KR101193543B1 - 누수 검지 시스템 및 방법 - Google Patents

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한국건설기술연구원
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Abstract

누수 검지 시스템 및 방법이 개시된다. 실시간으로 수도관로의 누수를 검지하여, 수도관로의 누수 지점을 보다 신속하게 보수하기 위한 누수 검지 시스템은 센서부, 및 누수 판단부를 포함한다. 센서부는 수도관로에 설치되어, 수도관로에 발생하는 진동을 측정하고, 누수 판단부는 소정 기간 동안 센서부에서 측정한 진동값 중 최소값인 최소 진동값이 초기 기준값보다 클 경우에 누수 발생 상태로 판단한다. 이러한 구성으로, 기존 수도관로를 변형할 필요 없이 수도관로에 진동을 측정할 수 있는 센서만 장착하면 되므로 시공상의 어려움 및 추가적인 공사비용의 소비를 줄일 수 있으며, 거의 실시간으로 누수를 검지하여 수도관로의 누수 지점을 보다 신속하게 보수할 수 있다.
누수, 수도관로, 진동 센서

Description

누수 검지 시스템 및 방법{System and method for detecting water leak}
본 발명은 누수 검지 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실시간으로 수도관로의 누수를 검지하여, 수도관로의 누수 지점을 보다 신속하게 보수하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
현대시대를 살아가는 사람들은 지반에 매몰되어 있는 수도관로를 통해 생활에 필요한 수자원을 공급받고 있다.
이러한 수도관로는 노후화 등의 다양한 요인들로 인해 파손될 수 있으며, 파손부위로부터 소중한 수자원이 소실되므로 누수 현황 및 유수율을 검지하는 것은 중요하다(현재 세계 인구의 40%를 구성하는 80여 개 국이 심각한 물부족 상태를 겪고 있다).
현재 수도관로의 누수 검지 및 누수량을 측정하는 누수 모니터링 시스템은 직접 측정, 간접 측정, 유량 측정(정수장 및 주요 관료 분기점에 설치한 유량계의 총량과, 복수 수용가의 1달 후 총 사용량을 취합한 수량의 비교), 유속 측정 등의 방식을 이용하고 있다.
이 중, 가장 큰 부분을 차지하는 유량/유속을 측정하는 방식은 기존 관로 내 에 측정기기를 삽입해야 하므로 시공상의 어려움이 있으며, 측정기기의 상시 점검 및 교체 또한 어렵고, 고가의 측정기기를 사용하므로 일부 지역에서만 누수 검지를 측정할 수 있다는 문제점이 있다.
또한, 최근 들어 제안되고 있는 누수 모니터링 시스템의 경우도 수도관로의 신규 설치 및 블록화에 따른 고비용이 소요된다는 문제점과, 기본적으로 유압 및 유량의 측정에 의존하고 있어 수용가의 사용량을 취합하는 시스템의 개선이 없는 한 실시간 누수 검지가 어렵다는 문제점이 있다.
본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 기존 수도관로의 변형 없이 정확하고 저가이며 설치가 용이한 측정기기로 누수 현황을 측정하여, 시공상의 어려움 및 추가적인 공사비용의 소비를 줄이고, 실시간으로 정확하게 누수를 검지하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 누수 검지 시스템은 센서부, 및 누수 판단부를 포함한다.
센서부는 수도관로에 설치되어, 수도관로에 발생하는 진동을 측정하고, 누수 판단부는 소정 기간 동안 센서부에서 측정한 진동값 중 최소값인 최소 진동값이 초기 기준값보다 클 경우에 누수 발생 상태로 판단한다.
이러한 구성으로, 기존 수도관로를 변형할 필요 없이 수도관로에 진동을 측정할 수 있는 정확하고 저가이며 설치가 용이한 센서만 장착하면 되므로, 시공상의 어려움 및 추가적인 공사비용의 소비를 줄일 수 있으며, 거의 실시간으로 누수를 검지할 수 있다.
이때, 초기 기준값은 수도관로에 누수가 발생하지 않은 경우에 측정된 최소진동값일 수 있다.
이로 인해, 유수량과 사용량을 비교하거나, 유속을 측정할 필요 없이, 수도관로의 미세한 진동 변화만으로도 누수를 검지할 수 있다.
