KR100991227B1 - Ｇｉｓ 기반으로 한 상하수도 통합 관리 시스템 및 그 제어 방법 - Google Patents

Ｇｉｓ 기반으로 한 상하수도 통합 관리 시스템 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 상하수도 통합 관리 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 가압장, 배수지, 유량계 또는 정수장을 포함하는 상수도 시설물 또는 하수도 시설물의 위치와 속성 정보와, PLC에서 전송된 계측 신호에 포함된 계측값과, 상기 가압장, 배수지, 유량계, 압력계, 유속계, 정수장, 침수지, 중계 펌프장에 설치되는 작동펌프의 정상적인 온/오프 상태, 작동펌프의 정상 운영 속도의 범위, 허용가능한 유량의 범위의 값들이 저장된 HMI용 DB; 상기 PLC와 접속되며, 상기 PLC를 통해 주기적으로 중계전송되는 주기별 상수도 계측신호를 상기 HMI용 DB에 저장하고, 그 저장된 주기별 상수도 계측신호를 분석하여 그 분석된 주기별 상수도 계측신호에 해당하는 상수도 시설물이 정상 운영 속도의 범위 또는 허용가능한 유량의 범위 밖에서 운영된다고 판단 시 상수도 시설물 제어신호를 생성하여 상기 PLC로 전송하며, 상기 주기별 상수도 계측신호의 데이터나 상수도 시설물 제어신호의 데이터를 디스플레이하여 주는 HMI; 상기 가압장, 배수지, 유량계, 압력계, 유속계 또는 정수장을 포함하는 상수도 시설물의 위치와 속성 정보와, 상기 PLC에서 전송된 계측 신호에 포함된 계측값과, 지형지물의 지리 정보를 저장하고 있는 관리장치용 DB; 상기 HMI용 DB와 관리 장치용 DB의 통합 관리를 제공하는 DB 통합 제공부; 및 사용자의 요구에 응하여 상기 관리장치용 DB에서 지리 정보를 읽어오고, 상기 관리 장치용 DB 또는 상기 HMI용 DB에서 계측값을 읽어와서 중첩 기능을 사용하여 지리정보에 계측값을 중첩하여 표시하는 관리 장치를 포함하여 이루어진 상하수도 통합 관리 시스템와 그 제어 방법이 제공된다.

Description

ＧＩＳ 기반으로 한 상하수도 통합 관리 시스템 및 그 제어 방법{Water and wastewater integrated management system based on geographic information system and control method thereof}
본 발명은 GIS 기반으로 한 상하수도 통합 관리 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
종래에 개발된 상용 상하수도 관망해석과 관련된 소프트웨어는 외국에서 개발된 KYPIPE와 EPANET 등이 있다.
상기 KYPIPE는 관로시스템의 정상류에 대한 유량 및 수압계산을 위한 소프트웨어로서 1980년 미국 Kentucky대학의 Don J. Wood에 의하여 개발되었다.
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.
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.
그리고, EPANET은 미국 환경청(EPA, Environmental Protection Agency)의 Drink Water Research Division에서 개발되었다.
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.
수리해석은 KYPIPE와 같으며 수질변화를 시뮬레이션하기 위하여 수질예측 함수식의 매개변수를 구하고, 이를 이용한 대상 관로의 말단지점에서 오염물 농도를 추적할 수 있다.
그러나, 상기 상하수도 관망해석 소프트웨어들은 단순한 관망관리와 대장관리기능만을 지원할 뿐, 고난이도의 관망해석 기능은 제공하지 못하고 있고, 사용자에 친화적이지 않은 사용방식으로 인하여 사용상의 편리성을 기대하기도 어려운 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, GIS 엔진을 탑재하여 위성 사진이나 입체 지도 위에 관로를 표시하고 표시된 관로에 상하수도 관련 데이터를 표시하도록 하여 사용자 친화적인 사용방식을 제공할 수 있도록 GIS 기반으로 한 상하수도 통합 관리 시스템 및 그 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 GIS 엔진이 구동된 상태에서 위성 사진이나 입체 지도 위의 해당 관로를 선택하여 필요한 제어를 수행할 수 있도록 한 GIS 기반으로 한 상하수도 통합 관리 시스템 및 그 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 가압장, 배수지, 유량계, 압력계, 유속계 또는 침수지, 중계 펌프장을 포함하는 하수도 시설물 중의 적어도 하나의 시설물, 침수지, 중계 펌프장 작동펌프의 정상적인 온/오프 상태, 작동펌프의 정상 운영 속도의 범위, 허용가능한 유량의 범위의 값들이 저장된 HMI용 DB; PLC와 접속되며, 상기 PLC를 통해 주기적으로 중계전송되는 주기별 상수도 또는 하수도 계측신호를 상기 HMI용 DB에 저장하고, 그 저장된 주기별 상수도 또는 하수도 계측신호를 분석하여 그 분석된 주기별 상수도 또는 하수도 계측신호에 해당하는 상수도 시설물 또는 하수도 시설물이 정상 운영 속도의 범위 또는 허용가능한 유량의 범위 밖에서 운영된다고 판단 시 상수도 시설물 제어신호 또는 하수도 시설물 제어 신호를 생성하여 상기 PLC로 전송하며, 상기 주기별 상수도 계측신호 또는 하수도 계측신호의 데이터나 상수도 시설물 제어신호 또는 하수도 시설물 제어신호의 데이터를 디스플레이하여 주는 HMI; 상기 가압장, 배수지, 유량계 , 압력계, 유속계 또는 정수장을 포함하는 상수도 시설물 또는 상기 침수지, 중계 펌프장을 포함하는 하수도 시설물의 위치와 속성 정보와, 상기 PLC에서 전송된 계측 신호에 포함된 계측값과, 지형지물의 지리 