KR101134631B1 - 실시간 수위 예측을 이용한 웹기반 배수갑문 제어시스템 및 배수갑문 제어방법 - Google Patents

실시간 수위 예측을 이용한 웹기반 배수갑문 제어시스템 및 배수갑문 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 수위 예측을 이용한 배수갑문 제어시스템은, 적어도 하나의 호소나 하천 상류지점과 배수갑문 하류지점 하류지점의 수위, 유량, 유속을 측정하는 원격소 계측유닛과, 상기 계측유닛과 유무선 통신으로 연결되는 배수갑문제어서버와, 상기 배수갑문제어서버에서 제공하는 데이터를 이용하여 배수갑문을 제어하는 적어도 1 이상의 사이버 브랜치 단말기를 포함하며,
상기 배수갑문제어서버는 상기 원격소 계측유닛 또는 수위, 유량, 유속 정보를 수신하여 입력데이터를 생성하는 입력데이터생성모듈과, 과거 강우량과 유출량 자료, 상기 입력데이터를 이용하여 유출량을 예측하는 유출량생성모듈과, 상기 유출량생성모듈에서 예측된 유출량의 유량-수위곡선을 이용하여 수위를 환산하는 환산모듈과, 상기 환산모듈에서 출력된 예측수위를 출력하는 출력모듈과, 상기 출력모듈에서 출력된 예측수위와 계획홍수위를 비교하는 비교모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

실시간 수위 예측을 이용한 웹기반 배수갑문 제어시스템 및 배수갑문 제어방법{WEB-BASED DRAINAGE CONTROLLING SYSTEM USING A REAL-TIME WATER-LEVEL ESTIMATE}
본 발명은 실시간 수위 예측을 이용한 웹기반 배수갑문 제어시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 갑문 내외측의 수위를 실시간 예측하여 배수갑문의 개방가능여부 또는 개방가능시간 등의 의사결정을 보다 정확하고 신속하게 할 수 있는 실시간 수위 예측을 이용한 웹기반 배수갑문 제어시스템에 관한 것이다.
우리나라는 세계무역기구(WTO)에서 지정하고 있는 대표적인 물부족 국가군으로 분류되고 있으며, 집중적인 호우 또는 장마전선에 의하여 연간 강우량의 70%~80%가 여름에 집중되어 수자원의 계절별 편차가 심하다.
이러한 자연환경은 국부적이나 가뭄과 홍수를 해마다 나타나게 하여 국가적으로 큰 피해를 입히고 있기 때문에, 이와 같이 한정된 강우량을 어떻게 효율적으로 이용 및 관리할 것인가 하는 물관리시스템이 매우 중요하다.
특히, 홍수예경보가 강이나 하천의 주요지점에 설치된 우량계와 수위계 등에 의해서 검출된 데이터를 이용하여 이루어지지만, 예측강우량이 정확하지 않고, 보통 기상청의 예보를 이용하기 때문에 예보가 틀리거나 예보가 변경되므로 실시간으로 변동되는 예측강우량을 이용한 수위예측이 없는 경우에는 속수무책으로 홍수로 인한 피해를 거의 매년 입고 있다.
또한, 이와 같이 정확하지 않고, 틀리거나 변경될 수 있는 기상청의 예측강우량에 의하여 배수갑문 제어가 수행되기 때문에, 특히 배수갑문 하류지점에서는 예보가 틀리거나 예측강우량이 틀리면 인명피해, 농경지 침수 등의 피해를 피할 수 없는 경우가 대부분이다.
따라서, 배수갑문 하류지점의 수위를 실시간으로 예측하여 배수갑문을 능동적으로 제어하는 것은 매우 필요하다.
