KR100613725B1 - 누수탐지가 용이한 하수관 - Google Patents

Abstract

본 발명은 누수 탐지가 용이한 하수관에 관한 것으로서, 본 발명의 목적은 내부면과 외부면으로 구비되는 소정 두께 t의 외주를 가지며, 상기 내부면으로 형성되는 속이 빈 내부 공간으로는 오물이 흐르는 하수관 및 외주에 매립 구비되는 적어도 한 쌍의 도선을 구비하는 누수탐지용 하수관을 제시함을 목적으로 한다.

본 발명에 의하여 지하에 복잡하게 매설되어 있는 하수관의 위치를 정확하게 파악하고, 하수관의 파손 또는 손상에 의한 누수 여부를 탐지하여 파손 또는 손상이 발생한 위치를 정확히 산출하는 하수관을 제공하게 되었다.

하수관; 누수탐지

Description

누수탐지가 용이한 하수관{LEAKAGE DETECTABLE DRAINPIPE}

도 1은 프로파일로 구성된 종래 하수관 구조.

도 2는 본 발명에 따른 제 1 실시예의 하수관 구조.

도 3은 본 발명에 따른 제 2 실시예의 하수관 구조.

도 4는 본 발명에 따른 제 2 실시예의 하수관을 제조하는 공정 블록도.

도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 누수탐지용 하수관에 구비되는 접속부의 실시례를 나타내는 도.

도 8은 두 개의 하수관을 상호 연결하기 위한 상태를 도시한 상태도.

도 9는 복수 개 하수관이 연결된 모습을 나타낸 상태도.

도 10은 하수관 네트워크의 구성 예시도.

도 11은 하수관의 누수탐지 시스템의 구성도.

도 12는 하수관 네트워크 설치 및 초기 위치데이터 저장과정의 흐름도.

도 13은 보정용 위치데이터 보정 및 누수탐지 과정의 흐름도.

도 14는 하수관의 누수탐지 시스템의 데이터 보정의 예시도.

도 15는 파이프 네트워크 데이터베이스의 구조를 나타내는 설명도.

본 발명은 누수탐지가 용이한 하수관에 관한 것으로서, 하나 이상의 도선이 삽입 또는 고정된 하나 이상의 하수관을 지하에 매설하여 설치하고, 펄스시험기를 이용하여 펄스 신호를 도선으로 송출하여 수신된 신호를 검사하여 하수관의 손상 여부 및 손상 위치를 파악이 용이한 하수관에 관한 것이다.

통상적으로 하수관거는 오수받이 등과 같이 정상적인 개구부를 통해 발생 하수가 흘러 들어오는 것이 정상이나, 하수관거에 생긴 균열 등을 통해 지하수 등이 하수관거에 흘러 들어오는 것을 침입(infiltration)이라고 하며, 하수관거를 흘러야 할 하수가 상기 균열 등을 통해 외부로 새어 나가는 것을 누출(exfiltration, 혹은 누수)이라고 한다.

하수관거의 증설, 유지보수의 필요를 판단하기 위해서는 상기 발생하수, 침입 및 유출되는 양을 측정해야 하고, 이 중 특히 침입수 및 누수는 하수관거에 문제가 발생된 정도를 나타내는 지표로서 매우 중요한 가치를 가지게 된다.

그런데, 이러한 지표들은 이론적으로는 정량적으로 검출하여 보수의 필요성 등에 관한 객관적인 자료로 사용되어야 할 것이나, 종래에는 이와 같은 지표들을 정량적으로 검출하지 못하고 있었다.

즉, 종래에는 육안조사, 폐쇄회로 TV 조사, 염료추적조사, 연막조사 등의 방법에 의하고 있다. 이 중 육안조사는 맨홀 등을 통해 하수관거의 내부로 들어가 그 하수관거에 균열 등이 있는지 육안으로 검사하는 것으로서 사람의 육감에 의존하게 되므로 정밀성/신뢰성이 떨어지게 되고, 폐쇄회로 TV 조사 방법은 하수관거의 내부에 폐쇄회로 TV를 투입하여 이를 통한 촬영영상을 통해 검사하는 것이나 이 역시 궁극적으로는 사람의 육감에 의존하게 된다.

염료추적조사는 통상 하수관거 단구간에서 수행됨으로써 전체유역의 부실도 판정이 곤란하고, 연막조사는 하수관거 단구간의 오접위치 판단에 주로 활용되는 것으로서 누수를 검출하기 힘들다.

이러한 종래에 의한 하수관거의 상태조사방법으로는 (1) 침입수/유입수량 및 누수량을 정량적으로 정확히 검출하지 못하고, (2) 조사를 시행하기 위해서는 많은 시간과 비용이 필요하게 되어 시험대상이 되는 지역도 일부지역에만 국한됨으로써, 하수관거에 보수의 필요성이 있는 곳이 있다 하더라도 그 지역을 찾을 가능성이 매우 작았으며, (3) 그 결과 관거정비가 필요한 대상지역을 합리적으로 선정하는데 도움이 되지 못하는 문제가 있었다.

한편 프로파일을 와인딩하여 만드는 종래의 하수관은 대략적으로 도 1과 같은 구조를 갖는다. 도 1은 사각홈으로 이루어지는 중공상의 프로파일(2)을 압출기에서 연속해서 압출하고, 회전하는 와인더에 감아서 만든 종래의 하수관(1)을 나타낸다. 이 관의 단면은 사각 프로파일(2)을 와인딩하여 만들어졌으므로, 내벽(3)과 외벽(4)을 따라 프로파일(2)이 가지는 사각홈(5)이 규칙적으로 배열된 구조를 갖고, 벽(6)은 서로 접합되어 수직벽을 형성하면서 사각 프로파일(2)이 그대로 관의 단면이 되어 관의 두께와 강성이 결정된다. 따라서 관의 단면이 공백없이 채워진 솔리드관(Solid Pipe)과 비교할 때, 벽(6)을 제외하면 빈 공간으로 조성되어 그 만큼 재료의 양과 무게 부담을 줄이는 결과를 얻을 수 있으며, 그러면서도 각 벽(3)(4)(6)을 통해 내/외압에 대한 어느 정도의 강성을 갖게 된다. 그러나 수직상의 벽(6)과 내/외벽(3)(4)을 통해 강성을 유지하므로 각 벽(3)(4)(6)에서의 강성차가 커서 평활면인 내/외벽(3)(4) 단면에서의 균열이나 결함이 생기고, 이로 인해 프로파일 안으로의 유체 유실 현상이 나타나는 단점이 있다. 이를 보상하는 방법은 각 벽(3)(4)(6)의 두께를 두껍게 하거나, 프로파일(2)로 형성되는 내부 홈에 발포 수지를 채어지는 코어층을 형성하여 하수관을 제작한다. 하지만 지금까지 제작되어 상용화된 하수관은 구조적인 문제를 해결하고자 하는 것이었고, 용이하게 누수탐지를 하기 위한 구조를 갖는 하수관은 제시되지 못하였다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 제시된 것으로서, 본 발명의 목적은 지하에 매설되며 누수 탐지가 용이한 하수관, 복수 개 하수관과 이의 연결을 담당하는 배선방법을 제시하는 하수관 네트워크, 이러한 하수관 네트워크를 관리하는 누수탐지 시스템, 각 하수관의 길이에 대한 데이터베이스를 구축하는 방법 및 누수 탐지 방법을 제시하고자 하는 것이다.

본 발명의 상기 목적은 관의 단면상에 공백을 두고, 상기 공백이 수평 수직 방향의 사방을 벽으로 하는 홈을 형성하는 프로파일로 이루어지는 하수관에 있어서, 이웃하는 상기 프로파일은 양측 수직벽의 외벽을 서로 이격시켜 감기는 형상으로 구비되며, 상기 이격된 양측 수직벽 사이에 구비되어 상기 양측 수직벽을 접착시키는 전기적 부도체로 형성되는 접착층 및 접착층 내의 영역에 함몰되어 접착제 의해 접착 구비되는 적어도 2개의 도선을 구비하는 것을 특징으로 하는 누수탐지가 용이한 하수관에 의해서 달성 가능하다.

이하에서는, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 장점, 특징 및 바람직한 실시례에 대해 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 제 1 실시예의 하수관의 구조를 도시한다. 하수관은 도 2(a)에 도시된 바와 같이 사각홈으로 이루어지는 프로파일(19)을 이용하여 구성한다. 도 2(b)는 2(a)의 A-A'방향의 프로파일(19)의 단면을 나타내고 있는데, 단면에 도시된 바와 같이 비교적 강도가 있는 PE(폴리에틸렌) 클러스터(cluster; 19-2)가 형성되어 있고, 클러스터 내부에는 전기적 부도체의 충진재(19-3)가 삽입되고, 충진재(19-3) 사이에 서로 절연상태를 유지하면서 삽입되는 한 쌍의 도선(11-a, 11-b)을 구비하게 된다. 종래 기술에서 전술한 바와 같이 프로파일(19)의 사각홈에는 충진재를 채우지 않고 빈 상태로 둘 수가 있다. 이 경우에는 삽입되는 한 쌍의 도선은 서로 절연상태를 유지하도록 하는 것이 중요하며, 바람직하게는 부도체로 피복된 도선을 사용하는 것이 바람직하다. 하수관은 자연 노화로 인한 파괴보다는 주로 인위적인 원인으로 파괴되는 경향이 있으므로, 상수관에 삽입되는 도 선보다 두꺼운 약 0.5mm 이상의 도선을 사용하는 것이 바람직하다.

