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KR102825597B1 - System for predicting abnormal signs of a surveillance target using a sensor module and a transmission/reception method including an IoT laser water level meter - Google Patents

System for predicting abnormal signs of a surveillance target using a sensor module and a transmission/reception method including an IoT laser water level meter Download PDF

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KR102825597B1
KR102825597B1 KR1020240166168A KR20240166168A KR102825597B1 KR 102825597 B1 KR102825597 B1 KR 102825597B1 KR 1020240166168 A KR1020240166168 A KR 1020240166168A KR 20240166168 A KR20240166168 A KR 20240166168A KR 102825597 B1 KR102825597 B1 KR 102825597B1
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KR
South Korea
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signal
module
level meter
iot
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Korean (ko)
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최홍
Original Assignee
에이치씨테크(주)
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Publication date
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Abstract

IoT 레이저 수위계를 포함한 센서 송수신 모듈을 이용한 이상 징후 예측 시스템에 관한 것이다. IoT 레이저 수위계, 상기 IoT 레이저 수위계와 연동가능한 적어도 하나 이상의 센서 모듈을 가지고, 각각의 감시 대상별로 주변환경별 상태정보를 수집하는 IoT 레이저 수위계를 포함한 센서 송수신 모듈(100); 상기 센서 송수신 모듈(100)에서 각각의 감시 대상마다의 주변환경별 상태정보를 취합하고 제어하는 게이트웨이(200); 및 상기 게이트웨이(200)에서 각각의 감시 대상마다의 주변환경별 상태정보를 전달받고 분류 축적하여 주변환경별 기준상태를 산출해서, 현재 주변환경별 상태정보와 비교하여 이상 여부를 판별하는 클라우드 서버(300);를 포함하고, 상기 IoT 레이저 수위계를 포함한 센서 송수신 모듈(100)은 상기 IoT 레이저 수위계, 상기 IoT 레이저 수위계와 연동가능한 적어도 하나 이상의 센서 모듈을 가지고, 각각의 감시 대상별 상태정보를 수집하는 대상감지모듈(101); 상기 각각의 감시 대상별 환경정보를 수집하는 외부 입출력모듈(102); 상기 수집된 감시 대상별 상태정보, 환경정보를 신호처리하는 신호처리모듈(103); 상기 신호처리된 감시 대상별 상태정보, 환경정보를 외부 등록 관리서버로 전달하는 IoT 통신모듈(104); 상기 신호처리된 각 감시 대상에 대한 주변 환경별 상태정보가 설정 위험정보에 해당하는 경우, 등록 감시 대상별 알람텍스트를 자체 TTS엔진으로 음성 변환하여 출력하는 방송앰프모듈(105); 및 상기 대상감지모듈(101) 내지 상기 방송앰프모듈(105)을 제어하여, 상기 각각의 감시 대상별 상태, 환경을 감시하는 제어부(106);를 포함한다.The present invention relates to an abnormality prediction system using a sensor transmission/reception module including an IoT laser level meter. The system includes a sensor transmission/reception module (100) including an IoT laser level meter, which has an IoT laser level meter, at least one sensor module that can be linked with the IoT laser level meter, and collects status information by surrounding environment for each surveillance target; a gateway (200) that collects and controls status information by surrounding environment for each surveillance target from the sensor transmission/reception module (100); and a cloud server (300) that receives status information by surrounding environment for each surveillance target from the gateway (200), classifies and accumulates the status information by surrounding environment, calculates a reference status by surrounding environment, and compares it with the current status information by surrounding environment to determine whether there is an abnormality; and the sensor transmission/reception module (100) including the IoT laser level meter includes an object detection module (101) that has the IoT laser level meter, at least one sensor module that can be linked with the IoT laser level meter, and collects status information by each surveillance target; an external input/output module (102) that collects environmental information by each surveillance target; It includes a signal processing module (103) that signals-processes the status information and environment information of each surveillance target collected above; an IoT communication module (104) that transmits the signal-processed status information and environment information of each surveillance target to an external registration management server; a broadcast amplifier module (105) that converts the alarm text of each registered surveillance target into voice using its own TTS engine and outputs it when the status information of each signal-processed surveillance target's surrounding environment corresponds to the set risk information; and a control unit (106) that controls the target detection module (101) to the broadcast amplifier module (105) to monitor the status and environment of each surveillance target.

Description

IoT 레이저 수위계를 포함한 센서 모듈 및 송수신 방법을 이용한 이상 징후 예측 시스템{System for predicting abnormal signs of a surveillance target using a sensor module and a transmission/reception method including an IoT laser water level meter}{System for predicting abnormal signs of a surveillance target using a sensor module and a transmission/reception method including an IoT laser water level meter}

본 명세서에 개시된 내용은 논물이나 상하수도, 침수지역, 재난, 재해 등에 범용적으로 사용가능한 IoT 레이저 수위계를 포함한 센서 모듈 및 송수신 방법, 그를 이용한 감시대상의 이상 징후 예측 방법에 관한 것이다.The contents disclosed in this specification relate to a sensor module including an IoT laser water level meter that can be universally used in fields, sewers, flooded areas, disasters, and catastrophes, a transmission/reception method, and a method for predicting abnormal signs of a surveillance target using the same.

[국문] 본 결과물은 2024년도 교육부의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 지자체-대학 협력기반 지역혁신 사업의 결과입니다. (2022RIS-006)[Korean] This result is the result of the local government-university cooperation-based regional innovation project, which was carried out with the support of the National Research Foundation of Korea and the Ministry of Education in 2024. (2022RIS-006)

[영문] This research was supported by "Regional Innovation Strategy (RIS)"through the National Research Foundation of Korea(NRF) funded by the Ministry of Education(MOE)(2022RIS-006)[English] This research was supported by "Regional Innovation Strategy (RIS)" through the National Research Foundation of Korea(NRF) funded by the Ministry of Education(MOE)(2022RIS-006)

본 명세서에서 달리 표시되지 않는 한, 이 섹션에 설명되는 내용들은 이 출원의 청구항들에 대한 종래 기술이 아니며, 이 섹션에 포함된다고 하여 종래 기술이라고 인정되는 것은 아니다.Unless otherwise indicated herein, the materials described in this section are not prior art to the claims of this application and their inclusion in this section is not an admission that they are prior art.

일반적으로, 논의 물관리는 저수지 등에서 수로를 통해 물을 공급받아 논둑에 있는 수로와 경작지를 연결하는 수문을 통해 논에 공급하여 논에 심은 벼를 재배하는 방식으로 수행한다. 이러한 수문은 예를 들어, 논둑에 설치하고 수로에서 경작지로 논물을 유입하는 유입 문 또는 경작지에서 수로로 배출하는 유출 문을 사용하며, 논에 물이 적으면 유입 문을 조절하여 신속하게 유입받고 많으면 유출 문을 조절해서 배출한다.In general, water management in a paddy field is carried out by supplying water through a waterway from a reservoir, etc., and supplying it to the paddy field through a watergate connecting the waterway on the paddy ridge and the farmland, and cultivating the rice planted in the paddy field. Such a watergate is installed on the paddy ridge, for example, and uses an inflow gate that allows the water from the waterway to flow into the paddy field, or an outflow gate that discharges the water from the farmland to the waterway. When there is little water in the paddy field, the inflow gate is adjusted to allow it to flow in quickly, and when there is a lot of water, the outflow gate is adjusted to discharge it.

이러한 방식은 벼의 출아기, 녹화기, 경화기별로 즉, 생육시기별로 조절하는 것이 더 효과적이며, 이러한 방식으로는 벼의 생육기에 적합한 유입과 유출 조절을 통해 입수량 또는 배수량을 미세하게 조절하는 방식이 있다.This method is more effective when regulated by the emergence, greening, and hardening stages of the rice, that is, by the growing season. In this method, there is a method of finely regulating the amount of water intake or drainage by controlling the inflow and outflow suitable for the growing season of the rice.

이는 논에 심은 벼의 생육시기별로 논의 물의 수위와 온도, 물성분, 물전기전도도를 종합적으로 고려하여 논의 수위를 자동으로 조절해서 재배자가 쉽고 편리하게 벼를 경작한다.This automatically adjusts the water level of the paddy field by comprehensively considering the water level, temperature, water components, and water electrical conductivity of the paddy field according to the growing season of the rice planted in the paddy field, allowing farmers to cultivate rice easily and conveniently.

특히, 저전력 레이저 수위계를 활용하여 정보화 시대에서 요구되는 저렴한 가격으로 다양한 측정, 모니터링 및 제어기능을 제공한다.In particular, it provides various measurement, monitoring and control functions at a low price required in the information age by utilizing low-power laser level meters.

본 발명은 이에 더하여, 이러한 수위계 및 센서를 각종 재난, 재해에 범용적으로 사용할 수 있는 각종 센서 모듈을 탑재한 장치로 바꾸어, 이를 통해 다양한 상황에서 각종 감시 대상을 전반적으로 감지가능하게 한다.In addition, the present invention changes such water level gauges and sensors into devices equipped with various sensor modules that can be universally used for various disasters and calamities, thereby enabling comprehensive detection of various surveillance targets in various situations.

한편, 기존은 감시 대상 즉, 제어 계측 대상이 되는 각 사물별로 IoT 모듈이 구비되어, 그 모듈을 통해 게이트웨이와 접속되는 관리자 단말기 간에 네트워킹되어, 원격에 위치한 특정 사물을 제어 계측한다.Meanwhile, existing IoT modules are installed for each object that is the subject of surveillance, that is, the subject of control and measurement, and networking is performed between the gateway and the management terminal through the modules to control and measure specific objects located remotely.

기존은 특정의 제어계측의 대상과만 통신할 수 있도록 회로가 설계되어 있기 때문에, 이러한 경우에는 제어 계측 대상 즉, 사물이 추가 될 때, 그 추가된 사물들에 맞게 모듈을 재설계 및 개발해야 할 수 있다.Since the existing circuits are designed to communicate only with specific control measurement targets, in such cases, when control measurement targets, i.e. objects, are added, the modules may need to be redesigned and developed to fit the added objects.

이러한 배경의 선행기술은 아래와 같은 정도이다.The prior art in this context is as follows.

문헌 1 한국등록 제 10-2253854 호Document 1 Korean Registration No. 10-2253854

문헌 2 한국등록 제 10-2160560 호Document 2 Korean Registration No. 10-2160560

문헌 3 한국등록 제 10-0901656 호Document 3 Korean Registration No. 10-0901656

문헌 4 미국공개 제 2019-0342297 호Document 4 US Publication No. 2019-0342297

개시된 내용은, 논물이나 상하수도 관리를 포함하여 각종 침수지역, 재난, 재해 등에 범용적으로 사용가능한, IoT 레이저 수위계를 포함한 센서 모듈 및 송수신 방법을 제공하고자 한다.The disclosed content is intended to provide a sensor module and a transmission/reception method including an IoT laser water level meter that can be universally used in various flooded areas, disasters, and catastrophes, including water and sewage management.

이를 통해, 다양한 감시운영 중 발생하는 각종 현상을 클라우드 서버로 정확하게 진단하고, 빅데이터 기반의 최적 의사결정 및 제어로 운영되는 안전하고 효율적인 예측 운영 시스템을 제공하고자 한다.Through this, we aim to provide a safe and efficient predictive operation system that accurately diagnoses various phenomena occurring during various surveillance operations through a cloud server and operates with optimal decision-making and control based on big data.

실시예에 따른 IoT 레이저 수위계를 포함한 센서 모듈 및 송수신 방법을 이용한 이상 징후 예측 시스템은,An abnormality prediction system using a sensor module and a transmission/reception method including an IoT laser water level meter according to an embodiment is provided.