본 발명의 목적은 이러한 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 배수갑문을 능동적으로 제어할 수 있는 실시간 수위 예측을 이용한 배수갑문 제어시스템 및 제어방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 배수갑문 하류지점의 수위를 실시간으로 예측하고 계획홍수위와 비교하여 배수갑문을 실시간으로 제어할 수 있는 배수갑문 제어시스템 및 제어방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 수위 예측을 이용한 웹기반 배수갑문 제어시스템은,
적어도 하나의 호소나 하천 상류지점과 배수갑문 하류지점 하류지점의 수위, 유량, 유속을 측정하는 원격소 계측유닛과,
상기 계측유닛과 유무선 통신으로 연결되는 배수갑문제어서버와,
상기 배수갑문제어서버에서 제공하는 데이터를 이용하여 배수갑문을 제어하는 적어도 1 이상의 사이버 브랜치 단말기를 포함하며,
상기 배수갑문제어서버는
상기 원격소 계측유닛 또는 수위, 유량, 유속 정보를 수신하여 입력데이터를 생성하는 입력데이터생성모듈과,
과거 강우량과 유출량 자료, 상기 입력데이터를 이용하여 유출량을 예측하는 유출량생성모듈과,
상기 유출량생성모듈에서 예측된 유출량의 유량-수위곡선을 이용하여 수위를 환산하는 환산모듈과,
상기 환산모듈에서 출력된 예측수위를 출력하는 출력모듈과,
상기 출력모듈에서 출력된 예측수위와 계획홍수위를 비교하는 비교모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 실시간 수위 예측을 이용한 배수갑문 제어방법은, 과거 기상도, 강우량 및 유출량과, 상류 및 하류지점의 실측수위자료를 데이터베이스에 저장 등록하는 단계와,
상기 과거 기상도, 강우량 및 유출량와 상기 상류 및 하류지점의 실측수위자료를 이용하여 배수갑문 하류지점 유출량을 예측을 위한 강우 시나리오를 구성하는 단계와,
현재 강우자료를 이용하여 강우 시나리오별 하류지점 유출량을 분석 및 추출하는 단계와,
상기 현재 하류지점 수위자료와 상기 분석된 추출자료의 민감도분석을 통하여 매개변수 선정 및 보정하는 단계와,
상기 추출자료의 검정을 통하여 현재 하류지점 유출량을 예측하는 단계와,
상기 예측된 유출량의 유량-수위곡선에 의한 수위를 환산하여 예측된 하류지점 예측수위를 데이터베이스화하는 단계와,
강우량에 따른 하류지점 수위예측 시나리오를 구성하는 단계와,
기상청의 예측강우량을 고려하여 시나리오별 하류지점 예측수위 추정하는 단계와,
상기 하류지점 예측수위 및 배수갑문 외측수위를 고려하여 배수갑문의 운용 및 홍수예경보하는 단계와,
상기 예측강우량과 하류지점 예측수위 자료를 데이터베이스화하는 단계와,
상기 예측강우량과 하류지점 예측수위 및 실제강우량과 하류지점 실측수위 자료 분석을 통한 강우 시나리오를 구성하는 단계와,
상기 과정을 반복하여 상기 하류지점의 수위를 실시간으로 예측하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예 따른 실시간 수위 예측을 이용한 웹기반 배수갑문 제어시스템 에 있어서, 사용자는 배수갑문 내측 수위뿐만 아니라 외측 수위를 실시간으로 예측하여 배수갑문을 능동적으로 원격 제어할 수 있으며, 홍수의 위험을 미연에 방지하고 수자원의 효율적인 이용을 도모할 수 있다.
본 발명의 일 실시예 따른 실시간 수위 예측을 이용한 웹기반 배수갑문 제어시스템은, 강우정보(기상도, 강우강도, 강우지속시간 등 현재강우량 및 예측강우량)가 있을 경우에는 항상 실시간으로 하류지점의 수위를 예측할 수 있기 때문에, 예를 들어, 현재 하류지점 수위가 실시간으로 계측된 경우에, 현재 강우량을 이용하여 n시간후의 하류지점 수위를 실시간 예측하고, 예측 강우량을 이용하여 n일 후의 수위를 실시간으로 예측하여 홍수, 침수와 같은 재난재해에 대하여 능동적으로 대처함으로써 국민의 인명, 재산피해를 최소화하며, 공공시설물의 파손을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 수위 예측을 이용한 웹기반 배수갑문 제어시스템을 나타내는 전체 블록도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 수위 예측을 이용한 웹기반 배수갑문 제어시스템의 데이터베이스 구성도이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 수위 예측을 이용한 웹기반 배수갑문 제어시스템의 영상감시방법을 설명하는 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 수위 예측을 이용한 웹기반 배수갑문제어시스템의 의사결정지원모듈의 상세 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 수위 예측을 이용한 배수갑문 제어방법을 설명하기 위한 플로우챠트이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 수위 예측을 이용한 배수갑문 제어방법 중 민감도분석하는 과정을 설명하기 위한 플로우챠트이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 수위 예측을 이용한 웹기반 배수갑문제어시스템을 이용하여 예측수위와 계획홍수위를 비교하는 예시도이다.
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 가지도록하고 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.
먼저 도 1 내지 도 2b 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 수위 예측을 이용한 웹기반 배수갑문제어시스템에 대해서 상세히 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 수위 예측을 이용한 웹기반 배수갑문제어시스템(100)은 배수갑문제어서버(110), 상기 배수갑문제어서버(110)에 대하여 적어도 1 이상의 호소나 하천의 배수갑문 하류지점의 수위, 유량, 유속을 측정하여 제공하는 원격소 운영서버(120)와, 상기 배수갑문제어서버(110)와 유무선 데이터 통신망(130)으로 연결되어 상기 배수갑문제어서버(110)에서 제공하는 웹페이지를 이용하여 배수갑문을 제어할 수 있는 배수갑문제어프로그램이 저장된 사이버 브랜치 단말기(140), 및 상기 배수갑문제어서버(110)의 홍수예경보 및 배수갑문 제어와 비교 연동할 과거 기상데이터 및 미래예측데이터를 제공하는 기상관측센터서버(150)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 수위 예측을 이용한 웹기반 배수갑문 제어시스템(100)에 있어서, 상기 배수갑문제어서버(110)는 상기 원격소 운영서버(120)의 계측유닛(121)에 의해서 계측된 배수갑문 하류지점 하류지점의 수위, 유량, 유속 등의 데이터를 입력받아 실계측데이터베이스(101a)에 저장 등록한다.
