KR20210140864A - 스마트 맨홀 덮개 - Google Patents

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KR20210140864A
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Abstract

본 발명은 도로 상에 형성되는 맨홀을 커버하도록 설치되며 최소한의 정보로 오수의 수위 관리 및 맨홀 덮개가 손상되는 전조 증상을 원격으로 전송하여 유지보수가 간편하고 사물 인터넷을 이용한 스마트 맨홀 관리를 가능하게 할 수 있는 스마트 맨홀 덮개에 관한 것으로서, 상기 맨홀 내에 설치되어 상기 맨홀 내 오수의 수위를 검출하는 수위 센서; 상기 맨홀이 설치된 개소의 지표면의 변위를 검출하는 변위 센서; 상기 수위 센서의 검출값으로부터 상기 오수의 수위를 나타내는 맨홀 수위 정보를 생성하고 상기 변위 센서의 검출값으로부터 상기 스마트 맨홀 덮개의 위치 변화량을 나타내는 맨홀 지표 변위 정보를 생성하는 제어부; 및 상기 맨홀 수위 정보 및 상기 맨홀 지표 변위 정보를 포함하는 방재 정보를 원격으로 전송하는 방재 정보 송신부를 포함한다.
본 발명에 따르면, 제조 및 설치비용이 매우 저렴하고 시공이 간편하며, 최소한의 정보를 전송하는 것으로 맨홀의 오수 수위 관리 및 맨홀 덮개 파손의 전조 증상을 관리할 수 있어 유지보수가 간편함은 물론 선제적인 방재 대응이 가능하고, 궁극적으로는 사물 인터넷을 이용한 스마트 맨홀 관리의 편의성을 증진시키는 효과가 있다.

Description

스마트 맨홀 덮개{SMART MANHOLE COVER}
본 발명은 스마트 맨홀 덮개에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제조 및 설치비용이 매우 저렴하고 시공이 간편하며, 최소한의 정보로 오수의 수위 관리 및 맨홀 덮개가 손상되는 전조 증상을 원격으로 관리할 수 있으며, 유지보수가 간편하고 사물 인터넷을 이용한 스마트 맨홀 관리를 가능하게 하는 스마트 맨홀 덮개에 관한 것이다.
일반적으로, 지하 시설물과 하수관거 등의 관리 점검을 위해 도로 상에는 소정 깊이로 맨홀(manhole)이 설치된다. 맨홀은 대략 지름 1~1.2m의 수직 방향 구멍으로 바닥면은 오수의 유통을 위한 관거와 같게 하거나, 관거에 비해 낮은 높이(대략 1m의 깊이)로 내려 침전물을 수용할 수 있도록 형성된다. 맨홀 상부에는 구멍을 은폐하도록 덮개가 설치된다.
통상적으로 맨홀 내에는 오수가 범람하는 것을 진단하고 사전에 오수의 범람을 방지하는 모니터링을 위해 오수의 수위를 감지하는 수위 센서가 설치된다. 종래 수위 센서는 오수에 의해 부유하는 부유구의 높이를 감지하는 레벨 센서 방식으로 구성되었으나, 부유구의 부력 저하 시에 오검출의 위험이 있고 부유구가 기계식으로 작동함에 따라 센서가 오작동하는 문제가 있었다. 또한, 오수에 포함되는 이물질에 의해 수위 센서가 오작동하는 문제가 있었다.
대한민국 등록특허 제10-1670226호는 맨홀펌프장 내의 오수에 잠겨지는 수직 스위치봉과, 수직 스위치봉에 소정 간격으로 설치되며 반구형으로 돌출되는 센서를 구비하는 수위 센서를 제안하고 있다. 동 선행문헌은 센서를 반구형으로 하여 이물질이 부착되는 것을 방지하고 있다.
하지만, 이와 같은 반구형 센서들은 상당한 부피를 차지하며, 수직 스위치봉에 반구형 센서를 돌출시켜 제작할 경우 제조비용이 상당하다는 문제가 있다. 또한, 센서의 구조상 주기적인 유지보수가 필요하다. 이로 인해 펌프장 등과 같이 고수위가 검출될 경우 바로 펌프를 가동시키는 환경과 달리, 펌프가 설치되지 않고 단지 맨홀에서 오수의 수위 정보만을 수집하는 환경에서는 효율성이 크게 떨어지는 문제가 있다.
대한민국 등록특허 제10-1741410호는 맨홀 덮개의 하면에 설치되어 초음파 방식으로 오수의 수위를 센싱하는 수위 센서를 제안하고 있다. 하지만, 초음파 측정 방식은 빈번하게 초음파를 발신하므로, 태양광 전지 모듈로 수위 센서를 동작시키는데 전력 부족의 문제가 뒤따른다. 또한, 초음파 센싱으로 빈번한 수위 정보를 생성하여 원격으로 송신할 경우 데이터 트래픽 등의 문제를 유발할 수 있다.