먼저, 기존에는 다양한 환경에서 사용하기 위해 여러 기능을 가진 모듈을 제공한다. 다양한 제조 업체는 사용자의 요구사항을 만족하는 다양한 모듈을 제공한다. 예를 들어, 각종 아날로그, 디지털 입출력 모듈, 통신 모듈 등 여러 기능을 모듈 형식으로 사용하고, 이를 통해 사용자가 원하는 사항을 만들 수 있도록 한다.First, modules with multiple functions are provided for use in various environments. Various manufacturers provide various modules that satisfy the user's requirements. For example, various analog, digital input/output modules, communication modules, etc. are used in a module format, allowing the user to create what they want.

실시예에서는 IoT 수위계를 포함한 통합 센서 및 그의 송수신 모듈을 제공한다. 하나의 센서 장치를 이용하여 다양한 상황의 각종 감지 대상에 범용적으로 사용가능하고, 감시대상의 상태, 주변 환경, 제어, 관리 동작을 통합적으로 수행하는 것을 특징으로 한다.In the embodiment, an integrated sensor including an IoT water level meter and its transmitting/receiving module are provided. It is characterized by being universally usable for various detection targets in various situations using a single sensor device, and comprehensively performing the status of the surveillance target, surrounding environment, control, and management operations.

다른 실시예는, 이를 이용하여, 클라우드 서버가 상기 감시대상의 상태, 주변 환경 정보를 전달받고 분류 축적하여 주변 환경별 기준상태를 설정해서, 현재 주변 환경, 상태와 비교하여 이상 여부를 판별하는 것을 특징으로 한다.Another embodiment is characterized in that, by using this, the cloud server receives and classifies information on the status and surrounding environment of the monitoring target, accumulates it, sets a reference status for each surrounding environment, and compares it with the current surrounding environment and status to determine whether there is an abnormality.

실시예들에 의하면, 논물이나 상하수도 관리를 포함하여 각종 침수지역, 재난, 재해 등에 범용적으로 사용가능한, IoT 레이저 수위계를 포함한 센서 모듈 및 송수신 방법을 제공한다.According to embodiments, a sensor module and a transmission/reception method including an IoT laser water level meter that can be universally used in various flooded areas, disasters, and catastrophes, including water and sewage management, are provided.

이를 통해, 정보화 시대에서 요구되는 저렴한 가격으로 다양한 감시 대상에 대한 측정, 모니터링 및 제어기능을 쉽고 빠르게 구축할 수 있다.Through this, measurement, monitoring, and control functions for various surveillance targets can be easily and quickly established at a low cost required in the information age.

기존은 특정의 제어계측의 감시 대상과만 통신할 수 있도록 회로가 설계되어 있는데, 이러한 경우에는 감시 대상 즉, 사물이 추가 될 때, 그 추가된 사물들에 맞게 모듈을 재설계및 개발을 해야 한다. 이렇게 재설계 및 개발시에는 개발비용이 상승하고, 개발시간이 많이 소요된다. 이에 비해, 실시예는 감시 대상의 사물들이 새롭게 추가되더라도 재설계를 생략하고 사용이 가능하여, 개발비용 감소와 개발기간을 단축한다.Conventionally, the circuit is designed to communicate only with the monitoring target of a specific control measurement. In this case, when the monitoring target, i.e., the object, is added, the module must be redesigned and developed to fit the added object. When redesigning and developing in this way, the development cost increases and the development time is long. In contrast, the embodiment can be used without redesign even if the objects of the monitoring are newly added, thereby reducing the development cost and shortening the development period.

이를 통해 다양한 감시운영 중 발생하는 각종 현상을 클라우드 서버로 정확하게 진단하고, 빅데이터 기반의 최적 의사결정 및 제어로 운영되는 안전하고 효율적인 예측 운영 방안을 제공한다.Through this, various phenomena occurring during various surveillance operations are accurately diagnosed through a cloud server, and a safe and efficient predictive operation method is provided through optimal decision-making and control based on big data.

도 1-도 3은 제 1실시예에 따른 IoT 레이저 수위계를 포함한 센서 모듈 및 송수신 방법을 이용한 이상 징후 예측 시스템의 개념도
도 4, 도 5는 도 1의 센서 모듈의 동작 예시도
도 6, 도 7은 제 2실시예의 개념도
Figures 1 to 3 are conceptual diagrams of an abnormality sign prediction system using a sensor module and a transmission/reception method including an IoT laser water level meter according to the first embodiment.
Figures 4 and 5 are operation examples of the sensor module of Figure 1.
Figures 6 and 7 are conceptual diagrams of the second embodiment.

도 1-도 3은 제 1실시예에 따른 IoT 레이저 수위계를 포함한 센서 모듈 및 송수신 방법을 이용한 이상 징후 예측 시스템을 개념적으로 설명하기 위한 도면이다.FIGS. 1 to 3 are drawings conceptually explaining an abnormality sign prediction system using a sensor module including an IoT laser level meter and a transmission/reception method according to a first embodiment.

도 1은 제 1실시예에 적용한 센서 송수신 모듈, 도 2a, 도 2b는 제 1실시예의 시스템 개념도, 도 3은 도 2의 시스템에 적용한 클라우드 서버를 설명하는 도면이다.FIG. 1 is a drawing illustrating a sensor transmission/reception module applied to the first embodiment, FIGS. 2a and 2b are system concept diagrams of the first embodiment, and FIG. 3 is a drawing explaining a cloud server applied to the system of FIG. 2.

도 1-도 3에 도시된 바와 같이, 제 1실시예에 따른 시스템은 IoT 레이저 수위계를 포함한 센서 송수신 모듈(100)을 이용하여, 논물, 상하수도 관리를 포함하여 각종 침수지역, 재난, 재해 등에 범용적으로 사용가능하다.As illustrated in FIGS. 1-3, the system according to the first embodiment can be universally used in various flooded areas, disasters, catastrophes, etc., including water and sewage management, by using a sensor transmission/reception module (100) including an IoT laser water level meter.

제 1실시예에서, 상기 센서 송수신 모듈(100)은 저전력 레이저 수위계를 위주로 하나의 보드에 그 주변에 다수의 센서 모듈을 장착하고, 센서 모듈에서 감지한 정보를 송수신하는 모듈을 더 포함한 것이다.In the first embodiment, the sensor transceiver module (100) is configured to have a low-power laser level meter as the main body and a number of sensor modules mounted around it on a single board, and further includes a module for transmitting and receiving information detected by the sensor module.

상기 센서 모듈은 수위계 주변에 적어도 하나 이상 설치하고, 상기 저전력 레이저 수위계와 연동가능한 것으로, 수위 외 침수지역, 상하수도에서 그 수위와 관련한 온도, 습도 등이 있고, 이 외 재난, 재해 감시장소에서도 사용가능하다.The above sensor module is installed at least once around the water level gauge and can be linked with the low-power laser water level gauge. It can be used in areas other than water levels, such as flooded areas and waterworks, and in areas where water levels are related to temperature and humidity, as well as in disaster and catastrophe monitoring sites.

즉, 실시예에서는 IoT 레이저 수위계를 포함한 센서 또는, 그의 송수신 모듈을 제공한다. 하나의 센서 장치를 이용하여 서로 관련이 있는 다양한 상황의 각종 감지 대상에 범용적으로 사용가능하고, 감시대상의 상태, 주변 환경, 제어, 관리 동작을 통합적으로 수행한다.That is, the embodiment provides a sensor including an IoT laser level meter or a transmission/reception module thereof. Using a single sensor device, it can be universally used for various detection targets in various situations that are related to each other, and performs integrated operations such as the status of the surveillance target, the surrounding environment, control, and management.

이는 낮은 비트 전송률로 충분한 소량의 데이터에 바람직하고, 이러한 경우, 전력 소모가 매우 낮은 LoRa 무선 전송 기술로 반경 약 5Km내의 라이센스가 없는 ISM 대역에서 데이터 전송을 하는 것이 바람직하다.This is desirable for small amounts of data at low bit rates, and in such cases, it is desirable to transmit data in the unlicensed ISM band within a radius of about 5 km using LoRa wireless transmission technology, which has very low power consumption.

상기 센서 송수신 모듈(100)은 먼저, 기존에는 다양한 환경에서 사용하기 위해 여러 기능을 가진 모듈을 제공한다. 다양한 제조 업체는 사용자의 요구사항을 만족하는 다양한 모듈을 제공한다. 예를 들어, 아날로그, 디지털 입출력 모듈, 통신 모듈, 진단 모듈 등 여러 기능을 모듈 형식으로 적용하고, 이를 통해 사용자가 원하는 사항을 만들 수 있도록 한다.The above sensor transceiver module (100) first provides modules with various functions for use in various environments. Various manufacturers provide various modules that satisfy the user's requirements. For example, various functions such as analog, digital input/output modules, communication modules, and diagnostic modules are applied in a module format, and through this, the user can create what he wants.

실시예는 이를 적용하여, IoT 레이저 수위계를 포함한 통합 센서 장치 또는, 그의 센서 송수신 모듈을 제공한다. 하나의 센서 장치를 이용하여 다양한 상황의 각종 감시 대상에 범용적으로 사용가능하다. 그리고, 감시 대상의 상태, 주변 환경, 제어, 관리 동작을 통합적으로 수행한다.The embodiment applies this to provide an integrated sensor device including an IoT laser level meter or a sensor transceiver module thereof. It can be universally used for various surveillance targets in various situations using a single sensor device. And, it performs integrated operations of the status of the surveillance target, the surrounding environment, control, and management.

실시예는 이러한 송수신 모듈 즉, 범용 접속 인터페이스부를 사용해 네트워크 연결한다. 각종 감시 대상 즉, 사물의 등록된 통신 인터페이스를 기반으로 특정 사물의 접속시 접속된 사물의 아이디(ID)와 통신 인터페이스 종류를 설정하여, 상기 설정된 사물의 아이디(ID)와 통신 인터페이스 종류를 기반으로 해당 사물과 관리자 단말기 간의 제어 계측 정보를 중계한다.The embodiment uses these transceiver modules, i.e., the universal connection interface, to connect to a network. Based on the registered communication interface of each monitoring target, i.e., thing, when a specific thing is connected, the ID of the connected thing and the type of communication interface are set, and the control measurement information between the thing and the manager terminal is relayed based on the ID of the thing and the type of communication interface set above.

예를 들어, 사물 원격 제어시, 원격 제어되는 사물의 아이디(ID)를 기반으로 제어 계측 대상 사물을 인식하여 해당 통신 인터페이스에 맞게 해당 사물과 인터페이스한다.For example, when controlling an object remotely, the object to be controlled and measured is recognized based on the ID of the object being remotely controlled, and the object is interfaced with according to the corresponding communication interface.

또는, 사물의 계측 정보 수신시, 사물의 아이디(ID)를 기반으로 제어 계측 대상 사물을 인식하여 해당 사물의 통신 인터페이스 종류에 맞게 해당 사물과 인터페이스한다.Alternatively, when receiving measurement information of an object, the control measurement target object is recognized based on the object's ID and an interface is established with the object according to the type of communication interface of the object.

즉, 기존은 특정의 제어 계측의 대상과만 통신할 수 있도록 회로가 설계되어 있는데, 이러한 경우에는 제어 계측 대상의 사물이 추가 될 때, 그 추가된 사물들에 맞게 모듈을 재설계 및 개발을 해야 한다. 이렇게 재설계및 개발시에는 개발비용이 상승하고, 개발시간이 많이 소요된다.That is, the existing circuit is designed to communicate only with specific control measurement targets. In this case, when control measurement targets are added, the module must be redesigned and developed to fit the added objects. When redesigning and developing in this way, development costs increase and development time is required.

이에 비해, 본 발명의 특징은 다음과 같다.In comparison, the features of the present invention are as follows.

제어 계측 대상의 사물들이 새롭게 추가되더라도 재설계 없이 사용이 가능하다.Even if new objects of control measurement are added, they can be used without redesign.