또한, 상기 배수갑문제어서버(110)는 상기 기상관측센터서버(150)로부터 과거 기상도 등 과거 데이터를 수신하여 과거기상데이터베이스(101b)를 구성한다.
또한, 상기 원격소의 계측유닛(121), 예를들어, 수량계, 수위계 중 적어도 하나가 작동하지 않거나, 오작동하는 것을 방지하기 위하여 상기 원격소 운영서버(120)의 영상감시유닛(123)은 상기 계측유닛(121)의 디스플레이부(121a)를 촬상하여 영상이미지를 상기 배수갑문제어서버(110)에 전송하며, 상기 배수갑문제어서버(110)는 이 영상이미지로 영상이미지 데이터베이스(101c)를 구성한다.
상기 영상감시유닛(123)은 또한, 배수갑문의 이상여부를 감시하기 위한 변형률계, 압력계, 침하계, 또는 하천수위 중 적어도 하나를 촬영하는 영상감시 카메라 또는 CCTV 일 수 있다.
상기 영상감시유닛(123)이 도2a에 도시된 바와 같이, 배수갑문 지주에 색구별을 통해 표시된 수위표시를 촬영하여 상기 배수갑문제어서버(110)로 전송하는 경우에 이중 감시의 효과를 제공할 수도 있다.
이하에서 자세히 설명하겠지만, 상기 배수갑문제어서버(110)는 도 2b에 도시된 바와 같이, 과거기상 데이터베이스(101b)에서 제공된 과거 기상도, 실계측 데이터베이스(101a)에서 제공된 실계측 데이터를 이용하고, 상기 영상감시유닛(123)에서 제공되는 영상이미지데이터베이스(101c)를 참조하여 강수량 및 수위 등을 예측하여 강우량시나리오 데이터베이스(103a)와 예측수위시나리오 데이터베이스(103b)에 저장 등록할 수 있으며, 그 외 피해 상황과 조치방법 등에 관해서도 다양하게 시나리오 데이터베이스(103)를 구성할 수 있다.
이러한 시나리오 데이터베이스(103)을 구성하고, 상기 시나리오데이터베이스(103)를 이용하여 실제상황에 가장 유사한 상황을 예측하여 능동적으로 배수갑문을 제어할 수 있도록 하기 위한 상기 배수갑문제어서버(110)의 구성에 대해서 도 3을 참조하여 자세히 설명하겠다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 배수갑문제어서버(110)는 상기 원격소 운영서버(120)의 상기 계측유닛(121)과 상기 영상감시유닛(123)으로부터 배수갑문 하류지점 하류 지점의 수위, 유량, 유속 정보와, 이에 대한 영상 이미지를 수신하여 상기 입력데이터 데이터베이스(101)를 구성하는 입력데이터생성모듈(111)을 포함한다.
상기 입력데이터생성모듈(111)은 기상센터서버(150)로부터 과거 기상도, 과거 강우량, 유출량 등의 데이터를 수신하여 상기 입력데이터 데이터베이스(101)의 과거기상 데이터베이스(101b)을 구성할 수도 있다.
또한, 상기 배수갑문제어서버(110)는 상기 입력데이터 데이터베이스(101)의 자료를 이용하여 유출량을 산출하는 유출량생성모듈(112)과, 상기 유출량생성모듈(112)에서 산출된 유출량의 유량-수위곡선을 이용하여 수위를 환산하는 수위환산모듈(113)과, 상기 수위환산모듈(113)에서 출력된 예측수위를 소정의 계획홍수위를 비교하는 비교모듈을 (114)을 포함할 수 있다.
상기 유출량생성모듈(112)은 과거 기상도, 즉 과거 강우량 시나리오가 저장되어 있는 상기 강우량시나리오 데이터베이스(103a)에 기반하여 현재 실측 강우 데이터 및 예측강우량을 이용하여 몇 시간 후 또는 몇 일 후의 강우량을 알 수 있으며, 이를 이용하여 배수갑문 하류지점에서 유출되어야 할 유출량을 산출할 수 있다.
상기 유출량생성모듈(112)은, 실측 또는 예측된 강우량을 이용하여 유역평균 선행강우량과 상류지점의 선행유출량을 산출하고 이를 이용하여 하류지점의 예측유출량을 산출할 수 있다.
