KR101474468B1 - 물 수요 분배 방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일실시예는 물 수요 분배 시스템이 절점별로 물 수요를 분배하는 방법에 있어서, 특정 시간에 실제로 유입되는 유입유량을 측정하는 단계; 상기 특정 시간에 각 절점의 용도지역별 특성 및 시간대별 특성에 따른 물 수요 패턴을 수신하는 단계; 상기 유입유량 및 상기 물 수요 패턴에 기초하여 절점별 물 수요량을 산출하는 단계; 및 상기 산출된 절점별 물 수요량을 상수관망 운영 시스템으로 전송하는 단계를 포함하되, 상기 산출 단계는, 상기 유입유량 및 상기 산출된 절점별 물 수요량과의 오차를 보정하는 단계를 더 포함하는, 물 수요 분배 방법을 제공한다.

Description

물 수요 분배 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR DISTRIBUTING WATER DEMAND}
본 발명은 물 수요 분배 방법 및 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 각 절점의 용도지역별 특성 및 시간대별 특성에 따른 물 수요 패턴을 이용하여 절점별 물 수요량을 각각 산출하여 분배하는 물 수요 분배 방법 및 시스템에 관한 것이다.
도시 지역의 용수 공급을 위하여 설치된 상수관망은 도시 기능을 유지하기 위해 중요한 도시 기반시설 중 하나이다.
현재 국내 상수도 보급률은 특히, 특?광역시의 경우에는 상수도 보급률이 99.9%, 시 지역이 99.1%, 읍 지역이 94.9% 등으로 보급률이 높은 편이다. 그러나, 상수도 통계자료에 따르면, 도시 지역 및 농촌 지역에 설치되어 있는 상수관망의 전국 평균 유수율은 83.5%이며, 90% 이상의 세계 최고 수준의 유수율에 비하여 낮다.
유수율은 정수장에서 생산한 수돗물이 각 가정에 도달하는 양을 백분율로 환산한 수치로(예, 징수율/공급율(%)), 유수율이 낮으면 정수장에서 생산된 물이 정상적으로 사용되지 못 하고, 공급 과정에서 손실되는 양이 많다는 의미이다.
따라서, 상수관망 내 유수율을 향상시키기 위해, 누수 저감, 계량기 설치, 압력 조절 등 다양한 방법이 적용되고 있다. 그 중에서, 수리 및 수질해석을 수행하는 상수관망 최적관리시스템은 정밀하고 신뢰할 수 있는 방법 중의 하나이다.
상수관망 최적관리시스템은 미국 환경청(U.S. EPA)에서 개발한 공개 프로그램인 EPANET2 모델을 수리 및 수질해석 모델로 적용하고 있다. EPANET2 모델은 상용 프로그램들과 비슷한 수준의 정확도를 나타내 가장 많이 사용하는 프로그램으로 알려져 있다.
EPANET2 모델은 도 1과 같이 상수관망 내의 주요 절점에 대한 물 수요를 충족시키기 위한 공급유량, 상수관망 규모, 잔류수압, 수질 등을 예측할 수 있다.
EPANET2 모델은 상수관망 내 수리학적 특성을 온라인 유량계와 연계하여 실시간으로 파악하고 수용가(需用家)가 위치하고 있는 각 절점의 잔류수압 및 수질을 예측함으로써, 상수관망의 유지보수 및 운영상태 등을 평가하기에 적합하여, 설계 단계뿐만 아니라 운영단계에서도 많이 사용되고 있다.
상수관망 최적관리시스템은 이러한 EPANET2 모델을 실제 상수관망의 운영 조건에 부합되게 적용하기 위해, 도 2에서 도시된 바와 같은 물 수요(Water Demand) 변화를 반영해야만 한다. 이를 위해, 상수관망 최적관리시스템은 상수관망 내 유입되는 유량계를 설치하고, 측정되는 유입유량 값을 각 절점 또는 수요처에 적정 비율로 분배하여 수리 모델링을 수행한다.
종래에는, 도 1의 각 절점에 초기 적용된 물 수요 분배비율에 따라 다음 식과 같이 측정된 유입유량 값을 시간에 따라 배분하는 방법이 적용되었다.
Figure 112013044680134-pat00001
여기서, Qb는 총 기본 물 수요량이고, Qn은 n 절점에서의 기본 물 수요량이다.