새롭게 접속추가되는 제어 계측 대상이 되는 사물이 있는 경우, 추가된 사물의 아이디와 통신 인터페이스 종류 정보를 업로드받아 설정하고, 상기 추가된 사물과 관리자 단말기 간의 네트워킹시 상기 사물의 아이디(ID)를 기반으로 해당 제어 계측 대상 사물을 인식하고 해당되는 통신 인터페이스 종류에 맞게 추가된 사물과 관리자 단말기 간의 제어 계측 정보를 중계한다.When there is a newly added control measurement target object, the ID and communication interface type information of the added object are uploaded and set, and when networking between the added object and the administrator terminal, the control measurement target object is recognized based on the ID of the object, and the control measurement information between the added object and the administrator terminal is relayed according to the corresponding communication interface type.

구체적으로는, 실시예에 따른 센서 송수신 모듈(100)은 전원모듈(미도시), 시리얼통신모듈(120), 대상감지모듈(101), 외부 입출력모듈(102), 신호처리모듈(103), IoT 통신모듈(104), 제어부(105), 저장부(106), 방송앰프모듈(107)을 포함한다.Specifically, the sensor transmission/reception module (100) according to the embodiment includes a power module (not shown), a serial communication module (120), a target detection module (101), an external input/output module (102), a signal processing module (103), an IoT communication module (104), a control unit (105), a storage unit (106), and a broadcast amplifier module (107).

상기 전원모듈(미도시)은 해당 장치 자체에 전원을 공급한다. 상기 전원모듈은 태양광 배터리를 포함한다.The above power module (not shown) supplies power to the device itself. The power module includes a solar battery.

상기 대상감지모듈(101)은 다양한 감시 대상의 상태정보를 수집하는 것으로, 외부 등록 감시 대상의 상태정보를 검출한다. 상기 대상감지모듈(101)은 수위계를 사용하고, 이를 위주로 센서 보드를 통해 다양한 각종 센서 모듈을 추가로 장착한다. 상기 센서 모듈은 감시 대상에 따라 다르게 정한다. 예를 들어, 논물의 수위, 질소, 인, 칼륨(NPK), 전기전도도, 온도 등이거나, 상하수도 수위, 재난, 재해에서의 불꽃, 진동, 소음, 미세먼지 등의 정보를 감지하기 위한 것이다.The above target detection module (101) collects status information of various surveillance targets and detects status information of externally registered surveillance targets. The above target detection module (101) uses a water level gauge and additionally mounts various sensor modules through a sensor board based on this. The sensor modules are determined differently depending on the surveillance target. For example, it is for detecting information such as water level of paddy field, nitrogen, phosphorus, potassium (NPK), electrical conductivity, temperature, etc., or water level of water supply and sewage, fire, vibration, noise, fine dust, etc. in disasters and calamities.

상기 외부 입출력모듈(102)은 하나의 입력모듈로 상기 외부 등록 감시 대상의 주변 A/D 환경정보를 모두 입력받고, 하나의 출력모듈로 제어신호를 외부 등록 설비기기로 모두 출력한다.The above external input/output module (102) receives all surrounding A/D environmental information of the external registration monitoring target as one input module, and outputs all control signals to the external registration equipment as one output module.

상기 신호처리모듈(103)은 A/D모듈, D/A모듈을 구비할 수 있다. A/D모듈은 상기 입력모듈의 아날로그 환경정보를 디지털 변환한다. 상기 D/A모듈은 상기 대상감지모듈(101의 감시대상의 상태정보, 상기 A/D모듈의 감시대상의 주변 환경정보에 대해 아날로그 제어신호로 변환한다.The above signal processing module (103) may be equipped with an A/D module and a D/A module. The A/D module converts the analog environmental information of the input module into digital. The D/A module converts the status information of the surveillance target of the target detection module (101) and the surrounding environmental information of the surveillance target of the A/D module into an analog control signal.

상기 IoT 통신모듈(104)은 상기 대상감지모듈(101)의 상태정보, 상기 A/D모듈의 환경정보를 외부 등록 관리서버로 전달한다. The above IoT communication module (104) transmits status information of the target detection module (101) and environmental information of the A/D module to an external registration management server.

상기 제어부(105)는 상기 전원모듈 내지 상기 IoT모듈(104)을 제어하여, 다양한 상황의 각종 감시대상의 상태, 환경 정보를 수집하고, 이를 관리 서버로 전달한다. 또한, 이에 따라 주변의 설비 기기를 제어할 수 있다.The above control unit (105) controls the power module or the IoT module (104) to collect status and environmental information of various monitoring targets in various situations and transmit this to the management server. In addition, surrounding equipment can be controlled accordingly.

상기 저장부(106)는 상기 제어부(105)의 제어에 의해, 각종 설정, 등록 정보를 등록한다.The above storage unit (106) registers various settings and registration information under the control of the above control unit (105).

상기 방송앰프모듈(107)는 상기 제어부(105)의 제어에 의해, 상기 감시대상의 상태, 환경 정보에 따라 알림을 송출한다.The above broadcast amplifier module (107) transmits a notification according to the status and environmental information of the monitoring target under the control of the above control unit (105).

실시예는 기본적으로 다양한 감시 대상의 상태, 환경 정보를 입력받는 감지모듈, 입력모듈, 그에 따라 설비기기를 제어하기 위해 제어신호, 해당 정보를 전달하는 출력모듈, IoT 통신모듈을 포함한다.The embodiment basically includes a detection module that receives status information of various surveillance targets and environmental information, an input module, a control signal to control equipment accordingly, an output module that transmits the corresponding information, and an IoT communication module.

이는 자체에서 IoT 기능을 수행하는 IoT 통신모듈을 구비한다. 상기 제어부는 이를 통해 상기 대상감지모듈, 입출력모듈과 연동하여 통합적으로 각종 감시 대상의 정보를 무선 통신으로 게이트웨이(200)를 통해 관리자에게 제공한다.It has an IoT communication module that performs IoT functions on its own. Through this, the control unit connects with the target detection module and input/output module to provide information on various surveillance targets to the manager via wireless communication through the gateway (200).

상기 IoT 통신모듈은 자체적으로 근접한 관리자 단말기 예를 들어, 관리자 모바일폰으로 각종 감시정보를 제공하기 위해서, 무선 통신 모듈 예를 들어, LoRa 모듈을 구비할 수 있다.The above IoT communication module may be equipped with a wireless communication module, for example, a LoRa module, to provide various monitoring information to a nearby manager terminal, for example, a manager mobile phone.

상기 IoT 통신모듈(104)로 게이트웨이(200)와 통신을 하고, 게이트웨이(200)는 인터넷 연결부가 구비되어, 실시간으로 감지 되는 감시 대상의 상태, 주변 환경정보(예: 수위, NPK, 온도, 습도, 미세먼지 농도 등)를 등록 관리자 단말기 앱으로 직접 송출할 수 있다.The above IoT communication module (104) communicates with the gateway (200), and the gateway (200) is equipped with an Internet connection, so that the status of the surveillance target detected in real time and the surrounding environment information (e.g. water level, NPK, temperature, humidity, fine dust concentration, etc.) can be directly transmitted to the registration manager terminal app.

그래서, 감시 대상의 상태, 주변 환경정보를 상기 IoT 통신모듈로 관리자 단말기에 송출한다.Therefore, the status of the surveillance target and surrounding environment information are transmitted to the administrator terminal through the IoT communication module.

참고로, 상기 게이트웨이(200)는 각종 관리자 설정정보를 입력받기 위한 키신호 입력부(201), 상기 센서 송수신 모듈(100)과 연결하여 정보를 송수신하는 인터페이스부(202), 상기 정보에 대한 신호처리부(203), 상기 관리자 설정정보를 등록하는 저장부(204), 상기 각 부를 제어하는 제어부(205)를 포함한다.For reference, the gateway (200) includes a key signal input unit (201) for receiving various administrator setting information, an interface unit (202) for transmitting and receiving information by connecting to the sensor transmission/reception module (100), a signal processing unit (203) for the information, a storage unit (204) for registering the administrator setting information, and a control unit (205) for controlling each unit.

상기 입출력모듈은 AI, DI모듈을 포함하고, 각종 감시 대상의 아날로그, 디지털의 주변 환경 정보를 통합적으로 입력받는다. 예를 들어, 감시 대상 주변의 수위, NPK, 온도, 습도, 미세먼지 등의 아날로그 정보, 스위치의 사용자조작 디지털정보를 입력받는다.The above input/output module includes AI and DI modules and comprehensively receives analog and digital surrounding environment information of various monitoring targets. For example, analog information such as water level, NPK, temperature, humidity, and fine dust around the monitoring target, and digital information of user operation of the switch are input.

상기 출력모듈은 상기 입력모듈을 통해 신호가 입력되어 제어부에 의해 제어신호가 발생될 시, 외부 등록 설비기기로 예를 들어, 감시대상 주변에 설치된 물꼬 조절장치로 상기 제어신호를 전달한다.The above output module transmits the control signal to an external registration device, for example, a water gate control device installed around the surveillance target, when a signal is input through the above input module and a control signal is generated by the control unit.

이러한 센서 송수신 모듈(100)은 상기 방송앰프모듈(105)에서 자체 TTS엔진을 구비하여 입력모듈로부터 수집된 데이터에 대해 미리 설정된 데이터별 음성정보에 따라 예를 들어, 음성멘트에 따라 상이하게 음성으로 알람할 수 있다.This sensor transceiver module (100) has its own TTS engine in the broadcast amplifier module (105) and can issue a voice alarm in different ways, for example, according to a voice comment, based on preset voice information for each data collected from the input module.

예를 들어, 상기 감시 대상의 주변 온도, 습도, 수위, 미세먼지 농도 레벨이 미리 설정된 위험레벨 이상인 경우, 미리 등록된 음성정보에 따라 음성 알람한다. For example, if the ambient temperature, humidity, water level, or fine dust concentration level of the above-mentioned monitoring target exceeds a preset danger level, a voice alarm is triggered according to pre-registered voice information.

도 2a는 도 1의 센서 송수신 모듈의 설치 예시도이다.Figure 2a is an example installation diagram of the sensor transmission/reception module of Figure 1.

도 2a를 참조하면, 도 1의 센서 송수신 모듈(100)은 예를 들어, 논물 관리의 센서 상치에 적용할 수 있다.Referring to FIG. 2a, the sensor transceiver module (100) of FIG. 1 can be applied to, for example, a sensor placement in a water management system.

먼저, 논의 물관리 시스템은 크게, 특정 사용자의 다수의 논별로 각기 설치한 물꼬 조절장치를 포함한다.First, the water management system for discussion largely includes a number of water gate control devices installed in each field for a specific user.

상기 논별로 설치한 센서장치가 논의 물의 수위와 온도 등을 감지하고, 원격지 게이트웨이(200)에서 이를 전달받아 물꼬 조절장치를 제어한다.The sensor device installed in the above-mentioned field detects the water level and temperature of the field water, and receives this from a remote gateway (200) to control the water gate control device.

상기 센서장치는 실시예에서의 IoT 레이저 수위계를 포함한 센서 송수신 모듈(100)인 것이다.The above sensor device is a sensor transmission/reception module (100) including an IoT laser water level meter in the embodiment.

추가적으로, 마을이나 논 주변 등에 위치하여 상기 게이트웨이(200)를 통해 논의 물의 수위와 온도 등을 전달받아 사용자설정정보에 따라 상기 물꼬 조절장치를 직접 제어하는 사용자 단말기(300)를 포함할 수 있다.Additionally, it may include a user terminal (300) located around a village or field, etc., which receives the water level and temperature of the field water through the gateway (200) and directly controls the water gate control device according to user setting information.

상기 물꼬 조절장치는 특정 사용자의 다수의 논별로 각기 설치한 물꼬의 개폐 밸 브를 구동한다. 참고로, 상기 물꼬는 논의 수로에서 저수지 등의 물을 조절하는데 사용한다.The above water gate control device operates the opening/closing valve of the water gate installed in each of a number of fields of a specific user. For reference, the above water gate is used to control water in reservoirs, etc. in the water channels of the fields.

