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KR102601681B1 - 에너지 독립형 실시간 수생태계 관측 및 모니터링 시스템 - Google Patents

에너지 독립형 실시간 수생태계 관측 및 모니터링 시스템 Download PDF

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KR102601681B1
KR102601681B1 KR1020210048329A KR20210048329A KR102601681B1 KR 102601681 B1 KR102601681 B1 KR 102601681B1 KR 1020210048329 A KR1020210048329 A KR 1020210048329A KR 20210048329 A KR20210048329 A KR 20210048329A KR 102601681 B1 KR102601681 B1 KR 102601681B1
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Abstract

본 발명은 실시간으로 수생태계를 관측하고 모니터링하는 에너지 독립형 실시간 수생태계 관측 및 모니터링 시스템에 관한 것으로서, 배터리 사용의 제약없이 실시간으로 상시 운영되어 수생태계를 관측 및 모니터링 할 수 있는 에너지 독립형 실시간 수생태계 관측 및 모니터링 시스템에 관한 것이다.

Description

에너지 독립형 실시간 수생태계 관측 및 모니터링 시스템{Energy independent real time aquatic environment observing and monitoring system}
본 발명은 실시간으로 수생태계를 관측하고 모니터링하는 에너지 독립형 실시간 수생태계 관측 및 모니터링 시스템에 관한 것이다.
물 사용량의 대부분은 하천이나 호수와 같은 공공 수역에 의존하고 있다. 이에 따라 공공수역의 수질관리의 중요성이 날로 증가하고 있다.
현재, 공공수역의 수질 관리를 위하여 수질 자동 측정망이 이용되고 있다. 수질 자동 측정망은 전국의 주요 하천 및 호소에 측정소를 설치하여 운영된다. 측정소는 실시간으로 수질 오염 상태를 측정하고, 감시하여 실시간으로 수질 정보를 제공할 수 있다.
그런데, 수질 자동 측정망은 오염 사고가 주로 발생하는 지류 하천이나, 농사에 주로 사용되는 저수지 등에는 설치되지 않기 때문에 지류 하천 및 저수지 등의 실시간 관측 및 모니터링이 필요한 실정이다.
또한, 현재 이용되는 수질 자동 측정망 및 실시간 수질 모니터링 시스템은 설치 및 운영 비용이 매우 고가이다. 따라서, 현실적으로 대량 설치가 어렵다.
이에 따라 수상 드론을 이용한 수질 모니터링 시스템이 연구되고 있으나, 배터리 관리의 문제로 상시 운영이 어려운 현실이다.
수생태계를 분석하여 전국 수생태계의 효율적인 수질 관리를 하기 위해서는, 대량의 데이터를 획득하는 것이 중요하다. 그런데, 현재 설치된 수질 자동 측정망 및 임시 운영되는 수상 드론을 이용한 수질 모니터링 시스템을 통해서 획득하는 데이터는 수생태계를 분석하기에 부족한 양의 데이터이다.
한국등록특허 제10-0477554호
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 배터리 사용의 제약없이 상시 운영되어 실시간으로 수생태계 관측 및 모니터링을 수행할 수 있는 에너지 독립형 실시간 수생태계 관측 및 모니터링 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 특징에 따른 에너지 독립형 실시간 수생태계 관측 및 모니터링 시스템은, 수생태계에 고정 설치되는 도킹 스테이션부; 및 상기 수생태계에 계류되어 수생태계 정보를 관측하여 관측 정보를 획득하는 부이형 관측 장치; 수상에서 주행하며 수생태계 정보를 관측하여 관측 정보를 획득하는 공중 관측 장치;를 포함하고, 상기 도킹 스테이션부는 상기 부이형 관측 장치, 수상 관측 장치 및 공중 관측 장치 중 적어도 어느 하나와 무선 통신이 가능하고, 상기 도킹 스테이션부는 상기 수상 관측 장치 및 공중 관측 장치 중 적어도 하나를 무선 충전하는 것이 가능한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 도킹 스테이션부는 태양광 발전기 및 풍력 발전기 중 적어도 하나에 의해 자가 발전하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 도킹 스테이션부는, 승하강 가능하게 구비되는 충전 스테이지부를 포함하고, 상기 수상 관측 장치 및 상기 공중 관측 장치 중 적어도 하나는 상기 충전 스테이지부에 안착되어 무선 충전되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 부이형 관측 장치는, 태양광 발전기; 상기 태양광 발전기에 의해 발전된 전기를 저장하는 배터리; 및 상기 수생태계 환경 정보를 획득하는 측정 센서;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 수상 관측 장치는, 태양광 발전기; 상기 태양광 발전기에 의해 발전된 전기를 저장하는 배터리; 및 수중 지형 정보를 획득하는 음파 센서; 주변 장애물 정보를 획득하는 라이다 센서; 및 주변 영상 정보를 획득하는 카메라;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 에너지 독립형 실시간 수생태계 관측 및 모니터링 시스템은 배터리 사용에 제약을 받지 않고 수생태계를 실시간으로 상시 관측 및 모니터링 할 수 있다. 이에 따라, 수생태계 오염 상황을 조기에 발견하고 신속한 대처를 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 에너지 독립형 실시간 수생태계 관측 및 모니터링 시스템은 실시간으로 상시 측정되어 획득된 대용량의 관측 정보를 토대로 수생태계에 대한 빅데이터의 구성이 가능하여, 수생태계의 사고 예방 및 환경 개선에 대한 효과적인 대응을 위한 빅데이터를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 에너지 독립형 실시간 수생태계 관측 및 모니터링 시스템을 도시한 도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 에너지 독립형 실시간 수생태계 관측 및 모니터링 시스템을 구성하는 도킹 스테이션부를 도시한 도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 에너지 독립형 실시간 수생태계 관측 및 모니터링 시스템을 구성하는 부이형 관측 장치를 도시한 도.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 에너지 독립형 실시간 수생태계 관측 및 모니터링 시스템을 구성하는 수상 관측 장치를 도시한 도.
도 5는 특정 이벤트 발생시 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 에너지 독립형 실시간 수생태계 관측 및 모니터링 시스템의 작동 흐름도.
이하의 내용은 단지 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 발명의 원리를 구현하고 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시 예들은 원칙적으로, 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시 예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이며, 그에 따라 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.
본 명세서에서 기술하는 실시 예들은 본 발명의 이상적인 예시 도인 단면도 및/또는 사시도들을 참고하여 설명될 것이다. 이러한 도면들에 도시된 부재들 및 영역들의 두께 및 폭 등은 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시 예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함되는 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 에너지 독립형 실시간 수생태계 관측 및 모니터링 시스템(1)을 도시한 도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 에너지 독립형 실시간 수생태계 관측 및 모니터링 시스템(1)은, 도킹 스테이션부(DA), 부이형 관측 장치(BY), 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD)를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 에너지 독립형 실시간 수생태계 관측 및 모니터링 시스템(1)이 설치되는 수생태계는, 호수, 연못, 늪, 샘, 일시적 웅덩이 강, 하천(지류하천 포함), 작은 개울, 인공수, 저수지 및 해양을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 에너지 독립형 실시간 수생태계 관측 및 모니터링 시스템(1)은, 도킹 스테이션부(DA), 부이형 관측 장치(BY), 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD) 각각을 자가 발전하여 전기를 생산하고 저장할 수 있도록 구비할 수 있다. 이 때, 상대적으로 배터리 소모량이 많은 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD)는 도킹 스테이션부(DA)에서 무선 충전하는 것이 가능할 수 있다.