총 기본 물 수요량은 상기 식을 이용하여 각 절점에서의 기본 물 수요량을 합산한 값으로 초기에 결정되고, 실제 운영시에는 온라인 유량계의 측정값(Qt)과 총 기본 물 수요량(Qb)의 비율을 이용하여 보정계수(α)가 산출된다.
Figure 112013044680134-pat00002
여기서, Qt는 특정 시간에 측정된 공급유량, 즉 실제 물 수요량을 의미하고, α는 보정계수이다.
산출된 보정계수(α) 값은 전체 상수관망 각각의 절점(Q₁, Q₂, …, Qn)에 대하여 적용되어, 특정 시간에서의 기본 물 수요(Base water demand)량에 일괄 적용된다.
Figure 112013044680134-pat00003
하지만, 이러한 방법은 각 절점의 특성이 시간대별로 균일(Homogenous)하다는 조건이 적용되어야 유효하다.
그러나, 실제 상수관망에서는 시간대별 물수요 패턴(Pattern)이 물수요 지점에 따라 상이한 경우가 대부분이다. 예를 들어, 주거 지역은 주간에 주로 물 소비가 많고, 심야 시간대에는 거의 사용하지 않는 반면에, 상업 지역은 주간뿐 아니라 야간에도 물 수요가 발생하는 경우가 빈번하기 때문에, 실제 상수관망은 상기 방법과 같이 각 절점의 물 수요 특성을 동일하게 적용할 수 없다.
이러한 문제가, 대부분의 상수관망 최적관리시스템에는 반영되고 있지 않기 때문에, 실제 상수관망에서의 잔류수압 변화(도 3)를 정확히 모의(Simulation)하지 못하고 있는 실정이다.
이와 같이, 상수관망 최적관리시스템이 각 절점의 물 수요 변화 특성을 반영하지 않는 경우에는 수리학적 시뮬레이션의 결과가 부정확하게 되고, 다음과 같은 문제를 발생하게 된다.
각 절점에서의 잔류수압(Residual Pressure) 예측으로 인한 상수관망 내 압력제어 오차가 발생할 수 있으며, 상수관망 내 압력제어 오차는 상수관망 내 누수율 및 노후도 증가의 원인이 될 수 있다. 또한, 수리모델링 결과를 이용하는 수질 모델링이 부정확함에 따라 잔류염소 주입량에 대한 오차가 발생할 수 있다.
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 용도지역별 특성 및 시간대별 특성에 따른 물 수요 패턴을 이용하여 절점별 물 수요량을 각각 산출하여 분배하고자 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일실시예는 물 수요 분배 시스템이 절점별로 물 수요를 분배하는 방법에 있어서, 특정 시간에 실제로 유입되는 유입유량을 측정하는 단계; 상기 특정 시간에 각 절점의 용도지역별 특성 및 시간대별 특성에 따른 물 수요 패턴을 수신하는 단계; 상기 유입유량 및 상기 물 수요 패턴에 기초하여 절점별 물 수요량을 산출하는 단계; 및 상기 산출된 절점별 물 수요량을 상수관망 운영 시스템으로 전송하는 단계를 포함하되, 상기 산출 단계는, 상기 유입유량 및 상기 산출된 절점별 물 수요량과의 오차를 보정하는 단계를 더 포함하는, 물 수요 분배 방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 오차 보정 단계는, 퍼지(Fuzzy) 함수를 이용하여 상기 오차를 보정하기 위한 오차 보정계수를 산출하는 단계; 및 상기 산출된 오차 보정계수에 기초하여 상기 오차가 보정된 절점별 물 수요량을 재산출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 절점별 물 수요량 산출 단계는, 상기 유입유량 및 미리 설정된 총 기본 물 수요량에 기초하여 전체 물 수요 분배비율을 산출하는 단계; 및 상기 전체 물 수요량 분배비율, 상기 용도지역별 특성에 따른 각 절점의 물 수요 보정계수 및 상기 특정 시간에 미리 설정된 각 절점의 기본 물 수요량 중 적어도 하나에 기초하여 상기 절점별 물 수요량을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 용도지역은, 주거 지역, 상업 지역, 공업 지역 및 기타 지역 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 물 수요 패턴 수신 단계는, 지리정보시스템(GIS; Geographic Information System)으로부터 상기 용도지역별 특성을 수신하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는 절점별로 물 수요를 분배하는 물 수요 분배 시스템에 있어서, 특정 시간에 실제로 유입되는 유입유량을 측정하는 