KR20210138270A - 수자원 계측 관리 시스템 - Google Patents

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KR20210138270A
KR20210138270A KR1020200056394A KR20200056394A KR20210138270A KR 20210138270 A KR20210138270 A KR 20210138270A KR 1020200056394 A KR1020200056394 A KR 1020200056394A KR 20200056394 A KR20200056394 A KR 20200056394A KR 20210138270 A KR20210138270 A KR 20210138270A
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Abstract

본 발명에 따른 수자원 계측 관리 시스템은, 수로의 수위를 측정하기 위해 상기 수로에 마련되는 수심 표척; 상기 수로의 수면과 상기 수심 표척의 눈금을 촬영하는 단말기; 상기 단말기가 장착되고, 상기 단말기에 전원을 공급하는 태양광 모듈; 상기 단말기로부터 촬영된 영상과 데이터를 전송 받는 클라우드 서버; 및 상기 수로의 위치, 표고 또는 경사를 포함하는 현장 계측 자료를 저장 및 관리하는 현장계측자료 관리부;를 포함하며, 상기 단말기는 스마트 폰으로 마련될 수 있다.

Description

수자원 계측 관리 시스템{SYSTEM FOR MEASUREMENT AND MANAGEMENT OF WATER RESOURCE}
본 발명은 수자원 계측 관리 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스마트 폰을 이용함으로써 운영 비용이 경제적이고 수자원 계측이 필요한 다수의 지점에 대해 일정 시간 간격으로 지정된 기간 동안 동시간 계측 자료를 수집할 수 있는 수자원 계측 관리 시스템에 관한 것이다.
농업생산의 수량과 품질을 유지하기 위해서는 빗물 이외에 부족한 물을 저수지나 양수장 같은 수리시설로부터 수로를 통해 농경지에 인위적으로 공급해 주는 관개(irrigation)가 필수적이며, 우리나라는 예로부터 농사를 위해 작물에 필요한 물을 농업수로를 통해 농경지에 관개하고 있다.
농업수로는 흙수로와 구조물수로로 구분되는데 예전에는 주로 흙수로였으나 근래 들어 콘크리트 구조물수로로 시공되고 있으며 수로의 형태는 대부분 개수로이며 사각 혹은 사다리꼴의 단면을 가지고 있다.
농업수로의 구분은 수원공과 연결된 용수간선과 용수간선에서 분기하는 용수지선 그리고 농경지에 연결되는 말단의 용수지거로 구분될 수 있다.
근래에 전 세계적인 물부족 심화 현상과 함께 우리나라에서도 예견되는 향후 물부족에 대비한 농업용수의 적정한 급/배수 관리의 필요성이 절실해지고 있으며 급/배수의 유량 계측을 통한 용수 수요 관리가 중요한 문제로 대두되고 있는 실정이다.
또한, 국내의 수위계 개발 현황은 일반 산업분야에서 건물 내나 탱크의 수위계측기(level meter) 위주로 보급되고 있으며 이들 제품을 농업 개수로에 그대로 적용하여 현장 설치하는 수준이어서 농업 개수로 유량 측정에 미흡하며 초기 시설설치비가 많이 들고 사용에 있어서도 조작과 운영이 복잡하여 시설의 유지관리가 어려운 실정이어서 농업에의 전반적인 보급에 어려움이 있다.
뿐만 아니라, 농업용수의 공급량, 손실량 측정은 수원공의 용수 공급 시점에 맞추어 수로망의 주요지점에서 동시간에 시계열적으로 측정되어야 최대한 정확한 자료를 획득할 수 있는데, 이와 같은 측정을 위해서는 많은 장비와 인력이 필요하고, 농업용수 공급망은 매우 복잡하여 고가의 계측 장비를 다수 활용하는데 경제적 어려움 있다.
따라서, 이러한 어려움을 해결하기 위해서는 농업 개수로 유량측정 환경을 잘 고려해야할 뿐만 아니라 수로 수위관측기의 가격을 저가로 하고 설치와 유지관리가 용이하며 관측 자료의 신뢰성이 높은 농업 수로 관측 기술의 개발이 절실하다.
본 출원인은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명을 제안하게 되었다.
한국등록특허 제10-0449442호 (2004.09.09.)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 스마트 폰을 이용하여 클라우드형 포터블 용수 계측 시스템으로 구현될 수 있는 수자원 계측 관리 시스템을 제공한다.
본 발명은 스마트 폰을 활용함으로써 운영비용이 경제적이고 계측이 필요한 다수의 지점에 대해 일정 시간 간격으로 지정된 기간 동안 동시간 계측 자료를 수집할 수 있는 수자원 계측 관리 시스템을 제공한다.
본 발명은 용수간선, 용수지선의 공급 시점, 분기점, 말단부 등에 설치되어 수원공의 공급량 대비 분수량 및 유말량을 실측하여 물관리의 효율성을 제고할 수 있는 수자원 계측 관리 시스템을 제공한다.
상기한 바와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 수자원 계측 관리 시스템은, 수로의 수위를 측정하기 위해 상기 수로에 마련되는 수심 표척; 상기 수로의 수면과 상기 수심 표척의 눈금을 촬영하는 단말기; 상기 단말기가 장착되고, 상기 단말기에 전원을 공급하는 태양광 모듈; 상기 단말기로부터 촬영된 영상과 데이터를 전송 받는 클라우드 서버; 및 상기 수로의 위치, 표고 또는 경사를 포함하는 현장 계측 자료를 저장 및 관리하는 현장계측자료 관리부;를 포함하며, 상기 단말기는 스마트 폰으로 마련될 수 있다.
