KR102429555B1 - 수위측정용 눈금막대 및 이를 포함하는 수위측정 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 농경지의 수위를 측정하기 위한 눈금막대와, 카메라로 눈금막대를 촬영함으로써 농경지의 수위를 실시간으로 정확하게 파악할 수 있는 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 눈금막대는 지면에 삽입되는 첨단부, 상기 첨단부의 삽입에 따라 상기 지면에 맞닿는 지지부 및 상기 지지부로부터 수직 방향으로 연장되는 막대부를 포함하되, 상기 막대부는 길이 방향에 따라 표시된 눈금 및 상기 길이 방향에 따라 칠해진 물반응 염료를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 수위측정 시스템은, 지면에 삽입되는 첨단부, 상기 첨단부의 삽입에 따라 상기 지면에 맞닿는 지지부, 상기 지지부로부터 수직 방향로 연장되고 길이 방향에 따라 표시된 눈금 및 상기 길이 방향에 따라 칠해진 물반응 염료를 포함하는 막대부로 구성되는 수위측정용 눈금막대와, 상기 물반응 염료의 변색지점을 촬영하는 카메라 및 상기 변색지점에 대응하는 수위를 식별하는 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

수위측정용 눈금막대 및 이를 포함하는 수위측정 시스템{SCALE ROD FOR MEASURING WATER LEVEL AND SYSTEM INCLUDING THE SAME}

본 발명은 농경지의 수위를 측정하기 위한 눈금막대와, 카메라로 눈금막대를 촬영함으로써 농경지의 수위를 실시간으로 정확하게 파악할 수 있는 시스템에 관한 것이다.

농업용수는 작물의 생산을 목적으로 논과 밭 등의 농경지에 인공적으로 공급되는 관개용수를 말한다. 농업용수는 우리나라 수자원 전체 이용량 중 약 41%를 차지하고 있으며, 우리나라는 UN(United Nations)이 지정한 물 부족 국가로서 농업용수의 체계적인 관리가 필수적으로 요구되고 있다.

농업용수의 관리 목적은 농경지에 필요한 용수의 공급시기와 관개수량을 정확히 산정하고 적정 관개계획(Irrigation Scheduling)을 수립함으로써 한정된 수자원을 효율적으로 사용하고 작물의 생산성을 향상시키기 위함이다.

이러한 관개계획을 수립하기 위해 고려되어야 할 중요한 요소 중 하나는 바로 각 농경지의 수위(water level)이다.

용수는 저수지로부터 연결된 수로관을 따라 흐르므로, 저수지와 가까운 농경지부터 순차적으로 공급된다. 이에 따라, 상대적으로 저수지와의 거리가 먼 농경지에는 용수 공급이 지연되거나 충분한 용수가 공급되지 않아 수위가 낮은 문제가 발생하고 있다.

이러한 수위 불균형 문제를 해결하기 위하여, 정부부처의 공무원들은 각 농경지에 파견되어 직접 수위를 측정하거나, 지주로부터 의견을 수렴하여 수위를 간접적으로 측정하고 있다.

그러나 이와 같은 해결 방법은 특정 시점의 수위를 파악하는 데 그치므로 시계열적으로 변화하는 수위를 파악할 수가 없다는 문제가 있다. 또한, 기존의 수위 측정 방법은 정규화된 기준 없이, 농경지에 물이 넘치는지, 적당한지, 농경지가 가물었는지와 같이 눈대중으로 수위를 평가하기 때문에 수위 측정이 부정확하다는 문제가 있다.

한편, 향후 관개계획에 인공지능(Artificial Intelligence; AI)을 적용하는 경우, 농업용수의 공급량 제어를 위한 인공지능 신경망(neural network)을 구축할 때 해당 신경망의 학습을 위해 방대하고 정확한 데이터 셋(data set)이 요구된다.

이에, 기존의 농경지 수위 측정 방법의 문제점을 해결함과 동시에 미래 관개계획을 위한 인공지능 시스템을 구축하기 위하여 수위를 실시간으로 정확하게 파악하는 기술이 요구된다.