유입유량 측정부; 상기 특정 시간에 각 절점의 용도지역별 특성 및 시간대별 특성에 따른 물 수요 패턴을 수신하는 물 수요 패턴 수신부; 상기 유입유량 및 상기 물 수요 패턴에 기초하여 절점별 물 수요량을 산출하는 절점별 물 수요량 산출부; 및 상기 산출된 절점별 물 수요량을 상수관망 운영 시스템으로 전송하는 전송부를 포함하되, 상기 절점별 물 수요량 산출부는 유입유량 및 상기 산출된 절점별 물 수요량과의 오차를 보정하는 오차 보정부를 포함하는, 물 수요 분배 시스템을 제공한다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 오차 보정부는, 퍼지(Fuzzy) 함수를 이용하여 상기 오차를 보정하기 위한 오차 보정계수를 산출하고, 상기 절점별 물 수요량 산출부는 상기 산출된 오차 보정계수에 기초하여 상기 오차가 보정된 절점별 물 수요량을 재산출할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 절점별 물 수요량 산출부는, 상기 유입유량 및 미리 설정된 총 기본 물 수요량에 기초하여 산출된 전체 물 수요 분배비율, 상기 용도지역별 특성에 따른 각 절점의 물 수요 보정계수 및 상기 특정 시간에 미리 설정된 각 절점의 기본 물 수요량 중 적어도 하나에 기초하여 상기 절점별 물 수요량을 산출할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 용도지역은, 주거 지역, 상업 지역, 공업 지역 및 기타 지역 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 물 수요 패턴 수신부는, 지리정보시스템(GIS; Geographic Information System)으로부터 상기 용도지역별 특성을 수신할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 용도지역별 특성 및 시간대별 특성에 따른 물 수요 패턴에 기초하여 절점별 물 수요량을 산출함으로써, 지역 특성이나 시간에 따라 변화하는 물 수요와의 오차를 최소화하여, 신뢰도 높은 수리 및 수질 모델링을 수행할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 일반적인 도시 지역의 상수관망도의 일 예를 도시한 도면이다.
도 2는 일일 물 수요 변화의 일 예를 도시한 도면이다.
도 3은 일일 잔류 수압 변화의 일 예를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 상수관망 운영 관리 시스템의 개요도이다.
도 5는 물 수요량의 오차 보정을 위한 퍼지 함수의 일 예를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 의한 물 수요 분배 시스템의 구성을 나타내는 구성도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 의한 물 수요 분배 방법을 나타내는 흐름도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 상수관망 운영 관리 시스템의 개요도이다.
도 4를 참조하면, 상수관망 운영 관리 시스템은 유량계(100), 물 수요 분배 시스템(200) 및 상수관망 운영 시스템(300)을 포함한다.
상수관망 운영 관리 시스템의 각 구성들은 네트워크를 통해, 통신을 수행할 수 있는데, 네트워크는 근거리 통신망(Local Area Network; LAN), 광역 통신망(Wide Area Network; WAN) 또는 부가가치 통신망(Value Added Network; VAN) 등과 같은 유선 네트워크나 이동 통신망(mobile radio communication network) 또는 위성 통신망 등과 같은 모든 종류의 무선 네트워크로 구현될 수 있다.
유량계(100)는 상수도에서 상수관망으로 실제로 유입(공급)되는 유입유량을 측정한다. 또한, 유량계(100)는 측정된 유입유량 값을 물 수요 분배 시스템(200)으로 전송할 수 있다. 유량계(100)는 물 수요 분배 시스템(200)에 포함될 수도 있으나, 이에 한정되지 않는다.
물 수요 분배 시스템(200)은 특정 시간에 실제로 유입되는 유입유량을 측정하고 각 절점의 용도지역별 특성 및 시간대별 특성에 따른 물 수요 패턴을 수신하며, 이에 기초하여 절점별 물 수요량을 산출하고 산출된 절점별 물 수요량을 상수관망 운영 시스템(300)으로 전송하여, 절점별로 각각 산출된 물 수요량만큼 분배하도록 한다.