한편, 맨홀 덮개는 지상을 다니는 차량에 의해 손상되지 않도록 주철 또는 철근 콘트리트로 제조된다. 하지만, 교통량이 많은 도로 등에서 맨홀 덮개에 가해지는 하중과 진동이 반복되면서 맨홀 덮개가 손상되는 경우가 빈번히 발생된다. 또한, 중량이 큰 특수 차량이 빈번히 이동하는 대규모 공사장 등에서 맨홀 덮개가 손상되는 경우가 발생되고 있다.
맨홀 덮개의 손상은 차량 사고를 유발할 수 있으므로 조기에 발견되어야 하며, 신속하게 보수되어야 한다.
일본 특허등록 제6547068호는 맨홀의 도난 방지 및 자연현상으로 인한 사고 방지 등을 위한 맨홀 모니터링 시스템을 제안하고 있다. 동 선행문헌을 참조하면, 맨홀에 가속도 센서, 온도 센서, 악취 센서, 수질 센서, 기질 센서, 유량 센서, 수위 센서를 설치하고 맨홀의 상태를 원격 감시하고 있다.
하지만, 동 선행문헌은 맨홀의 개폐 상태를 센싱하고 맨홀의 상태를 판정하고 있으며, 이는 맨홀 덮개가 이미 소실되거나 완전히 파손된 이후에 검출하는 방식으로 후속 대응에 불과하다는 문제가 있다. 또한, 지나치게 많은 정보를 전송하여 데이터 트래픽이 발생되고 사물 인터넷을 이용한 스마트 맨홀 관리가 실현되기 어려운 문제가 있다.
대한민국 등록특허 제10-1670226호 대한민국 등록특허 제10-1741410호 일본 특허등록 제6547068호
본 발명은 제조 및 설치비용이 매우 저렴하고 시공이 간편하며, 최소한의 정보로 오수의 수위 관리 및 맨홀 덮개가 손상되는 전조 증상을 관리할 수 있어 유지보수가 간편하고 사물 인터넷을 이용한 스마트 맨홀 관리의 보급화를 촉진할 수 있는 스마트 맨홀 덮개를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 스마트 맨홀 덮개는, 도로 상에 형성되는 맨홀을 커버하도록 설치되는 맨홀 덮개에 있어서, 상기 맨홀 내에 설치되어 상기 맨홀 내 오수의 수위를 검출하는 수위 센서; 상기 맨홀이 설치된 개소의 지표면의 변위를 검출하는 변위 센서; 상기 수위 센서의 검출값으로부터 상기 오수의 수위를 나타내는 맨홀 수위 정보를 생성하고 상기 변위 센서의 검출값으로부터 상기 스마트 맨홀 덮개의 위치 변화량을 나타내는 맨홀 지표 변위 정보를 생성하는 제어부; 및 상기 맨홀 수위 정보 및 상기 맨홀 지표 변위 정보를 포함하는 방재 정보를 원격으로 전송하는 방재 정보 송신부를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 스마트 맨홀 덮개는, 상기 수위 센서는, 상기 맨홀의 하부에 설치되며, 기저부에는 접지 전극이 노출되도록 인쇄되고, 기저부에서 상부로 갈수록 서로 다른 높이로 복수의 수위 전극이 노출되도록 인쇄되는 제1 센싱 기판; 및 상기 맨홀의 상부에 설치되며, 배면의 최상부에는 상기 제1 센싱 기판의 상기 접지 전극 및 상기 수위 전극에 연결되는 전극 패드들이 상호 절연되도록 패터닝되고, 전면에는 기저부에서 상부로 갈수록 서로 다른 높이로 복수의 수위 전극이 노출되도록 인쇄되고, 전면의 최상부에는 상기 전면의 수위 전극들에 연결되는 전극 패드들이 상호 절연되도록 패터닝되는 제2 센싱 기판을 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스마트 맨홀 덮개는, 상기 제1 센싱 기판 및 상기 제2 센싱 기판에는 각각 소정 간격으로 복수의 설치공이 형성되며, 상기 제1 센싱 기판 및 상기 제2 센싱 기판은 상기 맨홀 내의 벽면에 부착되어 설치된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스마트 맨홀 덮개는, 상기 수위 전극 및 상기 수위 전극에 연결되는 전극 라인은 각각 상기 제1 센싱 기판 및 상기 제2 센싱 기판 상에서 하부에서 상부로 올라갈수록 일측 최외곽 라인과 타측 최외곽 라인을 따라 교호로 배치된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스마트 맨홀 덮개는, 상기 수위 전극은 상기 제1 센싱 기판 상에서 기저부로부터 제1 높이차로 배치되는 복수의 제1 수위 전극과, 상기 제1 센싱 기판과 상기 제2 센싱 기판에 걸쳐 상기 제1 높이차보다 작은 제2 높이차로 배치되는 복수의 제2 수위 전극과, 상기 제2 센싱 기판 상에서 상기 제2 높이차보다 작은 제3 높이차로 배치되는 복수의 제3 수위 전극으로 구성된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스마트 맨홀 덮개는, 상기 변위 센서는 상기 지표면에 대해 X축과 Y축이 평행하며 Z축이 직각으로 