정보를 저장하고 있는 관리장치용 DB; 상기 HMI용 DB와 관리 장치용 DB의 통합 관리를 제공하는 DB 통합 제공부; 및 사용자의 요구에 응하여 상기 관리장치용 DB에서 지리 정보를 읽어오고, 상기 관리 장치용 DB 또는 상기 HMI용 DB에서 계측값을 읽어와서 중첩 기능을 사용하여 지리정보에 계측값을 중첩하여 표시하는 관리 장치를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 관리 장치는, 데이터를 입력받는 입력부; 데이터를 출력하는 출력부; 사용자의 요구에 응하여 상기 관리장치용 DB에서 지리 정보를 읽어오고, 상기 관리 장치용 DB나 HMI용 DB에서 계측값을 읽어와서 중첩 기능을 사용하여 지리 정보에 계측값을 중첩하여 표시하는 GIS 엔진; 및 상기 입력부, 출력부, GIS 엔진을 관리하는 중앙 처리부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 중앙 처리부는 그래픽 상의 특정 시설물에 대한 사용자의 제어 요구가 있는 경우에 제어 신호를 생성하여 출력하며, 상기 중앙 처리부에서 출력되는 제어 신호를 HMI에 적합한 포맷으로 변환하여 상기 HMI로 전송하는 제어 인터페이스부를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 HMI용 DB는, 상기 가압장, 배수지, 유량계, 압력계, 유속계 또는 정수장을 포함하는 상수도 시설물 또는 침수지, 중계 펌프장을 포함하는 하수도 시설물의 위치와 속성을 저장하고 있는 HMI용 시설물 정보 DB; 상기 가압장, 배수지, 유량계, 압력계, 유속계, 정수장, 침수지, 중계 펌프장에 설치되는 작동펌프의 정상적인 온/오프 상태, 작동펌프의 정상운영속도의 범위, 허용가능한 유량의 범위의 값들이 저장된 시설물 운용범위안내 DB; 및 상기 PLC에서 전송되는 상수도 계측 신호에 포함된 계측값을 저장하고 있는 측정 DB를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 관리장치용 DB는 상기 가압장, 배수지, 압력계, 유속계, 유량계 또는 정수장을 포함하는 상수도 시설물 또는 침수지, 중계 펌프장의 하수도 시설물의 위치와 속성을 저장하고 있는 관리 장치용 시설물 정보 DB; 상기 PLC에서 전송되는 상수도 계측 신호 또는 하수도 계측 신호에 포함된 계측값을 저장하고 있는 측정 DB; 및 지형지물에 대한 지리 정보를 저장하고 있는 지리정보 DB를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 DB 통합 제공부는, 상기 HMI용 DB의 정해진 데이터베이스 관련 명령에 대한 객체를 주기적으로 갱신하여 등록하고 있으며, 호출에 응답하여 요청에 상응하는 등록 객체를 전송하는 오브젝트 레지스트리; 및 상기 관리 장치로부터 정의된 메시지 형식의 명령이 수신되면 상기 오브젝트 레지스트리에서 레지스트레이션과 관련된 등록 객체를 호출하여 상응하는 등록객체를 상기 오브젝트 레지스트리에서 전송받아 전송받은 등록객체를 상기 관리 장치에 전송하는 중계 모듈을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 방법은 시설물 계측장비를 통해 가압장, 배수지, 유량계, 압력계, 유속계, 정수장을 포함하는 상수도시설물 또는 침수지, 중계 펌프장을 포함하는 하수도시설물의 작동펌프의 온/오프 상태, 작동펌프 속도 또는 유량 중 어느 하나 이상을 주기적으로 관측하고, 그 관측된 값을 주기별 상수도 계측신호 또는 하수도 계측 신호로 생성하는 단계; PLC에서 상기 생성된 주기별 상수도 계측신호 또는 하수도 계측신호를 전송받고, 그 전송된 주기별 상수도 계측신호 또는 하수도 계측신호를 HMI를 통해 관리 장치로 중계전송하는 단계; 사용자의 요구가 있는 경우에 상기 관리 장치는 상수도 시설물 제어 신호 또는 하수도 시설물 제어 신호를 생성하여 제어 인터페이스부를 통하여 HMI에 전송하는 단계; 및 상기 HMI는 상기 관리 장치에서 수신된 상수도 시설물 제어 신호 또는 하수도 시설물 제어 신호를 상기 PLC로 전송하는 단계; 및 상기 PLC에서 상기 상수도시설물 제어신호 또는 하수도 시설물 제어 신호를 전송받고, 그 전송된 상수도시설물 제어신호 또는 하수도 시설물 제어 신호를 참조하여 해당 상수도 시설물 또는 하수도 시설물을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 방법은 상기 관리 장치가 상기 HMI에 접속된 HMI용 DB와 관리 장치용 DB를 DB 통합 제공부를 통하여 통합 관리하는 단계; 및 상기 관리 장치가 구비된 GIS엔진을 제어하여 상기 관리 장치용 DB에 저장된 지리 정보와 주기별 상수도 계측 신호 또는 하수도 계측 신호를 이용하여 상수도 시설물 또는 하수도 시설물의 관망 감시를 제공하는 단계를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, GIS 엔진을 탑재하여 위성 사진이나 입체 지도 위에 관로를 표시하고 표시된 관로에 상수도 또는 하수도 관련 데이터를 표시하도록 하여 사용자 친화적인 사용방식을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 GIS 엔진이 구동된 상태에서 위성 사진이나 입체 지도 위의 해당 관로를 선택하여 필요한 제어를 수행할 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 상하수도 통합 관리 시스템의 구성도이다.
도 2는 대블럭에 대한 유수량이나 유수율을 표현한 지형도이다.
도 3은 중블럭 단위로 항공사진에 상수관을 표현한 화면이다.
도 4는 중블럭 단위에 항공사진에 레이어를 표현한 화면이다.
도 5는 소블럭 단위에서 실시간 유량을 표현한 화면이다.
도 6은 블럭 단위에서 지번과 상수관 정보를 표현한 화면이다.