여기서, 특정 시간은 절점별 물 수요량을 산출하기 위해 미리 정해진 시간으로, 예를 들어, 특정 시간은 주기적으로(매 시간 또는 일정 간격의 시간 등) 반복되도록 시스템 운영자에 의해 설정될 수 있다. 용도지역은, 주거 지역, 상업 지역, 공업 지역 및 기타 지역 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
물 수요 분배 시스템(200)은 유입유량 및 미리 설정된 총 기본 물 수요량에 기초하여 산출된 전체 물 수요 분배비율, 용도지역별 특성에 따른 각 절점의 물 수요 보정계수 및 특정 시간에 미리 설정된 각 절점의 기본 물 수요량 중 적어도 하나에 기초하여 절점별 물 수요량을 산출할 수 있다. 이때, 각 절점의 기본 물 수요량은 과거 운영 자료 등에 기초하여 미리 설정될 수 있다.
또한, 물 수요 분배 시스템(200)은 유입유량과 산출된 절점별 물 수요량과의 오차를 보정하는 절차를 수행하여, 실제 유입유량에 근접한 물 수요량을 산출할 수 있다. 즉, 물 수요 분배 시스템(200)은 퍼지(Fuzzy) 함수를 이용하여 상기 오차를 보정하기 위한 오차 보정계수를 산출하고, 산출된 오차 보정계수에 기초하여 유입유량과 산출된 절점별 물 수요량과의 오차가 보정된 절점별 물 수요량을 재산출할 수 있다.
상수관망 운영 시스템(300)은 물 수요 분배 시스템(200)으로부터 산출된 절점별 물 수요량을 수신한다. 상수관망 운영 시스템(300)은 수신된 절점별 물 수요량에 따라 각 절점에 물을 공급할 수 있다. 이때, 상수관망 운영 시스템(300)은 해당 시각의 수리 및 수질 모델링을 수행할 수 있다.
이로 인해, 상수관망 운영 시스템(300)은 각 절점의 물 수요에 맞게 공급하여, 절점별 특성을 반영하여 물을 적절하게 분배할 수 있다.
이하에서는, 물 수요 분배 시스템(200)이 절점별 물 수요량을 산출하는 방식에 대해 자세히 설명하기로 한다.
먼저, 물 수요 분배 시스템(200)은 특정 시간에 실제 유입되는 유입유량 값을 측정하고, 각 절점의 용도지역별 특성 및 시간대별 특성에 따른 물 수요 패턴을 수신한다. 이를 근거하여, 다음의 [수학식 1]과 같이 전체 물 수요 분배 비율(
Figure 112013044680134-pat00004
)이 산출된다.
[수학식 1]
Figure 112013044680134-pat00005
여기서, Qb는 총 기본 물 수요량, Qt는 특정 시간에 측정된 공급유량(실제 물 수요량),
Figure 112013044680134-pat00006
는 특정 시간대의 전체 물 수요 보정계수이다.
즉, [수학식 1]을 이용하여 특정시간의 전체 물 수요 보정계수(
Figure 112013044680134-pat00007
)가 산출된다.
다음으로, 각 절점에 대한 물 수요 보정계수(
Figure 112013044680134-pat00008
)는 다음의 [수학식 2]를 이용하여 계산된다.
[수학식 2]
Figure 112013044680134-pat00009
여기서,
Figure 112013044680134-pat00010
은 주거지역의 각 절점별 오차 보정계수,
Figure 112013044680134-pat00011
은 상업지역의 각 절점별 오차 보정계수,
Figure 112013044680134-pat00012
은 공업지역의 각 절점별 오차 보정계수,
Figure 112013044680134-pat00013
은 기타 지역의 각 절점별 오차 보정계수,
Figure 112013044680134-pat00014
은 특정 시간의 전체 물 수요 보정계수,
Figure 112013044680134-pat00015
은 주거지역의 각 절점별 물 수요 보정계수,
Figure 112013044680134-pat00016
은 상업지역의 각 절점별 물 수요 보정계수,
Figure 112013044680134-pat00017
은 공업지역의 각 절점별 물 수요 보정계수,
Figure 112013044680134-pat00018
은 기타 지역의 각 절점별 물 수요 보정계수,
Figure 112013044680134-pat00019
은 특정 시간의 각 절점별, 용도지역 특성별 실제 물 수요량,
Figure 112013044680134-pat00020
은 특정 시간의 각 절점별, 용도지역 특성별 기본 물 수요량이다.