본 발명은 물과 접촉 시 색변화가 발생하는 물반응 염료를 눈금 주변에 칠한 눈금막대를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 색변화가 발생한 지점을 카메라로 촬영하고, 해당 지점에 대응하는 수위를 식별하는 수위측정 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 눈금막대는 지면에 삽입되는 첨단부, 상기 첨단부의 삽입에 따라 상기 지면에 맞닿는 지지부 및 상기 지지부로부터 수직 방향으로 연장되는 막대부를 포함하되, 상기 막대부는 길이 방향에 따라 표시된 눈금 및 상기 길이 방향에 따라 칠해진 물반응 염료를 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 첨단부는 상기 지지부가 상기 지면에 맞닿을 때까지 삽입되는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 상기 첨단부의 외주면에는 나사선이 형성되는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 상기 지지부의 단면적은 상기 첨단부의 단면적보다 큰 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 상기 눈금은 상기 지지부로부터의 높이를 나타내는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 상기 눈금과 상기 물반응 염료는 중첩되지 않은 영역에 나란히 형성되는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 상기 눈금이 표시된 영역에 상기 물반응 염료가 칠해진 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 상기 물반응 염료는 물과 접촉하면 변색되는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 상기 물반응 염료는 물과 접촉하면 용해되는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 상기 물반응 염료는 UV(ultraviolet ray)를 흡수하여 발광하는 것을 특징으로 한다.

또한, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 수위측정 시스템은, 지면에 삽입되는 첨단부, 상기 첨단부의 삽입에 따라 상기 지면에 맞닿는 지지부, 상기 지지부로부터 수직 방향로 연장되고 길이 방향에 따라 표시된 눈금 및 상기 길이 방향에 따라 칠해진 물반응 염료를 포함하는 막대부로 구성되는 수위측정용 눈금막대와, 상기 물반응 염료의 변색지점을 촬영하는 카메라 및 상기 변색지점에 대응하는 수위를 식별하는 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 상기 물반응 염료는 UV를 흡수하여 발광하는 수용성 염료이고, 상기 카메라는 UV 조명을 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 상기 카메라는 상기 눈금막대를 기준으로 미리 설정된 위치에 고정 설치되는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 수위측정 시스템은 일단이 상기 눈금막대의 상단에 연결되고 타단이 수평 방향으로 연장되어 상기 카메라를 지지하는 연결봉을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 상기 프로세서는 상기 변색지점을 검출하고, 상기 변색지점의 좌표에 대응하는 수위를 식별하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 상기 프로세서는 상기 카메라에 의해 촬영된 이미지의 미리 설정된 영역 외에서 상기 눈금막대의 일부 또는 전부가 식별되면 알림 메시지를 생성하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 상기 프로세서는 상기 알림 메시지를 사용자 단말로 송신하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 상기 프로세서는 상기 변색지점에 위치한 눈금을 식별하고, 상기 눈금에 포함된 이미지 코드를 판독하여 수위를 식별하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 상기 프로세서는 상기 변색지점에 대응하는 눈금에 기재된 문자를 판독하여 수위를 식별하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 눈금이 표시된 막대를 통해 수위를 확인함에 있어서, 물반응 염료의 색변화를 눈금 주변에 나타냄으로써 사용자가 수위를 빠르고 정확하게 식별하도록 할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 색변화가 발생한 지점을 카메라로 촬영하고, 해당 지점에 대응하는 수위를 식별함으로써, 수위 확인을 위해 농경지에 사람이 파견되지 않더라도 실시간으로 변화하는 수위를 파악할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 의하면 물반응 염료의 색변화를 눈금 주변에 나타냄으로써 카메라를 통해 촬영된 이미지에서 수위를 나타내는 눈금을 빠르게 식별할 수 있을뿐만 아니라 식별 정확도 역시 향상시킬 수 있어 정확한 수위측정이 가능한 장점이 있다.

또한, 본 발명에 의하면 사용자는 농경지 수위 변화에 대한 정확한 데이터 셋을 확보할 수 있고, 향후 관개계획에 인공지능을 적용할 때 해당 데이터 셋을 신경망의 학습에 이용할 수 있으므로 강건한 신경망을 구축할 수 있다는 기대효과가 있다.

상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수위측정용 눈금막대를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수위측정용 눈금막대를 도시한 도면.
도 3은 수위측정용 눈금막대가 물이 차있는 지면에 설치된 모습을 도시한 도면.
도 4는 도 1에 도시된 수위측정용 눈금막대에 칠해진 물반응 염료가 변색된 모습을 도시한 도면
도 5는 도 2에 도시된 수위측정용 눈금막대에 칠해진 물반응 염료가 변색된 모습을 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 수위측정 시스템을 도시한 도면.
도 7은 수위측정용 눈금막대와 카메라가 연결봉에 의해 연결된 모습을 도시한 도면.
도 8은 카메라에 의해 촬영된 수위측정용 눈금막대를 도시한 도면.
도 9는 변색지점에 대응하는 수위를 식별하는 방법을 설명하기 위한 도면.
도 10은 카메라에 의해 촬영된 이미지 내 미리 설정된 영역을 설명하기 위한 도면.
도 11은 변색지점에 대응하는 눈금에 포함된 이미지 코드를 판독하는 방법을 설명하기 위한 도면.
도 12는 변색지점에 대응하는 눈금에 기재된 문자를 판독하는 방법을 설명하기 위한 도면.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.

