KR100873722B1 - 다중 터널 통합 제어 시스템 및 이의 제어방법 - Google Patents

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한국건설기술연구원
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Abstract

본 발명은 다수 개의 터널로 이루어지는 다중 터널의 통합관리를 수행하는 메인서버(100), 상기 메인서버(100)와 온라인으로 연결되며 다수 개의 터널 각각에 설치되어 각 개별 터널의 관리를 수행하는 개별터널관리서버(200), 상기 개별터널관리서버(200)와 유무선 통신이 가능하도록 연결되어 제어기능을 수행하는 현장제어반(300), 상기 현장제어반(300)의 제어신호에 따라 작동하고 작동 결과를 상기 현장제어반(300)으로 송신하는 현장설비반(400)으로 구성되는 다중 터널 통합 제어 시스템 및 이의 제어방법에 관한 것이다.
메인서버, 개별터널관리서버, 현장제어반, 현장설비반

Description

다중 터널 통합 제어 시스템 및 이의 제어방법{Multi Tunnel Integrated Control System and Method}
본 발명은 다수 개의 터널로 구성되는 다중 터널을 하나의 메인서버에서 통합적으로 관리하는 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세히는 다수 개의 터널로 이루어지는 다중 터널의 통합관리를 수행하는 메인서버(100), 상기 메인서버(100)와 온라인으로 연결되며 다수 개의 터널 각각에 설치되어 각 개별 터널의 관리를 수행하는 개별터널관리서버(200), 상기 개별터널관리서버(200)와 유무선 통신이 가능하도록 연결되어 제어기능을 수행하는 현장제어반(300), 및 상기 현장제어반(300)의 제어신호에 따라 작동하고 작동 결과를 상기 현장제어반(300)으로 송신하는 현장설비반(400)으로 구성되고, 메인서버(100)에 내장된 프로그램에 의하여 각 개별 터널의 통합적 관리가 가능한 것을 특징으로 한다.
기존의 터널 관리 시스템이나 방법은 각각의 터널을 개별적으로 제어하는 것에 국한되었다.
다시 말하면 각 터널 별로 현장설비반에 설치된 각종 센서를 이용하여 데이터를 수집하고, 각 터널의 개별 관리서버나 현장제어반에서 수집된 데이터에 근거하여 환기 등 기타 필요한 제어를 수행하는 방식으로 이루어졌다.
따라서, 특정 지역에 다수 개의 터널이 존재하는 경우에도 각 터널 별로 개별적인 제어를 위한 프로그램(알고리즘)이 개별 관리서버의 PC나 현장제어반의 PLC(Programmable Logic Controller)마다 설치되어야 하고, 관리서버의 PC와 현장제어반의 PLC에 기능이 분산되어 체계적 관리가 미흡하고 일부 기능이 중복되어 시스템 부하의 원인이 되고 있으며, 시스템의 개선 및 변경, 확장시에 과도한 비용이 소요되는 문제점이 있다.
또한 PLC 부분에 제어를 수행하기 위한 주된 기능이 집중되어 해당 시공업체에 기술적으로 종속된다는 문제점이 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위하여 창작된 본 발명은 각 터널의 개별 관리서버의 PC와 현장제어반의 PLC에 분산되어 있던 제어 기능을 메인서버로 집중시키고, 원격지에 위치한 하나의 메인서버에서 다수 개의 터널을 통합적이고 체계적으로 관리하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 창작된 본 발명의 구성은 다음과 같다.
본 발명은 다수 개의 터널로 이루어지는 다중 터널의 통합관리를 수행하는 메인서버(100), 상기 메인서버(100)와 온라인으로 연결되며 다수 개의 터널 각각에 설치되어 각 개별 터널의 관리를 수행하는 개별터널관리서버(200), 상기 개별터널관리서버(200)와 유무선 통신이 가능하도록 연결되어 제어기능을 수행하는 현장제어반(300), 상기 현장제어반(300)의 제어신호에 따라 작동하고 작동 결과를 상기 현장제어반(300)으로 송신하는 현장설비반(400)으로 구성되는 다중 터널 통합 제어 시스템에 관한 것이다.
여기서 메인서버(100)는 다수 개의 터널 각각에 고유번호를 부여하고, 터널의 제원과 연산에 필요한 파라메터를 설정하는 터널별 파라메터 설정부(110); 각각의 터널에 설치되는 각종 설비에 대한 제원과 연산에 필요한 파라메터를 설정하는 터널별 설비 파라메터 설정부(120); 각각의 터널의 환기 및 방재에 요구되는 제어 주기를 설정하는 시간변수 설정부(130); 각각의 터널에 대한 제반 운전변수를 설정하는 운전변수 설정부(140); 차종별 오염물질 배출량의 기준을 설정하는 차량변수 설정부(150); 각각의 터널에 설치된 화재감지설비 또는 온도감지기를 통하여 화재발생과 같은 비상사태가 발생되었는지를 판단하고 비상사태운전공정을 수행하는 비상사태 대응부(160); 비상사태가 발생되지 않은 경우, 환기 제어주기에 해당하는 각각의 터널에 대하여 순차적으로 평상운전공정을 수행하는 환기 운전부(170); 각각의 터널에 설치된 각종 센서에서 수집된 데이터를 이용하여 차종별 오염물질 배출량을 산정하는 오염물질 배출량 산정부(180); 및, 비상사태가 발생되지 않고 환기 제어주기에도 해당되지 않는 경우, 각각의 터널 별로 산출된 차량변수를 이용하여 터널의 소요환기량 산정에 사용되는 속도보정계수 및 구배보정계수를 산출하는 보정계수 산출부(190);를 포함하여 구성된다.
