KR101672383B1 - 실시간 관망 해석 및 누수 탐지 장치, 방법 및 프로그램 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 실시간 관망 해석 및 누수 탐지 장치, 방법 및 프로그램에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 물이 공급되는 유입 지점과 연결되며, 복수의 구획 구간을 갖고, 각 구획 구간마다 물이 분기되는 노드를 갖는 소정 지역을 실시간 관망 해석하여 누수를 탐지하는 장치에 있어서, 유입 지점 및 소정 지역 내에 설치된 센서로부터 실시간 측정값을 수신하는 통신부와, 유입 지점에서의 실시간 유입 수량의 변동을 반영하여 실시간 유입 수량의 변동에 비례하도록 각 노드에서의 평균 소비 수량을 보정하는 실시간 보정부와, 각 노드에서의 보정된 소비 수량, 각 노드에서의 누수량, 유입 지점 및 각 노드에서의 지반고 중 적어도 하나 이상의 정보를 통해 각 노드에서의 수압을 예측하는 관망 해석부를 포함한다.

Description

실시간 관망 해석 및 누수 탐지 장치, 방법 및 프로그램{APPARATUS, METHOD AND PROGRAM FOR ANALYSING REAL-TIME WATER PIPE NETWORK AND OBSERVING WATER LEAKAGE}
본 발명은 실시간 관망 해석 및 누수 탐지 장치, 방법 및 프로그램에 관한 것으로, 물이 공급되는 유입 지점과 연결된 소정 지역의 관망 해석을 위하여, 소정 지역을 복수의 구획 구간으로 나누어, 구획 구간에 포함된 노드에서 사용되는 평균 소비 수량에 실시간으로 소정 지역에 유입되는 수량의 변동을 반영하여 실시간 관망 해석을 수행하고, 특정 노드에서 측정되는 수압과 실시간 관망 해석을 통해 예측되는 수압의 차이를 분석하여 누수가 발생한 노드를 탐지하는 기술에 관한 것이다.
일반적으로 상수도 시설은 취수시설, 도수시설, 정수시설, 송수시설, 배수시설, 급수시설 등으로 분류할 수 있으며, 이중 정수시설은 원수를 취수하는 취수장과, 취수장에서 들어온 물의 양 및 수위를 조절하는 착수장과, 정수약품 등을 이용하여 물을 정수하고 정수된 깨끗한 물을 임시 저장하는 정수장과, 정수된 물을 해당 지역내 가정이나 사무실 등으로 공급하기 위해 펌핑에 의한 가압 송수 및 중계 송수하는 가압장 및 중계펌프장 등을 포함할 수 있다.
이때 위와 같은 상수도 시설을 통해 정수된 물은 상수도관을 통해 각 가정이나 사무실로 공급되며, 이에 따라 정수된 물을 운반하는 상수도관은 필수적인 도시 기반 시설로서 이에 대한 유지, 보수, 누수탐지 등의 관리가 매우 중요하다.
그러나 위와 같은 상수도관은 주로 지하에 매설되어 있는 상수도관의 특성상, 파손 상태나 노후도 등의 정확한 파악이 쉽지 않다는 문제점이 있다.
또한 외부적인 요인이나 노후 등의 이유로 인해 수도관이 파손되는 경우 누수 등이 발생됨으로써 경제적인 손실을 가져오게 될 뿐만 아니라, 파손 부위로 오염물질이 침투할 수 있으며, 노후된 상수도관에 의해 녹물이 발생되는 등의 문제점을 유발한다.
이를 위하여 상수도관은 수질, 누수, 수압 등을 탐지할 수 있는 센서를 구비함이 바람직하나, 광범위한 상수도 지역에 센서를 모두 구비시키는 것은 비용적인 문제로 불가능한 실정이다.
한국 공개특허공보 제10-2014-0145637호: 상수도 네트워크의 자원 모니터링 시스템 및 방법
본 발명은 구획 구간 별 노드에서의 평균 소비 수량을 실시간 측정값에 가깝도록 보정하여, 보정된 소비 수량을 기반으로 실시간 관망 해석을 수행하고자 한다.
또한 누수가 발생한 노드를 탐지하여 신속한 보수를 가능하게 하고자 한다.
다만, 본 발명의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 기술적 과제가 도출될 수 있다.
상술한 문제를 해결하기 위해 실시간 관망 해석 및 누수 탐지 장치는 물이 공급되는 유입 지점과 연결되며, 복수의 구획 구간을 갖고, 각 구획 구간마다 물이 분기되는 노드를 갖는 소정 지역을 실시간 관망 해석하여 누수를 탐지하는 장치에 있어서, 상기 유입 지점 및 상기 소정 지역 내에 설치된 센서로부터 실시간 측정값을 수신하는 통신부와, 상기 유입 지점에서의 실시간 유입 수량의 변동을 반영하여 상기 실시간 유입 수량의 변동에 비례하도록 각 노드에서의 평균 소비 수량을 보정하는 실시간 보정부와, 상기 각 노드에서의 보정된 소비 수량, 각 노드에서의 누수량, 상기 유입 지점 및 상기 각 노드에서의 지반고 중 적어도 하나 이상의 정보를 통해 각 노드에서의 수압을 예측하는 관망 해석부를 포함한다.
