KR101659310B1 - 하수관 관리를 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하수관 관리 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의한 하수관 관리 시스템은 하수관의 맨홀의 상부에 설치되고, 상기 맨홀에서의 수심을 측정하여 전송하는 하수관 모니터링 장치; 및 상기 전송된 맨홀의 수심 정보로부터 유량과 수심의 상관관계를 이용하여 상기 하수관의 유량을 산정하는 하수 관리 서버를 포함한다. 본 발명에 의하면 관로 설비를 용이하게 유지 관리 할 수 있다.

Description

하수관 관리를 위한 시스템 및 방법 {SYSTEM AND METHOD FOR MANAGING DRAIN PIPES}
본 발명은 하수관 관리를 위한 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 오수 관로 및 우수 관로를 동시에 관리하고 하수관 내부의 효과적인 유량 관리를 할 수 있는 하수관 관리 시스템 및 방법에 관한 것이다.
최근 기상이변 현상으로 장마철에 폭우성 비가 내리는 경우가 잦아지고 있다. 여름철 기습성 폭우는 하수관의 통수 능력이 부족한 지역에서 많은 침수 피해를 발생시키고 있어 보다 근본적인 대책 마련이 요구되고 있는 실정이다.
한국등록특허 제10-1345186호(이하, '186호 특허'라고 함)는 도로 침수 모니터링 시스템 및 방법을 개시하고 있다. 186호 특허에 개시되어 있는 침수 모니터링 시스템은 침수 상황이 발생되는 지역을 모니터링 하고 침수를 경보하고 예보하는 시스템이다. 그러나 이러한 모니터링 시스템은 침수 하수관 내부의 불특정한 침전물에 의해 통수 능력이 저하된 하수관, 오수, 우수, 지하수, 해수, 오염수 등의 외부 유입수가 유입되는 관로, 내부 하수가 유출되는 관로의 위치를 정확하게 검출할 수 없다는 문제점을 갖고 있다. 따라서 종래의 모니터링 시스템에서는 요구되는 통수 능력보다 부족한 하수관을 정비하기 위한 하수관로 시설 수립계획을 세우는 것이 매우 어렵다.
한국등록특허 제10-1345186호.
따라서 본 발명은 전체 오수 및 우수 관망의 통수 능력을 파악하여 요구되는 통수 능력보다 부족한 하수관을 미리 색출하여 관리할 수 있는 하수관 관리 시스템을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
또한 본 발명은 하수관의 시설수립 계획과 유지관리 계획을 안정적으로 수립할 수 있는 하수관 관리 시스템을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한 본 발명은 하수관의 이상 상황이 발생되면 이상이 발생된 하수관의 이상 원인을 분석할 수 있으며, 그에 따른 합리적인 대응책을 신속하게 마련할 수 있도록 하는 하수관 관리 시스템을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 하수 관리 시스템에 있어서, 하수관의 맨홀의 상부에 설치되고, 상기 맨홀에서의 수심을 측정하여 전송하는 하수관 모니터링 장치; 및 상기 전송된 맨홀의 수심 정보로부터 유량과 수심의 상관관계를 이용하여 상기 하수관의 유량을 산정하는 하수 관리 서버를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 하수 관리 방법에 있어서, 우수의 관로 데이터와 맨홀 데이터를 이용하여 우수 관로의 유량을 산정하는 단계와, 오수의 관로 데이터와 맨홀 데이터를 이용하여 오수 관로의 유량을 산정하는 단계와, 상기 우수 관로와 오수 관로의 유량을 측정하고, 상기 측정된 유량과 상기 산정된 유량을 비교하여 차이량을 도출하는 단계와, 상기 차이량이 소정 값 이상인 경우 상기 차이량이 발생한 우수 관로에 주변의 오수 관로 중 적어도 하나를 연결한 상태에서 유량을 산정하여 상기 측정된 유량과 비교하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 오수/우수 동시 관리 및 하수관 관리 시스템은 전체 오수 및 우수 관망의 통수 능력을 파악할 수 있으므로 요구되는 통수 능력보다 부족한 하수관을 미리 색출하여 관리할 수 있으며 하수관로 시설수립 계획과 유지관리 계획을 안정적으로 수립하는 효과가 있다.