PE 클러스터(19-2) 외부에는 PE 클러스터보다 낮은 온도에서 녹는 PE층(19-1)을 구비하도록 하도록 하였다. PE 클러스터의 강도는 이의 외부에 구비되는 PE층(19-1)의 강도보다 높은 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 하수관의 제작은 도 2(c)에 도시된 바와 같이 19-1 의 PE층이 녹는 분위기 하에서 원통형상 틀의 외주면을 따라 나선형으로 긴 PE 라인을 감으면, 19-1의 PE 층이 녹으면서 도 2(d)에 도시된 바와 같은 하수관이 형성되게 된다. 또는 원통형상 틀의 외주면을 따라 나선형으로 감을 때, 프로파일의 외주면(19-1)의 사이사이에 PE 접착층을 구비하도록 하여 하수관을 완성시킬 수 있다.

하지만 도 2에 제시된 하수관은 프로파일의 사각홈에 한 쌍의 도선을 삽입하는 것이 용이하지 않는 문제점으로 인하여 제작시 어려움이 있을 수 있다. 이를 해결하기 위하여 한 쌍의 도선을 하수관 프로파일의 외벽사이에 설치하는 것이 보다 바람직하다. 도 3은 본원 발명의 제 2 실시예로 제안하는 하수관의 일실시예를 도시한다. 도 3(a)는 프로파일(19)의 단면을 도시한 것으로서, 전술한 도 2의 실시예와 유사하게 프로파일(19)의 단면은 PE 클러스터(cluster; 19-2)가 형성되어 있고, 클러스터 내부에는 충진재(19-3)가 삽입되어 있으며, 클러스터 외부에는 외부 PE층(19-1)이 구비되어 있다. 물론 전술한 바와 같이 프로파일은 사각홈 내부에 충진되는 충진재(19-3) 또는 외부 PE층(19-1) 중 적어도 하나가 없어도 무방하며, 경우에 따라서는 PE 클러스터(19-2)만으로 구성될 수 있음은 물론이다. 도 3(a)의 단면도에서 사각홈을 형성하는 PE 클러스터(19-2)의 4개 벽 중에서 위쪽 수평벽을 지하층에 매설될 때 흙과 맞닿는 수평벽을 외벽이라 하고, 아래 수평벽을 내벽이라고 지칭하고, 나머지 벽을 양쪽 수직벽이라고 지칭할 때, 한 쌍의 도선(11-a, 11-b)은 양쪽 수직벽의 외면에 위치되도록 하였다. 이때 매설되는 위치는 내벽과 외벽사이의 외부면 사이의 거리를 d라 하였을 때, 외벽의 외부면으로부터 d/2 이내의 거리에 위치되도록 하였다. 이는 하수관의 경우는 내벽이 마모되어 누수가 일어나는 경우가 거의 없으며, 누수의 원인이 주로 외부에서 가해지는 힘에 의해서 이루어지기 때문이다. 또한 도선이 매설된 위치를 발견하기에도 외벽에 가깝게 위치될수록 유리하다.

한 쌍의 도선(11-a, 11-b)이 양쪽 수직벽의 외면에 위치하므로 도 2(c)에 도시한 바와 같이 프로파일을 감게 되면 서로 이웃하는 프로파일의 양쪽 수직벽이 서로 이웃하게 된다. 하수관을 구성하기 위해서는 이웃하는 양쪽 수직벽을 접착시킬 필요가 있고 또한 양쪽 수직벽의 외부벽에 구비되는 도선의 합선을 방지하여야 한다. 따라서 프로파일(19)을 원통형상의 틀의 외주면에 감을 때 프로파일(19)의 사이에 전기적인 부도체로 구성되며 접착력을 갖는 접착층(150)을 구비하도록 하였다. 이때 사용되는 접착층(150)으로는 PE로 구성되는 접착제를 사용하는 것이 바람직하다.

도 3(b)에 도시한 바와 같이 하수관이 구성된 상태에서 이웃하는 프로파일들의 단면을 살펴보면, 프로파일의 양쪽 수직벽의 외면에 한 쌍의 도선(11-a, 11-b)이 구비되고, 프로파일 사이는 전기적인 부도체로 이루어지는 접착층(150)으로 서로 접착되어 있음을 알 수 있다. 이웃하는 프로파일의 수직벽 사이의 거리는 하수 관의 직경이 30cm인 경우에는 3mm 정도가 되고, 직경이 60cm인 경우에는 6mm 내지 10mm 의 간격을 갖게 된다. 따라서 이 사이에 직경이 0.5mm 내지 1mm인 도선을 구비하고 도선 사이에 절연성 접착층을 구비할 공간이 생기는 것이다.

도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 제시된 하수관의 제조 방법을 설명하는 공정 블록도이다. 우선 도선이 구비되지 않은 프로파일을 제작하는 공정을 설명하기로 한다. 압축성형부(40)는 PE 클러스터 원료 공급부(25)로부터 원료를 공급받아 PE 클러스터(19-2)로 이루어지는 사각홈을 압축 성형하여 형성한다. 이때 만들어진 사각홈에는 충진재 공급부(27)을 통하여 내부에 충진재(19-3)를 채워 넣는다. 이렇게 충진재가 충진된 PE 클러스터는 외부로 나오면서 외부 PE 재료 공급부(26)으로부터 PE를 공급받아 외부 PE층(19-1)을 형성한다.

이렇게 형성된 프로파일(19)은 회전하는 원통형상 틀의 외주면(28)을 따라 나선형으로 촘촘히 감게 된다. 이때 도선 공급부(29)로부터 공급되는 도선이 프로파일(19) 수직벽의 외면에 위치된 후에 그 사이에 접착층 공급부(30)로부터 접착층을 공급받아 도선이 구비된 프로파일을 접착시킴으로써 누수탐지가 용이한 하수관을 형성할 수 있게 된다. 이때 원통형상을 이용하여 하수관이 사출되는 속도는 분당 수 cm 정도로 회전속도가 느리므로 도선 및 접착층을 원하는 위치에 구비되도록 하는 것은 손쉽게 달성할 수 있다.

도 4의 공정은 본 발명의 제 1실시례에 따른 하수관을 형성할 경우에는 약간의 변형이 가해져야 한다. 즉, 한 쌍의 도선이 충진재(19-3) 사이에 위치하여야 하므로 프로파일 압축 성형시에 충진재(19-3)을 삽입한 후 도선 공급부(29)로부터 도선을 공급받아 충진재(19-3) 사이에 구비되도록 하거나 또는 먼저 도선을 도선 공급부(29)로부터 공급받아 PE 클러스터로 형성되는 사각홈에 먼저 삽입한 후에 충진재(19-3)를 삽입하는 방법을 사용하여야 한다. 또한 전술한 바와 같이 종래의 프로파일의 구조에 따라 충진재 공급부 또는 외부 PE 공급이 불필요한 경우도 있음은 물론이다.

도 5는 본 발명의 하수관에 구비되는 접속부의 일 실시례를 도시한다. 본 발명에 따른 누수탐지용 하수관은, 도선(11)이 노출되도록 펀칭된 하나의 삽입홈을 형성하고, 형성된 삽입홈의 바닥면에 접착되는 접속부(30)를 구비되도록 하였다. 접속부(30)는 바닥면에 접착층(31)을 구비하고, 아래부분에는 하수관(10)에 매설되는 도선(11)을 삽입하기 위한 삽입홈(32)을 구비하고, 위측부분에는 이웃하는 하수관(10)을 상호 연결하기 위한 피복된 도선(15)를 삽입하기 위한 삽입홈(33)을 구비한다. 아래쪽 삽입홈(32)과 위쪽 삽입홈(33)에 각각 도선 11과 도선 15를 연결하면, 이웃하는 하수관(10)을 서로 전기적으로 연결할 수 있게 된다. 이때 삽입홈(32, 33) 대신에 접속부(30)의 외주면에 나사선을 구비하고 나사선 주위로 도선(11)과 도선(15)를 감는 방식으로도 사용될 수 있음은 물론이다. 또한 도선(11)을 더욱 단단히 고정하기 위하여 접속부(30)의 상단부에 보호캡(35)을 씌울 수 있다. 바람직하게는, 접속부(30) 및 보호캡(35)을 원통형으로 형성하고, 접속부(30)의 외부면과 보호캡(35)의 내부면에 각각 볼트/너트와 같이 나사홈을 형 성한다. 접속부(30)는 하수관(10)의 양 끝단에 도선(11)의 수만큼 각각 구비된다.