(식 1-1)
Figure 112010029508728-pat00001
즉, 상기 유출량생성모듈(112)은 과거 기상도에 기반하여 하류지점 유출량을 산출하는 것으로, 도시건설, 하천 개발 사업 등으로 인한 지형의 변화 또는 기후의 변화 등으로 인한 중요인자를 고려하지 않은 상태이다.
따라서, 상기 수위 환산모듈(112)은 상기 유출량생성모듈(112)에서 산출된 하류지점 유출량을 이용하여 수위를 환산할 때, 중요 인자, 즉 매개변수를 고려하는 것이 바람직하며, 이를 위하여 의사결정지원모듈(114)의 지원을 더 받을 수 있다.
도 4를 참조하여, 이하에서 상기 유출량생성모듈(112), 상기 수위 환산모듈(113), 상기 비교모듈(114), 및 상기 의사결정지원모듈(115)의 상보적인 기능에 대해서 자세히 설명한다.
즉, 상기 유출량생성모듈(112)에서 현재 강우데이터에 의한 하류지점 유출량을 강우-유량 곡선을 이용하여 상기 식 1-1에 의하여 계산하고, 상기 수위 환산모듈(113)에서 수위환산을 하고, 상기 비교모듈(114)에서 현재 하류지점 실측수위 데이터와 상기 유출량생성모듈(112)에 의해서 생성된 유출량을 이용한 예측수위 데이터를 비교 분석하여 매개변수를 설정한다. 이 때 상기 비교모듈(114)은 의사결정지원모듈(114)에 의해서 지원을 받으며, 상기 의사결정지원모듈(114)은 기상도 명암, 강우강도, 강우 지속시간을 강우-유출량 곡선과 비교 분석하여 민감도 순위를 산정하며, 민감도 순위에 따라 상기 매개변수를 보정하여 하류지점 유출량을 예측하도록 구성된다.
동일지점에서 전년도말 유량과 당해년도초 (당해년도 1월1일, 水年일 경우 10월 1일)유량이 연속성을 유지하도록 수위-유량곡선이 작성되어야 한다. 동일기간 혹은 동일년도에 작성된 2개의 수위-유량 곡선은 변곡점(Scaloping)및 불연속성 등이 나타나지 않도록 한다. 기존 수위-유량곡선식과 상관계수 등을 비교하여 새로 개발된 곡선식을 적용할 지에 대해 결정한다. 한 수위관측지점에도 해당년도에 따라 수위-유량곡선식이 다르므로 해당년도에 해당하는 수위, 수위-유량곡선식을 사용하도록 주의하여야 한다.
이를 위하여, 상기 의사결정지원모듈(114)은 과거 기상도 중 명암이 특별히 차이가 있거나 상기 강우량 유출량의 곡선에서 특별히 차이가 나는 경우 민감도 순위에서 선수위로 선정하여 매개변수를 보정하는 민감도 분석부(115a)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 의사결정지원모듈(114)은 상기 영상이미지데이터베이스(101c)의 영상이미지 데이터와 상기 계측유닛(121)으로부터 수신된 실계측데이터베이스(101a)의 데이터값을 비교하여 오차범위내인지 여부를 판단하는 오차분석부(115b)와, 강우시나리오, 유출량 시나리오, 예측수위 시나리오 등을 시뮬레이션을 수행하여 검증하는 시나리오 검증부(115c)를 더 포함할 수 있다.
다시 말해서, 상기 민감도 분석부(115a)는 기상도 명암, 강우강도, 강우 지속시간을 고려하여 민감도 순위를 결정할 때, 배수갑문 외측 수위를 더 고려하여 배수갑문의 개방과 폐쇄 여부에 따른 방류가능시간, 방류량 등을 분석하여 홍수예경보 발령 및 배수갑문 제어를 위한 의사결정을 지원할 수 있다.
상기 배수갑문 외측 수위는 해수면의 수위를 나타내며, 조위로 표현될 수 있다. 따라서, 상기 배수갑문 외측 수위를 고려하는 것은 바닷물의 역류를 방지하기 위함이다. 예를 들어, 외측 수위가 더 높거나 밀물시에 갑문을 개방한다면, 역류가능성이 있으며, 이와 같은 역류에 의해서 바닷물이 하천측에 유입된다면, 하천의 범람가능성도 있으며, 염분에 의해서 하천생태계에 악영향을 미칠수도 있고, 배수갑문에 설치된 장치 등의 성능이 저하될 수도 있기 때문이다.
한편, 상기 배수갑문제어서버(110)는 상기 비교모듈(114)에 의한 예측수위와 계획홍수위 비교 데이터, 홍수예경보, 배수갑문 운영과 관련정보를 출력모듈(114-1)를 통하여 기상센터서버(150) 또는 상기 배수갑문제어서버(110)에 등록된 사용자의 사이버 브랜치 단말기(140)에 출력한다.
상기 사이버 브랜치 단말기(140)는 유무선 데이터 통신을 통하여 상기 배수갑문제어서버(110)에서 제공하는 배수갑문제어 웹 페이지상에 배수갑문을 제어할 수 있도록 구성된 컴퓨터, 휴대단말기 등일 수 있다.