도 7은 여과지의 수위와, 여과 시간 그리고 탁도를 그래프로 하여 트랜드를 보여주는 화면이다.
도 8은 본 발명에 따른 관리 장치가 제공하는 보고서의 일예시도이다.
도 9는 도 1의 DB 통합 제공부의 내부 블럭구성도이다.
도 10은 위에서 설명한 HMI에 접속된 DB와 GIS 엔진에 접속된 DB의 연동 과정을 보여주는 개념도이다.
도 11는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 상하수도 통합 관리 시스템의 제어 방법의 흐름도이다.
이제, 도 1이하의 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 상하수도 통합 관리 시스템에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 상하수도 통합 관리 시스템의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 상하수도 통합 관리 시스템은 시설물 계측 장비(100), PLC(200), HMI(300), HMI(300)에 접속된 시설물 정보 DB(312)-측정 DB(314)-운용 범위 안내 DB(316)로 구성된 HMI용 DB(310), 관리 장치(400), 관리 장치(400)에 접속된 시설용 정보 DB(422)-측정 DB(424)-지리정보 DB(426)으로 구성된 관리 장치용 DB(420), 인터페이스 장치(500)로 구성되어 있다.
이와 같은 구성에서 시설물 계측장비(100)는 상수도 시설물을 구성하는 가압장, 배수지, 유량계, 압려계, 유속계 또는 정수장 또는 하수도 시설물을 구성하는 침수지, 중계 펌프장마다 연설되는 것으로, 가압장, 배수지, 유량계, 압력계, 유속계, 정수장, 침수지, 중계 펌프장 등에 설치되는 작동펌프의 온/오프 상태, 작동펌프 속도 또는 유량 등을 주기적으로 관측하고, 그 관측된 값을 주기별 상수도 계측 신호 또는 하수도 계측 신호로 생성하여 PLC(200)로 전송한다.
상기 상수도 시설물 중 가압장은 상수도의 공급시 고지대에 원활한 급수가 이루어질 수 있도록 가압하는 시설로서, 수돗물의 가압을 위한 작동펌프가 설치되어 있으며, 그 설치된 작동펌프에 작동펌프의 온/오프 상태 관측, 작동펌프의 속도 관측을 수행하는 시설물 계측장비(100)가 추가로 연설되어, 작동펌프의 온/오프 상태 및 작동펌프 속도를 관측하고, 이를 주기별 상수도 계측신호로 생성한다.
또한, 상기 상수도 시설물 중 배수지는 수돗물을 여러 지역에 나누어 보내 주기 위하여 만든 저수지 시설로서, 저수지에 수돗물을 수용하기 위해 수위문이 설치되는데, 그 설치된 수위문에는 폐쇄부터 수위문의 개방여부를 관측하는 시설물 계측장비(100)가 추가로 연설되어, 수위문의 폐쇄부터 수위문의 개방여부를 관측하고, 이를 주기별 상수도 계측신호로 생성한다.
또한, 상기 상수도 시설물 중 유량계는 정수장에서 송수된 수돗물이 수개의 배수지를 통하여 넓은 급수구역으로 분포되어 수용가까지 급수되면서 거미줄 같이 엉켜있는 관망에 의한 유량과 수압을 원활하게 통제하여주는 시설로서, 수돗물의 급수를 위한 작동펌프가 설치되어 있으며, 그 설치된 작동펌프에 작동펌프의 온/오프 상태 관측, 작동펌프의 속도 관측을 수행하는 시설물 계측장비(100)가 추가로 연설되어, 작동펌프의 온/오프 상태 및 작동펌프 속도를 관측하고, 이를 주기별 상수도 계측신호로 생성한다.
또한, 상기 상수도 시설물 중 정수장은 강물이나 지하수 따위의 물을 먹거나 쓸 수 있도록 깨끗하게 걸러 내는 시설로서, 정수된 수돗물을 수용하기 위해 수위문이 설치되는데, 그 설치된 수위문에는 폐쇄부터 수위문의 개방여부를 관측하는 시설물 계측장비(100)가 추가로 연설되어, 수위문의 폐쇄부터 수위문의 개방여부를 관측하고, 이를 주기별 상수도 계측신호로 생성한다.
그외 하수도 시설물을 구성하는 침수지, 중계 펌프장에 대하여는 잘 알려져 있어 설명을 생략하며, 위에서 설명한 바와 동일하게 동작한다.
다음으로, PLC(200)는 시설물 계측장비(100)를 포함하는 개개의 상수도시설물 또는 하수도 시설물과 연결된 장치로, 시설물 계측장비(100)로부터 전송되는 주기별 상수도 계측신호 또는 하수도 계측 신호를 HMI(300)로 중계전송하고, HMI(300)로부터 상기 가압장, 배수지, 유량계, 압력계, 유속계, 정수장, 침수지, 중계 펌프장 중 어느 하나의 곳의 작동펌프의 온/오프 제어, 작동펌프의 속도제어 또는 유량제어 중 하나 이상을 포함하는 상수도 시설물 제어신호 또는 하수도 시설물 제어 신호가 전송되면, 그 전송된 상수도 시설물 제어신호 또는 하수도 시설물 제어 신호를 참조하여 해당 상수도 시설물 또는 하수도 시설물에 설치된 작동펌프의 온/오프 제어, 작동펌프의 속도제어 또는 유량제어 중 하나 이상을 제어하는 장치이다.
한편, HMI용 DB(310)중에서 시설물 정보 DB(312)는 가압장, 배수지, 유량계 , 압력계, 유속계 또는 정수장을 포함하는 상수도 시설물 또는 침수지, 중계 펌프장을 포함하는 하수도 시설물의 기본 정보가 저장되어 있다.
이러한 시설물 정보 DB(312)는 상하수도 통합 관리 시스템을 운용하기 위한 기본자료로서 도형데이터베이스와 속성데이터 베이스로 대별된다.
