KR100467197B1 - Method and computer-readable medium for analyzing the network of drinking water - Google Patents
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Abstract
본 발명은 상수도 관망해석 방법에 관한 것으로서, (a) 기저장되어 있는 소정지역의 도시계획도 및 배수구역도 정보를중첩 분석을 통해 배수영향권 내 용도지역별 배수면적을 산정하는 단계; (b) 소정지역의 환경변수를 수신하는 단계; (c) 상기 배수영향권 내 용도지역별 배수면적 및 환경변수를 이용하여 배수구역별 최대급수량을 산정하는 단계; (d) 각 절점의 유입량 및 유출량을 수신하는 단계; (e) 각 절점의 유입량 및 유출량이 동일한지 여부를 판단하여, 동일한 경우, 각 관로의 가정유량(Q n )을 배분하는 단계; (f) 각 관로별 손실수두(h n )를 계산하는 단계; (g) 각 관로별 손실수두(h n ) 값을 합산함으로써 손실수두의 합을 계산하는 단계; (h) 손실수두의 합을 이용하여 보정유량을 계산하는 단계; (i) 손실수두의 합이 0 인지 여부를 판단하여, 0 인 경우, 각 관로의 실제유량(Q r ) 및 손실수두(h r )를 결정하는단계; 및 (j) 손실수두의 합이 0 인지 여부를 판단하여, 0 이 아닌 경우, 가정유량값(Q n+1 )을 가정유량값(Q n )에 보정유량의 값을 더한 값으로 배분한 후, (f) 단계로 리턴하는 단계; 를 포함한다.The present invention relates to a water supply pipe network analysis method comprising the steps of: (a) calculating the drainage area for each area of use within the region of drainage impact through overlapping analysis of preplanned urban planning and drainage area map information; (b) receiving an environment variable of a predetermined area; (c) calculating a maximum water supply amount for each drainage area by using the drainage area and environmental variables for each use area in the drainage area; (d) receiving inflow and outflow of each node; (e) determining whether the inflows and outflows of each node are the same, and if so, allocating the home flow Q n of each conduit; (f) calculating the loss head h n for each pipeline; (g) calculating the sum of the loss heads by summing the loss head h n values for each pipeline; (h) calculating a correction flow rate using the sum of the heads of the heads; (i) determining whether the sum of the heads is zero and determining the actual flow rate (Q r) and the head of loss (h r) of each conduit if it is zero; And (j) determining whether or not the sum of the heads is zero, and if it is not 0, allocate the home flow value Q n + 1 to the home flow value Q n plus the correction flow value. returning to step (f); It includes.
Description
본 발명은 지아이에스를 이용한 상수도 관망해석 방법 및 이를 실행하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 지리정보시스템(Geographic Information System; 이하, GIS라 함)를 이용하여 상수관의 유량 및 손실수두를 효율적으로 분석함으로써 상수관의 확장, 신설, 및 유지보수시 효과적인 의사결정을 지원할 수 있는 지아이에스를 이용한 상수도 관망해석 방법 및 이를 실행하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 관한 것이다.The present invention relates to a method for analyzing a water supply network using GIS and a computer-readable recording medium recording a program for executing the same, and more particularly, to use a geographic information system (hereinafter referred to as a GIS). By analyzing the flow and loss head of the water supply pipe, and using GIS to analyze the water supply pipe network analysis method and the program for executing it, which can support effective decision making in expansion, new construction and maintenance of the water supply pipe. The present invention relates to a recording medium which can be used.
종래에 개발된 상용 상수도 관망해석과 관련된 소프트웨어는 외국에서 개발된 KYPIPE와 EPANET 등이 있다.The conventional software related to the analysis of commercial water supply network includes KYPIPE and EPANET developed in foreign countries.
상기 KYPIPE는 관로시스템의 정상류에 대한 유량 및 수압계산을 위한 소프트웨어로서 1980년 미국 Kentucky대학의 Don J. Wood에 의하여 개발되었다.The KYPIPE was developed by Don J. Wood of Kentucky University in the United States in 1980 as software for the calculation of flow and pressure for the steady flow of pipeline systems.
상기 KYPIPE 관로시스템은 초기 유량값을 가정하지 않으며, 각 관로에 대한 절점유량방정식과 에너지방정식의 선형화기법이 이용되는 바, 전체 관망에 대한 행렬식을 가지고 가우스소거법을 이용하여 선형연립방정식을 해석하여 전체관로의 유량과 수두를 계산한다.The KYPIPE pipeline system does not assume the initial flow rate, and the nodal flow equation and energy equation linearization technique are used for each pipeline. Calculate the flow and head of the pipeline.
상기 KYPIPE의 세부적인 특징은 저수조, 펌프, 밸브 등의 관로 부속물을 고려한 모든 형태의 관망을 해석할 수 있으며, 결과에 대한 수렴성이 양호하다. 또한 향후 수요량의 변화에 따른 배수지의 수위변화를 예측할 수 있도록 확장된 주기 시뮬레이션(Extended Period Simulation)기능을 가지고 있으며 CFS, GPM, MGD, Sl unit의 유량 단위를 선택하여 사용할 수 있다. KYPIPE 1.0은 소스코드가 제공되며 개발 언어는 FORTRAN과 BASIC으로 작성되었다.Detailed features of the KYPIPE can analyze all types of pipe networks considering pipe fittings such as reservoirs, pumps, valves, etc., and the convergence of the results is good. In addition, it has an extended period simulation function to predict the water level change of the basin according to the demand change in the future, and it is possible to select and use the flow unit of CFS, GPM, MGD, and Sl unit. KYPIPE 1.0 is provided with source code and development languages are written in FORTRAN and BASIC.
그리고, EPANET은 미국 환경청(EPA, Environmental Protection Agency)Drink Water Research Division에서 개발되었다.EPANET was also developed by the US Environmental Protection Agency (EPA) Drink Water Research Division.
상기 EPANET은 상기 KYPTPE모형을 기본으로 하여 관망의 물리적 특성인 관경, 관길이, 조도계수, 용수사용량을 이용한 절점별, 시간별 수리적 특성인 유량과 압력을 계산한다. 계산된 수리학적 조건을 가지고 수질 변화에 대한 시뮬레이션을 실시한다.Based on the KYPTPE model, the EPANET calculates the flow rate and pressure, which are hydraulic characteristics for each node and time, using the pipe diameter, pipe length, roughness coefficient, and water consumption. Simulation of water quality changes is carried out with the calculated hydraulic conditions.
수리해석은 KYPIPE와 같으며 수질변화를 시뮬레이션하기 위하여 수질예측 함수식의 매개변수를 구하고, 이를 이용한 대상 관로의 말단지점에서 오염물 농도를 추적할 수 있다.The hydraulic analysis is the same as KYPIPE, and the parameters of the water quality prediction function can be obtained to simulate changes in water quality, and the pollutant concentration can be tracked at the end of the pipeline.
그러나, 상기 상수도 관망해석 소프트웨어들은 국내 현실에 부적합하여 정확한 데이터 결과값을 얻기가 어렵고, 구입가격이 대부분 상당히 고가라는 문제점이 있었다.However, the water supply network analysis software is not suitable for domestic realities, so it is difficult to obtain accurate data results, and the purchase price is mostly quite expensive.
또한, 현재 도시정보시스템(Urban Information System: 이하, UIS라 함)의 일환으로 다수의 지방자치단체에서는 상수도 관련 활용시스템을 구축하였으나, 단순한 관망관리와 대장관리기능만을 지원할 뿐, 고난이도의 관망해석 기능은 제공하지 못하고 있을 뿐만 아니라 시스템 개발 당시 관망해석 기능에 대하여 지방자치단체별로 중복개발이 불가피하며, 재사용성 또한 기대하기가 어렵다는 문제점이 있었다.In addition, as a part of the Urban Information System (hereinafter referred to as UIS), many local governments have established water supply-related systems, but they only support simple network management and account management functions, and have high difficulty network analysis functions. Not only could not be provided, but it was inevitable that local governments would have to duplicate the development of the network analysis function at the time of system development, and it would be difficult to expect reusability.
본 발명의 목적은, 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 구입가격이 저가로서 국내 현실에 적합하여 정확한 데이터 결과값을 도출할 수 있으며, 컴포넌트 기술을 활용함으로써 상수도 관망해석 기능에 대한 중복투자를 방지할 수 있는 지아이에스를 이용한 상수도 관망해석 방법 및 이를 실행하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공함에 있다.An object of the present invention is to solve the above problems, the purchase price is low and suitable for the domestic realities, it is possible to derive accurate data result value, and by using the component technology to prevent duplicate investment in the water supply network analysis function The present invention provides a method for analyzing a water supply network using GIS, and a computer-readable recording medium recording a program for executing the same.
도 1 은 본 발명의 일실시예에 따른 상수도 관망해석 시스템의 블록도.1 is a block diagram of a water supply network analysis system according to an embodiment of the present invention.
도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 상수도 관망해석 적용기술에 관한 블록도.2 is a block diagram of a technology for applying water supply network analysis according to an embodiment of the present invention.