또한, 누수 판단부는 누수 발생 상태로 판단되었을 경우의 최소 진동값을 신규 기준값으로 설정하고, 신규 기준값이 설정된 이후에 측정된 최소 진동값이 신규 기준값보다 클 경우에 신규 누수 발생 상태로 판단할 수 있다.
이로 인해, 이미 누수가 발생한 수도관로의 파손 상태가 악화되었는지 여부를 파악할 수 있으며, 파손 진행 속도가 빠른 수도관로의 수리를 우선적으로 처리하도록 할 수 있다.
또한, 센서부는 수도관로에 복수로 설치될 수 있는데, 이로 인해, 복수의 설치 위치에서의 측정값을 비교하여 누수 여부뿐만 아니라, 누수량, 및 누수 위치도 검지할 수 있다.
또한, 누수 판단부는 복수의 진동값을 통합하여 센서부가 설치된 지역의 전체적인 누수 현황을 판단할 수 있다.
또한, 센서부는 수도관로의 제수변에 설치될 수 있는데, 이로 인해, 센서부의 점검 또는 수리시 지반을 굴착할 필요 없이, 미리 생성되어 있는 제수변 통로를 통해 작업을 용이하게 수행할 수 있다.
아울러, 상기 시스템을 방법의 형태로 구현한 발명이 개시된다.
본 발명에 의해 기존 수도관로를 변형할 필요 없이 수도관로에 진동을 측정할 수 있는 정확하고 저가이며 설치가 용이한 센서만 장착하면 되므로, 시공상의 어려움 및 추가적인 공사비용의 소비를 줄일 수 있으며, 거의 실시간으로 누수를 검지하여 수도관로의 누수 지점을 보다 신속하게 보수할 수 있다.
또한, 복수의 센서부 설치 위치에서의 측정값을 비교하여 누수 여부뿐만 아니라, 누수량, 및 누수 위치도 검지할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 발명의 이해를 보다 명확하게 하기 위해 동일한 구성요소에 대해서는 상이한 도면에서도 동일한 부호를 사용하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 누수 검지 시스템(100) 구성의 일 실시예를 개략적으로 나타낸 블록도이고, 도 2는 본 발명에 따른 누수 검지 시스템(100)이 실제 수도관로에 설치되는 실시예를 도시한 도면으로, 도 1 및 도 2를 참조하여 누수 검지 시스템(100)의 구성을 설명하고자 한다.
실시간으로 수도관로의 누수를 검지하여, 수도관로의 누수 지점을 보다 신속하게 보수할 수 있도록 하는 누수 검지 시스템(100)은 센서부(110), 누수 판단부(120), 및 누수 현황 표시부(130)를 포함한다.
센서부(110)는 수도관로에 하나 또는 복수로 설치되어, 미리 설정된 측정 조건에 따라 수도관로에 발생하는 진동을 측정한다.
수도관로는 소블록 단위로 지반에 매몰될 수 있으며, 센서부(110)는 이와 같은 소블록 단위의 수도관로에 설치될 수 있다.
이때, 수도관로에 설치된다는 것은, 본 발명의 누수 검시 시스템(100)은 진동이 전달될 수 있도록 수도관로가 연결되기만 하면 되므로, 수도관로에 변형(예컨 대, 수도관로의 일면에 구멍을 뚫음)을 가하지 않고 수도관로의 내면/외면, 또는 상부/하부에 센서부(110)를 부착하는 것을 의미한다.
센서부(110)는 수도관로의 제수변에 설치될 수 있으며, 이로 인해, 센서부(100)의 점검 또는 수리시 수도관로가 매몰되어 있는 지반을 굴착할 필요 없이, 미리 생성되어 있는 제수변 통로를 통해 작업을 용이하게 수행할 수 있다.
상기에서 언급된 측정 조건은 누수 판단부(120)의 제어에 의해 설정될 수 있으며, 측정 빈도, 측정 시간, 및 전송 시간 등이 포함(예컨대, 1일 1회 새벽 3시부터 1시간 동안 진동값을 측정하여 실시간으로 측정한 진동값을 누수 판단부(120)로 전송하도록 설정)될 수 있다.
수도관로에 이상이 생겨 누수가 발생하면 수도관로는 평소와는 다른 특이한 진동을 발생하게 된다.