도 6은 본 발명의 하수관에 구비되는 접속부의 또 다른 실시례를 도시한다. 도 6(a) 는 접속부의 사시도이고, 도 6(b)는 강관에 설치한 것을 도시한 것으로서 접속부가 코팅막(13) 내부로 삽입된 모습의 단면도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 접속부(30)는 하수관(10)의 일측단에 형성되는 삽입홈 내부에 삽입되고, 하단이 접착제(31) 등에 의해 하수관(10)의 PE 코팅막(13)에 고정됨으로써 설치된다. 바람직하게는 접속부(30)의 크기는 삽입홈의 크기와 동일하게 하게 하는 것이다. 즉, 접속부(30)의 단면적을 삽입홈의 단면적과 동일하게 하여 접속부(30)가 삽입홈 내부에서 움직이거나 이탈되는 것을 방지하고, 높이를 삽입홈의 깊이와 동일하게 하므로써 삽입홈 외부로 돌출되는 것을 방지한다. 접속부(30)가 설치되면 지지기구(42)의 상면에 형성된 나사 구멍을 통해 고정나사(46)를 삽입 하강시켜 접속판(44)을 도선(11)과 밀착 접촉시킨다. 펀칭기를 이용하여 삽입홈을 형성함에 있어서, 펀칭기가 도선(11)의 위치까지 PE 코팅막(13)을 제거하므로 삽입홈의 하부에 도선이 노출되게 된다. 또한, 접속판(44)은 지지기구(42) 측면의 결착공(43)을 따라 상하로 움직이므로, 하강하여 도선(11)과 접촉되어 전기적인 접속을 이루게 된다. 고정나사(46)는 접속판(44)이 도선(11)과 접촉이 해제되는 것을 방지한다. 따라서, 접속판(44)과 도선(11)의 전기적 접속 상태를 유지할 수 있다.

고정나사(46)의 머리부에는 도체로 이루어진 연결선(15)이 연결된다. 바람 직하게는, 고정나사(46)의 머리부 하부에 연결선을 감아서 연결하고, 고정나사(46)를 지지기구(42)의 상면의 나사 구멍에 삽입 하강시킴으로써 연결선을 고정시킨다. 연결선(15)의 연결작업은 접속부(30)의 설치과정 중 어느 때나 이루어질 수 있다. 양 하수관의 접속부(30) 설치 및 연결선(15) 연결이 완료되면, 양 하수관(10)의 각 접속부(30)에 연결된 각 연결선(15)을 연결하여 전기적으로 접속시킴으로써 연결이 완성된다. 접속판(44), 고정나사(46) 및 연결선(15)은 전기가 잘 통하는 도체로 형성하며, 바람직하게는 도선(11)과 같은 재질로 형성한다. 또한, 지지기구(42)도 도선(11)과 같은 재질 등의 도체로 형성할 수 있다.

도 7은 접속부의 또 다른 실시례의 모습을 나타낸 도로서, 도 7(a)는 접속부의 또 다른 실시례의 사시도이고, 도 7(b)는 강관에 적용한 경우를 나타낸 것으로서 접속부(30)가 코팅막 내부로 삽입된 모습의 단면도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 접속부의 또 다른 실시례는 하수관(10)의 일측단에 형성되는 삽입홈 내부에 삽입하고, 지지판(48)의 저면을 접착제(31) 등에 의해 하수관(10)의 PE 코팅막(13)에 고정함으로써 설치한다. 접속부가 설치되면 지지기구(42)의 상면에 형성된 나사 구멍을 통해 고정나사(46)를 삽입 하강시켜 도선(11)을 지지판(48)과 접속판(44) 사이에 고정 및 접촉시킨다. 펀칭기를 이용하여 삽입홈을 형성함에 있어서, 펀칭기가 도선(11)의 위치까지 PE 코팅막(13)을 제거하고 도선(11)의 일측을 절단하여 들어올리므로, 도선(11)을 지지판(48)과 접속판(44) 사이에 삽입할 수 있다. 또한, 접속판(44)은 지지기구(42) 측면의 결착공(43)을 따라 상하로 움직이므로, 하강하여 도선(11)과 접촉되어 전기적인 접속을 이루게 된다. 고정나사(46)는 도선(11)이 지지판(48)과 접속판(44) 사이에서 고정이 해제됨으로써 전기적 접속이 해제되는 것을 방지한다. 따라서, 접속판(44)과 도선(11)의 전기적 접속 상태를 유지할 수 있다.

고정나사(46)의 머리부에는 도체로 이루어진 연결선(15)이 연결된다. 바람직하게는, 고정나사(46)의 머리부 하부에 연결선을 감아서 연결하고, 고정나사(46)를 지지기구(42)의 상면의 나사 구멍에 삽입 하강시킴으로써 연결선을 고정시킨다. 연결선(15)의 연결작업은 접속부의 설치과정 중 어느 때나 이루어질 수 있다. 양 하수관의 접속부 설치 및 연결선(15) 연결이 완료되면, 양 하수관(10)의 각 접속부에 연결된 각 연결선(15)을 연결하여 전기적으로 접속시킨다. 바람직하게는 연결선(15)을 하수관(10)의 외주면을 따라 나선형으로 감는다.

접속판(44), 고정나사(46) 및 연결선(15)은 전기가 잘 통하는 도체로 형성하며, 바람직하게는 도선(11)과 같은 재질로 형성한다. 또한, 지지기구(42) 및 지지판(48)도 도선(11)과 같은 재질 등의 도체로 형성할 수 있다.

도 8은 두 개의 하수관을 상호 연결하기 위한 상태를 도시한 상태도이다. 도 8(a)는 하수관(10, 170)이 상호 연결된 상태를 도시한 것으로서, 하수관 10 에는 한 쌍의 도선(11a, 11b)과 4개의 접속부(30a, 30b, 30e, 30f)가 구비되며, 하수관 170 에는 한 쌍의 도선(11c, 11D)과 4개의 접속부(30c, 30d, 나머지는 미도시)가 구비된다. 접속부 30a와 접속부 30c는 연결선 15a를 이용해서, 접속부 30b와 30d는 연결선 15b를 통해서 각각 연결된다. 하수관(10)의 접속부 30e 및 30f에는 하수관의 누수 여부를 탐지하기 위한 펄스 시험기(200)가 연결된다. 도 8(b)는 하수관 170의 A-A` 단면도를 도시한 것으로서, 한 쌍의 도선(11c, 11d)이 동일한 피치를 유지하면서 구비되므로 한 쌍의 도선이 대략 180도를 이루면서 구비됨을 보여준다. 이러한 이유로 인하여 하수관의 접속부도 대략적으로 서로 180도를 이루면서 구비된다.

본 발명에 따른 하수관의 손상여부를 탐지하기 위하여 상호 연결되어 형성된 하수관 라인의 일측단에 펄스시험기(200)를 설치하고, 반대 측단(도면에 미도시된 하수관 170의 접속부)의 도선은 접지 또는 단락시킨 상태를 이루도록 한다. 따라서 펄스시험기(200)로부터 송출된 펄스신호가 각 하수관의 도선을 통해 전송되고, 마지막 하수관의 도선의 종단에서 되돌아오게 된다. 따라서 수신된 반사 펄스신호의 파형과 수신시간을 분석함으로써 하수관의 손상여부 및 손상위치를 산출할 수 있다.

펄스 시험기(200)에 이용되는 펄스 신호로는 구형파, 톱니파 또는 정현 자승파 등이 있으며, 시험기의 종류에 맞게 선택할 수 있다. 바람직하게는 고조파 성분이 가장 적은 정현 자승파를 사용한다. 또한 펄스 시험기의 최대 측정 거리는 현대의 기술상 100 km 정도이다. 따라서 본 발명에 따른 누수탐지의 경우, 도선을 나선형으로 형성할 경우, 수십 km 정도의 하수관을 하나의 펄스 시험기로도 검사할 수 있다. 펄스 신호의 주파수는 측정대상의 길이에 따라 자동으로 조정한다. 즉, 길이가 짧으면 높은 주파수의 펄스신호로 길이가 길어지면 낮은 주파수 의 펄스신호로 측정하게 된다. 또한 펄스 시험기는 반사 펄스의 파형에 따라 케이블의 상태 파악으로 하수관의 고장상태를 파악할 수 있다. 즉, 단선(개방), 혼선(단락), 침수 및 누화 등의 파악이 가능하다. 따라서 반사 펄스신호의 파형에 의해 고장 상태를 파악할 수 있고, 수신 시간에 의해 고장 위치를 측정할 수 있다. 즉, 단선(개방)인 경우에는 하수관의 해당 위치가 완전 파손으로 판단하고, 혼선(단락)인 경우에는 시공 불량으로 판단한다. 또한 침수인 경우에는 해당 위치에서 누수가 있는 것으로 판단한다.

펄스시험기(200)는 주기적으로 펄스신호를 발생 및 송출하며, 반사되어 돌아오는 반사 펄스신호를 수신한다. 바람직하게는 누수의 정확한 위치를 찾기 위해 낮은 주파수의 펄스시험기인 반사측정기(TDR : Time Domain Reflectometer)를 사용한다. 펄스 시험기(200)에는 해당 펄스 시험기를 식별하기 위한 펄스 시험기 정보, 즉 펄스 시험기 아이디(ID)와 반사 펄스신호를 전송하는 전송수단(미도시)을 구비하고, 바람직하게는 무선으로 데이터 전송이 가능한 무선전송수단을 구비하도록 한다.

도 9는 복수 개 하수관이 연결된 모습을 나타낸 도로서, 3 개의 하수관(10)이 T 자형을 이루며 라우터를 경유하여 연결되는 실시례를 도시한다. 각 하수관(10, 170, 180)은 연결관(100)에 의해 서로 연결되고, 각 하수관에 설치된 도선은 연결관에 구비되는 접속부(30a 내지 30f)와 각각 연결되고, 접속부(30a 내지 30f)는 연결선(15)에 의해 연결관(100)의 접속부(100a 내지 100f)에 각각 연결 되며, 연결관(100)의 접속부(100a 내지 100f)는 라우터(150)의 접속점(150a 내지 150f)에 각각 연결된다. 라우터(30)는 외부로부터 전송되는 제어신호에 의해 각 하수관의 도선 간을 전기적으로 접속시키거나 접속을 해제한다.