이로 인해 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 에너지 독립형 실시간 수생태계 관측 및 모니터링 시스템(1)은 배터리 제약없이 상시 수생태계를 관측 및 모니터링할 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 에너지 독립형 실시간 수생태계 관측 및 모니터링 시스템(1)은 상시 획득한 정보를 축적하여 수생태계에 대한 빅데이터를 구성할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 에너지 독립형 실시간 수생태계 관측 및 모니터링 시스템(1)은 배터리 관리를 위해 인력을 사용하지 않고도 배터리를 관리할 수 있다. 따라서, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 에너지 독립형 실시간 수생태계 관측 및 모니터링 시스템(1)은 인력에 의해 관리되기 어려운 수생태계에도 설치되어 관측 정보를 획득하고, 효율적으로 운영 가능할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 에너지 독립형 실시간 수생태계 관측 및 모니터링 시스템(1)을 구성하는 각각의 장치(BY, FD, AD)들에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도킹 스테이션부(DA)는 수생태계에 고정 설치될 수 있다. 도킹 스테이션부(DA)는 태양광 발전기(PV) 및 풍력 발전기(WP) 중 적어도 하나에 의해 자가 발전할 수 있다. 도킹 스테이션부(DA)는 태양광 발전기(PV) 및 풍력 발전기(WP) 중 적어도 하나에 의해 발전된 전기를 에너지 저장부에 저장할 수 있다. 도킹 스테이션부(DA)는 에너지 저장부에 저장된 전기를 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD) 각각의 배터리로 공급할 수 있다. 이로 인해 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD)의 배터리가 무선 충전될 수 있다.
이처럼 도킹 스테이션부(DA)는 외부의 에너지 공급없이 독립적으로 발전하여 전기를 생산하여 저장할 수 있다. 그런 다음, 도킹 스테이션부(DA)는 저장된 에너지를 이용하여 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD) 중 적어도 어느 하나를 무선 충전시킬 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 에너지 독립형 실시간 수생태계 관측 및 모니터링 시스템(1)은 자가 발전하는 도킹 스테이션부(DA)에 의해 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD)를 무선 충전시킬 수 있다. 이로 인해 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 에너지 독립형 실시간 수생태계 관측 및 모니터링 시스템(1)은, 수생태계에 설치된 도킹 스테이션부(DA), 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD)들의 배터리의 제약없이 수생태계에 대한 상시 관측 및 모니터링을 구현할 수 있다.
도킹 스테이션부(DA)는 통신부를 포함할 수 있다. 도킹 스테이션부(DA)는 통신부를 통해서 이동 통신망 상에서 부이형 관측 장치(BY), 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD) 중 적어도 어느 하나와 무선 신호를 송수신할 수 있다. 이로 인해 도킹 스테이션부(DA)는 부이형 관측 장치(BY), 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD) 중 적어도 하나와 무선 통신 가능할 수 있다. 여기서 무선 신호는, 음성 호 신호, 화상 통화 호 신호 또는 문자/멀티미디어 메시지 송수신에 따른 다양한 형태의 데이터를 포함할 수 있다.
도킹 스테이션부(DA)는 부이형 관측 장치(BY), 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD) 중 적어도 어느 하나와 무선 통신하여 관측 정보를 획득할 수 있다. 도킹 스테이션부(DA)는 제어부 및 데이터 저장부를 포함하여 구성될 수 있다. 도킹 스테이션부(DA)는 획득한 관측 정보를 데이터 저장부에 저장할 수 있다.
관측 정보는, 부이형 관측 장치(BY)에 의해 관측된 수생태계 정보, 수상 관측 장치(FD)에 의해 관측된 수생태계 정보, 공중 관측 장치(AD)에 의해 관측된 수생태계 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
각각의 장치(FD, AD)는 장치의 기능에 적합한 수생태계 정보를 관측하여 획득할 수 있다.
구체적으로, 부이형 관측 장치(BY)의 경우, 실시간 기상 정보, 파향, 파고, 유향, 유속 및 수심을 포함하는 수생태계 환경 정보를 관측하여 관측 정보로서 획득할 수 있다.
수상 관측 장치(FD)의 경우, 수생태계의 지형 정보를 포함하는 수생태계 수중 정보를 관측하여 관측 정보로서 획득할 수 있다.
공중 관측 장치(AD)의 경우, 수생태계의 수면상을 관측하여 수생태계 수면 정보를 관측 정보로서 획득할 수 있다.
도킹 스테이션부(DA)는 무선 통신하는 장치에서 관측한 관측 정보를 전달받을 수 있다. 이 경우, 무선 통신하는 장치는, 부이형 관측 장치(BY), 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD) 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
도킹 스테이션부(DA)는 제어부를 통해서 관측 정보에 기초해 특정 이벤트 발생시 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD) 중 적어도 하나의 작동을 제어할 수 있다. 여기서 특정 이벤트는 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD)의 상시 관측 수행 상태에서, 수생태계의 기상 상황 및 수생태계 환경의 변화일 수 있다.
수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD)의 경우, 수생태계를 주행하며 관측하는 장치들이다. 따라서, 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD)는 수생태계의 기상 상황 및 수생태계 환경 변화(예를 들어, 날씨 변화, 유속 변화 등)에 따라 주행을 멈추거나, 시작하는 등 작동 상태를 달리해야 한다.
도킹 스테이션부(DA)는, 관측 정보, 바람직하게는, 부이형 관측 장치(BY)로부터 획득한 관측 정보에 기초해 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD)의 작동을 제어할 수 있다.
도킹 스테이션부(DA)는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 에너지 독립형 실시간 수생태계 관측 및 모니터링 시스템(1)을 구성하는 중앙 컨트롤부와 무선 통신할 수 있다. 중앙 컨트롤부는 도킹 스테이션부(DA)를 통해서 부이형 관측 장치(BY), 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD)에 의해 관측된 관측 정보를 전달받아 저장할 수 있다. 중앙 컨트롤부는 도킹 스테이션부(DA)로부터 전달받은 관측 정보를 토대로 수생태계 관측 빅데이터를 구성하여 저장하고 관리할 수 있다.
도킹 스테이션부(DA)는 부이형 관측 장치(BY), 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD)를 포함하는 수생태계에 직접 구비되는 장치들과, 중앙 컨트롤부 사이에 구비될 수 있다. 수생태계의 경우, 수생태계에 직접 구비되는 장치들과, 중앙 컨트롤부 간의 거리가 너무 멀어 무선 통신으로 관측 정보를 다이렉트로 전달하기가 어려울 수 있다. 도킹 스테이션부(DA)의 경우, 수생태계에 고정 설치되되, 중앙 컨트롤부와의 무선 통신이 가능한 거리에 구비될 수 있다.
따라서, 도킹 스테이션부(DA)는 수생태계에 직접 구비되는 장치들과 중앙 컨트롤부 사이에서 수생태계에 직접 구비되는 장치들의 관측 정보를 중앙 컨트롤부로 전달하는 중간 컨트롤부로서 기능할 수 있다. 이에 따라 중앙 컨트롤부는 수생태계에서 상시 관측된 모든 정보를 전달받아 수생태계에 대한 빅데이터를 구성하는 것이 가능할 수 있다.
또한, 도킹 스테이션부(DA)는 휴대 기기(예를 들어, PC 및 스마트폰)에서 관측 정보를 확인할 수 있도록, 휴대 기기과, 수생태계에 직접 구비되는 장치들 사이에서 중간 기지국으로서 기능할 수도 있다.
도 2는 도킹 스테이션부(DA)의 구현 예를 도시한 도이다. 도 2에 도시된 도킹 스테이션부(DA)의 형상은 일 예로서 도시된 것이므로, 이에 한정되지 않는다.
도킹 스테이션부(DA)는 수생태계의 바닥면에 접촉되어 도킹 스테이션부(DA)의 고정 설치를 가능하게 하는 지지부(S)를 포함하여 구성될 수 있다.
지지부(S)는 상대적으로 높은 높이로 형성되어 수면위로 노출되는 제1지지면(S1) 및 제1지지면(S1)보다 낮은 높이로 형성되어 수중에 위치하는 제2지지면(S2)을 포함할 수 있다.