도 3 은 본 발명의 일실시예에 따른 상수도 관망해석 방법에 관한 흐름도.3 is a flow chart related to the water supply pipe network analysis method according to an embodiment of the present invention.
도 4 는 본 발명의 일실시예에 따른 추상설계의 각 다이어그램간의 모델링 진행도.Figure 4 is a modeling progress diagram between each diagram of the abstract design according to an embodiment of the present invention.
도 5 는 본 발명의 일실시예에 따른 상수도 관망해석 업무담당 공무원, Use Case 및 이들의 관계를 나타내는 관계도.Figure 5 is a relationship diagram showing a public official in charge of water supply pipe network analysis, Use Case and their relationship according to an embodiment of the present invention.
도 6 은 본 발명의 일실시예에 따른 상수도 관망해석을 위한 시퀀스(Sequence) 다이어그램의 일예시도.6 is an exemplary diagram of a sequence diagram for water supply network analysis according to an embodiment of the present invention.
도 7 은 본 발명의 일실시예에 따른 상수도 관망해석을 위한 클래스(Class) 다이어그램의 일예시도.7 is an exemplary diagram of a class diagram for water supply network analysis according to an embodiment of the present invention.
도 8 은 본 발명의 일실시예에 따른 상수도 관망해석을 위한 액티버티(Activity) 다이어그램의 일예시도.8 is an exemplary diagram of an activity diagram for water supply network analysis according to an embodiment of the present invention.
도 9 는 본 발명의 일실시예에 따른 상수도 관망해석을 위한 컴포넌트(Component) 다이어그램의 일예시도.9 is an exemplary diagram of a component diagram for water supply network analysis according to an embodiment of the present invention.
도 10 은 본 발명의 일실시예에 따른 Class 다이어그램의 세부 클래스도.10 is a detailed class diagram of a Class diagram according to an embodiment of the present invention.
도 11 은 본 발명의 일실시예에 따른 최상위 CWater 클래스에서 생성된 상수도 관망해석 객체들의 객체도.FIG. 11 is an object diagram of waterworks pipe network analysis objects created in a top-level CWater class according to one embodiment of the present invention. FIG.
도 12 는 본 발명의 일실시예에 따른 상수도 관망해석 컴포넌트 인터페이스도.12 is a water supply pipe network analysis component interface diagram according to an embodiment of the present invention.
도 13 은 본 발명의 일실시예에 따른 초기유량분배를 위한 클래스 구조도.13 is a class structure diagram for the initial flow distribution in accordance with an embodiment of the present invention.
도 14 는 본 발명의 일실시예에 따른 상수도 관망해석을 위한 환경변수를 설정하는 기능을 보여주는 화면의 일예시도.14 is an exemplary view of a screen showing a function of setting an environment variable for water supply network analysis according to an embodiment of the present invention.
도 15 는 본 발명의 일실시예에 따른 상수도 관망해석의 초기유량 분배, 유량 및 손실수두 산정, 유속 산정을 수행하는 화면의 일예시도.15 is an exemplary view of a screen for performing initial flow rate distribution, flow rate and head loss calculation, and flow rate calculation of a water supply network analysis according to an embodiment of the present invention.
도 16 은 본 발명의 일실시예에 따른 개별조회를 하기 위한 화면의 일예시도.16 is an exemplary view of a screen for individual query according to an embodiment of the present invention.
도 17 은 본 발명의 일실시예에 따른 전체리스트 조회를 위한 화면의 일예시도.17 is an exemplary view of a screen for querying a full list according to an embodiment of the present invention.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 상수도 관망해석 방법에 관한 것으로서, (a) 중앙처리장치가 기저장되어 있는 소정지역의 도시계획도 및 배수구역도 정보를 중첩 분석을 통해 배수영향권 내 용도지역별 배수면적을 산정하는 단계; (b) 상기 중앙처리장치가 상기 소정지역의 인구밀도, 시간부하율 및 1인1일 최대급수량에 관한 정보를 포함하는 환경변수를 수신하는 단계; (c) 상기 중앙처리장치가 상기 배수영향권 내 용도지역별 배수면적 및 상기 환경변수를 이용하여 배수구역별 최대급수량을 산정하는 단계; (d) 상기 중앙처리장치가 각 절점의 유입량 및 유출량을 수신하는 단계; (e) 상기 중앙처리장치가 상기 각 절점의 유입량 및 유출량이 동일한지 여부를 판단하여, 동일한 경우, 상기 중앙처리장치가 각 관로의 가정유량(Q n )을 배분하는 단계; (f) 상기 중앙처리장치가 각 관로별 손실수두(h n )를 계산하는 단계; (g) 상기 중앙처리장치가 상기 각 관로별 손실수두(h n ) 값을 합산함으로써 손실수두의 합을 계산하는 단계; (h) 상기 중앙처리장치가 상기 손실수두의 합을 이용하여 보정유량을 계산하는 단계; (i) 상기 중앙처리장치가 상기 보정유량 의 값이 기설정된 임계치보다 작거나 또는 상기 손실수두의 합이 0 인지 여부를 판단하여, 보정유량의 값이 기설정된 임계치보다 작거나 또는 상기 손실수두의 합이 0 인 경우, 상기 중앙처리장치가 각 관로의 실제유량(Q r) 및 손실수두(h r )를 결정하는 단계; 및 (j) 상기 중앙처리장치가 상기 보정유량의 값이 기설정된 임계치보다 작거나또는 상기 손실수두의 합이 0 인지 여부를 판단하여(S20), 보정유량의 값이 기설정된 임계치보다 이상이거나 또는 상기 손실수두의 합이 0 이 아닌 경우, 가정유량값(Q n+1 )을 상기 가정유량값(Q n )에 상기 보정유량의 값을 더한 값으로 배분한 후, 상기 (f) 단계로 리턴하는 단계; 를 포함한다.바람직하게는 상기 (c) 단계는, 상기 중앙처리장치가 상기 용도지역별 배수면적에 상기 인구밀도를 곱함으로서 배수구역별 급수인구를 산정하는 단계; 및 상기 중앙처리장치가 산정된 상기 배수구역별 급수인구에 1인당 시간 최대급수량을 곱하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.또한 바람직하게는 상기 실제유량(Q r ) 및 손실수두(h r ) 결정은 하디-크로스(Hardy-Cross) 방식에 의하여 결정하는 것을 특징으로 한다.한편, 상수도 관망해석을 위하여, (A) 중앙처리장치가 기저장되어 있는 소정지역의 도시계획도 및 배수구역도 정보를중첩 분석을 통해 배수영향권 내 용도지역별 배수면적을 산정하는 기능; (B) 상기 중앙처리장치가 상기 소정지역의인구밀도, 시간부하율 및 1인1일 최대급수량에 관한 정보를 포함하는 환경변수를 수신하는 기능; (C) 상기 중앙처리장치가 상기 배수영향권 내 용도지역별 배수면적 및 상 기 환경변수를 이용하여 배수구역별 최대급수량을 산정하는기능; (D) 상기 중앙처리장치가 각 절점의 유입량 및 유출량을 수신하는 기능; (E) 상기 중앙처리장치가 상기 각 절점의 유입량 및 유출량이 동일한지 여부를 판단하여, 동일한 경우, 상기 중앙처리장치가 각 관로의 가정유량(Q n )을 배분하는 기능; (F) 상기 중앙처리장치가 각 관로별 손실수두(h n )를 계산하는 기능; (G) 상기 중앙처리장치가 상기 각관로별 손실수두(h n ) 값을 합산함으로써 손실수두의 합을 계산하는 기능; (H) 상기 중앙처리장치가 상기 손실수두의 합을 이용하여 보정유량을 계산하는 기능; (I) 상기 중앙처리장치가 상기 보정유량의 값이 기설정된 임계치보다 작거나 또는 상기 손실수두의 합이 0 인지 여부를 판단하여, 보정유량의 값이 기설정된 임계치보다 작거나 또는 상기 손실수두의 합이 0 인 경우, 상기 중앙처리장치가 각 관로의 실제유량(Q r ) 및 손실수두(h r )를 결정하는 기능; 및 (J)상기 중앙처리장치가 상기 보정유량의 값이 기설정된 임계치보다 작거나 또는 상기 손실수두의 합이 0 인지 여부를판단하여, 보정유량의 값이 기설정된 임계치보다 이상이거나 또는 상기 손실수두의 합이 0 이 아닌 경우, 가정유량값(Q n+1 )을 상기 가정유량값(Q n )에 상기 보정유량의 값을 더한 값으로 배분한 후, 상기 (F) 기능으로 리턴하는 기능; 을 실행하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 포함한다.바람직하게는 상기 (C) 기능은, 상기 중앙처리장치가 상기 용도지역별 배수면적에 상기 인구밀도를 곱함으로서 배수구역별 급수인구를 산정하는 기능; 및 상 기 중앙처리장치가 산정된 상기 배수구역별 급수인구에 1인당 시간 최대급수량을 곱하는 기능; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 상수도 관망해석을 실행하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로읽을 수 있는 기록매체를 포함한다.이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.The present invention for achieving the above object, relates to a water supply network analysis method, (a) through the overlap analysis of the urban plan and drainage area information of a predetermined region where the central processing unit is pre-stored Calculating an area; (b) receiving, by the central processing unit, an environmental variable including information on a population density, a time load rate, and a daily maximum water supply of the predetermined area; (c) calculating, by the central processing unit, the maximum water supply for each drainage area by using the drainage area for each use area in the drainage area and the environment variable; (d) receiving, by the central processing unit, the inflow and outflow of each node; (e) determining, by the central processing unit, whether the inflows and outflows of the nodes are the same, and if the sames, the central processing unit distributes the home flow rate Q n of each conduit; (f) calculating, by the central processing unit, a loss head h n of each conduit; (g) calculating, by the central processing unit, the sum of the loss heads by summing the loss head h n values of the respective pipelines; (h) calculating, by the central processing unit, a correction flow rate using the sum of the heads of the heads; (i) the CPU determines whether the value of the correction flow rate is less than a preset threshold or the sum of the loss heads is zero, so that the value of the correction flow rate is less than the preset threshold or the If the sum is 0, determining, by the central processing unit, the actual flow rate (Q r) and the loss head (hr) of each conduit; And (j) the CPU determines whether the value of the correction flow rate is smaller than a preset threshold or the sum of the heads of the losses is 0 (S20), and the value of the correction flow rate is greater than or equal to the preset threshold. If the sum of the heads is not 0, the home flow value Q n + 1 is distributed as the home flow value Q n plus the value of the