본 발명의 기술적 구성에 따르면 각 터널의 개별 관리서버의 PC와 현장제어반의 PLC에 분산되어 있던 제어 기능을 메인서버로 집중시킬 수 있고, 원격지에 위치한 하나의 메인서버에서 다수 개의 터널을 통합적이고 체계적으로 관리하는 것이 가능하게 되어, 시스템의 유지관리가 용이하고 비용을 절감할 수 있으며, 추후 관리 기능의 확장이나 변경과 같은 성능 업그레이드도 용이하고 관련 비용을 최소화할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 구체적 실시예를 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도1은 다중 터널 통합 제어 시스템의 블록 구성도이고, 도2는 메인서버(100)의 블록 구성도이다.
도1에 도시된 바에 의하면 다중 터널 통합 제어 시스템은 다중 터널의 통합관리를 수행하는 메인서버(100), 메인서버(100)와 온라인으로 연결되며 다수 개의 터널 각각에 설치되어 각 개별 터널의 관리를 수행하는 개별터널관리서버(200), 개별터널관리서버(200)와 유무선 통신이 가능하도록 연결되어 제어기능을 수행하는 현장제어반(300), 및 현장제어반(300)의 제어신호에 따라 작동하고 작동 결과를 상기 현장제어반(300)으로 송신하는 현장설비반(400)으로 구성된다.
메인서버(100)는 개별 터널들을 관리하는 프로그램이 구비되는데, 이러한 메인서버(100)를 기능별로 구분하면 도2에 도시된 바와 같이 터널별 파라메터 설정부(110), 터널별 설비 파라메터 설정부(120), 시간변수 설정부(130), 운전변수 설정부(140), 차량변수 설정부(150), 비상사태 대응부(160), 환기 운전부(170), 오염물질 배출량 산정부(180), 및 보정계수 산출부(190)로 구성된다.
터널별 파라메터 설정부(110)에서는 다수 개의 터널 각각에 고유번호를 부여하고, 터널의 제원과 연산에 필요한 파라메터를 설정하는 과정이 이루어지는데, 각각의 터널에 대한 터널의 길이, 단면적, 각 구간별 구배, 및 터널 설비의 설치 위치에 대한 파라메터가 입력되고, 연산작업시 데이터로 활용할 수 있도록 저장된다.
터널별 설비 파라메터 설정부(120)에서는 각각의 터널에 설치되는 각종 설비에 대한 제원과 연산에 필요한 파라메터를 설정하는 과정이 이루어지는데, 제트팬, 전기집진기, 또는 축류팬과 같은 구동설비의 수량, 용량, 소요전력, 최소 운전시간에 관한 파라메터와 풍향풍속계, CO센서, VI(가시도)센서, 교통량계수기, 차량속도계와 같은 센서의 설치 위치, 성능 및 제원에 관한 파라메터가 입력되고, 연산작업시 데이터로 활용할 수 있도록 저장된다.
시간변수 설정부(130)에서는 각각의 터널의 환기 및 방재에 요구되는 제어주기를 설정하는 과정이 이루어지는데, 각각의 터널 별 제어주기, 샘플링타임, 연산주기 및 최소 수동운전 요청시간에 관한 파라메터가 입력되고, 연산작업시 데이터로 활용할 수 있도록 저장된다.
운전변수 설정부(140)에서는 각각의 터널에 대한 제반 운전변수를 설정하는 과정이 이루어지는데, 각각의 터널 별 허용오염농도, 터널 내 제한풍속, 비상시 상황별 터널 내 유지풍속에 관한 파라메터가 입력되고, 연산작업시 데이터로 활용할 수 있도록 저장된다.
차량변수 설정부(150)에서는 차종별 오염물질 배출량의 기준을 설정하는 과정이 이루어지는데, 초기에 설정된 차종별 오염물질 배출량의 기준은 후술하는 오염물질 배출량 산정부(180)에서 산정된 값에 의하여 갱신된다.
비상사태 대응부(160)는 각각의 터널에 설치된 화재감지설비 또는 온도감지기에서 감지한 신호를 전송받아 이를 근거로 화재발생과 같은 비상사태가 발생되었는지를 판단하고, 필요시 비상사태운전공정을 수행한다.
비상사태 대응부(160)는 터널에 비상사태가 발생하는 경우 해당 터널의 비상사태가 해지되었는지 여부를 판단하게 된다.
비상사태가 해지되지 않은 경우 해당 터널이 수동운전 상태인지 여부를 판단하여 수동운전 상태인 경우에는 제어 순서상 다음 번 순위의 터널 제어를 시작하게 된다.
만약 수동운전 상태가 아닌 경우에는 해당 터널의 개별터널관리서버(200)로부터 수동운전 요청이 있는지 여부를 판단하여 수동운전 요청이 있으면 해당 터널에 대한 비상제어권을 개별터널관리서버(200)로 이양한다.