연결관은 연결되는 하수관의 수 또는 연결 형태에 따라 다양한 형태를 이룰 수 있다. 예를 들어, 2 개의 하수관을 연결하는 경우에는 일자형 또는 'ㄱ' 자형 연결관을 사용하고, 3 개의 하수관인 경우에는 'T' 자형 연결관을, 4 개의 하수관인 경우에는 '┼' 자형 연결관을 사용한다.

본 발명에 따른 라우터(150)는 하수관 네트워크 형성시에 'T' 자형 또는 '┼' 자형과 같은 연결구간의 발생에 대응하기 위한 것으로서, 연결관(100)에 의해 연결된 각 하수관 중 선택된 하수관, 즉 펄스신호 송출을 통한 누수탐지를 수행할 하수관의 도선을 접속시키는 기능을 한다. 즉, 3 개 이상의 하수관이 연결되어 다중접속을 이룰 때 펄스신호의 전송경로를 설정/변경할 수 있다. 라우터의 동작은 외부로부터 전송되는 제어신호에 의해 제어되며, 하수관 네트워크 상에서 누수가 의심되는 구간 또는 누수탐지를 원하는 곳에 부분 네트워크를 구성하여 펄스시험을 수행할 수 있다. 라우터(150)는 펄스시험기의 신호를 감쇄시키지 않는 전용칩(ASIC)으로 설계하여 연결관(100)에 설치할 수 있고, 자체 고장시에도 하나의 경로로 고정시켜 네트워크 시험을 계속할 수 있다. 본 발명에 따른 라우터(150)는 각 하수관의 도선이 연결되는 접속점(150a 내지 150f)과 중앙 모니터링 시스템으로부터 제어신호를 무선으로 수신하는 수신수단(미도시)을 구비한다. 라우터(150)는 수신수단을 통해 수신된 제어 신호에 따라 접속점끼리 전기적으로 접속시킴으로써 각 하수관의 도선 간을 전기적으로 접속시킨다.

도 10은 하수관 네트워크의 구성 예시도이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 하수관 네트워크(300)는 중앙 모니터링 시스템의 제어신호에 의해 라우터(150)를 제어하여 도선의 연결경로를 자유로이 설정하고, 펄스시험기(200)를 통해 설정된 경로로 펄스신호를 송출함으로써 각 하수관의 손상여부를 탐지할 수 있다.

중앙모니터링 시스템으로부터 하수관 P1:P2:P6:P10:P14:P18:P22 로 경로를 설정하는 라우터 제어신호가 설정되면, 라우터 R1, R2, R5, R6, R10 및 R11 가 동작하여 각 하수관의 도선을 전기적으로 접속시킨다. 상세하게는, 각 라우터마다 라우터 아이디와 연결될 하수관 아이디를 포함하는 제어신호가 전송된다. 예를 들면, R1:P1:P2, R2:P2:P6, R5:P6:P10, R6:P10:P14, R10:P14:P18 및 R11:P18:P22 와 같은 형태의 제어신호가 전송된다.

라우터에 의해 경로가 설정되면, 펄스시험기(T1)가 설정된 경로로 펄스신호 (S1)를 송출하고, 송출된 펄스신호는 중간에 단선, 즉 하수관이 파손되지 않은 이상 경로의 종단까지 전송되고 종단에서 반사되어 반사 펄스신호가 펄스시험기(T1)에 수신된다. 펄스시험기(T1)는 펄스시험기 아이디와 수신된 반사 펄스신호를 중앙 모니터링 시스템으로 전송하고, 중앙 모니터링 시스템은 수신된 반사 펄스신호를 설정된 경로에 적용하여 분석함으로써 하수관의 손상 여부 및 손상 위치를 산출한다. 즉, 펄스시험기 아이디(T1)를 통해 설정된 경로를 추출하고, 파이프 네트 워크 데이터베이스로부터 설정된 경로에 대한 하수관 및 도선의 정보를 추출하고, 반사 펄스신호의 파형 및 수신시간을 추출된 정보에 적용하여 분석한다. 도 10의 경우, 반사 펄스신호의 파형 및 수신시간의 분석을 통해 A1 과 A2 지점의 손상유형 및 손상위치를 산출할 수 있음을 보여준다.

마찬가지로, 하수관 P23:P24:P25:P21:P14:P7:P4 로 경로를 설정하기 위한 라우터 제어신호 R12:P23:P24, R13:P24:P25, R14:P25:P21, R10:P21:P14, R6:P14:P7 및 R3:P7:P4 가 전송되면, 각 라우터는 경로를 설정하고 펄스시험기(T2)는 설정된 경로로 펄스신호(S2)를 송출하고, 반사 펄스신호를 수신하여 중앙 모니터링 시스템으로 전송한다. 중앙 모니터링 시스템은 설정된 경로에 적용하여 반사 펄스신호를 분석하게 되고, A2 및 A3 의 손상유형 및 손상위치를 산출한다.

도 11은 하수관의 누수탐지 시스템의 구성도이다. 본 발명에 따른 하수관의 누수탐지 시스템은 하나 이상의 도선이 삽입 또는 고정되어 설치된 복수의 하수관(10)이 연결관(100)에 의해 상호 연결되어 네트워크를 구성하고, 각 하수관(10)에 설치된 도선이 라우터(150)에 의해 경로가 설정되어 전기적으로 접속되고, 각 도선의 설정된 경로로 펄스신호를 송출하고 반사 펄스신호를 수신하여 수신된 반사 펄스신호를 전송하는 하나 이상의 펄스시험기(200)를 구비하는 하수관 네트워크(300), 반사 펄스신호를 수신 및 분석하여 하수관(10)의 상태를 파악하고 하수관 네트워크(300)의 정보를 디스플레이함으로써 모니터링 환경을 제공하는 중앙 모니터링 시스템(60), 인터넷 또는 유무선 통신망(70) 및 하수관 네트워크 (300)를 관리하는 관리자 클라이언트(80)를 포함한다.

본 발명에 따른 중앙 모니터링 시스템(60)은 라우터 제어신호를 전송하고, 펄스시험기 아이디 및 반사 펄스신호를 수신하여 도선의 상태를 파악함으로써 각 하수관의 상태를 파악하고, 하수관 네트워크(300)의 정보를 디스플레이하고, 소정의 하수관에 이상이 발생한 경우 관리자 클라이언트(80)에게 경고 메시지를 전송한다.

중앙 모니터링 시스템(60)은 중앙 모니터링 서버(62), 관리자 데이터베이스 (64), 파이프 네트워크 데이터베이스(66) 및 지리정보 데이터베이스(68)를 구비한다.

본 발명에 따른 중앙 모니터링 서버(62)는 관리자 클라이언트(80)의 제어에 따라 또는 자동으로 펄스신호가 전송되는 도선의 경로를 설정하기 위한 라우터 제어신호를 라우터(150)로 전송하고, 펄스시험기(200)로부터 설정된 경로를 통해 송출된 펄스신호에 대한 반사 펄스신호와 펄스시험기 아이디를 수신하고, 수신된 반사 펄스신호를 분석함으로써 설정된 도선의 경로에 대한 각 하수관의 상태를 파악한다. 반사 펄스신호는 반사 펄스신호의 파형 및 수신시간을 포함하므로, 반사 펄스신호를 분석하여 설정 경로의 각 도선에 대하여 손상여부를 판단하고 손상이 발생한 경우 손상된 도선의 위치를 산출하고, 손상된 도선의 위치로부터 하수관의 손상위치를 산출한다.

반사 펄스신호의 분석은, 정상상태의 하수관에 대한 반사 펄스신호의 수신시간 및 파형과 수신된 반사 펄스신호의 비교 분석을 통해 이루어진다. 하수관 네 트워크를 설치함에 있어서, 상호 연결된 하수관의 도선에 펄스신호를 송출 및 수신하여 각 하수관에 대한 정상상태의 수신시간, 파형, 도선길이 및 도선길이로부터 산출되는 하수관 길이를 포함하는 데이터(이하 '초기 위치데이터'라 한다.)를 취득 및 산출하여 파이프 네트워크 데이터베이스에 저장한다. 또한, 하수관 네트워크의 운영시에 주위환경, 특히 온도의 변화에 따라 펄스신호의 전송속도가 변화하여 반사 펄스신호를 통해 산출되는 데이터에 대비하기 위하여, 누수탐지시 분석결과와 비교되는 정상상태의 기준치로 사용되는 데이터(이하 '보정용 위치데이터'라 한다.)를 주기적으로 보정한다. 보정용 위치데이터는 초기 위치데이터와 같은 데이터를 포함한다. 초기 위치데이터와 보정용 위치데이터는 하수관 네트워크를 구성하는 각 하수관마다 취득 및 산출되어 저장된다. 보정용 위치데이터의 보정은 하나 이상의 하수관을 선택하여 펄스신호를 송출 및 수신하여 정상상태의 수신시간, 파형, 도선길이 및 하수관 길이 등을 취득 및 산출하여 파이프 네트워크 데이터베이스에 업데이트함으로써 이루어진다. 구체적으로는, 하수관 네트워크 중 소정의 하수관(제 1 하수관)을 선택하여 보정용 위치데이터를 보정하고, 제 1 하수관의 변화율을 산출한 뒤, 파이프 네트워크 데이터베이스로부터 다른 하수관, 즉 선택되지 않은 하수관(제 2 하수관)의 보정용 위치데이터를 추출하여 추출된 데이터에 상기 변화율을 적용하여 보정함으로써 전체 하수관에 대한 보정용 위치데이터를 보정한다. 따라서, 보다 정확하고 정밀한 분석 결과를 얻을 수 있다. 보정용 위치데이터의 산출 및 보정에 대해서는 이하에서 더욱 상세히 설명한다.