설치되는 3축 각속도 센서로 구성되는 제1 자이로 센서와, 상기 지표면에 대해 Z축이 평행하게 설치되는 3축 각속도 센서로 구성되는 제2 자이로 센서를 포함하며, 상기 제어부는 상기 제1 자이로 센서의 X축 회전각 및 Y축 회전각과 상기 제2 자이로 센서의 Z축 회전각을 이용하여 상기 맨홀 지표 변위 정보를 생성한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스마트 맨홀 덮개는, 상기 스마트 맨홀 덮개의 진동을 검출하는 진동 센서를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 진동 센서의 검출값으로부터 상기 스마트 맨홀 덮개에 가해지는 진동량을 나타내는 맨홀 진동량 정보를 생성하며, 상기 방재 정보 송신부는 상기 맨홀 진동량 정보를 더 포함하는 상기 방재 정보를 원격으로 전송한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스마트 맨홀 덮개는, 상기 방재 정보를 근거리 무선 통신 방식으로 전송하는 근거리 무선 통신 모듈을 더 포함한다.
본 발명의 스마트 맨홀 덮개에 따르면, 제조 및 설치비용이 매우 저렴하고 시공이 간편하며, 최소한의 정보를 전송하는 것으로 맨홀의 오수 수위 관리 및 맨홀 덮개 파손의 전조 증상을 관리할 수 있어 유지보수가 간편함은 물론 선제적인 방재 대응이 가능하고, 궁극적으로는 사물 인터넷을 이용한 스마트 맨홀 관리의 편의성을 증진시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 스마트 맨홀 덮개가 설치되는 예를 보인 단면도,
도 2는 본 발명의 수위 센서를 구성하는 제1 센싱 기판을 예시한 정면도,
도 3은 본 발명의 수위 센서를 구성하는 제2 센싱 기판을 예시한 배면도,
도 4는 본 발명의 수위 센서를 구성하는 제2 센싱 기판을 예시한 정면도,
도 5는 본 발명에서 스마트 맨홀 덮개의 구성 예를 보인 블록도, 및
도 6은 본 발명의 스마트 맨홀 덮개를 이용하여 싱크홀 구역을 예측하는 과정을 묘사한 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구체적인 실시예가 설명된다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대하여 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
명세서 전체에 걸쳐 유사한 구성 및 동작을 갖는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 그리고 본 발명에 첨부된 도면은 설명의 편의를 위한 것으로서, 그 형상과 상대적인 척도는 과장되거나 생략될 수 있다.
실시예를 구체적으로 설명함에 있어서, 중복되는 설명이나 당해 분야에서 자명한 기술에 대한 설명은 생략되었다. 또한, 이하의 설명에서 어떤 부분이 다른 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 기재된 구성요소 외에 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 "~부", "~기", "~모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 어떤 부분이 다른 부분과 전기적으로 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 다른 구성을 사이에 두고 연결되어 있는 경우도 포함한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 스마트 맨홀 덮개가 설치되는 예를 보인 단면도이다. 도 1에 도시된 스마트 맨홀 덮개(100)는 도로 상에 형성되는 맨홀(600)을 커버하는 장치로서, 맨홀(600)이 설치된 개소의 방재 정보를 측정하여 근거리 무선 통신 방식으로 송신하는 수단이다. 여기서, 방재 정보는 적어도 맨홀(600) 내 오수(620)의 수위 정보와 맨홀(600)이 설치된 개소의 지표면 변위 정보를 포함한다.
바람직하게는 도시 안된 정보 수집 장치(예컨대, RTU 등과 같은)가 스마트 맨홀 덮개(100)로부터 근거리 무선 통신 방식으로 방재 정보를 수집하고, 수집된 방재 정보를 이동 통신 방식으로 방재 서버로 전송한다. 이는 스마트 맨홀 덮개(100)가 차량이 지나는 도로 상에 설치되는 구조물로서 사람을 파견하여 점검하는 것이 용이치 않고, 무수히 많은 맨홀 덮개에서 방재 정보를 광대역 이동 통신 방식으로 전송하는 것은 데이터 통신료가 매우 커져 비효율적이기 때문이다.
