KR100973662B1 - 실증적방법과 수학적방법을 융합하는 하이브리드 기법에 의한 상수도관망에서의 누수탐지시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 누수지점을 탐색하기 위한 야간최소유량법, 음향누수탐지법, 수학적 모델링법 및 노후도 분석을 통해 산출된 자료를 유무선통신망을 통해 실시간으로 수집한 후, 그 산출된 자료를 통계학적 기법을 통하여 분석함으로써, 원격지에서 누수발생지점 및 발생 정도를 용이하게 탐지함은 물론, 누수탐지 기법들의 분석자료에 신뢰도 및 방법별 가중치를 퍼지연산을 통해 부여함으로써, 단일 측정방법에 의한 한계성을 상호 보완함은 물론, 이를 통해 누수지점 탐지 및 누수 정도에 대한 정확도를 향상시킬 수 있도록 한 실증적 방법과 수학적 방법을 융합하는 하이브리드 기법에 의한 상수도관망에서의 누수탐지시스템에 관한 것으로, 본 발명에 의하면, 블록단위로 구획된 상수도관망 내의 상수도관에 설치된 압력계, 유량계, 계량기 및 누수탐지기를 통해 수압데이터, 공급유량데이터, 검침량데이터 및 누수데이터를 계측하는 감지부; 상기 감지부를 통해 계측된 아나로그 신호를 디지털신호로 변환하는 계측신호처리부; 상기 계측신호처리부를 통해 변환된 수압데이터, 공급유량데이터, 검침량데이터 및 누수데이터에 대한 디지털신호를 중앙통제실의 통신서버로 전송하는 데이터전송장치; 상기 데이터전송장치와 통신서버를 통해 전송된 수압데이터, 공급유량데이터, 검침량데이터 및 누수데이터를 날짜, 위치 및 측정값으로 구분하여 저장하는 데이터베이스서버; 상기 데이터베이스서버의 자료분석을 통해 누수발생 블록을 설정하는 제1 분석서버; 상기 제1 분석서버를 통해 설정된 블록 내의 상수도관들을 분석하여 누수발생 예상지점을 추론하는 제2 분석서버 및 상기 제2 분석서버를 통해 추론된 누수 예상지점을 나타내기 위한 디스플레이부로 이루어져 상수도관의 누수 위치를 탐지하는 누수위치 탐지시스템에 있어서, 상기 제2 분석서버는 누수탐지기, 상수도관 노후도 및 수학적 모델링에 의해 분석한 후, 그 분석결과를 퍼지추론에 의한 통계학적기법을 이용하여 누수발생 예상지점을 추론하되, 상수도관망 노후도 분석에 필요한 상수도관에 대한 정보를 입력하는 외부자료입력부; 상기 외부자료입력부를 통해 입력된 자료를 저장하기 위한 데이터베이스저장부; 상수도관망 내의 압력, 유속, 수두 및 유량을 모델링하는 상수도관망해석부; 상기 감지부에 의한 계측자료를 실시간으로 분석하여 이상징후 발견시 운영자에게 즉시 전달하기 위한 실시간자료처리부 및 누수발생 블록 내의 각 상수도관들에 누수탐지기, 상수도관망 모델링 및 상수도관 노후도 분석을 동시에 고려하여 누수확율과 보정계수를 산출하고, 그 산출된 결과를 연산여 가중치를 부여함으로써, 누수발생 가능성이 높은 상수도관을 분석하는 퍼지 및 통계분석부가 구비된다.

Description

실증적방법과 수학적방법을 융합하는 하이브리드 기법에 의한 상수도관망에서의 누수탐지시스템{Water leakage position estimating system}
본 발명은 누수탐지시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 누수지점을 탐색하기 위한 야간최소유량법, 음향누수탐지법, 수학적 모델링법 및 노후도 분석을 통해 산출된 자료를 유무선통신망을 통해 실시간으로 수집한 후, 그 산출된 자료를 통계학적 기법을 통하여 분석함으로써, 원격지에서 누수발생지점 및 발생 정도를 용이하게 탐지함은 물론, 누수탐지 기법들의 분석자료에 신뢰도 및 방법 별 가중치를 퍼지연산을 통해 부여함으로써, 단일 측정방법에 의한 한계성을 상호 보완함은 물론, 이를 통해 누수지점 탐지 및 누수 정도에 대한 정확도를 향상시킬 수 있도록 한 실증적 방법과 수학적 방법을 융합하는 하이브리드 기법에 의한 상수도관망에서의 누수탐지시스템에 관한 것이다.