또한, 하수관의 관리를 위하여 다수의 관리자가 맨홀 덮개를 열고 확인하는 방법보다 용이하고 하수관의 이상 상황이 발생되면 이상이 발생된 하수관 지점의 원인을 분석하여 가장 적합한 대응책을 신속하게 마련하여 관로 정비를 할 수 있으므로 기습성 폭우과 같은 상황에도 침수 피해를 예방할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 오수/우수 동시 관리 및 하수관 관리 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하수관 모니터링 장치의 개략적인 구성도이다.
도 3는 본 발명의 실시예에 따른 하수 관리 서버의 개략적인 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 오수/우수 동시 관리 및 하수관 관리 시스템을 설명하기 위한 순서도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 다만, 실시예들을 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 잘 알려져 있고, 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 가급적 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 핵심을 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다. 이하, 오수와 우수를 하수로 통칭하여 설명한다.
도 1은 오수/우수 동시 관리 및 하수관 관리 시스템의 개략적인 구성도이다. 도 1을 참조하면, 실시예에 따른 오수/우수 동시 관리 및 하수관 관리 시스템은 하수의 상태정보를 측정하고 하수 관리 서버(300)에서 상태정보를 저장하고 저장된 상태정보 중에서 수위 정보는 유량으로 변환하며 유량 변동에 따른 하수관(400)의 현재 상태를 예측하고 기 산정 기준값과 비교하여 이상 상태를 분석하고 이상이 발생한 하수관(400)을 정확하게 검출하여 관리자(700)에게 통지하는 오수/우수 동시 관리 시스템으로서, 맨홀 덮개(100), 하수관 모니터링 장치(200), 하수 관리 서버(300), 하수관(400), 하수(500), 안테나(600)를 포함한다.
도 1에 도시된 하수관 모니터링 장치(200)는 설정 지역의 기후, 환경에 따라서 하수관(400)의 맨홀마다 설치가 되거나 일정한 간격으로 떨어져서 설치가 될 수 있다. 하수관 모니터링 장치(200)는 맨홀 덮개(100)의 하부에 고정될 것이지만 반드시 여기에 한정되는 것은 아니고 맨홀 내부에서 수위를 정확하게 측정 할 수 있는 위치라면 어디라도 가능할 것이다. 하수관 모니터링 장치(200)는 지속적인 유지 관리를 위해서 탈부착이 가능하도록 고정되고 물기와 습기에 내구성을 갖는 방수 외함으로 구비되어 진다.
도 2는 하수관 모니터링 장치(200)의 개략적인 구성도이다. 도 2에 도시된 바와 같이 하수관 모니터링 장치(200)는 하수관(400) 내부의 상태정보를 실시간 또는 일정한 주기로 측정하는 측정부(210)와 통신망을 통하여 하수 관리 서버(300)로 전송하는 전송부(220)로 구성된다. 각각의 하수관 모니터링 장치(200)는 위치식별코드를 가지고 있으며 상태정보와 같이 하수 관리 서버(300)에 기록된다.
측정부(210)는 하수(500)의 수위를 측정하는 수위계(211), 실시간으로 영상 모니터링이 가능한 CCTV(212) 및 맨홀 덮개(100)의 움직임을 감지하는 동작 감지 센서(213)를 구비하여 하수관(400) 내부의 상태정보를 실시간 또는 일정한 주기로 측정한다.
수위계(211)는 초음파 센서를 이용하여 수위 정보를 실시간 또는 일정 주기로 측정한다. 바람직하게는 초음파 센서로 하수(500)의 수위 측정을 하겠지만 이와 비슷한 방식의 센서로 대체되어 장착될 수 있을 것이다.
동작 감지 센서(213)는 맨홀 덮개(100)의 비정상적인 움직임을 감지하여 동작 감지 정보를 제공한다. 하수(500)가 역류하거나 도난 등에 의하여 맨홀 덮개(100)가 지정된 위치에서 벗어나게 되면 즉시 움직임을 감지하여 이상 발생 신호를 전송부(220)의 통신망을 통하여 하수 관리 서버(300)로 전송한다.
CCTV(212)는 관리자(700)가 맨홀 내부 상황을 실시간 영상으로 확인 하도록 해주는 영상 정보를 제공한다. 하수 관리 서버(300)에서 이상 경보 지점을 통보하면 관리자(700)가 하수관(400)의 상황을 CCTV(212)로 미리 확인하고 정비 계획을 세울 수 있도록 해준다. 또한, 수위계(211) 및 동작 감지 센서(213)의 오작동으로 인하여 이상 발생 신호를 전송하게 되면 관리자(700)가 확인 하여 이상 유무를 판단할 수 있다.