본 명세서에서 "상부 (또는 하부)" 또는 구성요소의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 구성요소의 상면 (또는 하면)에 접하여 배치되는 것뿐만 아니라, 상기 구성요소와 상기 구성요소 상에 (또는 하에) 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성이 개재될 수 있음을 의미할 수 있다.

또한, 본 명세서에서 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.

또한, 본 명세서에서, "A 및/또는 B" 라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, A, B 또는 A 및 B 를 의미하며, "C 내지 D" 라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, C 이상이고 D 이하인 것을 의미한다

또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

먼저 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 수위측정용 눈금막대를 구체적으로 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수위측정용 눈금막대를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수위측정용 눈금막대를 도시한 도면이다. 또한, 도 3은 수위측정용 눈금막대가 물이 차있는 지면에 설치된 모습을 도시한 도면이다.

도 4는 도 1에 도시된 수위측정용 눈금막대에 칠해진 물반응 염료가 변색된 모습을 도시한 도면이고, 도 5는 도 2에 도시된 수위측정용 눈금막대에 칠해진 물반응 염료가 변색된 모습을 도시한 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 수위측정용 눈금막대(이하, 눈금막대, 1)는 지면에 삽입되어 지면에 차오른 수위를 측정할 수 있고, 이를 위해 첨단부(10), 지지부(20) 및 막대부(30)를 포함할 수 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 눈금막대(1)는 예시적인 것이고, 그 구성요소들이 도 1 및 도 2에 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 일부 구성요소가 부가, 변경 또는 삭제될 수 있다.

첨단부(10), 지지부(20) 및 막대부(30)는 일체로 형성되어 눈금막대(1)를 구성할 수도 있고, 각각의 구성요소가 조립되어 눈금막대(1)를 구성할 수도 있다. 이하, 눈금막대(1)의 각 구성요소를 구체적으로 설명하도록 한다.

첨단부(10)는 수직 방향으로 뾰족하게 형성되어 지면에 삽입될 수 있다. 구체적으로, 첨단부(10)의 일단은 뾰족하게 형성되고, 뾰족하게 형성된 일단은 지면을 파고들면서 삽입될 수 있다. 첨단부(10)는 도 1에 도시된 것과 같이 다각뿔의 구조를 가질 수 있고, 도 2에 도시된 것과 같이 원뿔의 구조를 가질 수도 있다.

한편, 첨단부(10)가 삽입되는 지면은 임의의 땅바닥을 의미할 수 있으나 이하에서는 설명의 편의를 위해 농경지의 바닥면을 지칭하는 것으로 한다.

지지부(20)는 첨단부(10)의 삽입에 따라 지면에 맞닿을 수 있다.

도 3을 참조하면, 눈금막대(1)의 하단부에 형성된 첨단부(10)는 지지부(20)가 지면에 맞닿을 때까지 지면에 삽입될 수 있다. 지지부(20)는 수평 방향으로 넓게 형성될 수 있고, 구체적으로는 지지부(20)의 단면적이 첨단부(10)의 단면적보다 크게 형성될 수 있다. 이에 따라, 지지부(20)는 지면과 넓은 면적으로 접촉할 수 있고, 첨단부(10)가 더 깊게 지면에 삽입되는 것을 방지할 수 있다.

한편, 첨단부(10)가 지면을 보다 용이하게 파고들게 하기 위하여, 첨단부(10)의 외주면에는 나사선(11)이 형성될 수 있다. 도 2에 도시된 것과 같이 첨단부(10)가 아래로 뽀죡하게 형성된 원뿔 구조를 갖는 경우, 첨단부(10)의 외주면에는 나사선(11)이 형성될 수 있다. 이에 따라, 첨단부(10)는 원주 방향으로 회전하면서 지면에 보다 용이하게 삽입될 수 있다.

막대부(30)는 지지부(20)의 상부에 형성되고 지지부(20)로부터 수직 방향으로 연장될 수 있다.

막대부(30)는 지면에 물이 차올랐을 때 수위를 측정할 수 있도록 충분한 높이를 가질 수 있고, 예컨대 눈금막대(1)가 농경지에 설치되는 경우 막대부(30)는 약 1.5[m]의 높이를 가질 수 있다.

이와 같은 막대부(30)는 길이 방향에 따라 표시된 눈금(31) 및 길이 방향에 따라 칠해진 물반응 염료(32)를 포함할 수 있다. 여기서 길이 방향은 막대부(30)가 연장되는 방향을 말할 수 있다.

눈금(31)은 지지부(20)로부터의 높이를 나타낼 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 첨단부(10)는 지지부(20)가 지면에 맞닿을 때까지 삽입될 수 있고, 첨단부(10)가 완전히 삽입되었을 때 지지부(20)의 높이는 지면의 높이와 같을 수 있다.