상기 출력모듈(114-1)은 각각의 매체에 용이하게 호환가능한 인터페이스부를 가질 수 있으며, UMS(Unified Messaging System) 또는 MMS(Multimedia Messaging Service)로 상기 사이버 브랜치 단말기(140)에 배수갑문 운영을 위하여 개방이 필요한 배수갑문 수, 배수갑문 개도율, 배수갑문 개방시간, 배수갑문 개방전후 실시간 예측수위정보 등을 전송할 수 있다.
본 발명의 일 실시예 따른 실시간 수위예측을 이용한 웹기반 배수갑문 제어시스템(100)에 있어서, 상기 배수갑문제어서버(110)에 등록된 사용자의 사이버 브랜치 단말기(140)에는 상기 출력모듈(114-1)에서 전송한 UMS(Unified Messaging System) 또는 MMS(Multimedia Messaging Service)를 배수갑문제어웹페이지를 이용하지 않고도 편리하게 이용할 수 있도록 하기 위한 배수갑문제어애플리케이션을 포함할 수 있다.
상기 배수갑문제어애플리케이션은 사용자의 고유번호를 인식하고, 사용자의 사이버 브랜치 단말기(140)를 통하여 배수갑문을 원격제어할 수 있도록 홍수예경보 발령 기능, 홍수예경보 발령 예약 기능, 조위를 고려한 배수갑문 자동개방할 수 있도록 프로그램밍화되어 있다.
또한, 상기 배수갑문제어애플리케이션은 배수갑문의 중복제어를 방지하기 위하여 제어순위를 결정하며, 부재자를 확인할 수 있도록 하고, 후순위자에게 배수갑문제어명령을 전달할 수 있도록 프로그램화되어 있을 수 있다.
이와 같은 배수갑문제어애플리케이션은 위젯형태일 수도 있으며, 이러한 구성에 의하여 사용자는 배수갑문 내측 수위뿐만 아니라 외측 수위를 고려하여 배수갑문을 원격 제어할 수 있으며, 보다 근거리에서 조치를 능동적으로 취할 수 있는 자에게 배수갑문제어명령을 전달하여 홍수의 위험을 미연에 방지할 수 있고, 수자원의 효율적인 이용을 도모할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예 따른 실시간 수위예측을 이용한 웹기반 배수갑문 제어시스템은, 홍수, 침수와 같은 재난재해에 대하여 능동적으로 대처함으로써 국민의 인명, 재산피해를 최소화하며, 공공시설물의 파손을 방지할 수 있다.
이제 도 5 및 도 6을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 수위 예측을 이용한 배수갑문 제어방법을 상세히 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 수위 예측을 이용한 배수갑문 제어방법에 따르면, 상기 입력데이터생성모듈(111)이 상기 계측유닛(121), 상기 영상감시유닛(123), 및 기상센터서버(150)로부터 과거 기상도, 강우량 및 유출량과, 상류 및 하류지점의 실측 데이터자료를 수신하여 입력데이터데이터베이스에 저장 등록한다(S10).
이어서, 상기 유출량 생성모듈(112)이 상기 입력데이터데이터베이스에 저장된 상기 과거 기상도와 실계측 강우량 및 유출량을 이용하여 유출량 시나리오 데이터베이스(103a)를 구성한다(S20).
상기 유출량 데이터베이스(103a)에 저장된 강우별 유출량 시나리오에 근거하여 현재 강우자료를 이용함으로써 배수갑문 하류지점 하류지점 유출량이 추출된다(S30).
상기 배수갑문 하류지점 유출량은 현재 측정된 배수갑문 하류지점 수위, 현재 강우량에 근거한 것으로 보다 정확도를 높이기 위해서 현재 측정된 배수갑문 하류지점 수위와 상기 추출자료에 대하여 민감도분석부(115a)를 이용하여 민감도분석을 수행하여야 한다(S40).
상기 민감도분석단계(S40)는 수위 자료를 현재 하류지점 실측 수위 데이터와 비교 분석하는 단계(S41)와, 매개변수를 설정하는 단계(S42)와, 민감도 순위를 선정하는 단계(S43)와, 매개변수를 보정하는 단계(S44)를 포함한다.
상기 민감도분석단계(S40)는 도 5에 도시된 바와 같이, 기상도 명암, 강우강도, 강우지속시간 등을 고려하여 강우-유출량의 곡선비교를 통하여 이루어진다.
이어서, 상기 시나리오 검증부(115c)를 통해서 시나리오에 따라 시뮬레이션 등을 수행함으로써 상기 추출자료의 검정을 통하여 현재 하류지점 유출량을 예측한다(S50).
상기 예측된 유출량을 유량-수위곡선을 사용하여 수위로 환산하여 하류지점 수위를 예측하고 예측수위를 데이터베이스화한다(S60).