일반적으로 지하시설물로서는 상수도관로, 하수도관로, 우수관로, 전력선로, 통신선로 및 가스관로로 구분되며, 이러한 관로들은 지면에 일정한 깊이로 매설되어 한 지역에서 다음 지역 또는 한 구역에서 다음 구역으로 연결된다.
상기 지하시설물 중 상수도관로는 해당 목적지의 인근까지 주관로가 매설되며, 상기 주관에서 각 필요한 지류 또는 분류의 관로를 통해 최종적인 건물이나 주택까지 연결하여 상수원으로 부터 원수를 공급받고 있다.
그러나, 주관을 따라 흐르는 물은 높은 수압에 의해 누수현상이 발생시 주변지역이 하거나 지상으로 분출되어 육안으로 용이하게 확인할 수 있으나, 지류 또는 분류의 관로를 따라 흐르는 물은 낮은 수압을 갖고 있기 때문에 누수현상이 발생시 그 발생부위를 감지하는데에 많은 어려움이 있었다.
이처럼 상수도관의 파손, 노후 등으로 인한 단수 혹은 누수가 발생할 경우 산업활동의 중단, 식수공급 중단으로 인한 생활의 불편함 및 수돗물 낭비로 인한 경제적 손실이 크기 때문에 상수도관의 누수탐지 및 유지보소에 대한 중요성은 매우 중요하다.
국내 상수도관망의 누수확율은 약 12∼14% 정도로써 과거에 비하여 많이 개선되어있으나, 아직은 누수확율이 5~10% 수준인 선진국에 비해 다소 미흡한 수준이다. 또한 누수확율이 낮아졌다 하더라도 상수도관망 누수를 지속적으로 관리해야 하므로 상수도관망누수탐지 및 관리기법에 대한 수요는 지속적으로 증가하고 있다.
이러한 이유로 누수탐지를 통한 상수도관망의 적절한 관리는 오랜 기간동안 연구되어 왔으며, 일정 구간에 대하여 누수량을 직접 측정하는 직접측정법, 음파를 이용하는 음향누수탐지법, 유량측정값을 이용한 야간최소유량법, 유효율에 의한 추정법, 유량 측정값과 수학적 해석을 이용하는 상수도관망 모델링법 등이 개발되어 사용되고 있다.
이때, 상기 직접측정법의 경우 상수도관망 일정구간의 사용을 중지하고 누수량을 직접측정해야 하므로 단수문제가 발생하여 현실적으로 사용하기가 어려운 문제점이 있었으며, 상기 야간최소유량법은 수돗물 사용량이 적은 심야시간에 유량을 측정하고 최소유량값을 이용하여 누수량을 간접 측정하는 방법이나, 계측오차, 야간사용량, 배경누수 등에 대한 오차로 인하여 누수량 및 누수지점을 정확히 파악하기 어려웠다.
또한, 상기 음향누수탐지법은 누수지점을 일정반경 이내에서 추측할 수 있으나 반경이 150~300m로 탐색지점이 비교적 넓고, 누수정도를 간접적으로 추정해야 하는 한계가 있었으며, 주변소음에 민감하여 탐색 조건이 까다로운 문제점이 있었으며, 상기 유효율에 의한 누수량 추정법은 일정기간 동안의 배수량과 급수량의 차이로 추정하는 방법으로, 전체 배수구역에 대해서는 파악이 가능하나 그 범위가 큰 경우에는 누수지점 파악이 어려운 문제점이 있었으며, 상기 수학적 해석을 이용한 상수도관망 모델링법은 전체 상수도관망에 대하여 수학적 모델링을 통하여 상수도관망내의 유량을 추정하고, 실제 측정된 유량 값을 비교하여 누수지점 및 누수량을 추정하는 방법이나, 모델링을 위하여 많은 측정값이 지속적으로 요구되므로 계측기 설치를 위한 초기 투자비가 많이 소요되는 문제점이 있었다.
