이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 상수도의 실시간 관망해석을 통한 블록 관리방법에 대한 흐름도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 상수도의 실시간 관망해석을 통한 블록 관리방법 중 검정 및 검정을 하는 단계의 세부 절차에 대한 흐름도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 상수도의 실시간 관망해석을 통한 블록 관리방법 중 일수요량을 추정하는 단계의 세부 절차에 대한 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 상수도의 실시간 관망해석을 통한 블록 관리방법은 다음과 같은 절차로 진행된다.
먼저, 단위 블록별로 블록화된 상수도관망에 대한 자료가 블록관리시스템으 로 입력 및 분류된다(S101).
그러면 입력 및 분류된 상기 상수도관망에 대한 자료 중 GIS(Geographic Information System) 서버에서 제공하는 상기 상수도관망의 상수도관망도를 이용해 소정의 자료를 추출하고, 관망해석시스템으로 전송한다(S102).
그리고 상기 소정의 자료를 이용하여 상기 관망해석시스템에 필수적이지 않은 상수도관을 상기 블록관리시스템에서 제외해 상기 상수도관망에 대한 모형을 간략화한다(S103).
이때, 상기 관망해석시스템에 필수적이지 않은 상수도관은 관경이 100mm 이하의 아주 작은관을 의미한다.
그리고 상기 상수도관망은 관경이 400mm이상인 중요 본관이나 주거지역, 상업지역, 다른 국부적인 수도지역에 수돗물을 수송하는 관경이 250mm 내지 300mm인 2차적인 본관을 포함하며, 관경 150mm 내지 200mm인 작은관은 격자형을 형성하거나 특별한 문제가 있는 지역을 상세하게 고려하기 위해 선택적으로 포함되는 것이 바람직하다.
이는 모든 상수도관을 상기 상수도관망에 대한 모형에 포함시킬 경우 국부적인 지역에서 수요예측에 대한 모형의 민감도가 크기 때문에 모의 결과에 오류가 존재할 가능성이 커지는 문제를 해결하기 위함이다.
다시 말해, 기존 상수도관망에 골격화를 적용하여 복잡한 모형을 단순화시킴으로써 상기 상수도관망에 대한 모형 적용 시 발생되는 오류를 최소화하기 위함이다.
이로 인해, 차후 상기 상수도관망에 대한 모형을 해석하는데 소요되는 시간을 최소화 시키면서 해석의 정확도를 증가시킬 수 있으며, 더 나아가서는 효율적으로 상수도관망을 관리할 수 있는 이점이 있다.
상기 간략화하는 단계(S103) 다음에는 절점별 소유역을 분할하고(S104), 해당일 일수요량을 추출하며(S105), 수도요금자료를 이용하여 소유역별 수용가 사용량을 데이터베이스화하고, 상기 해당일 일수요량과 소유역별 수용가 사용량을 기초로 절점별 가중치를 산정한다(S106).
확정된 가중치는 추정된 본관 일수요량에 적용하여 최적화된 모형 활용 시 이용되고, 절점별로 분할된 상기 소유역은 상기 GIS 상에서 적용된다.
상기 단계들(S104, S105, S106)은 상기 블록관리시스템과 관망해석시스템을 연계하여 차후 상기 계측기가 미설치된 지점의 모니터링과 같은 기능을 활성화하려면 최소한의 골격화를 적용하고 절점별로 지번을 그룹화하여 관리하고 통계 분석을 통해 수요량 분배에 적용하기 위해 수반되어야 한다.
그리고 해당 소유역별로 지번 정리에 대한 검침량을 분석하여 과거 검침량에 대한 소유역 지번별 총량을 산정하며, 상기 계측기 관측자료에 기초한 월/요일별 지점 가중치를 산정하여 해당 블록 내 전체량에 대한 소유역별 비율을 산정함으로써, 수요량 지정 시 가중치에 따라 상수가 지점별로 자동으로 분배된다.
한편, 상기 산정하는 단계(S106) 후에는 간략화된 상기 상수도관망에 대한 모형과 분할된 상기 절점별 소유역을 이용하여 소유역별 지번을 데이터베이스화하 고(S108), 추출된 상기 해당일 일수요량과, 산정된 상기 절점별 가중치를 이용하여 절점 사용수량을 추정한다(S109).