비상제어권이 개별터널관리서버(200)로 이양되면 메인서버(100)의 제어를 벗어나 비상사태가 발생된 해당 터널에서 독자적인 수동제어가 이루어진다.
비상사태가 해지된 경우에는 개별터널관리서버(200)로 이양된 해당 터널에 대한 비상제어권을 다시 환수하고, 제어 순서상 다음 번 순위의 터널에 대한 제어를 시작한다.
만약 수동운전 요청이 없으면 비상사태 경보를 발령하고 최소 수동운전 요청시간이 경과되면 비상사태운전공정을 자동으로 수행한다. 즉, 비상사태가 발생된 해당 터널로부터 수동운전 요청이 없는 상태가 한계시간을 초과하는 경우 메인서버(100)의 비상사태 대응부(160)가 자체적으로 비상사태운전공정을 수행하여 해당 터널에 설치된 제트팬, 전기집진기, 축류팬과 같은 환기설비를 직접 제어한다.
환기 운전부(170)는 비상사태가 발생되지 않은 경우 환기 제어주기에 해당하는 각각의 터널에 대하여 순차적으로 평상운전공정을 수행한다.
오염물질 배출량 산정부(180)는 각각의 터널에 설치된 각종 센서에서 수집된 데이터를 이용하여 차종별 오염물질 배출량을 산정하는데, 도4에 도시된 바와 같이 CO, VI, 내부풍속, 구간 평균차속, 차종별 통과차량대수 및 평균차속에 대한 데이터를 수집하고, CO의 경우 평균오염도[ppm] 단위를 밀도에 의해 질량단위로 변환하고, VI의 경우 터널의 부피를 곱하고 MIRA 계수로 나누고, ARX(Auto Regression with Extra input) 모델을 적용하여 차종별 오염물질 배출량을 산정한다.
이러한 차종별 오염물질 배출량을 산정하는 구체적인 방법은 기등록된 등록특허 제10-0377680호(터널 내의 차종별 오염물 배추량 추정 알고리즘 및 이에 기초한 터널 내의 오염도 추정 알고리즘을 이용한 터널 내의 환기량 산정 시스템 및 방법)에 기재된 '차종별 오염물 배출량 추정 알고리즘'을 이용하는 바, 이에 대한 상세한 기재는 생략한다.
보정계수 산출부(190)는 비상사태가 발생되지 않고 환기 제어주기에도 해당되지 않는 경우, 각각의 터널 별로 산출된 차량변수를 이용하여 터널의 소요환기량 산정에 사용되는 속도보정계수 및 구배보정계수를 산출한다.
속도보정계수와 구배보정계수는 터널 내의 환기설비의 용량설계를 위해 소요환기량을 산출하기 위한 파라메터로 사용되는데, 본 발명은 소요환기량을 산출하기 위하여 국제도로상설회(PIARC)에서 사용하는 식(1)과 식(2)를 기본적으로 사용한다.
Figure 112008038999729-pat00001
(QFCO=CO환기량
qo CO=승용차 1대당 CO배출량
DPC=차선당, km당 승용차 대수
fi CO=오염물질 CO에 대한 구배보정계수
fv CO=오염물질 CO에 대한 속도보정계수
fh CO=오염물질 CO에 대한 표고보정계수
COar=허용 CO농도)
Figure 112008038999729-pat00002
(QFSM=매연환기량
qo SM=승용차 1대당 표준 매연배출량
DPC=차선당, km당 승용차 대수
fiv SM=오염물질 매연에 대한 속도-구배보정계수
fh SM=오염물질 매연에 대한 표고보정계수
Kar=허용 가시도)
즉, 기준차종 차량 1대당 표준 오염물질배출량(qo)을 도출하고(실제 터널에서의 수집된 데이터로부터 도출됨), 상기 기준차종 차량 1대당 표준 오염물질배출량과 교통밀도(DPC), 속도보정계수(fv) 및 구배보정계수(fm)의 관계로서 정의되는 환기량산정식으로 소요환기량(QF)을 산정하는 것이다.
또한, 본 발명에서는 다음과 같이 보정계수를 정량화된 수치방정식으로 표현하고, 나아가 식(1)과 식(2)를 터널 실정에 맞게 단순화하여 보다 정확한 환기량이 산정될 수 있도록 한다.
1.소요환기량 산정식의 단순화
국내 터널을 비롯 대부분의 터널들이 표고차에 의한 기압변화보다는 터널이 위치한 지역의 기후에 따른 기압변화에 의한 영향을 많이 받으므로 본 발명에서는 그 값을 '1'로 보고(미국의 경우에도 1220m 이하는 모두 fh=1 을 사용함), 나아가 매연환기량 산정에 있어서도 속도-구배보정계수의 값이 부정확한 경우가 많아 이를 속도보정계수와 구배 보정계수의 곱으로 표현한다. 이에 따라 앞서의 식(1)과 식(2)를 다시 표현하면 하기의 식(3)과 식(4)와 같다.