일예로, 도형데이터베이스는 상수도 관로 대장을 원시자료로 하여 상수관 시설, 변류 시설, 상수부속 시설 등으로 구축되어 있다. 상수관 시설은 크게 상수관, 이형관, 인입관 등으로 구분되고, 변류 시설은 제수변, 역지변, 이토변, 배기변, 감압변, 안전변로 구성되어 형식, 구조물 형태에 따라서 구분된다.
또한 상수부속 시설은 스탠드파이프, 급수전 계량기, 급수탑, 소화전, 저수조, 변실, 유량계, 수압계, 신축관실 등으로 구분된다.
상기 속성데이터베이스는 도형 데이터베이스의 각 시설에 대응하여 각종 대장을 원시자료로 하여 상수도관로대장, 변류대장, 부속시설대장 등으로 구축되어 각 시설의 속성등을 저장하고 있다.
다음으로, HMI용 DB(310) 중에서 측정 DB(314)는 HMI(300)가 PLC(200)로부터 수신한 상수도 계측 신호 또는 하수도 계측 신호에 포함된 상수도 계측값 또는 하수도 계측값이 저장되어 있다.
그리고, HMI용 DB(310)중에서 운용 범위 안내 DB(316)는 상기 가압장, 배수지, 유량계, 압력계, 유속계, 정수장, 침수지, 중계 펌프장에 설치되는 작동펌프의 정상적인 온/오프 상태, 작동펌프의 정상운영속도의 범위, 허용가능한 유량의 범위의 값들이 저장되어 있다.
상기 PLC(200)와 연동하는 HMI(300)는 표현해야할 객체의 데이터 값인 주기별 상수도 계측신호 또는 하수도 계측신호를 PLC(200)로부터 전송받기 위해 해당 명령어와 주소를 프레임화하여 PLC(200)로 전송한다. 이에 따라 PLC(200)는 전송된 명령어를 분석하여 주기별 상수도 계측신호 또는 하수도 계측신호를 프레임화하여 HMI(300)에게 전송하며, HMI(300)는 수신된 주기별 상수도 계측 신호 또는 하수도 계측 신호에 포함된 상수도 계측값 또는 하수도 계측값을 상기 측정 DB(314)에 저장한다.
그리고, HMI(300)는 수신된 주기별 상수도 계측신호 또는 하수도 계측 신호를 분석하여 시설물 정보 DB(312)를 참조하여 시설물 표시와 함께 수신된 상수도 계측 신호 또는 하수도 계측신호를 표시하여 제공할 수 있다.
이와 같은 HMI(Human Machine Interface)(300)는 PLC(200)와 GUI방식에 의해 링크되며, PLC(200)를 통해 주기적으로 중계전송되는 주기별 상수도 계측신호 또는 하수도 계측신호를 측정 DB(314)에 저장하고, 그 저장된 주기별 상수도 계측신호 또는 하수도 계측 신호를 분석하며, 그 분석된 주기별 상수도 계측신호 또는 하수도 계측신호를 운용범위안내 DB(316)와 매칭하여 그 분석된 주기별 상수도 계측신호 또는 하수도 계측신호에 해당하는 상수도 시설물 또는 하수도 시설물이 정상범위 밖에서 운영된다고 판단 시 상수도 시설물 제어신호 또는 하수도 시설물 제어신호를 생성하여 상기 PLC(200)로 전송하며, 주기별 상수도 계측신호 또는 하수도 계측신호의 데이터나 상수도 시설물 제어신호 또는 하수도 시설물 제어신호의 데이터를 디스플레이하여 주는 기능을 수행한다.
다음으로, 관리 장치(400)는 도 1에 도시된 바와 같이 중앙 처리부(402), 출력부(404), 입력부(406), 메모리(408), GIS 엔진(410)로 이루어져 있으며, 관리 장치용 DB(420)는 시설물 정보 DB(422)와, 측정 DB(424) 그리고 지리정보 DB(426)으로 이루어져 있다.
여기에서, 상기 중앙 처리부(404)는 GIS 엔진(410)을 제어하여 본 발명에 따른 제어기능을 수행한다.
그리고, 출력부(404)는 본 발명에 따른 각종 데이터를 출력하는 기능을 수행하며, 도면에 도시되지 않은 모니터 및 프린터를 포함한다.
상기 입력부(406)는 본 발명에 따른 각종 데이터를 입력받는 기능을 수행하며, 도면에 도시되지 않은 CD롬, 마우스 및 키보드를 포함한다.
메모리(408)는 본 발명에 따른 데이터를 일시적으로 저장하는 기능을 수행하며, 보고서 양식이 저장되어 있고, 대용량이 바람직하다.
한편, 관리 장치용 DB(420)의 시설물 정보 DB(422)는 가압장, 배수지, 유량계, 압력계, 유속계 또는 정수장을 포함하는 상수도 시설물 또는 침수지, 중계 펌프장을 포함하는 하수도 시설물의 기본 정보가 저장되어 있다.
이러한 시설물 정보 DB(422)는 상하수도 통합 관리 시스템을 운용하기 위한 기본 정보가 저장되어 있으며, 기본 정보는 크게 도형데이터베이스와 속성데이터 베이스로 대별되어 저장되어 있다.
이와 같은 시설물 정보 DB(422)는 대응되는 HMI용 DB(310)의 시설물 정보 DB(312)에 기본 정보가 갱신되는 경우에 DB 통합 제공부(510)를 통하여 HMI용 DB(310)의 시설물 정보 DB(312)에 접속하여 갱신된 기본 정보를 전송받아 저장하고 있는 기본 정보를 갱신한다.
다음으로, 관리 장치용 DB(420) 중에서 측정 DB(424)는 HMI(300)가 PLC(200)로부터 실시간으로 수신하여 측정 DB(314)에 저장하고 있는 상수도 계측값 또는 하수도 계측값을 측정 DB(314)로부터 주기적으로 또는 필요할 때에 실시간으로 읽어와서 저장하고 있다.
