KR101556590B1 - 상수도 수용가의 원격검침데이터를 활용한 상수관망 누수분석 방법 및 그 시스템 - Google Patents

상수도 수용가의 원격검침데이터를 활용한 상수관망 누수분석 방법 및 그 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 상수도 사업대상지역에 원격검침기를 설치한 일부 지역을 표본으로 하여 비원격검침지역을 포함한 사업대상지역 전체에 대한 상수관망의 누수량을 분석하는 방법과 시스템에 관한 것으로, (a) 상수도 사업지역에서 누수량을 산정하기 위한 누수량 산정모듈은 유량측정값 중 최소값(L/hr)을 소블록별로 산정하는 최소공급량(QI -M) 산정단계; (b) 상기 누수량 산정모듈은 원격검침지역과 비원격검침지역으로 구분하여 소블록별로 산정하는 야간사용량(QU -N) 산정단계; (c) 상기 누수량 산정모듈은 비원격검침지역에 대하여 야간사용량과 비례관계에 있는 최소공급량 데이터를 이용하여 소블록별로 야간사용량 보정계수(FU -N) 산정단계; (d) 상기 누수량 산정모듈은 원격검침지역과 비원격검침지역을 각각 구분하여 최소공급량을 이용하여 누수량을 소블록별로 산정하는 야간누수량(LN) 산정단계, 및 (e) 상기 누수량 산정모듈은 산정된 야간누수량에 압력계수(PF)를 적용하여 일평균 누수량을 소블록별로 산정하는 일평균 누수량(Lave .) 산정단계를 수행하는 것이다. 본 발명은 원격검침지역에서는 실측값을 이용하여 누수분석을 실시하고 비원격검침지역에서는 동일사업지역의 원격검침지역에서 도출한 계수값을 적용한 누수분석을 실시함과 더불어, 고정된 하나의 계수값을 적용하는 것이 아니라 측정데이터를 통해 실시간으로 도출한 계수값을 적용함으로써 사업대상지역의 특성과 계절적 영향을 반영하여 누수분석을 하고, 이를 통해 누수량을 보다 정확하고 현실적으로 파악할 수 있도록 한 것이다.

Description

상수도 수용가의 원격검침데이터를 활용한 상수관망 누수분석 방법 및 그 시스템 {Method for Analysis Water leakage of Water Pipe Network Using Remote Metering Data of Water Supply Customer and System thereof}
본 발명은 상수도 수용가의 원격검침데이터를 활용하여 상수관망의 누수를 분석하는 방법과 그 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상수도 사업대상지역에 원격검침기를 설치한 일부 지역을 표본으로 하여 비원격검침지역을 포함한 사업대상지역 전체에 대한 상수관망의 누수량을 분석하는 방법과 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 최근 상수도의 유수율 제고를 위해 지자체별로 유수율 제고사업을 추진하고 있다. 유수율 제고사업은 상수도 유수율을 높이기 위해 상수도 노후관 등 시설물 교체 및 불용관 정비, 노후계량기 교체 등을 실시하고 있으며, 유수율의 지속적인 감시 및 관리를 위해 유량계를 설치하고 블록관리시스템을 구축하게 된다.
한편, 블록관리시스템에서는 정수장에서 정수과정을 거친 상수가 가정이나 사무실로 공급되기 전에 다수개의 배수지를 거치게 되고 하나의 정수장이 다수개의 배수지를 거쳐 상수를 공급하는 구역을 대블록이라 하고, 상기 다수개의 배수지 각각이 상수를 공급하는 급수구역을 중블록이라 하며, 상기 중블록 내에서도 상수는 배수지와 연결된 배수본관을 거쳐 배수본관과 연결된 배수지관을 통해 최종적으로 가정이나 사무실로 공급되는데 이러한 배수지관별로의 급수구역을 소블록이라고 한다.
상기 유수율(Revenue Water Ratio)은 유수수량과 공급수량의 비율로, 상수도시설기준에서는 '유수수량을 배수량으로 나누어 백분율로 나타낸 것' 이고, 서울시 상수도사업본부의 상수도용어집에서는 '정수장에서 생산하여 공급된 총 송수량 중에서 요금수입으로 받아들여진 수량의 비율' 로 정의하고 있다. 따라서 유수율 산정의 대상구역이 배수구역일 경우에는 배수량이 공급수량이 되므로 '유수량과 배수량의 비율' 을 유수율로 정의하고, 대상구역이 지자체단위의 행정구역일 경우에는 생산량(=송수시점의 합계)이 공급수량이 되므로 '유수수량과 생산량의 비율'을 유수율로 정의한다. 유수율을 산출하는 공식은 (유수수량 / 생산량) * 100 이다. 또한, 유효율(Effective Water Ratio)은 유효수량과 공급수량의 비율이다.
종래에 상수도 사용량의 검침은 검침인력이 각 수용가를 방문하여 수용가에 설치된 계량기를 검침 및 기록하고 수집한다. 블록관리시스템에서 복수의 블록 단위로 해당 검침 인원이 검침을 하고, 이로 인하여 블록별로 해당하는 검침원이 각기 다른 시기에 검침을 실시하고 있다. 즉, 소블록별 유수율 및 누수량 등은 통상 월별로 이루어지고 있고 월 단위 유수율/누수량은 실시간 계측되는 공급유량데이터와 월별로 수집되는 수용가 검침량을 토대로 분석하고 있는데, 월 단위 분석에서는 소블록별 수용가 검침량을 산정하기 위해 검침원은 수용가 계량기에 표시된 검침량을 직접 수집하게 되는데 현실적으로 검침원에 의해 소블록내 전체 수용가에서 동일 일자 및 시간대에 검침데이터를 검침하고 수집할 수 없는 형편이다. 따라서 유수율과 누수량 산정 방법은 소블록내 유입지점에 계측기를 설치하여 실시간 측정된 데이터의 월 합계와 월 단위로 측정되는 검침원에 의한 소블록별 수용가 검침데이터 및 무수수량의 집계를 통하여 산정하고 있으나 측정기간의 차이로 인하여 정확한 산정으로 볼 수 없다.