제1지지면(S1)은 태양광 발전기(PV) 또는 풍력 발전기(WP)를 지지할 수 있다. 태양광 발전기(PV)는 일 예로서 별도의 지지 플레이트(SP)와 결합되어 제1지지면(S1)에 결합될 수 있다. 풍력 발전기(WP)는 일 예로서 제1지지면(S1)상에 고정 설치되는 형태로 결합될 수 있다.
제2지지면(S2)은 제1지지면(S1)의 일측에 형성되어 제1지지면(S1)보다 낮은 높이를 갖고 수중에 위치하는 형태일 수 있다.
도킹 스테이션부(DA)는 승하강 가능하게 구비되는 충전 스테이지부(CS)를 포함할 수 있다. 충전 스테이지부(CS)는 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD) 중 적어도 하나의 무선 충전시 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD) 중 적어도 하나를 지지 및 안착시키기 위해 구비될 수 있다.
수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD) 중 적어도 하나는 충전 스테이지부(CS)에 도킹될 수 있다. 그러면 도킹 스테이션부(DA)는 에너지 저장부에 저장된 전기를 충전 스테이지부(CS)에 도킹된 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD) 중 적어도 하나로 공급할 수 있다. 구체적으로 각각의 장치(FD, AD)를 구성하는 배터리로 공급할 수 있다.
충전 스테이지부(CS)는 승하강 가능하게 구비될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 충전 스테이지부(CS)는 승하강 가능한 구조로 지지부(S)에 결합될 수 있다.
일 예로서, 충전 스테이지부(CS)는 제1지지면(S1)측에 결합되는 제1결합부(CS1)와, 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD) 중 적어도 하나가 직접적으로 안착되는 제2결합부(CS2)를 포함하여 구성될 수 있다.
제1, 2결합부(CS1, CS2)는 제1, 2결합부(CS1, CS2)의 높이 차이에 존재하는 단턱 부위에 의해 연결될 수 있다.
제1결합부(CS1)는 제1지지면(S1)측에 결합될 수 있다. 충전 스테이지부(CS)의 제2결합부(CS2)는 제1결합부(CS1)보다 낮은 높이에 위치하여 수중에 위치할 수 있다. 제1, 2결합부(CS1, CS2) 각각은 일단에 형성된 단턱 부위에 의해 일체로 연결될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 태양광 발전기(PV)와 결합하는 지지 플레이트(SP)는 일면에 태양광 발전기(PV)를 구비할 수 있다. 봉의 형태로 구성된 승하강 거리부(RL)는 지지 플레이트(SP)의 타면에 구비될 수 있다.
충전 스테이지부(CS)는 제1결합부(CS1)의 일단부측에 승하강 거리부(RL)를 삽입할 수 있는 삽입홀을 구비할 수 있다. 승하강 거리부(RL)는 충전 스테이지부(CS)의 삽입홀에 삽입될 수 있다.
충전 스테이지부(CS)는 승하강 거리부(RL)의 높이 방향의 길이를 이동하여 승하강 가능할 수 있다. 따라서 승하강 거리부(RL)는 충전 스테이지부(CS)의 승하강 이동을 가이드할 수 있다.
충전 스테이지부(CS)는 승하강 거리부(RL)의 높이 방향 길이만큼 상승 및 하강하며 이동 거리가 제한될 수 있다. 이 때, 충전 스테이지부(CS)의 제1결합부(CS1)는 승하강 거리부(RL)를 따라 위치 이동할 수 있다. 이로 인해 수중에 위치하는 제2결합부(CS2)의 위치도 변화할 수 있다.
충전 스테이지부(CS)의 상승시, 수중에 위치하는 제2결합부(CS2)는 지지부(S)의 제2지지면으로부터 멀어지도록 높이 변화할 수 있다. 제2결합부(CS2)는 수중에 위치하며 충전 스테이지부(CS)의 상승시 제2지지면(S2)으로부터 멀어지고, 하강시 제2지지면(S2)과 가까워질 수 있다.
수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD)는 도킹시, 충전 스테이지부(CS)의 제2결합부(CS2)에 자동 접안되어 도킹 완료될 수 있다. 이는 도킹 스테이션부(DA)에 자동 접안 시스템이 구비됨으로써 구현될 수 있다.
충전 스테이지부(CS)는 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD) 중 적어도 하나를 무선 충전하기 위해 상승한 다음, 제2결합부(CS2)에 상측에 위치하는 장치를 자동 접안시킬 수 있다.
구체적으로, 무선 충전을 요구하는 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD) 중 적어도 하나는 충전 스테이지부(CS)측으로 위치 이동할 수 있다. 바람직하게는, 충전 스테이지부(CS)의 제2결합부(CS2)측으로 위치 이동할 수 있다.
그런 다음, 충전 스테이지부(CS)는 상승할 수 있다. 이로 인해 제2결합부(CS2)는 제2지지면(S2)으로부터 멀어지고 수면위와 가까워지도록 높이 변화할 수 있다.
충전 스테이지부(CS)측으로 위치 이동한 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD) 중 적어도 하나는 제2결합부(CS2)에 도킹될 수 있다. 이 때, 충전 스테이지부(CS)의 자동 접안 시스템에 의해 제2결합부(CS2)에 대한 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD) 중 적어도 하나의 도킹이 완료될 수 있다.
그런 다음, 도킹 스테이션부(DA)의 에너지 저장부에 저장된 전기가 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD) 중 적어도 하나로 공급되어 무선 충전을 구현할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 에너지 독립형 실시간 수생태계 관측 및 모니터링 시스템(1)은, 도킹 스테이션부(DA)에 자동 접안 시스템을 구비함으로써 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD) 중 적어도 하나를 무선 충전시킬 때, 무선 충전을 위한 충전 스테이지부(CS)상의 위치 조절 과정을 생략할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 에너지 독립형 실시간 수생태계 관측 및 모니터링 시스템(1)과 달리, 자동 접안 시스템을 구비하지 않을 경우, 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD) 중 적어도 하나의 무선 충전시, 인력을 이용하여 충전 스테이지부(CS)상에 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD)의 무선 충전 위치를 조절해줘야 한다는 번거로움이 있다.
수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD) 중 적어도 하나의 무선 충전시, 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD) 중 적어도 하나가 충전 스테이지부(CS)상에 안정적으로 접안되지 않을 경우, 무선 충전 과정이 제대로 이루어지지 않을 수 있다.
하지만, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 에너지 독립형 실시간 수생태계 관측 및 모니터링 시스템(1)은, 자동 접안 시스템을 구비할 수 있다. 이로 인해 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 에너지 독립형 실시간 수생태계 관측 및 모니터링 시스템(1)은, 인력을 통해 충전 스테이지부(CS)상에 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD) 중 적어도 하나의 위치를 조절하지 않고도 안정적으로 도킹을 구현할 수 있다. 이로 인해 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD) 중 적어도 하나의 무선 충전 과정이 보다 신속하고 효율적으로 이루어질 수 있다.
수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD) 중 적어도 하나의 무선 충전시, 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD)에 결합된 태양광 발전기(PV)는 수면위로 노출되는 상태일 수 있다. 이로 인해 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD)는, 무선 충전시, 각각의 장치(FD, AD)에 결합된 태양광 발전기(PV)를 통해 발전된 전기와, 도킹 스테이션부(DA)의 에너지 저장부를 통해서 공급되는 전기에 의해 보다 신속하게 충전될 수 있다.