또한, 중앙 모니터링 서버(62)는 하수관 네트워크(300) 및 각 하수관(10)의 현재 상태 정보를 디스플레이한다. 상기 디스플레이는 소정의 모니터링 수단 또는 소정의 웹페이지를 통해 이루어진다. 즉, 관리자 클라이언트(80)가 로컬에서 중앙 모니터링 서버(62)를 제어 및 관찰하는 경우 모니터링 수단을 통해 디스플레이하고, 원격지에서 인터넷 또는 유무선 통신망을 통해 접속하는 경우 웹페이지를 통해 디스플레이한다. 이러한 서버시스템은 필요에 따라 중앙처리 장치와 네트워크 연결이 가능한 일반 퍼스널 컴퓨터나 또는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구성된 제어 로직으로 구현할 수 있음은 물론이다.

또한, 중앙 모니터링 서버(62)는, 하수관 네트워크(300)의 상태를 디스플레이함에 있어서, 손상된 하수관(10)이 있는 경우 경보음을 발생시키거나, 손상된 하수관(10)에 대해 색깔을 변화시키거나 소정의 아이콘을 표시하는 등의 방법을 통해 관리자 클라이언트(80)가 용이하게 식별할 수 있도록 한다.

또한, 중앙 모니터링 서버(62)는 손상된 하수관(10)이 있는 경우, 해당 관리자 클라이언트(80)에게 경고 메시지를 전송한다. 경고 메시지의 전송은, 이메일 또는 SMS(Short Message Service) 등을 통해 이루어진다.

본 발명에 따른 관리자 데이터베이스(64)는 각 관리자 클라이언트(80)의 정보를 저장한다. 관리자 클라이언트 정보는 관리자 클라이언트(80)의 신상정보, 담당업무 영역 및 인증정보를 포함한다. 인증정보는 원격 또는 로컬에서 접속하는 관리자 클라이언트를 인증하기 위한 정보이다.

본 발명에 따른 파이프 네트워크 데이터베이스(66)는 하수관 네트워크(300)를 구성하는 하수관(10), 연결관(100), 라우터(150) 및 펄스시험기(200)의 정보를 저장한다. 즉, 각각의 아이디, 하수관 및 연결관의 종류, 하수관에 삽입된 도선의 종류 및 길이, 하수관의 길이, 연결관을 통해 연결된 하수관의 아이디, 하수관 또는 연결관의 손상여부, 손상유형 및 손상위치, 각 하수관의 초기 위치데이터 및 보정용 위치데이터 등을 저장한다. 바람직하게는, 온도에 따른 도선 및 하수관 길이 등의 오차를 보정하기 위해 일정간격마다 보정기(calibrator)를 설치하여 데이터베이스 상의 오차를 보정한다. 초기 위치데이터와 보정용 위치데이터는 하수관에 손상이 발생하지 않은 정상상태에 대한 데이터로서, 바람직하게는 송출된 펄스신호의 주파수도 함께 저장한다. 따라서, 중앙 모니터링 시스템은 수신된 반사 펄스신호의 분석결과를 보정용 위치데이터에 적용하여 비교 분석함으로써 각 하수관의 손상여부, 손상유형 및 손상위치를 산출한다.

본 발명에 따른 지리정보 데이터베이스(68)는 하수관 네트워크(300)의 현재 상태 정보를 디스플레이하거나 손상된 하수관(10)을 복구하는데 이용되며, 각 하수관(10), 연결관(100), 라우터(150) 및 펄스 시험기(200)의 매설위치와 각각의 연결형태 등을 저장한다. 또한, 각 하수관의 길이 및 하수관에 설치된 도선의 길이를 저장할 수 있다. 따라서, 하수관 네트워크 중 선택된 일부 하수관들의 길이 및 도선의 길이를 산출할 수 있다. 따라서 손상된 하수관(10)의 매설위치를 정확하게 파악하여 복구 작업을 수행할 수 있다.

파이프 네트워크 데이터베이스(66)와 지리정보 데이터베이스(68)는 연관되는 정보를 상호 참조하여 구성된다. 예를 들어, 하수관 네트워크의 상태를 디스플레이하는 경우, 하수관, 연결관, 라우터 및 펄스시험기의 연결형태는 지리정보 데이 터베이스(68)로부터 추출하고, 각각의 아이디를 이용하여 파이프 네트워크 데이터베이스(66)로부터 상세정보를 추출하게 된다. 또한, 손상된 하수관의 복구에 있어서, 파이프 네트워크 데이터베이스(66)로부터 손상된 하수관의 아이디를 추출하여 지리정보 데이터베이스(68)로부터 해당 하수관의 매설위치를 추출하게 된다.

본 발명에 따른 관리자 클라이언트(80)는 하수관 네트워크(300)를 관리하고 손상된 하수관(10)을 포함하여 각 시설의 유지 및 보수 업무를 수행한다. 따라서 중앙 모니터링 시스템(60)이 제공하는 모니터링 수단 또는 웹페이지에 디스플레이된 하수관 네트워크(300)의 상태 정보를 통해 각 하수관(10)의 현재 상태를 점검하고 손상된 하수관(10)을 복구한다. 또한 중앙 모니터링 시스템(60)으로부터 경고 메시지를 수신하면 해당 하수관(10)의 상태를 점검하고 복구한다.

본 발명에 따른 관리자 클라이언트(80)는 인터넷 또는 유무선 통신망(70)을 통해 중앙 모니터링 시스템(60)에 접속할 수 있는 관리자 단말기(82) 및 관리자 클라이언트를 인증하기 위한 인증수단(84)을 구비한다.

본 발명에 따른 관리자 단말기(82)는 인터넷 또는 유무선 통신망(70)을 통해 중앙 모니터링 시스템(60) 또는 중앙 모니터링 시스템이 제공하는 웹페이지에 접속하여 하수관 네트워크(300)의 현재 상태 정보를 수신하여 디스플레이하고, 관리자 클라이언트(80)가 입력하는 데이터를 중앙 모니터링 시스템(60)으로 전송한다. 관리자 단말기(82)로는 개인용 컴퓨터, PDA, 무선인터넷이 가능한 휴대 전화 및 IMT 2000 단말기 등이 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 인증수단(84)은 관리자 클라이언트를 인증함으로써 하수관 네트워크 관리의 보안을 제공한다. 관리자 클라이언트(80)를 인증하기 위하여 패스워드를 이용할 수 있는데, 고도의 보안을 요하는 경우 또는 관리자 클라이언트가 원격지에서 중앙 모니터링 시스템(60)에 접속하는 경우 별도의 인증수단을 이용하여 관리자 클라이언트를 인증할 수 있다. 인증수단(84)으로는 스마트 카드 또는 지문인식 단말기 등이 사용될 수 있다.

도 12는 하수관 네트워크 설치 및 초기 위치데이터 저장과정의 흐름도이다. 도 12를 참조하면, 하수관 네트워크의 설치 및 초기 위치데이터 저장과정은 다음과 같은 흐름을 가진다.

중앙 모니터링 시스템(60)은 파이프 네트워크 데이터베이스(66)와 지리정보 데이터베이스(68)를 구축하고(S100 단계), 하수관 네트워크(300)의 정보를 저장한다.(S105 단계) 하수관 네트워크 정보는 하수관 네트워크에 설치될 각 하수관 (10), 연결관(100), 라우터(150) 및 펄스시험기(200)의 정보와 매설위치 등을 포함한다. 바람직하게는, 하수관 네트워크 설치시에 실제로 설치된 내용을 저장한다. 예를 들어, 하수관을 절단하여 사용한 경우 하수관 전체의 길이 대신 절단하여 사용된 하수관의 길이를 저장한다. 각 데이터의 저장은 하수관 네트워크의 설치를 담당하는 관리자 클라이언트가 미리 입력함으로써 이루어지며, 현장에서의 데이터 전송에 의해 이루어질 수도 있다. 또한, 하수관 네트워크의 구축이 데이터베이스에 저장된 내용과 상이하게 이루어진 경우 해당 데이터를 이후에 업데이트한다.

관리자 클라이언트(80)는 하수관 네트워크(300)를 구성하는 펄스시험기(200) 를 설치하고(S110 단계), 펄스시험기와 연결되는 위치에 매설될 하수관(10)을 설치하고, 라우터(150)를 설치한다.(S115 단계) 펄스시험기는 네트워크의 일부 끝단에 설치한다. 하수관 네트워크 설치과정은 각 하수관의 설치와 설치된 하수관의 도선길이 및 하수관 길이 산출과정의 반복에 의해 이루어진다.