도 1을 참조하면, 스마트 맨홀 덮개(100)는 맨홀(600) 상부의 개구부를 커버하도록 설치된다. 지표면에 평행하게 설치되는 최상부의 덮개(110)는 태양광을 투과할 수 있도록 투명 또는 반투명의 강화 유리 재질로 형성된다. 덮개(110)의 하면에는 태양광을 수광하기 위한 태양광 패널(120)이 설치되며, 태양광 패널(120)의 하부에는 변위 센서(130)와 태양광 전지 모듈(140)이 설치된다.
변위 센서(130)는 스마트 맨홀 덮개(100)가 설치된 지표면의 변위를 검출하는 수단이다. 바람직하게는, 변위 센서(130)는 덮개(110) 즉, 지표면에 대해 X축과 Y축이 평행하며 Z축이 직각으로 설치되는 3축 각속도 센서로 구성되는 제1 자이로 센서와, 덮개(110)에 대해 Z축이 평행하게 설치되는 3축 각속도 센서로 구성되는 제2 자이로 센서를 포하는 모듈로 구성된다.
제1 자이로 센서는 덮개(110)의 X축 및 Y축의 회전각을 시간으로 적분하여 추출하며, 이 값으로부터 덮개(110)의 수평방향 변위를 측정할 수 있다. 하지만 장시간 사용으로 누적 적분 오차가 발생하면 덮개(110)에 대해 수직하는 Z축의 회전각이 영(zero)에 수렴할 수 있으므로, 제2 자이로 센서를 이용하여 제1 자이로 센서의 Z축 회전각의 오차를 보정함으로써, 덮개(110)의 변위를 높은 정밀도로 측정할 수 있게 된다.
도 1을 참조하면, 수위 센서(150)는 맨홀(600) 내 오수(620)의 수위를 검출하는 수단이다. 본 발명에서 수위 센서(150)는 제1 센싱 기판(160)과 제2 센싱 기판(180)이 연결되는 구조를 가진다. 도 2 내지 4를 참조하여 설명하겠지만, 수위 센서(150)는 규격화 된 두 장의 센싱 기판(160, 180)으로 제조되므로 양산성이 우수하고 제조 코스트가 매우 저렴하다. 또한, 맨홀(600) 내 벽면에 수직으로 밀착되어 시공되므로 시공이 간편하고 설치 공간을 최소화 할 수 있으며 이물질에 의한 오측정이 발생되지 않는다. 본 발명에서 수위 센서(150)는 유지보수가 거의 필요 없고 전력 소모가 매우 적은 이점이 있다.
제1 센싱 기판(160)은 오수의 수심 100cm 내지 50cm 까지를 검출하기 위한 기판이며, 제2 센싱 기판(180)은 오수의 수심 50cm 내지 0cm(만수위) 까지를 검출하기 위한 수단이다. 제2 센싱 기판(180)에서 인출되는 신호선(190)이 덮개(110) 측으로 연결되어 수위 검출 신호가 덮개(110) 내의 기판으로 전달된다. 수위 센서(150)를 두장의 기판으로 분리하여 설치하는 것은 센싱 기판들에 복수의 수위 전극을 형성하면서도 기판의 폭을 좁게 설계할 수 있도록 하여 제조 단가 및 설치 비용을 낮추고 양산성을 높게 한다.
도 2는 본 발명의 수위 센서를 구성하는 제1 센싱 기판을 예시한 정면도이다. 도 2를 참조하면, 제1 센싱 기판(160)은 맨홀(600)의 하부에 설치되는 기판으로서, 기저부에는 접지 전극(170)이 노출되도록 인쇄되고, 기저부에서 상부로 갈수록 서로 다른 높이로 복수의 수위 전극(190a, 190b, 190c, 190d, 190e, 196a)이 노출되도록 인쇄된다.
제1 센싱 기판(160)의 최상부에는 접지 전극(170) 및 수위 전극(190a, 190b, 190c, 190d, 190e, 196a)들과 전극 라인을 통해 연결되며 상호 절연되는 전극 패드들이 배치되어 제1 전극 접속부(162)를 형성한다.
제1 센싱 기판(160)의 기저부에는 수심 100cm를 나타내는 문구가 인쇄되며, 중앙부에 전극이 인쇄되지 않는 영역에는 소정 간격으로 설치공(172)이 형성된다. 따라서, 설치 작업자는 제1 센싱 기판(160)의 100cm 표식을 기저부에 위치시킨 상태에서 설치공(172)을 통해 나사못 등을 체결하여 손쉽게 제1 센싱 기판(160)을 맨홀(600) 내 벽면에 밀착되도록 설치할 수 있다.