도킹 스테이션부(DA)는 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD) 중 적어도 하나에게 대기 장소를 제공할 수 있다. 대기 장소는 도킹 스테이션부(DA)의 충전 스테이지부(CS)일 수 있고, 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD) 중 적어도 하나를 보호하기 위해 만들어진 별도의 보호 공간일 수 있다. 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD) 중 적어도 하나는, 풍속 및 유속이 매우 빠른 날 등 주행이 어려운 상황일 경우, 대기 장소로 위치 이동하여 작동 대기 상태를 유지할 수 있다. 도킹 스테이션부(DA)는 대기 장소를 구비함으로써 수생태계 환경에 따라 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD)의 유실 위험을 방지하고, 안전을 보호하는 기능을 수행할 수 있다.
도킹 스테이션부(DA)는 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD) 중 적어도 하나에 대한 무선 충전 기능을 제공할 수도 있고, 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD) 중 적어도 하나에 장착된 소모된 배터리를 완전히 충전된 배터리로 교체하는 기능을 제공할 수도 있다.
이 경우, 도킹 스테이션부(DA)는 배터리 교체부를 포함할 수 있다. 배터리 교체부는 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD) 중 적어도 하나에 장착된 소모된 배터리를 완전히 충전된 배터리로 교체하는 기능을 제공할 수 있다.
배터리 교체부는 배터리 모듈 저장부를 포함할 수 있다. 배터리 모듈 저장부는 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD)에 장착된 배터리와 동일한 종류로 구성된 여분의 배터리를 완전히 충전된 상태로 상시 구비할 수 있다. 배터리 모듈 저장부는 도킹 스테이션부(DA)에 저장된 전기를 이용하여 완전히 충전된 상태의 여분의 배터리를 구비할 수 있다.
수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD) 중 적어도 하나는 기장착된 배터리 소모시, 충전 스테이지부(CS)상으로 위치 이동할 수 있다. 이 때, 도킹 스테이션부(DA)는 제어부를 통해서 배터리 교체부의 작동을 제어할 수 있다.
배터리 교체부는 충전 스테이지부(CS)상에 위치한 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD) 중 적어도 하나의 배터리를 분리할 수 있다. 배터리 교체부는 일 예로서 로봇형 장치로 구비되어 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD)의 배터리 분리 및 교체 동작을 수행할 수 있다.
배터리 교체부는 충전 스테이지부(CS)상에 위치한 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD) 중 적어도 하나의 소모된 배터리를 분리한 다음, 배터리 모듈 저장부에 구비된 완전히 충전된 배터리를 꺼내어 장착할 수 있다. 소모된 상태의 분리된 배터리는 배터리 모듈 저장부에서 완전히 충전된 상태로 보관될 수 있다.
도킹 스테이션부(DA)는 배터리 교체부를 구비하여 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD) 중 적어도 하나의 소모된 배터리 자체를 완전히 충전된 다른 배터리로 교체할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 에너지 독립형 실시간 수생태계 관측 및 모니터링 시스템(1)은, 배터리 교체부를 통해서 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD) 중 적어도 하나의 배터리 소모시, 완전히 충전된 다른 배터리로 신속하게 교체할 수 있다. 이로 인해 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 에너지 독립형 실시간 수생태계 관측 및 모니터링 시스템(1)은 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD) 중 적어도 하나의 배터리 충전 시간에 따른 관측 일시 정지 시간을 발생시키지 않을 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 에너지 독립형 실시간 수생태계 관측 및 모니터링 시스템(1)은, 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD) 중 적어도 하나의 소모된 배터리를 완전히 충전된 배터리로 교체함으로써 배터리 관리 시간을 최소화할 수 있다. 이로 인해 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 에너지 독립형 실시간 수생태계 관측 및 모니터링 시스템(1)은 실질적으로 관측에만 소요되는 시간을 최대화하여 보다 다량의 관측 정보를 획득하는 것을 가능하게 할 수 있다.
도 3은 부이형 관측 장치(BY)의 구현 예를 도시한 도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 부이형 관측 장치(BY)는, 태양광 발전기(PV), 배터리(BT), 측정 센서(MS) 및 GPS를 포함하여 구성될 수 있다.
부이형 관측 장치(BY)는 수면위로 노출되는 최상부측에 태양광 발전기(PV)를 구비할 수 있다. 태양광 발전기(PV)는 태양열을 전기 에너지로 변환하여 전기를 생산할 수 있다. 태양광 발전기(PV)는 태양광 발전기(PV)를 덮는 투명 커버(CV)에 의해 외부로부터 보호될 수 있다.
부이형 관측 장치(BY)는 태양광 발전기(PV) 하부에 수중 하우징(HS)을 결합할 수 있다. 수중 하우징(HS)은 내부에 배터리(BT) 및 측정 센서(MS)을 포함할 수 있다.
부이형 관측 장치(BY)는 태양광 발전기(PV)에 의해 발전된 전기를 배터리(BT)에 저장할 수 있다. 배터리(BT)에 저장된 전기는 측정 센서(MS)를 작동시키는데 이용될 수 있다.
측정 센서(MS)는 기상 관측 센서 및 ADCP(Acoustic Doppler Current Profilers) 센서를 포함할 수 있다. 기상 관측 센서는 온습도, 풍속, 강우량 및 기압 등을 포함하는 기상 정보를 측정할 수 있다. ADCP 센서는 음향 도플러 유속계로서, 파향, 파고, 유향, 유속 및 수심을 측정할 수 있다.
부이형 관측 장치(BY)는 측정 센서(MS)를 통해서 실시간 기상 정보와, 파향, 파고, 유향, 유속 및 수심을 포함하는 수생태계 환경 정보를 측정할 수 있다. 측정 센서(MS)는 이에 한정되지 않고 가속도 센서, 장력 측정 센서 와이어 길이 측정 센서 소음 센서 및 진동 센서 등을 포함하여 구성될 수 있다.
부이형 관측 장치(BY)는 태양광 발전기(PV)를 통해서 전기를 발전하여 배터리(BT)에 저장할 수 있다. 이에 따라 부이형 관측 장치(BY)는 외부에서 전기를 공급하지 않고도 독립적으로 전기를 생산하여 배터리(BT)를 충전하고, 이를 이용하여 측정 센서(MS)를 상시 작동시킬 수 있다.
부이형 관측 장치(BY)는 통신부를 포함할 수 있다. 부이형 관측 장치(BY)는 측정 센서(MS)를 통해서 획득한 수생태계 환경 정보를 이통 통신부를 통해서 도킹 스테이션부(DA)에 전달할 수 있다. 부이형 관측 장치(BY)는 GPS를 포함하여 구성될 수 있다. 따라서, 부이형 관측 장치(BY)는 측정 센서(MS)를 통해서 관측한 수생태계 환경 정보를 도킹 스테이션부(DA)에 전달할 때, 위치 정보를 함께 전달할 수 있다.
부이형 관측 장치(BY)는 통신부를 통해서 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD) 중 적어도 하나와 무선 통신 가능할 수 있다.
부이형 관측 장치(BY)는 작동 제어부(OS)를 포함할 수 있다. 작동 제어부(OS)는 측정 센서(MS)를 통해 획득한 수생태계 환경 정보에 기초해 부이형 관측 장치(BY)와 상호 통신하는 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD) 중 적어도 하나에 대피 신호를 전송할 수 있다.
예를 들어, 부이형 관측 장치(BY)는 측정 센서(MS)를 통해서 매우 큰 유속 측정값을 획득할 수 있다. 이 때, 작동 제어부(OS)에는 기준 유속값이 기설정될 수 있다. 작동 제어부(OS)는 측정 센서(MS)를 통해 획득한 유속 측정값이 기준 유속값보다 클 경우, 수상 관측 장치(FD)에 안전 위치로 대피하라는 대피 신호를 전송할 수 있다.
