KR101183656B1

KR101183656B1 - 상수도 운영관리 시스템 및 그 제어방법

Info

Publication number: KR101183656B1
Application number: KR1020090121933A
Authority: KR
Inventors: 차희원
Original assignee: 이메트릭스 주식회사
Priority date: 2009-12-09
Filing date: 2009-12-09
Publication date: 2012-09-17
Also published as: KR20110065088A

Abstract

본 발명은 상수도 운영관리 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.

이를 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 상수도 운영관리 시스템은 단위 블록별로 블록화된 상수도 관망의 각 블록 내 설치되어 각 구역별로 상수의 유속, 유량, 수위를 측정하는 유량계측부와, 수질을 측정하는 수질계측부와, 수압을 측정하는 수압계측부를 포함하는 데이터계측수단; 상기 상수의 유속, 유량, 수위, 수질, 수압을 측정한 계측 데이터를 유무선 통신망을 통하여 상기 데이터계측수단으로부터 실시간으로 수집하고, 수집된 상기 계측 데이터를 바탕으로 미리 저장된 알고리즘들을 이용하여 상기 상수도 관망의 모니터링, 분석 및 유지관리를 위한 연산 및 분석을 하며, 상기 연산 및 분석된 결과를 전송하는 웹서버; 인터넷을 통하여 상기 웹서버에 접속하여 상기 결과를 출력하는 사용자단말기; 및 상기 인터넷을 통하여 상기 웹서버와 연동하여 상기 상수도 관망의 상수도 관망도를 제공하는 GIS(Geographic Information System)서버; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이러한 구성에 의하면, 상수도 관로의 모니터링, 유지관리, 누수량 분석 및 유수율 분석과 함께 상수도 관로 운영관리의 효율성을 높일 수 있는 서비스 및 상태정보와 제어정보를 사용자(관리자)에게 웹 페이지를 통해서 제공하고, 상수도 관로 관련 데이터의 실시간 업데이트를 통하여 상수도를 통합 관리할 수 있는 효과가 있다.

상수도, 블록화, 노후관, GIS, 알고리즘, 관망도, 관망해석, 칼만필터

Description

상수도 운영관리 시스템 및 그 제어방법{WATER SUPPLY MANAGEMENT SYSTEM AND CONTROL METHOD THEREOF}

본 발명은 상수도 운영관리 시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 체계적인 관리기준을 가지고 상수도 관망을 관리할 수 있으며, 효과적이고 신속한 조치를 취할 수 있도록 통합 관리가 가능한 상수도 운영관리 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 지금까지의 상수도 사업은 수용가의 급수충족을 위한 확장사업, 노후관 교체, 갱생, 계량기 교체 등에 집중적으로 투자되고 있으나, 급, 배수관의 노후 및 시설의 유지관리 불량으로 인해 누수율이 증가하고 유수율이 정체되고 있는 실정이다.

이에 따라, 최근에는 상수도 시설관련 설계용역 광역 상수도 수도시설의 기본 및 실시설계, 배수지설계 등의 주로 보고서와 상수도 관리대장 도면 등의 문서 형태들을 토대로 하는 수작업 형태의 상수도 시설운영을 하고 있다.

하지만 상기와 같은 문서 형태를 토대로 한 수작업에 의한 비효율적인 문제 점들로 인하여 상수도 시설의 운영 계획, 유지보수, 수요예측, 누수복구 등에 대해서 신속히 대처할 수 없는 것이 큰 문제점으로 알려져 있으며, 또한 상수도 관망 상태에 대하여 흐르는 수량 및 수압 등 상수도 시설의 이상 유무를 확인할 수 없으며, 수관망의 관리를 적절히 할 수 없는 실정이다.

그리고 상수도의 급수량의 제어기능을 갖는 밸브제어 등은 현장의 기능요원들에 의하여 관리 되어지고 있는 실태이기 때문에 체계적인 관리기준을 가지고 관망의 관리를 할 수 없으며 효과적이고 신속한 조치를 취하기 위한 적정한 운영시스템의 도입이 시급히 필요한 실정이다.

특히, 현재 상수도시설을 관리하는 공공기관에서는 노후관에 대한 명확한 개념조차 정립되어 있지 않은 실정이며, 노후관 교체 또는 누수탐사 등 막대한 사업비가 소요되는 상수도관로에 대한 유지 및 관리에 있어서, 객관적이고 합리적인 판단이 결여된 상태이며, 관리 자료나 공사기록도 종이문서를 사용하고 있으므로 보관 및 검색이 불편하다는 문제점이 있다.