상기 센서장치는 상기 특정 사용자의 다수의 논별로 각기 설치해서, 논의 물의 수 위와 온도 등을 감지하여 원격지의 등록 게이트웨이에 전달하고, 상기 등록 게이트웨이의 제어에 의해 상기 물꼬 조절장치를 구동시키는 것이다.The above sensor device is installed in each of the multiple fields of the specific user to detect the water level and temperature of the field water and transmit the detected water level and temperature to a remote registration gateway, and operates the water gate control device under the control of the registration gateway.

상기 게이트웨이(200)는 원격지에 설치하고, 특정 사용자의 다수의 논을 몇 개로 묶어 구분하여 각 개수마다 하나씩 설치할 수 있다. 상기 게이트웨이(200)는 사용자와 논별로 구분하여 설치할 수 있다. 상기 게이트웨이(200)는 먼저 논의 물의 수위와 온도 등을 조합하여 각 논의 물의 수위와 온도별로 각기 상기 물꼬 조절밸브의 개폐 수준을 정하여 등록한다. 그래서, 상기 센서장치에서 전달받은 논의 물의 수위와 온도와 비교하여 상기 물꼬 조절밸브의 개폐 수준을 추출해서 상기 물꼬 조절장치로 조절한다.The above gateway (200) can be installed in a remote location, and can be installed one for each of a number of fields of a specific user, grouped into several groups. The gateway (200) can be installed by user and field. The gateway (200) first combines the water level and temperature of the field water, and registers the opening and closing levels of the water gate control valve according to the water level and temperature of each field water. Therefore, the opening and closing levels of the water gate control valve are extracted by comparing them with the water level and temperature of the field water received from the sensor device, and are controlled by the water gate control device.

상기 사용자 단말기(300)는 마을이나 논 주변 등에 있는 사용자가 지닌 이동통신단말기(310)나 사용자 PC(320)이다. 상기 사용자 단말기(300)는 상기 게이트웨이(200)에서 상기 논의 물의 수위와 온도별 상기 물꼬 조절밸브의 개폐 수준 정보를 전달받아 사용자설정정보에 따라 변경한다. 그래서, 이 개폐 수준 정보에 따라 상기 게이트웨이(200)를 통해 상기 물꼬 조절장치로 제어한다.The above user terminal (300) is a mobile communication terminal (310) or a user PC (320) held by a user in a village or around a rice field. The user terminal (300) receives information on the opening/closing level of the water gate control valve according to the water level and temperature of the rice field from the gateway (200) and changes it according to the user setting information. Therefore, the water gate control device is controlled through the gateway (200) according to this opening/closing level information.

도 2b는 상기 도 2a와 같이, 재난 침수상황의 설치 예시도이다.Figure 2b is an example of installation in a disaster flooding situation, similar to Figure 2a above.

도 2b는 재난 침수 상황에서 IoT 레이저 수위계를 이용한 센서장치에 적용할 수 있다.Fig. 2b can be applied to a sensor device using an IoT laser water level meter in a disaster flooding situation.

추가로, 도 3과 같이, 수의 논별 또는 다수의 논을 포함하는 여러 개의 영역별로 설치한 상기 게이트웨이(200)에서 상기 논의 물의 수위와 온도별 상기 물꼬 조절밸브의 개폐 수준 정보를 각기 전달받는 클라우드 서버(미도시)를 포함한다.Additionally, as shown in Fig. 3, the gateway (200) installed in each of several areas including a number of fields or a plurality of fields includes a cloud server (not shown) that receives information on the opening and closing level of the water gate control valve according to the water level and temperature of the fields.

상기 클라우드 서버는 상기 게이트웨이(200)에서 상기 논의 물의 수위와 온도, NPK에 대한 상기 물꼬 조절밸브의 개폐 수준 정보를 상기 논에 심은 벼의 출아기, 녹화기, 경화기별로 각기 낮과 밤마다 전달받고 분류 축적하여 기준수위, 기준온도, 기준조도를 설정해서, 현재 논의 물의 수위, 온도, 조도와 비교하여 이상 여부를 판별한다.The cloud server receives, classifies, and accumulates information on the water level and temperature of the water in the paddy field and the opening/closing level of the water gate control valve for NPK from the gateway (200) every day and night according to the emergence, greening, and hardening stages of the rice planted in the paddy field, and sets a standard water level, standard temperature, and standard illuminance, and compares it with the current water level, temperature, and illuminance of the paddy field to determine whether there is an abnormality.

예를 들어, 현재 논의 물의 수위, 온도가 모두 상기 기준수위, 상기 기준온도에 속하는 경우 정상 상태로 판별하고, 어느 하나라도 차이가 있는 경우 이상 상태로 판별한다.For example, if the water level and temperature of the current discussion both fall within the above-mentioned reference water level and reference temperature, it is determined to be a normal state, and if there is a difference in any one of them, it is determined to be an abnormal state.

상기 벼 생육기간은 5 ~ 10월이고, 출아기, 녹화기, 경화기로 구분하며, 예를 들어, 출아기의 적정온도는 30~32℃, 녹화기의 적정온도는 20~25℃, 경화기의 적정온도는 15~25℃이다.The above rice growing period is from May to October, and is divided into the emergence, greening, and hardening stages. For example, the appropriate temperature for the emergence stage is 30 to 32°C, the appropriate temperature for the greening stage is 20 to 25°C, and the appropriate temperature for the hardening stage is 15 to 25°C.

상기 기준수위, 기준온도를 설정하는 동작은 아래와 같다.The operations for setting the above reference water level and reference temperature are as follows.

먼저 상기 클라우드 서버(400)는 상기 논의 물의 수위와 온도별 물꼬 조절밸브의 개폐 수준 정보를 벼의 출아기, 녹화기, 경화기별로 각기 낮과 밤마다 분류 축적하여 수위패턴, 온도패턴을 학습하는 포맷을 정의한다. 이러한 정보는 다수의 논별 또는 다수의 영역별로 사용자마다 구분하여 수집해서 이용한다.First, the cloud server (400) classifies and accumulates information on the opening and closing level of the water gate control valve according to the water level and temperature of the discussed water, day and night, according to the emergence, greening, and hardening periods of rice, and defines a format for learning the water level pattern and temperature pattern. This information is collected and used by users by dividing it into multiple fields or multiple areas.

다음, 상기 정의된 포맷에 따라 상기 논의 물의 수위와 온도별 물꼬 조절밸브의 개폐 수준 정보에 대한 데이터셋을 상기 벼의 출아기, 녹화기, 경화기별 낮과 밤마다 검출하여 각각의 정보에 대한 속성을 결정한다.Next, according to the format defined above, a dataset on the opening/closing level information of the water level and temperature of the water gate control valve of the discussed water is detected every day and night for the emergence, greening, and hardening stages of the rice, and attributes for each piece of information are determined.

상기 결정된 결정된 정보를 정규화해서, 상기 논의 물의 수위와 온도별 물꼬 조절밸브의 개폐 수준 정보에서 벼의 출아기, 녹화기, 경화기별 낮과 밤마다 각각 특징을 나타내는 수위패턴, 온도패턴을 구해서 각각 독립변수 및 종속변수로 설정한다.By normalizing the above-determined information, the water level and temperature patterns representing the characteristics of each day and night in the emergence, greening, and hardening stages of rice are obtained from the information on the opening and closing levels of the water gate control valve according to the water level and temperature of the discussed water, and are set as independent and dependent variables, respectively.

예를 들어, 상기 독립변수는 논의 물의 수위와 온도별 물꼬 조절밸브의 개폐 수준 정보, 벼의 출아기, 녹화기, 경화기별 낮과 밤이고 상기 종속변수는 수위패턴, 온도패턴, 조도패턴이다. 상기 수위패턴, 온도패턴을 이용하여 기준수위, 기준온도를 정할 수 있다.For example, the independent variables are the water level of the rice and the opening/closing level of the water gate control valve according to the temperature, and the day and night according to the emergence, greening, and hardening periods of the rice, and the dependent variables are the water level pattern, temperature pattern, and illuminance pattern. The water level pattern and temperature pattern can be used to determine the reference water level and reference temperature.

그래서, 상기 설정된 독립변수 및 종속변수로 학습하여 상기 기준수위, 기준온도를 설정한다.Therefore, the above-mentioned reference water level and reference temperature are set by learning with the above-mentioned independent and dependent variables.

추가적으로 상기 논의 물의 수위, 온도 이외에 논의 물의 물성분과 물전기전도도를 측정한다. 상기 물성분은 비료 성분과 동일할 수 있으며, 질소, 인, 칼륨을 포함한다.In addition, in addition to the water level and temperature of the water discussed above, the water components and water electrical conductivity of the water discussed above are measured. The water components may be the same as the fertilizer components and include nitrogen, phosphorus, and potassium.

참고로, 이는 전술한 바와 같이 경작지에서 화학비료를 사용하여 논물을 유입받은 경작지 내에 유기물 자체의 함량이 부족하고, 경작지에서 공극을 형성하여 통기성이나 보수성이 약화되어 흙이 단단히 굳어져 벼의 뿌리가 뻗어가기가 어려운 점을 해결하기 위함이다.For reference, this is to solve the problem that the organic matter content itself is insufficient in the cultivated land that receives paddy water from the use of chemical fertilizers as mentioned above, and the soil hardens due to the formation of pores in the cultivated land, weakening the breathability and water retention, making it difficult for the roots of rice to spread out.

그래서, 상기 클라우드 서버(400)는 상기 게이트웨이(200)에서 논의 물의 수위와 온도, 물성분, 물전기전도도별 물꼬 조절밸브의 개폐 수준 정보를 전달받는다.Therefore, the cloud server (400) receives information on the water level, temperature, water composition, and the opening/closing level of the water gate control valve according to the water electrical conductivity from the gateway (200).

상기 논의 물의 수위와 온도, 물성분, 물전기전도도별 물꼬 조절밸브의 개폐 수준 정보를 상기 논에 심은 벼의 출아기, 녹화기, 경화기별로 각기 낮과 밤마다 전달받고 분류 축적하여 기준수위, 기준온도, 기준물성분, 기준물전기전도도를 설정해서, 현재 논의 물의 수위, 온도, 물성분, 물전기전도도와 비교하여 이상 여부를 판별한다.The information on the opening/closing level of the water gate control valve according to the water level, temperature, water components, and water electrical conductivity of the above-mentioned rice paddy is received every day and night according to the emergence, greening, and hardening stages of the rice planted in the above-mentioned rice paddy, classified and accumulated to establish a standard water level, standard temperature, standard water components, and standard water electrical conductivity, and compared with the current water level, temperature, water components, and water electrical conductivity of the rice paddy to determine whether there is an abnormality.

상기 기준수위, 기준온도, 기준물성분, 기준물전기전도도를 설정하는 방식은 전술한 방식과 동일하다.The method for setting the reference water level, reference temperature, reference water component, and reference water electrical conductivity is the same as the method described above.

이를 통해, 저수지 운영 중 발생하는 각종 현상을 클라우드 서버로 정확하게 진단하고, 빅데이터 기반의 최적 의사결정 및 제어로 운영되는 안전하고 효율적인 예측 운영 시스템을 제공을 제공한다.Through this, various phenomena occurring during reservoir operation are accurately diagnosed through a cloud server, and a safe and efficient prediction operation system is provided that operates with optimal decision-making and control based on big data.

참고로, 이는 하나의 예이며, 다양한 감시대상별로 각기 서로 다르게 적용할 수 있다.Please note that this is just one example and may be applied differently to different surveillance targets.

도 4는 도 1의 시스템의 동작 예시도이다. 이는 논의 물관리에 적용하여 논의 수위를 측정하는 것이다.Figure 4 is an example of the operation of the system of Figure 1. It is applied to the water management of the discussion and measures the water level of the discussion.