측정부(210)에서 측정된 상태정보는 전송부(220)에서 통신망을 통하여 하수 관리 서버(300)에 전송된다. 바람직하게는 WiFi 네트워크, 셀룰러 네트워크, 이더넷 네트워크, 무선 센서 네트워크 중 어느 하나의 무선 통신 방식을 사용하겠지만 설치되는 위치에 따라서 케이블과 같은 유선 방식도 가능할 것이다. 또한, 도시되지는 않았지만 지상에 설치된 무선 중계기를 거쳐서 하수 관리 서버(300)에 전송 되어질수 있을 것이다.
하수관 모니터링 장치(200)는 내부에 전원 공급을 위한 배터리(미도시)를 가지고 있으며 별도의 전원을 연결하여 작동 될 수 있다. 맨홀 덮개(100)의 상부에는 하수관 모니터링 장치(200)의 전송부(220)와 케이블로 연결된 안테나(600)를 설치하여 하수 관리 서버(300)와 통신 상태를 높여 준다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하수 관리 서버(300)의 개략적인 구성도이다.
하수 관리 서버(300)는 하수관 모니터링 장치(200)로부터 전송되는 수위정보, 영상정보 및 동작 감지 정보가 담긴 상태정보를 통신망을 통하여 전송받아 저장하는 수집부(310); 수집되어 저장된 상태정보 중에서 수위 정보를 유량 데이터로 변환하는 변환부(320); 변환된 유량 데이터를 토대로 하수관(400)의 현재 상태를 파악하고 이상 지점을 분석하는 분석부(330); 및 상기 이상 지점을 관리자에게 통보하는 제공부(340);를 포함 하는 구성을 갖는다.
수집부(310)는 다수개의 하수관 모니터링 장치(200)들로부터 전송되는 수위정보, 영상정보 및 동작 감지 정보가 담긴 상태정보를 저장한다. 수집부(310)에 저장되는 수위정보, 영상정보 및 동작 감지 정보는 관리자의 요청에 의하여 시간대별(초분시), 일자별, 주별, 월별 단위로 분류하여 조회 및 검색이 가능하고 각각의 맨홀 단위로도 분류하여 조회 및 검색이 가능하다.
또한, 수집부(310)에는 이동식 유량계를 사용하여 맨홀 단위로 측정된 하수관(400)의 수위 정보와 유량 데이터가 기준 정보로 저장되어 있다.
변환부(320)는 수집부(310)에 구축되어 있는 기준 정보를 이용하여 하수관 모니터링 장치(200)에서 측정된 수위 정보를 유량 데이터로 변환 한다. 변환된 유량 데이터는 현재 상태를 분석하기 위해 분석부(330)로 전송된다.
분석부(330)는 유량 데이터로 변환된 자료를 전송 받아서 하수관(400)을 맨홀 단위로 구분하여 하수 유출량의 현재 상태를 파악한다. 파악된 현재 상태 값을 미리 산정된 기준값과 비교한다. 분석부(330)는 기준값과 비교하여 기준값과 하수 유출량이 크게 차이 나는 경우 이상 상태로 감지하고 이상이 감지된 하수관(400) 위치를 하수 관망 해석 전용 프로그램 SWMM (Storm Water Management Model)을 사용하여 관망 해석을 실행한다. 관망 해석 프로그램을 통하여 하수관(400) 내부의 불특정한 침전물에 의해 통수 능력이 저하된 하수관(400), 외부 유입수(오수, 우수, 지하수, 해수, 오염수 등)가 유입되는 관로 및 내부 하수(500)가 유출되는 관로의 정확한 지점을 검출하고 주변 하수관(400)의 영향 범위를 분석한다. 기준값과 비교하여 기준값과 하수 유출량의 차이가 나지 않는 경우 수집부(310)로 전송하여 저장한다. 여기서 저장된 하수 유출량 데이터는 맨홀 단위로 구분되어 있고 지속적으로 누적되어 각각의 하수관(400)의 기준값이 된다.
제공부(340)는 분석부(330)에서 이상이 발생된 하수관(400)의 지점을 전달받아 경보 지점을 표시하며 알림 및 메시지로 관리자(700)에게 통보한다. 관리자(700)는 제공부(340)의 판단 자료를 근거로 하여 이상이 발생한 하수관(400)을 정확하게 찾아 신속하게 문제 해결 및 대응 조치를 하게 된다.