이에 따라, 지지부(20)로부터의 높이는 지면으로부터의 높이와 같을 수 있고, 지지부(20)로부터의 높이를 나타내는 눈금(31)은 지면 상에 차오른 물의 높이(수위)를 나타낼 수 있다.

눈금(31)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 막대부(30)의 일측면에만 표시될 수도 있고, 막대부(30)의 외면 전체를 감싸도록 표시될 수도 있다.

한편, 물반응 염료(32)는 물과 접촉 시 반응하는 임의의 염료로서, 막대부(30)의 길이 방향으로 물이 차오르는 것을 고려하여 막대부(30)의 길이 방향에 따라 칠해질 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이 물반응 염료(32)는 눈금(31)과 중첩되지 않은 영역에 나란히 형성될 수 있다. 물반응 염료(32)와 눈금(31)을 중첩되지 않은 영역에 각각 형성하는 경우 상대적으로 가격이 높은 물반응 염료(32)의 양을 적게 사용하면서 수위를 측정할 수 있다.

이와 달리, 도 2에 도시된 바와 같이 물반응 염료(32)는 눈금(31)이 표시된 영역에 칠해질 수 있다. 눈금(31) 자체에 물반응 염료(32)를 칠하는 경우 후술하는 바와 같이 물반응 염료(32)가 물과 반응하였을 때 변색영역에 대응하는 눈금(31)을 직관적으로 파악할 수 있다.

일 예에서, 물반응 염료(32)는 물과 접촉하면 변색되는 염료일 수 있다.

도 3과 도 3의 A 영역을 확대 도시한 도 4를 함께 참조하면, 막대부(30)의 일부가 물에 잠겼을 때, 막대부(30)에서 물반응 염료(32)가 칠해진 영역은 물에 잠긴 침수영역(32a)과 물 밖의 비침수영역(32b)으로 구분될 수 있다. 이 때, 침수영역(32a)의 물반응 염료(32)는 변색되어 비침수영역(32b)의 물반응 염료(32)와 다른 색을 표현할 수 있다.

침수되어 변색된 물반응 염료(32)는 수위 하강으로 인해 공기중에 노출되면 다시 원래 색으로 복원될 수 있다. 구체적으로, 도 4에서 침수영역(32a)의 상부는 수위가 낮아짐에 따라 비침수영역(32b)으로 전환될 수 있고, 해당 위치에 칠해진 물반응 염료(32)는 공기에 노출됨에 따라 본연의 색으로 복원될 수 있다.

다른 예에서, 물반응 염료(32)는 물과 접촉하면 용해되는 유색 염료일 수 있다.

도 3의 A 영역을 확대 도시하되 눈금막대(1)를 도 2에 도시된 것으로 치환한 도 5를 참조하면, 막대부(30)의 일부가 물에 잠겼을 때, 침수영역(32a)의 물반응 염료(32)는 물에 용해될 수 있다. 다시 말해, 침수영역(32a)에 칠해져 있던 물반응 염료(32)는 물에 녹아 사라질 수 있다. 이에 따라, 침수영역(32a)의 색은 막대부(30) 본연의 색일 수 있고, 비침수영역(32b)의 물반응 염료(32)만 염료 본연의 색을 표현할 수 있다.

물반응 염료(32)가 용해된 후에는 수위 하강으로 인해 침수영역(32a)이었던 부분이 공기중에 노출되더라도 물반응 염료(32)가 복원되지 않으므로, 물에 용해되는 물반응 염료(32)는 최대수위를 측정하기 위해 이용될 수 있다.

한편, 물반응 염료(32)의 색변화를 확인할 수 없는 환경, 예컨대 가시광이 충분히 반사되지 않는 환경(야간, 새벽)에서도 사용자가 수위를 식별할 수 있도록, 물반응 염료(32)로 UV(ultraviolet ray)를 흡수하여 발광하는 수용성 염료를 사용할 수 있다. 이 예시에서 물반응 염료(32)는 전술한 예들과는 달리 투명할 수도 있다.

도 5를 예로 들어 설명하면, 침수영역(32a)에 칠해진 수용성 물반응 염료(32)는 물에 용해되고 비침수영역(32b)에 칠해진 물반응 염료(32)만 잔존할 수 있다. 이 때, 사용자는 수위 확인을 위해 눈금막대(1)에 UV를 조사할 수 있고, 비침수영역(32b)의 물반응 염료(32)는 UV에 의해 여기되어 형광을 발할 수 있다.