이와 더불어 상수도 수용가에 원격검침기를 설치하여 실시간으로 사용량을 파악하고 이를 통해 상수관망의 상태를 종합적으로 분석할 수 있으나, 사업예산 부족 등의 이유로 원격검침기는 전체지역에 설치되지 못하고 일부 지역에 국한되어 설치하고 있는 상태이다.
또한, 상수관망의 누수량 분석은 '야간최소유량 시점의 누수량을 산정하는 방식'을 적용하고 있다. 야간최소유량 산정 방식은 가정야간사용량, 비가정야간사용량 등의 계수값으로 누수량을 분석하고 있다. 그러나 누수량 분석에 적용되는 계수값은 외국에서 도출된 값으로 국내의 상수도 실정과는 차이가 있고, 국내 현장 조사를 통해 도출된 값이라고 할지라도 지역적 특성에 따른 오차가 발생하며, 사용량 변화가 반영되지 않는 등의 문제가 있었다.
또한, 종래에 계산식을 통한 누수분석으로 국외 또는 국내의 특정 지역의 조사를 통해 산정된 계수값을 일괄 적용하여 누수분석을 실시함으로써, 특정지역의 계수값을 사업지역에 일괄 적용함에 따라 지역적 특성 및 계절적 영향을 고려할 수 없었다. 더욱이 계수값을 가정용과 비가정용으로만 구분하여 일관된 하나의 계수값을 사용하고 있어 누수분석에 따른 정확도가 떨어지는 문제가 있었다.
한편, 종래 기술인 대한민국 등록특허 제10-1105192호는 관망해석에 의한 상수도 누수혐의구간 선정방법에 관한 것으로, (a) DB서버가 상수관망에서 일정개수의 각 소블록 주입점에 설치된 유량계와 소블록내에 설치된 수압계로부터 각각의 측정 데이터인 유량과 동수압 및 유량계와 수압계 각각의 식별정보를 시계열적으로 수신하는 단계와; (b) 관망해석 서버가 상기 단계(a)의 각 소블록의 주입점에서의 유량계로부터 수신된 유량정보를 비교분석하여 비정상적인 유출패턴을 보이는 소블록을 선정하는 단계와; (c) 관망해석 서버가 상기 단계(b)에서 선정된 소블록을 대상으로 각 수압계에 의해 계측된 동수압 실측값을 기준으로 정상시 관망해석에 의한 동일절점의 각 동수압 계산값을 유량(Q)변동을 이용하여 조정하는 단계, 및 (d) 관망해석 서버는 상기 단계(c)에서 유량(Q)변동 폭이 큰 순으로 절점을 정렬하고, 유량(Q)변동폭이 큰 순으로 누수가 의심되는 구간의 절점인 것으로 판단하는 단계로 구성되어 있지만, 이 역시 누수량 산정이 어렵고 누수분석의 정확도가 떨어진다.
대한민국 등록특허공보 제10-1105192호(2012.01.13. 공고)
본 발명은 상기 누수분석 방법의 한계점을 해결하기 위한 것으로, 목표 유수율 달성을 위한 필수적 관리지표인 누수량에 대한 현실적인 분석방법을 제시하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 원격검침지역과 비원격검침지역의 상수관망으로 구분하여 누수분석 방법을 제시하고, 비원격검침지역은 누수분석에 필요한 계수값을 문헌의 일관된 값을 적용하지 않고 원격검침지역의 데이터 분석을 통해 도출된 계수값을 적용함으로써 해당 사업지역의 특성을 고려하여 현실적인 누수분석을 실시하기 위한 것이 다른 목적이다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, (a) 상수도 사업지역에서 누수량을 산정하기 위한 누수량 산정모듈은 각 수용가에 원격검침기가 설치된 원격검침지역과 각 수용가에 원격검침기가 설치되지 않은 비원격검침지역 입구에 각각 배관 설치된 유량계의 측정값으로부터 1시간 단위로 적산된 유량측정값 중 최소값(L/hr)을 소블록별로 산정하는 최소공급량(QI -M) 산정단계; (b) 상기 누수량 산정모듈은 상수 사용에 의한 유량변화가 가장 적은 시점인 상기 최소공급량 시간에 해당하는 사용량의 합계를 원격검침기를 통해 모든 수용가의 사용량을 실측하여 합산하는 원격검침지역과 급수업종별 야간사용량 계수(F1~6)에 급수업종별 급수전 수(N1 ~6)의 곱의 합으로 수용가 사용량을 추정하는 비원격검침지역으로 구분하여 소블록별로 산정하는 야간사용량(QU -N) 산정단계; (c) 상기 누수량 산정모듈은 비원격검침지역에 대하여 누수분석시점인 금주를 포함하여 과거 데이터를 이용하여 사용량 변동에 의한 오차를 상쇄하기 위하여 야간사용량과 비례관계에 있는 최소공급량 데이터를 이용하여 소블록별로 야간사용량 보정계수(FU -N) 산정단계; (d) 상기 누수량 산정모듈은 원격검침지역과 비원격검침지역을 각각 구분하여 외부영향에 의한 오차발생이 가장 적은 시점인 최소공급량을 이용하여 누수량을 소블록별로 산정하는 야간누수량(LN) 산정단계, 및 (e) 상기 누수량 산정모듈은 산정된 야간누수량에 압력계수(PF)를 적용하여 일평균 누수량을 소블록별로 산정하는 일평균 누수량(Lave .) 산정단계를 수행하는 상수도 수용가의 원격검침데이터를 활용한 상수관망 누수분석 방법을 제공한 것이 특징이다.