상기 클라우드 서버 또는 상기 단말기에서부터 상기 수심 표척의 촬영 영상 또는 상기 수로의 수위값을 전송 받아 상기 수로의 유량을 산출하고 제어하는 용수 관리 통제부를 포함하고, 상기 용수 관리 통제부는 상기 수심 표척의 촬영 영상으로부터 얻는 상기 수로의 수위값과 상기 현장계측자료 관리부에서 전송 받은 상기 현장 계측 자료를 이용하여 상기 수로의 유량을 산출할 수 있다.
상기 클라우드 서버는 상기 현장계측자료 관리부로부터 상기 현장 계측 자료를 전송 받아 상기 수위 정보와 함께 상기 용수 관리 통제부로 전송할 수 있다.
상기 태양광 모듈은 상기 수로의 수위를 측정하는 수위 측정 센서 및 상기 수위 측정 센서의 측정값을 상기 단말기 또는 상기 클라우드 서버로 전송하는 통신부를 포함하며, 상기 수위 측정 센서는 상기 태양광 모듈로부터 전원을 공급받을 수 있다.
상기 단말기는 상기 수위 측정 센서의 측정값과 상기 수심 표척의 촬영 영상을 비교하여 상기 수심 표척의 촬영 영상으로부터 얻은 수위값 또는 상기 수위 측정 센서의 측정값을 보정하거나 검증할 수 있다.
상기 클라우드 서버 또는 상기 용수 관리 통제부는 상기 수위 측정 센서의 측정값과 상기 단말기에서 촬영된 상기 수심 표척의 촬영 영상을 비교하여 상기 수심 표척의 촬영 영상으로부터 얻은 수위값 또는 상기 수위 측정 센서의 측정값을 보정하거나 검증할 수 있다.
상기 태양광 모듈은 조도 센서, 조명 및 상기 단말기가 장착되는 거치부를 포함하며, 상기 거치부는 상기 수심 표척과 상기 수로의 수면을 촬영하는 상기 단말기를 회전시키거나 촬영 각도를 조절할 수 있다.
상기 단말기는 기상 정보와 연동하여 상기 수심 표척과 상기 수로의 수면을 촬영하는 시간을 조절하거나 조명의 사용 여부를 결정하거나 상기 태양광 모듈의 전원이 아닌 자체 전원의 사용 여부를 결정할 수 있다.
상기 거치부는 상기 단말기에서 전송 받은 기상 정보 또는 상기 수로를 흐르는 수자원의 유속에 따라 상기 단말기의 자세 또는 촬영 각도를 조절하거나 상기 단말기를 회전시킬 수 있다.
상기 단말기는 상기 수심 표척의 촬영 영상을 분석하여 상기 수로에 존재하는 장애물의 유무를 판단하고, 그 판단 결과를 이용하여 상기 수심 표척의 촬영 영상으로부터 얻은 수위값을 보정할 수 있다.
본 발명에 따른 수자원 계측 관리 시스템은 통신, 연산처리, 영상촬영, 관리앱(애플리케이션), 각종 센서류 연동 등이 가능한 스마트 폰을 이용하기 때문에 유지 설치비 대비 다양한 활용을 할 수 있다.
본 발명에 따른 수자원 계측 관리 시스템은 스마트 폰을 이용하기 때문에 설치, 해체, 휴대가 용이하여 설치 장소를 변경하는 것도 용이하다.
본 발명에 따른 수자원 계측 관리 시스템은 스마트 폰을 활용함으로써 운영비용이 경제적이고 계측이 필요한 다수의 지점에 대해 일정 시간 간격으로 지정된 기간 동안 동시간 계측 자료를 수집할 수 있다.
본 발명에 따른 수자원 계측 관리 시스템은 용수간선, 용수지선의 공급 시점, 분기점, 말단부 등에 설치되어 수원공의 공급량 대비 분수량 및 유말량을 실측하여 물관리의 효율성을 제고할 수 있다.
본 발명에 따른 수자원 계측 관리 시스템은 용수공급량 실증을 위한 측정시 실시간 측정에 필요한 다수의 인원과 장비를 대체할 수 있고 균일한 품질의 유량계측 결과를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 수자원 계측 관리 시스템은 농업 용수의 계측 뿐만 아니라 소하천의 계측에도 활용될 수 있다.
본 발명에 따른 수자원 계측 관리 시스템은 기존 수위 모니터링 장비의 복잡한 통신 및 제어반 구조를 스마트 폰을 도입함으로써 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 수자원 계측 관리 시스템의 실시예를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 수자원 계측 관리 시스템의 구성을 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 수자원 계측 관리 시스템의 요부를 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 수자원 계측 관리 시스템의 요부를 도시한 측면도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 수자원 계측 관리 시스템에 설치되는 수로 계통을 예시한 도면이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 수자원 계측 관리 시스템의 실시예를 보여주는 도면, 도 2는 본 발명에 따른 수자원 계측 관리 시스템의 구성을 보여주는 도면, 도 3은 본 발명에 따른 수자원 계측 관리 시스템의 요부를 도시한 사시도, 도 4는 본 발명에 따른 수자원 계측 관리 시스템의 요부를 도시한 측면도, 도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 수자원 계측 관리 시스템에 설치되는 수로 계통을 예시한 도면이다.
이하에서 설명하는 본 발명에 따른 수자원 계측 관리 시스템(100)은 수원공에 저장된 수자원(물, 용수)을 수혜지(몽리지)에 공급하는 수로를 흐르는 수자원의 양을 계측하고, 수원공에서 공급된 수자원의 양과 수혜지에 도달한 수자원의 총량을 비교하여 수자원의 공급/수요 사이에 발행하는 수자원 낭비 등을 관리하기 위한 시스템이다. 다만, 본 발명에 따른 수자원 계측 관리 시스템(100)은 농업용수의 계측 관리 뿐만 아니라 각종 산업/공업용수의 계측 관리 그리고 소하천을 흐르는 물의 수위 또는 유량을 계측 관리할 수도 있다.
