[국내논문]지하수 모니터링을 위한 GeoSensor 기반의 이동식 보조관측망 프로토타입 시스템 및 사용자 인터페이스 구현 Implementation of User Interface and GeoSensor based Traveling Type Sub-Observation Prototype System for Monitoring of Groundwater원문보기
지표수에 비해 지하수 자원은 비교적 오염률이 낮은 편이지만 관리의 미흡으로 인한 복구의 어려움이 매우 크다. 국가에서는 지하수 보조관측망을 이용하여 지하수 자원을 효율적으로 관리 및 모니터링한다. 본 논문에서는 지하수 자원 관리의 업무 효율성 증대와 실시간 모니터링을 위해 수온, 수위, 전기전도도(E.C.) 등의 무선 센서 노드와 GPS(Global Positioning System)가 내장된 이동식 보조관측망 프로토타입 시스템과 지하수 정보 사용자 GUI(Graphic User Interface)로 이루어진 GeoSensor 기반의 지하수 무선 자동측정시스템을 제안한다. 제안하는 시스템은 자체 전력을 위해 태양광을 이용하고 있으며, 무선 센서 노드로부터 수집된 다양한 지하수 정보는 CDMA(Code Division Multiple Access) 모듈을 이용하여 무선 송수신한다. 아울러 사용자의 편의성을 도모하기 위해 사용자 GUI는 GIS(Geographic Information System) 맵에 수집된 지하수 정보를 가시화 한다. 제안한 시스템의 성능평가를 위해 제작된 보조관측망을 통해 수집된 센싱 정보를 이용하여 수행하였으며, 타 연구와의 정성평가를 제안하는 시스템의 우수성을 입증하였다.
지표수에 비해 지하수 자원은 비교적 오염률이 낮은 편이지만 관리의 미흡으로 인한 복구의 어려움이 매우 크다. 국가에서는 지하수 보조관측망을 이용하여 지하수 자원을 효율적으로 관리 및 모니터링한다. 본 논문에서는 지하수 자원 관리의 업무 효율성 증대와 실시간 모니터링을 위해 수온, 수위, 전기전도도(E.C.) 등의 무선 센서 노드와 GPS(Global Positioning System)가 내장된 이동식 보조관측망 프로토타입 시스템과 지하수 정보 사용자 GUI(Graphic User Interface)로 이루어진 GeoSensor 기반의 지하수 무선 자동측정시스템을 제안한다. 제안하는 시스템은 자체 전력을 위해 태양광을 이용하고 있으며, 무선 센서 노드로부터 수집된 다양한 지하수 정보는 CDMA(Code Division Multiple Access) 모듈을 이용하여 무선 송수신한다. 아울러 사용자의 편의성을 도모하기 위해 사용자 GUI는 GIS(Geographic Information System) 맵에 수집된 지하수 정보를 가시화 한다. 제안한 시스템의 성능평가를 위해 제작된 보조관측망을 통해 수집된 센싱 정보를 이용하여 수행하였으며, 타 연구와의 정성평가를 제안하는 시스템의 우수성을 입증하였다.
Although underground water resource has relatively less pollution rate compared with surface water, its recovery faces many difficulties due to poor management. Our country monitors underground water to manage it effectively through auxiliary observation network for underground water. In this paper,...
Although underground water resource has relatively less pollution rate compared with surface water, its recovery faces many difficulties due to poor management. Our country monitors underground water to manage it effectively through auxiliary observation network for underground water. In this paper, we suggest water-well auto measure system based on Geosensor for business efficiency increase of water-well management and realtime monitering. In this system is consist of user GUI(Graphic User Interface) composed with water-well information and movement sub-observation network prototype system composed with GPS(Global Positioning System) and wireless sensor node such as water temperature, water level, electrical conductivity. In this system is using the light of the sun for self-power, variety water-well information collected wireless sensor node was a wireless transmitting/receiving a using CDMA(Code Division Multiple Access) module. Also, for promote with user ease, user GUI express that water-well collected in GIS(Geographic Information System) map. For performance evaluation of the proposed system, we perform experiment using sensing information through designed sub-observation network. And we was proved superiority of the proposed system through qualitative evaluation with other paper.