강우량에 따른 하류지점 수위예측 시나리오를 구성하고(S70), 상기 기상센터서버(150)로부터 수신된 예측강우량을 고려하여 시나리오별 하류지점 예측수위 예측한다(S80).
이와 같이 예측된 상기 하류지점 예측수위와 계획홍수위를 배수갑문 외측 수위를 도 5에 도시된 바와 같이 고려하여 비교한다(S90).
상기 하류지점 예측수위가 상기 배수갑문 외측 수위를 고려하더라도 상기 계획홍수위를 초과하면, 홍수예경보하고, 배수갑문의 개방, 개도율에 다른 배수갑문 외측 수위를 고려하여 배수갑문의 운영에 대한 의사결정을 한다(S91).
만약, 상기 하류지점 예측수위가 상기 배수갑문 외측 수위를 고려하더라도 상기 계획홍수위를 초과하지 않으면, 강우량 시나리오, 예측수위, 예측 유출량 시나리오 작성을 위하여 상기 단계(S10) 내지 단계(90)를 반복수행한다.
즉, 본 발명의 일 실시예 따른 실시간 수위 예측을 이용한 배수갑문 제어방법은 상류지점의 수위, 강우자료 및 유속, 유량 측정자료를 이용하여 입력자료 생성하고, 이를 이용하여 유출량 예측하고, 유량-수위 환산을 통하여 예측수위를 출력할 수 있기 때문에 배수갑문 하류지점 하류지점의 수위를 정확하게 예측할 수 있으며, 계획홍수위와 비교하여, 거의 실시간으로 홍수방지 및 최적의 수자원 관리를 위한 사용자 의사결정을 명확하게 지원할 수 있다.
한편, 상기 배수갑문 운영 및 홍수예경보 관련 의사결정의 객관성과 정확도를 높이기 위하여 상기 의사결정지원모듈(115)에서 수행되는 상기 민감도분석은 전술한 바와 같이, 기상도의 명암비교, 강우량과 유출량의 곡선비교를 통하여 수행될 수 있다.
또한, 상기 배수갑문의 계측유닛(121)중 적어도 하나에 고장이나 기타 문제가 생기는 경우에 전체 의사결정에 커다란 문제를 야기할 수 있기 때문에, 상기 영상감시유닛(123)에 의해서 상기 상류지점 수위자료가 실시간으로 캡쳐되어 전송되며, 상기 실시간 데이터가 상기 배수갑문제어서버(110)의 입력데이터모듈(111)로 전송될 때, 상호 비교하여 실시간 감시한다.
이 때, 상기 입력데이터모듈(111)의 문자인식부(111-1)는 상기 입력데이터 데이터베이스에 저장된 실시간 측정데이터와 상기 캡쳐된 영상이미지 중 문자 부분을 문자로 인식한 인식데이터를 비교하고 비교값이 오차범위내인지 여부를 판단하여, 사이버 브랜치 단말기(140)에 이상경보를 발송하여 상기 사이버 브랜치 단말기(140)를 통해 지시를 받은 자로 하여금 상기 원격소 계측유닛(121)을 수리할 수 있도록 한다.
상기 영상감시유닛(123), 예를들어, CCTV에 의해서 촬영된 영상이미지 중 문자 부분을 식별하여 문자로 변환하는 방법은, 하단부의 하천 또는 호소의 물결(수위)을 나타내는 이미지의 색상을 제거하고, 그 바로 상단부의 노란블럭 안에 표시된 수위값을 인지하거나 또는 붉은색 수위값을 인지하도록 할 수 있다.
이와 같이 노란불럭이나 붉은색으로 수치를 표시함으로써 보다 빠르게 문자부분을 식별할 수 있으며, 해당 부분의 색을 제거하고 인지된 이미지를 문자로 변화하여 숫자로 판독할 수 있다.
상기 하류지점 예측수위는 계획홍수위와 비교되고, 유무선통신에 의해 사이버 브랜치 단말기에 전달되고, 사이버 브랜치 단말기는 정보를 전달 받을 뿐만 아니라 홍수예경보를 할 수 있으며, 원격소 계측유닛 또는 배수갑문을 원격제어할 수 있다.
상기 배수갑문제어서버로부터 상기 사이버 브랜치 단말기에 전달되는 정보는 현재수위, 수위정보 예시도 이미지 전송, 배수갑문 외측수위를 고려한 배수갑문 개방가능여부, 개방가능시간, 계획홍수위를 유지하기 위하여 개방이 필요한 배수갑문 수, 배수갑문 개도율, 배수갑문 개방시간, 배수갑문 개방전후 예측수위정보, 및 최적의 배수갑문 개방 조건(갑문수, 개도율, 개방시간 등)을 포함할 수 있다.