또한, 본 발명에서, 상기 단계(b)에서, 누수량 산정모듈에서 원격검침데이터를 활용하여 비원격검침지역의 급수업종별 야간사용량 계수(F1~6)의 산정은, (b-1) 원격검침지역의 최소공급량 발생시간대를 선정하는 단계와, (b-2) 누수분석시점을 기준으로 원격검침지역에서 동일요일의 수용가별 사용량을 시간대별로 평균하여 기준사용량을 산정하고, 최소공급량 발생시간의 원격검침지역의 수용가별 기준사용량 합계로 급수업종별로 각각 야간사용량을 산정하는 단계, 및 (b-3) 원격검침지역의 상기 급수업종별 야간사용량을 해당 수용가 수로 나누어 야간사용량 계수를 산정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에서, 상기 단계(c)에서, 누수량 산정모듈에서 야간사용량 보정계수(FU -N)의 산정은 다음의 수학식,
Figure 112015062719960-pat00001
(여기서,
Figure 112015062719960-pat00002
)을 이용하여 산정할 수 있다.
또한, 본 발명에서, 상기 단계(d)에서, 누수량 산정모듈에서 원격검침지역의 야간누수량(LN)의 산정은 다음의 수학식,
Figure 112015062719960-pat00003
(여기서,
Figure 112015062719960-pat00004
)을 이용하여 산정하고, 비원격검침지역의 야간누수량(LN)의 산정은 다음의 수학식,
Figure 112015062719960-pat00005
(여기서,
Figure 112015062719960-pat00006
)을 이용하여 산정할 수 있다.
또한, 본 발명에서, 상기 단계(e)에서, 상기 압력계수(PF)는 다음의 수학식,
Figure 112015062719960-pat00007
(여기서, 야간수압(PN)은 최소공급량 시점의 수압, P1~P24 는 1시 ~24시 시간대의 수압)을 이용하여 산정할 수 있다.
또한, 본 발명은, 상수도 사업지역 중 각 수용가에 원격검침기가 설치된 원격검침지역에서 무선통신망을 통해 실시간으로 측정한 급수량 데이터가 일정 시간단위로 저장된 원격검침데이터DB로부터 설정된 급수업종별 분류기준에 따라 측정데이터의 유효성을 판정하는 원격검침데이터 분석모듈; 상기 원격검침지역 입구에 배관 설치된 유량계와 상수도 사업지역 중 각 수용가에 원격검침기가 설치되지 않은 비원격검침지역 입구에 배관 설치된 유량계에서 각각 측정한 유량을 일정 시간간격으로 적산하여 산정함으로써 최소공급량 산정에 활용될 수 있게 하고, 유량데이터가 저장된 유량데이터DB로부터 측정데이터의 유효성을 판정하는 유량데이터 분석모듈; 상기 원격검침지역 입구에 배관 설치된 수압계와 상수도 사업지역 중 각 수용가에 원격검침기가 설치되지 않은 비원격검침지역 입구에 배관 설치된 수압계에서 각각 측정한 수압의 평균압력을 일정 시간간격으로 산정함으로써 일평균 누수량에 활용될 수 있게 하고, 압력데이터가 저장된 압력데이터DB로부터 측정데이터의 유효성을 판정하는 압력데이터 분석모듈; 상기 원격검침데이터 분석모듈에서 유효하게 판정된 검침데이터에서 야간사용량을 산정하고 유량데이터 분석모듈에서 유효하게 판정된 검침데이터에서 최소공급량을 산정하여 야간누수량을 판정하며, 판정된 야간누수량과 압력데이터 분석모듈에서 유효하게 판정된 압력데이터로부터 일평균 누수량을 산정하는 누수량 산정모듈, 및 상기 누수량 산정모듈에서 산정된 일평균 누수량으로부터 각 블록별 누수량을 관리하고 트렌트를 분석하며 경보 관리하는 누수 관리모듈을 포함하여 이루어진 상수도 수용가의 원격검침데이터를 활용한 상수관망 누수분석 시스템을 제공한 것이 특징이다.
또한, 본 발명에서, 상기 누수량 산정모듈은 상수도 사업지역 중 각 수용가에 원격검침기가 설치되지 않은 비원격검침지역에 대하여 원격검침데이터를 통해 산정된 야간사용량 계수를 적용하여 야간사용량을 산정할 수 있다.
또한, 본 발명에서, 상기 유효데이터의 판정 기준시 계측기 고장으로 측정된 데이터, 결측된 데이터 및 계측기의 측정범위를 벗어난 데이터는 무효데이터로 판정하고 분석에서 제외하고, 1일 1시간단위 데이터를 기준으로 유효데이터의 비율이 80%에 미달하는 경우에 해당 일을 무효로 판정하고 분석에서 제외할 수 있다.
본 발명에 따르면, 원격검침지역에서는 실측값을 이용하여 누수분석을 실시하고 비원격검침지역에서는 동일사업지역의 원격검침지역에서 도출한 계수값을 적용한 누수분석을 실시함과 더불어, 고정된 하나의 계수값을 적용하는 것이 아니라 측정데이터를 통해 실시간으로 도출한 계수값을 적용함으로써 사업대상지역의 특성과 계절적 영향을 반영하여 누수분석을 하고, 이를 통해 누수량을 보다 정확하고 현실적으로 파악할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 상수도 수용가의 원격검침데이터를 활용한 상수관망의 누수분석을 위하여 전체 사업대상지역 중에서 일부 소블록에 원격검침기를 모두 설치한 경우를 나타낸 예시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 실시 예로, 상수도 수용가의 원격검침데이터를 활용한 상수관망 누수분석 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 상수관망의 누수분석을 위한 누수량 산정절차를 나타낸 흐름도이다.
도 4는 본 발명에서 비원격검침지역에 적용된 야간사용량 계수 산정절차를 나타낸 흐름도이다.
도 5는 본 발명에서 최소공급량 발생시간의 선정을 예시한 그래프이다.
도 6은 본 발명에서 급수업종별 야간사용량 산정을 위하여 분석시점을 기준으로 동일요일의 수용가별 사용량을 시간대별로 평균하여 기준사용량을 산정하는 예시도이다.