즉, 누수가 발생하는 수도관로에서의 이상 진동은 연결된 수도관로로 전달되며, 동일한 근원에서 발생한 이상 진동은 연결된 수도관로의 여러 지점에서 동시에 측정될 때 측정된 진동의 크기에 차이가 생긴다.
예컨대, 누수 지점(10)을 통과하기 전과 통과한 후의 유량이 달라지므로, 물이 흐르는 방향을 기준으로 누수 지점(10)을 통화하기 전 지점과 통과한 후 지점에서 발생하는 수도관로의 진동에 변화가 생기게 된다(이상 진동 발생).
이러한 수도관로의 진동 변화는 정밀한 측정을 통해서 누수 판단부(120)로 전송되어 검출 및 분석이 가능하기 때문에 센서부(110)는 진동을 측정할 수 있는 진동 센서로 구성될 수 있다.
상기와 같이 진동의 변화를 비교하기 위해서는, 도 2에서 도시한 바와 같이, 센서부(110)가 수도관로에 복수로 설치되어야 하며, 복수의 센서부(110)로부터 얻은 진동값들의 비교를 통해 누수 판단부(120)는 누수 여부뿐만 아니라, 누수량, 및 누수 지점도 검지할 수 있다.
도 3은 기준값 설정 및 누수 발생 여부를 판단하는 예를 그래프화 한 도면으로, 도 3을 참조하여 누수 판단부(120)를 상세히 설명하고자 한다.
누수 판단부(120)는 도 3의 (A)에서와 같이, 수도관로에 누수가 발생하지 않은 경우에, 소정 기간 동안(하루 종일 또는 새벽 2시~새벽 5시와 같은 일정 시간) 센서부(110)에서 측정한 진동값 중 최소값인 최소 진동값(1)을 초기 기준값(1)으로 설정할 수 있다.
즉, 하루 종일 또는 사람들이 취침중인 새벽 2~5시에 진동값이 2, 2, 1, 2, 3, 3, ... 으로 측정될 경우, 1이 초기 기준값이 될 수 있다.
그리고나서, 누수 판단부(120)는 누수 발생 여부를 판단하는데, 도 3의 (A, a)에서와 같이, 최소 진동값(1)이 설정된 초기 기준값(1)과 같거나 작을 경우에는 누수가 발생하지 않은 상태로 판단한다.
또한, 도 3의 (A, b)에서와 같이, 누수 판단부(120)는 최소 진동값(3)이 초기 기준값(1)보다 클 경우에는 누수가 발생한 상태로 판단한다.
(누수가 발생하였다고 판단되었을 경우, 진동 측정값과 기준값의 차이가 클수록 누수량이 많다고 판단할 수 있다.)
이때, 센서부(110)로부터 전송받은, 누수 상태를 판단하기 위해 측정된 진동 값의 측정기간과 초기 기준값을 구하기 위한 진동값의 측정기간은 동일함이 바람직할 것이다.
(예컨대, 센서부(110)로부터 전송받은 진동값의 측정기간이 '하루 종일'일 경우, 초기 기준값을 구하기 위한 진동값의 측정기간도 '하루 종일'이어야 하며, 센서부(110)로부터 전송받은 진동값의 측정기간이 '새벽 2시~5시'일 경우, 초기 기준값을 구하기 위한 진동값의 측정기간도 '새벽 2시~5시'이어야 한다.)
또한, 누수 판단부(120)는 누수 발생 상태로 판단되었을 경우에 신규 누수가 발생하였는지 여부를 파악할 수 있는데, 이때의 기준값인 신규 기준값은 누수 발생 상태의 최소 진동값(3)이 될 수 있다.
도 3의 (A, b, 1)에서와 같이, 누수 판단부(120)는 누수 발생 상태로 판단되었을 경우의 최소 진동값(3)을 신규 기준값(3)으로 설정하고, 센서부(110)에서 측정한 진동값 중 최소값인 최소 진동값(3)이 신규 기준값(3)과 같거나 작을 경우에는 신규 누수가 발생하지 않은 상태로 판단한다.
또한, 도 3의 (A, b, 2)에서와 같이, 누수 판단부(120)는 최소 진동값(5)이 신규 기준값(3)보다 클 경우에는 신규 누수가 발생한 상태로 판단한다.