따라서 상수도 시설물의 효율적인 관리 및 수량의 관리가 체계적으로 이루어지도록 하여 양질의 수량을 풍부하게 공급하고, 운영관리자에게 효율적인 상수도 관망의 관리, 누수방지 및 대책에 관한 지원이 절실히 필요한 실정이다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 체계적인 관리기준을 가지고 상수도 관망을 관리할 수 있으며, 효과적이고 신속한 조취를 취할 수 있도록 통합 관리가 가능한 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 단위 블록별로 블록화된 상수도 관망의 각 블록 내 설치되어 각 구역별로 상수의 유속, 유량, 수위를 측정하는 유량계측부와, 수질을 측정하는 수질계측부와, 수압을 측정하는 수압계측부를 포함하는 데이터계측수단; 상기 상수의 유속, 유량, 수위, 수질, 수압을 측정한 계측 데이터를 유무선 통신망을 통하여 상기 데이터계측수단으로부터 실시간으로 수집하고, 수집된 상기 계측 데이터를 바탕으로 미리 저장된 알고리즘들을 이용하여 상기 상수도 관망의 모니터링, 분석 및 유지관리를 위한 연산 및 분석을 하며, 상기 연산 및 분석된 결과를 전송하는 웹서버; 인터넷을 통하여 상기 웹서버에 접속하여 상기 결과를 출력하는 사용자단말기; 및 상기 인터넷을 통하여 상기 웹서버와 연동하여 상기 상수도 관망의 상수도 관망도를 제공하는 GIS(Geographic Information System)서버; 를 포함하며,
상기 데이터베이스부는, 상기 알고리즘들에서 필요로 하는 관할구역의 도형정보와 관망의 속성정보를 수신하여 데이터베이스화하여 저장하며, 상기 연산/분석부는 데이터베이스화된 상기 관할구역의 도형정보와 관망의 속성정보를 연계시켜 데이터를 재구성하고, 재구성된 상기 데이터로 관망을 해석하고, 해석된 상기 관망에 의해 관망관리의 기준이 되는 기준관망모형을 생성시켜서 저장하고, 입력된 관망의 속성정보의 실측사항을 이용하여 관망을 재해석하고, 재해석된 상기 관망에 의해 변동관망모형을 생성시키고, 입력된 관망의 속성정보의 가상사항을 이용하여 관망을 재해석하고, 재해석된 상기 관망에 의해 가상망모형을 생성시키고, 생성된 상기 기준관망모형, 변동관망모형, 가상망모형을 상호 비교하는 것을 특징으로 하는 상수도 운영관리 시스템을 제공한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 상수도 관로의 모니터링, 유지관리, 누수량 분석 및 유수율 분석과 함께 상수도 관로 운영관리의 효율성을 높일 수 있는 서비스 및 상태정보와 제어정보를 사용자(관리자)에게 웹 페이지를 통해서 제공하고, 상수도 관로 관련 데이터의 실시간 업데이트를 통하여 상수도를 통합 관리할 수 있는 효과가 있다.

둘째, 관리자는 상기 상수도 운영관리 시스템을 원격 관리할 수 있으며, 각각의 단위 블록내의 누수지역을 신속히 판단할 수 있고, 누수지역의 빠른 누수관 교체를 통한 적정 수압을 유지할 수 있는 효과가 있다.

셋째, 체계적인 요금부과와 정비우선순위를 관리자에게 제공함으로써, 상수도관망의 운영 관리에 효율적이고, 수요를 예측하여 운영계획을 세울 수 있으며, 타당한 의사결정의 자료로서 활용이 가능하여 효과적인 블록관리를 통한 체계적인 관망 운영을 할 수 있는 효과가 있다.

넷째, 상수도 관망이 블록화되고, 이를 원격으로 유지 관리함에 따라 현장에 기능요원들이 배치될 필요가 없어 비용적인 측면에서도 경제적이며, 유량의 행방을 추적할 수 있어 유수율 제고 문제를 해결할 수 있고, 누수량, 총 사용유량, 가옥별 개별사용 유량 등을 정확히 파악할 수 있어 보다 공정한 요금 부과가 가능한 효과가 있다.

다섯째, 관망해석을 통해 생성된 모형들을 상호 비교함에 따라, 관망을 구성하는 각 관에서의 변화된 수량, 흐름속도, 수압 등을 산출 및 표시가 가능하여 효 율적인 상수도 관리 및 운영을 가능하게 하는 효과가 있다.

여섯째, 상수도관의 노후도 평가가 항목별 평가점수 범위와 가중치, 다양한 알고리즘들을 통해 개략평가와 정밀평가로 이루어짐에 따라 노후관로 선정과 정비 및 개량사업의 우선순위선정의 객관성을 확보할 수 있으며, 상수도관의 노후도 평가와 정비 및 개량사업의 우선순위선정을 통해 효율적이고 합리적이며 장기적으로 편리한 정비 및 개량사업의 계획을 수립할 수 있고, 상수관로의 효과적이고 체계적인 관리가 가능한 효과가 있다.

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.

<시스템에 대한 설명>

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 상수도 운영관리 시스템의 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 상수도 운영관리 시스템(100)은 단위 블록별로 블록화된 상수도 관망의 각 블록 내 설치되어 각 구역별로 상수 의 유속, 유량, 수위를 측정하는 유량계측부(111)와, 수질을 측정하는 수질계측부(112)와, 수압을 측정하는 수압계측부(113)를 포함하는 데이터계측수단(110)과, 상기 상수의 유속, 유량, 수위, 수질, 수압을 측정한 계측 데이터를 유무선 통신망(120)을 통하여 상기 데이터계측수단(110)으로부터 실시간으로 수집하고, 수집된 상기 계측 데이터를 바탕으로 미리 저장된 알고리즘들을 이용하여 상기 상수도 관망의 모니터링, 분석 및 유지관리를 위한 연산 및 분석을 하며, 상기 연산 및 분석된 결과를 전송하는 웹서버(130)와, 인터넷(140)을 통하여 상기 웹서버(130)에 접속하여 상기 결과를 출력하는 사용자단말기(150), 및 상기 인터넷(140)을 통하여 상기 웹서버(130)와 연동하여 상기 상수도 관망의 상수도 관망도를 제공하는 GIS(Geographic Information System)서버(160)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 유무선 통신망(120)은 KT 전용선 또는 CDMA 데이터 통신망이 될 수 있다.