그 다음에는 유출계수를 조정하기 위하여 추정된 상기 절점 사용수량과 계측기 관측자료를 이용하여(S107) 상기 상수도관망에 대한 모형을 검정 및 검증을 하며(S110), 상기 상수도관망에 대한 모형을 해석한다(S111).
이때, 유출계수(C)를 조정하기 위하여 추정된 상기 절점 사용수량과 상기 계측기 관측자료를 이용하여 상기 상수도관망에 대한 모형을 검정 및 검증을 하며, 이를 위해 상기 상수도의 실시간 관망해석을 통한 블록 관리방법은 유전자 알고리즘을 적용하는 단계(S112)를 더 포함한다.
상기 유전자 알고리즘을 적용하기 위해서는 상기 상수도관망 내 관거의 연도, 재질, 관경 등 관거의 특성에 따라 그룹으로 분리하고, C의 상하한을 설정하며, 간략화된 상기 상수도관망에 대한 모형, 즉 골격화된 모형의 경우 제외된 소규모 관들의 수송용량까지도 고려해서 결정한다.
또한, 마찰손실 이외의 미소손실수도를 반영하고, 그룹 내 관거는 동일한 C를 부여하며, 그룹이 부여되지 않은 관거의 C는 고정한다.
상기와 같은 내용을 바탕으로 골격화된 상기 상수도관망에 대한 모형을 해석함으로써, 펌프, 감압밸브 등의 정상가동여부 및 현황 파악이 가능하고, 시간에 대한 모형의 정확성을 검토할 수 있으며, 관경, 재료, 형태, 매설연도에 따른 손실계수를 측정할 수 있다.
여기서, 상기 검정 및 검증을 하는 단계(S110)의 세부 절차는 다음과 같다.
도 2를 참조하면, 상기 상수도관망에 대한 모형의 모의결과를 하고(S201), 상기 모의결과 및 상기 계측기 관측자료를 바탕으로 상기 상수도관망에 대한 모형이 오차율 이내인지 판단한다(S202).
상기 판단에 의해 상기 상수도관망에 대한 모형이 오차율 이내인 경우 상기 검정 및 검증을 완료하고(S205), 아닌 경우 관 조도계수를 수정한다(S203).
상기 관 조도계수를 수정한 경우에는(S203) 상기 관 조도계수가 오차율 이내인지 판단한다(S204).
그리고 상기 관 조도계수가 오차율 이내인 경우 상기 검정 및 검증을 완료하며(S205), 아닌 경우 상기 관 조도계수를 수정하는 단계(S203)로 돌아간다.
한편, 상기 상수도의 실시간 관망해석을 통한 블록 관리방법은 상기 상수도관망에 대한 모형을 해석하기 위해서 신경망 모형에 의한 일수요량을 추정하는 단계(S113)를 더 포함하고, 도 3을 참조하면 상기 추정하는 단계(S113)의 세부 절차는 다음과 같다.
먼저, 상기 블록관리시스템으로 입력 및 분류된 상기 상수도관망에 대한 자료 중 용수수요, 평균기온, 최고기온, 일조량, 일별특성에 대한 입력변수를 결정한다(S301).
그러면 결정된 상기 입력변수로 상기 계측기 관측자료를 보완하고(S302), 보완된 상기 계측기 관측자료를 이용하여 상관된 입력차원을 조정한다(S303).
그리고 상기 조정에 의해 상기 신경망 모형의 인자를 설정하며(S304), 설정 된 상기 인자를 이용하여 일수요량을 추정한다(S305).
전술한 바와 같이, 상기 일수요량을 추정하기 위해서는 신경망 이론을 적용하는데, 이를 이용하여 비선형모형을 구성하고 기존의 선형방정식으로 불가능했던 일별 수요 예측에 활용하는 것이다.
이때, 상기 인자는 정수장 등에서 실제운영을 통해 수집된 형장 데이터 및 물사용량에 미치는 인자로, 이를 이용해 일수요량 추정 모형을 구축할 수 있다.
또한, 상기 신경망 모형은 주기적으로 수집된 운영자료를 기초로 오차 역전파 알고리즘을 학습하며, 상기 신경망 모형으로부터 최적의 일수요량을 추정한다.