끝으로, 상술한 바와 같이 누수탐지 방법에는 여러가지가 있으나, 그중 하나의 방법만으로 누수를 탐지할 경우 정밀한 누수탐지가 불가능하며, 누수를 탐지함에 있어 높은 오차범위를 갖는 문제점이 있었다.
이에, 본 발명은 기존 누수탐지방법에서 발생하는 제반적인 문제점을 해결하고자 창안된 것으로,
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상수도관망 내 누수발생 정도 및 누수발생지점을 탐색하기 위한 야간최소유량법, 음향누수탐지법, 수학적 모델링법 및 노후도 분석을 통해 산출된 자료를 유무선통신망을 통해 실시간으로 수집한 후, 그 산출된 자료를 통계학적 기법을 통하여 분석함으로써, 원격지에서 누수발생지점 및 발생 정도를 용이하게 탐지할 수 있도록 한 실증적 방법과 수학적 방법을 융합하는 하이브리드 기법에 의한 상수도관망에서의 누수탐지시스템을 제공한다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 기존에 사용되고 있는 누수탐지기법들의 분석자료에 신뢰도 및 방법별 가중치를 퍼지연산을 통해 부여함으로써, 누수지점 탐지 및 누수 정도에 대한 정확도를 향상시킬 수 있도록 한 실증적 방법과 수학적 방법을 융합하는 하이브리드 기법에 의한 상수도관망에서의 누수탐지시스템을 제공한다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 단일 측정방법에 의한 한계성을 상호 보완할 수 있도록 함으로써, 누수 탐지의 정확도를 향상시킬 수 있도록 한 실증적 방법과 수학적 방법을 융합하는 하이브리드 기법에 의한 상수도관망에서의 누수탐지시스템을 제공한다.
상기 목적을 달성시키기 위한 본 발명은
블록단위로 구획된 상수도관망 내의 상수도관에 설치된 압력계, 유량계, 계량기 및 누수탐지기를 통해 수압데이터, 공급유량데이터, 검침량데이터 및 누수데이터를 계측하는 감지부;
상기 감지부를 통해 계측된 아나로그 신호를 디지털신호로 변환하는 계측신호처리부;
상기 계측신호처리부를 통해 변환된 수압데이터, 공급유량데이터, 검침량데이터 및 누수데이터에 대한 디지털신호를 중앙통제실의 통신서버로 전송하는 데이터전송장치;
상기 데이터전송장치와 통신서버를 통해 전송된 수압데이터, 공급유량데이터, 검침량데이터 및 누수데이터를 날짜, 위치 및 측정값으로 구분하여 저장하는 데이터베이스서버;
상기 데이터베이스서버의 자료분석을 통해 누수발생 블록을 설정하는 제1 분석서버;
상기 제1 분석서버를 통해 설정된 블록 내의 상수도관들을 분석하여 누수발생 예상지점을 추론하는 제2 분석서버 및
상기 제2 분석서버를 통해 추론된 누수 예상지점을 나타내기 위한 디스플레이부로 이루어져 상수도관의 누수 위치를 탐지하는 누수위치 탐지시스템에 있어서,
상기 제2 분석서버는 누수탐지기, 상수도관 노후도 및 수학적 모델링에 의해 분석한 후, 그 분석결과를 퍼지추론에 의한 통계학적기법을 이용하여 누수발생 예상지점을 추론하되,
상수도관망 노후도 분석에 필요한 상수도관에 대한 정보를 입력하는 외부자료입력부;
상기 외부자료입력부를 통해 입력된 자료를 저장하기 위한 데이터베이스저장부;
상수도관망 내의 압력, 유속, 수두 및 유량을 모델링하는 상수도관망해석부;
상기 감지부에 의한 계측자료를 실시간으로 분석하여 이상징후 발견시 운영자에게 즉시 전달하기 위한 실시간자료처리부 및
누수발생 블록 내의 각 상수도관들에 누수탐지기, 상수도관망 모델링 및 상수도관 노후도 분석을 동시에 고려하여 누수확율과 보정계수를 산출하고, 그 산출된 결과를 연산여 가중치를 부여함으로써, 누수발생 가능성이 높은 상수도관을 분석하는 퍼지 및 통계분석부가 구비된다.