도 7은 본 발명에서 야간사용량 산정을 위하여 급수업종별로 구분하여 최소공급량 발생시간의 수용가별 기준사용량 합계를 산정하는 예시도이다.
도 8은 본 발명에서 비원격검침지역에 한정하여 야간사용량 보정계수의 산정을 위하여 야간사용량과 최소공급량의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명에서 비원격검침지역에 한정하여 야간사용량 보정계수의 산정을 위하여 분석시점을 포함한 과거 4주 데이터를 이용하여 야간사용량 보정계수를 산정하는 도표이다.
도 10은 본 발명에서 야간누수량의 산정을 위하여 최소공급량과 야간사용량의 차이를 나타낸 그래프이다.
도 11 및 도 12는 본 발명에서 일평균 누수량의 산정을 위하여 야간누수량에 압력계수를 적용하여 산정하는 것을 나타낸 그래프이다.
도 13은 본 발명에서 누수량 관리에 따른 누수량 트렌드 관리를 나타낸 그래프이다.
도 14는 본 발명에서 누수량 관리에 따른 누수량 연차별 관리를 나타낸 그래프이다.
이하 본 발명에 따른 상수도 수용가의 원격검침데이터를 활용한 상수관망 누수분석 시스템에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저, 국내 상수도 사업의 방향은 사업대상지역 전체에 원격검침기를 설치하지 않고 일부 지역에 시범적으로 설치하여 그 효과를 거둘 수 있다. 따라서 본 발명에서는 이러한 사업여건을 고려하여 사업대상지역 중 일부 소블록, 즉 각 수용가에 원격검침기를 설치한 원격검침지역과 원격검침기를 설치하지 않은 비원격검침지역으로 구분하여 누수를 분석하는 방법과 시스템을 제시한다. 따라서 상수도 사업대상지역의 특성을 대표하는 지역(예를 들어, 후술하는 급수업종을 모두 포함하는 지역)에 원격검침기를 설치하여 원격검침데이터를 획득 및 분석하여 누수량 산정에 필요한 계수값을 도출한 후 도출된 계수값을 비원격검침지역에 적용하여 누수량을 산정하는 것이다.
도 1에서 나타낸 바와 같이, 상수도 사업대상지역으로 블록관리시스템을 적용하여 각 수용가에 원격검침기가 설치된 원격검침지역에 해당하는 급수구역인 소블록(블록A)과 원격검침기가 설치되지 않은 비원격검침지역에 해당하는 급수구역인 소블록(블록B 내지 블록E)으로 구분하고, 각 소블록에는 상수가 공급되는 배관이 설치된다. 그리고 각 소블록 입구 배관에는 유입되는 상수의 유량을 측정하는 유량계와 상수의 수압을 측정하는 수압계가 설치되는데, 상기 유량계/수압계는 무선통신망을 이용하여 원격으로 데이터를 전송한다. 그리고, 원격검침지역은 원격검침기 실측값을 활용하고, 비원격검침지역은 원격검침기가 설치된 원격검침지역에서 측정된 유량과 유압으로부터 계수를 도출하여 비원격검침지역에 적용하여 누수량을 산정하고 분석한다.
도 2에서 나타낸 바와 같이, 누수분석을 위한 시스템은 원격검침기(10)에서 측정된 원격검침 기초데이터(Raw Data)를 무선통신망으로 전송받아 저장하는 원격검침데이터DB(11)와, 유량계(13)에서 측정된 유량 기초데이터를 저장하는 유량데이터DB(14)와, 수압계(16)에서 측정된 압력 기초데이터를 저장하는 압력데이터DB(17)로 구성되고, 각 DB(11, 14, 17)에 저장된 데이터의 분석을 통해 누수량을 산정한다. 누수량 산정을 위한 모듈로서 원격검침데이터 분석모듈(12), 유량데이터 분석모듈(15), 압력데이터 분석모듈(18), 누수량 산정모듈(19)로 구성되고 산정된 누수량은 누수 관리모듈(20)을 통해 블록별 누수량 관리, 트렌드 분석, 경보 관리, 유지관리 인자 도출 등을 수행한다.
원격검침데이터 분석모듈(12)은 상수도 사업지역 중 각 수용가에 원격검침기(10)가 설치된 원격검침지역에서 무선통신망을 통해 실시간으로 측정한 급수량 데이터가 일정 시간단위로 저장된 원격검침데이터DB(11)로부터 설정된 급수업종별 분류기준에 따라 측정데이터의 유효성을 판정하는 것이다. 원격검침데이터 분석모듈(12)은 기초데이터를 분석하여 누수량 산정을 위한 사전 준비로 기초데이터의 유효성 판단과 더불어 기초데이터를 통계 분석하며 급수업종별 급수전 수를 카운팅한다.
유량데이터 분석모듈(15)는 원격검침지역 입구에 배관 설치된 유량계(13)와 상수도 사업지역 중 각 수용가에 원격검침기가 설치되지 않은 비원격검침지역 입구에 배관 설치된 유량계(13)에서 각각 측정한 유량을 일정 시간간격(예를 들어, 1시간단위)으로 적산하여 산정함으로써 최소공급량 산정에 활용될 수 있게 하고, 유량데이터가 저장된 유량데이터DB(14)로부터 측정데이터의 유효성을 판정하는 것이다. 유량데이터 분석모듈(15)는 기초데이터를 분석하여 누수량 산정을 위한 사전 준비로 기초데이터의 유효성 판단과 더불어 기초데이터를 통계 분석한다.