다른 예로서, 부이형 관측 장치(BY)는 측정 센서(MS)를 통해서 매우 큰 풍속 측정값을 획득할 수 있다. 이 때, 작동 제어부(OS)에는 기준 풍속값이 기설정될 수 있다. 작동 제어부(OS)는 측정 센서(MS)를 통해 획득한 풍속 측정값이 기준 풍속값보다 클 경우, 공중 관측 장치(AD)에 안전 위치로 대피하라는 대피 신호를 전송할 수 있다.
도 4는 수상 관측 장치(FD)의 구현 예를 도시한 도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 수상 관측 장치(FD)는 태양광 발전기, 배터리, 음파 센서(SN), 라이다 센서(LS), 카메라(CR) 및 GPS를 포함하여 구성될 수 있다.
수상 관측 장치(FD)는 수상에서 주행하며 수생태계 정보를 관측하여 관측 정보를 획득할 수 있다. 수상 관측 장치(FD)는 수생태계 지형 정보를 포함하는 수생태계 정보를 관측할 수 있다.
수상 관측 장치(FD)는 프로펠러 및 자율 주행 제어부를 더 포함할 수 있다.
자율 주행 제어부는 수상 관측 장치(FD)의 데이터 저장부에 저장된 자율 주행 정보에 따라 프로펠러를 제어하여 수상 관측 장치(FD)의 자율 주행을 구현할 수 있다. 자율 주행 정보는 지정된 경로를 포함할 수 있다.
자율 주행 제어부는 GPS를 통해서 수상 관측 장치(FD)의 위치를 측위하며 수상 관측 장치(FD)의 자율 주행을 구현시킬 수 있다.
자율 주행 제어부는 프로펠러를 정회전 또는 역회전시키면서 수상 관측 장치(FD)의 이동 방향을 제어할 수 있다. 이에 따라 수상 관측 장치(FD)는 자율 주행 정보에 따라 수생태계를 자율 주행할 수 있다. 이 때, 수상 관측 장치(FD)는 라이다 센서(LS)를 통해서 충돌을 방지하면서 자율 주행할 수 있다.
수상 관측 장치(FD)는 수면위로 노출되는 상부측에 태양광 발전기를 구비할 수 있다. 태양광 발전기에서 발전된 전기는 수상 관측 장치(FD)의 내부에 구비되는 배터리에 저장될 수 있다. 수상 관측 장치(FD)는 태양광 발전기에 의해 독립적으로 배터리를 충전하여 작동 가능할 수 있다. 다만, 수상 관측 장치(FD)의 경우, 음파 센서(SN), 라이다 센서(LS) 및 카메라(CR) 등에 의해 상대적으로 많은 배터리를 소모할 수 있다. 이에 따라, 수상 관측 장치(FD)는 태양광 발전기에 의해 충전되는 배터리량보다 배터리 소모량이 많을 경우, 도킹 스테이션부(DA)를 통해 보다 신속하게 무선 충전될 수 있다.
음파 센서(SN)는 수중 지형 정보를 획득할 수 있다. 음파 센서(SN)는 수중 지형을 파악하고, 이를 시각적 신호로 변환한 수중 지형 정보를 획득할 수 있다. 음파 센서(SN)는 바람직하게는 수상 관측 장치(FD)의 하부측에 구비될 수 있다. 이에 따라 음파 센서(SN)는 수중에 위치하며 수중 지형 정보를 획득할 수 있다.
수상 관측 장치(FD)는 통신부를 포함할 수 있다. 수상 관측 장치(FD)는 통신부를 통해서 도킹 스테이션부(DA)와 무선 통신할 수 있다. 수상 관측 장치(FD)는 도킹 스테이션부(DA)에 의해 작동을 제어받을 수 있다. 수상 관측 장치(FD)는 도킹 스테이션부(DA)에서 기상 정보 및 수생태계 환경 정보에 기초해 수상 관측 장치(FD)의 운행이 어렵다고 판단하면, 안전한 대기 장소에 대기하도록 작동을 제어받을 수 있다. 여기서 대기 장소는 도킹 스테이션부(DA)의 충전 스테이지부(CS) 또는 도킹 스테이션부(DA)에 마련된 별도의 보호 공간일 수 있다. 수상 관측 장치(FD)는 도킹 스테이션부(DA)의 대기 장소로 위치 이동하여 운행하지 않고 작동 대기 상태를 유지할 수 있다.
또한, 수상 관측 장치(FD)는 통신부를 통해서 부이형 관측 장치(BY) 및 공중 관측 장치(AD)와 무선 통신 가능할 수 있다. 이에 따라 수상 관측 장치(FD)는 부이형 관측 장치(BY)에 의한 작동 제어를 받을 수도 있다. 수상 관측 장치(FD)는 부이형 관측 장치(BY)에서 자체적으로 획득한 기상 정보 및 수생태계 환경 정보에 기초해 수상 관측 장치(FD)의 운행이 어렵다고 판단될 경우, 대기 장소로 위치 이동하라는 신호를 전달받을 수 있다. 이로 인해 수상 관측 장치(FD)는 부이형 관측 장치(BY)에 의해 작동을 제어 받을 수 있다.
수상 관측 장치(FD)는 음파 센서(SN)를 통해서 획득한 수중 지형 정보를 통신부를 통해서 도킹 스테이션부(DA)에 전달할 수 있다. 수상 관측 장치(FD)는 GPS를 포함하여 구성되어 수중 지형 정보를 도킹 스테이션부(DA)에 전달할 시, 위치 정보를 함께 전달할 수 있다.
수상 관측 장치(FD)는 음파 센서(SN)를 통해 수중 지형 정보를 획득함으로써 퇴적물 누적 및 수질 오염 상황 등을 실시간으로 확인할 수 있다.
라이다 센서(LS)는 수상 관측 장치(FD)의 주행 중 존재하는 장애물(OT)과의 충돌을 방지하기 위해 구비될 수 있다. 라이다 센서(LS)는, 수상 관측 장치(FD)의 상부측 및 하부측 적어도 하나에 구비될 수 있다. 라이다 센서(LS)는 복수개로 구비되어 수상 관측 장치(FD)의 상부측 및 하부측 모두에 구비될 수도 있다. 이 경우, 수상 관측 장치(FD)의 상부측에 구비되는 라이다 센서(LS)는 수면 위의 주변 장애물(OT)을 감지할 수 있다. 수상 관측 장치(FD)의 하부측에 구비되는 라이다 센서(LS)는 수중의 주변 장애물(OT)을 감지할 수 있다.
도 4에는 일 예로서, 수상 관측 장치(FD)의 주변 장애물(OT)로서 배가 도시된다.
라이다 센서(LS)는 레이저빔을 목표물에 비춤으로써 사물의 거리, 방향 속도 등을 획득할 수 있다. 라이다 센서(LS)는 펄스 레이저를 발사할 수 있다. 라이다 센서(LS)는 짧은 파장의 레이저를 사용하여 높은 정밀도 및 해상도를 가질 수 있다. 라이다 센서(LS)는 사물에 따라 입체적 파악까지 가능할 수 있다. 라이다 센서(LS)는 360°회전하여 전방위를 감지할 수 있다. 라이다 센서(LS)의 회전 각도는 일정 각도로 설정될 수도 있다.
라이다 센서(LS)는 전방위 또는 일정 각도로 회전하며 수상 관측 장치(FD)의 주변에 장애물(OT)에 대한 정보를 획득할 수 있다. 장애물(OT)에 대한 정보는 수상 관측 장치(FD)의 작동 제어부로 전달될 수 있다. 수상 관측 장치(FD)는 라이다 센서(LS)를 통해서 획득한 장애물(OT)에 대한 정보를 도킹 스테이션부(DA)로 전달할 수 있다. 수상 관측 장치(FD)는 장애물(OT)에 대한 정보와 함께 위치 정보를 도킹 스테이션부(DA)로 전달할 수 있다. 이 경우, 도킹 스테이션부(DA)는 수상 관측 장치(FD)로부터 전달받은 위치 정보에 기초해 해당 위치로 공중 관측 장치(AD)를 위치 이동시킬 수 있다. 이는 장애물(OT)에 대한 정보를 확인하기 위함일 수 있다.