correction flow rate, and then the flow returns to step (f). Doing; Preferably, the step (c) comprises the steps of: calculating, by the central processing unit, the water supply population for each drainage zone by multiplying the population density by the drainage area for each usage area; And multiplying, by the central processing unit, the maximum water supply per hour to the water supply population for each drainage zone. In addition, preferably, the actual flow rate (Q r) and the head loss (hr) are determined by Hardy-Cross method. For this purpose, (A) the function of calculating the drainage area for each use area in the area of drainage impact through overlapping analysis of the city plan and drainage area information of the predetermined area where the central processing unit is pre-stored; (B) a function of receiving, by the central processing unit, an environment variable including information on a population density, a time load rate, and a daily maximum water supply of the predetermined area; (C) the central processing unit calculates the maximum amount of water supply for each drainage area by using the drainage area and usage environment variables for each use area in the drainage area; (D) the central processing unit to receive the inflow and outflow of each node; (E) the central processing unit determines whether the inflows and outflows of each node are the same, and if the sames, the central processing unit distributes the home flow Q n of each conduit; (F) the CPU calculates the loss head h n of each pipeline; (G) calculating, by the central processing unit, the sum of the loss heads by summing the loss head h n values for each pipe line; (H) a function for the CPU to calculate a correction flow rate using the sum of the heads of the heads; (I) the CPU determines whether the value of the correction flow rate is less than a preset threshold or the sum of the loss heads is 0, so that the value of the correction flow rate is smaller than the preset threshold or the value of the loss head. If the sum is 0, the CPU determines the actual flow rate Q r and the head loss hr of each conduit; And (J) the CPU determines whether the value of the correction flow rate is less than a preset threshold or the sum of the loss heads is 0, so that the value of the correction flow rate is greater than or equal to the preset threshold or the loss head. If the sum is not 0, distributing the home flow value Q n + 1 as the sum of the home flow value Q n and the value of the correction flow rate, and then returning to the function (F); And a computer-readable recording medium having recorded thereon a program for executing the program. Preferably, the function (C) is such that the central processing unit multiplies the drainage area by use area by multiplying the population density by the drainage area. Calculating function; And multiplying the water supply population for each drainage area by which the central processing unit is calculated by the maximum water supply time per person. A computer readable recording medium having recorded thereon a program for executing a pipe network analysis, characterized in that it comprises a. The present invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명이 적용되는 상수도 관망해석 시스템에 대하여 도 1 을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.The waterworks pipe network analysis system to which the present invention is applied will be described in detail with reference to FIG. 1 as follows.
도 1 은 본 발명의 일실시예에 따른 상수도 관망해석 시스템의 블록도이다.1 is a block diagram of a water supply network analysis system according to an embodiment of the present invention.
상기 도 1 에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 상수도 관망해석 시스템(100)은 중앙처리장치(110), 메모리 장치(120), 데이터 저장장치(130), 데이터 입력장치(140) 및 데이터 출력장치(150)를 포함한다.As shown in FIG. 1, the water supply network analysis system 100 according to an embodiment of the present invention includes a central processing unit 110, a memory device 120, a data storage device 130, and a data input device 140. And a data output device 150.
상기 중앙처리장치(110)는 본 발명에 따른 제어기능 및 연산기능을 수행하고, Pentium 급 이상의 사양임이 바람직하다.The central processing unit 110 performs a control function and a calculation function according to the present invention, it is preferable that the specification of Pentium or higher.
또한, 상기 메모리장치(120)는 본 발명에 따른 데이터를 일시적으로 저장하는 기능을 수행하고, 64Mb 이상의 사양임이 바람직하다.In addition, the memory device 120 performs a function of temporarily storing data according to the present invention, preferably 64Mb or more.
또한, 상기 데이터 입력장치(140)는 본 발명에 따른 각종 데이터를 입력하는 기능을 수행하고, 도면에 도시되지 않은 CD 롬, 마우스 및 키보드를 포함한다.In addition, the data input device 140 performs a function of inputting various data according to the present invention, and includes a CD ROM, a mouse, and a keyboard not shown in the drawing.
또한, 상기 데이터 출력장치(150)는 본 발명에 따른 데이터를 표시하는 기능을 수행하고, 도면에 도시되지 않은 모니터 및 프린터를 포함한다.In addition, the data output device 150 performs a function of displaying data according to the present invention, and includes a monitor and a printer not shown in the drawings.
그리고, 상기 데이터 저장장치(130)는 도시계획도 DB, 급수구역도 DB, 상수관망도 DB, 상수관속성 DB, 상수관부속시설 DB, 급수구역별유량 DB, 계수 DB 및 상수도 관망해석결과 DB 를 포함한다.In addition, the data storage device 130 is a city planning DB, water supply zone DB, water pipe network DB, water pipe properties DB, water pipe attachment facility DB, water supply zone flow rate DB, coefficient DB and water supply pipe network analysis results DB It includes.
상기 상수관 속성 DB 는 상수관 ID, 시작노드, 끝노드, 상수관용도, 관리기관, 개통상태, 관경, 길이, 재질, 최저깊이, 최고깊이, 접합종류, 최초설치일, 설치일자 및 시스템 사용에 관한 정보를 포함한다.The water pipe property DB is a water pipe ID, start node, end node, water pipe usage, management authority, opening state, diameter, length, material, minimum depth, maximum depth, type of joint, first installation date, installation date and system use Contains information about
상기 상수관부속시설 DB 는 부속시설 ID, 관리기관, 설치일자, 관경 및 시스템 사용에 관한 정보를 포함한다.The water pipe attachment DB includes information on an ID, a management institution, an installation date, a view, and a system use.
상기 급수구역별 유량 DB 는 급수구역 ID, 주거지역 면적, 상업지역 면적, 공업지역 면적, 주거지역 인구밀도, 상업지역 인구밀도, 공업지역 인구밀도, 시간부하율, 1인1일 최대급수량 및 1인당 시간 최대급수량에 관한 정보를 포함한다.The flow rate DB for each water supply zone includes water supply zone ID, residential area, commercial area, industrial area, residential area population density, commercial area population density, industrial area population density, hourly load rate, maximum daily water supply per person, and per person. Contains information about the maximum amount of water to be served.
상기 계수 DB 는 본 발명의 일실시예에 따른 상수도 관망해석에 필요한 관종에 따른 유속계수값, 관경과 년수에 따른 유속계수값, 관의 재료에 따른 Manning의 조도계수값에 관한 정보를 포함한다.The coefficient DB includes information on the flow rate coefficient value according to the type of pipe required for the water supply network analysis, the flow rate coefficient value according to the diameter and the number of years, and Manning's roughness coefficient value according to the material of the pipe according to an embodiment of the present invention.
상기 상수도 관망해석 결과 DB 는 상수관 ID, 길이, 초기 유입량, 보정유량, 손실수두, 유속, 시작노드, 끝노드 및 관경에 관한 정보를 저장한다.The water supply pipe network analysis result DB stores information on the water pipe ID, length, initial flow rate, correction flow rate, head loss, flow rate, start node, end node, and pipe diameter.
상기 본 발명의 일실시예에 따른 상수도 관망해석에 관하여 도 2 내지 도 17 을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.Water supply network analysis according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 17 as follows.