관리 장치용 DB(420)의 측정 DB(424)는 이러한 작업을 DB 통합 제공부(510)를 통하여 수행한다.
그리고, 관리 장치용 DB(420) 중에서 지리 정보 DB(426)는 지표면과 지하 및 지상공간에 존재하는 각종 자연물(산, 강, 토지 등)과 인공물(건물, 도로, 철도 등)에 대한 위치정보와 속성정보를 저장하고 있다.
이러한 지리 정보 DB(426)에 저장되는 위치 정보와 속성 정보의 형태는 2차원 평면지도, 입체 지도(지형도), 항공 사진 등의 형태로 저장될 수 있다.
다음으로, 상기 GIS 엔진(410)은 상기 지리 정보 DB(426)에 저장된 지형지물의 위치 정보와 속성 정보-지리 정보-를 검색한다.
그리고, GIS 엔진(410)은 측정 DB(424)에 저장된 계측값을 중첩 기능을 이용하여 상기 지리 정보 DB(426)에서 검색한 지리 정보에 중첩하여 모니터를 통해 그래픽으로 표시하므로 시각적으로 인식할 수 있도록 한다.
이때, GIS 엔진(410)는 지리 정보에 상수도 시설물 또는 하수도 시설물을 표시하기 위하여 시설물 정보 DB(422)를 참조한다.
일예로, GIS 엔진(410)은 누수로 판단된 상수도관을 모니터에 표시하는 경우, 마우스로 누수 위치를 클릭하면 현재 누수가 발생한 상수도관의 확대된 형상 또는 세부적 형상과 해당 누수관의 속성정보와 위치정보 등을 모니터로 표시하며, 또한 프린터 또는 플로터로 출력이 가능하도록 한다.
한편, HMI(300)와 그에 접속된 HMI용 DB(310) 대 관리 장치(400) 그리고 그에 접속된 관리 장치용 DB(420)의 접속을 제공하기 위한 인터페이스 장치(500)는 제어 인터페이스부(510)과 DB 통합 제공부(520)으로 구성되어 있다.
상기 제어 인터페이스부(510)는 관리 장치(400)의 중앙 처리부(402)로부터 전송되는 제어 신호를 HMI(300)의 제어 신호에 적합한 포맷으로 변경하여 전송한다.
이러한 제어 인터페이스부(510)가 필요한 이유는 관리 장치(400)에서 처리하는 제어 신호의 데이터 포맷과 HMI(300)가 처리하는 데이터 포맷이 상이하기 때문이다.
즉, 관리 장치(400)에서 출력하는 상기 가압장, 배수지, 유량계, 압력계, 유속계, 정수장, 침수지, 중계 펌프장 중 어느 하나의 곳의 작동펌프의 온/오프 제어, 작동펌프의 속도제어 또는 유량제어 중 하나 이상을 포함하는 상수도 시설물 제어신호 또는 하수도 시설물 제어신호의 포맷이 HMI(300)에서 전송하는 상수도 시설물 제어 신호 또는 하수도 시설물 제어신호의 포맷과 상이하기 때문에 이를 정합시키기 위하여 제어 인터페이스부(510)가 사용된다.
이와 동일하게, HMI(300)에 부속된 시설물 정보 DB(312)와, 측정 DB(314) 그리고 운용 범위 안내 DB(316)와 관리 장치(400)의 시설물 정보 DB(422)와, 측정 DB(424) 그리고 지리 정보 DB(426)가 이기종 데이터베이스로서, 이러한 서로 다른 기종의 데이터베이스를 통합하기 위하여 DB 통합 제공부(520)가 구비되어 있다.
구비된 DB 통합 제공부(520)는 도 10 또는 도 11을 참조하여 상세히 설명한다.
이와 같이 구성되는 관리 장치(400)의 중앙 처리부(402)은 입력부(406)를 통하여 상수도 시설물 또는 하수도 시설물의 관망 감시 요청이 있는 경우 GIS 엔진(410)을 제어하여 지리 정보 DB(426)에 저장된 지리 정보를 읽어온 후에, 시설물 정보 DB(422)에 저장된 시설물의 위치 정보와 속성 정보를 읽어와서 지리 정보의 해당 지역에 시설물을 표시하여 디스플레이함으로 모니터링 기능을 제공한다.
이를 좀더 구체적으로 살펴보면, 관리 장치(400)의 중앙 처리부(402)는 관리 지역을 대블럭, 중블럭, 소블럭으로 구분한 후에, 유량이나 유수율 등의 모니터링을 원하는 블럭을 사용자가 입력부(406)를 이용하여 선택하면 이에 따른 해당 지역의 유량이나 유수율등을 제공한다.
이러한 유량 또는 유수율의 제공은 해당 지역에 블럭 표시를 한 후에 지도의 여백 부분에 표나 그래프로 제공할 수 있다.
이와 관련하여 도 2는 대블럭에 대한 유수량이나 유수율을 표현한 지형도를 보여준다. 그리고, 도 3은 중블럭 단위로 항공사진에 상수관을 표현한 화면을 보여주고 있다. 계속해서 도 4는 중블럭 단위에 항공사진에 레이어를 표현한 화면을 보여주고 있으며, 도 5는 소블럭 단위에서 실시간 유량을 표현한 화면을 보여주고 있다. 그리고, 도 6은 블럭 단위에서 지번과 상수관 정보를 표현한 화면을 보여주고 있다.
다음으로, 관리 장치(400)의 중앙 처리부(402)는 감시 제어 기능을 제공한다.
이를 위하여, 관리 장치(400)의 중앙 처리부(402)는 관리 지역을 대블럭, 중블럭, 소블럭으로 구분한 후에, 유량이나 유수율 등의 모니터링을 원하는 블럭을 사용자가 입력부를 이용하여 선택하면 이에 따른 해당 지역의 유량이나 유수율등을 제공한다.