수상 관측 장치(FD)의 작동 제어부는 라이다 센서(LS)를 통해 주변 장애물(OT)에 대한 정보를 획득하면, 카메라(CR)를 작동시킬 수 있다.
카메라(CR)는 상시 작동할 수도 있고, 수상 관측 장치(FD)의 작동 제어부에 의한 작동 신호에 의해 작동할 수도 있다. 다만, 카메라(CR)가 상시 작동할 경우, 수상 관측 장치(FD)의 배터리 소모량을 증가시킬 수 있다. 따라서, 카메라(CR)는 바람직하게는, 이벤트(예를 들어, 라이다 센서(LS)를 통한 충돌 위험 장애물(OT)감지)발생시에만 작동될 수 있다.
카메라(CR)는 수상 관측 장치(FD)의 주변 영상 정보를 획득할 수 있다. 주변 영상 정보는 충돌 위험 장애물(OT)에 대한 영상을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 에너지 독립형 실시간 수생태계 관측 및 모니터링 시스템(1)은, 수상 관측 장치(FD)에 구비된 카메라(CR)를 통해 수상 관측 장치(FD)의 주행 경로에서의 주변 영상을 획득할 수 있다. 이로 인해 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 에너지 독립형 실시간 수생태계 관측 및 모니터링 시스템(1)은 수생태계의 오염 사고 등 이상 현상을 즉시 영상으로 확인하도록 할 수 있다.
수상 관측 장치(FD)의 작동 제어부는 카메라(CR)에 의해 획득된 주변 영상 정보를 저장할 수 있다. 수상 관측 장치(FD)는 통신부를 통해서 주변 영상 정보를 도킹 스테이션부(DA)로 전달할 수 있다.
수상 관측 장치(FD)는 물의 온도를 측정하는 수온 센서, 용존산소의 농도를 측정하는 용존산소 측정 센서(DO 센서) 및 물의 산도를 측정하는 산도(PH) 측정 센서를 추가적으로 구비할 수도 있다. 이로 인해 수상 관측 장치(FD)는 수생태계를 주행하며 다양한 수생태계 환경 정보를 획득할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 에너지 독립형 실시간 수생태계 관측 및 모니터링 시스템(1)은, 수중 관측 장치(미도시)를 더 포함할 수 있다.
수중 관측 장치는 도킹 스테이션부(DA), 부이형 관측 장치(BY), 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD) 중 적어도 하나와 무선 통신할 수 있다.
수중 관측 장치는 주로 수중을 주행하며 수중의 지형 형상을 관측할 수 있다. 예를 들어, 수중 관측 장치는 도킹 스테이션부(DA)로부터 위치 정보를 포함한 작동 신호를 수신할 수 있다. 수중 관측 장치는 도킹 스테이션부(DA)로부터 수신한 작동 신호에 의해 작동하여 수신한 위치 정보로 위치 이동할 수 있다. 이 때, 도킹 스테이션부(DA)는 수상 관측 장치(FD)로부터 전달받은 수중 지형 정보에 기초해 수중 관측 장치를 작동시킬 수 있다. 도킹 스테이션부(DA)는 수상 관측 장치(FD)로부터 전달받은 수중 지형 정보를 보다 상세하게 확인하기 위해 수중 관측 장치를 작동시킬 수 있다.
수중 관측 장치는 프로펠러 및 자율 주행 제어부를 더 포함할 수 있다.
수중 관측 장치의 자율 주행 제어부는 도킹 스테이션부(DA)와 무선 통신 가능할 수 있다. 수중 관측 장치의 자율 주행 제어부는 도킹 스테이션부(DA)로부터 위치 정보를 포함한 작동 신호를 수신하면, 수신한 위치 정보에 기초해 수중 관측 장치를 자율 주행하도록 제어할 수 있다.
수중 관측 장치의 자율 주행 제어부는 수중 관측 장치에 구비된 GPS를 통해서 수중 관측 장치의 위치를 측위하며 도킹 스테이션부(DA)로부터 수신한 위치 정보로 수중 관측 장치의 자율 주행이 이루어지도록 할 수 있다.
수중 관측 장치의 자율 주행 제어부는 수중 관측 장치의 프로펠러를 정회전 또는 역회전시키면서 수신받은 위치 정보를 따라 수중 관측 장치의 자율 주행을 구현할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 공중 관측 장치(AD)는 공중에서 주행하며 수면상을 관측하여 수생태계 수면 정보를 관측 정보로서 획득할 수 있다.
공중 관측 장치(AD)는 태양광 발전기(PV), 배터리, 카메라(CR) 및 GPS를 포함하여 구성될 수 있다.
공중 관측 장치(AD)는 태양광 발전기(PV)에 의해 독립적으로 전기를 생산할 수 있다. 태양광 발전기(PV)에 의해 발전된 전기는 배터리에 저장될 수 있다. 공중 관측 장치(AD)는 태양광 발전기(PV)에 의해 자가 발전하여 배터리를 충전하여 작동 가능할 수 있다.
다만, 공중 관측 장치(AD)는 카메라(CR)를 이용하여 수생태계의 수면위를 촬영하여 관측 정보를 획득할 수 있다. 따라서 배터리 소모량이 많을 수 있다. 공중 관측 장치(AD)는 태양광 발전기(PV)에 의해 충전되는 배터리량 보다 소모량이 더욱 많을 경우, 도킹 스테이션부(DA)에서 신속하게 무선 충전될 수 있다.
공중 관측 장치(AD)는 프로펠러 및 자율 주행 제어부를 더 포함할 수 있다.
공중 관측 장치(AD)의 자율 주행 제어부는 공중 관측 장치(AD)의 데이터 저장부에 저장된 자율 주행 정보에 따라 프로펠러를 제어하여 공중 관측 장치(AD)의 자율 주행을 구현할 수 있다. 자율 주행 정보는 지정된 경로를 포함할 수 있다.
공중 관측 장치(AD)의 자율 주행 제어부는 GPS를 통해서 공중 관측 장치(AD)의 위치를 측위하며 공중 관측 장치(AD)의 자율 주행을 구현시킬 수 있다.
공중 관측 장치(AD)의 자율 주행 제어부는 프로펠러를 정회전 또는 역회전시키면서 공중 관측 장치(AD)의 이동 방향을 제어할 수 있다. 이에 따라 공중 관측 장치(AD)는 자율 주행 정보에 따라 수생태계의 공중에서 자율 주행할 수 있다.
공중 관측 장치(AD)는 도킹 스테이션부(DA), 부이형 관측 장치(BY) 및 수상 관측 장치(FD)와 무선 통신할 수 있다.
공중 관측 장치(AD)는 도킹 스테이션부(DA)에서 부이형 관측 장치(BY)로부터 전달받은 기상 정보 및 수생태계 환경 정보에 기초해 운행이 어렵다고 판단될 경우, 작동을 제어 받을 수 있다. 공중 관측 장치(AD)는 도킹 스테이션부(DA)에 구비된 대기 장소에서 운행하지 않고 대기하도록 작동을 제어 받을 수 있다.
또는 공중 관측 장치(AD)는 부이형 관측 장치(BY)로부터 작동을 제어 받을 수도 있다. 공중 관측 장치(AD)는 부이형 관측 장치(BY)에서 자체적으로 획득한 기상 정보 및 수생태계 환경 정보에 기초해 공중 관측 장치(AD)의 운행이 어렵다고 판단될 경우, 작동을 제어 받을 수 있다. 공중 관측 장치(AD)는 도킹 스테이션부(DA)에 구비된 대기 장소에서 운행하지 않고 대기하도록 작동을 제어 받을 수 있다.