[수학식 1]에 의해 산출된 특정 시간의 전체 물 수요 보정계수(
Figure 112013044680134-pat00021
)는 [수학식 2]에서 주거 지역, 상업 지역, 공업 지역, 기타 지역의 물 수요 보정계수(
Figure 112013044680134-pat00022
,
Figure 112013044680134-pat00023
,
Figure 112013044680134-pat00024
,
Figure 112013044680134-pat00025
)로써 상수로 사용되나, 보정계수를 결정하는 매개변수(parameter)의 값이 변경되는 경우에는 변경된 값을 적용하여 재계산될 수 있다. 이러한 경우에는, 재계산된 특정 시간의 전체 물 수요 보정계수(
Figure 112013044680134-pat00026
) 값이 주거 지역, 상업 지역, 공업 지역, 기타 지역의 물 수요 보정계수(
Figure 112013044680134-pat00027
,
Figure 112013044680134-pat00028
,
Figure 112013044680134-pat00029
,
Figure 112013044680134-pat00030
)로 재사용될 수 있다.
각 절점에 대한 물 수요 보정계수(
Figure 112013044680134-pat00031
)를 산출하는 방법에 다변수 회귀분석(Multiple Regression Analysis)이 이용될 수 있다. 여기서, 다변수 회귀분석은 하나의 종속변수에 영향을 미치는 여러 인자들의 영향을 서로 보정하여 각 인자들이 실제로 미치는 영향의 정도를 하나의 모형으로 설명할 수 있게 해준다.
즉, 다변수 회귀분석은 하나의 출력계열에 여러 개의 입력계열이 선형적으로 유의한 영향을 미치는 경우에 출력계열과 여러 개의 입력 계열을 선형적으로 결합한 것으로, 출력계열을 종속변수라 하고 입력계열을 독립변수라 하면, 물 수요에 영향을 미치는 인자(용도지역, 시간 등)들은 독립변수, 보정계수는 종속변수가 될 수 있다. 이를 식으로 표현하면 다음과 같다.
Figure 112013044680134-pat00032
여기서, β는 용도지역, 기온, 시각 등에 대한 상수, X는 용도지역, 기온, 시각 등에 대한 매개변수, Y는 보정계수, ε는 오차이다.
Y값은 다음과 같은 매트릭스를 계산하여 산출될 수 있다.
Figure 112013044680134-pat00033
다변수 회귀분석을 통해, 용도지역별 특성 및 시간대별 특성에 따른 물 수요 패턴이 반영된 각 절점에 대한 물 수요 보정계수(
Figure 112013044680134-pat00034
)가 산출될 수 있다.
다음으로, 산출된 결과와 실제 측정된 값, 즉 유입유량과의 오차를 보정하기 위해, 퍼지(Fuzzy) 함수를 이용하는 오차 보정계수(f; 가중치 보정계수)가 적용될 수 있다.
도 5는 물 수요량의 오차 보정을 위한 퍼지 함수의 일 예를 도시한 도면이다.
도 5에 도시된 퍼지 함수를 이용하여, 이미 산출된 각 절점별 물 수요 분배비율(각 절점에 대한 물 수요 보정계수(
Figure 112013044680134-pat00035
))과 과거 운영 자료를 비교함으로써, 현재 발생 가능한 물 수요 패턴에 대한 오차 보정이 수행될 수 있다.
퍼지 함수에 의한 가중치 값(Weighting value) 및 보정계수의 산출 방법은 다음 식과 같다.
Figure 112013044680134-pat00036
이와 같이, 물 수요 분배 시스템(200)은 다변수 회귀분석을 이용하여 용도지역별 특성 및 시간대별 특성에 따른 물 수요 패턴을 반영하고, 퍼지 함수를 이용하여 물 수요 패턴에 대한 오차를 보정하는 방법을 통하여 각 절점별 물 수요 보정계수(각 절점별 물 수요 분배비율)를 산출하고, [수학식 3]을 이용하여 특정 시간에서의 각 절점에 대한 실제 물 수요량을 산출한다.
[수학식 3]
Figure 112013044680134-pat00037
이와 같은 방법으로 산출된 각 절점의 물 수요량은 상수관망 운영 시스템으로 전송되어, 해당 시각에서의 수리 및 수질모델링을 수행하는데 활용될 수 있다.