도 4에 도시된 바와 같이, 도 1의 시스템은 먼저, 상기 외부 등록 대상에 대해 레이저 기본 신호를 발생하고, 상기 발생된 레이저 신호를 해당 대상으로 출력한다. 그래서, 상기 출력된 레이저 신호의 반사 신호를 셀평균-일정오경보확률(CA-CFAR) 처리하여 해당 대상을 인식한다. 이는 신호처리부로 가능하다.As shown in Fig. 4, the system of Fig. 1 first generates a laser basic signal for the external registration target, and outputs the generated laser signal to the target. Then, the reflected signal of the output laser signal is processed by cell average-constant false alarm probability (CA-CFAR) to recognize the target. This is possible with a signal processing unit.

다음, 상기 출력된 레이저 신호의 반사 신호를 입력받는다. 상기 입력받은 반사 신호를 가우시안 분포로 직교 변조하고, 상기 변조된 반사 신호를 설정 주파수대역으로 필터링한다. 상기 필터링된 반사 신호에서 레일리 분포로 포락선을 만든다. 이렇게 만든 포락선에서 지수 분포로 제곱 법칙을 검출하고, 상기 검출된 제곱 법칙에 따른 신호로 CA-CFAR 처리하여 해당 대상을 인식한다. 구체적인 CA-CFAR 처리는 도 4와 같다.Next, the reflected signal of the output laser signal is input. The input reflected signal is orthogonally modulated with a Gaussian distribution, and the modulated reflected signal is filtered to a set frequency band. An envelope is created from the filtered reflected signal with a Rayleigh distribution. From the envelope created in this way, a square law is detected with an exponential distribution, and the signal according to the detected square law is processed with CA-CFAR to recognize the corresponding object. The specific CA-CFAR processing is as shown in Fig. 4.

도 5는 상기 CA-CFAR 처리를 설명하는 도면이다.Figure 5 is a drawing explaining the CA-CFAR processing.

도 5를 참조하면, 상기 CA-CFAR 처리는 반사 신호 내 배경 잡음, 간섭 신호, 클러터(clutter), 잔향음(reverberation) 등이 포함된 신호로부터 표적 신호 예를 들어, 물을 탐지하기 위해 적절하며, 실시예들에서는 이를 사용한다.Referring to FIG. 5, the CA-CFAR processing is suitable for detecting a target signal, for example, water, from a signal containing background noise, interference signals, clutter, reverberation, etc. in a reflected signal, and is used in the embodiments.

CFAR 검출기는 Neyman-Pearson 검출 이론에 기반을 두고 있으며, 테스트 셀(test cell) 즉, 반사 신호 내의 주변 셀들로부터 잡음의 평균 파워를 추정하여 그 값을 통해 얻어지는 문턱 값과 비교하여 측정 대상인 물의 유무를 판단한다. 문턱 값은 테스트 셀의 오경보 확률(false alarm probability)을 일정하게 유지시키도록 주변 잡음의 상태에 따라 적응적으로 결정되는데, 잡음의 파워를 추정하는 데 사용되는 알고리즘의 종류에 따라 검출기의 성능이 달라진다.The CFAR detector is based on the Neyman-Pearson detection theory, and estimates the average power of noise from the test cell, i.e., the surrounding cells within the reflected signal, and compares it with the threshold value obtained through the value to determine the presence or absence of the target water. The threshold value is adaptively determined according to the state of the surrounding noise so as to keep the false alarm probability of the test cell constant, and the performance of the detector varies depending on the type of algorithm used to estimate the power of the noise.

부연하면, 물이 존재하는 셀을 탐지할 때, 기준 셀에 신호의 성분이 포함될 수 있기 때문에 보호셀을 두어 신호 성분에 의해 문턱값이 높아지는 것을 방지할 수 있다. 하지만 보호 셀의 수를 너무 많이 설정하게 되면 테스트 셀과 기준 셀의 거리가 너무 멀어지기 때문에 교차 모호 함수의 결과에 따라 적당한 셀 크기를 조절할 필요가 있다.In other words, when detecting a cell where water exists, a guard cell can be placed to prevent the threshold from being raised by the signal component because the signal component may be included in the reference cell. However, if the number of guard cells is set too large, the distance between the test cell and the reference cell becomes too far, so it is necessary to adjust the appropriate cell size according to the result of the cross-ambiguity function.

CFAR 검출기는 윈도우 내의 셀들에 포함된 신호는 배경 잡음, 간섭 신호, 클러터 등을 포함하는 잡음신호이다. 이로부터 추정되는 잡음값에 고정 오경보 확률을 유지시키기 위해 결정되는 상수 값(T)을 곱하여 문턱 값(TZ)을 결정한다.The CFAR detector determines the threshold value (TZ) by multiplying the noise value estimated from the signal contained in the cells within the window by a constant value (T) determined to maintain a fixed false alarm probability.

잡음이 균질한(homogeneous) 환경 하에서는 CA (cell averaging) CFAR 알고리즘이 최적의 성능을 보이는 것으로 알려져 있다.It is known that the CA (cell averaging) CFAR algorithm shows optimal performance in a homogeneous noise environment.

CFAR 검출기는 테스트 셀 주변의 셀들로부터 테스트 셀이 가지는 잡음의 파워를 추정한다. 주변 셀들에 포함된 잡음이 균질상태일 경우 지수분포를 가지는 각 셀들의 평균 파워가 같다고 가정할 수 있다. 따라서, 균질한 잡음 환경에서는 모든 셀들의 평균을 테스트 셀에 포함된 잡음의 파워라고 추정하는 것이 가장 정확한 추정 방법이다. 이러한 CFAR 기법을 CA CFAR라고 하며 가장 널리 쓰이는 기법 중의 하나이다. CA CFAR는 잡음 파워의 추정에 사용되는 윈도우의 크기가 클수록 이상적인 경우에 가까운 성능을 보인다.The CFAR detector estimates the noise power of a test cell from the cells surrounding the test cell. If the noise contained in the surrounding cells is homogeneous, it can be assumed that the average power of each cell with an exponential distribution is the same. Therefore, in a homogeneous noise environment, the most accurate estimation method is to estimate the noise power contained in the test cell as the average of all cells. This CFAR technique is called CA CFAR and is one of the most widely used techniques. CA CFAR shows performance closer to the ideal case as the size of the window used for estimating the noise power increases.

균질한 배경 잡음 신호에 간섭 신호 혹은 다수의 표적 신호가 윈도우 내의 셀에 포함되었을 경우가 있다. CA CFAR를 이용하여 잡음의 파워를 추정하는 경우, 간섭 신호로 인해 추정되는 값이 실제 잡음의 파워에 비해 큰 값을 가질 것이고 그에 따라 문턱 값이 높게 설정되어 검출 확률이 낮아지고 오경보 확률 또한 설계된 값 아래로 낮아지게 된다. 이러한 경우에 적합하도록 제안된 CFAR 검출기로는 SO(smallest-of) CFAR, OS(ordered statistcs) CFAR, excision CFAR 등이 있으며 잡음 파워의 추정 시에 큰 값을 가지는 셀의 신호를 배제시킴으로써 균질한 잡음신호만을 이용한다.There are cases where a homogeneous background noise signal includes an interference signal or multiple target signals in the cells within the window. When estimating the power of the noise using CA CFAR, the estimated value due to the interference signal will be larger than the actual power of the noise, and accordingly, the threshold value will be set high, which will lower the detection probability and lower the false alarm probability below the designed value. The CFAR detectors proposed for such cases include SO (smallest-of) CFAR, OS (ordered statistics) CFAR, and excision CFAR, and they utilize only the homogeneous noise signal by excluding the signals of cells with large values when estimating the noise power.

도 6은 제 2실시예를 설명하는 도면이다.Figure 6 is a drawing explaining a second embodiment.

도 6을를 참조하면, 제 2실시예는 먼저, 상기 감지모듈(130)이 레이저 신호의 반사 신호를 입력받고, 이를 가우시안 분포로 직교 변조하여 특정 주파수대역으로 필터링한다.Referring to FIG. 6, in the second embodiment, first, the detection module (130) receives a reflection signal of a laser signal, orthogonally modulates it with a Gaussian distribution, and filters it into a specific frequency band.

그래서, 상기 필터링된 반사 신호에서 레일리 분포로 포락선을 만들고, 이렇게 만든 포락선에서 지수 분포로 제곱 법칙을 검출하고, 상기 검출된 제곱 법칙에 따른 신호로 CA-CFAR 처리하여 해당 대상을 인식한다.Therefore, an envelope is created using a Rayleigh distribution from the above filtered reflection signal, a square law is detected using an exponential distribution from the envelope created in this way, and a signal according to the detected square law is processed using CA-CFAR to recognize the target.

이렇게 물로 인식한 경우, 해당 신호의 입출력 시간차로 수위를 산출할 수 있다.If it is recognized as water in this way, the water level can be calculated from the input/output time difference of the signal.

제 2실시예는 상기 레일리 분포의 포락선 검출의 정확도를 높이기 위해, 반사 신호를 3개의 신호로 구분하여, 이들의 진폭 합으로 포락선을 검출해서 정확도를 높인다.In the second embodiment, in order to increase the accuracy of detection of the envelope of the Rayleigh distribution, the reflection signal is divided into three signals, and the envelope is detected by the sum of the amplitudes of these signals, thereby increasing the accuracy.

상기 3개의 신호는 제 1, 2, 3신호로, 제 1신호는 대상으로 출력하는 레이저 기본 주파수 이하의 주파수를 가진 신호, 제 2신호는 기본 주파수의 신호, 제 3신호는 기본 주파수의 정수배를 가진 신호이다.The above three signals are signals 1, 2, and 3, where the first signal is a signal having a frequency lower than the fundamental frequency of the laser output to the target, the second signal is a signal having the fundamental frequency, and the third signal is a signal having an integer multiple of the fundamental frequency.

이러한 3개의 신호를 합할 경우 정확한 포락선 검출이 가능하다.Combining these three signals allows for accurate envelope detection.

이를 위해, 제 2실시예의 범용 IoT 레이저 감지장치(100)는 먼저, 상기 필터링된 반사 신호에서 전술한 제 1, 2, 3신호를 검출한다.To this end, the general-purpose IoT laser detection device (100) of the second embodiment first detects the first, second, and third signals described above from the filtered reflection signal.

상기 검출된 제 1, 2, 3신호의 진폭을 산출한다.The amplitudes of the first, second, and third signals detected above are calculated.

상기 산출된 진폭을 합산한다.The above calculated amplitudes are added together.

그래서, 상기 진폭 합산값 × 1/8n로 레일리 분포를 줄여 포락선을 만든다.So, we reduce the Rayleigh distribution by the above amplitude sum × 1/8n to create an envelope.

예를 들어, 반사 신호를 획득한 경우, 이에 대한 FFT 변환 정보를 획득한다.For example, when a reflected signal is acquired, FFT transform information for it is acquired.

상기 기본 신호의 기본 주파수를 미리 정해진 샘플링 주파수, 주파수 분해능을 사용하여 구한다. 상기 샘플링 주파수, 주파수 분해능은 해당 대상의 움직임에 따라 가변한다.The fundamental frequency of the above basic signal is obtained using a predetermined sampling frequency and frequency resolution. The above sampling frequency and frequency resolution vary depending on the movement of the target.

또한, 상기 기본 주파수 이하인 제 1주파수, 기본 주파수, 상기 기본 주파수의 정수배인 제 2주파수도 검출하고, 제 1주파수에 해당하는 제 1신호, 기본 주파수에 해당하는 제 2신호, 제 2주파수의 제 3신호를 특정한다.In addition, a first frequency lower than the fundamental frequency, a fundamental frequency, and a second frequency that is an integer multiple of the fundamental frequency are detected, and a first signal corresponding to the first frequency, a second signal corresponding to the fundamental frequency, and a third signal of the second frequency are specified.