접지 전극(170)은 제1 센싱 기판(160)을 통해 제1 전극 접속부(162)의 양측 최외곽 전극 패드와 연결된다. 그리고 제1 수위 전극(190a, 190b, 190c, 190d, 190e)들은 제1 높이차인 10cm의 높이차로 배치된다. 가장 낮은 기저부의 제1 수위 전극(190a)은 제1 센싱 기판(160)의 일측 라인(도 2에서는 우측 라인)의 유효 전극 배치 영역 중 최외곽 라인을 따라 배치되며, 다음 높이(90cm 높이)의 제1 수위 전극(190b)은 제1 센싱 기판(160)의 타측 라인(도 2에서는 좌측 라인)의 유효 전극 배치 영역 중 최외곽 라인을 따라 배치된다. 그리고 세 번째로 낮은 제1 수위 전극(190c)은 다시 제1 센싱 기판(160)의 우측 라인을 따라 배치되되, 기저부의 제1 수위 전극(190a)이 형성되는 라인 내측의 최외곽 라인을 따라 배치된다. 이와 같이, 수위 전극들을 기저부에서 상부로 갈수록 제1 센싱 기판(160)의 양측 라인을 이용하여 오드-이븐(odd-even) 방식으로 배치함으로써, 이웃하는 높이의 수위 전극들 간에 절연 파괴를 방지할 수 있으며, 한정된 기판의 폭 내에서 효율적으로 수위 전극들을 배치할 수 있게 된다.
한편, 도 1에서와 같이 오수(620)가 하수관거(610)에 비해 낮은 수위에 있을 때에는 오수의 수위를 긴밀한 간격으로 측정할 필요가 없으므로, 제1 수위 전극(190a, 190b, 190c, 190d, 190e)들은 10cm의 높이차로 배치된다. 하지만, 하수관거(610)를 지나는 지점부터는 수위 측정 간격을 좁혀 좀 더 정밀한 수위를 검출할 필요가 있으므로, 제2 수위 전극(196a, 196b, 196c, 196d, 196e)들은 제1 높이차보다 작은 제2 높이차인 5cm의 높이차로 배치된다. 도 2를 참조하면, 제1 센싱 기판(160)의 최상부에 배치되는 제2 수위 전극(196a)은 이전의 제1 수위 전극(190e)과 5cm의 높이차로 배치되며, 해당 제2 수위 전극(196a)은 55cm의 수위를 검출하기 위한 전극이다. 나머지 제2 수위 전극(196b, 196c, 196d, 196e)들은 도 5에서와 같이 제2 센싱 기판(180) 상에 배치된다.
도 3은 본 발명의 수위 센서를 구성하는 제2 센싱 기판을 예시한 배면도이다. 도 3을 참조하면, 제2 센싱 기판(180)의 배면 저부에는 제2 전극 접속부(182)가 형성되며, 배면 상부에는 제3 전극 접속부(184)가 형성된다. 제2 전극 접속부(182) 및 제3 전극 접속부는 각각 제1 전극 접속부(162)와 동일한 개수 및 형상의 전극 패드들로 구성된다. 제1 센싱 기판(160)의 전면 상단과 제2 센싱 기판(180)의 배면 하단이 겹쳐져 조립되면서, 제1 전극 접속부(162)와 제2 전극 접속부(182)가 접속된다. 그리고 제2 전극 접속부(182)의 각 전극 패드들과 제3 전극 접속부(184)의 각 전극 패드들은 상호 졀연되도록 패터닝 된 전극 라인들에 의해 연결된다. 따라서 제3 전극 접속부(184)의 각 전극 패드들에 연결되는 신호선들로부터 접지 전극(170), 제1 수위 전극(190a, 190b, 190c, 190d, 190e), 및 제2 수위 전극(196a)의 신호들을 인식할 수 있다.
도 4는 본 발명의 수위 센서를 구성하는 제2 센싱 기판을 예시한 정면도이다. 도 4를 참조하면, 제2 센싱 기판(180)의 전면 하단에는 수심 50cm를 나타내는 마크가 인쇄되어 있다. 그리고, 제2 센싱 기판(180)의 길이방향을 따라 소정 간격으로 설치공(192)이 형성된다. 제2 센싱 기판(180)의 상부에는 전극들이 중앙에 밀집되어 있어, 설치공(192)이 형성되지 않을 수 있다.