예측 시점의 물사용량을 나타내는 현장자료는 네트워크를 통해 수집주기마다 상위 컴퓨터로 전송되며, 수집된 자료를 상기 신경망 모형에 입력하여 연산주기마다 현재 상태의 일수요량을 연산하여 출력한다.
한편, 상기 상수도의 실시간 관망해석을 통한 블록 관리방법은 상기 해석하는 단계(S111)에 의한 결과와 상기 블록관리시스템 내의 상기 계측기가 설치된 지점의 계측기 관측자료를 비교하는 단계(S114)와, 상기 비교하는 단계(S114)를 통해 상기 상수도관망의 누수를 분석하고, 이상여부를 검토하는 단계(S115)를 더 포함한다.
이를 통해서는 해당 관거의 이상여부를 파악할 수 있고, 압력 및 유량 자료를 활용한 누수 검토가 가능하다.
즉, 최적화된 모형의 모의결과를 기준으로 실측값 검토가 가능하고, 비정상 적인 압력감소나 유량저하 등을 검토하는 것이 가능하다.
이때, 상기 상수도의 실시간 관망해석을 통한 블록 관리방법은 상기 해석하는 단계(S111)에 의해 상기 블록관리시스템 내의 수질을 검토하는 단계(S116)를 더 포함할 수 있다.
상기 검토하는 단계(S116)를 통해서는 상기 상수도관망 내 상수의 체류시간, 수원별 구성비율, 수질항목 등을 검토하여 각각 상기 상수도관망 내 존재하는 수량의 체류시간, 상기 상수도관망 내 존재하는 수량의 특정 수원의 비율, 각 지점별 잔류염소 등 수질항목에 대한 결과를 제시할 수 있다.
또한, 상기 상수도의 실시간 관망해석을 통한 블록 관리방법은 상기 해석하는 단계(S111)에 의해 상기 블록관리시스템 내 상기 계측기가 미설치된 지점을 감시하는 단계(S117)와, 상기 감시하는 단계(S117)를 통해 시설물 가동에 따른 문제를 파악하고, 합리적 시설물 운영방안을 검토하는 단계(S118)를 더 포함할 수도 있다.
이는 상기 상수도관망 내 모든 지점에 상기 계측기의 설치가 불가능하더라도 최적화된 상기 상수도관망에 대한 모형의 모의결과가 활용됨에 따라, 미계측 지점에 대한 유량, 압력 및 수질에 대한 검토를 할 수 있게 한다.
그리고 해당 블록으로 유입되는 실측자료를 기초로 실시간으로 모의하고 결과를 검토하면 실시간에 가까운 감시가 가능한 이점이 있다.
한편, 전술한 상기 블록관리시스템과 관망해석시스템은 유무선 통신망을 통 하여 양방향 통신을 하는데, 주로 상기 계측기에 의해 실시간으로 측정되는 계측기 관측자료는 상기 블록관리시스템에서 상기 관망해석시스템으로 전송되고, 상기 계측기 관측자료를 토대로 분석된 수리 및 수질 모의 결과 등의 분석결과는 상기 관망해석시스템에서 상기 블록관리시스템으로 전송되며, 상기 분석결과는 관리자단말기로 제공된다.
상기 관리자단말기로 제공되는 자료 및 분석결과는 상수도의 유수율, 누수량, 총 사용유량, 가옥별 개발사용 유량, 수질데이터, GIS 및 시설물 관리, 블록관리, 실시간 상수도 관망해석 등으로, 이를 이용해 관리자는 수요예측과 함께 상수도관의 노후도를 평가할 수 있고, 수 충격해석, 수질예측, 요금관리, 비용효과 분석, 정비우선순의의 선정이 가능하다.
여기서, 실시간으로 상수의 유속, 유량, 수위, 수질, 수압을 측정하기 위해서 상기 단위 블록별로 블록화된 상수도관망의 각 블록 내에는 각 구역별로 상수의 유속과 유량을 측정하는 유량계측기와 수위를 측정하는 수위계측기, 수질을 측정하는 수질계측기와, 수압을 측정하는 수압계측기가 설치되는 것이 바람직하다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위 가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.