다음, 이러한 제 1, 2, 3신호별로 각기 크기를 나타내는 진폭을 산출하고, 예컨대 그 실효치를 산출할 수 있다.Next, the amplitude representing the size of each of these first, second, and third signals can be calculated, and, for example, its effective value can be calculated.

한편, 실시예에서 상기 1/8n은 수위 측정할 물, 그 물의 위치를 인식하기 위해 CA-CFAR을 사용할 경우, CA-CFAR 동작 중에서 해당 반사 신호의 레일리 분포로 포락선을 검파함에 있어 레일리 분포를 줄이는 값으로, 이를 적용하여 포락선을 검파한다.Meanwhile, in the embodiment, the 1/8n is a value that reduces the Rayleigh distribution when detecting the envelope with the Rayleigh distribution of the corresponding reflection signal during the CA-CFAR operation when CA-CFAR is used to recognize the water to be measured for water level and the location of the water, and this is applied to detect the envelope.

이러한 진폭은 즉, 이에 사용하는 1/8n은 레이저가 직진성으로 지향성은 높다는 점을 감안하여, 그의 주파수 특성을 유지한 채 사용 전압을 낮출 수 있는 값이다. 이는 기존의 주파수 다중 처리에 활용하는 방식으로, 주파수 다중이 가능한 정수배 즉, 2N, 8N으로 설정하는 점을 활용한 것이고, 고주파수를 사용할 경우를 감안하여 모두를 포괄할 수 있는 8N 값을 적용한다. 참고로, 이는 주파수 다중 처리에서 최소 버스트 설정에 사용하고, 버스트는 한정된 개별 펄스 또는 한정된 진동의 연속을 의미한다.This amplitude, that is, 1/8n used here, is a value that can lower the operating voltage while maintaining its frequency characteristics, considering that the laser is straight and highly directional. This is a method utilized in the existing frequency multiplexing, and it utilizes the point that the frequency multiplexing is set to an integer multiple, that is, 2N, 8N, and in consideration of the case where high frequencies are used, the value of 8N that can cover all is applied. For reference, this is used to set the minimum burst in frequency multiplexing, and a burst means a limited number of individual pulses or a limited number of vibrations.

다른 한편, 전술한 바와 같이, 레이저가 침투성이 있어, 수위 측정할 물의 표면과 접촉할 경우 빠른 반사를 하도록 하여 정확도를 높이고, 이를 저전력과 연계하여 작동해야 할 수 있다.On the other hand, as mentioned above, the laser is penetrative, so it may be necessary to increase accuracy by quickly reflecting when it comes into contact with the surface of the water to be measured, and to operate this in conjunction with low power.

이를 위해, 다른 실시예로는 대상으로 레이저를 출력할 경우, 전술한 제 1, 2, 3신호를 합산하고, 이러한 합산값 × 1/8n으로 레이저 기본 신호를 발생할 수 있다. 이를 통해, 전술한 효과와 동일하게 대상에 레이저를 출력할 경우에도 이를 획득한다.To this end, in another embodiment, when outputting a laser to a target, the first, second, and third signals described above can be added together, and a laser basic signal can be generated by adding up this added value × 1/8n. Through this, even when outputting a laser to a target, the same effect as described above can be obtained.

한편, 상기 제 1, 2, 3신호의 진폭은 주변의 신호와 연계하여 아래와 같이 정확하게 산출할 수 있다.Meanwhile, the amplitudes of the first, second, and third signals can be accurately calculated as follows in conjunction with surrounding signals.

즉, 상기 제 1, 2, 3신호의 진폭은 각기 해당 신호의 기본 진폭, 주변 ±N개 신호의 진폭을 각각 제곱하여 더한 값의 제곱근으로 산출한다.That is, the amplitudes of the first, second, and third signals are each calculated as the square root of the sum of the squares of the fundamental amplitude of the corresponding signal and the amplitudes of the surrounding ±N signals.

예를 들어, 상기 제 1신호의 진폭은 제 1신호의 기본 진폭, 주변 ±N개 예를 들어, 5개의 신호의 진폭을 각각 제곱하여 더한 값의 제곱근으로 산출한다. 이는 제 2, 3신호도 동일하다.For example, the amplitude of the first signal is calculated as the square root of the sum of the fundamental amplitude of the first signal and the amplitudes of the surrounding ±N signals, for example, five signals, squared. The same applies to the second and third signals.

이러한 주변 ±N개 신호에서 유효값을 추출하여 정확도를 높일 수 있다.Accuracy can be improved by extracting valid values from these surrounding ±N signals.

이러한 데이터 중에서 오류 데이터를 제거하고, 각각의 편차를 고려한 유효값을 획득한다.Among these data, error data is removed and a valid value is obtained by considering each deviation.

이를 위해, K-MEANS 기법을 활용하여 동일 지점에서의 복수의 측정값에 대한 평균값을 찾는 방법, 선형 회귀(Linear Regression) 기반의 추세선 분석을 통해 구간 간 유효값을 찾는 방법을 적용한다.To this end, we apply a method of finding the average value of multiple measurements at the same point using the K-MEANS technique and a method of finding valid values between intervals using trend line analysis based on linear regression.

상기 유효값 추출은 먼저 K-MEANS 기법으로 다양한 지점별로 평균값을 찾아 유효값을 생성한다. 그리고, 각 지점들 사이의 구간에서 선형 회귀 기반의 추세선 분석을 통해 유효값을 찾는다.The above valid value extraction first finds the average value at each point using the K-MEANS technique to generate valid values. Then, the valid values are found through trend line analysis based on linear regression in the interval between each point.

먼저 상기 제 1, 2, 3신호를 구할 경우, 각 신호의 주변 신호를 감지대상에 대한 특정 제 1영역의 여러 지점 예컨대, 9개 지점에서 다수개, 제 2영역의 9개 지점에서 다수개를 각기 측정한다.First, when obtaining the above first, second, and third signals, the surrounding signals of each signal are measured at multiple points, for example, 9 points, in a specific first area for the detection target, and at multiple points, for example, 9 points, in a second area.

상기 제 1, 2영역은 해당 감지대상에서 평균적으로 대상물을 인식할 수 있는 주요 지점이다.The above first and second areas are the main points where the target can be recognized on average in the detection target.

다음, 상기 제 1영역의 9개 지점의 다수개, 제 2영역의 9개 지점의 다수개 중에서 각 지점별로 K-MEANS 기법을 기반으로 K개의 실제 주변 신호의 지점을 추출하여 중심점으로 고정하여 초기값을 설정한다.Next, among the 9 points in the first area and the 9 points in the second area, K points of actual surrounding signals are extracted for each point based on the K-MEANS technique and fixed as the center point to set the initial value.

이렇게 설정된 중심점들과 나머지 주변 신호의 지점 간 거리를 계산하여, 가까운 중심점으로 나머지 주변 신호의 지점들을 할당하여 군집 처리한다.The distance between the central points set in this way and the points of the remaining peripheral signals is calculated, and the points of the remaining peripheral signals are assigned to the nearest central point to perform clustering processing.

상기 처리된 군집에서 중심에 해당하는 나머지 주변 신호의 지점을 중심점으로 하여 중심점을 군집별로 각기 갱신한다.In the above processed cluster, the point of the remaining surrounding signals corresponding to the center is used as the center point, and the center point is updated for each cluster.

그래서, 상기 갱신된 중심점이 변하지 않을 경우까지 반복적으로 수행하여 중심점을 구하면, 그의 주변 신호를 유효값으로 획득하는 것이다.Therefore, by repeatedly performing the above-mentioned updated center point and finding the center point until it does not change, its surrounding signals are obtained as valid values.

이러한 유효값의 평균값을 산출하여 각 지점에서 유효값을 획득한다. 즉, 실시예에서 말하는 복수의 측정값에 대한 평균값을 산출한다.The average of these valid values is calculated to obtain the valid value at each point. That is, the average value for multiple measurement values as mentioned in the example is calculated.

한편, 이러한 제 1영역 또는 제 2영역의 각 지점들 사이의 구간별로 유효값을 산출하여, 각 지점들 사이의 구간마다 주변 신호에 대한 유효값을 찾을 수 있다. 이는 선형 회귀 기반의 추세선 분석을 통해 구간 간 유효값을 찾는다.Meanwhile, by calculating the valid value for each section between each point in the first or second area, the valid value for the surrounding signal can be found for each section between each point. This finds the valid value between sections through trend line analysis based on linear regression.

즉, 상기 제 1영역의 9개 지점들 사이의 각 구간별 유효값, 제 2영역의 9개 지점들 사이의 각 구간별 유효값을 아래 식에 따른 선형 회귀 기반의 추세선 분석을 통해 산출하여, 각 구간별로 주변 신호에 대한 유효값을 추가적으로 획득한다.That is, the valid values for each section between the nine points in the first area and the valid values for each section between the nine points in the second area are calculated through trend line analysis based on linear regression according to the equation below, thereby additionally obtaining valid values for surrounding signals for each section.

[식 1] yi = xi Tβ + εi (i = 1, ... , n)[Equation 1] y i = x i T β + ε i (i = 1, ... , n)

(여기에서, yi는 상기 제 1영역 또는 상기 제 2영역의 9개 지점들 사이의 각 구간별 유효값, xi T는 각 지점들 사이의 구간별 예측 주변 신호(T는 전치), β는 xi T 계수, εi는 오차 변수임)(Here, y i is the effective value for each interval between the nine points in the first or second region, x i T is the predicted peripheral signal for each interval between each point (T is the transpose), β is the coefficient of x i T , and ε i is the error variable.)

다른 한편, 다른 실시예는 전술한 점을 이용한 측정 대상이 어떠한 재난 유형인지 판별할 수 있다. 재난 유형은 다양하기에 실시예는 인위 재난 유형으로 한정한다.On the other hand, another embodiment can determine what type of disaster the measurement target is by using the aforementioned points. Since the types of disasters are diverse, the embodiment is limited to the type of man-made disaster.

재난은 크게, 자연재난, 사회재난 즉, 인위재난으로 나눈다. 사회재난은 화재, 붕괴 등으로 인하여 발생하는 것이다. 재난은 특정 규모 이상의 것을 말하는데, 실시예는 다양한 감지대상을 감안하여, 붕괴를 손상, 파손, 붕괴와 같이 구분하여 조금 더 상세하게 구분한다.Disasters are broadly divided into natural disasters, social disasters, and man-made disasters. Social disasters are caused by fires, collapses, etc. Disasters refer to something larger than a certain scale, and the example divides collapse into damage, destruction, and collapse in more detail, considering various detection targets.

이러한 인위 재난에 대한 유형을 구분하는 방법은 아래와 같다.Here's how to categorize these man-made disasters into types:

먼저, 실시예는 상기 제 1, 2, 3신호의 각 실효치를 산출한다.First, the embodiment calculates the effective values of each of the first, second, and third signals.

상기 산출된 제 1신호의 실효치에 제 1신호의 비율값 × 인위 재난 유형의 제 1신호의 가중치)를 인위 재난 유형별로 곱한다.The effective value of the first signal calculated above is multiplied by the ratio of the first signal × the weight of the first signal of the artificial disaster type for each artificial disaster type.

상기 제 1신호의 비율값은 기본 신호에서 기본 주파수가 차지하는 원래 비율로, 예를 들어, (기본 주파수(%)/(기본 주파수(%) + 제 1주파수(%) + 제 2주파수(%) + 제 3주파수(%)))로 구할 수 있다. 참고로, 각 주파수는 코사인함수로 나타내거나 사인함수와 더하여 지수함수로 나타낼 수 있다.The ratio value of the first signal above is the original ratio of the fundamental frequency to the fundamental signal, and can be obtained, for example, as (fundamental frequency (%) / (fundamental frequency (%) + first frequency (%) + second frequency (%) + third frequency (%))). For reference, each frequency can be expressed as a cosine function, or as an exponential function added to a sine function.