Figure 112008038999729-pat00003
여기서, QFCO=CO환기량, qo CO=기준차종 차량의 표준 CO배출량, DPCo CO=교통밀도(CO배출량에 대한 차종별 환산계수 적용), fm CO=오염물질 CO에 대한 구배보정계수, fv CO=오염물질 CO에 대한 속도보정계수, COar=허용 CO농도이다.
Figure 112008038999729-pat00004
여기서, QFSM=매연환기량, qo SM=기준차종 차량의 표준 매연배출량, DPCo SM=교통밀도(매연배출량에 대한 차종별 환산계수 적용), fm SM=오염물질 매연에 대한 구배보정계수, fv SM=오염물질 매연에 대한 속도보정계수, Kar=허용 가시도이다.
상기의 식(3)과 식(4)에 의해 CO환기량(QFCO)과 매연환기량(QFSM)이 산출되며, 최종 소요환기량은 이 두 값 중에서 큰 값으로 선택되어 환기제어에 이용된다.
2. 교통밀도 도출
터널 내를 통과하는 차량은 다양한 차종의 차량으로 구분 가능하며, 다양한 차종에서 배출되는 오염물질은 오염물질의 종류에 따라 다른 차이를 나타낼 수 있다. 이에, 본 발명에서는 차종별로 오염물질 환산계수를 구하여 이를 교통밀도 도출에 반영하고 있다. 실제 터널의 운영자료로부터 얻어진 오염물질배출량 자료를 바탕으로 하여 오염물질의 종류에 따른 교통밀도를 정확하게 도출하는 것이다.
임의의 터널 A의 구간 A-n의 구배가 '0'일 경우 그 구간을 표준구간이라 하고, v속도로 표준구간을 통과하는 차종별 오염물질배출량의 추정값과 표준속도(터널에서 환기량 산정을 위해 기준으로 하는 차량의 통과속도)에서의 차종별 오염물질 배출량의 추정값은 하기 표와 같이 정의한다.
구분 v속도에서의 오염물질배출량 표준속도(vo)에서의 오염물질매출량 비고
기준차종 - qo s(소형), ms(중소형), m(중형), L(대형), sL(특대형)
소형승용 qs qso
중소형 qms qmso
중형 qm qmo
대형 qL qLo
특대형 qsL qsLo
위의 값을 이용하여 오염물질에 따른 기준차종 차량에 대한 차종별 환산계 수(fcar)는 다음과 같다. 만약 소형승용을 기준차종으로 한다면 qo = qso 가 될 것이다. 특히, qo는 오염물질배출량을 의미하므로 오염물질 종류에 따라 차종별 오염물질 환산계수는 각각 도출된다. 즉 CO환기량을 산출하는 경우에는 CO배출량으로부터 CO에 대한 차종별 환산계수를 도출하고, 매연환기량을 산출하는 경우에는 매연배출량으로부터 매연에 대한 차종별 환산계수를 도출하는 것이다.
소형 오염물질 환산계수:
Figure 112008038999729-pat00005
중소형 오염물질 환산계수:
Figure 112008038999729-pat00006
중형 오염물질 환산계수:
Figure 112008038999729-pat00007
대형 오염물질 환산계수:
Figure 112008038999729-pat00008
특대형 오염물질 환산계수:
Figure 112008038999729-pat00009
위와 같은 도출된 차종별 오염물질 환산계수는 하기 식(10)과 같이 적용됨으로써 최종 차종별 오염물질 환산계수가 적용된 교통밀도(DPCo)가 도출된다.
Figure 112008038999729-pat00010
여기서, DPCF=표준구간에 대하여 기준차종의 차량으로 환산한 교통밀도(종래 DPC값), qo=기준차종 차량의 표준 오염물질배출량, qxo= 차종별(x=s(소형), ms(중소형), m(중형), L(대형), sL(특대형), 등) 차량의 표준 오염물질배출량이다.
3. 속도보정계수 도출
터널은 통과차량의 밀도가 높아 속도가 저하되고 이로 인해 단위시간당 단위길이에서 오염물질의 배출량이 증가한 경우 환기가 필요하기 때문에 차량의 진행속도가 느린 저속에서 환기기의 작동이 요구된다. 따라서, 저속구간을 0~5 km/h, 5~10 km/h, 10~20km/h, 20~40 km/h 및 40km/h 이상 등 임의의 개수로 나누기로 한다. 이를 바탕으로 표준구간을 임의의 속도 vkm /h로 통과하는 기준차종 차량의 오염물질배출량을 q v 라 하면 오염물질배출량 qv와 통과속도 v의 관계를 하기의 식(11)의 1차식으로 가정할 수 있으며, 식(11)은 식(12)로 다시 쓸 수 있다.
Figure 112008038999729-pat00011
Figure 112008038999729-pat00012
위 식(12)에 많이 축적된 표준구간의 속도별 차종별 오염물질 배출량 추정 데이터를 적용하면 다음과 같이 식(10)의 계수 a와 b를 각각 구할 수 있다. a와 b는 도 4에서와 같이 최저자승법(least Square Method)에 의해 쉽게 구할 수 있다.