압력데이터 분석모듈(18)는 원격검침지역 입구에 배관 설치된 수압계(16)와 상수도 사업지역 중 각 수용가에 원격검침기가 설치되지 않은 비원격검침지역 입구에 배관 설치된 수압계(16)에서 각각 측정한 수압의 평균압력(예를 들어, 1시간단위)을 산정함으로써 일평균 누수량에 활용될 수 있게 하고, 압력데이터가 저장된 압력데이터DB(17)로부터 측정데이터의 유효성을 판정하는 것이다. 압력데이터 분석모듈(18)은 기초데이터를 분석하여 누수량 산정을 위한 사전 준비로 기초데이터의 유효성 판단과 더불어 기초데이터를 통계 분석한다.
누수량 산정모듈(19)는 원격검침데이터 분석모듈(12)에서 유효하게 판정된 검침데이터에서 야간사용량을 산정하고 유량데이터 분석모듈(15)에서 유효하게 판정된 검침데이터에서 최소공급량을 산정하여 야간누수량을 판정하며, 판정된 야간누수량과 압력데이터 분석모듈(18)에서 유효하게 판정된 압력데이터로부터 일평균 누수량을 산정하는 것이다.
누수 관리모듈(20)는 누수량 산정모듈(19)에서 산정된 일평균 누수량으로부터 각 블록별 누수량을 관리하고 트렌트를 분석하며 경보 관리 및 유지관리 인자를 도출하는 것이다. 누수 관리모듈(20)은 블록별 누수량을 비교 관리하고, 시계열 누수량 경향도를 분석하며, 급격한 누수량 변화와 허용 누수량 초과 등의 경보를 관리하고, 종합적 분석을 통한 시설물 유지관리 인자를 도출할 수 있도록 하는 것이다.
본 발명의 누수분석 시스템은 유입되는 유량데이터와 압력데이터 및 원격검침데이터를 수집하여 해당 DB에 저장하는 데이터 수집과, 수집된 데이터의 유효성을 검토하여 유효한 데이터만을 구분하고, 일평균, 일최대, 일최소 등 데이터 분석을 위한 기초적인 통계분석을 실시하는 데이터 분석과, 유효 데이터를 활용하여 누수량을 산정하는 누수량 산정, 그리고 산정된 누수량을 유지관리에 활용하는 누수량 관리로 대별된다.
더욱이 데이터 수집은 누수분석에 필요한 기초데이터(Raw data)를 수집하여 각각의 DB에 저장하고, 수집 데이터는 각 블록 유입부의 유량데이터와 압력데이터 및 원격검침지역 개별 수용가의 원격검침데이터가 된다. 데이터분석은 유량데이터와 압력데이터 및 원격검침데이터에 대한 데이터 유효성을 판정하고 기본적인 데이터를 통계 분석하여 누수량 산정을 준비하는 것이다. 유량데이터와 압력데이터의 분석은 유효데이터의 판정과 더불어 일평균 등 누수량 산정에 필요한 기초데이터를 통계 분석하고, 원격검침데이터의 분석은 유효데이터의 판정과 더불어 급수업종 기준 설정, 급수업종별 수용가 수 등 누수량 분석을 위한 기초 데이터를 통계 분석한다.
한편, 상기 유효데이터의 판정기준은 계측기 고장시 측정된 데이터는 무효데이터로 판정하고 분석에서 제외하고, 결측된 데이터는 무효데이터로 판정하고 분석에서 제외하며, 계측기 측정가능 범위를 벗어난 데이터는 무효데이터로 판정하고 분석에서 제외하고, 1일 1시간단위 데이터(24개)를 기준으로 유효데이터의 비율이 80%에 미달하는 경우에 해당하는 일을 무효로 판정하고 분석에서 제외한다. 또한, 유효데이터의 비율은 사업지역의 특성에 따라 차등하여 적용할 수 있다.
도 3에서 나타낸 바와 같이, 원격검침지역과 비원격검침지역의 누수량을 산정하는 과정은 ① 최소공급량 산정, ② 야간사용량 산정, ③ 야간사용량 보정계수 산정(비원격검침지역에 한함), ④ 야간누수량 산정, ⑤ 일평균 누수량 산정 순으로 수행한다. 더욱이 원격검침지역에서 야간사용량은 원격검침데이터의 분석을 통해 산정하고, 비원격검침지역에서 야간사용량은 계산식을 통해 산정하며, 계산식에 적용되는 계수값은 원격검침데이터의 분석을 통해 도출한다.
상기 ① 최소공급량(QI -M) 산정은 상수도 사업지역에서 누수량을 산정하기 위한 누수량 산정모듈(19)이 각 수용가에 원격검침기(10)가 설치된 원격검침지역과 각 수용가에 원격검침기가 설치되지 않은 비원격검침지역 입구에 각각 배관 설치된 유량계(13)의 측정값을 저장하고 있는 유량데이터DB(14)로부터 유량데이터 분석모듈(15)에서 판정된 유효데이터를 이용하여 1시간 단위로 적산된 유량측정값 중 최소값(L/hr)을 소블록별로 산정한다.
상기 ② 야간사용량(QU-N) 산정은 원격검침지역과 비원격검침지역으로 구분하여 산정한다. 즉 원격검침지역에서 누수량 산정모듈(19)은 원격검침데이터 분석모듈(12)에서 판정된 유효데이터로부터 상수 사용에 의한 유량변화가 가장 적은 시점인 상기 최소공급량 시간에 해당하는 사용량의 합계를 원격검침기를 통해 모든 수용가의 야간사용량(QU -N)을 실측하여 합산한다. 그리고 비원격검침지역에서 누수량 산정모듈(19)은 급수업종별 야간사용량 계수(F1~6)에 급수업종별 급수전 수(N1 ~6)의 곱의 합 및 급수업종에 포함되지 않는 기타사용량(QU - ETC)으로 합산한 수용가의 야간사용량(QU -N)을 소블록별로 추정하여 산정한다. 즉 비원격검침지역에서 야간사용량(QU -N)은 다음의 수학식을 이용하여 수용가의 야간사용량을 소블록별로 추정한다.