상기 웹서버(130)는 상기 데이터계측수단(110)으로부터 계측 데이터를 실시간으로 수집하는 수집부(131)와, 상기 수집부(131)로부터 계측 데이터를 수신하여 저장하고, 상기 계측 데이터를 연산 및 분석하기 위한 알고리즘들을 저장하는 데이터베이스부(132)와, 상기 알고리즘들을 이용하여 상기 계측 데이터를 연산 및 분석하는 연산/분석부(133)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 웹서버(130)에 의해 상수도의 유수율, 누수량, 총 사용유량, 가옥별 개별사용 유량, 수질데이터, GIS 및 시설물 관리, 블록관리, 실시간 상수도 관망해석(수학적 표현방법을 통해서 실제 상수도 관망의 물 흐름을 모의하는 과정 ), 수요예측과 함께 상수도관의 노후도를 평가할 수 있으며, 수 충격해석, 수질예측, 요금관리, 비용효과 분석, 정비우선순위의 선정이 가능하다.

즉, 상수도 관망의 압력, 유량, 수질 등의 데이터가 상기 웹서버(130)로 수집되고, 수집된 데이터, 운영관리 인증을 받은 사용자(관리자)가 입력하는 제어 데이터 및 상기 알고리즘들을 통해 연산 및 분석된 자료를 LCD, PDP 및 LED 등의 모니터 화면으로 제공함에 따라, 관리자는 상기 상수도 운영관리 시스템(100)을 원격 관리할 수 있으며, 각각의 단위 블록내의 누수지역을 신속히 판단할 수 있고, 누수지역의 빠른 누수관 교체를 통한 적정 수압을 유지할 수 있다.

또한, 체계적인 요금부과와 정비우선순위를 관리자에게 제공함으로써, 상수도관망의 운영 관리에 효율적이고, 수요를 예측하여 운영계획을 세울 수 있으며, 타당한 의사결정의 자료로서 활용이 가능하여 효과적인 블록관리를 통한 체계적인 관망 운영을 할 수 있다.

이때, 블록단위 지역에 대한 유량 및 수압분석은 시간별, 일별, 또는 월별로 선택하여 시간단위로 분석이 가능하고, 분석된 유량 및 수압 내용을 차트, 테이블 및 그래프의 형태로 표시함으로써 분석 결과를 쉽게 확인할 수 있는 데이터 분석화면을 제공하는 것이 바람직하다.

특히, 상수도 관망이 블록화되고, 이를 원격으로 유지 관리함에 따라 현장에 기능요원들이 배치될 필요가 없어 비용적인 측면에서도 경제적이며, 유량의 행방을 추적할 수 있어 유수율 제고 문제를 해결할 수 있고, 누수량, 총 사용유량, 가옥별 개별사용 유량 등을 정확히 파악할 수 있어 보다 공정한 요금 부과가 가능하다.

한편, 상기 상수도의 노후도를 평가하기 위해 전반적인 관 제원, 매설환경, 수리/수질 사고이력에 대한 자료를 수집하고, 수집된 상기 자료 각각에 점수를 부여하여 타 구간에 비해 관 노후상태가 높을 것으로 추정되는 관로구간을 도출함으로써 개략평가가 이루어지며, 상기 개략평가에 의한 상수도의 노후상태가 교체/갱생수준에 도달한 관로구간을 선별하여 교체우선순위가 높은 구간을 토대로 굴착 후 육안조사를 통하여 정밀평가가 이루어지는 것을 특징으로 하며, 이에 관해서는 하기의 방법에 대한 설명에서 상세히 살펴보도록 한다.

또, 본 일 실시예에서는 상기 수요예측을 위해서 일배수량 예측 알고리즘(칼만필터 알고리즘)을 이용하는 것을 특징으로 한다.

일배수량 예측 기능은 급수구역의 2일치 일 수요량을 예측하여 지 운용계획 및 가압장, 정수장, 취수장의 도송수 계획 수립을 위한 수요량을 산출하는 기능이다. 수운용은 계획적이고 원활한 도송수의 필요성에 따라, 과거의 실적치와 환경 요소를 기초로 하여 수요예측을 하는 것을 기본으로 한다.

예를 들어, 관리자가 8일치 실적치, 날씨, 요일 낮 최고온도를 입력하면 하기 칼만필터 알고리즘을 통해 2일치 일배수량이 출력된다.

초기 모델식은 수학식(1)로 다음과 같이 정의된다.

칼만필터는 상관계수를 예측오차에 따라 각각 변화시키고, 다음과 같은 수학 식(2), (3), (4)에 의해 수학식(1)을 수정한다.

상기와 같이, 실적 데이터와 환경 요소인 요일, 온도, 날씨 인자를 추가하여 모델식을 구현하고, 이로부터 일배수량 예측을 수행하는데, 상관계수를 예측오차에 따라 각각 변화시킴에 따라 낮은 오차범위 내에서 보다 정확하게 수요를 예측할 수 있다.

<방법에 대한 설명>

본 발명의 일 실시예에 따른 상수도 운영관리 시스템의 제어방법에 대해서 도 2 내지 도 4에 도시된 흐름도와 도 5 및 도 6에 도시된 예시도를 참조하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 상수도 운영관리 시스템의 제어방법에 대한 플로우차트이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 상수도의 관망해석을 위한 과정을 보인 플로우챠트이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 상수도의 노후도를 평가하기 위한 과정을 보인 플로우챠트이고, 도 5는 상수도관의 노후도를 개략평가하기 위한 항목별 평가점수 범위와 가중치를 표도 도시한 도면이며, 도 6은 상수도관의 노후도를 정밀평가하기 위한 육안평가의 항목별 평가점수범위와 가중치를 표로 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 사용자는 상기 상수도 운영관리 시스템(100)을 통합적으로 유지관리 하기 위해서 소정의 웹사이트에 접속한다(S201).