이하에서는 설명의 편의를 위해 본 발명에 따른 수자원 계측 관리 시스템(100)이 농업용수의 계측 관리에 사용된 경우에 대해서 예시적으로 설명한다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 수자원 계측 관리 시스템(100)의 실시예 및 구성도를 도시하는 것으로, 본 발명에 따른 수자원 계측 관리 시스템(100)은, 수로의 수위를 측정하기 위해 상기 수로에 마련되는 수심 표척(120); 상기 수로의 수면과 상기 수심 표척(120)의 눈금을 촬영하는 단말기(110); 상기 단말기(110)가 설치되고 상기 단말기(110)에 전원을 공급하는 태양광 모듈(130); 및 상기 단말기(110)로부터 촬영된 영상과 데이터를 전송 받는 클라우드 서버(140);를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 단말기(110)는 상기 태양광 모듈(130)에 장착하거나 태양광 모듈(130)에서 분리 가능한 포터블(portable) 단말기로 마련될 수 있다. 즉, 단말기(110)는 수자원 계측 관리 시스템(100)에서 분리할 수 없는 형태 또는 일체형으로 마련되는 것이 아니라 수자원 계측 관리 시스템(100)에서 분리할 수 있으며, 단말기(110)가 장착되는 태양광 모듈(130)도 수자원 계측 관리 시스템(100)에서 분리할 수 있다.
이와 같이, 단말기(110)가 태양광 모듈(130)에 장착/분리 가능하거나 또는 단말기(110)가 장착되는 태양광 모듈(130)이 수자원 계측 관리 시스템(100)에서 분리될 수 있기 때문에, 단말기(110) 및 태양광 모듈(130)을 운반 또는 이동하는 것이 쉽고 단말기(110) 또는 태양광 모듈(130)을 설치하는 장소에 대한 제약이 거의 없다. 그 결과, 본 발명에 따른 수자원 계측 관리 시스템(100)의 설치, 철거, 운반 등이 용이하다는 장점이 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 수자원 계측 관리 시스템(100)은 클라우드 서버(140)를 중심으로 여러 개의 수심 표척(120), 단말기(110) 및 태양광 모듈(130)을 포함할 수 있다. 단말기(110) 및 태양광 모듈(130)은 클라우드 서버(140)와 무선통신을 하기 때문에, 단말기(110)에서 얻은 수로의 수위, 유량 등에 대한 정보를 포함하는 데이터, 촬영 이미지, 촬영 영상 등이 클라우드 서버(140)로 전송될 수 있다.
본 발명에 따른 수자원 계측 관리 시스템(100)은 고정식이 아니라 설치 장소를 자유롭게 선택하여 설치되거나 철거될 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 수자원 계측 관리 시스템(100)은 수로에 설치되어 수자원(물)의 수위(수심)을 측정하는 수심 표척(120), 수심 표척(120)의 눈금과 수위(수면)을 촬영하는 단말기(110), 단말기(110)가 마련되고 단말기(110)에 전원을 공급하는 태양광 모듈(130), 단말기(110)가 촬영한 수심 표척(120)과 수위의 영상과 데이터를 전송 받는 클라우드 서버(140)를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 수자원 계측 관리 시스템(100)은, 상기 수로의 위치, 표고, 경사를 포함하는 현장 계측 자료를 저장하거나 관리하며 단말기(110)를 원격 제어하는 현장계측자료 관리부(150) 및 클라우드 서버(140) 또는 단말기(110)에서 상기 수로의 수위 정보를 전송 받아 상기 수로를 통과하는 수자원의 유량을 산출하고 제어하는 용수 관리 통제부(160)를 포함할 수 있다.
우선, 수심 표척(120)은 수로의 수위 측정의 기준이 되는 눈금이 마련되어 있기 때문에 수위에 해당하는 눈금을 읽어서 수위를 측정하게 된다.
본 발명에 따른 수자원 계측 관리 시스템(100)은 수위 또는 유량의 측정이 필요한 수로의 해당 부위에 수심 표척(120)을 설치하게 되는데, 수위를 정확하게 측정하기 위해서는 수심 표척(120)이 수직 상태를 유지해야 한다. 만약, 강우 등으로 인해서 수로의 유량이 증가하면서 유속이 빨라지거나 부유물이 많은 경우에는 수심 표척(120)이 기울어질 수 있고 이럴 경우 수위를 정확하게 측정할 수 없다. 본 발명에 따른 수자원 계측 관리 시스템(100)은 수심 표척(120)이 수직 상태를 유지하는지 아니면 기울어진 상태인지를 판단하여 수심 표척(120)에 의해서 측정된 수위 값을 보정하거나 관리자의 단말기(미도시)에 접속하여 수심 표척(120)의 유지 보수를 지시할 수도 있다. 왜냐하면, 본 발명에 따른 수자원 계측 관리 시스템(100)을 구성하는 단말기(110)에서 수심 표척(120)의 수위 눈금 뿐만 아니라 수심 표척(120)의 자세도 촬영할 수 있기 때문이다.
본 발명에 따른 수자원 계측 관리 시스템(100)의 단말기(110)는 촬영부(111), 저장부(112), 통신부(113), 제어부(114), 연산부(115) 및 센서부(119)를 포함할 수 있다.
여기서, 단말기(110)는 스마트 폰(smart phone)으로 마련될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 수자원 계측 관리 시스템(100)은 스마트 폰으로 마련되는 단말기(110)를 이용하여 수자원의 수위를 촬영하여 계측하고 유량을 산출하여 관리할 수 있다.
따라서, 단말기(110)에 포함되는 촬영부(111), 저장부(112), 통신부(113), 제어부(114), 연산부(115) 및 센서부(119)는 스마트 폰에 기본적으로 탑재되어 있는 구성요소이다.