이와 같이 물반응 염료(32)가 형광을 발하는 경우 사용자는 물반응 염료(32) 근처의 눈금(31)에까지도 시야를 확보할 수 있어, 가시광이 반사되지 않는 환경에서도 눈금(31)을 눈으로 식별할 수 있다.

전술한 본 발명에 의하면, 눈금(31)이 표시된 막대를 통해 수위를 확인함에 있어서, 물반응 염료(32) 본연의 색 또는 물반응 염료(32)의 색변화를 눈금(31) 주변에 나타냄으로써 사용자가 수위를 빠르고 정확하게 식별하도록 할 수 있다.

다음으로는 도 6 내지 도 11를 더 참조하여 본 발명의 수위측정 시스템을 구체적으로 설명하도록 한다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 수위측정 시스템을 도시한 도면이다. 도 7은 수위측정용 눈금막대와 카메라가 연결봉에 의해 연결된 모습을 도시한 도면이다.

도 8은 카메라에 의해 촬영된 수위측정용 눈금막대를 도시한 도면이고, 도 9는 변색지점에 대응하는 수위를 식별하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 10은 카메라에 의해 촬영된 이미지 내 미리 설정된 영역을 설명하기 위한 도면이다.

도 11은 변색지점에 대응하는 눈금에 포함된 이미지 코드를 판독하는 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 12는 변색지점에 대응하는 눈금에 기재된 문자를 판독하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수위측정 시스템(1)은 수위측정용 눈금막대(이하, 눈금막대, 1), 카메라(2), 프로세서(3) 및 프로세서(3)의 동작을 위한 메모리(미도시)를 포함할 수 있다. 도 6에 도시된 수위측정 시스템(1)은 일 실시예에 따른 것이고, 그 구성요소들이 도 6에 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 일부 구성요소가 부가, 변경 또는 삭제될 수 있다.

수위측정 시스템(1)을 구성하는 눈금막대(1)는 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한 것과 동일하므로 이하에서는 자세한 설명을 생략하도록 한다.

카메라(2)는 눈금막대(1)에 칠해진 물반응 염료(32)의 변색지점을 촬영할 수 있고, 프로세서(3)는 변색지점에 대응하는 수위를 식별할 수 있다. 여기서 프로세서(3)는 카메라(2) 내부에 포함되어 식별 동작을 수행할 수도 있고, 카메라(2) 외부에서 카메라(2)와 유/무선 통신을 통해 식별 동작을 수행할 수도 있다.

한편, 변색지점은 물반응 염료(32)의 색이 변화된 지점을 의미할 수 있다. 구체적으로, 물반응 염료(32)가 물에 접촉하여 변색된 경우, 변색지점은 물반응 염료(32)의 색이 달라지는 경계를 의미할 수 있다. 도 4 및 도 5를 예로 들면, 변색지점은 침수영역(32a)과 비침수영역(32b)의 경계를 의미할 수 있다.

카메라(2)는 가시광을 감지함으로써 변색지점을 촬영할 수 있다. 다만, 앞서 설명한 바와 같이 물반응 염료(32)가 UV를 흡수하여 발광하는 수용성 염료인 경우, 카메라(2)는 물반응 염료(32)에 UV를 조사하기 위한 UV 조명을 더 포함할 수 있다.

이 경우, UV 조명으로부터 조사된 UV는 물반응 염료(32)를 여기시켜 물반응 염료(32)가 가시광 영역에서 발광하도록 할 수 있고, 카메라(2)는 해당 발광을 감지함으로써 변색지점을 촬영할 수 있다.

카메라(2)는 눈금막대(1)에 대해 고정형으로 설치될 수도 있고, 비고정형으로 설치될 수도 있다. 먼저 고정형 카메라(2)에 대해 설명하도록 한다.

카메라(2)는 눈금막대(1)를 기준으로 미리 설정된 위치에 고정 설치될 수 있다.

다시 도 6을 참조하면, 눈금막대(1)의 중심 좌표는 (x_r, y_r, z_r)일 수 있고 카메라(2)의 중심 좌표는 (x_c, y_c, z_c)일 수 있다. 이 때, 카메라(2)의 중심 좌표와 눈금막대(1)의 중심 좌표 간의 벡터는 일정할 수 있다. 다시 말해, x_r-x_c, y_r-y_c, z_r-z_c 각각은 항상 일정한 값을 가질 수 있다.

눈금막대(1)와 카메라(2) 간의 상대적인 위치를 구조적으로 고정하기 위하여, 본 발명의 수위측정 시스템(1)은 일단이 눈금막대(1)의 상단에 연결되고 타단이 수평 방향으로 연장되어 카메라(2)를 지지하는 연결봉(4)을 더 포함할 수 있다.