도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 상수도 관망분석 적용기술에 관한 블록도이고, 도 3 은 본 발명의 일실시예에 따른 상수도 관망해석 방법에 관한 흐름도이고, 도 4 는 본 발명의 일실시예에 따른 추상설계의 각 다이어그램간의 모델링 진행도이고, 도 5 는 본 발명의 일실시예에 따른 상수도 관망해석 업무담당 공무원, Use Case 및 이들의 관계를 나타내는 관계도이고, 도 6 은 본 발명의 일실시예에 따른 상수도 관망해석을 위한 시퀀스(Sequence) 다이어그램의 일예시도이고, 도 7 은 본 발명의 일실시예에 따른 상수도 관망해석을 위한 클래스(Class) 다이어그램의 일예시도이고, 도 8 은 본 발명의 일실시예에 따른 상수도 관망해석을 위한 액티버티(Activity) 다이어그램의 일예시도이고, 도 9 는 본 발명의 일실시예에 따른 상수도 관망해석을 위한 컴포넌트(Component) 다이어그램의 일예시도이고, 도 10 은 본 발명의 일실시예에 따른 Class 다이어그램의 세부 클래스도이고, 도 11 은 본 발명의 일실시예에 따른 최상위 CWater 클래스에서 생성된 상수도 관망해석 객체들의 객체도이고, 도 12 는 본 발명의 일실시예에 따른 상수도 관망해석 컴포넌트 인터페이스도이고, 도 13 은 본 발명의 일실시예에 따른 초기유량분배를 위한 클래스 구조도이고, 도 14 는 본 발명의 일실시예에 따른 상수도 관망해석을 위한 환경변수를 설정하는 기능을 보여주는 화면의 일예시도이고, 도 15 는 본 발명의 일실시예에 따른 상수도 관망해석의 초기유량 분배, 유량 및 손실수두 산정, 유속 산정을 수행하는 화면의 일예시도이고, 도 16 은 본 발명의 일실시예에 따른 개별조회를 하기 위한 화면의 일예시도이며, 도 17 은 본 발명의 일실시예에 따른 전체리스트 조회를 위한 화면의 일예시도이다.2 is a block diagram of a technology for applying water supply network analysis according to an embodiment of the present invention, FIG. 3 is a flowchart illustrating a method for analyzing a water supply network according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is an embodiment of the present invention. Modeling progress between each diagram of the abstract design according to the example, Figure 5 is a relationship diagram showing the officials in charge of water supply network analysis, use case and their relationship according to an embodiment of the present invention, Figure 6 is a view of the present invention FIG. 7 is a view illustrating a sequence diagram for water supply network analysis, FIG. 7 is a view illustrating a class diagram for water supply network analysis, FIG. 8 according to an embodiment of the present invention. Is an example of an activity diagram for the water supply network analysis according to an embodiment of the present invention, Figure 9 is a component for the water supply network analysis according to an embodiment of the present invention (Com ponent) is an exemplary diagram of a diagram, FIG. 10 is a detailed class diagram of a Class diagram according to an embodiment of the present invention, and FIG. 11 is a diagram illustrating waterworks pipe network analysis objects generated in a top-level CWater class according to an embodiment of the present invention. 12 is an object diagram, FIG. 12 is an interface diagram of a waterworks pipe network analysis component according to an embodiment of the present invention, FIG. 13 is a class structure diagram for initial flow distribution according to an embodiment of the present invention, and FIG. 14 is an embodiment of the present invention. FIG. 15 is an exemplary view showing a function of setting an environment variable for a water supply network analysis according to an embodiment, and FIG. 15 is an initial flow rate distribution, flow rate and head loss calculation, and flow rate of a water supply network analysis according to an embodiment of the present invention. FIG. 16 is an exemplary view of a screen for performing calculation, and FIG. 16 is an exemplary view of a screen for individual inquiry according to an embodiment of the present invention, and FIG. 17 is an embodiment of the present invention. According to one example of the screen for the full list inquiry.
본 발명의 일실시예에 따른 상수도 관망해석은 전체적으로 사용자 요구분석을 위한 제 1 과정, 상수도 관망해석을 위한 제 2 과정, 상수도 관망해석 컴포넌트 설계를 위한 제 3 과정 및 상수도 관망해석 컴포넌트 개발을 위한 제 4 과정을 포함하여 이하 상기 제 1 과정부터 상세하게 설명하면 다음과 같다.Water supply network analysis according to an embodiment of the present invention is a first process for user requirements analysis, a second process for water supply network analysis, a third process for designing a water supply network analysis component and a third process for developing a water supply network analysis component Hereinafter, the first process including the fourth process will be described in detail as follows.
제 1 과정: 사용자 요구분석.Step 1: Analyze User Needs.
실제업무에 정확히 부합하는 상수도 관망해석을 위해서는 사용자의 요구사항을 파악해야 되어야 하는 바, 본 발명에서는 지방자치단체의 현행업무의 구조를 파악한 후 이를 바탕으로 개선이 필요한 항목을 설정하였다.In order to analyze the water supply network exactly according to the actual work, it is necessary to grasp the user's requirements. In the present invention, after identifying the structure of the current work of the local government, the items that need improvement are set.
상기 상수도 관망해석을 위한 사용자의 요구사항으로는 주로 실시간 상수관거의 유량 및 손실수두의 산정과, 실시간으로 산정된 상수관거의 유량 및 손실수두를 통하여 효과적인 의사결정지원이 가능한 시스템 제공이었다.The user's requirements for the water supply network analysis were to provide a system capable of effective decision support through the calculation of the flow rate and loss head of the real-time water supply pipe, and the flow rate and loss head of the water supply pipe calculated in real time.
또한, 수작업 계산에 의해 이루어지는 작업을 자동화·전산화하는 요구사항도 있었으며 기타 사용자의 요구분석 내역에 관하여는 다음의 표 1 과 같다.In addition, there was a requirement to automate and computerize work performed by manual calculation, and the requirements analysis of other users is shown in Table 1 below.
그리고, 상수도 업무 담당자 이외에 상수도 관망해석 시스템 개발자 및 정부차원의 요구사항도 있었는 바, 상기 시스템 개발자는 상수도 관망해석 시스템 개발이 용이하도록 상수도 관망해석 엔진 개발을 요구하였고, 상기 정부차원에서는 재사용할 수 있는 시스템 개발을 요구하였다.In addition, there was a requirement from the water supply network analysis system developer and the government level in addition to the water service person in charge, and the system developer required the development of the water supply network analysis engine to facilitate the development of the water supply network analysis system. System development was required.
제 2 과정: 상수도 관망해석.Second Process: Water Pipe Network Analysis.
본 발명의 일실시예에 따른 상수도 관망해석을 위하여는 본질적으로 각 관로별 실제 유량(Qr) 및 손실수두(hr)를 결정하여야만 한다.In order to analyze the water supply network according to an embodiment of the present invention, the actual flow rate (Q r ) and the head loss (h r ) of each pipeline must be determined.
상기 각 관로별 실제 유량(Qr) 및 손실수두(hr)의 결정을 통한 상수도 관망해석을 위하여 본 발명의 일실시예에서는 상기 도 2 에 도시된 바와 같이 GIS 공간분석 기술 및 수리·수문기술을 사용한다.In order to analyze the water supply network through the determination of the actual flow rate (Q r ) and the loss head (h r ) of each pipe line, in an embodiment of the present invention, as shown in FIG. Use
상기 GIS 공간분석 기술은 네트워크 분석과 중첩 분석이 포함된다.The GIS spatial analysis technique includes network analysis and overlapping analysis.
상기 네트워크 분석은 관거의 추적을 통한 유량산출을 위하여 이용되는 바, 각 관로의 시점과 종점에 연결된 관로를 알아야 관로를 추적할 수 있다.The network analysis is used to calculate the flow rate through the tracking of the conduit, it is possible to track the conduit to know the conduit connected to the start and end of each conduit.
따라서 이를 위해서는 각 관로의 시점과 종점 노드정보를 입력자료로서 제공되거나 데이터 저장장치(130)에 기저장되어 있어야만 한다.Therefore, for this purpose, the start point and end point node information of each conduit must be provided as input data or previously stored in the data storage device 130.
또한 상기 중첩 분석은 상수도 관망해석에 필요한 인자인 급수구역별 유량을 산출하기 위하여 이용된다.In addition, the superimposition analysis is used to calculate the flow rate for each water supply zone, which is a necessary factor for water supply network analysis.
그리고, 상기 수리·수문기술은 급수구역별 유량, 손실수두, 보정유량, 평균유속 산출식 등이 있으며, 급수구역별 유량 산출식에서는 환경변수설정을 사용자로부터 입력받게 함으로써 범용성을 지니도록 하였다.In addition, the hydraulic and hydrological technologies include a flow rate for each water supply zone, a head loss, a correction flow rate, and an average flow rate calculation formula. The flow rate calculation formula for each water supply zone has general purpose by receiving an environment variable setting from a user.
상기 각 관로별 실제 유량(Qr) 및 손실수두(hr)의 결정을 위하여 본 발명의 일실시예에서는 상수도 관망해석을 위하여 국내 관로에 적합하고 관로설계 및 제작에 일반적으로 사용되는 Hardy-Cross 방식을 채택하였는 바, 이에 대하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.In order to determine the actual flow rate (Q r ) and loss head (h r ) for each pipe line, Hardy-Cross is suitable for domestic water pipes and generally used in pipe design and fabrication for water supply pipe network analysis. The method was adopted, which will be described in detail below.
상기 Hardy-Cross 방식은 각각의 수도관의 손실수두값을 계산하고, 이를 이용하여 각 관거에 걸리는 유량을 산출한다.The Hardy-Cross method calculates the loss head value of each water pipe, and calculates the flow rate for each conduit using the same.