물 수요 분배 시스템(200)은 각 절점의 물 수요량에 보정계수를 동일하게 적용한 종래의 방식과 다르게, 지역 특성과 시간에 따른 물 수요 패턴을 반영하여 보정계수 값을 절점별로 각각 적용할 수 있다. 따라서, 물 수요 분배 시스템(200)은 각 절점이 주거, 상업 지역 등의 지역 특성 및 시간에 따른 물 수요 패턴이 상이한 경우에, 보정계수 값을 절점별로 상이하게 설정할 수 있으며, 이로 인해, 산출된 절점별 물 수요량과 실제 물 수요와의 오차를 최소화할 수 있다는 이점이 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 의한 물 수요 분배 시스템의 구성을 나타내는 구성도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 물 수요 분배 시스템(200)은 유입유량 측정부(210), 물 수요 패턴 수신부(220), 절점별 물 수요량 산출부(230), 오차 보정부(232) 및 전송부(240)를 포함한다.
유입유량 측정부(210)는 특정 시간에 실제로 유입되는 유입유량을 측정한다. 유입유량 측정부(210)는 유량계를 포함할 수 있고, 유량계에 의해 유입유량을 측정할 수도 있다. 또한, 유입유량 측정부(210)는 별도로 구비된 유량계로부터 측정된 유입유량 값을 수신할 수도 있으나, 이에 한정되지 않는다.
물 수요 패턴 수신부(220)는 특정 시간에 각 절점의 용도지역별 특성 및 시간대별 특성에 따른 물 수요 패턴을 수신한다. 즉, 물 수요 패턴 수신부(220)는 지리정보시스템(GIS; Geographic Information System)으로부터 특정 시간에서의 용도지역별 특성을 수신할 수 있다. 용도지역은, 주거 지역, 상업 지역, 공업 지역 및 기타 지역 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이때, 물 수요 패턴 수신부(220)는 절점별 인구 정보를 함께 수신할 수도 있으나 이에 한정되지 않는다.
한편, 물 수요 분배 시스템(200)은 특정 시간에 측정되는 유입유량 값, 물 수요 패턴 등을 시간대별, 절점별로 구분하여 저장하는 저장부(미도시)를 더 포함할 수도 있다.
절점별 물 수요량 산출부(230)는 특정 시간에 측정된 유입유량 및 특정 시간에 각 절점의 용도지역별 특성 및 시간대별 특성에 따른 물 수요 패턴에 기초하여 절점별 물 수요량을 산출한다.
절점별 물 수요량 산출부(230)는 전체 물 수요 보정계수, 용도지역별 특성에 따른 각 절점의 물 수요 보정계수 및 특정 시간에 미리 설정된 각 절점의 기본 물 수요량 중 적어도 하나에 기초하여 절점별 물 수요량을 산출할 수 있다. 이때, 각 절점의 기본 물 수요량은 과거 운영 자료에 기초하여 미리 설정될 수 있다. 예를 들어, 각 절점의 기본 물 수요량은 과거 일정 기간 내에 용도지역별 및 시간대별 각 절점의 물 수요량에 대한 평균치로 설정될 수도 있으나, 이에 한정되지 않는다.
이를 위해, 절점별 물 수요량 산출부(230)는 유입유량 및 미리 설정된 총 기본 물 수요량에 기초하여 전체 물 수요 보정계수를 산출할 수 있다. 예를 들어, 절점별 물 수요량 산출부(230)는 측정된 유입유량 값과 총 기본 물 수요량의 비율을 이용하여 전체 물 수요 보정계수를 산출할 수 있다. 또한, 절점별 물 수요량 산출부(230)는 용도지역별 특성에 따른 각 절점의 물 수요 보정계수를 산출할 수 있다.
절점별 물 수요량 산출부(230)는 후술할 오차 보정부(232)에 의해 산출된 오차 보정계수에 기초하여 오차가 보정된 절점별 물 수요량을 재산출할 수 있다. 예를 들어, 절점별 물 수요량 산출부(230)는 이미 산출된 절점별 물 수요량에 오차 보정계수를 적용하여 물 수요 패턴에 대한 오차가 보정된 절점별 물 수요량을 재산출할 수 있다.