도 7을 참조하면, 연결봉(4)은 'ㄱ'자 형태로 형성되고, 양단이 눈금막대(1)와 카메라(2)에 각각 연결될 수 있다. 연결봉(4)과 눈금막대(1)는 일체로 형성될 수도 있고, 서로 조립될 수도 있다. 다만, 카메라(2)와 눈금막대(1)의 상대적인 위치를 정확히 고정하기 위해 연결봉(4)과 눈금막대(1)는 일체로 형성되는 것이 바람직할 수 있다.

눈금막대(1)의 중심 좌표(x_r, y_r, z_r)와 카메라(2)의 중심 좌표(x_c, y_c, z_c)의 상대적인 위치가 고정되는 것에 더하여 카메라(2)의 촬영 범위 또한 고정될 수 있다.

다시 도 7을 참조하면, 카메라(2)의 화각(

)과 화각의 중앙에서 촬영되는 중앙 눈금(center scale)은 고정될 수 있다. 즉, 중앙 눈금은 항상 특정 값일 수 있다. 이러한 고정 설치를 통해, 카메라(2)의 촬영 범위는 고정될 수 있고, 카메라(2)는 항상 고정된 위치의 눈금막대(1)를 촬영할 수 있다.

도 8을 참조하면, 전술한 고정형 카메라(2)는 고정 영역 이미지(fixed region image)를 촬영할 수 있다. 해당 이미지 상에서 눈금막대(1)의 위치는 고정되므로 고정 영역 이미지에서는 수위만이 달리 촬영될 수 있다.

이 때, 프로세서(3)는 변색지점을 검출하고, 변색지점의 좌표에 대응하는 수위를 식별할 수 있다. 이를 위해, 프로세서(3)는 다양한 이미지 프로세싱 방법을 이용할 수 있다. 예컨대, 프로세서(3)는 HSV(Hue, Saturation, Value) 알고리즘을 이용하여 변색지점을 검출할 수 있다. 구체적으로, 프로세서(3)는 고정 영역 이미지 내 RGB 색상을 HSV 색상으로 변환하고, 변환된 HSV 색상 중 원하는 색상을 추출하는 방법으로 변색 지점을 검출할 수 있다.

도 8의 B 영역을 확대 도시한 도 9를 참조하면, 프로세서(3)는 침수영역(32a)과 비침수영역(32b)의 경계로서, 물반응 염료(32)가 변색된 지점을 검출할 수 있다. 이어서, 프로세서(3)는 변색지점의 좌표를 식별할 수 있고, 해당 좌표에 대응하는 수위를 식별할 수 있다.

보다 구체적으로, 카메라(2)는 고정된 위치의 눈금막대(1)를 촬영하므로 눈금막대(1)에 표시된 각 눈금(31)의 길이 방향 좌표, 다시 말해, y축 좌표는 미리 설정될 수 있다. 도 9에 도시된 바와 같이 각 눈금(31)의 y축 좌표는 y1 에서부터 y9까지 미리 설정될 수 있고, 프로세서(3)는 변색지점의 좌표를 y5로 식별할 수 있다. 프로세서(3)는 각 눈금(31)에 설정된 좌표와 그에 대응하는 수위가 저장된 메모리를 참조하여 y5 좌표에 대응하는 수위를 식별할 수 있다.

한편, 외부 요인으로 인해 카메라(2)와 눈금막대(1)의 상대적 위치가 어긋나거나 카메라(2)의 촬영 범위가 어긋나는 경우, 고정 영역 이미지를 이용한 수위 식별 방법에는 오류가 발생할 수 있다.

이러한 오류를 방지하기 위하여, 프로세서(3)는 카메라(2)에 의해 촬영된 이미지의 미리 설정된 영역 외에서 눈금막대(1)의 일부 또는 전부가 식별되면 알림 메시지를 생성할 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이 카메라(2)는 항상 고정된 위치의 눈금막대(1)를 촬영하므로 눈금막대(1)는 고정 영역 이미지 내 미리 설정된 영역(preset region) 내에 위치할 수 있다. 메모리에는 미리 설정된 영역에 대한 정보가 저장될 수 있고, 프로세서(3)는 메모리를 참조하여 미리 설정된 영역을 식별할 수 있다.

도 10을 참조하면, 고정 영역 이미지의 미리 설정된 영역 내에는 눈금막대(1)가 위치할 수 있다. 수위측정 시스템(1)이 구축된 농경지에 폭풍우, 강풍, 낙뢰, 우박 등의 자연재해가 발생하여 카메라(2)와 눈금막대(1) 간의 상대적 위치가 어긋나거나 카메라(2)의 촬영 범위가 어긋나는 경우, 눈금막대(1)가 미리 설정된 영역 외에서 촬영될 수 있다.