그리고 사용자가 접속을 요청하면 상기 웹서버(130)는 적법한 사용자인지를 인증하고(S202), 상기 인증이 이루어지면 상기 유무선 통신망(120)을 통하여 상기 데이터계측수단(110)으로부터 상기 계측 데이터를 요청해(S203) 실시간으로 전송받는다(S204).

다음, 상기 웹서버(130)는 수신된 상기 계측 데이터를 수집하고(S205), 수집된 상기 계측 데이터를 바탕으로 상기 상수도 관망도와 미리 저장된 상기 알고리즘들을 이용하여 상기 상수도 관망의 모니터링, 분석 및 유지관리를 위한 연산 및 분석을 하며(S206), 상기 인터넷을 통하여 상기 연산 및 분석된 결과를 상기 사용자단말기(150)로 전송한다(S207).

그러면 상기 결과가 상기 사용자단말기(150)에 다양한 형태의 보고서로 출력된다(S208).

이때, 상기 연산 및 분석을 하는 단계(S206)에 의해 상수도의 유수율, 누수량, 총 사용유량, 가옥별 개별사용 유량, 수질데이터, GIS 및 시설물 관리, 실시간 상수도 관망해석(수학적 표현방법을 통해서 실제 상수도 관망의 물 흐름을 모의하는 과정)과 함께 노후도를 평가할 수 있으며, 수 충격해석, 수질예측, 요금관리, 비용효과 분석, 정비우선순위의 선정이 가능한 것을 특징으로 한다.

상기와 같이, 상수도 관로의 모니터링, 유지관리, 누수량 분석 및 유수율 분석과 함께 상수도 관로 운영관리의 효율성을 높일 수 있는 서비스 및 상태정보와 제어정보를 관리자에게 웹 페이지를 통해서 제공하고, 상수도 관로 관련 데이터의 실시간 업데이트를 통하여 상수도를 통합 관리할 수 있다.

한편, 전술한 관망해석이란 관로 내 각 지점에서 관경, 관 길이, 유속계수, 밸브상태, 펌프의 운전상태 등을 알고 있는 조건하에서 유량 및 동수두를 계산하여 관로를 통하여 흐르는 물이 안정하게 공급되는가를 확인하기 위한 과정, 즉 수학적 표현방법을 통해서 실제 상수도관망의 물 흐름을 모의하는 과정으로, 직접 실험할 수 없거나 계획하고자 하는 시스템의 거동을 미리 짐작해보고자 할 때 시행하는 것이 일반적이다.

상기 관망해석에 있어서 가장 결정적인 요소는 만족할만한 해석결과를 얻을 수 있도록 실제 관로 시스템의 구성요소들을 적절하게 조합하고, 간략화하여 모델(Model)화 한 후 수리적 기법들을 적용하여 방정식을 푸는 것이다.

이러한 상기 관망해석의 모델프로그램은 수리, 수질, 유량 및 수압계산등을 위한 프로그램으로서, Kentucky Pipe Network, EPANET, WaterCAD&CYBERNET, USU Pipe Network, SWS&SynerGEE, WADISO, FLOWMASTER, WESNET나 미국 환경청(USEPA)에서 개발한 범용소프트웨어인 EPANET을 이용하여 구할 수 있다.

상기 관망해석을 위해서는 도 3과 같은 과정들이 진행된다.

먼저, 관리자는 상기 사용자 단말기(150)를 통해 알고리즘에서 필요로 하는 관할구역의 도형정보와 관망의 속성정보를 입력한다(S301).

그러면 상기 웹서버(130)는 상기 사용자 단말기(150)로부터 입력된 정보를 수신하여 데이터베이스화하고(S302), 데이터베이스화된 상기 관할구역의 도형정보와 관망의 속성정보를 연계시켜 데이터를 재구성하며(S303), 재구성된 상기 데이터로 관망을 해석한다(S304).

다음 상기 웹서버(130)는 해석된 상기 관망에 의해 관망관리의 기준이 되는 기준관망모형을 생성시킨다(S305).

그리고 관리자는 상기 사용자 단말기(150)를 통해 관망의 속성정보의 실측사항을 입력하고(S306), 상기 웹서버(130)는 상기 사용자 단말기(150)로부터 입력된 정보를 수신하여 관망을 재해석하며(S307), 재해석된 상기 관망에 의해 변동관망모형을 생성시킨다(S308).

다음, 관리자는 상기 사용자 단말기(150)를 통해 관망의 속성정보의 가상사항을 입력하고(S309), 상기 웹서버(130)는 상기 사용자 단말기(150)로부터 입력된 정보를 수신하여 관망을 재해석하며(S310), 재해석된 상기 관망에 의해 가상망모형을 생성시킨다(S311).

그리고 상기 웹서버(130)는 생성된 상기 기준관망모형, 변동관망모형, 가상망모형을 상호 비교하고, 비교한 결과를 상기 사용자 단말기(150)로 전송하며, 상기 사용자 단말기(150)는 수신한 상기 결과를 디스플레이한다.

이러한 모형들을 상호 비교함에 따라, 관망을 구성하는 각 관에서의 변화된 수량, 흐름속도, 수압 등을 산출 및 표시가 가능하여 효율적인 상수도 관리 및 운영을 가능하게 한다.