이와 같이 다양한 종류의 데이터는 웹을 이용하여 제공됨으로써. 배수갑문 개방 및 폐쇄, 홍수예경보 발령, 홍수통제소 및 유관기관에 관련 정보 전송 등이 중앙관제소에 사용자가 상주하지 않더라도 사이버 브랜치 단말기에 인증키를 부여받아 로그인 및 비밀번호에 의하여 인증된 사용자에 한하여 단축키를 이용하여 원격제어가 가능하게 한다.
이 때, 실제 사용자는 다수를 등록가능할 수 있으며, 원격제어 우선순위를 지정하고 우선순위에 따라 원격제어하도록 하여 중복으로 원격제어가 일어나는 것을 방지할 수 있으며, 사용자간 상호 부재확인 기능을 갖는 것이 바람직하다.
이와 같이, 현재의 기상정보뿐만 아니라 과거의 기상정보를 이용하여 미래의 기상예보를 구성할 수 있으며, 이와 같이 구성된 미래의 기상예보를 활용하여 n시간후 및 n일후의 수위를 예측하고, 이를 계획홍수위와 비교분석하도록 구축된 의사결정지원모듈을 구비함으로써 종래의 수동적인 홍수예경보 보다는 보다 능동적으로 홍수예경보를 할 수 있으며, 배수갑문 외측 수위를 고려하여 배수갑문 개폐여부에 대한 정보를 제공하도록 함으로써 배수갑문의 개폐를 보다 능동적으로 수행할 수 있어서 효율적인 수자원 관리를 수행할 수 있다.
110 : 배수갑문제어서버
111 : 입력데이터 생성모듈
112 : 유출량 생성모듈
113 : 수위 환산모듈
114 : 비교모듈
115 : 의사결정지원모듈
115a : 민감도 분석부
115b : 오차분석부
115c : 시나리오 검증부
114-1 : 출력모듈

Claims (16)

  1. 적어도 하나의 호소나 하천 상류지점과 배수갑문 하류지점 하류지점의 수위, 유량, 유속을 측정하는 원격소 계측유닛과,
    상기 계측유닛과 유무선 통신으로 연결되는 배수갑문제어서버와,
    상기 배수갑문제어서버에서 제공하는 데이터를 이용하여 배수갑문을 제어하는 적어도 1 이상의 사이버 브랜치 단말기를 포함하며,
    상기 배수갑문제어서버는
    상기 원격소 계측유닛 또는 수위, 유량, 유속 정보를 수신하여 입력데이터를 생성하는 입력데이터생성모듈과,
    과거 강우량과 유출량 자료, 상기 입력데이터를 이용하여 유출량을 예측하는 유출량생성모듈과,
    상기 유출량생성모듈에서 예측된 유출량의 유량-수위곡선을 이용하여 수위를 환산하는 환산모듈과,
    상기 환산모듈에서 출력된 예측수위를 출력하는 출력모듈과,
    상기 출력모듈에서 출력된 예측수위와 계획홍수위를 비교하는 비교모듈을 포함하며,
    상기 유출량생성모듈은 과거 강우량, 지형, 실측 데이터, 기상도, 강우강도, 강우지속시간 중 적어도 하나의 값을 민감도 분석을 통하여 매개변수를 선정하고, 보정하고 이에 대한 시나리오를 이용하여 검증하는 의사결정지원모듈의 지원을 받는 실시간 수위예측을 이용한 웹기반 배수갑문 제어시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 원격소 계측유닛의 오작동 및 미작동을 사전에 예방하기 위하여 실시간 데이터와 영상데이터를 비교하기 하도록 영상데이터를 상기 배수갑문제어서버에 전송하는 영상감시유닛을 더 포함하는 실시간 수위예측을 이용한 웹기반 배수갑문 제어시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 영상감시유닛은 상기 배수갑문의 이상여부를 감시하기 위하여 변형률계, 압력계, 침하계, 영상감시 카메라 중 적어도 하나를 포함하는 실시간 수위예측을 이용한 웹기반 배수갑문 제어시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 의사결정지원모듈은 배수갑문 외측 수위를 고려하여 배수갑문의 개방과 폐쇄 여부에 따른 방류가능시간, 방류량 등을 분석하여 홍수예경보 발령 및 배수갑문 제어를 위한 사용자 의사결정을 지원하는 실시간 수위예측을 이용한 웹기반 배수갑문 제어시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 배수갑문제어서버는 UMS(Unified Messaging System) 또는 MMS(Multimedia Messaging Service)에 의해 사이버 브랜치 단말기에 개방이 필요한 배수갑문 수, 배수갑문 개도율, 배수갑문 개방시간, 배수갑문 개방 전후 실시간 예측수위정보를 상기 사이버 브랜치 단말기에 전달하는 실시간 수위예측을 이용한 웹기반 배수갑문 제어시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 사이버 브랜치 단말기에는 배수갑문을 원격제어할 수 있도록 홍수예경보 발령 기능, 홍수예경보 발령 예약 기능, 조위를 고려한 배수갑문 자동개방 기능이 포함되는 애플리케이션이 내장된 실시간 수위예측을 이용한 웹기반 배수갑문 제어시스템.