프로세서(3)는 객체 추출(object detection) 알고리즘을 이용하여 고정 영역 이미지에서 눈금막대(1)의 위치를 특정하고, 눈금막대(1)의 위치와 미리 설정된 영역의 바운더리(boundary)를 비교함으로써 눈금막대(1)가 미리 설정된 영역 내에 위치하는지 판단할 수 있다.

눈금막대(1)의 일부 또는 전부가 미리 설정된 영역 밖에 위치하는 것으로 판단되는 경우, 프로세서(3)는 알림 메시지를 생성할 수 있다. 이어서, 프로세서(3)는 알림 메시지를 카메라(2) 송신함으로써, 카메라(2)가 자체 인터페이스를 통해 경고 표시 및/또는 경고 알람를 출력하도록 제어하거나 카메라(2)가 촬영을 중지하도록 제어할 수 있다.

또한, 프로세서(3)는 알림 메시지를 사용자 단말로 송신할 수 있다. 여기서 사용자 단말은 수위측정 시스템(1)을 운영하는 사용자 또는 농경지 주인의 단말로서, 휴대폰, PC, 노트북, 태블릿 등의 데이터 통신이 가능한 모든 단말을 포함할 수 있다.

이와 같이, 사용자에게 알림 메시지를 송신함으로써 시스템 운영자 및/또는 지주는 수위측정 방식에 오류가 발생하였음을 감지할 수 있고, 이를 정상화 시키기 위한 후속조치를 시행할 수 있다.

다음으로 비고정형 카메라(2)에 대하여 설명하도록 하되, 후술하는 수위 검출 방식은 전술한 고정형 카메라(2)에도 적용될 수 있다.

비고정형 카메라(2)는 도 6 및 도 7에서 설명한 것과는 달리 눈금막대(1)와의 상대적 위치가 고정되지 않은 카메라(2)를 의미할 수 있다. 비고정형 카메라(2)는 눈금막대(1)를 촬영할 수 있는 임의의 위치에 설치될 수 있다.

프로세서(3)는 카메라(2)에 의해 촬영된 이미지에서 변색지점에 위치한 눈금(31)을 식별하고, 해당 눈금(31)에 포함된 이미지 코드를 판독하여 수위를 식별할 수 있다. 이 때, 눈금막대(1)는 촬영된 이미지 내에서 고정된 영역에 위치하지 않으므로, 프로세서(3)는 변색지점의 검출을 위해, 객체 추출 알고리즘, HSV 알고리즘 등의 다양한 방법을 이용할 수 있다.

변색지점이 검출되면 프로세서(3)는 변색지점에 위치한 눈금(31), 더욱 상세하게는 변색지점과 가장 가까운 눈금(31)을 식별할 수 있다. 이를 위해, 프로세서(3)는 이미지 내 관심영역(Region of Interest; ROI)을 확대할 수도 있고, 임의의 특징점 추출(feature extraction) 알고리즘을 이용할 수도 있다.

이어서, 프로세서(3)는 식별된 눈금(31)에 포함된 이미지 코드를 판독하여 수위를 식별할 수 있다. 눈금(31)은 임의의 이미지 코드를 포함할 수 있고, 나아가 눈금(31) 자체가 이미지 코드로 구성될 수도 있다. 여기서 이미지 코드는 이미지 형태로 정보를 전달하는 1차원 또는 2차원 코드로서, 바코드, QR 코드 등일 수 있다.

도 11을 참조하면, 눈금(31)은 이미지 코드로 구성될 수 있다. 이미지 코드에 포함된 정보는 각 눈금(31)에 대응하는 수위를 나타낼 수 있다. 프로세서(3)는 당해 기술분야에서 이용되는 임의의 방법을 통해 이미지 코드를 판독할 수 있고, 판독된 정보에 기초하여 수위를 식별할 수 있다.

또한, 프로세서(3)는 변색지점을 검출한 뒤, 변색지점에 위치한 눈금(31), 더욱 상세하게는 변색지점과 가장 가까운 눈금(31)을 식별하고, 식별된 눈금(31)에 기재된 문자를 판독하여 수위를 식별할 수도 있다. 여기서 문자는 각 눈금(31)에 대응하는 수위를 나타낼 수 있다.

도 12를 참조하면, 각 눈금(31)에는 숫자가 기재될 수 있다. 프로세서(3)는 변색지점에 위치한 눈금(31)을 식별하고 해당 눈금(31)에 기재된 숫자 '50'을 판독할 수 있다. 이를 위해, 프로세서(3)는 관심영역(ROI)으로서 해당 숫자가 기재된 영역(number region)을 부분적으로 확대하고, 확대된 이미지에 OCR(Optical Character Recognition) 방식을 적용하여 숫자 '50'을 판독할 수 있다.