단말기(110)의 촬영부(111)는 스마트 폰에 탑재되어 있는 카메라이다. 따라서, 촬영부(111)는 스마트 폰용 카메라의 모든 기능을 구현하고 이용할 수 있다.
단말기(110)의 촬영부(111)는 줌인(zoom in), 줌아웃(zoom out), 타임 랩스(time lapse) 등 다양한 기능으로 피사체를 촬영할 수 있다.
또한, 촬영부(111)는 자외선 필터, 적외선 필터 또는 편광 필터가 구비된 카메라로 마련될 수 있다. 즉, 스마트 폰의 카메라에 적외선 필터, 자외선 필터 또는 편광 필터를 장착하여 수심 표척(120)의 눈금을 정확하게 촬영하고 판독할 수 있다. 맑은 날에는 수면에 반사된 햇빛으로 인해서 수위를 알려 주는 수심 표척(120)의 눈금을 정확하게 촬영하지 못하거나 판독하지 못할 수 있는데, 본 발명에 따른 수자원 계측 관리 시스템(100)은 촬영부(111)에 자외선 필터 또는 편광 필터가 마련되어 있기 때문에 햇빛으로 인한 오독 또는 색상 혼동으로 인한 오류를 방지할 수 있다. 또한, 촬영부(111)는 적외선 필터를 포함할 수 있기 때문에 야간에도 수심 표척(120)의 눈금을 정확하게 촬영하고 판독할 수 있다.
단말기(110)의 촬영부(111)에서 얻은 수심 표척(120)의 눈금 영상은 저장부(113)에 저장되어 전송될 수 있다. 저장부(112)는 스마트 폰에 마련되어 있는 메모리 카드 등을 의미한다. 본 발명에 따른 수자원 계측 관리 시스템(100)은 단말기(110)인 스마트 폰의 자체 메모리를 저장부(112)로 이용하기 때문에 단말기(110)에 별도의 저장부를 추가할 필요가 없다.
상기 저장부(130)에 저장된 수심 표척(120)의 촬영 영상 등은 통신부(113)를 통해서 클라우드 서버(140) 또는 용수 관리 통제부(160)로 전송될 수 있다. 여기서, 통신부(113)는 스마트 폰에 탑재되어 있는 통신부를 의미한다. 단말기(110)는 스마트 폰으로 마련되기 때문에 스마트 폰이 가입된 인터넷 망을 이용하여 LTE, 5G 등 원거리 무선통신을 할 수 있을 뿐만 아니라, 와이파이, 블루투스 등의 기능을 이용할 수도 있다.
따라서, 본 발명에 따른 수자원 계측 관리 시스템(100)은 스마트 폰으로 마련되는 단말기(110)의 자체 통신 기능을 이용하기 때문에 별도의 통신수단을 구비할 필요가 없어서 유지 보수 비용을 현저하게 줄일 수 있다.
한편, 단말기(110)의 저장부(112)는 연산부(115)와 데이터를 주고 받을 수도 있다. 연산부(115)는 저장부(112)에서 수심 표척(120)의 촬영 영상을 전송 받고 수심 표척(120)의 눈금을 판독하여 수위를 산출할 수 있다. 또한, 산출된 수위를 이용하여 수로를 흐르는 수자원(물)의 유량을 산출할 수도 있다. 다만, 유량을 산출하기 위해서는 수위값 뿐만 아니라 수로의 각종 설계값 또는 계측값을 알아야 하는데, 후술하는 현장계측자료 관리부(150)에서 이러한 계측값을 관리한다.
상기 연산부(115)는 촬영 영상을 판독하여 수심 표척(120)이 수직으로 세워져 있는지 기울어져 있는지 판별할 수 있다. 수심 표척(120)이 기울어진 상태라고 판단하면, 그 판독값을 저장부(112)로 전송하여 통신부(113)를 통해 클라우드 서버(140)에 전송할 수 있다. 클라우드 서버(140)는 관리자의 단말기를 통해 관리자에게 수심 표척(120)를 수직으로 세우게 하는 유지 보수 메시지를 발송할 수 있다.
또한, 단말기(110)는 센서부(119)를 포함할 수 있는데, 센서부(119)는 스마트 폰에 탑재된 가속도 센서, 각속도 센서, 온/습도 센서, 이미지 센서 등을 포함할 수 있다. 센서부(119)는 스마트 폰에 기본적으로 탑재된 각종 센서류를 이용하여 단말기(110)의 촬영 자세 등을 센싱할 수 있고, 그 센싱 정보를 연산부(115)에 전송하여 센싱값을 판독하고 판독 결과를 저장부(112)에 전송하여 저장할 수 있다.
상기 단말기(110)는 제어부(114)를 포함할 수 있는데 제어부(114)는 촬영부(111)의 동작 상태를 제어할 수 있다. 예를 들면, 제어부(114)는 햇빛의 밝기 즉 조도에 따라 촬영부(111)의 조리개 개방 정도를 제어하거나 알맞은 필터가 적용되도록 제어함으로써 기상 조건이나 시간 경과에 상관 없이 촬영부(111)가 정확하고 상시적인 촬영을 할 수 있도록 제어할 수 있다.
상기에서 설명한 바와 같이, 단말기(110)의 통신부(113)는 클라우드 서버(140) 또는 용수 관리 통제부(160)와 무선으로 통신하면서 각종 데이터를 주고 받을 수 있다.
또한, 단말기(110)가 스마트 폰으로 마련되기 때문에 촬영부(111)의 동작에 관련한 애플리케이션, 데이터 저장/관리/전송 등에 관한 애플리케이션 등 다양한 애플리케이션이 단말기(110)에 설치될 수 있다.
한편, 상기 클라우드 서버(140)는 현장계측자료 관리부(150)로부터 상기 현장 계측 자료를 전송 받아 수로의 수위값을 포함하는 수위 정보와 함께 용수 관리 통제부(160)로 전송할 수 있다.