중앙 모니터링 시스템(60)은 각 하수관의 설치 상태를 감지하기 위하여, 각 라우터에 설치된 각 하수관의 도선 간의 연결상태를 온/오프시키기 위한 제어신호를 송출하고(S120 단계), 라우터(150)는 수신된 라우터 제어신호에 따라 각 하수관의 도선 간의 전기적 접속상태를 온/오프시키거나 쇼트시킨다.(S125 단계) 펄스시험기(200)는 일정 주기로 계속해서 자동으로 펄스신호를 설치된 하수관의 도선으로 송출하고 수신된 반사 펄스신호를 중앙 모니터링 시스템(60)으로 전송하므로, 중앙 모니터링 시스템은 반사 펄스신호를 수신 및 분석함으로써 각 하수관의 설치여부를 감지할 수 있다. 또한, 중앙 모니터링 시스템은 라우터 제이신호를 이용하여 라우터를 원격에서 무선제어할 수 있으므로, 설치된 각 라우터(150)를 이용하여 설치된 각 하수관의 도선 간의 연결을 온/오프시키거나 또는 쇼트시켜 경로를 설정하고, 설정된 경로에 대한 반사 펄스신호를 수신 및 분석함으로써 '┳' 자형 또는 '╋' 자형으로 분기하여 설치된 하수관을 감지할 수 있다.

펄스시험기(200)는 라우터(150)에 의해 설정된 경로로 펄스신호를 송출하고 쇼트된 위치에서 반사된 반사 펄스신호를 수신하여(S130 단계), 수신된 반사 펄스신호와 펄스시험기 아이디를 중앙 모니터링 시스템(60)으로 전송한다.(S135 단계) 바람직하게는 펄스신호의 주파수도 전송한다. 펄스시험기는 자동으로 펄스신호를 송출하고 수신된 반사 펄스신호를 전송한다. 따라서, 하수관이 추가로 연결되고 연결된 하수관의 각 도선이 라우터에 의해 연결되면 펄스시험기로부터 송출된 신호는 연결된 하수관의 도선을 통해 전송되고 반사 펄스신호가 수신된다.

중앙 모니터링 시스템(60)은 반사 펄스신호와 펄스시험기 아이디를 수신하고 (S140 단계), 수신된 데이터를 통해 새로 설치된 하수관을 감지하고 해당 하수관의 도선길이를 산출하고 산출된 도선길이를 이용하여 하수관 길이를 산출한다.(S145 단계) 하수관이 추가로 설치되면 반사 펄스신호의 수신시간이 증가하게 되고, 중앙 모니터링 시스템은 수신된 반사 펄스신호를 분석하여 하수관의 추가 설치를 감지하고, 추가 설치된 하수관의 도선길이 및 하수관 길이를 산출할 수 있다.

예를 들어, 하수관 네트워크가 도 10에 도시된 바와 같이 구축되는 경우, 하수관 P1 만이 설치된 경우 라우터 R1 이 P1 의 각 도선을 쇼트시키면 중앙 모니터링 시스템은 P1 에 대한 반사 펄스신호를 수신하게 된다. 따라서, 중앙 모니터링 시스템은 P1 의 설치를 감지하고, 반사 펄스신호의 수신시간을 통해 P1 에 설치된 도선의 길이를 산출하고 산출된 도선길이를 통해 P1 의 길이를 산출한다.

또한, 하수관 P1 과 P2 가 설치된 경우, 라우터 R1 이 P1 과 P2 의 도선을 전기적으로 접속시키고, 라우터 R2 가 P2 의 도선을 쇼트시키면, 중앙 모니터링 시스템은 P1 과 P2 에 대한 반사 펄스신호를 수신하게 된다. 중앙 모니터링 시스템은 파이프 네트워크 데이터베이스로부터 P1 에 대한 반사 펄스신호의 수신시간, 도선길이, 하수관 길이와 P1 에 연결되는 각 하수관의 연결형태를 로드하고, 수신된 반사 펄스신호를 비교 분석한다. 수신된 반사 펄스신호의 수신시간은 P1 에 대한 반사 펄스신호의 수신시간보다 크고, 라우터 R1 에 P1 과 수평방향으로 연결되는 P2 로 경로를 설정하는 라우터 제어신호를 송출하였으므로 P2 가 설치된 것을 감지할 수 있다. 또한, 수신된 반사 펄스신호의 수신시간을 통해 전체 도선의 길이, 즉 P1 과 P2 가 연결된 상태의 전체 도선의 길이를 산출하고, 산출된 결과에서 P1 의 도선길이를 감산함으로써 P2 의 도선길이를 산출한다. 또한, 산출된 도선길이로부터 하수관 P2 의 길이를 산출한다. 따라서, P2 는 연결관 C1 의 길이를 포함한 값으로 산출된다. 마찬가지로, 하수관 P1 내지 P5 까지 설치된 경우, 라우터 R1 이 P1 과 P5 의 도선을 전기적으로 접속시키고 라우터 R4 가 P5 의 도선을 쇼트시키면, 중앙 모니터링 시스템은 P1 과 P5 에 대한 반사 펄스신호를 수신하여 P5 의 설치를 감지하고, 수신된 반사 펄스신호의 수신시간을 통해 전체 도선길이를 산출한 후 산출결과에서 P1 의 도선길이를 감산하여 P5 의 도선길이를 산출하고 하수관 P5 의 길이를 산출한다. P5 의 길이는 연결관 C1 의 길이를 포함한다. 파이프사이에 라우터가 없는 경우, 파이프 길이의 산정은 연결부위를 인위적으로 쇼트시키거나 오픈(원래상태)된 채로 하수관의 길이를 산정할 수 있음은 물론이다. 하수관 네트워크의 누수탐지 및 하수관 네트워크의 상태를 디스플레이함에 있어서, 손상이 발생한 정확한 위치를 산출하면 되므로 연결관의 구분이 무의미하게 된다. 따라서, 연결관 부분을 통상의 하수관과 동일하게 판단하여 손상위치를 산출한다. 또한, 수신된 반사 펄스신호의 파형이 정상상태의 파형과 상이한 경우, 측정된 하수관이 손상되었다고 볼 수 있으므로 관리자 클라이언트(80)에게 경고 메시지 등을 전송하여 다른 하수관으로 교체하도록 한다.

실제 시공시에는 시공자가 파이프와 연결구를 연결하면서 동시에 펄스시험기 모니터링을 통해 파이프 네트워크 DB를 구축하게 된다. 즉, 라우터가 없는 연결구는 전술한 바와 같이 접속부를 인위적으로 쇼트시키거나 또는 오픈 상태를 유지하면서 라우터가 있는 연결구는 적절한 경로를 설정하면서 시공 시에 정확한 DB구축이 가능하게 된다.

중앙 모니터링 시스템(60)은 파이프 네트워크 데이터베이스(66)의 초기 위치데이터 필드에 각 하수관마다 수신된 반사 펄스신호의 파형, 수신시간, 산출된 도선길이 및 하수관 길이를 저장한다.(S150 단계) 복수의 하수관의 경로에 대한 반사 펄스신호를 수신한 경우, 수신시간은 해당 하수관에 대한 데이터를 산출하여 저장할 수 있다. 즉, 상기 예에서 하수관 P1 과 P2 또는 P1 과 P5 에 대한 반사 펄스신호를 수신한 경우, P2 또는 P5 에 대한 수신시간을 산출하여 저장할 수 있다.

중앙 모니터링 시스템(60)은 파이프 네트워크 데이터베이스(66)의 보정용 위치데이터 필드에 초기 위치데이터를 저장한다.(S155 단계) 보정용 위치데이터 필드의 각 항목에 저장되는 보정용 위치데이터는 시스템의 운영 중에 주기적인 측정을 통해 보정되는 데이터로서, 초기값으로 초기 위치데이터를 입력한다. 보정용 위치데이터의 각 항목은 초기 위치데이터와 동일하므로, 대응되는 보정용 위치데이터의 각 필드에 초기 위치데이터를 입력한다.

각 하수관의 연결 및 측정과정(S115 단계 내지 S155 단계)는 전체 하수관 네트워크(50)가 구축될 때까지 반복한다.(S160 단계)

중앙 모니터링 시스템(60)은 하수관 네트워크의 현재 상태 정보를 디스플레 이한다.(S165 단계) 상기 디스플레이는 관리자 클라이언트가 로컬에 있는 경우에는 디스플레이 수단을 통해 이루어지고, 원격에서 접속한 경우 웹페이지를 통해 이루어진다. 또한, 하수관 네트워크의 현재 상태 정보 디스플레이는 지리정보 데이터베이스(68)를 참조하여 이루어진다. 즉, 하수관 네트워크의 하수관 및 연결관의 매설위치 및 연결 형태를 지리정보 데이터베이스로부터 추출하고, 추출된 하수관 및 연결관의 아이디를 이용하여 파이프 네트워크 데이터베이스(66)로부터 하수관 및 연결관의 상세정보를 추출하여 디스플레이한다. 바람직하게는, 하수관 네트워크의 각 하수관의 상태를 그래픽으로 나타내고, 이상이 발생한 하수관에 대하여 관리자 클라이언트가 식별이 용이하도록 별도의 표시를 한다.

도 13은 보정용 위치데이터 보정 및 누수탐지 과정의 흐름도이다. 도 13a 및 13b 를 참조하면, 보정용 위치데이터 보정 및 누수탐지 과정은 다음과 같은 흐름을 가진다.