상기에서는 변수를 고려하지 않고 최소 진동값을 찾는 것만으로 기준값들(초기 기준값 및 신규 기준값)을 설정하였지만, 수도관로의 재질에 따라 진동의 크기 변화에 차이가 있을 수 있으므로, 기준값들은 수도관로의 재질을 참고하여 설정되어야 한다(예컨대, 같은 량의 물이 흐를 경우, A재질의 수도관로의 진동값은 3, 3, 4, 5, 5, 2, 1, 1, 2, 3,.. 인 반면, B재질의 수도관로의 진동값은 5, 5, 6, 7, 7, 4, 3, 3, 4, 5,...일 수 있으며, 이때의 정상 진동값은 A재질이 1, B재질이 3이 됨)
또한, 수도관로의 형태에 따른 특징도 고려하여 기준값들을 설정해야 한다(예컨대, 모두 단면이 원인 수도관로들이지만, 원의 반지름의 크기에 따라 같은 양의 물이 수도관로들에 흐를 경우 진동값이 달라지므로, 정상 진동값이 달라짐).
또한, 누수 판단부(120)는 누수 지점을 검지할 수도 있는데, 복수의 센서부(110)로부터 실시간으로 전송되는 신호(진동값)의 전달 속도 및 신호의 크기를 분석하여 누수 지점을 찾아낼 수 있다.
또한, 누수 판단부(120)는 센서부(110)로부터 측정된 진동값을 전송받거나, 센서부(110)의 측정 조건을 제어할 때, 유/무선 통신을 활용할 수 있다.
이때, 통신 연결 방식으로는 국내에 사용이 허가된 주파수 대역 중 가장 안정적인 통신이 가능한 주파수와 '1: 다수'의 실시간 양방향 통신이 가능한 통신 프로토콜이 이용될 수 있다.
또한, 누수 판단부(120)는 누수 현황 표시부(130)로 판단한 누수 현황을 상기와 같은 통신 연결 방식을 이용하여 전송할 수 있다.
누수 판단부(120)는 센서부(110)와 일체화되어 수도관로 상에 설치될 수 있으며, 센서부(110)와 분리되어 소블록용, 중블록용, 대블록용으로 나누어져 수도관로 상이나 외부에 설치될 수 있다.
즉, 중블록용, 대블록용 누수 판단부(120)는 복수의 센서부(110)로부터 전송받은 소블록 단위의 복수의 측정값을 통합하여 센서부(110)가 설치된 지역의 중/대 블록 단위로 전체적인 누수 현황을 판단할 수 있다.
누수 현황 표시부(130)는 누수 판단부(120)로부터 판단된 누수 현황을 소정의 컴퓨터 프로그램을 이용하여 상수관 수도관로도에 표시할 수 있다.
이로 인해, 복수 센서부(110) 설치 위치의 누수 현황을 상수관 수도관로도를 통해 한눈에 볼 수 있으므로, 총체적인 누수 현황을 쉽게 파악할 수 있다.
또한, 누수 현황 표시부(130)는 누수 현황 이외에도 분석 결과, 장기적인 누수 발생 여부(예측), 지속적인 측정 결과를 바탕으로 한 수도관로의 취약도 평가, 블록별 수도관로의 건전도 평가결과를 상수관 수도관로도에 표시할 수 있다.
누수 현황 표시부(130)는 누수 판단부(120)와의 통신 이외에도 효율적인 현장 점검을 위해 설치 위치 표시 및 설치 기기 제어 기능을 가진 GPS와 연동된 이동용 단말로 누수 여부를 판단한 정보를 전송할 수 있다.
이러한 센서부(110), 누수 판단부(120), 및 누수 현황 표시부(130)의 구성으로, 기존 수도관로를 변형할 필요 없이 수도관로에 진동을 측정할 수 있는 센서만 장착하면 되므로 시공상의 어려움 및 추가적인 공사비용의 소비를 줄일 수 있으며, 실시간으로 누수를 검지하여 수도관로의 누수 지점을 보다 신속하게 보수할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 누수 검지 방법의 일 실시예를 나타낸 흐름도이다.
먼저, 누수를 검지하고자 하는 수도관로의 형태, 및 재질에 따른 기준값(초기 기준값)을 상기 언급한 도 3의 설명과 같이 설정하고(S100), 수도관로의 누수를 검지하고자 하는 지점에 설치된 센서부(110)로부터 수도관로의 진동을 측정한 다(S200).