Although underground water resource has relatively less pollution rate compared with surface water, its recovery faces many difficulties due to poor management. Our country monitors underground water to manage it effectively through auxiliary observation network for underground water. In this paper, we suggest water-well auto measure system based on Geosensor for business efficiency increase of water-well management and realtime monitering. In this system is consist of user GUI(Graphic User Interface) composed with water-well information and movement sub-observation network prototype system composed with GPS(Global Positioning System) and wireless sensor node such as water temperature, water level, electrical conductivity. In this system is using the light of the sun for self-power, variety water-well information collected wireless sensor node was a wireless transmitting/receiving a using CDMA(Code Division Multiple Access) module. Also, for promote with user ease, user GUI express that water-well collected in GIS(Geographic Information System) map. For performance evaluation of the proposed system, we perform experiment using sensing information through designed sub-observation network. And we was proved superiority of the proposed system through qualitative evaluation with other paper.
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문제 정의
본 논문에서는 지하수 자원 관리의 업무 효율성 증대와 실시간 모니터링을 위해 수온, 수위, 전기전도도(E.C.) 등의 무선 센서 노드와 GPS가 내장된 이동식 보조관측망 프로토 타입 시스템과 지하수 정보 사용자 GUI로 이루어진 GeoSensor 기반의 지하수 무선 자동측정시스템을 제안한다. 제안하는 시스템은 관정에 설치되는 보조관측망을 이동식 보조관측망의 개발하여 기존의 관정에 설치함으로써 개공부터 폐공까지 활용하고 다른 관정에 재사용할 수 있다.
본 논문에서는 지하수 자원 관리의 업무 효율성 증대와 실시간 모니터링을 위해 수온, 수위, 전기전도도(E.C.) 등의 무선 센서 노드와 GPS가 내장된 이동식 보조관측망 프로토 타입 시스템과 지하수 정보 사용자 GUI로 이루어진 GeoSensor 기반의 지하수 무선 자동측정시스템을 제안하였다. 제안하는 시스템은 자체 전력을 위해 태양광을 이용하고 있으며, 무선 센서 노드로부터 수집된 다양한 지하수 정보는 CDMA 모듈을 이용하여 무선 송수신할 수 있다.
제안 방법
그리고 토양·지하수 오염원 정보 조회를 제공하고, GIS지리정보로 측정망 위치를 조회할 수 있도록 제안하였다.
국가 지하수 정보센터에서는 지하수 자원을 관리하기 위한 다양한 서비스를 제공하고 있으며, 국토해양부가 지하수 자원 정보화 및 일반인에게 지하수 관련 다양한 정보를 제공하기 위해 개발하였다. 아울러 지하수와 관련된 각종 조사, 관측 자료와 지하수 보전 및 관리에 필요한 자료를 효율적으로 수집 하여 지하수 정보체계를 구축 운영하였다. 또한 국내외 지하수 관련 법령, 정책, 소식, 전문자료를 제공하고 있다.
[12]의 연구는 환경부와 국립환경과학원에서 개발 및 운영하는 토양지하수 정보시스템이다. 토양지하수정보의 전산화를 통한 체계적 정보관리 체계구축, 지하수 관련 업무의 효율성을 증진시키기 위한 요구사항을 인식하고 토양과 지하수의 오염 통합 관리를 위한 연계분석시스템을 지향하였다. 그리고 토양·지하수 오염원 정보 조회를 제공하고, GIS지리정보로 측정망 위치를 조회할 수 있도록 제안하였다.
제안하는 시스템은 그림 1과 같이 GIS데이터의 구축 및 센싱 데이터 획득 모듈 , 관정관리 시스템 서버, 관정 관리 서비스의 세 요소로 구성된다. 관정관리를 위한 GIS데이터는 GIS의 구조화를 통하여 지리정보 데이터를 도형화 하여 속성별 레이어를 나누어 저장한다.
이 과정에서는 실제로 수집된 인공위성 이 과정에서는 실제로 수집된 인공위성 사진, 실측도, 지도 자료를 필요로 한다. 수집된 자료로 도면을 도로, 철도, 하천, 건물 등 지리속성에 따라 점, 선, 면 원으로 각각 실제크기를 축소시켜 파일로 데이터를 작성한다. 그리고 저장된 지리 데이터에 텍스트로 속성 정보를 입력하여 지리에 해당하는 속성 데이터를 동일한 이름의 파일로 저장시켜 필요한 레이어를 선택하여 불러올 수 있도록 한다.