중앙 모니터링 시스템(60)은 보정용 위치데이터를 보정하기 위하여 하수관 네트워크에서의 펄스신호 전송경로 설정을 위한 라우터 제어신호를 송출한다.(S200 단계) 설정되는 경로는 보정용 위치데이터의 보정을 위하여 펄스신호를 송출할 경로로서, 펄스시험기와 연결된 하나 이상의 하수관을 선택한다. 경로설정 및 라우터 제어신호 송출은 관리자 클라이언트(80)의 선택 및 입력에 의해 이루어질 수도 있고, 주기적으로 자동으로 이루어질 수 있다. 자동 경로설정의 경우, 미리 설정된 경로에 대한 제어신호를 주기적으로 전송하거나 자동으로 경로를 설정하는 소정의 알고리즘(이하 '경로설정 알고리즘'이라 한다.)에 의해 경로를 설정하고 제어신호를 송출할 수 있다. 라우터 제어신호는 라우터 아이디와 경로에 포함된 하수관의 아이디를 포함한다.

라우터(150)는 라우터 제어신호를 수신하고, 제어신호에 따라 경로를 설정한다.(S205 단계) 각 라우터는 라우터 제어신호를 수신하고, 수신된 제어신호에 따라 선택된 하수관에 설치된 각 도선 간의 연결을 온 시킴으로써 경로를 설정하며, 선택된 하수관 중 펄스시험기와 연결된 경로의 반대 측단의 하수관에 설치된 도선을 쇼트시킨다. 예를 들어, 도 10과 같은 하수관 네트워크에서 하수관 P1 과 P2 로 경로가 설정된 경우, P1 에서 P2 방향으로 펄스신호가 전송되므로 라우터 R1 이 P1 과 P2 의 도선을 전기적으로 접속시키고, 라우터 R2 가 P2 끝단의 도선을 쇼트시킨다. 따라서, 펄스신호가 쇼트된 위치에서 반사되어 펄스시험기로 수신된다.

펄스시험기(200)는 설정된 경로로 펄스신호를 송출하고 반사 펄스신호를 수신하여(S210 단계), 수신된 반사 펄스신호와 펄스시험기 아이디를 전송한다.(S215 단계) 펄스시험기의 펄스신호 송출과 수신된 반사 펄스신호 및 펄스시험기 아이디 전송은 중앙 모니터링 시스템의 제어에 의해 이루어지지 않고, 자동으로 이루어진다. 펄스시험기는 주기적으로 펄스신호를 자동으로 송출하고 수신한 반사 펄스신호와 펄스시험기 아이디를 중앙 모니터링 시스템으로 전송한다. 따라서, 라우터에 의해 경로가 설정되면 펄스시험기로부터 송출된 펄스신호는 설정경로를 통해 전송되고, 설정경로에 대한 반사 펄스신호를 취득하게 된다.

중앙 모니터링 시스템(60)은 반사 펄스신호와 펄스시험기 아이디를 수신하고 (S220 단계), 수신된 데이터를 통해 도선길이 및 하수관 길이를 산출한다.(S225 단계)

중앙 모니터링 시스템(60)은 설정경로에 포함된 각 하수관의 보정용 위치데이터를 파이프 네트워크 데이터베이스(66)로부터 추출하고, 산출된 도선길이 및 하수관 길이와 추출된 보정용 위치데이터의 도선길이 및 하수관 길이가 동일한지 여부를 판단한다.(S230 단계) 즉, 수신된 펄스시험기 아이디를 키로 하여 설정경로에 포함된 하수관 아이디를 추출하고, 추출된 하수관 아이디를 키로 하여 각 하수관의 보정용 위치데이터를 추출하여 산출결과와 비교한다. 하수관 네트워크가 도 10과 같이 구축된 경우, 하수관 P1 에 대해서만 측정을 하였으면 측정결과를 통해 P1 의 도선길이 및 하수관 길이를 산출하고, P1 에 대한 보정용 위치데이터를 추출하여 비교한다. 또한, 하수관 P1 과 P2 에 경로를 설정하여 측정을 한 경우 P1 내지 P2 의 도선길이 및 하수관 길이를 산출하고, P1 과 P2 의 보정용 위치데이터를 추출하여 산출결과와 비교한다. 구체적으로는 P1 과 P2 의 보정용 위치데이터의 도선길이와 하수관 길이를 각각 합산하고, 합산된 결과와 상기 산출된 결과를 비교한다. 이때, 하수관 길이만을 비교할 수 있다. 또한, 도선길이 및 하수관 길이를 산출하지 않고, 수신된 반사 펄스신호의 수신시간과 보정용 위치데이터의 수신시간을 비교할 수도 있다. 산출결과와 보정용 위치데이터의 도선길이 및 하수관 길이가 동일한 경우, 보정용 위치데이터의 이전 보정시와 현재 측정시의 펄스신호의 전송속도가 동일하다고 볼 수 있으므로 주위환경, 특히 온도의 변화가 없었다고 볼 수 있다. 따라서, 상기 비교를 통해 주변환경의 변화여부를 판단할 수 있다. 또한, 수신된 반사 펄스신호의 파형이 보정용 위치데이터의 파형과 상이한 경우, 도선이 손상되었다고 볼 수 있으므로 하수관의 손상여부를 판단한다.

S230 단계의 비교 결과 산출결과와 보정용 위치데이터가 상이한 경우, 온도 등의 변화로 인해 펄스신호의 전송속도가 변화한 것이므로 수신된 데이터를 통해 보정용 위치데이터를 보정한다.(S235 단계) 즉, 선택된 하수관의 보정용 위치데이터를 보정하고 이를 이용하여 나머지 하수관의 보정용 위치데이터를 보정한다. 구체적으로, 반사펄스신호를 이용하여 설정경로에 포함된 하수관의 도선길이를 산출하고 산출된 도선길이를 통해 하수관 길이를 산출한다. 또한, 상기 산출결과와 해당 하수관의 보정용 위치데이터를 비교하여 변화율을 추출한 뒤, 파이프 네트워크 데이터베이스로부터 나머지 하수관의 보정용 위치데이터를 추출하여 산출된 변화율을 적용함으로써 도선길이 및 하수관 길이를 산출하고, 산출된 데이터를 각 필드에 업데이트한다. 변화율 산출과 도선길이 및 하수관 길이의 산출은 초기 위치데이터와의 비교를 통해 이루어질 수도 있다. 따라서, 현재의 펄스신호 전송속도가 반영된 보정용 위치데이터를 구할 수 있다.

중앙 모니터링 시스템(60)은 하수관 네트워크(300)의 현재 상태 정보를 업데이트하여 디스플레이한다.(S240 단계)

중앙 모니터링 시스템(60)은 하수관 네트워크(300) 중 누수탐지를 실시할 경로를 설정하기 위한 라우터 제어신호를 송출한다.(S245 단계) 설정경로는 펄스신호를 이용하여 각 하수관의 누수여부를 탐지하기 위한 구간이다. 경로설정 및 라우터 제어신호의 송출은 관리자 클라이언트(80)의 선택 및 입력에 의해 이루어질 수도 있고, 경로설정 알고리즘에 의해 자동으로 이루어질 수도 있다. 라우터 제어신호는 라우터 아이디와 경로에 포함된 하수관의 아이디를 포함한다.

라우터(150)는 라우터 제어신호를 수신하고, 제어신호에 따라 경로를 설정한다.(S250 단계) 각 라우터는 라우터 제어신호를 수신하고, 수신된 제어신호에 따라 선택된 하수관에 설치된 각 도선 간의 연결을 온 시킴으로써 경로를 설정하고, 설정된 경로의 종단에 위치한 하수관의 도선을 쇼트시킨다.

펄스시험기(200)는 설정된 경로로 펄스신호를 송출하고, 반사 펄스신호를 수신한다.(S255 단계)

펄스시험기(200)는 수신된 반사 펄스신호와 펄스시험기 아이디를 전송한다. (S260 단계)

중앙 모니터링 시스템(60)은 반사 펄스신호 및 펄스시험기 아이디를 수신하고, 파이프 네트워크 데이터베이스(66)를 참조하여 반사 펄스신호를 분석하여(S265 단계), 하수관에 이상이 발생하였는지 여부를 판단한다.(S270 단계) 즉, 수신된 펄스시험기 아이디를 키로 하여 설정경로에 포함된 하수관 아이디를 추출하고, 추출된 하수관 아이디를 키로 하여 각 하수관의 보정용 위치데이터를 추출하고, 보정용 위치데이터의 정상상태의 반사 펄스신호 파형과 수신된 반사 펄스신호의 파형을 비교 분석하여 하수관의 손상여부를 판단한다.

S270 단계에서 이상이 발생한 경우, 즉 반사 펄스신호의 파형에 이상이 있는 경우, 손상유형 및 손상위치를 산출한다.(S275 단계) 손상위치는 하수관상의 위치로 산출한다.

중앙 모니터링 시스템(60)은 산출된 손상유형 및 손상위치를 파이프 네트워크 데이터베이스(66)에 저장하여 하수관 정보를 업데이트한다.(S280 단계)

중앙 모니터링 시스템(60)은 하수관 네트워크의 현재 상태 정보의 디스플레이 화면을 업데이트한다.(S285 단계) 또한, 중앙 모니터링 시스템은 해당 관리자 클라이언트(80)에게 경고 메시지를 전송하고, 관리자 클라이언트는 경고 메시지 또는 디스플레이 화면을 통해 손상된 하수관을 파악하고 복구한다.