이를 적용하기 위해서는 우선적으로 다음과 같은 가정이 수반되어야 한다.In order to apply this, the following assumptions must be accompanied.
① 각 분기점(또는 합류점)에 유입되는 유량은 해당점에 정지하지 않고 전부 유출된다.① The flow rate flowing into each branch point (or confluence point) flows out without stopping at the point.
② 흐름에 방향성을 고려하면 각 폐합관 손실수두의 합은 "0" 이다.② The sum of the loss heads of each closed tube is "0" considering the flow direction.
또한, 상기 Hardy-Cross 방식을 적용하기 위한 기본적인 공식으로는 평균유속계산(V) 공식, 손실수두계산(h) 공식 및 보정유량계산(ΔQ) 공식이 필요한 바, 각각의 계산 공식은 다음과 같다.In addition, as a basic formula for applying the Hardy-Cross method, an average flow rate calculation (V) formula, a loss head calculation (h) formula, and a correction flow rate calculation (ΔQ) formula are required, and each calculation formula is as follows. .
상기 평균유속계산(V) 공식은 다음의 수학식 1과 같다.The average velocity calculation (V) formula is shown in Equation 1 below.
여기서,here,
V : 유속(m/s )V: flow rate (m / s)
C : 유속계수C: velocity coefficient
R : 경심(m ),R: Min (m),
R = D/4, (D: 관경)R = D / 4, (D: diameter)
I : 동수구배I: Gradient Gradient
그런데 상기 유속계수 C값은 관종에 따라 상이한 값을 가지는 바, 관종에 따른 유속계수 C값은 다음의 표 2 에 예시된 바와 같다.By the way, the flow coefficient C value has a different value according to the tube type, the flow coefficient C value according to the tube type is as shown in Table 2 below.
또한 주철관 신관의 유속계수 C값은 관경과 년수에 따라 상이한 값을 가지는 바, 상기 관경과 년수에 따른 유속계수 C값에 대하여는 다음의 표 3 에 예시된 바와 같다.In addition, the flow rate C value of the cast iron pipe has a different value depending on the diameter and the number of years, and the flow rate C value according to the diameter and the number of years is as shown in Table 3 below.
또한, 상기 손실수두계산(h) 공식은 다음의 수학식 2와 같다.In addition, the loss head calculation (h) formula is as shown in Equation 2 below.
여기서,here,
h: 마찰손실수두(m)h: friction loss head (m)
f: 마찰손실계수f: friction loss factor
n: Manning의 조도계수n: Manning's roughness coefficient
l: 관의 길이(m)l: length of pipe (m)
D: 관경(m)D: Diameter (m)
V: 유속(m/sec)V: flow rate (m / sec)
g: 중력가속도(9.8m/sec2)g: gravitational acceleration (9.8 m / sec 2 )
상술한 바와 같이 상기 n 은 Manning의 조도계수로서 관의 재질에 따라 상이한 값을 가지는 바, 관의 재료에 따른 Manning의 조도계수 값은 다음의 표 4 에 예시된 바와 같다.As described above, n is Manning's roughness coefficient having a different value depending on the material of the tube. Manning's roughness coefficient value according to the material of the tube is shown in Table 4 below.
그리고, 상기 Hardy-Cross 방식을 적용하기 위한 기본적인 공식 중 마지막 공식인 보정유량계산(ΔQ) 공식은 다음의 수학식 3과 같다.In addition, a correction flow calculation (ΔQ) formula, which is the last formula among the basic formulas for applying the Hardy-Cross method, is given by Equation 3 below.
여기서,here,
Q: 유량(l/sec)Q: flow rate (l / sec)
h: 손실수두(m)h: head of loss (m)
보정유량은 총 손실수두의 합인이 될 때까지 계산을 반복하여일때의 유량(Q)과 손실수두(h)가 각각의 상수관거의 실제 유량과 손실수두가 된다.The correction flow rate is the sum of the total head loss Repeat the calculation until The flow rate (Q) and the loss head (h) at, become the actual flow rate and loss head for each constant conduit.
상기 Hardy-Cross 방식을 이용한 각각의 수도관에 관한 손실수두값 및 각각의 관거에 걸리는 유량을 산출하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 상수도 관망해석 방법에 관하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.Water pipe network analysis method according to an embodiment of the present invention for calculating the loss head value for each water pipe using the Hardy-Cross method and the flow rate for each conduit will be described in detail as follows.
상기 도 3 에 도시된 바와 같이 중앙처리장치(110)는 데이터 저장장치(130)에 기저장되어 있는 소정지역의 도시계획도 및 배수구역도 정보를 상술한 GIS 공간분석 기술 중 중첩 분석을 통해 배수영향권 내 용도지역별 배수면적을 산정한다(S2).As shown in FIG. 3, the central processing unit 110 uses the overlapping analysis of the GIS spatial analysis technology described above with the city planning and drainage area information of a predetermined area pre-stored in the data storage device 130. Calculate the drainage area for each use area (S2).
상기 중앙처리장치(110)는 데이터 입력장치(140)으로부터 상기 소정지역의 인구밀도, 시간부하율 및 1인1일 최대급수량에 관한 정보를 포함하는 환경변수를수신한다(S4).The central processing unit 110 receives from the data input device 140 an environmental variable including information on the population density, the time load rate, and the maximum daily water supply per person in the predetermined region (S4).
상기 중앙처리장치(110)는 상기 제 S2 단계에서 산정한 배수영향권 내 용도지역별 배수면적 및 제 S4 단계에 의하여 수신한 환경변수를 이용하여 배수구역별 최대급수량을 산정한다(S6).The central processing unit 110 calculates the maximum water supply amount for each drainage area by using the drainage area for each use area in the drainage impact zone calculated in step S2 and the environmental variable received in step S4 (S6).
상기 배수구역별 최대급수량 산정과정은 다음과 같다.The maximum water supply calculation process for each drainage area is as follows.
상기 중앙처리장치(110)는 상기 제 S2 단계에서 산정한 용도지역별 배수면적에 상기 제 S4 단계에서 수신한 인구밀도를 곱함으로서 배수구역별 급수인구를 산정한다.The central processing unit 110 calculates the water supply population for each drainage area by multiplying the drainage area for each use area calculated in the step S2 by the population density received in the step S4.
또한, 상기 중앙처리장치(110)는 산정된 상기 배수구역별 급수인구에 1인당 시간 최대급수량을 곱함으로써 시간당 배수구역별 최대급수량을 산정하게 된다.In addition, the central processing unit 110 calculates the maximum water supply for each drainage zone per hour by multiplying the calculated water supply population for each drainage zone by the maximum water supply per hour.
그런데 상기 1인당 시간 최대급수량은 상기 제 S4 단계에서 수신한 1인1일 최대급수량에 관한 정보 및 다음의 수학식 4에 의해 구할 수 있다.By the way, the maximum amount of time per person can be obtained by the information about the maximum amount of water per person per day received in step S4 and the following equation (4).
여기서,here,
q: 1인당 시간 최대급수량(l/s)q: Maximum water supply per hour (l / s)
Q: 1인 1일 최대급수량(l/s)Q: Maximum daily water supply (l / s) per person
K: 시간부하율(1인당 시간 최대급수량의 1인 1일 최대급수량에 대한 비율)K: Time load ratio (ratio of maximum daily water supply per person per hour)
또한 상기 시간부하율은 지역별로 상이한 바, 지역에 따른 시간부하율은 다음의 표 5 에 예시된 바와 같다.In addition, the time load rate is different for each region, the time load rate according to the region is as shown in Table 5 below.
상기 중앙처리장치(110)는 상기 데이터 입력장치(140)로부터 각 절점의 유입량 및 유출량을 수신한다(S8).The CPU 110 receives an inflow amount and an outflow amount of each node from the data input device 140 (S8).
상기 중앙처리장치(110)는 상기 제 S8 단계에서 수신한 상기 각 절점의 유입량 및 유출량이 동일한지 여부를 판단한다(S10).The CPU 110 determines whether the inflow amount and the outflow amount of each node received in the step S8 are the same (S10).
상기 제 S10 단계의 판단결과, 동일하지 않은 경우, 상기 중앙처리장치(110)는 상기 제 S8 단계로 리턴하고, 동일한 경우, 상기 중앙처리장치(110)는 각 관로의 가정유량(Qn)을 배분한다(S12).Are not the same is determined in the first step S10, if the CPU 110 returns to the Step S8, and the same, the central processor 110 is the home flow (Q n) of each of the pipelines Distribute (S12).
상기 중앙처리장치(110)는 상기 수학식 1 및 2 를 이용하여 각 관로별 손실수두(hn)를 계산한다(S14).The CPU 110 calculates the loss head h n for each conduit using Equations 1 and 2 (S14).
상기 중앙처리장치(110)는 상기 제 S14 단계에서 계산한 각 관로별 손실수두(hn) 값을 합산함으로써 손실수두의 합을 계산한다(S16).The CPU 110 calculates the sum of the loss heads by summing the loss head h n values for each conduit calculated in step S14 (S16).