Figure 112015062719960-pat00008
(여기에서, F1 : 가정시설 야간사용량 계수(L/hr/conn.), F2 : 욕탕시설 야간사용량 계수(L/hr/conn.), F3 : 공공시설 야간사용량 계수(L/hr/conn.), F4 : 학교시설 야간사용량 계수(L/hr/conn.), F5 : 종교시설 야간사용량 계수(L/hr/conn.), F6 : 일반시설 야간사용량 계수(L/hr/conn.), N1 : 가정시설 급수전 수(conn.), N2 : 욕탕시설 급수전 수(conn.), N3 : 공공시설 급수전 수(conn.), N4 : 학교시설 급수전 수(conn.), N5 : 종교시설 급수전 수(conn.), N6 : 일반시설 급수전 수(conn.), QU - ETC : 기타사용량(L/hr)이다.)
상기 급수전은 검침기에 해당하고, 기타사용량(QU-ETC)은 상기 6가지의 급수업종에 포함되지 않는 것으로 일반적으로 큰 시설만 반영하고 최소공급량 시점에서 검침원이 직접 계측하는 것이다. 따라서, 본 발명은 세분화된 급수업종별 물 사용 특성이 반영될 수 있다.
도 4에서 나타낸 바와 같이, 비원격검침지역에 적용될 야간사용량 계수의 산정방법은 누수량 산정모듈(19)에서 원격검침데이터를 활용하여 비원격검침지역의 급수업종별 야간사용량 계수(F1~6)를 산정한다.
1단계는 급수업종별로 가정시설, 욕탕시설, 공공시설, 학교시설, 종교시설 및 일반시설을 포함하는 수용가를 구분한다. 2단계는 최소공급량 발생시간대를 선정하게 되는데, 이는 원격검침지역에서 최소공급량 산정시의 1시간 단위의 시간대이다. 예를 들어, 요일별로 최소공급량 발생시간이 다를 수 있으므로 금주를 포함한 과거 4주간의 동일요일의 시간대별 공급량을 평균하여 최소공급량 발생시간을 요일별로 산정한다. 도 5에서 나타낸 바와 같이, 일반적으로 새벽 2~4시 사이가 최소공급량 발생시간대이다.
참고로, 급수업종별 구분으로 가정시설은 가. 전용 및 공용 급수설비에 따라 주거용으로 급수하는 것, 나. 담배·연탄·양곡·문방구·지물·철물의 소매점, 다. 10제곱미터 미만의 업소, 라. 신문보급소, 신체장애자가 경영하는 점술집 및 지압업소, 마. 도시계획사업 등의 시행으로 인한 철거민 임시이주단지에 대한 급수, 바. 기숙사, 사. 국가·지방자치단체에 등록된 사회복지시설(어린이집 포함), 사회구호단체, 국가유공자단체, 아. 공동주택단지내 관리사무소·경비실·공동화장실·노인정·음수대·운동시설(영업행위를 하는 운동시설 제외)등에 대한 급수, 자. 전용급수 설비를 설치하고 건축물 관리대장에 등재된 노인복지주택과 고시원(단, 오피스텔 제외)이고, 욕탕시설은 가. 「공중위생관리법」에 의한 목욕장업(단, 관광호텔안의 목욕장은 일반용 적용)이며, 공공시설은 가. 공공시설에 대한 급수로 다음 "나"호부터 "하"호를 포함한다. 나. 소화전 및 급수탑에 의한 급수(단, 공공의 목적으로 급수하는 경우에 한함), 다. 시립 및 구립 위탁시설(청소년회관, 체육시설에 한함), 라. 공장등록을 필한 준 공업지역내의 공장(준공업지역내 상가와 분리된 아파트형 공장 포함), 마. 국가 및 지방자치단체(직영사업, 출연 연구기관 포함), 바. 정당 사. 병영 아. 신문사, 방송국, 자. 시장이 지정한 무료 공중이용 화장실에 대한 급수, 차. 수도시설이설 등에 따른 퇴수·세척용수(단. 최종단계 요율 적용), 카. 의료기관(「안마사에 관한 규칙」에 의한 안마원·안마시술소 포함), 타. 철도운송업 및 도시철도운송업이다. 학교시설은 가. 학교(유치원포함)이다. 종교시설은 가. 종교법인에 등록된 종교단체이다. 일반시설은 가. 다른 급수업종에 해당하지 아니하는 급수, 나. 임시급수, 건축공사장에 대한 급수(신축 또는 기존건축물 멸실 후 건축하는 경우에 한함), 다. 수도시설 파손 등 손괴로 인한 누수량(퇴수·세척용수 포함) 및 급수차사용량과 운반급수는 최종 단계 요율 적용이다.
3단계는 도 6에서 나타낸 바와 같이, 누수분석시점을 기준으로 원격검침지역에서 동일요일의 수용가별 사용량을 시간대별로 평균하여 기준사용량을 산정한다. 이때, 무효데이터 발생일, 명절 및 공휴일 등 특이사항 발생일은 제외한다. 여기서 기준사용량은 수용가별 동일요일의 과거데이터를 시간대별로 평균하여 대표적인 하나의 일사용량을 생성한 것이다. 예컨대, 금주를 포함한 과거 4주간의 시간대별 사용량을 평균하여 기준사용량을 산정한다.
또한, 도 7에서 나타낸 바와 같이, 상기 2단계에서 산정한 최소공급량 발생시간의 원격검침지역의 수용가별 기준사용량 합계로 급수업종별로 각각 야간사용량을 산정한다.
4단계는 원격검침지역의 급수업종별 야간사용량을 해당 수용가 수로 나누어 야간사용량 계수를 산정한다. 즉 야간사용량 계수는 가정시설 야간사용량 계수(K1), 욕탕시설 야간사용량 계수(K2), 공공시설 야간사용량 계수(K3), 학교시설 야간사용량 계수(K4), 종교시설 야간사용량 계수(K5) 및 일반시설 야간사용량 계수(K6)이다. 또한, 야간사용량 계수는 누수분석 때마다 최근 4주간 데이터를 활용하여 실시간으로 갱신할 수 있다.