도 14는 하수관의 누수탐지 시스템의 데이터 보정의 예시도로서, 도 14a는 하나의 하수관을 테스트함으로써 데이터를 보정하는 예시도이고, 도 14b 및 도 14c는 두개의 선택된 하수관을 테스트함으로써 데이터를 보정하는 예시도이다. 도 14a 내지 도 14c에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 하수관의 누수탐지 시스템은 하수관 네트워크의 운영 중에 주기적으로 하나 이상의 하수관을 선택 및 테스트하고, 테스트결과를 통해 파이프 네트워크 데이터베이스에 저장된 보정용 위치데이터를 업데이트한다. 바람직하게는 하나의 하수관을 선택하여 테스트한다.

각각에 대해 설명하면 이하와 같다.

도 14a의 경우, 라우터 R1 이 중앙 모니터링 시스템으로부터 전송된 제어신호에 의해 P1 에 설치된 도선을 쇼트시킨다. 펄스시험기(T1)로부터 펄스신호가 송출되면, 송출된 펄스신호(S1)는 쇼트된 위치(A1)에서 반사되고 반사 펄스신호 (RS1)가 펄스시험기로 수신된다. 펄스시험기가 펄스시험기 아이디와 반사 펄스신호를 중앙 모니터링 시스템으로 전송하면, 중앙 모니터링 시스템은 수신된 데이터 를 통해 P1 의 도선길이 및 하수관 길이를 산출하고, 파이프 네트워크 데이터베이스로부터 해당 하수관(P1)에 대한 정보를 추출하여 산출결과와 보정용 위치데이터를 비교한다. 중앙 모니터링 시스템은 수신된 반사 펄스신호의 수신시간과 보정용 위치데이터의 수신시간을 비교할 수 있다. 도선의 길이는 반사 펄스신호의 수신시간을 통해 산출하므로, 양 수신시간이 동일한 경우 펄스신호의 전송속도가 동일하므로 파이프 네트워크 데이터베이스를 업데이트하지 않는다. 그러나, 수신시간이 상이한 경우 보정용 위치데이터를 보정한다.

도 14b의 경우, 라우터 R1 이 P1 에 설치된 도선과 P2 에 설치된 도선을 전기적으로 접속시키고, 라우터 R2 가 P2 에 설치된 도선을 쇼트시킨다. 펄스시험기(T1)로부터 펄스신호(S2)가 송출되면, 송출된 펄스신호는 쇼트된 위치(A2)에서 반사되고 반사 펄스신호(RS2)가 펄스시험기로 수신된다. 중앙 모니터링 시스템은 펄스시험기 아이디와 반사 펄스신호를 펄스시험기로부터 수신하고, 수신된 데이터로부터 도선길이 및 하수관 길이를 산출한다. 이후에, 파이프 네트워크 데이터베이스로부터 해당 하수관(P1, P2)에 대한 보정용 위치데이터를 추출하여 산출결과와 비교한다. 구체적으로는 추출된 보정용 위치데이터에 포함된 P1 과 P2 의 도선길이와 하수관 길이를 각각 합산하고, 산출결과와 합산결과를 비교한다. 산출결과가 합산결과와 상이한 경우 각 하수관에 대한 보정용 위치데이터를 보정한다.

도 14c의 경우, 라우터 R1 이 P1 에 설치된 도선과 P5 에 설치된 도선을 전기적으로 접속시키고, 라우터 R4 가 P5 에 설치된 도선을 쇼트시킨다. 펄스시험기(T1)로부터 펄스신호(S3)가 송출되면, 송출된 펄스신호는 쇼트된 위치(A3)에서 반사되고 반사 펄스신호(RS3)가 펄스시험기로 수신된다. 데이터 보정방법은 상기한 바와 같다.

도 15는 파이프 네트워크 데이터베이스의 구조를 나타내는 도로서, 도 15a 및 도 15b는 하수관 정보 테이블이고, 도 15c는 연결관 정보 테이블로서 중요한 필드만을 도시한 것이다. 각각은 도 10에 도시된 하수관 네트워크를 적용한 것이다.

도 15a 및 도 15b에 도시된 바와 같이, 하수관 정보 테이블은 각 하수관 및 설치된 도선의 정보를 저장한다. 하수관 정보 테이블은 각 하수관에 대한 수신시간 및 도선길이의 초기 위치데이터와 보정용 위치데이터를 저장한다. 하수관 길이 필드 및 도선길이 필드에 저장되는 데이터는 하수관 네트워크 설치에 앞서 입력된 데이터이고, 초기 위치데이터 필드의 수신시간 필드, 도선길이 필드 및 하수관 길이 필드 등에 저장되는 데이터는 하수관 네트워크 설치 중에 측정 및 산출된 데이터이다. 또한, 보정용 위치데이터 필드의 수신시간 필드, 도선길이 필드 및 하수관 길이 필드 등에 저장되는 데이터는 하수관 네트워크 운영 중에 주기적으로 측정 및 보정되는 데이터이다. 초기 위치데이터 필드의 도선길이 필드 및 하수관 길이 필드에 저장된 데이터가 도선길이 필드 및 하수관 길이 필드에 저장된 데이터보다 큰 이유는, 초기 위치데이터의 도선길이 및 하수관 길이가 연결관의 길이 및 연결관에 설치된 도선의 길이까지 포함하기 때문이다. 또한, 보정용 위치데이터 필드는, 주기적으로 하나 이상의 하수관을 선택하여 펄스신호를 송출 및 수신하고 분석함으로써 업데이트된다.

예를 들어, 하수관 P1 에 대하여 측정이 이루어지고 측정 이전의 보정용 위치데이터가 초기 위치데이터와 동일한 경우, 수신시간이 0.18 초 증가하고 하수관 도선길이가 1.8m 증가하였음을 알 수 있다. 따라서, 수신시간 및 도선길이에 대한 변화율로 +1/50 을 산출하게 되고, 이를 다른 하수관에 적용하여 보정용 위치데이터를 보정하게 된다.

이상 설명한 바대로, 본 발명은 지하에 복잡하게 매설되어 있는 하수관의 위치를 정확하게 파악하고, 하수관의 파손 또는 손상에 의한 누수 여부를 탐지하여 파손 또는 손상이 발생한 위치를 정확히 산출하고, 하나 이상의 하수관으로 이루어진 네트워크의 관로 상태를 한번에 파악할 수 있는 현저한 효과가 있다.

다시 말해서, 본 발명에 따른 하수관의 누수탐지 시스템 및 방법은 이하와 같은 효과가 있다.

첫째로, 지하에 매설된 하수도관의 파손 또는 손상에 의한 누수 여부 및 누수 위치를 정확히 알 수 있으므로, 물에 의한 오염을 막고 수리 및 복구에 드는 비용 및 인력을 절감할 수 있다.

둘째로, 하수관의 운반시 파손을 방지할 수 있고, 하수관 설치시 또는 일부 파손된 하수관의 교체시에 필요한 길이만큼 절단하여 용이하게 연결 및 설치할 수 있고, 하수관이 강관 또는 PE 관인 경우 모두에 적용이 가능하다.

셋째로, 별도의 단말기를 통해 자동으로 펄스 신호의 송출을 제어하고, 하수관의 누수 여부 및 누수 위치에 대한 정보를 디스플레이하거나 중앙의 관리 센터로 전송하므로, 관리자가 단말기의 디스플레이 내용을 통해 하수관의 상태를 파악하여 적절한 조치를 취할 수 있으므로 하수관의 관리 및 복구에 드는 비용 및 인력을 현저하게 줄일 수 있다.

본 발명은 하수관을 위주로 기술하였으나, 본 발명의 사상은 이에 한정되지 않고 기체를 수송하는 기체관에 적용할 수 있음은 물론이다. 또한 본 발명은 본 발명의 바람직한 실시례가 특정 용어들을 사용하여 기술되어 왔지만, 그러한 기술은 오로지 설명을 하기 위한 것이며, 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러 가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것으로 이해되어져야 한다.

Claims (4)

1. 관의 단면상에 공백을 두고, 상기 공백이 수평 수직 방향의 사방을 벽으로 하는 홈을 형성하는 프로파일로 이루어지는 하수관에 있어서,

   이웃하는 상기 프로파일은 양측 수직벽의 외벽을 서로 이격시켜 감기는 형상으로 구비되며, 상기 이격된 양측 수직벽 사이에 구비되어 상기 양측 수직벽을 접착시키는 전기적 부도체로 형성되는 접착층; 및

   상기 접착층 내의 영역에 함몰되어 상기 접착제 의해 접착 구비되는 적어도 2개의 도선을 구비하는 것을 특징으로 하는 누수탐지가 용이한 하수관.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 공백을 구성하는 수평 방향의 벽 사이의 외부 거리를 d라 하고, 하수관이 지하층에 매설될 때 흙과 맞닿는 수평벽의 외면을 외부면이라 할 때, 상기 도선은 상기 외부면으로부터 d/2 만큼의 거리 이내에 설치되는 것을 특징으로 하는 누수탐지가 용이한 하수관.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 프로파일의 단면에 구비되는 공백에는 충진재가 채워진 것을 특징으로 하는 누수탐지가 용이한 하수관.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 프로파일의 단면을 구성하는 공백의 외벽에 PE 보호층이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 누수탐지가 용이한 하수관.

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