상기 중앙처리장치(110)는 상기 제 S16 단계에서 계산한 손실수두의 합 및상기 수학식 3을 이용하여 보정유량을 계산한다(S18).The CPU 110 calculates a correction flow rate using the sum of the heads of the losses calculated in step S16 and Equation 3 (S18).
상기 중앙처리장치(110)는 상기 제 S18 단계에서 계산한 보정유량의 값이 기설정된 임계치보다 작거나 또는 상기 손실수두의 합이 0 인지 여부를 판단한다(S20).The CPU 110 determines whether the value of the correction flow rate calculated in step S18 is smaller than a preset threshold or the sum of the heads of the heads is 0 (S20).
상기 제 S20 단계의 판단결과, 보정유량의 값이 기설정된 임계치보다 작거나 또는 상기 손실수두의 합이 0 인 경우, 상기 중앙처리장치(110)는 각 관로의 실제유량(Qr) 및 손실수두(hr)를 결정하고 결정된 상기 각 관로의 실제유량(Qr) 및 손실수두(hr)를 상기 데이터 저장장치(130)에 저장한다(S22).As a result of the determination in step S20, when the value of the correction flow rate is smaller than the preset threshold or the sum of the heads of the heads is 0, the central processing unit 110 is the actual flow rate (Q r ) and the loss head of each pipe line. (h r ) is determined and the determined actual flow rate Q r and head loss h r of the respective pipe lines are stored in the data storage device 130 (S22).
상기 제 S20 단계의 판단결과, 보정유량의 값이 기설정된 임계치보다 이상이거나 또는 상기 손실수두의 합이 0 이 아닌 경우, 가정유량값(Qn+1)을 상기 가정유량값(Qn)에 상기 제 S18 단계에서 계산한 보정유량의 값을 더한 값으로 배분한 후, 상기 제 S14 단계로 리턴한다(S24).As a result of the determination in step S20, when the value of the correction flow rate is greater than the preset threshold or the sum of the heads is not 0, the assumption flow rate value Q n + 1 is added to the assumption flow rate value Q n . After allocating the value of the correction flow rate calculated in step S18 to the added value, the process returns to step S14 (S24).
상술한 본 발명의 일실시예에 따른 상수도 관망해석을 구현하기 위하여는 상수도 관망해석 컴포넌트 설계를 하여야 하는 바, 본 발명의 일실시예에 따른 상수도 관망해석을 위한 상수도 관망해석 컴포넌트 설계에 대하여 다음의 제 3 과정에서 상술하겠다.In order to implement a water supply network analysis component according to an embodiment of the present invention described above, a water supply network analysis component design should be performed. The water supply network analysis component design for a water supply network analysis according to an embodiment of the present invention is as follows. It will be described later in the third process.
제 3 과정: 상수도 관망해석 컴포넌트 설계.Step 3: Design the Water Pipeline Analysis Component.
본 발명의 일실시예에 따른 상수도 관망해석 컴포넌트의 설계는 크게 추상설계와 구현설계로 구분된다.The design of the water supply network analysis component according to an embodiment of the present invention is largely divided into an abstract design and an implementation design.
상기 추상설계는 상수도 관망해석과 관련된 수리·수문 기술의 설명과 추상적인 설계를 의미하고, 상기 구현설계는 상수도 관망해석 컴포넌트 개발을 위한 구체적인 설계를 의미한다.The abstract design refers to the description and abstract design of the hydraulic and hydrological techniques related to the water supply network analysis, and the implementation design refers to the specific design for the development of the water supply network analysis component.
1. 추상설계.Abstract design
상수도 관망해석 컴포넌트의 설계 중 추상설계는 유엠엘(Unified Modeling Language) 다이어그램을 이용하여 설계한다.The abstract design of the waterworks network analysis component is designed using Unified Modeling Language (MU) diagram.
상기 상수도 관망해석 컴포넌트의 설계시 유엠엘(UML)에서 사용되는 다이어그램은 다양한 종류가 있으나, 가장 기본이 되고 핵심이 되는 다이어그램은 유즈 케이스(Use Case) 다이어그램, 인터랙션(Interaction) 다이어그램, 클래스(Class) 다이어그램, 액티버티(Activity) 다이어그램 등이 있다.There are various types of diagrams used in UML when designing water supply pipe network analysis components, but the most basic and core diagrams are use case diagrams, interaction diagrams, and classes. Diagrams, activity diagrams, and so on.
상기 다이어그램간은 상기 도 4 에 도시된 바와 같이 모델링이 진행되며, 반복적인 모델링 작업으로 상수도 관망해석 컴포넌트의 추상설계가 가능하다.Modeling is performed between the diagrams as shown in FIG. 4, and the abstract design of the waterworks network analysis component is possible through an iterative modeling operation.
상기 유즈 케이스(Use Case) 다이어그램, 인터랙션(Interaction) 다이어그램, 클래스(Class) 다이어그램 및 액티버티(Activity) 다이어그램 그리고 컴포넌트(Component) 다이어그램에 관하여 상술하면 다음과 같다.The use case diagram, the interaction diagram, the class diagram, the activity diagram, and the component diagram will be described in detail as follows.
상기 유즈 케이스(Use Case) 다이어그램은 유즈 케이스(Use Case)와 행위자, 그들의 관계를 나타내는 그림으로서 상수도 관망해석을 위한 업무, 상기 상수도 관망해석 업무담당 공무원 및 이들의 관계를 도시하는 그림이다.The use case diagram is a diagram showing the use case and the actors and their relationship, which shows the tasks for the water supply network analysis, the officials in charge of the water supply network analysis, and their relationships.
즉, 유즈 케이스(Use Case) 다이어그램을 통하여 상수도 관망해석 컴포넌트의 기능을 모두 정의할 수 있다.In other words, all the functions of the waterworks pipe network analysis component can be defined through the use case diagram.
상기 상수도 관망해석 유즈 케이스(Use Case)는 공무원들이 실시간으로 상수 관거별 유량 및 손실수두의 파악을 원할 때 시작되는 업무로서, 상기 상수도 관망해석 업무를 수행하기 위해서는 도시계획도, 급수구역도, 상수관망도, 상수관속성, 상수부속시설의 값이 입력되어야 하며 환경변수 설정 유즈 케이스(Use Case)를 통하여 각 지역마다 차이를 보이는 관망해석을 위한 인자를 입력하여야 한다.The use case analysis (Use Case) is a task that starts when officials want to grasp the flow rate and loss head for each water conduit in real time.In order to perform the water supply network analysis, the city planning, water supply area, and water supply The values of pipe network, water pipe properties, and water supply facilities should be entered, and parameters for pipe network analysis showing differences in each region should be entered through the use case setting environment variable.
상기 상수도 관망해석의 업무는 내부적으로 각 절점에 유입 및 유출량을 입력한 뒤 각 루프를 구성하는 상수관거를 검색하여 상기 Hardy-Cross방식을 이용하여 보정된 유량 및 손실수두를 산정하는 작업을 수행하게 된다.The work of water supply network analysis internally inputs the inflow and outflow amount at each node, searches for the water conduit constituting each loop, and calculates the corrected flow rate and head loss using the Hardy-Cross method. do.
이들 각각의 업무는 각각의 유즈 케이스(Use Case)로 규정하여 설계되며, 세부적으로 평균유속 산정, 손실수두 산정, 보정치 유량 산정 유즈 케이스(Use Case)로 나뉘며, 상기 도 5 는 상기 상수도 관망해석 업무담당 공무원, 유즈 케이스(Use Case) 및 이들의 관계를 도시하고 있다.Each of these tasks is designed by defining each use case, and is divided into average flow rate calculation, loss head calculation, and correction value flow calculation use case, and FIG. 5 illustrates the water supply pipe network analysis service. It shows the official in charge, the use case, and their relationship.
또한, 상기 인터랙션(Interaction) 다이어그램은 시퀀스(Sequence) 다이어그램과 콜레보레이션(Collaboration) 다이어그램을 포함한다.In addition, the interaction diagram includes a sequence diagram and a collaboration diagram.
상기 인터랙션(Interaction) 다이어그램은 본 발명의 일실시예에 따른 상수도 관망해석 시스템의 동적인 측면을 모델링하기 위해 사용되는 유엠엘(UML) 다이어그램 중에 하나로서, 객체들과 그들간의 관계로 구성된 교류를 보여주고, 또한 전달되는 메시지를 보여준다.The interaction diagram is one of the UML diagrams used to model the dynamic aspects of the waterworks network analysis system according to an embodiment of the present invention, and shows an exchange composed of objects and their relationships. Give and also show the message being delivered.
상기 인터랙션(Interaction) 다이어그램 중 시퀀스(Sequence) 다이어그램은 시간순서를 강조하여 도시하며, 상기 콜레보레이션(Collaboration) 다이어그램은메시지를 주고받는 객체조직의 구조를 강조하는 도해이다.The sequence diagram of the interaction diagram is shown with an emphasis on time order, and the collaboration diagram is an illustration that emphasizes the structure of the object organization for sending and receiving messages.
상기 시퀀스(Sequence) 다이어그램 및 상기 콜레보레이션(Collaboration) 다이어그램은 상호 변환이 가능하며, 본 발명의 일실시예에서는 시간 흐름을 강조한 Sequence 다이어그램을 도시하였으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.The sequence diagram and the collaboration diagram may be interchanged. In an embodiment of the present invention, a sequence diagram highlighting a time flow is illustrated, but the present invention is not limited thereto.