본 발명의 실시예에 따른 오수/우수 동시 관리 및 하수관 관리 시스템(200)은 하수관(400)의 관리를 위해서 다수의 관리자(700)가 맨홀 덮개(100)를 열고 확인하는 방법보다 용이하고 하수관(400)에 평균적으로 흐르는 오수와 우수를 동시에 관리하여 각각의 관로에 흐르는 실시간 유량을 분석하고 요구되는 통수 능력보다 부족한 하수관(400)을 미리 구분하여 관리하므로 안정적인 운영을 할 수 있다.
또한, 하수관(400)의 이상 상황이 발생되면 이상이 발생된 하수관(400) 지점의 원인을 분석하여 가장 적합한 대응책을 신속하게 마련할 수 있으므로 기습성 폭우와 같은 상황에도 침수 피해를 획기적으로 줄이는 효과가 있다.
이하에서는, 도 4를 참조하여 오수/우수 동시 관리 및 하수관 관리 시스템의 동작을 보다 구체적으로 설명하고자 한다.
먼저, 하수 관리 서버(300)의 수집부(310)에는 이동식 유량계를 사용하여 맨홀 단위로 측정된 하수관(400)의 오수 및 우수의 수위 정보와 유량 데이터가 기준 정보로 저장된다(S10).
맨홀 덮개(100) 하부에 구비된 다수개의 하수관 모니터링 장치(200)는 정보, 영상 정보, 동작 감지 정보를 측정한다(S10-S30). 바람직하게는 수위 정보는 초음파 센서를 구비한 수위계(211)를 사용하여 실시간 또는 일정주기로 측정한다. 동작 감지 정보는 동작 감지 센서(213)를 사용하여 지정된 위치를 벗어나면 이상 발생 신호를 전송한다. 영상 정보는 CCTV(212)를 사용하여 관리자(700)가 실시간 영상으로 맨홀 내부를 확인할 수 있다.
상기 수위 정보, 영상 정보, 동작 감지 정보를 통신망을 통하여 하수 관리 서버(300)의 수집부(310)로 전송되고 저장된다(S50-S70). 보다 구체적으로, 전송 방식은 WiFi 네트워크, 셀룰러 네트워크, 이더넷 네트워크, 무선 센서 네트워크 중 어느 하나의 무선 통신 방식을 사용하겠지만 설치되는 위치에 따라서 케이블과 같은 유선 방식도 가능할 것이다. 또한, 도시되지는 않았지만 지상에 설치된 무선 중계기를 거쳐서 하수 관리 서버(300)에 전송될 수 있을 것이다.
변환부(320)는 수집부(310)의 기준 정보와 수위 정보를 전송받아 수위 정보를 유량 데이터로 변환한다(S80). 변환된 유량 데이터는 분석부(330)로 전달되고 현재 상태를 파악한다(S90). 보다 구체적으로, 전송 받은 유량 데이터는 전체 하수관(400)을 맨홀 단위로 구분하여 하수 유출량을 실시간 분석하고 현재 유량 상태를 파악한다.
상기 파악된 현재 상태를 미리 산정 기준값과 비교하고 이상 유무를 판별한다(S100-S110).
기준값과 비교하여 기준값과 하수 유출량이 크게 차이나는 하수관(400)의 경우 이상 상태로 감지하고 이상이 감지된 하수관(400) 위치를 하수 관망 해석 전용 프로그램 SWMM (Storm Water Management Model)을 사용하여 관망 해석을 실행한다(S120). 보다 구체적으로, 관망 해석 프로그램을 통하여 오수, 우수, 지하수, 해수, 오염수 유입 지점 및 오수, 우수 유출 지점을 정확하게 검출하고 주변 하수관(400)의 영향 범위를 분석한다.
기준값과 비교하여 기준값과 하수 유출량의 차이가 나지 않는 경우 수집부(310)로 전송하여 저장한다(S130). 여기서 저장된 하수 유출량 데이터는 맨홀 단위로 구분되어 있고 지속적으로 누적된 데이터는 각 하수관(400)의 하수 유출량의 기준값이 된다. 누적된 데이터는 설정 지역 내의 하수관(400)에 흐르는 오수량과 우수량의 패턴을 확보하고 예측할 수 있어 하수관(400)의 시설 계획을 세우거나 안정적으로 유지 관리를 할 수 있다.