그리고, 관리 장치(400)의 중앙 처리부(410)는 사용자가 모니터링 되는 화면에서 제어를 원하는 상수관 시설 또는 하수관 시설을 선택하여 제어를 원하는 입력값을 입력하면 제어 인터페이스부(510)를 통하여 HMI(300)로 전송함으로 해당 상수도 시설물 또는 하수도 시설물에 대한 제어가 이루어지도록 한다.
한편, 관리 장치(400)의 중앙 처리부(402)는 사용자가 입력부(406)를 통하여 트랜드 분석을 요청하는 경우에 측정 DB(424)에 저장되어 있는 계측값을 읽어와서 도 7에 도시된 바와 같이 그래프 형태로 측정값의 트랜드를 표시하여 준다.
여기에서, 도 7에서는 여과지의 수위와, 여과 시간 그리고 탁도를 그래프로 하여 트랜드를 보여주고 있다.
다음으로, 관리 장치(400)의 중앙 처리부(402)는 사용자가 입력부를 통하여 보고서의 출력을 요구하는 경우에 도 8에 도시된 바와 같이 메모리(408)에 저장된 보고서 양식에 측정 DB(424)나 시설물 DB(422)등을 참조하여 해당 내용을 조합하여 보고서를 작성하여 출력한다.
한편, 위에서 설명한 바와 같이 DB 통합 제공부(520)는 이기종 DB를 통합 관리 하기 위한 것으로, 이를 위하여 일예로 도 9에 도시된 바와 같이, 중계 모듈(522)과 오브젝트 레이스트리(524)를 구비한다.
도 9는 중계 모듈(522)에게 필요한 데이터를 요청하는 관리 장치(400)와, 상기 관리 장치(400)의 요청을 받아 원하는 데이터를 상기 관리 장치(400)로 전송하는 중계 모듈(522)과, 데이터를 저장하고 있는 HMI용 DB(310)와, HMI용 DB(310)의 특정 데이터 집단을 참조하는 객체들에 대한 관리를 수행하는 오브젝트 레지스트리(Object Registry)(524)와, HMI용 DB(310)로부터 전송되는 데이터를 저장하는 관리장치용 DB(420)을 도시하고 있다.
상기에서 관리 장치(400)는, 자바 애플릿(Java Applet)으로 구성한다. 상기에서 오브젝트 레지스트리(524)는, 상기 중계 모듈(522)를 통해 상기 HMI용 DB(310)와 연동하여 정해진 데이터베이스 관련 명령 등에 대한 객체를 주기적으로 갱신하여 등록한다.
이러한 구성에 의한 동작을 살펴보면, 관리 장치(400)에서 정의된 메시지 형식으로 중계 모듈(522)에 명령을 전달하며, 상기 중계 모듈(522)은 오브젝트 레지스트리(Object Registry)(524)에서 레지스트레이션(Registration)과 관련된 등록 객체를 호출한다. 이때 관리 장치(400)는 중계 모듈(522)로 명령을 전달할 때 자바 애플릿을 이용한다.
상기 오브젝트 레지스트리(524)는 정해진 데이터베이스 관련 명령 등에 대한 객체를 주기적으로 갱신하여 등록하고 있다가 상기 중계 모듈(522)의 호출에 응답한다.
그리고, 어브젝트 레지스트리(524)로부터 등록된 객체를 얻은 상기 중계 모듈(522)은 상기 관리 장치(400)의 요청에 상응하는 객체 자체를 상기 관리 장치(400)에 전송하고, 상기 관리 장치(400)는 전송받은 객체의 특정 매소드를 통하여 필요한 객체를 획득한다.
상기 중계 모듈(522)에서 상기 관리 장치(400)로 요청에 상응하는 객체 자체를 전송할 때 스트림(Stream)으로 전송한다.
이처럼 본 발명은 데이터베이스에 대한 참조객체를 미리 생성하여 특정 저장매체에 등록한 후 관리 장치의 데이터베이스 액세스 요청시 등록된 객체로부터 데이터를 얻게 함으로써 빈번한 데이터베이스 액세스 시간을 단축하고 중계 모듈로부터 데이터를 스트림으로 전송하여 전송시간을 단축시키게 된다.
도 10은 위에서 설명한 HMI용 DB와 관리 장치용 DB의 연동 과정을 보여주는 개념도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 계측 장비로부터 PLC를 통하여 전송받은 계측 데이터를 저장하고 있는 측정 DB를 포함한 HMI에 접속된 DB는 DB 통합 제공부를 통하여 관리 장치(주로 GIS 엔진)에 접속된 DB에 통합된다.
이러한 통합은 위에서 설명한 바와 같이 이기종 데이터베이스의 통합으로 위에서 설명한 방식에 의해 이루어진다.
이처럼, 구성되는 본 발명의 상하수도 통합 관리 시스템의 제어 방법은 도 11를 중점으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상수도 시설물을 구성하는 가압장, 배수지, 유량계, 압력계, 유속계 또는 정수장 하수도 시설물을 구성하는 침수지, 중계 펌프장마다 연설된 시설물 계측장비(100)를 통해 가압장, 배수지, 유량계, 압력계, 유속계, 정수장, 침수지, 중계 펌프장을 포함하는 상수도시설물의 작동펌프의 온/오프 상태, 작동펌프 속도 또는 유량 중 어느 하나 이상을 주기적으로 관측하고, 시설물 계측장비(100)는 주기적으로 관측되는 값을 주기별 상수도 계측 신호 또는 하수도 계측 신호로 생성하고(S10), 이를 PLC(200)로 전송한다.
PLC(200)는 전송된 주기별 상수도 계측 신호 또는 하수도 계측신호를 HMI(300)로 중계 전송하며, HMI(300)는 중계 전송된 주기별 상수도 계측신호 또는 하수도 계측 신호를 측정 DB(314)에 저장한다.