도 5는 특정 이벤트 발생시 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 에너지 독립형 실시간 수생태계 관측 및 모니터링 시스템(1)의 작동 흐름도이다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 에너지 독립형 실시간 수생태계 관측 및 모니터링 시스템(1)은, 부이형 관측 장치(BY), 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD)의 상시 작동에 의해 실시간으로 관측 정보를 획득할 수 있다.
특정 이벤트의 발생이 없을 경우, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 에너지 독립형 실시간 수생태계 관측 및 모니터링 시스템(1)은 부이형 관측 장치(BY), 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD) 각각의 작동에 의해 수생태계 정보를 상시 획득할 수 있다.
각각의 장치(BY, FD, AD)에 의해 상시 획득되는 수생태계 정보는 실시간으로 도킹 스테이션부(DA)로 전달될 수 있다. 도킹 스테이션부(DA)는 전달된 수생태계 정보를 중앙 컨트롤부로 전달할 수 있다.
중앙 컨트롤부는 도킹 스테이션부(DA)로부터 전달받은 수생태계 정보를 저장하고, 이를 토대로 수생태계에 대한 빅데이터를 구성할 수 있다. 빅데이터는 수생태계 환경 정보, 수중 지형 정보 및 수생태계 수면 정보를 포함하는 관측 정보를 토대로 수생태계에 대해 분석된 데이터들을 포함할 수 있다. 빅데이터는 수질 및 하천 생태계 분석 데이터, 양식장 생육 환경 분석 데이터, 연안 및 해양 생태계 분석 데이터 수중 지형 분석 데이터 등을 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 에너지 독립형 실시간 수생태계 관측 및 모니터링 시스템(1)은, 특정 이벤트 발생시, 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD)의 작동을 제어할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, S10 단계에서, 부이형 관측 장치(BY)는 상시 작동하고 있는 상태일 수 있다. 부이형 관측 장치(BY)는 실시간 기상 정보 및 수생태계 환경 정보를 획득할 수 있다. 그런 다음, 부이형 관측 장치(BY)는 실시간 기상 정보 및 수생태계 환경 정보를 도킹 스테이션부(DA)로 전달할 수 있다. 이 때, 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD)는 상시 작동하고 있는 상태일 수 있다.
S20 단계에서, 도킹 스테이션부(DA)는 부이형 관측 장치(BY)의 관측 정보인 실시간 기상 정보 및 수생태계 환경 정보를 획득할 수 있다. 이 때, 도킹 스테이션부(DA)는 실시간 기상 정보 및 수생태계 환경 정보에 기초해 특정 이벤트 발생 여부를 확인할 수 있다.
S30 단계에서, 도킹 스테이션부(DA)는 실시간 기상 정보 및 수생태계 환경 정보에 기초해 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD) 중 적어도 하나의 운전 가능 여부를 판단할 수 있다.
예를 들어, S30 단계에서, 도킹 스테이션부(DA)는 유속 측정값이 도킹 스테이션부(DA)의 제어부에 설정된 기준 유속값보다 높을 경우, 수상 관측 장치(FD)의 운전이 어렵다고 판단할 수 있다. 또한, 도킹 스테이션부(DA)는 풍속 측정값이 도킹 스테이션부(DA)의 제어부에 설정된 기준 풍속값보다 높을 경우, 공중 관측 장치(AD)의 운전이 어렵다고 판단할 수 있다.
S30 단계에서, 도킹 스테이션부(DA)에서 특정 이벤트에 의해 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD) 모두 운행이 어렵다고 판단할 수 있다. 도킹 스테이션부(DA)는 운행 불가 신호를 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD)로 송신하고, 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD)가 운행되지 않도록 작동을 제어할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 에너지 독립형 실시간 수생태계 관측 및 모니터링 시스템(1)은, S30c 단계의 수상 관측 장치(FD)의 작동 대기 단계 및 S30d 단계의 공중 관측 장치(AD)의 작동 대기 단계를 수행할 수 있다.
한편, S30 단계에서, 도킹 스테이션부(DA)는 수상 관측 장치(FD) 또는 공중 관측 장치(AD) 중 적어도 하나는 운행이 가능하다고 판단할 수도 있다. 이 경우, 각각의 장치(FD, AD)에 대응하는 S30c 단계 또는 S30d 단계 중 하나가 수행될 수 있다.
예를 들어, 수상 관측 장치(FD)가 운행이 가능하다고 판단할 경우, S30c 단계만이 수행될 수 있다. 이와는 달리, 공중 관측 장치(AD)가 운행이 가능하다고 판단할 경우, S30d 단계만이 수행될 수 있다.
S30c 단계에서, 수상 관측 장치(FD)는 도킹 스테이션부(DA)의 대기 장소로 위치 이동할 수 있다. 수상 관측 장치(FD)는 대기 장소에서 운행하지 않고 작동 대기 상태를 유지할 수 있다.
S30d 단계에서, 공중 관측 장치(AD)는 도킹 스테이션부(DA)의 대기 장소로 위치 이동할 수 있다. 공중 관측 장치(AD)는 대기 장소에서 운행하지 않고 작동 대기 상태를 유지할 수 있다.
한편, S30 단계에서, 도킹 스테이션부(DA)는 실시간 기상 정보 및 수생태계 환경 정보에 기초해 미약한 특정 이벤트일 경우, 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD) 중 적어도 하나의 운행이 가능하다고 판단할 수 있다.
또는 S30 단계에서, 도킹 스테이션부(DA)는 실시간 기상 정보 및 수생태계 환경 정보에 기초해 특정 이벤트에서 정상 운행 상황으로 변화하였음을 확인하고, 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD) 중 적어도 하나의 운행이 가능하다고 판단할 수 있다.
이 경우, S30a 단계의 공중 관측 장치(AD) 작동 단계 및 S30b 단계의 수상 관측 장치(FD) 작동 단계 중 적어도 하나가 수행될 수 있다.
S30a 단계에서, 공중 관측 장치(AD)는 수생태계 수면 정보를 관측 정보로서 획득할 수 있다. 그런 다음, S40 단계에서, 공중 관측 장치(AD)는 도킹 스테이션부(DA)로 관측 정보를 송신할 수 있다.
공중 관측 장치(AD)는 공중 관측 장치(AD)를 구성하는 작동 제어부에 의해 배터리 충전 상태를 확인할 수 있다. 공중 관측 장치(AD)는 작동 제어부에서 배터리 소모량 대비 충전량이 부족하다고 판단될 경우, 도킹 스테이션부(DA)의 충전 스테이지부(CS)로 위치 이동할 수 있다.
S60 단계에서, 공중 관측 장치(AD)는 충전 스테이지부(CS)에서 무선 충전될 수 있다.
S70 단계에서, 공중 관측 장치(AD)는 충전 완료 후 충전 스테이지부(CS)상에 대기하며 작동 휴식 상태를 유지할 수 있다. 또는 공중 관측 장치(AD)에 설정된 관측 위치로 위치 이동하여 수생태계 수면에 대한 관측을 이어서 수행할 수 있다.
한편, S30b 단계에서, 수상 관측 장치(FD)는 수상 관측 장치(FD)는 수생태계 수중 정보를 관측 정보로서 획득할 수 있다. 그런 다음, S40 단계에서, 수상 관측 장치(FD)는 도킹 스테이션부(DA)로 관측 정보를 송신할 수 있다.
수상 관측 장치(FD)는 수상 관측 장치(FD)의 작동 제어부에서 배터리 소모량 대비 충전량이 부족하다고 판단될 경우, 도킹 스테이션부(DA)의 충전 스테이지부(CS)로 위치 이동할 수 있다.
S60 단계에서, 수상 관측 장치(FD)는 충전 스테이지부(CS)에서 무선 충전될 수 있다.