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본 발명에 의하면, 누수지점을 탐색하기 위한 야간최소유량법, 음향누수탐지법, 수학적 모델링법 및 노후도 분석을 통해 산출된 자료를 유무선통신망을 통해 실시간으로 수집한 후, 그 산출된 자료를 통계학적 기법을 통하여 분석함으로써, 원격지에서 누수발생지점 및 발생 정도를 용이하게 탐지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 누수탐지기법들의 분석자료에 신뢰도 및 방법별 가중치를 퍼지연산을 통해 부여함으로써, 단일 측정방법에 의한 한계성을 상호 보완함은 물론, 이를 통해 누수지점 탐지 및 누수 정도에 대한 정확도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 실증적 방법과 수학적 방법을 융합하는 하이브리드 기법에 의한 상수도관망에서의 누수탐지 방법을 나타낸 시스템 블록도이다.
도 2는 도 1의 제2 분석서버를 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 실증적 방법과 수학적 방법을 융합하는 하이브리드 기법에 의한 상수도관망에서의 누수탐지방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명을 설명함에 앞서 본 발명의 이해를 돕기 위한 야간최소유량법, 음향누수탐지기(음향누수탐지), 상수도관망 모델링법 및 노후도 분석법을 설명하기로 한다.
먼저, 상기 야간최소유량법은 상수도관망을 블록단위로 구획한 시스템에서 수돗물 사용량이 적은 심야시간에 유량을 측정하여 누수량(초과손실량)을 측정하는 방법이다.
이때, 상기 야간최소유량은 수용가 사용량과 누수량으로 구분되며, 누수량은 초과손실량과 배경누수로 구분된다. 누수량중 배경누수를 제외한 값이 실제 누수량(초과손실량)으로 산정된다. 이와 같은 야간최소유량은 블록규모가 적을수록 효과적이나 블록 내에 포함되어 있는 개별 상수도관의 위치를 파악할 수 없는 단점이 있다.
야간최소유량 = 수용가 사용량 + 누수량
누수량 = (표면누수 + 이면누수) + 배경누수
초과손실량 = 누수량 - 배경누수
한편, 상기 누수탐지기에 의한 음향누수탐지법은 상수도 관내의 진동음을 감지하고 이를 분석하여 누수 여부를 파악하는 시스템으로써, PE 재질의 경우 반경 150mm, 철재의 경우 300mm 반경의 누수음을 수집하여 분석할 수 있다. 누수음 분석결과는 지리정보시스템과 연계하여 설치반경 내의 누수지점을 확인할 수 있도록 한다.
또한, 상수도관망 모델링은 상수도관망 설계 및 유지관리를 위하여 상수도관망 모델링 프로그램을 사용하며, 가장 널리 사용되고 있는 프로그램으로는 미국 환경청(US Environmental Protection Agency)에서 개발하여 제공하고 있는 EPANET이 있다. EPANET는 시간변화 모의(EPS, Ectended Period Simulation)를 바탕으로 수리 및 수질해석, 개별 펌프류의 전력 원단위 추정 등의 다양한 해석이 가능하다.
상수도관망 모델링을 위한 손실수두는 다음과 같은 식으로 산정한다.
Hazen-Williams식
Figure 112010003756758-pat00001
Darcy-Weisbach식
Figure 112010003756758-pat00002
상수도관망 해석결과 상수도관의 압력, 유속, 수두, 유량 등의 자료를 산출할 수 있으며, 초기에는 상수도관망 해석결과를 보정하기 위하여 실제 계측결과 및 운영자료와 비교한 후 모델을 보정한다. 보정작업이 끝나면 온라인 및 오프라인으로 수집된 압력 및 유량자료와 상수도관망 해석결과를 다음과 같은 방법으로 비교하면서 누수가 예상되는 지역을 그룹화한다.
Figure 112010003756758-pat00003
상수도관망 모델링 결과를 보다 효율적으로 사용하기 위하여 누수예상 지점에 대한 확신도를 다음과 같이 부여한다.