상기 클라우드 서버(140)는 단말기(110)의 통신부(113)를 통해 촬영 영상 등 수자원 계측 및 관리에 관련된 각종 데이터를 전송 받아 저장한다. 단말기(110)의 상기 각종 데이터가 일정시간 간격마다 클라우드 서버(140)에 업로드 되도록 제어부(114)를 설정하거나 설정을 조절할 수 있다.
상기 현장계측자료 관리부(150)는 수심 표척(120), 단말기(110) 등이 설치되는 수로 지점에 대한 각종 제원 또는 자료를 포함하는 현장계측자료를 저장하고 관리할 수 있다.
상기 현장계측자료는 계측의 대상이 되는 수로 지점에 있어서 해당 지점에서의 표고, 위치(좌표 정보 포함), 경사, 폭(너비), 깊이 등의 계측 자료를 포함하는데, 이러한 계측자로는 관리자가 현장에서 직접 측정하여 얻을 수도 있고 수로의 설계자료로부터 얻을 수도 있다. 현장에서 직접 측정할 경우 관리자는 휴대용 레이저 거리 측정기 등 측정 장비를 이용하여 계측 자료를 얻을 수 있다.
또한, 현장계측자료 관리부(150)에는 수심 표척(120) 및 단말기(110) 등을 설치하는 지점, 조사계획 등에 대한 자료가 업로드 될 수도 있고, 현장계측계획 지원 프로그램이 업로드되거나 탑재될 수도 있다.
뿐만 아니라, 현장계측자료 관리부(150)에는 스마트 폰으로 마련되는 단말기(110)를 원격으로 접속하여 제어하는 기능, 수위측정자료 관리 기능, 수심 표척 영상인식 변환 기능, 수로망 공급량 환산 기능 등을 구비한 현장계측자료 관리 프로그램도 업로드되거나 탑재될 수 있다. 여기서, 수심 표척 영상인식 변환 기능은 인공지능(AI) 영상처리 기술을 이용할 수 있고, 수로망 공급량 환산 기능은 매닝(manning) 공식을 이용하여 수위값으로부터 유량을 산출해 낼 수 있다.
현장자료계측 관리부(150)는 클라우드 서버(140)와 연결되어 수심 표척 영상인식 자료, 유로의 공급량 자료 등을 클라우드 서버(140)로 전송할 수 있고, 클라우드 서버(140)는 이러한 자료를 다시 용수 관리 통제부(160)에 전송하여 수로를 흐르는 수자원의 공급과 수요 간에 불일치가 있는지 등을 판단하고 수자원의 실제 사용량을 검증할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 수자원 계측 관리 시스템(100)은 스마트 폰으로 마련되는 단말기(110)를 이용하여 특정 지역을 일정한 시간 동안 관측하고 수심 표척(120)의 영상을 촬영하게 되는데, 시간에 경과에 따른 수위의 변화 여부를 촬영하기 위해서는 단말기(110)가 일정한 자세로 장시간 유지될 수 있어야 하고 전원이 지속적으로 공급되어야 한다. 단말기(110) 자체 전원은 사용시간에 한계가 있기 때문에 외부 전원의 공급이 필요하다. 이러한 문제를 해결하기 위해서, 본 발명에 따른 수자원 계측 관리 시스템(100)은 단말기(110)가 장착 또는 분리되는 거치대의 기능을 수행함과 동시에 단말기(110)에 외부 전원을 공급할 수 있는 태양광 모듈(130)을 포함할 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 수로(210)를 흐르는 수자원(W)의 수위를 측정하기 위해서 수심 표척(120)이 수로(210)에 수직인 상태로 마련되고, 수심 표척(120)을 촬영하기 적합한 지점에 단말기(110) 및 태양광 모듈(130)이 마련될 수 있다.
상기 태양광 모듈(130)은 기둥 부재(131), 기둥 부재(131)의 상부에 마련된 태양광 패널(133), 기둥 부재(131)의 하단에 마련된 지지부(132)를 포함할 수 있다. 여기서, 태양광 패널(133)을 통해서 생성된 전기에너지는 지지부(132) 내에 마련된 리튬이차전지(예를 들면, 리튬인산철 충방전배터리)에 충전될 수 있다. 지지부(132)는 태양광 모듈(130)을 설치 지점에 견고하게 고정하는 역할 뿐만 아니라 전기에너지를 저장하는 배터리의 기능도 할 수 있다.
상기 태양광 모듈(130)은 태양광 컨트롤러(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 태양광 컨트롤러(미도시)는 지지부(132)의 배터리 충전량을 측정하거나 기상 정보 또는 시각 정보를 바탕으로 태양광 패널(133)이 집광하는 각도 등을 조절할 수도 있다.
상기 단말기(110)는 기둥 부재(131)의 상단에 장착되는 것이 바람직한데, 이를 위해서 기둥 부재(131)의 상단에는 거치부(139)가 형성될 수 있다. 단말기(110)가 거치부(139)에 장착되면 거치부(139)를 통해서 지지부(132)의 배터리에 충전된 전기에너지가 단말기(110)에 공급될 수 있다.
또한, 거치부(139)는 수심 표척(120)과 수로(210)의 수면을 촬영하는 단말기(110)를 회전시키거나 단말기(110)의 자세 또는 촬영 각도를 조절하도록 마련될 수도 있다. 예를 들면, 거치부(139)를 조인트 및 복수개의 모터로 형성하는 경우에는 상기 모터를 구동하여 거치부(139)에 장착된 단말기(110)의 자세 즉, 수심 표척(120)을 향하는 각도 또는 방향 등을 조절할 수도 있다.