다음, 상기 산출된 제 2신호의 실효치에 제 2신호의 비율값 × 인위 재난 유형의 제 2신호의 가중치)를 인위 재난 유형별로 곱한다.Next, the effective value of the second signal calculated above is multiplied by the ratio value of the second signal × the weight of the second signal of the artificial disaster type for each artificial disaster type.

상기 산출된 제 3신호의 실효치에 제 3신호의 비율값 × 인위 재난 유형의 제 3신호의 가중치)를 인위 재난 유형별로 곱한다.The effective value of the third signal calculated above is multiplied by the ratio of the third signal × the weight of the third signal of the artificial disaster type for each artificial disaster type.

상기 제 2, 3신호의 비율값도 상기 제 1신호의 비율값 산출과 동일하다.The ratio values of the above second and third signals are also calculated identically to the ratio value of the above first signal.

그래서, 상기 인위 재난 유형별로 곱한 제 1신호의 비율값 × 인위 재난 유형의 제 1신호의 가중치)를 합산한다.Therefore, the ratio of the first signal multiplied by the above artificial disaster type × the weight of the first signal of the artificial disaster type) is added.

상기 인위 재난 유형별로 곱한 제 2신호의 비율값 × 인위 재난 유형의 제 2신호의 가중치)를 합산한다.The ratio of the second signal multiplied by the above artificial disaster type × the weight of the second signal of the artificial disaster type) is added.

상기 인위 재난 유형별로 곱한 제 3신호의 비율값 × 인위 재난 유형의 제 3신호의 가중치)를 합산한다.The ratio of the third signal multiplied by the above artificial disaster type × the weight of the third signal of the artificial disaster type) is added.

각 합산한 값 중에서 가장 큰 값을 추출한다.Extract the largest value from each summed value.

상기 추출된 값에 해당하는 인위 재난 유형을 해당 대상의 인위 재난 유형으로 판별한다.The artificial disaster type corresponding to the above extracted value is determined as the artificial disaster type of the target.

예를 들어, 상기 제 1, 2, 3신호의 가중치는 도 6과 같다.For example, the weights of the first, second, and third signals are as shown in Fig. 6.

도 7은 상기 제 1, 2, 3신호의 가중치 예시도이다.Figure 7 is an example of the weights of the first, second, and third signals.

도 7을 참조하면, 상기 제 1, 2, 3신호의 가중치는 인위 재난 유형별로 서로 다르게 정한다.Referring to Figure 7, the weights of the first, second, and third signals are set differently for each type of artificial disaster.

인위 재난 유형은 크게, 화재, 오염, 손상, 파손, 붕괴이다.The main types of man-made disasters are fire, pollution, damage, destruction, and collapse.

구체적으로는, 화재인 경우 10, 90, 10이고, 오염인 경우 20, 30, 20이고, 손상은 30, 20, 30이고, 파손은 40, 20, 40, 붕괴는 50, 30, 50이다.Specifically, for fire it is 10, 90, 10; for contamination it is 20, 30, 20; for damage it is 30, 20, 30; for destruction it is 40, 20, 40; and for collapse it is 50, 30, 50.

각각의 유형별 제 1, 2, 3신호의 가중치는 해당 유형에서 제 1, 2, 3신호별로 서로 다르게 신호 특징을 나타내는 점을 고려한 값이다.The weights of the first, second, and third signals for each type are values that take into account the fact that the first, second, and third signals in that type exhibit different signal characteristics.

예컨대, 화재인 경우 제 1신호, 즉, 기본 주파수 이하의 주파수를 가진 신호, 제 2신호 즉, 기본 주파수의 정수배를 가진 신호는 비교적 서로 고르게 낮게 발생할 수 있다. 반면, 기본 주파수는 높은 값을 발생한다. 오염인 경우는 화재와 유사하게 제 1, 2신호가 서로 고르게 낮게 발생하고, 기본 주파수는 비교적 낮은 값을 나타낸다.For example, in the case of a fire, the first signal, i.e., a signal having a frequency lower than the fundamental frequency, and the second signal, i.e., a signal having an integer multiple of the fundamental frequency, may occur at relatively evenly low levels. On the other hand, the fundamental frequency occurs at a high value. In the case of contamination, similar to a fire, the first and second signals occur at relatively evenly low levels, and the fundamental frequency exhibits a relatively low value.

그래서, 측정 대상이 화재에 해당하는 것인지 여부에 대해, 제 1신호의 실효치 × (제 1신호의 비율값 × 0.1) + 제 2신호의 실효치 × (제 2신호의 비율값× 0.9) + 제 3신호의 실효치 × (제 3신호의 비율값 × 0.1)를 구한다.So, to determine whether the target of measurement corresponds to a fire, the effective value of the first signal × (ratio value of the first signal × 0.1) + the effective value of the second signal × (ratio value of the second signal × 0.9) + the effective value of the third signal × (ratio value of the third signal × 0.1) is calculated.

위와 동일하게, 오염, 손상, 파손 붕괴도 값을 구한다.Similarly, contamination, damage, and breakdown collapse values are also calculated.

그래서, 인위 재난 유형별로 구한 값들을 비교하여, 그 결과 최고의 값을 나타낸 것을 해당 측정 대상의 인위 재난 유형으로 판별한다.Therefore, the values obtained for each type of artificial disaster are compared, and the one with the highest value is determined as the type of artificial disaster for the measurement target.

한편, 다른 예로는 다양한 감지대상을 사용하기에, 대상별 주파수가 고주파, 저주파 등 다양할 수 있다.Meanwhile, as another example, since various detection targets are used, the frequency of each target can be different, such as high frequency or low frequency.

이를 위해, 실시예는 힐버터 변환부를 이용하여 고주파, 저주파 신호를 모두 기계적 특성을 유지한 채 정보손실 없이 중저주파 신호로 변조하여 대상을 쉽게 감지한다.To this end, the embodiment modulates high-frequency and low-frequency signals into low- and medium-frequency signals without information loss while maintaining mechanical characteristics using a Hilbert converter to easily detect a target.

상기 힐버트 변환은 신호 분석이 어려운 고주파, 저주파를 모두 기계적 특성을 유지한 채 원래 정보보다 작게 만들거나, 원래 정보보다 크게 만들어 신호 분석을 용이하게 한다. 이는 모두 중저주파 신호로 동일하게 변환하여 만들어 수행한다.The above Hilbert transform makes it easy to analyze signals by making high and low frequencies, which are difficult to analyze, smaller or larger than the original information while maintaining mechanical characteristics. This is all done by converting them into medium and low frequency signals in the same way.

예를 들어, 현재 신호가 고주파수인 경우 해당 신호에서 피크값을 추출하여 포락선으로 연결해서 고주파수를 감쇠 변환하여 중저주파로 만든다.For example, if the current signal is high frequency, the peak value is extracted from the signal, connected to an envelope, and the high frequency is attenuated and converted into mid-low frequency.

또한, 현재 신호가 저주파수인 경우 해당 신호에서 나타나는 주기 상의 마루와 골을 추출하여 상호 간의 거리를 1/2n로 줄여 저주파수를 신장 변환하여 중저주파로 만든다.In addition, if the current signal is low frequency, the periodic peaks and valleys appearing in the signal are extracted, the distance between them is reduced to 1/2n, and the low frequency is expanded to create a low-to-mid frequency.

부연하면, 상기 힐버트 변환은 기존 방식대로, 입력신호 fm(t)=sin(wnt)를 하나는 유지하고, 다른 하나는 힐버트 변환을 거쳐 cos(wmt)으로 만들어 표현한다.To elaborate, the above Hilbert transform is expressed in the conventional way by maintaining one input signal fm(t) = sin(wnt) and converting the other one into cos(w m t) through the Hilbert transform.

fm(t)은 지연하여 캐리어 주파수 wc를 가지는 사인 신호 sin(wct)와 합성하여 fmc를 산출한다. cos(wmt)는 sin(wct)를 포함한 유지신호 fm(t)를 변조시키는 것으로, sin(wct)을 π/2 위상지연한 결과와 합성하여 f^mc를 산출한다.fm(t) is delayed and synthesized with a sine signal sin(wct) having a carrier frequency wc to produce fmc. cos(w m t) modulates the sustain signal fm(t) including sin(wct), and synthesizes sin(wct) with the result of a π/2 phase delay to produce f^mc.

그래서, fmc와 f^mc를 합산하면 특정 진폭을 갖는 단축대역파 신호(Single Sideband Signal, SSB)를 즉, 실시예에 따른 중저주파를 만들 수 있다.So, by adding fmc and f^mc, a single sideband signal (SSB) with a specific amplitude can be created, that is, a low-mid frequency according to the embodiment.

이를 실시예에 활용하기 위해, 예를 들어, 현재 신호가 고주파수인 경우는 힐버터 변환의 포락효과를 이용한다. 포락효과는 고주파의 신호에서 그 피크를 연결하여 저주파의 신호를 얻는 것이다. 데이터의 양의 피크값 만을 취하여 원 신호와 동일한 크기의 신호를 재구성하여 원 신호에 포함되어 있는 기계적 특성들을 유지한 채 중저주파수의 신호를 획득한다.To utilize this in an embodiment, for example, if the current signal is high-frequency, the envelope effect of the Hilbert transform is utilized. The envelope effect is to connect the peaks of a high-frequency signal to obtain a low-frequency signal. By taking only the positive peak values of the data, a signal of the same size as the original signal is reconstructed, and a signal of medium and low frequency is obtained while maintaining the mechanical characteristics included in the original signal.

현재 신호가 저주파수인 경우에는 해당 신호에서 나타나는 주기를 찾아. 주기 상의 마루와 골을 추출하여 상호 간의 거리를 1/2n로 줄이는 방식으로 중저주파수의 신호를 획득한다. 이는 마찬가지로 원 신호에 들어있는 기계적 특성들을 유지한 채 원래 정보보다 큰 음파를 획득하여 신호 분석을 용이하게 할 수 있다.If the current signal is low frequency, the period that appears in the signal is found, and the peaks and valleys of the period are extracted to reduce the distance between them to 1/2n, thereby obtaining a signal of medium and low frequency. Similarly, this can facilitate signal analysis by obtaining sound waves larger than the original information while maintaining the mechanical characteristics contained in the original signal.