그리고 수질문제와 같은 직접 실험하기에는 많은 비용과 단수 또는 건강상의 위험이 있을 수 있으므로, 이와 같은 경우에 관망해석 모의기법을 이용하거나 병행하면 효과적인 결과를 얻을 수 있고, 기존 또는 신규 수도 시스템에서 발생할 수 있는 문제점 등을 예측할 수 있다.

또한, 상기 관망해석을 통하여 구해진 수량, 흐름속도, 수압 등의 모델값과 실측데이터를 이용하여 모델프로그램의 좀 더 정확한 결과 해석을 위한 보정을 통하여 관망해석을 할 수 있다.

하지만 상기 관망해석을 통한 상수도 관로의 관망해석을 하다보면 발생되어지는 문제점이 상수도 관로의 노후화로 인한 관의 파손 또는 변형 압력 변화 등과 같은 문제로 인하여 정확한 모델링을 하기 힘든 경우가 발생하기도 한다.

따라서 본 일 실시예에서는 관망해석뿐만 아니라 상수도의 노후관에 대한 평가도 이루어지는 것이 바람직하다.

이를 위해, 도 4와 같이 웹서버(130)는 전반적인 관 제원, 매설환경, 수리/수질 사고이력에 대한 자료를 수집한다(S401).

그리고 수집된 상기 자료 각각에 점수를 부여하여(S402) 타 구간에 비하여 관 노후상태가 높을 것으로 추정되는 관로구간을 도출(S403)함으로써 개략평가를 하며, 상기 개략평가에 의한 상수도의 노후상태가 교체/갱생수준에 도달한 관로구간을 선별하여(S404) 교체우선순위가 높은 구간을 토대로 굴착 후 육안조사를 통하여 정밀평가를 한다(S405).즉, 수질, 압력, 관종, 관경, 내면피복, 외면피복, 매설년도와 같은 시설제원과 토양종류, 접속방식, 누수 및 파손의 교체 이력 등등의 현장조사 또는 Lab 등에 분석하여 데이터베이스화하고, 상기 항목들을 토대로, 간접 평가항목과 직접평가항목으로 구분하여, 간접평가항목은 일반정보, 매설 환경정보, 수리정보, 수질정보, 그리고 파손 또는 민원과 관련된 정보 등인 도 5와 같은 주요 수집 정보이며, 직접평가항목은 주로 관 노후상태와 관련된 항목으로 현장에서 직접 조사하여 입력하여 수행된다.

개략평가를 도 5와 같이 점수평가방법을 통한 16개 항목의 점수와 가중치를 고려한 산정점수를 노후상태 결정기준표와 비교하여 관의 노후 상태를 비교하여 교체여부, 노후도 진행, 상태 양호 등등을 평가하게 된다.

또한 파손위험성은 관 종별 부식속도 변화, 잔존강도 변화, 하중-응력분석을 예측하여 안전계수를 토대로 현 시점에서의 파손위험성(Failure risk)을 예측하고, 이후 시간변화에 따른 안전계수의 변화를 토대로 파손가능성이 높은 시기를 예측하여 잔존수명을 예측하고, 각 관종 별로 파손위험성과 잔존수명을 예측하기 위한 세부 구성 모델로는 잔존두께, 잔존강도, CML 중성화, 도장 재박리 시기 추정 모델 등에 의한 개략 평가를 실시하여 개량방식을 선정할 수 있다

파손위험성 평가에 따른 개량방안 결정은 "잔존강도/발생응력=안전계수"를 사용하며, 관체에 발생되는 응력은 "상수도시설기준"을 토대로 관종별로 산정한다.

또한, 파손위험성 평가에 따른 SF에 따른 개량방안에 대해서는 현재 국내외적으로 SF가 1이하인 경우, 수명이 다한 것으로 평가하고 있으나 본 평가에서는 내압과 외압에 대한 SF의 결과에 따라 개량방안을 세부적으로 판단하기 위하여 토대로 다음과 같이 규정한다.

(교체가 아닌 구조보강을 통한 갱생으로 일정부분 SF의 증가 가능성 고려)

※ 내압과 외부하중에 대하여서는 SF가 모두 1이상이면 내면방식 갱생(내부 부식발생시)하고 SF중 하나만 1 이상이고, 그 외 SF가 0.5 이상이면 구조보강을 하며 SF가 모두 0.5이하이면 교체를 하는 것으로 판단한다.

여기서, 상기 노후상태 결정기준표는 다음과 같다.

개략평가 방법	범위	관 노후상태
점수평가	<0.45 0.45~0.6 >0.6이상	교체/갱생 노후진행 상태양호

상기 파손위험성 평가에 따른 개량기준은 다음과 같다.

구분	안전계수 (잔존강도 기준)		개량방안
구분	내압(SFh)	외압(SFhh or SFh)	개량방안
Case Ⅰ	SF>1	SF>1	갱생
Case Ⅱ	SF>0.5	SF>1	갱생(구조보강)
Case Ⅲ	SF>1	SF>0.5	갱생(구조보강)
Case Ⅳ	SF<1	SF<1	교체

또한 개략평가에서 관체의 잔존강도에 대한 추정은 일반적으로 기계적 강도 시험시 시편보다 관체 시편전체에 대한 부식비율이 높을 수 있으므로 관체의 최대 부식 깊이하에서 잔존강도와 강도손실 추정 필요하고 따라서 수집한 관체에 대해서는 기존 부식비율에 따른 강도손실을 고려하여, 관체 기준 최대 부식비율하에서 잔존강도 산정하되, 강관은 외면부식이 없으므로 Option 3을 적용하고, CIP와 DIP는 Option 1을 적용 초음파두께로 내면부식깊이에 대해서만 측정된 관체에 대해서는 순수금속에 대한 극한강도(연구소 기존 측정자료)를 활용하고, 강도손실을 고려하여, 관체기준 최대 부식비율하에서 잔존강도 산정(Option 2와 3 적용)한다.