상기 거치부(139)를 구하는 모터 역시 지지부(132)에 충전된 전기에너지에 의해서 작동될 수 있다. 단말기(110)의 촬영 각도 또는 방향 등의 조절 여부는 단말기(110)의 제어부(114)에 의해서 결정될 수 있다. 예를 들면, 촬영부(111)에서 촬영한 수심 표척(120)의 영상 또는 이미지를 판독한 결과, 수심 표척(120)이 기울어진 것으로 판단되거나 강우로 인해서 수위가 상승하여 단말기(110)의 촬영 각도를 위쪽으로 올려야 한다고 판단한 경우에, 제어부(114)는 통신부(113), 용수 관리 통제부(160)를 통해 거치부(139)를 구동하여 단말기(110)의 자세를 변경하도록 제어할 수도 있다.
상기 단말기(110)에 빗물이 침투하는 것을 방지하기 위해 IP67 방수 등급의 방수 케이스(미도시)가 거치부(139)에 마련될 수 있다.
상기 태양광 모듈(130)은 용수 관리 통제부(160)와 통신을 하기 위한 통신부(137)를 포함할 수 있다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 상기 태양광 모듈(130)은 수로(210)의 수위를 측정하는 수위 측정 센서(134) 및 수위 측정 센서(134)의 측정값을 단말기(110) 또는 클라우드 서버(140)로 전송하는 통신부(137)를 포함할 수 있다.
상기 태양광 모듈(130)은 스마트 폰으로 마련되는 단말기(110)에 전원을 공급하면서 동시에 단말기(110), 클라우드 서버(140) 또는 용수 관리 통제부(160)와 통신이 가능하도록 작동할 수 있다. 이때, 태양광 모듈(130)은 AOA(Android Open Accessory) 모드로 작동할 수 있다.
상기 태양광 모듈(130)은 조도 센서(135) 및 조명(136)을 포함할 수 있다. 여기서, 거치부(139)에 장착되는 단말기(110)의 촬영부(111)가 수심 표척(120)을 촬영할 때 수심 표척(120)의 주변이 어둡거나 일몰 후에 촬영하는 경우에는 정확한 촬영을 못할 가능성이 있는데, 이때 조도 센서(135)가 주변의 밝기를 판단하여 조명(136)의 사용 여부를 결정할 수 있다. 물론, 단말기(110)에 자체적으로 구비된 조도 센서 및 조명을 사용하는 것도 가능하다. 다만, 단말기(110)에 자체적으로 구비된 조도 센서 및 조명을 사용할 경우에는 단말기(110) 자체의 전원이 소모될 수 있으므로 단말기(110) 자체의 전원량이 충분하지 않을 경우에는 태양광 모듈(130)에 구비된 조도 센서(135) 및 조명(136)을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 단말기(110)의 센서부(119)는 단말기(110)의 자체 전원량을 실시간으로 감지하고 통신부(113)는 자체 전원량을 클라우드 서버(140) 또는 용수 관리 통제부(160)를 통해서 태양광 모듈(130)에 전송할 수 있다.
상기 태양광 모듈(130)의 통신부(137)를 통해서 전송 받은 단말기(110)의 자체 전원량이 기준값 이상이면 상기 태양광 컨트롤러는 지지부(132)에 충전되어 있는 전원을 단말기(110)로 공급하지 않지만, 단말기(110)의 자체 전원량이 기준값 보다 작으면 지지부(132)에 충전되어 있는 전원을 단말기(110)로 공급한다.
한편, 수위 측정 센서(134)는 기둥 부재(131)에 연결된 가로 부재(미도시)에 마련될 수 있으며, 수위 측정 센서(134)가 수로(210)를 흐르는 수자원의 수면을 내려다 볼 수 있도록 상기 가로 부재는 충분한 길이를 가지도록 형성되는 것이 바람직하다.
도 4에 도시된 바와 같이, 수위 측정 센서(134)는 수로(210)를 흐르는 수자원(W)의 수면에 초음파를 발사하고 반사되어 오는 초음파를 수신하여 수위를 측정하는 초음파 수위 측정 센서로 마련될 수 있다.
상기 수위 측정 센서(134)가 수위를 정확하게 측정하기 위해서는 수로(210)의 바닥에서부터 수위 측정 센서(134)까지의 거리가 기준이 되어야 하는데, 수로(210)의 바닥에서부터 수위 측정 센서(134) 사이의 거리는 현장계측자료 관리부(150)로부터 전송 받을 수 있다.
상기 수위 측정 센서(134)는 태양광 모듈(130)에 장착 또는 분리가 용이하도록 USB 커넥터형 센서로 마련될 수 있고 태양광 모듈(130)의 지지부(132)로부터 전원을 공급받을 수 있다.
본 발명에 따른 수자원 계측 관리 시스템(100)은 단말기(110)의 촬영부(111)에 의해 촬영된 수심 표척(120)의 눈금을 읽어서 수위를 판독하는 것에 그치지 않고 수위 측정 센서(134)에 의한 수위도 측정하게 되는데, 수심 표척(120)에서 얻은 수위와 수위 측정 센서(134)에서 얻은 수위를 서로 비교하여 수위 측정값의 정확도를 높이거나 오차를 보정할 수도 있다. 즉, 본 발명에 따른 수자원 계측 관리 시스템(100)은 교차 검증용 수위 정보 수집을 위해서 수심 표척(120)과 수위 측정 센서(134)를 모두 이용하여 수위를 측정한다.
상기 수위 측정 센서(134)에 의해서 측정된 수위값은 단말기(110)로 전송될 수도 있다. 수위 측정 센서(134)에서 측정된 수위를 전송 받은 단말기(110)는 수위 측정 센서(134)의 측정값과 수심 표척(120)의 촬영 영상에서 판독한 수위값을 비교하여 수심 표척(120)의 촬영 영상으로부터 얻은 수위값 또는 수위 측정 센서(134)의 측정값을 보정하거나 검증할 수 있다.