100 : IoT 레이저 수위계를 활용한 센서 송수신 모듈
200 : 게이트웨이
300 : 사용자 단말기
100: Sensor Transmitter/Receiver Module Using IoT Laser Level Meter
200 : Gateway
300 : User terminal

Claims (6)

IoT 레이저 수위계, 상기 IoT 레이저 수위계와 연동가능한 적어도 하나 이상의 센서 모듈을 가지고, 각각의 감시 대상별로 주변환경별 상태정보를 수집하는 IoT 레이저 수위계를 포함한 센서 송수신 모듈(100);
상기 센서 송수신 모듈(100)에서 각각의 감시 대상마다의 주변환경별 상태정보를 취합하고 제어하는 게이트웨이(200); 및
상기 게이트웨이(200)에서 각각의 감시 대상마다의 주변환경별 상태정보를 전달받고 분류 축적하여 주변환경별 기준상태를 산출해서, 현재 주변환경별 상태정보와 비교하여 이상 여부를 판별하는 클라우드 서버(300);를 포함하고,

상기 IoT 레이저 수위계를 포함한 센서 송수신 모듈(100)은
상기 IoT 레이저 수위계, 상기 IoT 레이저 수위계와 연동가능한 적어도 하나 이상의 센서 모듈을 가지고, 각각의 감시 대상별 상태정보를 수집하는 대상감지모듈(101);
상기 각각의 감시 대상별 환경정보를 수집하는 외부 입출력모듈(102);
상기 수집된 감시 대상별 상태정보, 환경정보를 신호처리하는 신호처리모듈(103);
상기 신호처리된 감시 대상별 상태정보, 환경정보를 외부 등록 관리서버로 전달하는 IoT 통신모듈(104);
상기 신호처리된 각 감시 대상에 대한 주변 환경별 상태정보가 설정 위험정보에 해당하는 경우, 등록 감시 대상별 알람텍스트를 자체 TTS엔진으로 음성 변환하여 출력하는 방송앰프모듈(105); 및
상기 대상감지모듈(101) 내지 상기 방송앰프모듈(105)을 제어하여, 상기 각각의 감시 대상별 상태, 환경을 감시하는 제어부(106);를 포함하고,

상기 제어부(106)의 상기 감시 대상의 상태정보 수집 방법은
상기 감시 대상에 대해 레이저 기본 신호를 발생하는 제 1단계;
상기 제 1단계에서 발생된 레이저 신호를 상기 감시 대상으로 출력하는 제 2단계; 및
상기 제 2단계에서 출력된 레이저 신호의 반사 신호를 CA-CFAR 처리하여 상기 감시 대상을 인식하는 제 3단계;를 포함하고,

상기 제 3단계는
상기 제 2단계에서 출력된 레이저 신호의 반사 신호를 입력받는 제 3-1단계;
상기 제 3-1단계에서 입력받은 반사 신호를 가우시안 분포로 직교 변조하는 제 3-2단계;
상기 제 3-2단계에서 변조된 반사 신호를 설정 주파수대역으로 필터링하는 제 3-3단계;
상기 제 3-3단계에서 필터링된 반사 신호에서 레일리 분포로 포락선을 만드는 제 3-4단계;
상기 제 3-4단계에서 만든 포락선에서 지수 분포로 제곱 법칙을 검출하는 제 3-5단계; 및
상기 제 3-5단계에서 검출된 제곱 법칙에 따른 신호로 CA-CFAR 처리하여 상기 감시 대상을 인식하는 제 3-6단계;를 포함하고,

상기 제 3-4단계는
상기 제 3-3단계에서 필터링된 반사 신호에서 제 1, 2, 3신호를 검출하는 제 3-4-1단계;
상기 제 3-4-1단계에서, 상기 제 1, 2, 3신호는
상기 제 1신호는 상기 기본 신호의 기본 주파수 이하의 주파수를 가진 신호, 상기 제 2신호는 상기 기본 신호, 상기 제 3신호는 상기 기본 신호의 주파수의 정수배 주파수를 가진 신호이고,

상기 제 3-4-1단계에서 검출된 제 1, 2, 3신호의 진폭을 산출하는 제 3-4-2단계;
상기 제 3-4-2단계에서 산출된 진폭을 합산하는 제 3-4-3단계; 및
상기 제 3-4-3단계의 진폭 합산값 × 1/8n로 레일리 분포를 줄여 포락선을 만드는 제 3-4-4단계;를 포함하는, IoT 레이저 수위계를 포함한 센서 송수신 모듈을 이용한 이상 징후 예측 시스템.
An IoT laser water level meter, a sensor transmission/reception module (100) including an IoT laser water level meter having at least one sensor module that can be linked with the IoT laser water level meter, and collecting status information on the surrounding environment for each monitoring target;
A gateway (200) that collects and controls the status information of each surrounding environment for each surveillance target in the above sensor transmission/reception module (100); and
A cloud server (300) that receives and classifies status information for each surveillance target from the gateway (200), accumulates the status information for each environment, calculates a reference status for each environment, and compares it with the current status information for each environment to determine whether there is an abnormality;

The sensor transmission/reception module (100) including the above IoT laser level meter
The IoT laser water level meter, a target detection module (101) having at least one sensor module that can be linked with the IoT laser water level meter and collecting status information for each monitoring target;
An external input/output module (102) that collects environmental information for each of the above surveillance targets;
A signal processing module (103) that processes the status information and environmental information of the collected surveillance targets;
An IoT communication module (104) that transmits status information and environmental information of the signal-processed surveillance target to an external registration management server;
If the status information of the surrounding environment for each of the above-mentioned signal-processed surveillance targets corresponds to the set risk information, a broadcast amplifier module (105) that converts the alarm text for each registered surveillance target into voice using its own TTS engine and outputs it; and
It includes a control unit (106) that controls the target detection module (101) to the broadcast amplifier module (105) to monitor the status and environment of each surveillance target;

The method of collecting status information of the monitoring target of the above control unit (106)
A first step of generating a laser base signal for the above surveillance target;
A second step of outputting the laser signal generated in the first step to the monitoring target; and
A third step of recognizing the surveillance target by performing CA-CFAR processing on the reflection signal of the laser signal output in the second step;

The third step above is
Step 3-1 for receiving a reflection signal of the laser signal output in the above step 2;
Step 3-2 of orthogonally modulating the reflection signal received in Step 3-1 into a Gaussian distribution;
Step 3-3 of filtering the reflected signal modulated in the above step 3-2 into a set frequency band;
Step 3-4 of creating an envelope with a Rayleigh distribution from the reflection signal filtered in Step 3-3 above;
Step 3-5 of detecting a square law with an exponential distribution in the envelope created in Step 3-4 above; and
Including a step 3-6 for recognizing the surveillance target by performing CA-CFAR processing on the signal according to the square law detected in the step 3-5 above;

Steps 3 and 4 above
Step 3-4-1 of detecting the first, second, and third signals from the reflection signals filtered in the above step 3-3;
In the above step 3-4-1, the first, second and third signals
The first signal is a signal having a frequency lower than the fundamental frequency of the basic signal, the second signal is a signal having a frequency that is an integer multiple of the frequency of the basic signal, and the third signal is a signal having a frequency that is an integer multiple of the frequency of the basic signal.

Step 3-4-2 for calculating the amplitude of the first, second, and third signals detected in the above steps 3-4-1;
Step 3-4-3 of adding the amplitudes produced in Step 3-4-2 above; and
An abnormality prediction system using a sensor transmission/reception module including an IoT laser water level meter, comprising a step 3-4-4 of reducing the Rayleigh distribution by 1/8n of the amplitude sum of the above steps 3-4-3 to create an envelope.
삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 제 1단계는
상기 제 3-4-1단계의 제 1, 2, 3신호를 합산하는 제 1-1단계; 및
상기 제 1-1단계의 합산값 × 1/8n으로 레이저 기본 신호를 발생하는 제 1-2단계;를 포함하는, IoT 레이저 수위계를 포함한 센서 송수신 모듈을 이용한 이상 징후 예측 시스템.
In claim 1,
The above first step is
Step 1-1 of adding the first, second and third signals of the above step 3-4-1; and
An abnormality prediction system using a sensor transmission/reception module including an IoT laser level meter, comprising a step 1-2 for generating a laser base signal by multiplying the sum of the above steps 1-1 × 1/8n.
청구항 1에 있어서,
상기 제 3-4-2단계에서, 상기 제 1, 2, 3신호의 진폭은 각기 해당 신호의 기본 진폭, 주변 ±N개 신호의 진폭을 각각 제곱하여 더한 값의 제곱근으로 산출하는 것;을 특징으로 하는, IoT 레이저 수위계를 포함한 센서 송수신 모듈을 이용한 이상 징후 예측 시스템.
In claim 1,
An abnormality prediction system using a sensor transmission/reception module including an IoT laser water level meter, characterized in that in the above-mentioned steps 3-4-2, the amplitudes of the first, second, and third signals are each calculated as the square root of the sum of the basic amplitude of the corresponding signal and the amplitudes of the surrounding ±N signals, respectively.
청구항 3-4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 3-4-1단계에서, 상기 제 1, 2, 3신호의 각 실효치를 산출하는 제 3-7단계;
상기 제 3-7단계에서 산출된 제 1신호의 실효치에 제 1신호의 비율값 × 인위 재난 유형의 제 1신호의 가중치)를 인위 재난 유형별로 곱하는 제 3-8단계;
상기 제 3-7단계에서 산출된 제 2신호의 실효치에 제 2신호의 비율값 × 인위 재난 유형의 제 2신호의 가중치)를 인위 재난 유형별로 곱하는 제 3-9단계;
상기 제 3-7단계에서 산출된 제 3신호의 실효치에 제 3신호의 비율값 × 인위 재난 유형의 제 3신호의 가중치)를 인위 재난 유형별로 곱하는 제 3-10단계;
상기 제 3-8, 3-9, 3-10단계에서, 상기 인위 재난 유형별로 곱한 제 1신호의 비율값 × 인위 재난 유형의 제 1신호의 가중치)를 합산하는 제 3-11단계;
상기 제 3-8, 3-9, 3-10단계에서, 상기 인위 재난 유형별로 곱한 제 2신호의 비율값 × 인위 재난 유형의 제 2신호의 가중치)를 합산하는 제 3-12단계;
상기 제 3-8, 3-9, 3-10단계에서, 상기 인위 재난 유형별로 곱한 제 3신호의 비율값 × 인위 재난 유형의 제 3신호의 가중치)를 합산하는 제 3-13단계;
상기 제 3-11, 3-12, 3-13단계에서, 각 합산한 값 중에서 가장 큰 값을 추출하는 제 3-14단계; 및
상기 제 3-14단계에서 추출된 값에 해당하는 인위 재난 유형을 상기 감시 대상의 인위 재난 유형으로 판별하는 제 3-15단계;를 포함하는, IoT 레이저 수위계를 포함한 센서 송수신 모듈을 이용한 이상 징후 예측 시스템.
In any one of claims 3 to 4,
In the above step 3-4-1, the step 3-7 for calculating the effective values of each of the first, second, and third signals;
Step 3-8 of multiplying the effective value of the first signal calculated in Step 3-7 by the ratio of the first signal × the weight of the first signal of the artificial disaster type for each artificial disaster type;
Step 3-9 multiplies the effective value of the second signal calculated in Step 3-7 by the ratio of the second signal × the weight of the second signal of the artificial disaster type for each artificial disaster type;
Step 3-10 of multiplying the effective value of the third signal calculated in Step 3-7 by the ratio of the third signal × the weight of the third signal of the artificial disaster type for each artificial disaster type;
In the above steps 3-8, 3-9, and 3-10, the step 3-11 of adding the ratio value of the first signal multiplied by the type of artificial disaster × the weight of the first signal of the type of artificial disaster;
In the above steps 3-8, 3-9, and 3-10, the step 3-12 of adding the ratio value of the second signal multiplied by the artificial disaster type × the weight of the second signal of the artificial disaster type;
In the above steps 3-8, 3-9, and 3-10, the step 3-13 of adding the ratio value of the third signal multiplied by the type of artificial disaster × the weight of the third signal of the type of artificial disaster;
Step 3-14, which extracts the largest value among the summed values in steps 3-11, 3-12, and 3-13 above; and
An abnormality prediction system using a sensor transmission/reception module including an IoT laser water level meter, comprising a step 3-15 of determining the artificial disaster type corresponding to the value extracted in the step 3-14 as the artificial disaster type of the monitoring target.
청구항 5에 있어서,
상기 인위 재난 유형의 제 1, 2, 3신호의 가중치는
화재인 경우 10, 90, 10이고, 오염인 경우 20, 30, 20이고, 손상은 30, 20, 30이고, 파손은 40, 20, 40, 붕괴는 50, 30, 50인 것;을 특징으로 하는, IoT 레이저 수위계를 포함한 센서 송수신 모듈을 이용한 이상 징후 예측 시스템.
















In claim 5,
The weights of the first, second and third signals of the above artificial disaster types are
An abnormality prediction system using a sensor transmission/reception module including an IoT laser water level meter, characterized in that in case of fire, it is 10, 90, 10; in case of contamination, it is 20, 30, 20; in case of damage, it is 30, 20, 30; in case of destruction, it is 40, 20, 40; and in case of collapse, it is 50, 30, 50;
















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