Figure 112010003756758-pat00004
확신도를 수치적으로 산정하기 위하여 각각의 변수들에 대하여 퍼지연산을 통하여 구간을 설정하고 수치화한다.
예를 들면, 계측기와의 거리의 경우 퍼지연산을 위하여 계측기가 설치된 지점과의 거리를 20m, 50m, 100m, 300m, 300m 이상 등으로 구분하고 근접한 지점으로부터 가까움~ 매우멀리(Very Low~Very High) 있음에 대한 정도를 확신도 수치화하고, 각각의 변수들에 대하여 가중치를 부여한 후 이를 다시 각각의 상수도관에 대한 모델링 결과와 보정계수로 사용한다. 이를 통하여 수학적 방법으로 산정된 예측결과를 실제 값과 비교하여 누수예상지점을 보다 높은 정확도로 추정한다.
퍼지연산을 위하여 불확실 인식문제 처리방법 중 하나인 Zadeh의 max-min 합성법칙의 알고리즘을 적용하여 확신요인을 각 Rule에 부여하여 불확실성을 최소화한다. Zadeh의 max-min 합성법칙은 두개의 퍼지관계 R과 S가 각각 R⊆XㅧY이고, XㅧY에 있어서 퍼지관계 R은 소속 함수 hR(x,y), x∈X, y∈Y로 특정 지어지므로 X = {x1, x2, x3,····,xm}, Y = {y1, y2, y3,····,ym}로 주어지면 R 관계는 다음의 퍼지 행렬식으로 정의된다.
Figure 112010003756758-pat00005
또한, 노후도 분석은 상수도관 노후에 영향을 주는 내부 및 외부변수를 분석함으로써 상수도관 파손 혹은 누수발생 가능성을 평가한다. 상수도관 노후에 영향을 주는 내부변수는 상수도관이 관종, 관경, 관길이, 설치년도 등이 있으며, 외부변수로는 토압, 관내 운영압력, 토양특성 등이 해당된다. 상수도관 노후도 분석은 다음식과 같이 각 상수도관별로 노후도 지수(Index)를 산출하고 분류함으로써 누수 발생가능성이 가장 높은 상수도관 목록을 추정한다.
Figure 112010003756758-pat00006
노후도 지수는 각각의 상수도관에 대하여 산출하며, 위험도 지수에 따라 즉시 보수대상, 지속적 점검대상, 정상지역 및 기타로 분류한다. 이들 분류는 확연히 구분된 분류가 아닌 연속적인 분류를 함으로써 극단적인 판단을 최소화한다. 이를 위하여 퍼지(Fuzzy)연산을 수행하고, 각각의 그룹의 확신도를 0~1 사이의 범위에서 부여한다.
상술한 기존의 누수탐지 방법과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수학적방법을 융합하는 하이브리드 기법에 의한 상수도관망에서의 누수탐지시스템을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 실증적 방법과 수학적 방법을 융합하는 하이브리드 기법에 의한 상수도관망에서의 누수탐지 방법을 나타낸 시스템 블록도이며, 도 2는 도 1의 제2 분석서버를 나타낸 블록도이다.
도 1 또는 도 2를 참조하면, 본 발명의 실증적 방법과 수학적 방법을 융합하는 하이브리드 기법에 의한 상수도관망에서의 누수탐지 시스템은 감지부(110), 계측신호처리부(120), 데이터전송장치(130), 및 중앙통제실(140)으로 구성되며, 상기 중앙통제실(140)은 통신서버(141), 데이터베이스서버(142), 제1 분석서버(143), 제2 분석서버(144) 및 디스플레이부(150)를 포함하여 구성된다.
이때, 감지부(110)는 압력계(111), 유량계(112), 계량기(113) 및 누수탐지기(114)로 이루어진다. 여기서, 상기 압력계(111), 유량계(112), 계량기(113) 및 누수탐지기(114)는 블록단위로 구획된 상수도관망 내의 상수도관()에 설치되어 상기 상수도관을 따라 흐르는 물의 수압데이터, 공급유량데이터, 검침량데이터 및 누수데이터를 계측한다.