그리고 저장된 지리 데이터에 텍스트로 속성 정보를 입력하여 지리에 해당하는 속성 데이터를 동일한 이름의 파일로 저장시켜 필요한 레이어를 선택하여 불러올 수 있도록 한다. 관정의 센싱 데이터 획득 모듈은 지하수 계측 하드웨어 모듈을 이용해 관정이 설치된 곳에 센서를 이용하여 계측한 뒤 이 데이터 값을 CDMA 무선통신 모듈을 통해 수온, 수심, 전기전도도(E.C.) 데이터를 관정마다의 부여된 주소 값과 함께 서버로 전송한다. 관정 관리 서버는 지하수 계측 하드웨어 모듈에서 수집 및 전송된 데이터를 실시간을 받아 데이터를 파싱하여 데이터베이스 스키마에 맞게 데이터베이스화 하는 작업을 수행한다.
그림 2의 이동식 보조관측망 프로토타입의 구조도는 개공 및 폐공을 관리하기 위해 u-GIS 기반의 GeoSensor를 지원하도록 구성하고 있다. 관정의 형태 및 폐공 후 재사용성을 위해 이동식 패널을 사용하여 시스템의 효율성을 높이도록 설계한다. 이동식 보조관측망은 관정에 설치된 보조관측망에서 지하수의 정보를 실시간으로 수집하여 전송하는 역할을 한다.
) 등과 같은 센서값을 얻어 전송한다. 처리된 데이터를 원격지의 서버로 전송하기 위해 RS-232모듈을 이용하여 무선통신 CDMA모듈(RCU890)에 데이터를 전송하여 준다. CDMA모듈에서는 TCP프로토콜을 이용하여 원격지의 TCP소켓서버에 수신을 한다.
제안하는 이동식 보조관측망에서는 서버에 접속요청을 하여 데이터를 전송한다. 전송된 데이터가 전송 시점에 서버가 데이터를 수신 받아 저장하도록 해야 한다.
그림 6은 GIS 구조화 설계 작업하는 과정이다. 지형도, 실측지도, 인공위성 사진 등을 이용하여 Autodesk Map툴을 이용하여 지형도를 point, arc, line의 모양을 이용하여 제작한 뒤 dxf파일을 생성한다. 생성된 dxf파일을 ArcView에서 읽어 들여 데이터베이스 속성정보인 .
여기에 관리 사용자를 위한 WELL_USER 테이블은 N 대 1관계를 가지고 있어 사용자의 다중 접속이 가능하다. GIS지리데이터를 위한 CONTOUR 테이블과 N 대 1관계를 가지고 있어 레이어별 속성정보를 가진 3개의 테이블을 통해 레이어별 지리정보를 보여 지게 하였다. 그리고 시군구 지하수 행정 처리인 두레박시스템에 정보를 공유할 수 있도록 DUREBAK 테이블에 1대 N관계로 정보를 저장한다.
GIS지리데이터를 위한 CONTOUR 테이블과 N 대 1관계를 가지고 있어 레이어별 속성정보를 가진 3개의 테이블을 통해 레이어별 지리정보를 보여 지게 하였다. 그리고 시군구 지하수 행정 처리인 두레박시스템에 정보를 공유할 수 있도록 DUREBAK 테이블에 1대 N관계로 정보를 저장한다. WELL_INFO 테이블에는 보조관측망이 설치된 관정의 시공 및 폐공 그리고 지하수 이용자와 관정 소유자, 용도 및 배수능력 등의 이력정보를 가지고 있다.
그림 11은 서버의 데이터 처리 모듈이다. 무선통신 모듈에서 수집된 데이터를 서버 측에서 수신 받아 수온(Temp), 수심(Level), 전기전도도(E.C.), 충전 배터리 잔여량 등의 데이터를 분석한다. 분석된 데이터를 각각의 속성에 따라 문자열을 파싱하여 수치상으로 나타내고 데이터베이스에 저장한다.
기존 연구와의 정량적인 성능평가가 쉽지 않아 본 논문에서는 자체적으로 정량 평가를 수행한다. 이를 위해 이동형 보조관측망에서 측정된 지하수 계측 센서에서 수집된 데이터를 제어보드에서 서버로 전송한 약 1000건의 데이터를 이용하여 분석한다.
) 등의 무선 센서 노드와 GPS가 내장된 이동식 보조관측망 프로토 타입 시스템과 지하수 정보 사용자 GUI로 이루어진 GeoSensor 기반의 지하수 무선 자동측정시스템을 제안하였다. 제안하는 시스템은 자체 전력을 위해 태양광을 이용하고 있으며, 무선 센서 노드로부터 수집된 다양한 지하수 정보는 CDMA 모듈을 이용하여 무선 송수신할 수 있다. 아울러 사용자의 편의성을 도모하기 위해 사용자 GUI는 GIS 맵에 수집된 지하수 정보를 가시화하였다.