관리 장치(400)는 HMI(300)를 제어하여 저장된 주기별 상수도 계측신호 또는 하수도 계측 신호를 측정 DB(314)에서 DB 통합 제공부(520)을 통하여 읽어와서 관리 장치용 측정 DB(424)에 저장한다.
이후, 관리 장치(400)는 입출부를 통해 상수도시설물 또는 하수도 시설물의 관망 감시 요청이 있는 경우 GIS엔진을 제어하여 관리 장치용 측정 DB부에 저장된 주기별 상수도 계측신호 또는 하수도 계측신호를 이용하여 상수도 시설물 또는 하수도 시설물의 재원을 파악하기 위한 속성조회 기능, 상수시설물 또는 하수도 시설물 검색을 위한 도형검색 기능, 현재화면 및 원하는 인덱스만을 출력하기 위한 도면 출력 기능 등의 상수도 또는 하수도 관망 감시 기능 중 상수도시설물 또는 하수도 시설물의 관망 감시 요청에 해당하는 기능을 출력부를 통해 표시하여 제공한다(S40).
그리고 관리 장치(400)는 일정주기마다 관리 장치용 측정 DB에 저장된 주기별 상수도 계측신호 또는 하수도 계측신호를 분석하여 상수도 관망 또는 하수도 관망을 해석하는데(S50) 관리자의 요청이 있는 경우 그 상수도 관망 해석 값 또는 하수도 관망 해석 값을 출력부를 통해 디스플레이하여 준다.
이때, 관리 장치(400)는 사용자로부터 상수도 시설물 또는 하수도 시설물에 대한 제어 신호가 입력되는지를 판단한다(S60).
판단 결과, 제어 신호가 입력되었으면 관리 장치(400)는 제어 신호를 생성하여(S70) 제어 인터페이스부(510)를 통하여 HMI(300)로 전송한다.
그러면 HMI(300)는 상수도 시설물 제어신호 또는 하수도 시설물 제어신호를 PLC(200)로 전송한다.
이후에, PLC(200)는 전송된 상수도시설물 제어신호 또는 하수도 시설물 제어신호를 참조하여 해당 상수도 시설물 또는 하수도 시설물을 제어하는데(S80) 이러한 상수도 시설물 제어신호 또는 하수도 시설물 제어신호는 가압장, 배수지, 유량계, 압력계, 유속계, 정수장, 침수지, 중계 펌프장 중 어느 하나의 곳의 작동펌프의 온/오프 제어, 작동펌프의 속도제어 또는 유량제어 중 하나 이상이 제어됨으로써, 관리자인 관리요원이 천재지변과 같은 긴급상황 발생으로 인해 상수도시설물 또는 하수도 시설물이 잘못 운영된다 하더라도 해당 상수도시설물 또는 하수도 시설물로 직접 방문하지 않고서도 상수도시설물 또는 하수도 시설물이 신속하게 정상범위 내로 운영될 수 있도록 제공한다.
100 : 시설물 계측 장치 200 : PLC
300 : HMI 310 : HMI용 DB
312 : 시설물 정보 DB 314 : 측정 DB
316 : 운용 범위 안내 DB 400 : 관리 장치
402 : 중앙 처리부 404 : 출력부
406 : 입력부 408 : 메모리
410 : GIS 엔진 420 : 관리 장치용 DB
422 : 시설물 정보 DB 424 : 측정 DB
426 : 지리 정보 DB 500 : 인터페이스 장치
510 : 제어 인터페이스부 520 : DB 통합 제공부
522 : 중계 모듈 524 : 오브젝트 레지스트리

Claims (8)

  1. 가압장, 배수지, 유량계, 압력계, 유속계, 정수장을 포함하는 상수도 시설물 또는 침수지, 중계 펌프장을 포함하는 하수도 시설물의 위치와 속성 정보와, PLC에서 전송된 계측 신호에 포함된 계측값과, 상기 가압장, 배수지, 유량계, 정수장, 침수지, 중계 펌프장에 설치되는 작동펌프의 정상적인 온/오프 상태, 작동펌프의 정상 운영 속도의 범위, 허용가능한 유량의 범위의 값들이 저장된 HMI용 DB;
    상기 PLC와 접속되며, 상기 PLC를 통해 주기적으로 중계전송되는 주기별 상수도 계측신호 또는 하수도 계측 신호를 상기 HMI용 DB에 저장하고, 그 저장된 주기별 상수도 계측신호 또는 하수도 계측 신호를 분석하여 그 분석된 주기별 상수도 계측신호 또는 하수도 계측 신호에 해당하는 상수도 시설물 또는 하수도 시설물이 정상 운영 속도의 범위 또는 허용가능한 유량의 범위 밖에서 운영된다고 판단 시 상수도 시설물 제어신호 또는 하수도 시설물 제어신호를 생성하여 상기 PLC로 전송하며, 상기 주기별 상수도 계측신호 또는 하수도 계측신호의 데이터나 상수도 시설물 제어신호 또는 하수도 시설물 제어신호의 데이터를 디스플레이하여 주는 HMI;
    상기 가압장, 배수지, 유량계, 압력계, 유속계, 정수장을 포함하는 상수도 시설물 또는 침수지, 중계 펌프장을 포함하는 하수도 시설물의 위치와 속성 정보와, 상기 PLC에서 전송된 계측 신호에 포함된 계측값과, 지형지물의 지리 정보를 저장하고 있는 관리장치용 DB;
    상기 HMI용 DB와 관리 장치용 DB의 통합 관리를 제공하는 DB 통합 제공부;
    사용자의 요구에 응하여 상기 관리장치용 DB에서 지리 정보를 읽어오고, 상기 관리 장치용 DB 또는 상기 HMI용 DB에서 계측값을 읽어와서 중첩 기능을 사용하여 지리정보에 계측값을 중첩하여 표시하며 시설물에 대한 사용자의 제어 요구가 있는 경우에 제어 신호를 생성하여 출력하는 관리 장치; 및
    상기 관리 장치에서 출력되는 제어 신호를 상기 HMI로 전송하는 제어 인터페이스부를 포함하며,
    상기 DB 통합 제공부는,