또한, 상기 누수탐지기(114)는 음향누수탐지기로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 계측신호처리부(120)는 상기 감지부(110)를 통해 계측된 아나로그 신호를 디지털신호로 변환한다.
이때, 상기 압력계(111), 유량계(112), 계량기(113) 및 누수탐지기(114)를 통해 계측된 아나로그 데이터(4~20mA)는 계측신호처리부(120)의 트랜스미터를 통해 디지털로 변환되어 전송된다. 통상적으로 4~20mA 전류신호를 디지털로 변환하기 위하여 y=ax+b와 같은 1차 함수를 이용하며, 노이즈를 줄이기 위하여 Moving average와 같은 통계학적 방법을 적용한다.
상기 데이터전송장치(130)는 상기 계측신호처리부(120)를 통해 변환된 수압데이터, 공급유량데이터, 검침량데이터 및 누수데이터에 대한 디지털신호를 중앙통제실(140)의 통신서버(141)로 전송한다.
이때, 데이터전송을 위한 매개체는 유무선 통신망을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 통신서버(141)는 자료를 전송하기 위한 기능을 수행하기 위한 공지의 수단으로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
한편, 상기 데이터베이스서버(142)는 상기 통신서버(141)를 통해 전송된 수압데이터, 공급유량데이터, 검침량데이터 및 누수데이터를 날짜, 위치 및 측정값으로 구분하여 관계형 데이터베이스에 OLEDB 등을 이용하여 저장된다.
상기 제1 분석서버(143)는 상기 데이터베이스서버(142)의 자료분석을 통해 상수도관망 내의 누수발생 블록을 설정한다. 즉, 누수 발생 블록을 설정하기 위해서는 상기 데이터베이스서버(142)의 자료를 이용한 야간최소유량법을 실시하여 다수의 블록 중 누수가 예상되는 블록을 설정한다.
한편, 상기 제2 분석서버(144)는 상기 제1 분석서버(143)를 통해 설정된 블록 내의 상수도관들을 누수탐지기, 상수도관 노후도 및 수학적 모델링에 의해 분석한 후, 그 분석결과를 퍼지추론에 의한 통계학적기법을 이용하여 누수발생 예상지점을 추론할 수 있도록 외부자료입력부(144-1), 데이터베이스저장부(144-2), 상수도관망해석부(144-3), 실시간자료처리부(144-4) 및 퍼지 및 통계분석부(144-5)로 이루어진다.
상기 외부자료입력부(144-1)는 상수도관망 노후도 분석에 필요한 상수도관에 대한 정보를 입력한다. 즉, 상수도관망 노후도 분석은 상수도관의 재질, 유지보수 이력, 위치 등 다양한 정보를 필요로하기 때문에, 이러한 정보들을 입력하는 수단이다.
한편, 상기 데이터베이스저장부(144-2)는 상기 외부자료입력부(144-1)를 통해 입력된 자료를 저장하기 위한 저장공간이다.
또한, 상기 상수도관망해석부(144-3)는 상수도관망 내의 압력, 유속, 수두 및 유량을 모델링하기 위한 수단이다. 즉, 상기 상수도관망해석부(144-3)는 상수도관망내의 압력, 유속, 수두, 유량을 모델링하는 것이다. 이러한 상수도관망내의 정보는 상수도관망의 유지관리를 위하여 매우 중요한 자료이나, 실제로 측정하기 위해서는 고가의 계측기기를 필요로 한다.
따라서, 상기 상수도관망해석부(144-3)는 측정하지 않고 주어진 자료를 이용하여 전체 상수도관망내의 정보를 경제적이면서도 신속하게 산정해낼 수 있다. 결국, 상수도관망해석정보와 실측자료를 비교하여 그 차이가 큰 경우 누수 가능성이 높다고 추측하는 것이다.
한편, 상기 실시간자료처리부(144-4)는 상기 감지부(110)에 의한 계측자료를 실시간으로 분석하여 이상징후 발견시 운영자에게 즉시 전달하기 위한 수단이다.
즉, 상기 실시간자료처리부(144-4)에서는 상수도관망에 이상징후가 발견시, 그 신호를 상기 디스플레이부(150)로 전송함으로써, 운영자가 이상징후 발생 여부를 확인할 수 있도록 한다.