제2 센싱 기판(180)의 기저부에서 상부로 올라갈수록 제2 수위 전극(196b, 196c, 196d, 196e)들과, 제3 수위 전극(198)들이 배치된다. 제1 센싱 기판(160)의 설치 규칙과 마찬가지로, 가장 낮은 기저부의 제2 수위 전극(196b)은 제2 센싱 기판(180)의 일측 라인(도 4에서는 우측 라인)의 유효 전극 배치 영역 중 최외곽 라인을 따라 배치되며, 다음 높이(45cm 높이)의 제2 수위 전극(196c)은 제2 센싱 기판(180)의 타측 라인(도 4에서는 좌측 라인)의 유효 전극 배치 영역 중 최외곽 라인을 따라 배치된다. 이와 같이, 각 높이의 수위 전극들이 상부로 갈수록 유효 전극 배치 영역 중 최외곽 라인을 따라 배치되되, 제2 센싱 기판(180)의 양측 라인을 이용하여 오드-이븐(odd-even) 방식으로 배치함으로써, 전극들 간의 절연을 유지하면서 효율적으로 전극들을 배치할 수 있게 된다.
도시한 바와 같이, 제3 수위 전극(198)들은 제2 높이차보다 작은 제3 높이차인 1cm의 높이차로 배치된다. 도 4를 참조하면, 제3 수위 전극(198)들은 30cm부터 만수위를 나타내는 0cm까지 1cm의 높이차로 배치된다. 따라서 30cm부터 만수위까지는 보다 높은 정밀도로 오수의 수위를 검출할 수 있게 된다.
도 4를 참조하면, 제2 센싱 기판(180)의 전면 최상부에는 제4 전극 접속부(186)가 배치된다. 제4 전극 접속부(186)는 상호 절연되는 복수의 전극 패드들로 구성되며, 각각의 전극 패드들은 제2 수위 전극(196b, 196c, 196d, 196e)들 및 제3 수위 전극(198)들과 전극 라인 패턴을 통해 연결된다.
도 5는 본 발명에서 스마트 맨홀 덮개의 구성 예를 보인 블록도이다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 스마트 맨홀 덮개(100)는 수위 센서(150)와, 변위 센서(130)와, 진동 센서(151)와, 태양광 전지 모듈(140)과, 전원 공급부(153)와, 제어부(155)와, 근거리 무선 통신 모듈(157)과, 방재 정보 송신부(159)로 구성될 수 있다.
수위 센서(150)는 도 2 내지 4를 참조하여 그 구조를 설명한 바 있다. 좀 더 구체적으로 설명하면, 수위 센서(150)는 제3 전극 접속부(184) 및 제4 전극 접속부(186)를 구성하는 각 전극 패드들과 연결되는 입력 단자(접지 전극과 연결되는 2단자, 제1 수위 전극과 연결되는 5단자, 제2 수위 전극과 연결되는 5단자, 제3 수위 전극과 연결되는 30단자)를 가진 마이크로프로세서를 포함하는 모듈로 구성될 수 있다. 마이크로프로세서는 접지 전극과 통전되는 가장 낮은 수위의 수위 전극을 인식하고 대응하는 수위 검출 신호를 제어부(155)로 출력할 수 있다. 다른 예로서, 수위 센서(150)는 42단자의 출력 핀을 가지며, 제어부(155)에 내장되는 마이크로프로세서에서 각 단자의 통전 여부를 검출하여 오수(620)의 수위를 인식하고 맨홀 수위 정보를 생성할 수도 있다.
또한, 제어부(155)는 변위 센서(130)의 검출값으로부터 스마트 맨홀 덮개(100)의 위치 변화량을 나타내는 맨홀 지표 변위 정보를 생성한다. 변위 센서(130)에서 스마트 맨홀 덮개(100)가 설치된 지표면의 변위를 검출하는 과정은 앞서 설명한 바와 같다.
진동 센서(151)는 스마트 맨홀 덮개(100)에 가해지는 진동을 검출하는 센서이며, 제어부(155)는 진동 센서의 검출값으로부터 진동량을 나타내는 맨홀 진동량 정보를 생성한다.
전원 공급부(153)는 태양광 전지 모듈(140)의 충방전을 제어하며, 태양광 전지 모듈(140)에 저장된 전력을 스마트 맨홀 덮개(100)의 각 구성품에 공급한다.
근거리 무선 통신 모듈(157)은 바람직하게는 저전력 블루투스(BLE: Bluetooth Low Energy) 모듈 또는 좀 더 통신 반경이 큰 LoRa(Long Range) 통신 모듈이다.
방재 정보 송신부(159)는 제어부(155)에서 생성된 맨홀 지표 변위 정보, 맨홀 수위 정보, 및 맨홀 진동량 정보를 포함하는 방재 정보를 근거리 무선 통신 방식으로 전송하는 수단이다. 예컨대, 근거리에 위치한 RTU(Remote Terminal Unit)로 방재 정보를 전송할 수 있다.