제안하는 시스템은 자체 전력을 위해 태양광을 이용하고 있으며, 무선 센서 노드로부터 수집된 다양한 지하수 정보는 CDMA 모듈을 이용하여 무선 송수신할 수 있다. 아울러 사용자의 편의성을 도모하기 위해 사용자 GUI는 GIS 맵에 수집된 지하수 정보를 가시화하였다. 제안한 시스템의 성능평가를 위해 제작된 보조관측망을 통해 수집된 센싱 정보를 이용하여 수행하였으며, 타 연구와의 정성평가를 제안하는 시스템의 우수성을 입증하였다.
대상 데이터
본 논문에서 제안하는 시스템에 사용되는 데이터베이스는 총 15개의 테이블로 구성되어 있다. 그림 7은 시스템 데이터베이스 스키마이다.
제안하는 시스템의 구현 및 성능평가 환경은 Windows XP Pro(SP3)에서 구동하였으며, MS Visual C++ 2005(MFC) 개발 툴을 이용하였다. GIS 구축을 위해서는 Autodesk Map 2004와 GeoMania Easy Map을 사용하였으며, Oracle 10g DBMS을 사용하고 있다.
)의 정보를 약 7~8초마다 한번 씩 무선통신으로 서버 측에 전송한다. 제어보드와 RS-232통신을 하는 CDMA 무선전송 모듈은 12V의 전원을 배터리에서 상시로 공급받는다. 전원이 중단될 시에는 CDMA모듈 내부에 있는 보조 충전지를 통해 하드웨어 모듈의 이상을 알리도록 설계되어 있다.
기존 연구와의 정량적인 성능평가가 쉽지 않아 본 논문에서는 자체적으로 정량 평가를 수행한다. 이를 위해 이동형 보조관측망에서 측정된 지하수 계측 센서에서 수집된 데이터를 제어보드에서 서버로 전송한 약 1000건의 데이터를 이용하여 분석한다. 성능 평가 환경은 13:00시~17:00시에 전지의 방전상태에서 수심 70cm의 수조로 일정량의 물을 받아놓은 가상의 관정을 구축한다.
성능/효과
아울러 사용자의 편의성을 도모하기 위해 사용자 GUI는 GIS 맵에 수집된 지하수 정보를 가시화하였다. 제안한 시스템의 성능평가를 위해 제작된 보조관측망을 통해 수집된 센싱 정보를 이용하여 수행하였으며, 타 연구와의 정성평가를 제안하는 시스템의 우수성을 입증하였다. 또한 이동성을 지원하는 GeoSensor 보조관측망은 보조관측망의 유지 보수비용을 감축시키는 효과를 기대할 수 있을 것으로 사료된다.
[11]의 연구에서는 한국 농어촌 공사에서 생성되는 지하수 주제도정보, 시설정보, 관측정보를 기반으로 온라인 서비스를 제공하는 시스템을 개발하였다. 농촌지역 지하수의 기존 자료 수집, 이용현황, 수질 및 수리현황조사와 기타 세부조사를 실시하여 지하수를 최적 관리할 수 있는 시스템을 구축함으로써 지하수 관리대책 방안을 강구하였고 지하수 모니터링으로 지속적 감시 관리를 하여 농촌지역 지하수의 난개발과 수질 오염을 사전 예방하는 방안도 모색되었다.
후속연구
) 등의 무선 센서 노드와 GPS가 내장된 이동식 보조관측망 프로토 타입 시스템과 지하수 정보 사용자 GUI로 이루어진 GeoSensor 기반의 지하수 무선 자동측정시스템을 제안한다. 제안하는 시스템은 관정에 설치되는 보조관측망을 이동식 보조관측망의 개발하여 기존의 관정에 설치함으로써 개공부터 폐공까지 활용하고 다른 관정에 재사용할 수 있다. 아울러 불법 시공된 관정에 이동식 보조관측망을 설치하여 쉽게 관리할 수 있다.
제안한 시스템의 성능평가를 위해 제작된 보조관측망을 통해 수집된 센싱 정보를 이용하여 수행하였으며, 타 연구와의 정성평가를 제안하는 시스템의 우수성을 입증하였다. 또한 이동성을 지원하는 GeoSensor 보조관측망은 보조관측망의 유지 보수비용을 감축시키는 효과를 기대할 수 있을 것으로 사료된다.