한편, 상기 퍼지 및 통계분석부(144-5)는 누수발생 블록 내의 각 상수도관들에 누수탐지기(음향누수탐지), 상수도관망 모델링 및 상수도관 노후도 분석을 동시에 고려하여 누수확율과 보정계수를 산출하고, 그 산출된 결과를 연산하여 가중치를 부여함으로써, 누수발생 가능성이 높은 상수도관을 분석한다.
즉, 제1 분석서버(143)를 통해 설정된 블록 내의 상수도관에 각각 누수탐지기, 상수도관망모델링, 노후도 분석을 실시하여 각 방법별 가장 누수가 예상되는 상수도관을 선정한다.
Figure 112010003756758-pat00007
누수 확율은 과거 탐색성적 및 운영조건에 따라 부여하며, 다음과 같다.
Figure 112010003756758-pat00008

Figure 112010003756758-pat00009
이와 같이 제2 분석서버(144)를 통해 산출된 자료를 바탕으로 즉시 보수대상, 지속적 점검대상, 정상지역 및 기타로 구분한 후, 이를 지리정보시스템(GIS)에 표시한다. 산출된 결과는 실제 현장에서 확인 후 보정계수(ρ)를 갱신한다.
한편, 디스플레이부(150)는 상기 제2 분석서버(144)를 산출자료를 바탕으로 작성된 표 1과 표 2, 및 그 자료 통해 추론된 누수 예상지점을 화면상에 나타낸다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 실증적 방법과 수학적 방법을 융합하는 하이브리드 기법에 의한 상수도관망에서의 누수탐지방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실증적 방법과 수학적 방법을 융합하는 하이브리드 기법에 의한 상수도관망에서의 누수탐지방법은
데이터수집 단계(S1), 신호변환 단계(S2), 누수발생 블록을 설정하는 단계(S3), 누수탐지방법별로 가장 누수가 예상되는 상수도관을 예측하는 단계(S4), 누수확율과 가중치 값을 산출하는 단계(S5), 산출된 각 누수확율과 가중치 값을 연산하는 단계(S6), 누수확율과 가중치 값의 연산을 통해 산출된 수치에 보정계수를 연산하는 단계(S7) 및 누수가 예상되는 최적의 지점을 예측하는 단계(S8)로 이루어진다.
상기 데이터수집 단계(S1)는 블록단위로 구획된 상수도관망의 주요지점에 설치된 감지부(110)를 통해 압력, 공급유량, 검침량 및 누수에 관한 정보를 수집한다.
상기 신호변환 단계(S2)는 수집된 아나로그 신호의 데이터를 계측신호처리부(120)를 통해 디지털 신호로 변환한다.
상기 누수발생 블록을 설정하는 단계(S3) 디지털 신호로 변환된 데이터 값을 통신서버(141)를 통해 제1 분석서버(143)로 전송하여 그 데이터 값을 이용한 야간최소유량점검을 실시하고, 그 결과를 분석하여 누수발생 블록을 설정한다.
상기 누수탐지방법별로 가장 누수가 예상되는 상수도관을 예측하는 단계(S4)는 설정된 누수발생 블록의 상수도관을 구분한 후, 각각의 상수도관에 누수탐지기, 상수도관망모델링, 노후도 분석을 각각 실시하여 각 방법별로 가장 누수가 예상되는 상수도관을 예측한다.
상기 누수확율과 가중치 값을 산출하는 단계(S5)는 선별된 각각의 누수예상 상수도관에 대하여 누수탐기, 상수도관망모델링, 노후분석의 방법을 통해 각각의 누수확율과 가중치 값을 산출한다.
이때, 누수확율과 가중치 값은 상기 디스플레이부(150)를 통해 표로써 도시된다.
상기 누수확율과 가중치 값의 연산을 통해 산출된 수치에 보정계수를 연산하는 단계(S6)는 산출된 각 누수확율과 가중치 값을 연산하여 수치화한다. 이때, 누수확율과 가중치 값의 연산을 통해 수치화된 값은 상기 디스플레이부(150)를 통해 표로써 도시된다.