다음 표는 잔존두께, 부식비율 옵션에 관한 표로, tg=초기 관두께, pic는 내면최대 부식깊이, pec는 외면최대 부식깊이를 의미한다.

잔존두께 Option	부식(공식)비율	비고
1		내외면 최대부식이 동일지점에서 발생하는 것으로 가정 →관파손이 내면과 외면부식에 의해서 발생된다고 가정
2		내외면 최대부식이 동일지점에서 발생하지 않는다라고 가정 →관파손이 내면 또는 외면부식에 의해서 각각 발생된다고 가정
3

개략평가를 실시한 후 정밀평가가 필요한 관로는 부식도 평가와 물리적 강도평가 육안평가 파손 위험성 평가, 잔존 수명 평가 방법에 의하여 정밀평가를 실시하게 된다. 정밀 평가시 육안 평가는 도 6과 같이 24개 세부인자별로 점수와 가중치를 산정하여 산정된 점수를 기준비교표와 비교하여 교체, 노후 진행, 상태 양호 등의 평가를 실시하여 정비의 우선순위를 선정하고 교체 대상구간은 상기 GIS를 이용하여 교체 대상관에 대한 상태를 확인할 수 있다.

육안 평가에 의한 관노후도 산정방법(평가 점수의 합계 방법)은 다음과 같다.

여기서, w는 항목별가중치, p는 항목별평가점수(조건값), n은 항목수를 나타내고, 육안 평가에 의한 관노후상태 결정기준표는 다음과 같다.

평가방법	범위	관 노후상태
DD-DPAM (육안평가)	<0.75 0.75~0.80 >0.8이상	교체/갱생 노후진행 관로상태 양호

파손 위험성 평가에 의한 정밀평가는 다음과 같이 이루어진다.

㉠ 토압(일반굴착적용)

여기서, We = 토압, kgf/cm2

Cd = 계산 상수(a calculation coefficient)

= 흙의 단위 중량, kg/cm3(=0.0018 kg/cm3)

Bd = 관 상부 굴착폭, cm

e = 자연로그상수

Kr = Rankine의 토압계수,

= 되메우기 흙의 내부 마찰각(Soil friction angle=30), 보통 되메우기 흙과 굴착 사면의 마찰인과 동일한 것으로 간주

μ' = 되메우기 흙과 굴착 사면의 마찰계수(μ'= tan ')

H = 관 상부로부터 지표까지의 높이(토피), cm

Bd = 굴착폭, cm

㉡ 차량하중(분산각법이용)

여기서, W t = Truck 하중에 의한 외압, kgf/cm2

P = Truck의 후륜(1륜)하중, kg(=9600 kg)

n = 점유 폭에 접하여 나란한 Truck 대수

L = 후륜 중심 간격 (일반적으로 175cm 적용)

C = 인접 Truck간의 후륜중심 간격(cm)(일반적으로100 cm 적용)

b = 후륜 접지폭(cm) (일반적으로 50cm 적용)

θ = 분산각(일반적으로45도 적용)

a = 차륜 접지장(cm) (일반적으로 20cm 적용)

i = 충격계수

H = 관 상부로부터 지표까지의 높이(토피), cm

내부압력(최대운전수압, 수 충격압) 평가(관체 공식기준)는 다음과 같이 이루어진다.

㉠ 최대운전수압(지점별 년 중 최대수압자료 활용)

㉡ 수충격압

여기서, h = 수충격압, cm

g = 중력가속도, 980 cm/s2

V = 최대유속변화, cm/s(60.96 cm/s 적용, CIPRA handbook)

sp.gr = 물의 비중, (water = 1.0)

a = 압력파 전파속도, cm/s

여기서, k = 유체(물)의 탄성계수, 2.1X104 kgf/cm2

E = 탄성계수, kgf/cm2

(DIP=1,600,000 kgf/cm2, SP=2,100,000 kgf/cm2

d = 내경, cm

파손위험성 평가는 다음과 같이 이루어진다.

㉠ 내압에 의한 원주방향 응력(CIP/DIP/SP 동일적용)

여기서, σh = 내압에 의한 원주방향 응력, kgf/cm2

t = 관두께, cm

d = 관내경, cm

Pt = 내부압력, kgf/cm2

- 내압에 의한 원주방향 응력에 대한 안전계수(SFh)

㉡ 외압에 의한 휨 응력

ⓐ 주철 관종(CIP/DIP 등)

- 원주방향응력(내압)과 휨 응력(외부하중)에 대한 안전 계수(SFhb)

여기서, σhb=내압 및 외압에 의한 인장 응력,

ⓑ 외압에 의한 휨 응력(강관)

여기서, σb= 외부하중에 의한 관 하부에서의 휨 응력, kgf/cm2

f = 형상계수 1.5

Z = 관 단위 폭의 단면계수 Z = t2/6 (cm2), t 는관두께(cm)

Wv = 토압, kgf/cm2

Wt = 차량하중, kgf/cm2

R = 관 평균 반경, (

)