방재 정보 송신부(159)는 방재 정보를 송신할 때 스마트 맨홀 덮개(100) 각각에 부여된 고유의 ID 또는 물리적 어드레스를 포함하여 데이터 패킷을 송신할 수 있다. 다른 예로서, 도시하지 않았지만 스마트 맨홀 덮개(100)는 GPS 모듈을 더 포함하며, GPS 모듈에서 측정된 위치 정보가 방재 정보에 포함되어 RTU로 전송되며, RTU는 다시 원격의 방재 서버로 방재 정보를 중계할 수 있다.
전술한 스마트 맨홀 덮개(100)를 이용하여 원격에서 스마트 맨홀 덮개의 파손 여부를 결정할 수 있다. 예를 들어, 도시 안된 방재 서버는 소정 반경 내에 위치한 복수의 스마트 맨홀 덮개(100)들의 맨홀 지표 변위 평균값을 연산하고, 이 평균값과 각각의 맨홀 지표 변위의 편차를 연산한다. 그리고 그 편차가 미리 정해진 기준값을 초과할 경우, 해당 스마트 맨홀 덮개(100)가 파손 전조 증상에 해당되는 것으로 판단할 수 있다.
다른 예로서, 방재 서버는 맨홀 지표 변위 정보와 맨홀 진동량 정보를 조합하여 스마트 맨홀 덮개(100)의 파손 여부를 결정할 수도 있다. 예를 들어, 맨홀 진동량과 맨홀 지표 변위가 모두 각각의 기준값을 초과하는 경우, 해당 방재 정보를 송신한 스마트 맨홀 덮개(100)가 파손 전조 증상에 해당되는 것으로 판단할 수 있다.
또한, 스마트 맨홀 덮개(100)에서 전송되는 맨홀 수위 정보를 이용하여 원격의 서버가 침수 지역을 진단할 수 있다. 원격의 방재 서버는 스마트 맨홀 덮개(100)로부터 수신한 맨홀 수위 정보가 미리 정해진 기준치를 초과하는 경우 해당 스마트 맨홀 덮개(100)가 위치한 지역을 침수 지역으로 진단할 수 있다. 예를 들어, 스마트 맨홀 덮개(100)의 수위 센서(150)가 제3 수위 전극(198)에서 오수의 수위(예컨대, 30cm의 수위)를 검출하는 경우, 해당 맨홀에 대해 침수 지역으로 진단할 수 있다. 다른 예로서, 방재 서버는 강우량이 높은 경우 침수 지역을 진단하는 수위 기준치를 제2 수위 전극(196a) - 하수관거(610)의 하단 높이에 해당하는 55cm의 수위 - 에 대응하는 수치로 조정할 수 있다.
한편, 도 6은 본 발명의 스마트 맨홀 덮개를 이용하여 싱크홀 구역을 예측하는 과정을 묘사한 도면이다. 도 6을 참조하면, 소정 반경 내에서 제1 스마트 맨홀 덮개(100a)와, 제2 스마트 맨홀 덮개(100b)와, 제3 스마트 맨홀 덮개(100c)의 3개소에서 맨홀 지표 변위 정보가 미리 정해진 싱크홀 예측 기준치(여기서, 싱크홀 예측 기준치는 맨홀 파손을 판단하는 기준치에 비해 낮다)를 초과한다면, 도시 안된 방재 서버는 3개의 스마트 맨홀 덮개(100a, 100b, 100c)에 둘러싸인 구역을 도 6에서와 같이 싱크홀 발생 위험 구역(SH-Zone)으로 예측할 수 있다. 그리고 싱크홀 발생 위험 구역(SH-Zone)에 대한 교통 통제 명령을 생성하여 교통 관제 서버로 전송함으로써, 싱크홀 발생 위험 구역에서의 추락 사고 및 교통 안전사고를 사전에 예방하도록 할 수 있을 것이다.
위에서 개시된 발명은 기본적인 사상을 훼손하지 않는 범위 내에서 다양한 변형예가 가능하다. 즉, 위의 실시예들은 모두 예시적으로 해석되어야 하며, 한정적으로 해석되지 않는다. 따라서 본 발명의 보호범위는 상술한 실시예가 아니라 첨부된 청구항에 따라 정해져야 하며, 첨부된 청구항에 한정된 구성요소를 균등물로 치환한 경우 이는 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 보아야 한다.