예를 들면, 수심 표척(120)이 기울어진 경우에는 수위 측정 센서(134)의 값을 기준으로 수심 표척(120)의 영상 판독을 통한 측정값을 보정할 수 있다.
상기 단말기(110)는 수심 표척(120)의 촬영 영상을 분석하여 수로(210)에 존재하는 장애물의 유무를 판단하고, 그 판단 결과 또는 수위 측정 센서(134)의 측정값을 이용하여 수심 표척(120)의 촬영 영상으로부터 얻은 수위값을 보정할 수 있다.
또한, 단말기(110)는 수위 측정 센서(134)의 측정값과 수심 표척(120)의 촬영 영상을 비교하고 수심 표척(120)의 촬영 영상으로부터 얻은 수위값을 기준으로 수위 측정 센서(134)의 측정값을 보정할 수도 있다.
한편, 수위 측정 센서(134)에 의해서 측정된 수위는 태양광 모듈(130)의 통신부(137) 또는 단말기(110)의 통신부(113)를 통해서 클라우드 서버(140) 또는 용수 관리 통제부(160)로 전송될 수 있다.
상기 클라우드 서버(140) 또는 용수 관리 통제부(160)는 수위 측정 센서(134)의 측정값과 단말기(110)에서 촬영된 수심 표척(120)의 촬영 영상을 비교하여 수심 표척(120)의 촬영 영상으로부터 얻은 수위값 또는 수위 측정 센서(134)의 측정값을 보정하거나 검증할 수 있다.
상기 단말기(110)는 기상 정보와 연동하여 수심 표척(120)과 수로(210)의 수면을 촬영하는 시간 또는 촬영 각도를 조절하거나 조명의 사용 여부를 결정하거나 태양광 모듈(130)의 전원이 아닌 자체 전원의 사용 여부를 결정할 수 있다.
상기 단말기(110)는 기상 관련 애플리케이션이 설치되거나 기상청 데이터베이스와 연결되어서 기상정보를 실시간으로 전송 받을 수 있다. 예를 들면, 강수 여부, 강수량, 일출 시간, 일몰 시간, 맑고 흐린 정도 등에 대한 기상 정보를 전송 받고 이를 기초로 하여 촬영부(111)의 작동 상태를 제어할 수 있다. 또한, 기상 정보와 연동하여 단말기(110)의 자체 전원을 이용할지 태양광 모듈(130)의 충전 전원을 이용할지 결정할 수 있다.
상기 단말기(110)는 수로(210)를 흐르는 수자원(W)의 유속 또는 조명의 사용 여부에 따라 줌인/줌아웃 기능을 발휘할 수 있다. 유속이 빠를 경우에는 수심 표척(120)이 물의 흐름을 방해하면서 발생하는 물방울 등에 의해서 수심 표척(120)의 눈금을 정확하게 촬영하지 못할 수 있다. 단말기(110)는 수자원(W)의 유속이 기준치 보다 빠르다고 판단한 경우에는 줌인 기능을 작동하여 수심 표척(120)의 눈금을 확대하여 촬영할 수 있다. 날씨가 흐리거나 일몰 후에도 줌인 기능을 사용할 수 있다. 수자원(W)의 유속이 기준치 이하에 도달하거나 일출 경우에는 다시 줌아웃 기능으로 복귀할 수 있다.
또한, 상기 단말기(110)는 그 자체에 구비된 카메라(촬영부, 111)의 타임 랩스(time lapse) 기능을 이용하여 수심 표척(210) 및 수로(210)의 수면을 촬영할 수 있다. 본 발명에 따른 수자원 계측 관리 시스템(100)은 장시간 동안 단말기(110)의 촬영부(111)로 수심 표척(120)을 촬영하거나 수위 측정 센서(134)를 이용하여 수위를 측정하게 된다. 따라서, 촬영부(111)에 촬영하는 수심 표척(120)의 영상은 단일 컷의 이미지 보다는 동영상 형태인 것이 일반적이다. 그런데, 실제 시간 경과에 따라 촬영된 동영상은 러닝 타임이 길 수밖에 없고 영상을 판독하는데 시간이 많이 걸리 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 수자원 계측 관리 시스템(100)에서는 촬영부(111)가 타임 랩스 기능을 적용하여 수심 표척(120)을 촬영함으로써 판독에 걸리는 시간을 줄이면서도 영상의 용량을 줄일 수 있다.
도 5 및 도 6에는 본 발명에 따른 수자원 계측 관리 시스템(100)이 설치되는 수로망이 예시적으로 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, 저수지 등과 같은 수원공(201)에 저장된 수자원(물)은 간선유로(210), 지선유로(230) 등을 통해서 수혜지(몽리지)로 공급된다. 여기서, 간선유로(210)는 수원공(201)과 직접 연결된 수로를 의미하고 지선유로(230)는 간선유로(210)에서 분기된 유로를 의미한다.
간선유로(210)와 지선유로(230)에는 유량계측기(220)가 설치될 수도 있다. 다만, 본 발명에 따른 수자원 계측 관리 시스템(100)은 스마트 폰으로 마련되는 단말기(110)의 촬영 영상을 해석하거나 수위 측정 센서(134)에 의해서 측정된 수위값으로부터 유량을 산출하기 때문에 유량계측기(220)는 검증용 또는 보조용으로 사용되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 단말기(110)에서 산출된 유량과 유량계측기(220)에서 측정된 값을 비교하여 오차를 줄이거나, 단말기(110) 등이 고장인 경우에 유량계측기(220)의 측정값을 이용하여 수자원을 관리할 수 있다.
상기 유량계측기(220)에서 측정된 값은 클라우드 서버(140) 또는 용수 관리 통제부(160)로 전송될 수 있다.