다음으로, ③ 야간사용량 보정계수(FU-N)의 산정은 누수량 산정모듈(19)이 비원격검침지역에 대하여 누수분석시점인 금주를 포함하여 과거 4주간 데이터를 이용하여 사용량 변동에 의한 오차를 상쇄하기 위하여 야간사용량과 비례관계에 있는 최소공급량 데이터를 이용하여 야간사용량 보정계수를 소블록별로 산정한다. 즉 야간사용량 계수는 과거의 데이터, 예컨대, 누수분석시점을 포함한 과거 4주 데이터를 이용하여 산정됨에 따라 사용량의 변동에 의한 오차가 발생한다. 따라서 야간사용량 보정계수는 시간의 경과, 계절의 변화 등 사용량 변동에 대한 오차를 최소화하여 누수분석시점에 맞는 야간사용량을 산정하기 위해 적용되며, 야간사용량과 비례관계에 있는 최소공급량 데이터를 이용하여 산정한다. 이는 도 8의 그래프 및 도 9의 도표와 같다. 원격검침지역은 실측값을 통해 야간사용량을 산정하므로 보정계수의 적용이 불필요하다.
야간사용량 보정계수(FU-N)를 산정하는 수학식은 다음과 같다.
Figure 112015062719960-pat00009
(여기서,
Figure 112015062719960-pat00010
)을 이용하여 산정한다.
다음으로, ④ 야간누수량(LN)을 산정하는 것으로, 누수량 산정모듈(19)은 원격검침지역과 비원격검침지역을 각각 구분하여 외부영향에 의한 오차발생이 가장 적은 시점인 최소공급량을 이용하여 누수량을 소블록별로 산정한다. 이는 도 10의 그래프와 같다.
즉 누수량 산정모듈(19)에서 원격검침지역의 야간누수량(LN)의 산정은 다음의 수학식과 같다. 여기서 야간사용량은 원격검침기를 통해 수용가 사용량을 실측한 값이다.
Figure 112015062719960-pat00011
(여기서,
Figure 112015062719960-pat00012
)을 이용하여 산정하고,
비원격검침지역의 야간누수량(LN)의 산정은 다음의 수학식과 같다.
Figure 112015062719960-pat00013
(여기서,
Figure 112015062719960-pat00014
)을 이용하여 산정한다.
다음으로, ⑤ 일평균 누수량(Lave.)을 산정하는 것으로, 누수량 산정모듈(19)은 산정된 야간누수량에 압력계수(PF)를 적용하여 일평균 누수량을 소블록별로 산정한다. 더욱이 야간누수량은 최소공급량 시점에서의 누수량이므로 다른 타 시간대의 누수량으로 환산하기 위하여 압력값을 고려하여 해당 시간대의 누수량을 판정한다. 이는 도 11 및 도 12의 그래프와 같다.
즉 일평균 누수량(Lave .) = 야간누수량(LN) × 압력계수(PF)이다.
상기 압력계수(PF)는 다음의 수학식과 같다.
Figure 112015062719960-pat00015
(여기서, 야간수압(PN)은 최소공급량 시점의 수압, P1~P24 는 1시 ~24시 시간대의 수압)을 이용하여 산정한다. 상기 수압은 각 소블록 입구의 수압계에서 측정된 압력데이터를 압력데이터 분석 모듈에서 1시간 단위 평균압력으로 산정한 것을 이용한다. 한편 상기 수학식들은 컴퓨터로 수행하기 위해 프로그램 언어를 통해 직접 알고리즘을 코딩한 프로그램에 의해 이루어진다.
이와 같이 산정된 누수량의 관리를 위하여 누수량을 관망상태의 간접적 판단을 위한 기준지표로 활용하고, 블록별 누수량을 비교하여 유지관리 우선순위를 도출한다. 그리고 도 13의 그래프에서, 누수량 트렌드 분석을 통한 상수관망의 급격한 누수량 증가 또는 도 14의 그래프에서, 누수량의 연차별 관리로 지속적 누수량 증감을 감지하여 상수관망의 상태를 간접적으로 판단한다. 또한, 누수량 허용기준 대비 현 상태를 평가하여 누수량이 초과할 때에 경보발생을 통한 알람 실시하고, 누수량에 대한 종합적인 분석을 통해 시설물 개보수 시기 결정 등 유지관리 인자 도출한다.
이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.