Figure 112008038999729-pat00013
Figure 112008038999729-pat00014
여기서, q o =기준차종 차량의 표준 오염물질배출량(표준구간을 환기량 산정의 기준이 되는 표준속도로 통과하는 기준차종 차량의 오염물질배출량), vi= 표준구간에서의 기준차종 차량의 통과속도,
Figure 112008038999729-pat00015
=표준구간에서의 기준차종 차량의 평균속도, (qv)i= vi속도로 통과하는 기준차종 차량으로부터 배출된 오염물질배출량,
Figure 112008038999729-pat00016
= vi속도로 통과하는 기준차종 차량으로부터 배출된 오염물질배출량 평균이다.
결국, 속도보정계수( f v )는 하기의 식(15)와 같이 구할 수 있다.
Figure 112008038999729-pat00017
4. 구배보정계수 도출
구배보정계수는 속도보정계수와 마찬가지 방법으로 도출할 수 있다. 즉, 표준속도 v o 로 통과하는 기준차종 차량이 구배가 m 1 ≤m<m 2 인 터널 구간을 지날 때 배 출되는 오염물질량을 q m 이라 하면 앞서와 마찬가지 방법으로 구배보정계수(fm)를 하기의 식(16) 내지 식(19)와 같이 구할 수 있는 것이다.
Figure 112008038999729-pat00018
Figure 112008038999729-pat00019
Figure 112008038999729-pat00020
여기서, q o =기준차종 차량의 표준 오염물질배출량, mi= 표준구간 도로의 구배,
Figure 112008038999729-pat00021
=표준구간 도로의 평균구배, (qm)i= mi구배구간을 통과하는 기준차종 차량으로부터 배출된 오염물질배출량,
Figure 112008038999729-pat00022
= mi구배구간을 통과하는 기준차종 차량으로부터 배출된 오염물질배출량 평균이다.
Figure 112008038999729-pat00023
도3은 메인서버(100)에서 이루어지는 전체적인 제어 알고리즘의 순서도인데, 본 발명에 따른 제어방법은 다음과 같은 과정으로 이루어진다.
(1) 제1단계
다수 개의 터널 각각에 대한 터널의 제원과 연산에 필요한 파라메터를 입력하여 설정하는 단계인데, 각각의 터널에 대한 터널의 길이, 단면적, 각 구간별 구배, 및 터널 설비의 설치 위치에 대한 파라메터가 입력되어 저장된다.
(2) 제2단계
각각의 터널에 설치되는 각종 설비에 대한 제원과 연산에 필요한 파라메터를 입력하여 설정하는 단계인데, 제트팬, 전기집진기, 또는 축류팬과 같은 구동설비의 수량, 용량, 소요전력, 최소 운전시간에 관한 파라메터와 풍향풍속계, CO센서, VI(가시도)센서, 교통량계수기, 차량속도계와 같은 센서의 설치 위치, 성능 및 제원에 관한 파라메터가 입력되어 저장된다.
(3) 제3단계
각각의 터널의 환기 및 방재에 요구되는 제어주기를 설정하는 단계인데, 각각의 터널 별 제어주기, 샘플링타임, 연산주기 및 최소 수동운전 요청시간에 관한 파라메터가 입력되어 저장된다.
(4) 제4단계
각각의 터널 별 허용오염농도, 터널 내 제한풍속, 비상시 상황별 터널 내 유지풍속에 관한 파라메터가 입력되어 저장된다.
(5) 제5단계
차종별 오염물질 배출량의 기준을 입력하여 저장한다.
(6) 제6단계
각각의 터널에 설치된 화재감지설비 또는 온도감지기를 통하여 화재발생과 같은 비상사태가 발생되었는지를 판단하고 대응하는 단계이다.
터널에 대한 순차적 제어 과정에서 비상사태가 발생하는 경우 해당 터널의 비상사태가 해지되었는지 여부를 판단한다.
비상사태가 해지되지 않은 경우 해당 터널이 수동운전 상태인지 여부를 판단하여 수동운전 상태인 경우에는 제어 순서상 다음 순위 터널의 제어를 시작한다.
수동운전 상태가 아닌 경우에는 해당 터널의 개별터널관리서버(200)로부터 수동운전 요청이 있는지 여부를 판단하여 수동운전 요청이 있으면 해당 터널에 대한 비상제어권을 개별터널관리서버(200)로 이양한다.
수동운전 요청이 없으면 비상사태 경보를 발령하고 최소 수동운전 요청시간이 경과되면 비상사태운전공정을 자동으로 수행한다.
비상사태가 해지된 경우에는 개별터널관리서버(200)로 이양된 해당 터널에 대한 비상제어권을 환수하고, 제어 순서상 다음 순위 터널에 대한 제어를 시작한다.
(7) 제7단계
비상사태가 발생되지 않은 경우, 환기 제어주기에 해당하는 각각의 터널에 대하여 순차적으로 평상운전공정을 수행하는 단계이다.
(8) 제8단계
각각의 터널에 설치된 각종 센서에서 수집된 데이터를 이용하여 차종별 오염물질 배출량을 산정하는 단계이다.