상기 도 6 에 도시된 시퀀스(Sequence) 다이어그램은 상기 상수도 관망해석을 수행하기 위한 객체를 초기 유입/유출량 설정 객체, 관망해석 객체, DB Accessor로 규정하였으며, 관망해석 업무 수행의 시간 순서에 따라 객체간의 메시지 교환이 수행됨을 볼 수 있다.The sequence diagram shown in FIG. 6 defines an object for performing the waterworks pipe network analysis as an initial inflow / outflow volume setting object, a network network analysis object, and a DB accessor. You can see that the message exchange is performed.
상기 도 6 의 '1'은 담당 공무원에 의해서 관망해석을 위하여 요구되는 초기 유입/유출량을 설정하는 과정이며, '2' 내지 '8'은 공무원이 상수관망해석 객체에 관거별 유량과 손실수두를 산정할 것을 요구하는 것으로 관망해석 객체가 초기 유입/유출량 객체를 통하여 값을 참조하고, DB 접근자 객체를 통하여 관거의 속성을 참조하여 상수관거의 유량 산정 및 관거별 보정유량 계산결과를 저장하는 흐름을 보인다.6 is a process of setting the initial inflow / outflow required for the pipe network analysis by the official in charge, '2' to '8' is the official water flow rate and loss head for each conduit in the water pipe network analysis object It is required to calculate the flow that the pipe network analysis object refers to the value through the initial inflow / outflow object and refers to the property of the conduit through the DB accessor object and stores the result of calculating the flow rate of the conduit and calculating the calculated flow rate Seems.
또한, 상기 클래스(Class) 다이어그램은 클래스, 인터페이스 및 데이터베이스 등의 개체와 그 개체들의 관계를 보여주는 그림이다.In addition, the class diagram is a figure showing the objects, such as classes, interfaces, and databases and their relationships.
상기 도 7 에 도시된 바와 같이, 상기 클래스(Class) 다이어그램은 상수도 관망해석 컴포넌트 설계를 위하여 핵심이 되는 도해로서, 클래스(Class) 다이어그램의 객체는 초기 유입/유출량 설정, Hardy-Cross 방식적용, 레지스트리등록, 상수관거 속성테이블, 상수부속시설테이블, 상수관망해석 결과테이블, DB Accessor를포함한다.As shown in FIG. 7, the class diagram is a core diagram for designing a water supply network analysis component, and the objects of the class diagram include an initial inflow / outflow configuration, a hardy-cross method, and a registry. Includes Registration, Constant Pipeline Attribute Table, Constant Attachment Table, Constant Pipeline Analysis Result Table, and DB Accessor.
상수도 관망해석을 하기 위해서는 각각에 필요한 초기 유입/유출량을 설정할 필요가 있다. 또한 초기 유입/유출량 설정객체는 상수도 관망해석에 필요한 초기값을 저장하고 불러오는 객체이다. 상수관망해석 객체는 초기 유입/유출량의 설정값과 상수관거의 속성테이블을 이용하여 관거별 상수 유량 및 손실수두를 계산하며, 결과는 각 상수관망해석 결과테이블에 저장된다. 이러한 상수관망해석 결과는 DB Accessor를 이용하여 각 관거별로 계산된 상수 유량 및 손실수두 결과를 테이블에 저장하게 된다.In order to analyze the water supply network, it is necessary to set the initial inflow / outflow amount required for each. In addition, the initial inflow / outflow volume setting object is an object that stores and retrieves the initial values required for the water network analysis. The constant water network analysis object calculates the constant flow rate and loss head for each conduit by using the initial inflow / outflow setting value and the attribute table of the constant water conduit, and the result is stored in each constant network analysis result table. The result of the constant pipe network analysis is to store the constant flow and loss head results calculated for each conduit in the table using DB Accessor.
또한, 액티버티(Activity) 다이어그램은, 메시지를 통과시키는 객체들을 보는 인터랙션(Interaction) 다이어그램과는 달리, 객체간에 통과하는 오퍼레이션을 보이는 것으로서, 상기 도 8 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 상수관망해석을 시작해서 종료할 때까지 수행하는 오퍼레이션들과 그 흐름을 볼 수 있다.In addition, an activity diagram, unlike an interaction diagram that looks at objects passing through a message, shows an operation that passes between objects. As shown in FIG. 8, an embodiment of the present invention. You can see the operations and flows performed by starting and ending the constant pipe network analysis.
상기 도 8 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 상수관망해석 시작시에 초기 유입 및 유출량을 설정하는 오퍼레이션을 수행하게 되며, 초기 유입/유출량의 설정은 상수관망해석을 위한 유입량과 유출량 결정으로 이어진다.As shown in FIG. 8, an operation of setting an initial inflow and an outflow amount at the start of the water pipe network analysis according to an embodiment of the present invention is performed, and the setting of the initial inflow / outflow amount corresponds to an inflow amount for the water pipe network analysis. This leads to a runoff determination.
이러한 초기값을 설정한 후에는 각 관거별 유량 및 손실수두의 산정이 수행되며, Hardy-Cross를 이용한 상수관망해석으로 이어지며, 마지막으로 관거별 보정유량 산정과 손실수두 산정에 대한 보고서를 작성하거나 종료할 수 있다.After setting these initial values, the calculation of flow and loss head for each conduit is performed, followed by the constant pipe network analysis using Hardy-Cross. Finally, the report on the calculation of correction flow rate and loss head calculation for each conduit or You can exit.
그리고, 상수관망해석 컴포넌트는 궁극적으로 하나의 컴포넌트로 설계되며,설계된 상수관망해석 컴포넌트는 관망해석의 결과를 표현하기 위해서는 지리정보를 입력, 수정, 표현할 수 있는 기반이 되는 컴포넌트가 필요하다. 상수관망해석 컴포넌트는 여러 GIS 컴포넌트에 모두 유연하게 연동될 필요가 있으며, 또한 여러 개발 소프트웨어와의 연동이 가능할 필요가 있는 바, 이러한 연동관계를 도시한 것이 컴포넌트(Component) 다이어그램으로, 상기 도 9 는 상수관망해석 컴포넌트와 GIS 컴포넌트의 연계를 보여준다.In addition, the constant water network analysis component is ultimately designed as a component, and the designed constant water network analysis component requires a component that is the basis for inputting, modifying, and expressing geographic information in order to express the results of the network analysis. The water pipe network analysis component needs to be flexibly linked to various GIS components, and also needs to be able to be interlocked with various development software. A diagram showing such interworking relations is a component diagram. It shows the connection between the water pipe network analysis component and the GIS component.
2. 구현설계.2. Implementation design.
본 발명의 일실시예에 따른 상수도 관망해석 컴포넌트를 구현하기 위하여 상기 추상설계의 내용을 보다 상세하게 설계할 필요가 있는 바, 상기 상수도 관망해석 컴포넌트의 구현설계는 클래스(Class) 다이어그램, 시퀀스(Sequence) 다이어그램 등을 보다 구체화하여 클래스 명세서를 도출하여야 한다.In order to implement the water supply network analysis component according to an embodiment of the present invention, it is necessary to design the contents of the abstract design in more detail, and the implementation design of the water supply network analysis component includes a class diagram, a sequence ) Class specification should be derived more concretely by diagram.
상기 상수도 관망해석 컴포넌트를 구현하기 위하여 구체화한 Class 다이어그램은 상기 도 10 에 도시된 바와 같고, 그 목록은 다음의 표 6 에 예시된 바와 같다.The class diagram embodied to implement the waterworks network analysis component is as shown in FIG. 10, and a list thereof is illustrated in Table 6 below.
상기 클래스들은 크게 환경변수 설정을 위한 클래스, 상수관망해석을 위한 클래스, 초기 유입 및 유출량 산정, Hardy-Cross방식 적용 클래스로 구분된다.The classes are classified into class for environment variable setting, class for water pipe network analysis, initial inflow and outflow calculation, and Hardy-Cross method.
상기 환경변수 설정을 위한 클래스는 CEnvSetDlg이며, CEGReg를 이용하여 시스템 레지스트리에 환경변수값을 참조 및 저장할 수 있다.The class for setting an environment variable is CEnvSetDlg. The CEGReg may be used to refer to and store an environment variable value in a system registry.
또한 상수관망해석을 위한 클래스는 CWaterAnalysis 이며 IWater라는 인터페이스를 가진다.Also, the class for water pipe network analysis is CWaterAnalysis and has interface called IWater.
또한 초기 유입 및 유출량 산정 클래스는 CInitValue이다.In addition, the initial inflow and outflow estimation class is CInitValue.
그리고 Hardy-Cross방식 적용 클래스인 CHardyCross 클래스는 관망해석 결과를 CPipeResultAccessor를 통해 저장할 수 있다.In addition, CHardyCross class, a Hardy-Cross method applied class, can store the pipe network analysis result through CPipeResultAccessor.