S70 단계에서, 수상 관측 장치(FD)는 충전 완료 후 충전 스테이지부(CS)상에 대기하며 작동 휴식 상태를 유지할 수 있다. 또는 수상 관측 장치(FD)는 수상 관측 장치(FD)에 설정된 관측 위치로 위치 이동하여 수생태계 수중 정보에 대한 관측을 이어서 수행할 수 있다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 에너지 독립형 실시간 수생태계 관측 및 모니터링 시스템(1)은, 부이형 관측 장치(BY)에 의해 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD) 중 적어도 하나의 운행을 제어할 수도 있다.
S10 단계에서, 부이형 관측 장치(BY)는 실시간 기상 정보 및 수생태계 환경 정보를 획득할 수 있다. 그런 다음, 부이형 관측 장치(BY)는 부이형 관측 장치(BY)의 작동 제어부(OS)를 통해 자체적으로 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD) 중 적어도 하나의 운행 가능 여부를 판단할 수 있다. 부이형 관측 장치(BY)는 실시간 기상 정보 및 수생태계 환경 정보에 기초해 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD) 중 적어도 하나의 운행 가능 여부를 판단할 수 있다.
부이형 관측 장치(BY)에서 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD) 중 적어도 하나의 운행이 불가능하다고 판단할 수 있다. 부이형 관측 장치(BY)는 각각의 장치(FD, AD) 중 적어도 하나로 운행 불가 신호를 송신할 수 있다. 이에 따라 각각의 장치(FD, AD) 중 적어도 하나에 대응하는 S30c 단계 및 S30d 단계 중 적어도 하나의 단계가 수행될 수 있다. 구체적으로, 수행되는 S30c 단계 및 S30d 단계 중 적어도 하나는, 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD) 중 부이형 관측 장치(BY)로부터 운행 불가 신호를 수신한 장치에 대응하는 단계일 수 있다.
이처럼 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD)는 특정 이벤트 발생시, 부이형 관측 장치(BY)에 의해 작동 제어되어 도킹 스테이션부(DA)상에 운행하지 않고 작동 대기 상태를 유지할 수도 있다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 에너지 독립형 실시간 수생태계 관측 및 모니터링 시스템(1)은, 상시 작동하는 부이형 관측 장치(BY)를 통해서 실시간으로 기상 정보 및 수생태계 환경 정보를 획득할 수 있다. 이에 따라 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 에너지 독립형 실시간 수생태계 관측 및 모니터링 시스템(1)은, 상시 주행하는 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD)의 정상적인 운행이 어려운 상황을 즉시 확인할 수 있다.
이로 인해 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 에너지 독립형 실시간 수생태계 관측 및 모니터링 시스템(1)은, 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD)의 유실 및 파손 위험을 방지하여 보다 효율적으로 수생태계 정보를 획득할 수 있다.
수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD)는 주행하며 수생태계 정보를 획득할 수 있다. 따라서, 수생태계 정보를 획득할 수 있는 범위가 광범위할 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 에너지 독립형 실시간 수생태계 관측 및 모니터링 시스템(1)은, 이러한 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD)의 유실 및 파손 위험이 발생할 수 있는 상황에서는 일시적으로 운행을 제한시킬 수 있다.
이로 인해 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 에너지 독립형 실시간 수생태계 관측 및 모니터링 시스템(1)은, 수상 관측 장치(FD) 및 공중 관측 장치(AD)를 장기간 안전하게 사용하며 수생태계에 대한 보다 많은 양의 정보를 효율적으로 획득할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 에너지 독립형 실시간 수생태계 관측 및 모니터링 시스템(1)은 배터리 사용에 제약을 받지 않고 수생태계를 실시간으로 상시 관측 및 모니터링 할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 에너지 독립형 실시간 수생태계 관측 및 모니터링 시스템(1)은 수생태계 오염 상황을 조기에 발견하고 신속한 대처를 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 에너지 독립형 실시간 수생태계 관측 및 모니터링 시스템(1)은 실시간으로 상시 측정되어 획득된 대용량의 관측 정보를 토대로 수생태계에 대한 빅데이터의 구성이 가능할 수 있다. 이로 인해 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 에너지 독립형 실시간 수생태계 관측 및 모니터링 시스템(1)은 수생태계의 사고 예방 및 환경 개선에 대한 효과적인 대응을 위한 빅데이터를 제공할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 통상의 기술자는 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다.
DA: 도킹 스테이션부
PV: 태양광 발전기 WP: 풍력 발전기
BY: 부이형 관측 장치 FD: 수상 관측 장치
AD: 공중 관측 장치

Claims (5)

  1. 수생태계에 고정 설치되는 도킹 스테이션부;
    상기 수생태계에 계류되어 수생태계 정보를 관측하여 관측 정보를 획득하는 부이형 관측 장치;
    수상에서 주행하며 수생태계 정보를 관측하여 관측 정보를 획득하는 수상 관측 장치; 및
    공중에서 주행하며 수생태계 정보를 관측하여 관측 정보를 획득하는 공중 관측 장치;를 포함하고,
    상기 도킹 스테이션부는 상기 부이형 관측 장치, 수상 관측 장치 및 공중 관측 장치 중 적어도 어느 하나와 무선 통신이 가능하고,
    상기 도킹 스테이션부는 상기 수상 관측 장치 및 상기 공중 관측 장치 중 적어도 어느 하나를 무선 충전하는 것이 가능하고,
    상기 도킹 스테이션부는, 상기 수상 관측 장치 및 상기 공중 관측 장치의 상시 작동 상태에서 상기 부이형 관측 장치로부터 전달받은 실시간 기상 정보 및 수생태계 환경 정보에 기초해 상기 수상 관측 장치 및 상기 공중 관측 장치 중 적어도 하나의 운전 가능 여부를 판단하고,
    상기 적어도 하나의 운전이 어렵다고 판단되면, 상기 적어도 하나를 대기 장소로 위치 이동하여 운행하지 않고 작동 대기 상태를 유지하고,
    상기 도킹 스테이션부는 유속 측정값이 상기 도킹 스테이션부의 제어부에 설정된 기준 유속값보다 높을 경우, 상기 수상 관측 장치의 운전이 어렵다고 판단하고, 풍속 측정값이 상기 도킹 스테이션부의 제어부에 설정된 기준 풍속값보다 높을 경우, 상기 공중 관측 장치의 운전이 어렵다고 판단하는, 에너지 독립형 실시간 수생태계 관측 및 모니터링 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 도킹 스테이션부는 태양광 발전기 및풍력 발전기 중 적어도 하나에 의해 자가 발전하는, 에너지 독립형 실시간 수생태계 관측 및 모니터링 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 도킹 스테이션부는, 승하강 가능하게 구비되는 충전 스테이지부를 포함하고,
    상기 수상 관측 장치 및 상기 공중 관측 장치 중 적어도 하나는 상기 충전 스테이지부에 안착되어 무선 충전되는, 에너지 독립형 실시간 수생태계 관측 및 모니터링 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 부이형 관측 장치는,
    태양광 발전기;
    상기 태양광 발전기에 의해 발전된 전기를 저장하는 배터리; 및
    상기 수생태계 환경 정보를 획득하는 측정 센서;를 포함하는, 에너지 독립형 실시간 수생태계 관측 및 모니터링 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 수상 관측 장치는,
    태양광 발전기;
    상기 태양광 발전기에 의해 발전된 전기를 저장하는 배터리; 및
    수중 지형 정보를 획득하는 음파 센서;
    주변 장애물 정보를 획득하는 라이다 센서; 및
    주변 영상 정보를 획득하는 카메라;를 포함하는, 에너지 독립형 실시간 수생태계 관측 및 모니터링 시스템.
KR1020210048329A 2021-04-14 2021-04-14 에너지 독립형 실시간 수생태계 관측 및 모니터링 시스템 Active KR102601681B1 (ko)

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