E = 관=탄성계수, kgf/cm2

I = 관의 단위 폭당 단면 이차 모멘트, I =t3/12, cm3

E' = 반력계수, kgf/cm2

Kb = 지지각에 의해 결정되는 관저에서의 휨모멘트 계수

- 원주방향응력(내압)과 휨 응력(외부하중)에 대한 안전계수(SFb)

- 축방향 휨 응력(bending stress)

- 원주방향 휨 응력(Deflection stress)

여기서, Pe : 매설관에 가해지는 토압, kgf/cm2

Pt : 매설관에 가해지는 윤압, kgf/cm2

σf: 토압과 윤압에 의하여 생기는 매설관의 굽힘 응력, kgf/cm2

σrm :토압과 윤압에 의하여 생기는 매설관의 휨 응력, kgf/cm2

r : 관두께의 중심 반경, cm

t : 관두께, cm

Z : 단면계수= t2/6, cm3/cm

I : 단면 2차 모멘트= t3/12, cm4/cm

E : 굽힘 탄성률, kgf/cm2

K1, K2 : 굽힘 모멘트 계수

K3, K4 : 휨 계수

상기와 같이, 상수도관의 노후도 평가가 항목별 평가점수 범위와 가중치, 다양한 수학식들로 이루어진 알고리즘들을 통해 개략평가와 정밀평가로 나뉘어 평가되고, 이에 따라 노후관로 선정과 정비 및 개량사업의 우선순위선정의 객관성을 확보할 수 있으며, 상수도관의 노후도 평가와 정비 및 개량사업의 우선순위선정을 통해 효율적이고 합리적이며 장기적으로 편리한 정비 및 개량사업의 계획을 수립할 수 있고, 상수관로의 효과적이고 체계적인 관리가 가능하다.

그리고 정비 및 개량사업의 우선순위선정의 객관성을 확보하여 상수도관의 정비 및 개량사업에 대한 적재적소에 적기에 노후 상수도관 정비개량사업의 효율적인 예산집행이 가능하다.

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. 따 라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 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.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 상수도 운영관리 시스템의 제어방법에 대한 플로우차트이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 상수도의 관망해석을 위한 과정을 보인 플로우챠트이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 상수도의 노후도를 평가하기 위한 과정을 보인 플로우챠트이다.

도 5는 상수도관의 노후도를 개략평가하기 위한 항목별 평가점수 범위와 가중치를 표도 도시한 도면이다.

도 6은 상수도관의 노후도를 정밀평가하기 위한 육안평가의 항목별 평가점수범위와 가중치를 표로 도시한 도면이다.

Claims

단위 블록별로 블록화된 상수도 관망의 각 블록 내 설치되어 각 구역별로 상수의 유속, 유량, 수위를 측정하는 유량계측부와, 수질을 측정하는 수질계측부와, 수압을 측정하는 수압계측부를 포함하는 데이터계측수단;

상기 상수의 유속, 유량, 수위, 수질, 수압을 측정한 계측 데이터를 유무선 통신망을 통하여 상기 데이터계측수단으로부터 실시간으로 수집하고, 수집된 상기 계측 데이터를 바탕으로 미리 저장된 알고리즘들을 이용하여 상기 상수도 관망의 모니터링, 분석 및 유지관리를 위한 연산 및 분석을 하며, 상기 연산 및 분석된 결과를 전송하는 웹서버;

인터넷을 통하여 상기 웹서버에 접속하여 상기 결과를 출력하는 사용자단말기; 및

상기 인터넷을 통하여 상기 웹서버와 연동하여 상기 상수도 관망의 상수도 관망도를 제공하는 GIS(Geographic Information System)서버; 를 포함하며,

상기 웹서버는,

상기 데이터계측수단으로부터 계측 데이터를 실시간으로 수집하는 수집부;

상기 수집부로부터 계측 데이터를 수신하여 저장하고, 상기 계측 데이터를 연산 및 분석하기 위한 알고리즘들을 저장하는 데이터베이스부;

상기 알고리즘들을 이용하여 상기 계측 데이터를 연산 및 분석하는 연산/분석부; 를 포함하며,

상기 데이터베이스부는, 상기 알고리즘들에서 필요로 하는 관할구역의 도형정보와 관망의 속성정보를 수신하여 데이터베이스화하여 저장하며, 상기 연산/분석부는 데이터베이스화된 상기 관할구역의 도형정보와 관망의 속성정보를 연계시켜 데이터를 재구성하고, 재구성된 상기 데이터로 관망을 해석하고, 해석된 상기 관망에 의해 관망관리의 기준이 되는 기준관망모형을 생성시켜서 저장하고, 입력된 관망의 속성정보의 실측사항을 이용하여 관망을 재해석하고, 재해석된 상기 관망에 의해 변동관망모형을 생성시키고, 입력된 관망의 속성정보의 가상사항을 이용하여 관망을 재해석하고, 재해석된 상기 관망에 의해 가상망모형을 생성시키고, 생성된 상기 기준관망모형, 변동관망모형, 가상망모형을 상호 비교하는 것을 특징으로 하는 상수도 운영관리 시스템.
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 웹서버에 의해 상수도의 유수율, 누수량, 총 사용유량, 가옥별 개별사용 유량, 수질데이터, GIS 및 시설물 관리, 블록관리, 실시간 상수도 관망해석(수학적 표현방법을 통해서 실제 상수도 관망의 물 흐름을 모의하는 과정), 수요예측과 함께 상수도관의 노후도를 평가할 수 있으며, 수 충격해석, 수질예측, 요금관리, 비용효과 분석, 정비우선순위의 선정이 가능한 것을 특징으로 하는 상수도 운영관리 시스템.
제 3 항에 있어서,

