달하는 것으로 센서가 정상으로 복귀되었다는 것을 인지할 수 있어 정상이라는 것을 운용자에게 보고한다.
즉, 센서 장애 확인부(150)는 세정 장치가 소정 횟수 이상 구동되었는지를 판단한다(S370). S370의 판단 결과 세정 장치가 소정 횟수 이상 구동되지 않았을 경우, 센서 장애 확인부(150)는 S350의 단계로 진행한다. 그러나, S370의 판단 결과 세정 장치가 소정 횟수 이상 구동되었을 경우, 예컨대 3회 세정장치 구동까지 계속적으로 동일한 센서고장이 보고되면, 센서 장애 확인부(150)는 유량 변화를 판단한다(S380). 즉, 유량의 급격한 변화를 판단하기 위해 유량의 이상치 측정 결과에 의해 이전(유량정보 전송주기 기준)에 또는 현재 유량 이상치가 발생하였는지 점검하거나 이전의 유량과 비교하여 10% 이상의 차이가 나는 경우를 이상치로 판단한다.
S380의 판단 결과, 유량의 급격한 변화가 있는 경우, 센서 장애 확인부(150)는 유량 변화에 의해 탁도 센싱 데이터에 이상이 발견된 것이지, 탁도 probe에는 장애가 없는 것으로 판단한다(S390). 그러나, S380의 판단 결과, 유량의 급격한 변화가 없는 경우, 센서 장애 확인부(150)는 센서 장애로 판단한다(S390).
그리고, 센서 장애 확인부(150)는 장애 판단 결과를 수질 평가부(120)에 출력하거나, DB(130)에 저장한다(S410).
도면에는 도시되어 있지 않지만, 수질 평가부(120)는 사용자 인터페이스부(140)를 통해 탁도 probe 장애 보고를 운용자에 보고한다.
한편, 세정장치 구동으로 인해 센서가 정상인 경우, 세정장치 구동에 대한 이력정보를 저장한다. 이력 정보의 일 예는 하기의 <표 1>과 같다.
발생 시간 센서 이름 세정장치 구동횟수
10시 5분 2초 탁도 2
11시 10분 2초 탁도 2
12시 15분 2초 탁도 2
15시 20분 2초 탁도 2
17시 20분 2초 탁도 2
표 1을 참조하면, 첫 번째 줄의 발생 장애는 세정장치 구동을 2번 만에 센서가 정상으로 되고, 세 번째 줄의 발생장애는 3번 만에 정상 됐다는 의미로 이런 이력 정보 중 최근 5회 발생에 대한 세정장치 구동 횟수를 평균 ((2+2+3+2+2)/5 = 2)을 현재 세정장치 구동 횟수로 정의하여, 이후 동일센서에 대한 새로운 장애 발생시 세정장치 구동을 일정 간격으로 2회 연속 구동함으로 수질평가부에서의 이상치 판단을 위한 대기(waiting) 시간을 줄여 실시간 처리를 수행하도록 한다.

Claims (14)

  1. 수질 센서 장애 제어 장치에서 하나 이상의 수질 센서들로부터 센싱 데이터를 보고받아 장애를 제어하는 방법에 있어서,
    상기 하나 이상의 센서들로부터 보고되는 센싱 데이터로부터 이상치를 발견하는 단계와,
    센싱 데이터로부터 이상치가 발견되는 경우, 해당 센서의 장애 여부를 판단하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 수질 센서 장애 제어 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 장애 여부를 판단하는 단계는
    데이터베이스를 검색하여, 탁도 센싱 데이터에 이상치가 발견된 센서가 이미 고장 보고가 된 센서인지를 판단하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 수질 센서 제어 장애 방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 장애 여부를 판단하는 단계는
    상기 데이터베이스를 검색하여, 해당 센서에 대한 수질 센서 인터페이스 장애, 수질 본체 장애, 수질 센서 탁도 프로브 장애 중 적어도 하나의 장애가 검색됨에 따라 이미 탁도 센서가 장애인 것으로 판단함을 특징으로 하는 수질 센서 제어 장애 방법.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 장애 여부를 판단하는 단계는
    이미 고장 보고가 되지 않은 센서인 경우, 해당 센서의 세정 장치를 구동시키고, 소정 시간 경과 후에 수질 센싱 데이터를 모니터하는 단계와,
    모니터링 결과, 장애 발생하지 않을 경우 센서의 정상 복귀로 판단하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 수질 센서 장애 제어 방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 장애 여부를 판단하는 단계는
    상기 모니터링 결과 장애 발생이 모니터링되면, 세정장치 구동을 소정 횟수 반복하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 수질 센서 장애 제어 방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 장애 여부를 판단하는 단계는
    세정 장치 구동 주기의 평균적으로 관리하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 수질 센서 장애 제어 방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 장애 여부를 판단하는 단계는
    상기 모니터링 결과 장애 발생이 모니터링되면, 유량 센싱 데이터를 이용하여 탁도 또는 용존 산소 센서의 장애를 진단하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 수질 센서 장애 제어 방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 장애 여부를 판단하는 단계는
    유량 센싱 데이터의 급격한 변화가 없는 경우, 센서 장애로 결정하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 수질 센서 장애 제어 방법.
  9. 하나 이상의 수질 센서들로부터 보고되는 센싱 데이터로부터 이상치를 발견하는 수질 평가부와,
    상기 센싱 데이터로부터 이상치가 발견되는 경우, 해당 센서의 장애 여부를 판단하는 센서 장애 확인부를 포함함을 특징으로 하는 수질 센서 장애 제어 장치.
  10. 제 9항에 있어서, 센서 장애 확인부는
    데이터베이스를 검색하여, 탁도 센싱 데이터에 이상치가 발견된 센서가 이미 고장 보고가 된 센서인지를 판단하는 DB 검색부와,
    이미 고장 보고가 되지 않은 센서인 경우, 해당 센서의 세정 장치를 구동시키고, 소정 시간 경과 후에 수질 센싱 데이터를 모니터링하는 세정 장치 구동부와,
    상기 모니터링 결과 장애 발생이 모니터링되면, 유량 센싱 데이터를 이용하여 탁도 또는 용존 산소 센서의 장애를 진단하는 유량 변화 판단부를 포함함을 특징으로 하는 수질 센서 장애 제어 장치.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 DB 검색부는
    상기 데이터베이스를 검색하여, 해당 센서에 대한 수질 센서 인터페이스 장애, 수질 본체 장애, 수질 센서 탁도 프로브 장애 중 적어도 하나의 장애가 검색됨에 따라 이미 탁도 센서가 장애인 것으로 판단함을 특징으로 하는 수질 센서 장애 제어 장치.
  12. 제 10항에 있어서, 상기 세정 장치 구동부는
    상기 모니터링 결과 장애 발생이 모니터링되면, 세정장치 구동을 소정 횟수 반복함을 특징으로 하는 수질 센서 장애 제어 장치.
  13. 제 10항에 있어서, 상기 세정 장치 구동부는
    세정 장치 구동 주기의 평균적으로 관리함을 특징으로 하는 수질 센서 장애 제어 장치.
  14. 제 10항에 있어서, 상기 유량 변화 판단부는
    유량 센싱 데이터의 급격한 변화가 없는 경우, 센서 장애로 결정함을 특징으로 하는 수질 센서 장애 제어 장치.
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