누수확율과 가중치 값의 연산을 통해 산출된 수치에 보정계수를 연산하는 단계 단계(S7)는 S6 단계를 통해 산출된 수치에 보정계수를 연산하여 등급별로 수치화한다. 이때, 그 수치화된 값은 상기 디스플레이부(150)를 통해 표로써 도시된다.
한편, 상기 누수가 예상되는 최적의 지점을 예측하는 단계(S8)는 (S7)단계를 통해 산출된 자료를 통해 누수가 예상되는 최적의 지점에 대한 상수도관을 예측한다.
이에 따라, 본 발명의 수학적방법을 융합하는 하이브리드 기법에 의한 상수도관망에서의 누수탐지방법 및 시스템은 원격지에서 누수발생지점 및 발생 정도를 용이하게 탐지함은 물론, 누수탐지기법들의 분석자료를 이용한 신뢰도 및 방법별 가중치를 퍼지연산을 통해 부여하여 누수지점 탐지 및 누수 정도에 대한 정확도를 향상시킬 수 있도록 한다.
110 : 감지부 111 : 압력계
112 : 유량계 113 : 계량기
114 : 누수탐지기 120 : 계측신호처리부
130 : 데이터전송장치 140 : 중앙통제실
141 : 통신서버 142 : 데이터베이스서버
143 ; 제1 분석서버 144 : 제2 분석서버
150 : 디스플레이부

Claims (3)

  1. 블록단위로 구획된 상수도관망 내의 상수도관에 설치된 압력계(111), 유량계(112), 계량기(113) 및 누수탐지기(114)를 통해 수압데이터, 공급유량데이터, 검침량데이터 및 누수데이터를 계측하는 감지부(110);
    상기 감지부(110)를 통해 계측된 아나로그 신호를 디지털신호로 변환하는 계측신호처리부(120);
    상기 계측신호처리부(120)를 통해 변환된 수압데이터, 공급유량데이터, 검침량데이터 및 누수데이터에 대한 디지털신호를 중앙통제실(140)의 통신서버(141)로 전송하는 데이터전송장치(130);
    상기 데이터전송장치(130)와 통신서버(141)를 통해 전송된 수압데이터, 공급유량데이터, 검침량데이터 및 누수데이터를 날짜, 위치 및 측정값으로 구분하여 저장하는 데이터베이스서버(142);
    상기 데이터베이스서버(142)의 자료분석을 통해 누수발생 블록을 설정하는 제1 분석서버(143);
    상기 제1 분석서버(143)를 통해 설정된 블록 내의 상수도관들을 분석하여 누수발생 예상지점을 추론하는 제2 분석서버(144) 및
    상기 제2 분석서버(144)를 통해 추론된 누수 예상지점을 나타내기 위한 디스플레이부(150)로 이루어져 상수도관의 누수 위치를 탐지하는 누수위치 탐지시스템에 있어서,
    상기 제2 분석서버(144)는 누수탐지기, 상수도관 노후도 및 수학적 모델링에 의해 분석한 후, 그 분석결과를 퍼지추론에 의한 통계학적기법을 이용하여 누수발생 예상지점을 추론하되,
    상수도관망 노후도 분석에 필요한 상수도관에 대한 정보를 입력하는 외부자료입력부(144-1);
    상기 외부자료입력부(144-1)를 통해 입력된 자료를 저장하기 위한 데이터베이스저장부(144-2);
    상수도관망 내의 압력, 유속, 수두 및 유량을 모델링하는 상수도관망해석부(144-3);
    상기 감지부(110)에 의한 계측자료를 실시간으로 분석하여 이상징후 발견시 운영자에게 즉시 전달하기 위한 실시간자료처리부(144-4) 및
    누수발생 블록 내의 각 상수도관들에 누수탐지기, 상수도관망 모델링 및 상수도관 노후도 분석을 동시에 고려하여 누수확율과 보정계수를 산출하고, 그 산출된 결과를 연산여 가중치를 부여함으로써, 누수발생 가능성이 높은 상수도관을 분석하는 퍼지 및 통계분석부(144-5)가 구비됨을 특징으로 하는 실증적 방법과 수학적 방법을 융합하는 하이브리드 기법에 의한 상수도관망에서의 누수탐지시스템.
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