상기 상수도관의 노후도를 평가하기 위해서 전반적인 관 제원, 매설환경, 수리/수질 사고이력에 대한 자료를 수집하고, 수집된 상기 자료 각각에 점수를 부여하여 타 구간에 비해 관 노후상태가 높을 것으로 추정되는 관로구간을 도출함으로써 개략평가가 이루어지며, 상기 개략평가에 의한 상수도의 노후상태가 교체/갱생수준에 도달한 관로구간을 선별하여 교체우선순위가 높은 구간을 토대로 정밀평가가 이루어지는 것을 특징으로 하는 상수도 운영관리 시스템.
제 3 항에 있어서,

상기 알고리즘들 중 상기 수요예측을 위해서 일배수량 예측 알고리즘(칼만필터 알고리즘)을 이용하는 것을 특징으로 하는 상수도 운영관리 시스템.
제 1 항, 제 3 항, 제 4 항, 및 제 5 항 중 한 항에 따른 상수도 운영관리 시스템의 제어방법에 있어서,

상기 상수도 운영관리 시스템을 통합적으로 유지관리 하기 위해서 소정의 웹사이트에 접속하는 단계;

사용자가 접속을 요청하면 적법한 사용자인지를 인증하는 단계;

상기 인증이 이루어지면 상기 유무선 통신망을 통하여 상기 데이터계측수단으로부터 상기 계측 데이터를 요청해 실시간으로 전송받는 단계;

수신된 상기 계측 데이터를 수집하고, 수집된 상기 계측 데이터를 바탕으로 상기 상수도 관망도와 미리 저장된 상기 알고리즘들을 이용하여 상기 상수도 관망의 모니터링, 분석 및 유지관리를 위한 연산 및 분석을 하는 단계; 및

상기 인터넷을 통하여 상기 연산 및 분석된 결과를 상기 사용자단말기로 전송하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 상수도 운영관리 시스템의 제어방법
제 6 항에 있어서,

상기 연산 및 분석을 하는 단계에 의해 상수도의 유수율, 누수량, 총 사용유량, 가옥별 개별사용 유량, 수질데이터, GIS 및 시설물 관리, 실시간 상수도 관망해석(수학적 표현방법을 통해서 실제 상수도 관망의 물 흐름을 모의하는 과정)과 함께 상수도관의 노후도를 평가할 수 있으며, 수 충격해석, 수질예측, 요금관리, 비용효과 분석, 정비우선순위의 선정이 가능한 것을 특징으로 하는 상수도 운영관리 시스템의 제어방법.
삭제
제 7 항에 있어서,

상기 상수도관의 노후도를 평가하기 위해서,

전반적인 관 제원, 매설환경, 수리/수질 사고이력에 대한 자료를 수집하는 단계;

수집된 상기 자료 각각에 점수를 부여하여 타 구간에 비하여 관 노후상태가 높을 것으로 추정되는 관로구간을 도출함으로써 개략평가를 하는 단계; 및

상기 개략평가에 의한 상수도의 노후상태가 교체/갱생수준에 도달한 관로구간을 선별하여 교체우선순위가 높은 구간을 토대로 정밀평가를 하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 상수도 운영관리 시스템의 제어방법.
제 9 항에 있어서,

상기 개략평가는 간접평가항목과 직접평가항목으로 구분되며, 상기 간접평가항목은 일반정보, 매설 환경정보, 수리정보, 수질정보, 그리고 파손 또는 민원과 관련된 정보 중 적어도 하나 이상을 포함하고, 상기 직접평가항목은 관 노후상태와 관련된 항목으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 상수도 운영관리 시스템의 제어방법.
제 9 항에 있어서,

상기 정밀평가는 상수도관의 부식비율, 잔존두께, 수충격압 평가를 위한 수학식에 의하여 수행되는 것을 특징으로 하는 상수도 운영관리 시스템의 제어방법.
제 11 항에 있어서,

상기 상수도관의 부식비율을 위한 수학식은 세 가지로 분류되며, 상기 상수도관의 내외면 최대부식이 동일지점에서 발생하는 것으로 가정하는 경우에는 수학식 1과 같고, 상기 상수도관의 내외면 최대부식이 동일지점에서 발생하지 않는다라고 가정하는 경우에는 수학식 2와 3과 같은 것을 특징으로 하는 상수도 운영관리 시스템의 제어방법.

(수학식 1)

(수학식 2)

(수학식 3)

여기서, tg는 초기 관두께, pic는 내면 최대부식 깊이, pec는 외면 최대부식 깊이를 의미한다.
제 12 항에 있어서,

상기 상수도관의 잔존두께를 위한 수학식은 상기 수학식 1, 2, 3에 의해서 각각 수학식 4, 5, 6과 같은 것을 특징으로 하는 상수도 운영관리 시스템의 제어방법.

(수학식 4)

(수학식 5)

(수학식 6)

여기서, tres는 잔존두께를 의미한다.
제 11 항에 있어서,

상기 수충격압 평가를 위한 수학식은 수학식 7과 같은 것을 특징으로 하는 상수도 운영관리 시스템의 제어방법.

(수학식 7)

여기서, h는 수충격압, g는 중력가속도, V는 최대유속변화, spgr는 물의 비중, a는 압력파 전파속도를 의미한다.