한편, 절점별 물 수요량 산출부(230)는 오차 보정부(232)를 더 포함할 수 있다.
오차 보정부(232)는 유입유량 및 산출된 절점별 물 수요량과의 오차를 보정한다.
오차 보정부(232)는 퍼지(Fuzzy) 함수를 이용하여 상기 오차를 보정하기 위한 오차 보정계수를 산출할 수 있다. 즉, 오차 보정부(232)는 이미 산출된 절점별 물 수요량(또는 절점별 물 수요 분배비율)과 과거 운영 자료를 비교하여 물 수요 패턴에 대한 오차 보정을 수행할 수 있도록 오차 보정계수를 산출할 수 있다.
전송부(240)는 산출된 절점별 물 수요량을 상수관망 운영 시스템으로 전송한다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 의한 물 수요 분배 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 물 수요 분배 시스템(200; 도4 내지 6 참조)은 특정 시간인지 여부를 판단한다(S710).
판단 결과, 특정 시간이 된 경우, 물 수요 분배 시스템(200)은 특정 시간에 실제로 유입되는 유입유량을 측정한다(S720). 이때, 물 수요 분배 시스템(200)은 별도로 구비된 유량계로부터 측정된 유입유량 값을 수신할 수도 있으나, 이에 한정되지 않는다.
물 수요 분배 시스템(200)은 특정 시간에 각 절점의 용도지역별 특성 및 시간대별 특성에 따른 물 수요 패턴을 수신한다(S730). 이때, 물 수요 패턴 수신부(220)는 지리정보시스템(GIS; Geographic Information System)으로부터 특정 시간에서의 용도지역별 특성 정보와 함께 절점별 인구 정보를 수신할 수도 있다.
물 수요 분배 시스템(200)은 특정 시간에 측정된 유입유량 및 특정 시간에 각 절점의 용도지역별 특성 및 시간대별 특성에 따른 물 수요 패턴에 기초하여 절점별 물 수요량을 산출한다(S740). 물 수요 분배 시스템(200)은 유입유량 및 미리 설정된 총 기본 물 수요량에 기초하여 산출된 전체 물 수요 분배비율(전체 물 수요 보정계수), 용도지역별 특성에 따른 각 절점의 물 수요 보정계수 및 특정 시간에 미리 설정된 각 절점의 기본 물 수요량 중 적어도 하나에 기초하여 절점별 물 수요량을 산출할 수 있다.
물 수요 분배 시스템(200)은 퍼지(Fuzzy) 함수를 이용하여 상기 오차를 보정하기 위한 오차 보정계수를 산출할 수 있다(S750).
물 수요 분배 시스템(200)은 산출된 오차 보정계수에 기초하여 오차가 보정된 절점별 물 수요량을 재산출할 수 있다(S760).
물 수요 분배 시스템(200)은 절점별 물 수요량을 상수관망 운영 시스템으로 전송한다(S770).
종래의 방식은 각 절점의 물 수요량에 동일한 보정계수 값을 적용하여 각 절점의 용도지역별 특성이나 시간대별 특성이 반영되지 못 하였으나, 본 발명에 의한 방식은, 용도지역별 특성 및 시간대별 특성에 따른 물 수요 패턴을 적용하여 절점별 특성을 반영한 물 수요량을 산출하여 분배할 수 있다.