도 5의 경우, 수심 표척(120), 단말기(110) 및 태양광 모듈(130)은 수원공(201)의 앞단, 지선수로(230), 지선수로(230)가 분기된 지점 후단의 간선수로(210)에 설치될 수 있다. 본 발명에 따른 수자원 계측 관리 시스템(100)은 각 지점에서 측정한 유량(Q1, Q2, Q3)을 합산하여 수자원의 공급이 제대로 이뤄지고 있는지 판단할 수 있다. 즉, Q2와 Q3를 합한 유량이 Q1과 동일하면 누수되거나 유실되는 수자원이 없다고 판단할 수 있지만 Q1이 더 큰 경우에는 누수되거나 유실되는 수자원이 발생한 것으로 판단하고 해당 원인을 찾아서 해결하도록 안내하게 된다.
도 6에는 수혜지(202)에 이어지는 지선수로(230)가 도시되어 있다. 지선수로(230)와 수혜지(202) 사이에도 유량계측기(미도시)가 설치되어 실제로 수혜지(202)에 유입되는 수자원의 유량을 계측할 수 있다.
상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 수자원 계측 관리 시스템(100)은 스마트 폰을 활용한 클라우드형 포터블 용수 계측 관리 시스템으로서 운영 비용을 절감할 수 있고 수위 측정이 필요한 다수의 지점에 대해 일정 시간 간격으로 지정된 기간 동안 동시간 계측 자료를 수집할 수 있는 시스템을 쉽게 구현할 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 일 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 청구범위뿐 아니라 이 청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100: 수자원 계측 관리 시스템
110: 단말기 111: 촬영부
112: 저장부 113: 통신부
114: 제어부 115: 연산부
120: 수심 표척 130: 태양광 모듈
131: 기둥 부재 132: 지지부
133: 태양광 패널 134: 수위 측정 센서
135: 조도 센서 136: 조명
137: 통신부 139: 거치부
140: 클라우드 서버
150: 현장계측자료 관리부
160: 용수 관리 통제부

Claims (10)

  1. 수로의 수위를 측정하기 위해 상기 수로에 마련되는 수심 표척;
    상기 수로의 수면과 상기 수심 표척의 눈금을 촬영하는 단말기;
    상기 단말기가 장착되고, 상기 단말기에 전원을 공급하는 태양광 모듈;
    상기 단말기로부터 촬영된 영상과 데이터를 전송 받는 클라우드 서버; 및
    상기 수로의 위치, 표고 또는 경사를 포함하는 현장 계측 자료를 저장 및 관리하는 현장계측자료 관리부;를 포함하며,
    상기 단말기는 스마트 폰으로 마련되는 것을 특징으로 하는 수자원 계측 관리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 클라우드 서버 또는 상기 단말기에서부터 상기 수심 표척의 촬영 영상 또는 상기 수로의 수위값을 전송 받아 상기 수로의 유량을 산출하고 제어하는 용수 관리 통제부를 포함하고,
    상기 용수 관리 통제부는 상기 수심 표척의 촬영 영상으로부터 얻는 상기 수로의 수위값과 상기 현장계측자료 관리부에서 전송 받은 상기 현장 계측 자료를 이용하여 상기 수로의 유량을 산출하는 것을 특징으로 하는 수자원 계측 관리 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 클라우드 서버는 상기 현장계측자료 관리부로부터 상기 현장 계측 자료를 전송 받아 상기 수위 정보와 함께 상기 용수 관리 통제부로 전송하는 것을 특징으로 하는 수자원 계측 관리 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 태양광 모듈은 상기 수로의 수위를 측정하는 수위 측정 센서 및 상기 수위 측정 센서의 측정값을 상기 단말기 또는 상기 클라우드 서버로 전송하는 통신부를 포함하며,
    상기 수위 측정 센서는 상기 태양광 모듈로부터 전원을 공급받는 것을 특징으로 하는 수자원 계측 관리 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 단말기는 상기 수위 측정 센서의 측정값과 상기 수심 표척의 촬영 영상을 비교하여 상기 수심 표척의 촬영 영상으로부터 얻은 수위값 또는 상기 수위 측정 센서의 측정값을 보정하거나 검증하는 것을 특징으로 하는 수자원 계측 관리 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 클라우드 서버 또는 상기 용수 관리 통제부는 상기 수위 측정 센서의 측정값과 상기 단말기에서 촬영된 상기 수심 표척의 촬영 영상을 비교하여 상기 수심 표척의 촬영 영상으로부터 얻은 수위값 또는 상기 수위 측정 센서의 측정값을 보정하거나 검증하는 것을 특징으로 하는 수자원 계측 관리 시스템.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 태양광 모듈은 조도 센서, 조명 및 상기 단말기가 장착되는 거치부를 포함하며,
    상기 거치부는 상기 수심 표척과 상기 수로의 수면을 촬영하는 상기 단말기를 회전시키거나 촬영 각도를 조절하는 것을 특징으로 하는 수자원 계측 관리 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 단말기는 기상 정보와 연동하여 상기 수심 표척과 상기 수로의 수면을 촬영하는 시간을 조절하거나 조명의 사용 여부를 결정하거나 상기 태양광 모듈의 전원이 아닌 자체 전원의 사용 여부를 결정하는 것을 특징으로 하는 수자원 계측 관리 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 거치부는 상기 단말기에서 전송 받은 기상 정보 또는 상기 수로를 흐르는 수자원의 유속에 따라 상기 단말기의 자세 또는 촬영 각도를 조절하거나 상기 단말기를 회전시키는 것을 특징으로 하는 수자원 계측 관리 시스템.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 단말기는 상기 수심 표척의 촬영 영상을 분석하여 상기 수로에 존재하는 장애물의 유무를 판단하고, 그 판단 결과를 이용하여 상기 수심 표척의 촬영 영상으로부터 얻은 수위값을 보정하는 것을 특징으로 하는 수자원 계측 관리 시스템.
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