도4에 도시된 바와 같이 CO, VI, 내부풍속, 구간 평균차속, 차종별 통과차량대수 및 평균차속에 대한 데이터를 수집하고, CO의 경우 평균오염도[ppm] 단위를 밀도에 의해 질량단위로 변환하고, VI의 경우 터널의 부피를 곱하고 MIRA 계수로 나누고, ARX(Auto Regression with Extra input) 모델을 적용하여 차종별 오염물질 배출량을 산정하는데, 기등록된 등록특허 제10-0377680호(터널 내의 차종별 오염물 배추량 추정 알고리즘 및 이에 기초한 터널 내의 오염도 추정 알고리즘을 이용한 터널 내의 환기량 산정 시스템 및 방법)에 기재된 '차종별 오염물 배출량 추정 알고리즘'을 이용한다.
(9) 제9단계
비상사태가 발생되지 않고 환기 제어주기에도 해당되지 않는 경우, 각각의 터널 별로 산출된 차량변수를 이용하여 터널의 소요환기량 산정에 사용되는 속도보정계수 및 구배보정계수를 산출하는 단계이다.
구배가 0인 표준구간을 임의의 속도로 통과하는 기준차종 차량의 오염물질 배출량을 구배가 0인 표준구간을 환기량 산정의 기준이 되는 표준속도로 통과하는 기준차종 차량의 오염물질배출량(기준차종 차량의 표준 오염물질배출량)으로 나누어 속도보정계수를 구하고, 구배가 0이 아닌 터널구간을 환기량 산정의 기준이 되는 표준속도로 통과하는 기준차종 차량의 오염물질배출량을 구배가 0인 표준구간을 환기량 산정의 기준이 되는 표준속도로 통과하는 기준차종 차량의 오염물질배출량 (기준차종 차량의 표준 오염물질배출량)으로 나누어 구배보정계수를 구하는데, 구해진 속도보정계수와 구배보정계수는 터널 내의 환기설비의 용량설계를 위해 소요환기량을 산출하기 위한 파라메터로 사용된다.
상기한 바와 같이 본 발명의 구체적 실시예를 참조하여 그 기술적 사상을 설명하였으나 본 발명의 보호범위가 반드시 이러한 실시예에만 한정되는 것은 아니며 본 발명의 기술적 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양한 설계변경, 공지기술의 부가나 삭제, 단순한 수치한정 등의 경우에도 본 발명의 보호범위에 속함을 분명히 한다.
도1은 다중 터널 통합 제어 시스템의 블록 구성도이다.
도2는 메인서버(100)의 블록 구성도이다.
도3은 메인서버(100)에서 이루어지는 전체적인 제어 알고리즘의 순서도이다.
도4는 오염물질 배출량 산정 알고리즘의 순서도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100:메인서버(Main Server)
200:개별터널관리서버
300:현장제어반
400:현장설비반
110:터널별 파라메터 설정부
120:터널별 설비 파라메터 설정부
130:시간변수 설정부
140:운전변수 설정부
150:차량변수 설정부
160:비상사태 대응부
170:환기 운전부
180:오염물질 배출량 산정부
190:보정계수 산출부

Claims (11)

  1. 다수 개의 터널로 이루어지는 다중 터널의 통합관리를 수행하는 메인서버(100), 상기 메인서버(100)와 온라인으로 연결되며 다수 개의 터널 각각에 설치되어 각 개별 터널의 관리를 수행하는 개별터널관리서버(200), 상기 개별터널관리서버(200)와 유무선 통신이 가능하도록 연결되어 제어기능을 수행하는 현장제어반(300), 상기 현장제어반(300)의 제어신호에 따라 작동하고 작동 결과를 상기 현장제어반(300)으로 송신하는 현장설비반(400)으로 구성되는 다중 터널 통합 제어 시스템에서,
    상기 메인서버(100)는,
    다수 개의 터널 각각에 고유번호를 부여하고, 터널의 제원과 연산에 필요한 파라메터를 설정하는 터널별 파라메터 설정부(110);
    각각의 터널에 설치되는 각종 설비에 대한 제원과 연산에 필요한 파라메터를 설정하는 터널별 설비 파라메터 설정부(120);
    각각의 터널의 환기 및 방재에 요구되는 제어주기를 설정하는 시간변수 설정부(130);
    각각의 터널에 대한 제반 운전변수를 설정하는 운전변수 설정부(140);
    차종별 오염물질 배출량의 기준을 설정하는 차량변수 설정부(150);
    각각의 터널에 설치된 화재감지설비 또는 온도감지기를 통하여 화재발생과 같은 비상사태가 발생되었는지를 판단하고 비상사태운전공정을 수행하는 비상사태 대응부(160);
    비상사태가 발생되지 않은 경우, 환기 제어주기에 해당하는 각각의 터널에 대하여 순차적으로 평상운전공정을 수행하는 환기 운전부(170);
    각각의 터널에 설치된 각종 센서에서 수집된 데이터를 이용하여 차종별 오염물질 배출량을 산정하는 오염물질 배출량 산정부(180); 및,
    비상사태가 발생되지 않고 환기 제어주기에도 해당되지 않는 경우, 각각의 터널 별로 산출된 차량변수를 이용하여 터널의 소요환기량 산정에 사용되는 속도보정계수 및 구배보정계수를 산출하는 보정계수 산출부(190);
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 다중 터널 통합 제어 시스템.