즉, 본 발명의 일실시예에 의한 물 수요 분배 시스템(200)은 실제 측정되는 유입유량 값과 각 절점의 용도지역별 특성, 시간대별 특성에 따른 물 수요 패턴에 기초하여 실제 조건에 부합한 각 절점별 물 수요량을 산출하고, 현재 발생 가능한 물 수요 패턴에 대한 오차 보정을 수행하는 것으로, 시간대별, 일별, 월별, 계절별로 변화하는 물 수요를 실제 값에 가깝게 분배함으로써, 종래의 방식에서 발생하는 오차를 최소화하고 상수관망 운영에 필수적인 수압과 수질을 보다 정확히 예측할 수 있도록 하여 경제적이고 효율적인 물 공급 시스템의 운영이 가능할 수 있다. 이로 인해, 물 수요 분배 시스템(200)은 종래의 방식에 비하여 상수관망 내에서 신뢰도가 높은 수리 및 수질 모델링을 수행할 수 있고, 상수관망의 누수저감, 원활한 용수공급, 적정 잔류염소 주입량 제어 등이 가능할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 유량계
200: 물 수요 분배 시스템
210: 유입유량 측정부
220: 물 수요 패턴 수신부
230: 절점별 물 수요량 산출부
232: 오차 보정부
240: 전송부
300: 상수관망 운영 시스템

Claims (10)

  1. 물 수요 분배 시스템이 절점별로 물 수요를 분배하는 방법에 있어서,
    특정 시간에 실제로 유입되는 유입유량을 측정하는 단계;
    상기 특정 시간에 각 절점의 용도지역별 특성 및 시간대별 특성에 따른 물 수요 패턴을 수신하는 단계;
    상기 유입유량 및 상기 물 수요 패턴에 기초하여 절점별 물 수요량을 산출하는 단계; 및
    상기 산출된 절점별 물 수요량을 상수관망 운영 시스템으로 전송하는 단계를 포함하되,
    상기 산출 단계는, 상기 유입유량 및 미리 설정된 총 기본 물 수요량에 기초하여 전체 물 수요 분배비율을 산출하는 단계;
    상기 전체 물 수요량 분배비율, 상기 용도지역별 특성에 따른 각 절점의 물 수요 보정계수 및 상기 특정 시간에 미리 설정된 각 절점의 기본 물 수요량 중 적어도 하나에 기초하여 상기 절점별 물 수요량을 산출하는 단계; 및
    상기 유입유량 및 상기 산출된 절점별 물 수요량과의 오차를 보정하는 단계를 더 포함하며,
    상기 오차 보정 단계는, 퍼지(Fuzzy) 함수 및 다변수 회귀분석의 조합을 이용하여 상기 오차를 보정하기 위한 오차 보정계수를 산출하는 단계; 및
    상기 산출된 오차 보정계수에 기초하여 상기 오차가 보정된 절점별 물 수요량을 재산출하는 단계를 포함하는, 물 수요 분배 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 용도지역은, 주거 지역, 상업 지역, 공업 지역 및 기타 지역 중 적어도 하나를 포함하는, 물 수요 분배 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 물 수요 패턴 수신 단계는,
    지리정보시스템(GIS; Geographic Information System)으로부터 상기 용도지역별 특성을 수신하는 단계를 포함하는, 물 수요 분배 방법.
  6. 절점별로 물 수요를 분배하는 물 수요 분배 시스템에 있어서,
    특정 시간에 실제로 유입되는 유입유량을 측정하는 유입유량 측정부;
    상기 특정 시간에 각 절점의 용도지역별 특성 및 시간대별 특성에 따른 물 수요 패턴을 수신하는 물 수요 패턴 수신부;
    상기 유입유량 및 상기 물 수요 패턴에 기초하여 절점별 물 수요량을 산출하는 절점별 물 수요량 산출부; 및
    상기 산출된 절점별 물 수요량을 상수관망 운영 시스템으로 전송하는 전송부를 포함하되,
    상기 절점별 물 수요량 산출부는 유입유량 및 상기 산출된 절점별 물 수요량과의 오차를 보정하는 오차 보정부를 포함하며,
    상기 오차 보정부는 퍼지(Fuzzy) 함수 및 다변수 회귀분석의 조합을 이용하여 상기 오차를 보정하기 위한 오차 보정계수를 산출하고,
    상기 절점별 물 수요량 산출부는, 상기 유입유량 및 미리 설정된 총 기본 물 수요량에 기초하여 산출된 전체 물 수요 분배비율, 상기 용도지역별 특성에 따른 각 절점의 물 수요 보정계수 및 상기 특정 시간에 미리 설정된 각 절점의 기본 물 수요량 중 적어도 하나에 기초하여 상기 절점별 물 수요량을 산출하며, 상기 산출된 오차 보정계수에 기초하여 상기 오차가 보정된 절점별 물 수요량을 재산출하는, 물 수요 분배 시스템.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 용도지역은, 주거 지역, 상업 지역, 공업 지역 및 기타 지역 중 적어도 하나를 포함하는, 물 수요 분배 시스템.
  10. 제 6 항에 있어서, 상기 물 수요 패턴 수신부는,
    지리정보시스템(GIS; Geographic Information System)으로부터 상기 용도지역별 특성을 수신하는, 물 수요 분배 시스템.
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