누수 판단부(120)는 센서부(110)로부터 전송받은 측정값 중 최소값(이하, 최소 진동값)과 설정된 초기 기준값을 비교하여 누수 여부를 판단하는데(S300), 최소 진동값과 초기 기준값이 같을 경우에는 누수 비발생 상태로 판단하고(S320), 최소 진동값과 초기 기준값이 다를 경우에는 누수 발생 상태로 판단한다(S310).
누수 판단부(120)는 판단한 누수 현황을 누수 현황 표시부(130)로 전송하고, 누수 현황 표시부(130)는 현장 점검을 위한 외부의 이동용 단말 등으로 상수관 수도관로도 및 상수관 수도관로도에 표시된 누수 현황 등의 정보들을 전송한다(S500).
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 누수 검지 시스템 구성의 일 실시예를 개략적으로 나타낸 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 누수 검지 시스템이 실제 수도관로에 설치되는 실시예를 도시한 도면.
도 3은 기준값 설정 및 누수 발생 여부를 판단하는 예를 그래프화 한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 누수 검지 방법의 일 실시예를 나타낸 흐름도.

Claims (12)

  1. 수도관로에 설치되어, 상기 수도관로에 발생하는 진동을 측정하는 센서부;
    소정 기간 동안 상기 센서부에서 측정한 진동값 중 최소값인 최소 진동값이 초기 기준값보다 클 경우에 누수 발생 상태로 판단하는 누수 판단부; 를 포함하는 누수 검지 시스템으로서,
    상기 센서부는,
    상기 수도관로에 복수로 설치되며,
    상기 누수 판단부는,
    상기 복수의 센서부 각각에서 측정된 진동의 크기와 전달 속도를 분석하여 누수 지점의 위치를 산출하고,
    누수 발생 상태로 판단되었을 경우의 상기 최소 진동값을 신규 기준값으로 설정하고, 상기 신규 기준값이 설정된 이후에 측정된 최소 진동값이 상기 신규 기준값보다 클 경우에 신규 누수 발생 상태로 판단하는 것을 특징으로 하는 누수 검지 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 초기 기준값은,
    상기 수도관로에 누수가 발생하지 않은 경우에 측정된 최소 진동값인 것을 특징으로 하는 누수 검지 시스템.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 누수 판단부는,
    복수의 상기 진동값을 통합하여 상기 센서부가 설치된 지역의 전체적인 누수 현황을 판단하는 것을 특징으로 하는 누수 검지 시스템.
  6. 제 1, 2, 및 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서부는,
    상기 수도관로의 제수변에 설치되는 것을 특징으로 하는 누수 검지 시스템.
  7. (a) 수도관로에 설치되는 센서부에서 상기 수도관로에 발생하는 진동을 측정하는 단계;
    (b) 누수 판단부에서 소정 기간 동안 상기 센서부에서 측정한 진동값 중 최소값인 최소 진동값이 초기 기준값보다 클 경우에 누수 발생 상태로 판단하는 단계; 를 포함하는 누수 검지 방법으로서,
    상기 센서부는,
    상기 수도관로에 복수로 설치되며,
    상기 누수 판단부는
    상기 복수의 센서부 각각에서 측정된 진동의 크기와 전달 속도를 분석하여 누수 지점의 위치를 산출하고,
    상기 (b) 단계 이후에, 누수 발생 상태로 판단되었을 경우의 상기 최소 진동값을 신규 기준값으로 설정하고, 상기 신규 기준값이 설정된 이후에 측정된 최소 진동값이 상기 신규 기준값보다 클 경우에 신규 누수 발생 상태로 판단하는 (c) 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 누수 검지 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 초기 기준값은,
    상기 수도관로에 누수가 발생하지 않은 경우에 측정된 최소 진동값인 것을 특징으로 하는 누수 검지 방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제 7항에 있어서,
    상기 누수 판단부는,
    복수의 상기 진동값을 통합하여 상기 센서부가 설치된 지역의 전체적인 누수 현황을 판단하는 것을 특징으로 하는 누수 검지 방법.
  12. 제 7, 8, 및 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서부는,
    상기 수도관로의 제수변에 설치되는 것을 특징으로 하는 누수 검지 방법.
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