  2. 제1항에서,
    상기 터널별 파라메터 설정부(110)에서 설정되는 파라메터에는,
    각각의 터널에 대한 터널의 길이, 단면적, 각 구간별 구배, 및 터널 설비의 설치 위치가 포함되는 것을 특징으로 하는 다중 터널 통합 제어 시스템.
  3. 제2항에서,
    상기 터널별 설비 파라메터 설정부(120)에서 설정되는 파라메터에는,
    제트팬, 전기집진기, 또는 축류팬과 같은 구동설비의 수량, 용량, 소요전력, 최소 운전시간과,
    풍향풍속계, CO센서, VI(가시도)센서, 교통량계수기, 차량속도계와 같은 센 서의 설치 위치, 성능 및 제원이 포함되는 것을 특징으로 하는 다중 터널 통합 제어 시스템.
  4. 제3항에서,
    상기 시간변수 설정부(130)에서 설정되는 파라메터에는,
    각각의 터널 별 제어주기, 샘플링타임, 연산주기 및 최소 수동운전 요청시간이 포함되는 것을 특징으로 하는 다중 터널 통합 제어 시스템.
  5. 제4항에서,
    상기 운전변수 설정부(140)에서 설정되는 운전변수에는,
    각각의 터널 별 허용오염농도, 터널 내 제한풍속, 비상시 상황별 터널 내 유지풍속이 포함되는 것을 특징으로 하는 다중 터널 통합 제어 시스템.
  6. 제5항에서,
    상기 차량변수 설정부(150)는,
    상기 오염물질 배출량 산정부(180)에서 산정된 값에 의하여 초기에 설정된 차종별 오염물질 배출량의 기준이 갱신되는 것을 특징으로 하는 다중 터널 통합 제어 시스템.
  7. 제6항에서,
    상기 비상사태 대응부(160)는,
    제어 순서상 선 순위 터널에 비상사태가 발생하는 경우 해당 터널의 비상사태가 해지되었는지 여부를 판단하고,
    비상사태가 해지되지 않은 경우 해당 터널이 수동운전 상태인지 여부를 판단하여 수동운전 상태인 경우에는 제어 순서상 후 순위 터널의 제어를 시작하고, 수동운전 상태가 아닌 경우에는 해당 터널의 개별터널관리서버(200)로부터 수동운전 요청이 있는지 여부를 판단하여 수동운전 요청이 있으면 해당 터널에 대한 비상제어권을 개별터널관리서버(200)로 이양하고, 수동운전 요청이 없으면 비상사태 경보를 발령하고 최소 수동운전 요청시간이 경과되면 비상사태운전공정을 자동으로 수행하고,
    비상사태가 해지된 경우에는 개별터널관리서버(200)로 이양된 해당 터널에 대한 비상제어권을 환수하고, 제어 순서상 후 순위 터널에 대한 제어를 시작하는 것을 특징으로 하는 다중 터널 통합 제어 시스템.
  8. 제7항에서,
    오염물질 배출량 산정부(180)는,
    CO, VI, 내부풍속, 구간 평균차속, 차종별 통과차량대수 및 평균차속에 대한 데이터를 수집하고,
    CO의 경우 평균오염도[ppm] 단위를 밀도에 의해 질량단위로 변환하고,
    VI의 경우 터널의 부피를 곱하고 MIRA 계수로 나누고,
    ARX(Auto Regression with Extra input) 모델을 적용하여 차종별 오염물질 배출량을 산정하는 것을 특징으로 하는 다중 터널 통합 제어 시스템.
  9. 제8항에서,
    상기 보정계수 산출부(190)는,
    구배가 0인 표준구간을 임의의 속도로 통과하는 기준차종 차량의 오염물질 배출량을 구배가 0인 표준구간을 환기량 산정의 기준이 되는 표준속도로 통과하는 기준차종 차량의 오염물질배출량(기준차종 차량의 표준 오염물질배출량)으로 나누어 속도보정계수를 구하고,
    구배가 0이 아닌 터널구간을 환기량 산정의 기준이 되는 표준속도로 통과하는 기준차종 차량의 오염물질배출량을 구배가 0인 표준구간을 환기량 산정의 기준이 되는 표준속도로 통과하는 기준차종 차량의 오염물질배출량(기준차종 차량의 표준 오염물질배출량)으로 나누어 구배보정계수를 구하는 것을 특징으로 하는 다중 터널 통합 제어 시스템.