  8. 배수갑문 제어방법에 있어서,
    과거 기상도, 강우량 및 유출량과, 상류 및 하류지점의 실측데이터를 데이터베이스화하는 단계와,
    상기 데이터베이스과거 기상도, 강우량 및 유출량와 상기 상류 및 하류지점의 실측수위자료를 이용하여 배수갑문 하류지점 유출량을 예측을 위한 강우 시나리오를 구성하는 단계와,
    현재 강우자료를 이용하여 강우 시나리오별 하류지점 유출량을 분석 및 추출하는 단계와,
    상기 현재 하류지점 수위자료와 상기 분석된 추출자료의 민감도를 분석하는 단계와,
    상기 추출자료의 검정을 통하여 현재 하류지점 유출량을 예측하는 단계와,
    상기 예측된 유출량의 유량-수위곡선에 의한 수위를 환산하여 예측된 하류지점 예측수위를 데이터베이스화하는 단계와,
    강우량에 따른 하류지점 수위예측 시나리오를 구성하는 단계와,
    기상청의 예측강우량을 고려하여 시나리오별 하류지점 예측수위 추정하는 단계와,
    상기 하류지점 실시간 예측수위와 계획홍수위를 배수갑문 외측수위를 고려하여 비교하는 단계와,
    상기 하류지점 실시간 예측수위와 상기 배수갑문 외측 수위과 상기 계획홍수위를 초과하면, 배수갑문의 운용 및 홍수예경보하는 단계를 포함하며,
    상기 민감도분석단계는 수위 자료를 현재 하류지점 실측 수위 데이터와 비교 분석하는 단계와,
    매개변수를 설정하는 단계와,
    기상도 명암, 강우강도, 강우지속시간을 고려하여 강우-유출량의 곡선비교를 통하여 민감도 순위를 선정하는 단계와,
    매개변수를 보정하는 단계를 포함하는
    실시간 수위 예측을 이용한 배수갑문 제어방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 상류지점 수위자료는 원격소 계측유닛에 의하여 실시간 계측되어 배수갑문제어서버로 전송되며,
    상기 배수갑문제어서버의 비교모듈은 상기 원격소 계측유닛으로부터 송신된 시간 계측 데이터와, 상기 원격소 계측유닛을 감시하기 위하여 설치된 영상감시유닛으로부터 송신된 영상이미지로부터 인식된 인식 데이터를 비교하며,
    상기 의사결정지원모듈은 상기 계측 데이터와 인식 데이터의 비교값이 오차범위 이상시 경보를 발생하는 실시간 수위 예측을 이용한 배수갑문 제어방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 영상이미지로부터 인식 데이터를 얻는 단계는, 하천 또는 호소의 물결(수위)을 나타내는 이미지의 색상을 제거하는 단계,
    상기 하천 또는 호소의 물결 상단부의 노란블럭 안에 표시된 수위값 또는 붉은색 수위값을 인지하는 단계,
    상기 인지된 이미지를 숫자로 변환시켜 판독하는 단계를 포함하는 실시간 수위 예측을 이용한 배수갑문 제어방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 배수갑문제어서버는 상기 하류지점 예측수위와 상기 계획홍수위를 표시하는 이미지를 상기 배수갑문제어서버와 유무선 통신하는 사이버 브랜치 단말기에 전송하며, 상기 사이버 브랜치 단말기는 상기 데이터를 이용하여 홍수예경보 및 배수갑문 제어를 원격으로 처리하는 실시간 수위 예측을 이용한 배수갑문 제어방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 배수갑문제어서버로부터 상기 사이버 브랜치 단말기로 전송되는 정보는 현재수위, 수위정보 예시도, 외측수위를 고려한 배수갑문 개방가능여부 및 개방가능시간, 계획홍수위를 유지하기 위한 개방이 필요한 배수갑문 수, 배수갑문 개도율, 배수갑문 개방시간, 배수갑문 개방전후 예측수위정보 및 최적의 배수갑문 개방 조건(갑문수, 개도율, 개방시간 등) 중 적어도 2 이상을 포함하는 실시간 수위 예측을 이용한 배수갑문 제어방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 배수갑문제어서버는 웹 페이지로 배수갑문 개방 및 폐쇄, 홍수예경보 발령, 홍수통제소 및 유관기관에 관련 정보를 제공하는 실시간 수위 예측을 이용한 배수갑문 제어방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 웹 페이지에는 적어도 2 이상의 사이버 브랜치 단말기가 등록가능하며, 상기 사이버 브랜치 단말기의 우선순위가 지정되며, 상기 사이버 브랜치 단말기 사용자의 부재시 제 3의 사이버 브랜치 단말기 등록이 가능한 실시간 수위 예측을 이용한 배수갑문 제어방법.
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