    상기 HMI용 DB의 정해진 데이터베이스 관련 명령에 대한 객체를 주기적으로 갱신하여 등록하고 있으며, 호출에 응답하여 요청에 상응하는 등록 객체를 전송하는 오브젝트 레지스트리; 및
    상기 관리 장치로부터 정의된 메시지 형식의 명령이 수신되면 상기 오브젝트 레지스트리에서 레지스트레이션과 관련된 등록 객체를 호출하여 상응하는 등록객체를 상기 오브젝트 레지스트리에서 전송받아 전송받은 등록객체를 상기 관리 장치에 전송하는 중계 모듈을 포함하여 이루어진 상하수도 통합 관리 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 관리 장치는,
    데이터를 입력받는 입력부;
    데이터를 출력하는 출력부;
    사용자의 요구에 응하여 상기 관리장치용 DB에서 지리 정보를 읽어오고, 상기 관리 장치용 DB나 HMI용 DB에서 계측값을 읽어와서 중첩 기능을 사용하여 지리 정보에 계측값을 중첩하여 표시하는 GIS 엔진; 및
    상기 입력부, 출력부, GIS 엔진을 관리하는 중앙 처리부를 포함하여 이루어진 상하수도 통합 관리 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 중앙 처리부는 그래픽 상의 특정 시설물에 대한 사용자의 제어 요구가 있는 경우에 제어 신호를 생성하여 출력하며,
    상기 제어 인터페이스부는 상기 중앙 처리부에서 출력되는 제어 신호를 상기 HMI로 전송하는 것을 특징으로 하는 상하수도 통합 관리 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 HMI용 DB는
    상기 가압장, 배수지, 유량계, 압력계, 유속계, 정수장을 포함하는 상수도 시설물 또는 침수지, 중계 펌프장을 포함하는 하수도 시설물의 위치와 속성을 저장하고 있는 HMI용 시설물 정보 DB;
    상기 가압장, 배수지, 유량계, 압력계, 유속계, 정수장, 침수지, 중계 펌프장에 설치되는 작동펌프의 정상적인 온/오프 상태, 작동펌프의 정상운영속도의 범위, 허용가능한 유량의 범위의 값들이 저장된 시설물 운용범위안내 DB; 및
    상기 PLC에서 전송되는 상수도 계측 신호 또는 하수도 계측 신호에 포함된 계측값을 저장하고 있는 측정 DB를 포함하여 이루어진 상하수도 통합 관리 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 관리장치용 DB는
    상기 가압장, 배수지, 유량계 압력계, 유속계 또는 정수장을 포함하는 상수도 시설물 또는 침수지, 중계 펌프장을 포함하는 하수도 시설물의 위치와 속성을 저장하고 있는 관리 장치용 시설물 정보 DB;
    상기 PLC에서 전송되는 상수도 계측 신호 또는 하수도 계측 신호에 포함된 계측값을 저장하고 있는 측정 DB; 및
    지형지물에 대한 지리 정보를 저장하고 있는 지리정보 DB를 포함하여 이루어진 상하수도 통합 관리 시스템.
  6. 삭제
  7. 시설물 계측장비를 통해 가압장, 배수지, 유량계, 압력계, 유속계 또는 정수장을 포함하는 상수도시설물 또는 침수지, 중계 펌프장을 포함하는 하수도시설물의 작동펌프의 온/오프 상태, 작동펌프 속도 또는 유량 중 어느 하나 이상을 주기적으로 관측하고, 그 관측된 값을 주기별 상수도 계측신호 또는 하수도 계측신호로 생성하는 단계;
    PLC에서 상기 생성된 주기별 상수도 계측신호 또는 하수도 계측 신호를 전송받고, 그 전송된 주기별 상수도 계측신호 또는 하수도 계측 신호를 HMI를 통해 관리 장치로 중계전송하는 단계;
    사용자의 요구가 있는 경우에 상기 관리 장치는 상수도 시설물 제어 신호 또는 하수도 시설물 제어 신호를 생성하여 제어 인터페이스부를 통하여 HMI에 전송하는 단계;
    상기 HMI는 상기 관리 장치에서 수신된 상수도 시설물 제어 신호 또는 하수도 시설물 제어신호를 상기 PLC로 전송하는 단계;
    상기 PLC에서 상기 상수도시설물 제어신호 또는 하수도 시설물 제어신호를 전송받고, 그 전송된 상수도시설물 제어신호 또는 하수도 시설물 제어신호를 참조하여 해당 상수도 시설물 또는 하수도 시설물을 제어하는 단계;
    상기 관리 장치가 상기 HMI에 접속된 HMI용 DB와 관리 장치용 DB를 상기 HMI용 DB의 정해진 데이터베이스 관련 명령에 대한 객체를 주기적으로 갱신하여 등록하고 있으며, 호출에 응답하여 요청에 상응하는 등록 객체를 전송하는 오브젝트 레지스트리와 상기 관리 장치로부터 정의된 메시지 형식의 명령이 수신되면 상기 오브젝트 레지스트리에서 레지스트레이션과 관련된 등록 객체를 호출하여 상응하는 등록객체를 상기 오브젝트 레지스트리에서 전송받아 전송받은 등록객체를 상기 관리 장치에 전송하는 중계 모듈을 포함하는 DB 통합 제공부를 통하여 통합 관리하는 단계; 및
    상기 관리 장치가 구비된 GIS엔진을 제어하여 상기 관리 장치용 DB에 저장된 지리 정보와 주기별 상수도 계측 신호를 이용하여 상수도 시설물의 관망 감시와 하수도 계측 신호를 이용하여 하수도 시설물의 관망 감시를 제공하는 단계를 포함하여 이루어진 상하수도 통합 관리 시스템의 제어 방법.
  8. 삭제
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