100 : 스마트 맨홀 덮개 110 : 덮개
120 : 태양광 패널 130 : 변위 센서
140 : 태양광 전지 모듈 150 : 수위 센서
151 : 진동 센서 153 : 전원 공급부
155 : 제어부 157 : 근거리 통신 모듈
159 : 방재 정보 송신부 160 : 제1 센싱 기판
162 : 제1 전극 접속부 170 : 접지 전극
172 : 설치공 180 : 제2 센싱 기판
182 : 제2 전극 접속부 184 : 제3 전극 접속부
186 : 제4 전극 접속부 190 : 신호선
192 : 설치공 190a ~ 190e : 제1 수위 전극
196a ~ 196e : 제2 수위 전극 198 : 제3 수위 전극
600 : 맨홀 610 : 하수관거
620 : 오수

Claims (8)

  1. 도로 상에 형성되는 맨홀을 커버하도록 설치되는 맨홀 덮개에 있어서,
    상기 맨홀 내에 설치되어 상기 맨홀 내 오수의 수위를 검출하는 수위 센서;
    상기 맨홀이 설치된 개소의 지표면의 변위를 검출하는 변위 센서;
    상기 수위 센서의 검출값으로부터 상기 오수의 수위를 나타내는 맨홀 수위 정보를 생성하고 상기 변위 센서의 검출값으로부터 상기 스마트 맨홀 덮개의 위치 변화량을 나타내는 맨홀 지표 변위 정보를 생성하는 제어부; 및
    상기 맨홀 수위 정보 및 상기 맨홀 지표 변위 정보를 포함하는 방재 정보를 원격으로 전송하는 방재 정보 송신부
    를 포함하는 스마트 맨홀 덮개.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수위 센서는,
    상기 맨홀의 하부에 설치되며, 기저부에는 접지 전극이 노출되도록 인쇄되고, 기저부에서 상부로 갈수록 서로 다른 높이로 복수의 수위 전극이 노출되도록 인쇄되는 제1 센싱 기판; 및
    상기 맨홀의 상부에 설치되며, 배면의 최상부에는 상기 제1 센싱 기판의 상기 접지 전극 및 상기 수위 전극에 연결되는 전극 패드들이 상호 절연되도록 패터닝되고, 전면에는 기저부에서 상부로 갈수록 서로 다른 높이로 복수의 수위 전극이 노출되도록 인쇄되고, 전면의 최상부에는 상기 전면의 수위 전극들에 연결되는 전극 패드들이 상호 절연되도록 패터닝되는 제2 센싱 기판
    을 포함하는 스마트 맨홀 덮개.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 센싱 기판 및 상기 제2 센싱 기판에는 각각 소정 간격으로 복수의 설치공이 형성되며, 상기 제1 센싱 기판 및 상기 제2 센싱 기판은 상기 맨홀 내의 벽면에 부착되어 설치되는 스마트 맨홀 덮개.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 수위 전극 및 상기 수위 전극에 연결되는 전극 라인은 각각 상기 제1 센싱 기판 및 상기 제2 센싱 기판 상에서 하부에서 상부로 올라갈수록 일측 최외곽 라인과 타측 최외곽 라인을 따라 교호로 배치되는 스마트 맨홀 덮개.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 수위 전극은 상기 제1 센싱 기판 상에서 기저부로부터 제1 높이차로 배치되는 복수의 제1 수위 전극과, 상기 제1 센싱 기판과 상기 제2 센싱 기판에 걸쳐 상기 제1 높이차보다 작은 제2 높이차로 배치되는 복수의 제2 수위 전극과, 상기 제2 센싱 기판 상에서 상기 제2 높이차보다 작은 제3 높이차로 배치되는 복수의 제3 수위 전극으로 구성되는 스마트 맨홀 덮개.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 변위 센서는 상기 지표면에 대해 X축과 Y축이 평행하며 Z축이 직각으로 설치되는 3축 각속도 센서로 구성되는 제1 자이로 센서와, 상기 지표면에 대해 Z축이 평행하게 설치되는 3축 각속도 센서로 구성되는 제2 자이로 센서를 포함하며,
    상기 제어부는 상기 제1 자이로 센서의 X축 회전각 및 Y축 회전각과 상기 제2 자이로 센서의 Z축 회전각을 이용하여 상기 맨홀 지표 변위 정보를 생성하는 스마트 맨홀 덮개.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 스마트 맨홀 덮개의 진동을 검출하는 진동 센서를 더 포함하며,
    상기 제어부는 상기 진동 센서의 검출값으로부터 상기 스마트 맨홀 덮개에 가해지는 진동량을 나타내는 맨홀 진동량 정보를 생성하며,
    상기 방재 정보 송신부는 상기 맨홀 진동량 정보를 더 포함하는 상기 방재 정보를 원격으로 전송하는 스마트 맨홀 덮개.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방재 정보를 근거리 무선 통신 방식으로 전송하는 근거리 무선 통신 모듈을 더 포함하는 스마트 맨홀 덮개.
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