한편, 농경지의 한 마지기 내에서도 용수가 공급되는 수로에 가장 가까운 부분의 수위가 먼저 상승할 수 있고, 수로에서 가장 먼 부분의 수위가 마지막으로 상승할 수 있다. 이 때, 한 마지기에서 발생하는 수위 변화까지도 식별하기 위하여 사용자는 해당 마지기의 꼭지점 부근에 각각 눈금막대(1)와 카메라(2)를 설치할 수 있다.

이 경우, 마지기의 각 구획별로 수위를 식별할 수 있고, 나아가 각 마지기의 일별, 월별 최소수위, 최대수위, 평균수위를 각각 식별할 수도 있다. 만약, 토양의 상태가 건조하거나 작물의 물 흡수도가 큰 경우 최대수위와 평균수위 간의 차이가 클 수 있다. 반면에, 토양의 상태가 습하거나 작물의 물 흡수도가 낮은 경우에는 최대수위와 평균수위 간의 차이가 적을 수 있다. 이를 통해 토양의 상태나 작물의 물 흡수도를 추정할 수 있다.

이러한 데이터들은 개별 농경지의 토양 적합도 및 작물의 상태를 분석하는데 이용될 수 있고, 소규모 관개계획을 수립하는데 중요한 파라미터로 활용될 수도 있다.

전술한 본 발명에 의하면, 수위 확인을 위해 농경지에 사람이 파견되지 않더라도 카메라(2)를 통해 실시간으로 변화하는 수위를 파악할 수 있고, 물반응 염료(32) 본연의 색 또는 물반응 염료(32)의 색변화를 눈금(31) 주변에 나타냄으로써 카메라(2)를 통해 촬영된 이미지에서 수위를 나타내는 눈금(31)을 빠르게 식별할 수 있을뿐만 아니라, 식별 정확도 역시 향상시킬 수 있어 정확한 수위측정이 가능한 장점이 있다.

이에 더하여, 본 발명이 농경지에 적용되는 경우 카메라(2)는 눈금막대 외에도 주변 농작물의 생육 환경을 촬영할 수 있고, 프로세서(3)는 눈금막대의 길이에 대비하여 농작물의 크기를 식별할 수 있으며, 농작물의 색깔에 기초하여 농작물의 익은 정도를 식별할 수도 있다. 이와 같이 식별된 데이터는 수위에 따른 생육 환경을 분석하는 데 이용될 수 있고, 관개계획을 수립하는데 중요한 파라미터로 활용될 수 있다.

이러한 장점을 통해 본 발명의 사용자는 농경지 수위 변화 및 생육 환경 변화에 대한 정확한 데이터 셋을 확보할 수 있고, 향후 관개계획에 인공지능을 적용할 때 해당 데이터 셋을 신경망의 학습에 이용할 수 있으므로, 강건하고(robustness), 효율적인 신경망을 구축할 수 있다는 기대효과가 있다.

이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

Claims (19)

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11. 지면에 삽입되는 첨단부, 상기 첨단부의 삽입에 따라 상기 지면에 맞닿는 지지부, 상기 지지부로부터 수직 방향으로 연장되고, 길이 방향에 따라 표시된 눈금과 상기 길이 방향에 따라 칠해진 물반응 염료를 포함하는 막대부로 구성되는 수위측정용 눈금막대;
    상기 물반응 염료의 변색지점을 촬영하는 카메라;
    'ㄱ'자 형태로 형성되고, 상기 카메라와 상기 눈금막대의 상대적인 위치가 고정되도록 일단이 상기 눈금막대의 상단에 연결되고 타단이 상기 카메라를 지지하는 연결봉; 및
    상기 변색지점에 대응하는 수위를 식별하고, 상기 카메라에 의해 촬영된 이미지의 미리 설정된 영역 외에서 상기 눈금막대의 일부 또는 전부가 식별되면 알림 메시지를 생성하는 프로세서를 포함하는
    수위측정 시스템.
    
12. 제11항에 있어서,
    상기 물반응 염료는 UV를 흡수하여 발광하는 수용성 염료이고,
    상기 카메라는 UV 조명을 포함하는 수위측정 시스템.
    
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15. 제11항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 변색지점을 검출하고, 상기 변색지점의 좌표에 대응하는 수위를 식별하는 수위측정 시스템.
    
16. 삭제
17. 제11항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 알림 메시지를 사용자 단말로 송신하는 수위측정 시스템.
    
18. 제11항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 변색지점에 위치한 눈금을 식별하고, 상기 눈금에 포함된 이미지 코드를 판독하여 수위를 식별하는 수위측정 시스템.
    
19. 제11항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 변색지점에 대응하는 눈금에 기재된 문자를 판독하여 수위를 식별하는 수위측정 시스템.

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