10: 원격검침기 11: 원격검침데이터DB 12: 원격검침데이터 분석모듈 13: 유량계 14: 유량데이터DB 15: 유량데이터 분석모듈 16: 수압계 17: 압력데이터DB 18: 압력데이터 분석모듈 19: 누수량 산정모듈 20: 누수 관리모듈

Claims (8)

  1. (a) 상수도 사업지역에서 누수량을 산정하기 위한 누수량 산정모듈은 각 수용가에 원격검침기가 설치된 원격검침지역과 각 수용가에 원격검침기가 설치되지 않은 비원격검침지역 입구에 각각 배관 설치된 유량계의 측정값으로부터 1시간 단위로 적산된 유량측정값 중 최소값(L/hr)을 소블록별로 산정하는 최소공급량(QI -M) 산정단계;
    (b) 상기 누수량 산정모듈은 상수 사용에 의한 유량변화가 가장 적은 시점인 상기 최소공급량 시간에 해당하는 사용량의 합계를 원격검침기를 통해 모든 수용가의 사용량을 실측하여 합산하는 원격검침지역과 급수업종별 야간사용량 계수(F1~6)에 급수업종별 급수전 수(N1 ~6)의 곱의 합으로 수용가 사용량을 추정하는 비원격검침지역으로 구분하여 소블록별로 산정하는 야간사용량(QU -N) 산정단계;
    (c) 상기 누수량 산정모듈은 비원격검침지역에 대하여 누수분석시점인 금주를 포함하여 과거 데이터를 이용하여 사용량 변동에 의한 오차를 상쇄하기 위하여 야간사용량과 비례관계에 있는 최소공급량 데이터를 이용하여 소블록별로 야간사용량 보정계수(FU -N) 산정단계;
    (d) 상기 누수량 산정모듈은 원격검침지역과 비원격검침지역을 각각 구분하여 외부영향에 의한 오차발생이 가장 적은 시점인 최소공급량을 이용하여 누수량을 소블록별로 산정하는 야간누수량(LN) 산정단계, 및
    (e) 상기 누수량 산정모듈은 산정된 야간누수량에 압력계수(PF)를 적용하여 일평균 누수량을 소블록별로 산정하는 일평균 누수량(Lave .) 산정단계를 수행하는 상수도 수용가의 원격검침데이터를 활용한 상수관망 누수분석 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 단계(b)에서,
    누수량 산정모듈에서 원격검침데이터를 활용하여 비원격검침지역의 급수업종별 야간사용량 계수(F1~6)의 산정은,
    (b-1) 원격검침지역의 최소공급량 발생시간대를 선정하는 단계와,
    (b-2) 누수분석시점을 기준으로 원격검침지역에서 동일요일의 수용가별 사용량을 시간대별로 평균하여 기준사용량을 산정하고, 최소공급량 발생시간의 원격검침지역의 수용가별 기준사용량 합계로 급수업종별로 각각 야간사용량을 산정하는 단계, 및
    (b-3) 원격검침지역의 상기 급수업종별 야간사용량을 해당 수용가 수로 나누어 야간사용량 계수를 산정하는 단계를 포함하여 수행하는 상수도 수용가의 원격검침데이터를 활용한 상수관망 누수분석 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 단계(c)에서,
    누수량 산정모듈에서 야간사용량 보정계수(FU-N)의 산정은 다음의 수학식,
    Figure 112015062719960-pat00016

    (여기서,
    Figure 112015062719960-pat00017
    )을 이용하여 산정하는 상수도 수용가의 원격검침데이터를 활용한 상수관망 누수분석 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 단계(d)에서,
    누수량 산정모듈에서 원격검침지역의 야간누수량(LN)의 산정은 다음의 수학식,
    Figure 112015062719960-pat00018

    (여기서,
    Figure 112015062719960-pat00019
    )을 이용하여 산정하고,
    비원격검침지역의 야간누수량(LN)의 산정은 다음의 수학식,
    Figure 112015062719960-pat00020

    (여기서,
    Figure 112015062719960-pat00021
    )을 이용하여 산정하는 상수도 수용가의 원격검침데이터를 활용한 상수관망 누수분석 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 단계(e)에서,
    상기 압력계수(PF)는 다음의 수학식,
    Figure 112015062719960-pat00022

    (여기서, 야간수압(PN)은 최소공급량 시점의 수압, P1~P24 는 1시 ~24시 시간대의 수압)을 이용하여 산정하는 상수도 수용가의 원격검침데이터를 활용한 상수관망 누수분석 방법.
  6. 상수도 사업지역 중 각 수용가에 원격검침기가 설치된 원격검침지역에서 무선통신망을 통해 실시간으로 측정한 급수량 데이터가 일정 시간단위로 저장된 원격검침데이터DB로부터 설정된 급수업종별 분류기준에 따라 측정데이터의 유효성을 판정하는 원격검침데이터 분석모듈;
    상기 원격검침지역 입구에 배관 설치된 유량계와 상수도 사업지역 중 각 수용가에 원격검침기가 설치되지 않은 비원격검침지역 입구에 배관 설치된 유량계에서 각각 측정한 유량을 일정 시간간격으로 적산하여 산정함으로써 최소공급량 산정에 활용될 수 있게 하고, 유량데이터가 저장된 유량데이터DB로부터 측정데이터의 유효성을 판정하는 유량데이터 분석모듈;
    상기 원격검침지역 입구에 배관 설치된 수압계와 상수도 사업지역 중 각 수용가에 원격검침기가 설치되지 않은 비원격검침지역 입구에 배관 설치된 수압계에서 각각 측정한 수압의 평균압력을 일정 시간간격으로 산정함으로써 일평균 누수량에 활용될 수 있게 하고, 압력데이터가 저장된 압력데이터DB로부터 측정데이터의 유효성을 판정하는 압력데이터 분석모듈;
    상기 원격검침데이터 분석모듈에서 유효하게 판정된 검침데이터에서 야간사용량을 산정하고 유량데이터 분석모듈에서 유효하게 판정된 검침데이터에서 최소공급량을 산정하여 야간누수량을 판정하며, 판정된 야간누수량과 압력데이터 분석모듈에서 유효하게 판정된 압력데이터로부터 일평균 누수량을 산정하는 누수량 산정모듈, 및
    상기 누수량 산정모듈에서 산정된 일평균 누수량으로부터 각 블록별 누수량을 관리하고 트렌트를 분석하며 경보 관리하는 누수 관리모듈을 포함하여 이루어진 상수도 수용가의 원격검침데이터를 활용한 상수관망 누수분석 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 누수량 산정모듈은 상수도 사업지역 중 각 수용가에 원격검침기가 설치되지 않은 비원격검침지역에 대하여 원격검침데이터를 통해 산정된 야간사용량 계수를 적용하여 야간사용량을 산정하는 상수도 수용가의 원격검침데이터를 활용한 상수관망 누수분석 시스템.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 유효데이터의 판정 기준으로 계측기 고장시 측정된 데이터, 결측된 데이터 및 계측기의 측정범위를 벗어난 데이터는 무효데이터로 판정하고 분석에서 제외하고, 1일 1시간단위 데이터를 기준으로 유효데이터의 비율이 80%에 미달하는 경우에 해당 일을 무효로 판정하고 분석에서 제외하는 상수도 수용가의 원격검침데이터를 활용한 상수관망 누수분석 시스템.
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