  10. 통합관리를 수행하는 메인서버(100), 상기 메인서버(100)와 온라인으로 연결되며 다수 개의 터널 각각에 설치되는 개별터널관리서버(200), 상기 개별터널관리서버(200)와 유무선 통신이 가능하도록 연결되는 현장제어반(300), 상기 현장제어반(300)의 제어신호에 따라 작동하고 작동 결과를 상기 현장제어반(300)으로 송신하는 현장설비반(400)으로 구성되는 다중 터널 통합 제어 시스템의 제어방법에 관 한 것으로서,
    다수 개의 터널 각각에 대한 터널의 제원과 연산에 필요한 파라메터를 입력하여 설정하는 제1단계;
    각각의 터널에 설치되는 각종 설비에 대한 제원과 연산에 필요한 파라메터를 입력하여 설정하는 제2단계;
    각각의 터널의 환기 및 방재에 요구되는 제어주기를 설정하는 제3단계;
    각각의 터널에 대한 제반 운전변수를 설정하는 제4단계;
    차종별 오염물질 배출량의 기준을 설정하는 제5단계;
    각각의 터널에 설치된 화재감지설비 또는 온도감지기를 통하여 화재발생과 같은 비상사태가 발생되었는지를 판단하고 대응하는 제6단계;
    비상사태가 발생되지 않은 경우, 환기 제어주기에 해당하는 각각의 터널에 대하여 순차적으로 평상운전공정을 수행하는 제7단계;
    각각의 터널에 설치된 각종 센서에서 수집된 데이터를 이용하여 차종별 오염물질 배출량을 산정하는 제8단계; 및,
    비상사태가 발생되지 않고 환기 제어주기에도 해당되지 않는 경우, 각각의 터널 별로 산출된 차량변수를 이용하여 터널의 소요환기량 산정에 사용되는 속도보정계수 및 구배보정계수를 산출하는 제9단계;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 다중 터널 통합 제어 시스템의 제어방법.
  11. 제10항에서, 상기 제6단계는,
    제어 순서상 선 순위 터널에 비상사태가 발생하는 경우 해당 터널의 비상사태가 해지되었는지 여부를 판단하고,
    비상사태가 해지되지 않은 경우 해당 터널이 수동운전 상태인지 여부를 판단하여 수동운전 상태인 경우에는 제어 순서상 후 순위 터널의 제어를 시작하고, 수동운전 상태가 아닌 경우에는 해당 터널의 개별터널관리서버(200)로부터 수동운전 요청이 있는지 여부를 판단하여 수동운전 요청이 있으면 해당 터널에 대한 비상제어권을 개별터널관리서버(200)로 이양하고, 수동운전 요청이 없으면 비상사태 경보를 발령하고 최소 수동운전 요청시간이 경과되면 비상사태운전공정을 자동으로 수행하고,
    비상사태가 해지된 경우에는 개별터널관리서버(200)로 이양된 해당 터널에 대한 비상제어권을 환수하고, 제어 순서상 후 순위 터널에 대한 제어를 시작하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 터널 통합 제어 시스템의 제어방법.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101344769B1 (ko) 2013-07-31 2014-01-23 삼우기연 주식회사 자동 슬라이딩 개폐식 방음부재를 갖는 방음 터널형 구조물
KR101605736B1 (ko) 2015-06-19 2016-03-23 한국지질자원연구원 누기량을 고려한 광산 내 공기 주입량 결정방법 및 이 방법을 컴퓨터에서 수읽기가능한 기록매체
KR101683753B1 (ko) * 2016-04-28 2016-12-07 주식회사 포스코아이씨티 터널 설비들 및 도로 설비들을 관리하는 도로 통합관리시스템 및 이를 구성하는 터널 운영 시스템, 중앙 취합 서버
CN115100845A (zh) * 2022-05-09 2022-09-23 山东金宇信息科技集团有限公司 一种多隧道联动分析方法、设备及介质

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20000006647A (ko) * 1999-09-03 2000-02-07 정종승 터널환경계측, 화재감시 및 조명제어 통합시스템
KR20010094167A (ko) * 2000-04-04 2001-10-31 정종승 도로 및 철도 터널에서의 화재 감지 경보 시스템
KR20030004770A (ko) * 2001-07-06 2003-01-15 한국통신데이타 (주) 공간정보관리기술을 이용한 지능형 터널관리시스템 및 그방법
KR20060000146A (ko) * 2004-06-28 2006-01-06 한국건설기술연구원 인터넷을 이용한 터널 원격 관리 시스템

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20000006647A (ko) * 1999-09-03 2000-02-07 정종승 터널환경계측, 화재감시 및 조명제어 통합시스템
KR20010094167A (ko) * 2000-04-04 2001-10-31 정종승 도로 및 철도 터널에서의 화재 감지 경보 시스템
KR20030004770A (ko) * 2001-07-06 2003-01-15 한국통신데이타 (주) 공간정보관리기술을 이용한 지능형 터널관리시스템 및 그방법
KR20060000146A (ko) * 2004-06-28 2006-01-06 한국건설기술연구원 인터넷을 이용한 터널 원격 관리 시스템

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101344769B1 (ko) 2013-07-31 2014-01-23 삼우기연 주식회사 자동 슬라이딩 개폐식 방음부재를 갖는 방음 터널형 구조물
KR101605736B1 (ko) 2015-06-19 2016-03-23 한국지질자원연구원 누기량을 고려한 광산 내 공기 주입량 결정방법 및 이 방법을 컴퓨터에서 수읽기가능한 기록매체
KR101683753B1 (ko) * 2016-04-28 2016-12-07 주식회사 포스코아이씨티 터널 설비들 및 도로 설비들을 관리하는 도로 통합관리시스템 및 이를 구성하는 터널 운영 시스템, 중앙 취합 서버
CN115100845A (zh) * 2022-05-09 2022-09-23 山东金宇信息科技集团有限公司 一种多隧道联动分析方法、设备及介质
CN115100845B (zh) * 2022-05-09 2024-02-23 山东金宇信息科技集团有限公司 一种多隧道联动分析方法、设备及介质

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