제공부(340)는 분석부(330)에서 이상이 발생된 하수관(400)의 지점을 전달받아 경보 지점을 표시하며 알림 및 메시지로 관리자(700)에게 통보한다(S140-S150). 관리자(700)는 제공부(340)의 판단 자료를 근거로 하여 이상이 발생한 하수관(400)을 정확하게 찾아 신속하게 문제 해결 및 대응 조치를 하게 된다.
관리자(700)는 하수관(400) 시설 계획을 세우기 위해 수집부(310)에 저장된 정보를 조회하거나 검색한다(S160).
관리자(700)는 수집부(310)에 저장된 수위 정보, 영상 정보, 동작 감지 정보 및 유량 데이터를 시간별(초분시), 일자별, 주별, 월별 단위로 분류하여 조회 및 검색이 가능하고 각각의 맨홀 단위로도 분류하여 조회 및 검색이 가능하다. 전체 하수 관망의 통수 능력을 파악할 수 있으므로 하수관로 시설수립 계획과 유지관리 계획을 안정적으로 수립하는 효과가 있다.
전술한 하수관 관리 시스템의 구성을 바탕으로 하수관 관리 방법의 실시예를 도출할 수 있을 것이다.
먼저, 우수의 관로 데이터와 맨홀 데이터를 이용하여 우수 관로의 유량을 산정하고, 오수의 관로 데이터와 맨홀 데이터를 이용하여 오수 관로의 유량을 산정한다. 여기서 관로 데이터는 관로의 관경, 지반 높이, 관로 높이일 것이며 맨홀 데이터는 맨홀 높이, 맨홀 유입량이 될 것이다.
현재 하수 관로에 흐르는 우수의 유량과 오수의 유량을 측정하고 측정된 유량을 앞서 산정한 유량과 비교하여 차이량을 도출한다. 차이량이 하수 관로의 통수 능력을 고려하여 결정된 소정 값 보다 이상인 경우 차이량이 발생한 우수 관로를 관망 해석 전용 프로그램 SWMM (Storm Water Management Model)을 사용하여 주변의 오수 관로로 연결한 상태에서 통수 능력을 평가한다.
관망 해석 전용 프로그램상에서 우수 관로가 오수 관로로 연결되어도 통수 능력이 저하되지 않는 오수 관로를 실제 연결하여 통수 능력이 떨어지는 우수 관로의 문제를 해결한다. 이렇게 함으로써 기습성 폭우로 생기는 잦은 침수 피해를 예방할 수 있을 것이다. 또한, 산정된 유량과 측정된 유량을 하수 관망 해석 전용 프로그램 SWMM (Storm Water Management Model)의 관망 해석을 실행하여 우수 관로와 오수 관로의 오접 위치를 도출할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 맨홀 덮개 200 : 하수관 모니터링 장치
210 : 측정부 211 : 수위계
212 : CCTV 213 : 동작 감지 센서
220 : 전송부 300 : 하수 관리 서버
310 : 수집부 320 : 변환부
330 : 분석부 340 : 제공부
400 : 하수관 500 : 하수
600 : 안테나

Claims (8)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 맨홀에서의 수심을 측정한 하수관 모니터링 장치로부터 수심 정보를 전송받은 하수 관리 서버가 우수의 관로 데이터와 맨홀 데이터를 이용하여 우수 관로의 유량을 산정하는 단계와,
    상기 하수 관리 서버가 오수의 관로 데이터와 맨홀 데이터를 이용하여 오수 관로의 유량을 산정하는 단계와,
    상기 하수 관리 서버가 상기 우수 관로와 오수 관로의 유량을 측정하고, 상기 측정된 유량과 상기 산정된 유량을 비교하여 차이량을 도출하는 단계와,
    상기 하수 관리 서버가 상기 차이량이 소정 값 이상인 경우 상기 차이량이 발생한 우수 관로에 주변의 오수 관로 중 적어도 하나를 연결한 상태에서 유량을 산정하여 상기 측정된 유량과 비교하는 단계와,
    상기 우수 관로와 오수 관로를 연결한 상태에서 상기 산정된 유량과 상기 측정된 유량을 비교한 결과를 이용하여 우수 관로와 오수 관로의 오접 위치를 도출하는 단계를
    포함하는 것을 특징으로 하는 하수관 관리 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 관로 데이터는 관로의 관경, 지반 높이, 관로 높이 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 하수관 관리 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 맨홀 데이터는 맨홀 높이, 맨홀 유입량 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 하수관 관리 방법.
  8. 삭제
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