본 발명의 일실시예에 따른 상수도 관망해석 컴포넌트에서는 관망해석에 필요한 입력자료와 결과자료의 목록을 테이블 명세서로 표현하는 바, 다음의 표 7 은 상수관 속성테이블을, 표 8 은 상수관 부속시설 속성테이블을, 표 9 는 급수구역별 유량테이블을, 그리고 표 10 은 상수도 관망해석 결과테이블을 예시하고 있다.In the tap water network analysis component according to an embodiment of the present invention, a list of input data and result data required for the pipe network analysis is expressed in a table specification. Table 7 is a water pipe attribute table, and Table 8 is a water pipe fitting facility. Table 9 shows the flow table for the water supply zone, and Table 10 shows the result table for the water supply network analysis.
제 4 과정: 상수도 관망해석 컴포넌트 개발.Step 4: Develop a water pipe analysis component.
상기 추상설계 및 구현설계를 기반으로 하고 ATL COM을 이용하여 개발된 본 발명의 일실시예에 따른 상수도 관망해석 컴포넌트의 세부적인 객체모델, 인터페이스 구성 및 클래스 구조를 상술하면 다음과 같다.The detailed object model, interface configuration, and class structure of the waterworks pipe network analysis component according to an embodiment of the present invention based on the abstract design and implementation design and developed using ATL COM are as follows.
상기 도 11 에 도시된 상기 객체모델은 최상위 CWater 클래스에서 생성된 상수도 관망해석 객체들로 구성된다.The object model shown in FIG. 11 is composed of waterworks pipe network analysis objects created in the top-level CWater class.
또한, 상기 인터페이스 구성은 상기 도 12 에 도시된 바와 같고, 제시된 인터페이스 정의는 상수도 관망해석 기능에 대한 지자체별 공통업무에서 반드시 필요한 기능을 포함한다.In addition, the interface configuration is as shown in FIG. 12, and the proposed interface definition includes functions necessary for common tasks by local governments for waterworks network analysis functions.
아울러 개발자의 측면을 고려하여 손쉬운 개발을 위해서 다이얼로그 기반의 인터페이스 기능을 정의하였으며 각 지자체의 개별 구축된 데이터베이스와의 상호운영성을 고려하여 데이터베이스의 종류와 경로를 설정하고 필요한 필수항목을 추출하는 인터페이스 기능을 포함한다.In addition, we defined a dialog-based interface function for easy development in consideration of the developer's aspect, and set the type and path of the database and extract the necessary items in consideration of the interoperability with each locally built database. It includes.
상기 도 12 에 대한 상기 상수도 관망해석 컴포넌트 인터페이스의 세부기능은 다음의 표 11 과 같다.Details of the tap water network analysis component interface of FIG. 12 are shown in Table 11 below.
그리고, 상기 도 13 에 도시된 클래스 구조는 초기유량분배를 위한 CInitDistributeDlg 클래스, 상수관거별 손실수두 및 보정유량 등의 관망해석을 위한 CWaterAnalysisDlg 클래스, 상수관거별 유속을 산출하기 위한 CWaterFlowVelocityDlg 클래스, 상수관거의 속성을 접근하기 위한 CWaterPipeDlg 클래스를 포함하며, 상기 각각의 클래스 이외에도 상수관망루프정보에 접근하기 위한 CWaterRoofDlg 클래스도 포함한다.In addition, the class structure shown in FIG. 13 is CInitDistributeDlg class for initial flow distribution, CWaterAnalysisDlg class for pipe network analysis such as loss head and correction flow rate for each constant pipe, CWaterFlowVelocityDlg class for calculating water flow rate for constant pipe, constant pipe Includes CWaterPipeDlg class for accessing properties, and in addition to each of the above classes, also includes CWaterRoofDlg class for accessing constant pipe loop information.
본 발명의 일실시예에 따른 상수도 관망해석 컴포넌트를 구성하는 주요 클래스인 상기 CWaterAnalysisDlg의 세부내역은 다음의 표 12a 및 표12b 에 예시된 바와 같다.Details of the CWaterAnalysisDlg, which is the main class constituting the water supply network analysis component according to an embodiment of the present invention, are illustrated in the following Tables 12a and 12b.
본 발명의 일실시예에 따른 상수도 관망해석 컴포넌트 소프트웨어의 세부 주요기능으로는 기초환경변수 설정, 초기 유량 분배, 관거별 유량, 손실수두, 유속산정 및 조회가 있는 바, 상기 도 14 는 상수도 관망해석을 위한 환경변수를 설정하는 기능을 보여주는 화면의 일예시도이다.Detailed main functions of the water supply network analysis component software according to an embodiment of the present invention include the basic environment parameter setting, initial flow rate distribution, flow rate by conduit, head loss, flow rate calculation and inquiry, and FIG. 14 shows the water supply network analysis. This is an example of a screen showing the function of setting an environment variable for.
상기 기능을 이용하여 지역에 따라 차이를 가지는 시간부하율, 1인 1일 최대급수량, 용도지역별 인구밀도를 입력할 수 있도록 하여 범용적인 관망해석이 가능해진다.By using the above function, it is possible to input the time load rate having a difference according to the region, the maximum daily water supply per person, and the population density for each use area, thereby enabling universal network analysis.
상기 도 14 에서의 환경변수는 시간부하율이 대도시 및 공업도시에 해당하는 1.3이고, 1인 1일 최대급수량이 350l/d·인이며, 용도지역별 인구밀도와 단위를 볼 수 있다. 환경변수를 시스템에 저장하기 위해서는 설정버튼을 누르면 된다.In FIG. 14, the environmental load is 1.3 corresponding to a time load ratio of a large city and an industrial city, a maximum daily water supply amount of 350 l / d · per person, and a population density and unit for each use area can be seen. To save the environment variables to the system, press the Setup button.
또한 상기 도 15 는 상수도 관망해석의 초기유량 분배, 유량 및 손실수두 산정, 유속 산정을 수행하는 화면의 일예시도로서, 전체 상수관에 대한 관망해석을 실행하여 각 상수관거별 유량, 손실수두, 유량을 산출하였으며, 이러한 결과값은 유량조회 기능을 이용하여 조회할 수 있다.15 is an exemplary view showing a screen for performing initial flow distribution, flow rate and loss head calculation, and flow rate calculation of a water supply network analysis, and executing a network network analysis for all water supply pipes for each water supply pipe, loss head, The flow rate was calculated and these results can be inquired using the flow query function.
결과조회는 두 가지 방법으로 할 수 있는데, 각 관별로 조회하여 속성창을 통해서 보여주는 방법이 있고, 전체 리스트를 테이블 형태로 보여주는 방법이 있다.There are two ways to search the results. There is a way to search each tube and display it through the property window.
또한 상기 도 16 은 개별조회를 하기 위한 화면의 일예시도로서, 관의 ID, 초기유량, 보정유량, 손실수두, 유속 등을 보여주고 있다.In addition, FIG. 16 illustrates an example of a screen for individual inquiry, and shows a tube ID, an initial flow rate, a correction flow rate, a loss head, and a flow rate.
그리고 상기 도 17 은 전체리스트 조회를 한 화면의 일예시도로서, 관망해석을 실시한 모든 관에 대한 ID, 초기유량, 보정유량, 손실수두, 유속 등을 보여준다.FIG. 17 is an example of a screen in which the entire list is inquired, and shows ID, initial flow rate, correction flow rate, head loss, and flow rate for all pipes that have undergone pipe network analysis.
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플라피디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 인터넷을 통한 전송과 같이 캐리어 웨이브의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.The invention can also be embodied as computer readable code on a computer readable recording medium. The computer-readable recording medium includes all kinds of recording devices in which data that can be read by a computer system is stored. Examples of computer-readable recording media include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage, and the like, and also include those implemented in the form of carrier waves such as transmission over the Internet. . The computer readable recording medium can also be distributed over network coupled computer systems so that the computer readable code is stored and executed in a distributed fashion.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 상수도 업무 중 공통업무인 관망해석 업무를 실시간으로 적용하여 정확한 관거별 유량, 유속 및 손실수두를 산출함으로써 관망설계 및 관의 효율적 유지보수를 위한 업무를 저렴한 비용으로 지원할 수 있으며, 관거의 신설 및 확장에 대한 의사결정을 지원할 수 있다.According to the present invention as described above, by applying the pipe network analysis tasks, which are common tasks among the water supply services in real time to calculate the flow rate, flow rate and loss head for each conduit to support the work for the pipe network design and efficient maintenance of the pipe at low cost And can support decision-making on the establishment and expansion of conduits.
또한, 상기와 같은 본 발명에 따르면, 본 발명에 따른 상수도 관망해석 시스템을 재사용함으로써 상수도 관리시스템의 개발에 투입되는 시간과 비용을 절감할 수 있는 효과도 있다.In addition, according to the present invention as described above, by reusing the water supply network analysis system according to the present invention there is an effect that can reduce the time and cost put into the development of the water management system.
그리고, 상기와 같은 본 발명에 따르면, 상수도의 수압을 일정수압으로 유지할 수 있도록 함으로써 국민생활의 불편을 해소할 수 있는 효과도 있다.In addition, according to the present invention as described above, by maintaining the water pressure of the water supply to a certain pressure there is an effect that can eliminate the inconvenience of national life.
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