향후 연구로는 제안된 시스템의 사용자 접근성을 향상시키기 위해 모바일 기반의 스마트폰용 사용자 인터페이스를 구현하는 것이며, 또한 그리드 컴퓨팅 환경에서 구동되어 다양한 업무 효율성을 제고시킬 수 있도록 시스템을 확장하는 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
지하수 오염요인으로 무엇이 있는가?
이는 지하수의 수량 및 수질 변화로 오염의 원인을 파악하기도 한다. 오염요인으로는 최근 구제역 발생으로 인한 가축 매몰지에서의 침출수 유출, 농약의 다량 사용, 관정의 불법 굴착 및 폐공으로 인한 중금속 물질 유입 등이 있다. 관정은 지하수를 사용하기위해 지하수 암반층까지 굴착되어 끌어올리게 된다.
국가 지하수 정보센터를 개발한 이유는 무엇인가?
[10]의 연구에서는 지하수 관측망의 관측 자료를 통합 관리하는 국가 지하수 정보센터(National Groundwater Information Management and Service Center ,GIMS)를 구축하였다. 국가 지하수 정보센터에서는 지하수 자원을 관리하기 위한 다양한 서비스를 제공하고 있으며, 국토해양부가 지하수 자원 정보화 및 일반인에게 지하수 관련 다양한 정보를 제공하기 위해 개발하였다. 아울러 지하수와 관련된 각종 조사, 관측 자료와 지하수 보전 및 관리에 필요한 자료를 효율적으로 수집 하여 지하수 정보체계를 구축 운영하였다.
지하수 보조관측망으로 파악할 수 있는 것은 무엇이 있는가?
지하수 보조관측망은 주요 관측 대상지점에 관측정을 설치하여 지하수심 특성자료를 취득한다. 이는 지하수의 수량 및 수질 변화로 오염의 원인을 파악하기도 한다. 오염요인으로는 최근 구제역 발생으로 인한 가축 매몰지에서의 침출수 유출, 농약의 다량 사용, 관정의 불법 굴착 및 폐공으로 인한 중금속 물질 유입 등이 있다.
참고문헌 (12)
V. Olaru, O. Ivan, "Integrated System for Underground Water Management", Automation Quality and Testing Robotics IEEE International Conference, pp. 1-5, 2010.
Skolubovich, Yu.L., Voitov, Ye.L, Skolubovich, A.Yu, "Solution to the problem of production of drink ing water from underground sources of ecologically unfavourable regions" Strategic Technology International Forum, pp. 315-317, 2007.
J. C. Kim, K. C. Choi, "u-GIS National Land Information Providing System", Korea Spatial Information System Society Journals, Vol. 11 No. 1, pp. 1-8, 2009.
S. M. Lee, J. M. Seo, "A Research of Spatial Metadata Model for Underground water Management System", Journal of the Korea Society of Computer and Information, Vol. 12, No. 4, pp. 229-237, 2007.
Wu-nian Yang, Min Zhang, Feng Liang, Xiaoxia Yang, "Deformation Prediction and 3D Visualization Model for Rock Mass of High Underground Water Mining Area", Advanced Computer Theory and Engineering 3rd International Conference, pp. 412-416, 2010.
Wang Wei-guang, "Spatial Informations of Underground Water Level Based on Applied Geostatistics", Wireless Communications, Networking and Mobile Computing International Conference on, pp. 5939-5942, 2007.
Daniele Trinchero, Riccardo Stefanelli, Luca Cisoni, Abdullah Kadri, Adnan Abu-Dayya, Mazen Hasna, Tamer Khattab, "Innovative Ad-hoc Wireless Sensor Networks to Significantly Reduce Leakages in Underground Water Infrastructures", Kaleidoscope: Beyond the Internet? - Innovations for Future Networks and Services 2010 ITU-T, pp. 1-4, 2011.
Damien Dhont, Alain Doumit and Janine Somma, Pascal Luxey, "3-D Geologic Modeling from Remote Surface Information: Application to Underground Water Resources in Lebanon", Geoscience and Remote Sensing Symposium, pp. 2172-2174, 2005.
Peter Folger, "Geospatial Information and Geographic Information Systems (GIS): Current Issues and Future Challenges", Peter Folger Specialist in Energy and Natural Resources Policy, pp. 1-26, 2009.
National Groundwater Information Management and Service Center, "http://www.gims.go.kr/"
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