이때 상기 센서는, 유량 센서 및 수압 센서를 포함할 수 있다.
또한 상기 구획 구간은, 소정의 구간이 노드를 하나씩 포함하면서 다른 노드를 포함하는 소정의 구간과 겹치지 않도록 나뉠 수 있다.
더하여 상기 각 노드에서의 평균 소비 수량은, 상기 노드를 포함하는 구획 구간 내에 포함된 가구에서 일정 기간 동안 소비된 수량을 합하여 단위 시간으로 나뉠 수 있다.
아울러 상기 실시간 보정부는, 상기 유입 지점에서의 특정 시간당 유입 수량에 상기 소정 지역에서의 특정 단위 시간당 평균 소비 수량을 나눈 보정 계수를 상기 각 노드에서의 평균 소비 수량에 곱하여 보정할 수 있다.
또한 상기 통신부는, 모든 노드 중 수압 센서가 설치된 일부 노드에서의 실측 수압을 수신하고, 이때 실시간 관망 해석 장치는, 상기 일부 노드에서 예측된 수압과 상기 일부 노드에서의 실측 수압의 차이가 소정 범위 이상인 경우, 모든 노드에 대해서 각 노드 별로, 기 설정된 범위의 누수량을 순차적으로 대입하여 상기 관망 해석부를 통해 수압을 예측한 복수의 데이터를 생성하고, 상기 복수의 데이터 중 상기 일부 노드에서의 예측된 수압과 상기 일부 노드에서의 실측 수압의 차이가 가장 작은 데이터를 선정하여, 상기 선정된 데이터를 생성할 때 대입된 누수량을 실제 누수량으로 판단하고, 상기 누수량이 대입된 노드를 누수 발생 노드로 탐지하는 누수 노드 탐지부를 더 포함할 수 있다.
여기서 상기 차이는, 상기 일부 노드에서의 예측된 수압과 상기 일부 노드에서의 실측 수압의 RMSE(Root Mean Square Error) 값을 통해 판단할 수 있다.
실시간 관망 해석 및 누수 탐지 방법은 물이 공급되는 유입 지점과 연결되며, 복수의 구획 구간을 갖고, 각 구획 구간마다 물이 분기되는 노드를 갖는 소정 지역을 실시간 관망 해석하여 누수를 탐지하는 방법에 있어서, 상기 유입 지점 및 상기 소정 지역 내에 설치된 센서로부터 실시간 측정값을 수신하는 단계와, 상기 유입 지점에서의 실시간 유입 수량의 변동을 반영하여 상기 실시간 유입 수량의 변동에 비례하도록 각 노드에서의 평균 소비 수량을 보정하는 단계와, 상기 각 노드에서의 보정된 소비 수량, 상기 유입 지점 및 상기 각 노드에서의 지반고 중 적어도 하나 이상의 정보를 통해 각 노드에서의 수압을 예측하는 단계를 포함한다.
이때 상기 센서는, 유량 센서 및 수압 센서를 포함할 수 있다.
또한 상기 구획 구간은, 소정의 구간이 노드를 하나씩 포함하면서 다른 노드를 포함하는 소정의 구간과 겹치지 않도록 나뉠 수 있다.
더하여 상기 각 노드에서의 평균 소비 수량은, 상기 노드를 포함하는 구획 구간 내에 포함된 가구에서 일정 기간 동안 소비된 수량을 합하여 단위 시간으로 나뉠 수 있다.
아울러 상기 평균 소비 수량을 보정하는 단계는, 상기 유입 지점에서의 특정 시간당 유입 수량에 상기 소정 지역에서의 특정 단위 시간당 평균 소비 수량을 나눈 보정 계수를 상기 각 노드에서의 평균 소비 수량에 곱하여 보정할 수 있다.
한편 실시간 관망 해석 및 누수 탐지 방법은 실시간 측정값을 수신하는 단계는, 모든 노드 중 수압 센서가 설치된 일부 노드에서의 실측 수압을 수신하고, 상기 실시간 관망 해석 방법은 상기 수압을 예측하는 단계 이후, 상기 일부 노드에서 예측된 수압과 상기 일부 노드에서의 실측 수압의 차이가 소정 범위 이상인 경우, 모든 노드에 대해서 각 노드 별로, 기 설정된 범위의 누수량을 순차적으로 대입하여 새롭게 수압을 예측하여 복수의 데이터를 생성하는 단계와, 상기 복수의 데이터 중 상기 일부 노드에서의 예측된 수압과 상기 일부 노드에서의 실측 수압의 차이가 가장 작은 데이터를 선정하는 단계와, 상기 선정된 데이터를 생성할 때 대입된 누수량을 실제 누수량으로 판단하고, 상기 누수량이 대입된 노드를 누수 발생 노드로 탐지하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이때 상기 차이는, 상기 일부 노드에서의 예측된 수압과 상기 일부 노드에서의 실측 수압의 RMSE(Root Mean Square Error) 값을 통해 판단할 수 있다.
컴퓨터 판독 기능매체에 저장된 프로그램 및 상기 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능 기록매체 은 물이 공급되는 유입 지점과 연결되며, 복수의 구획 구간을 갖고, 각 구획 구간마다 물이 분기되는 노드를 갖는 소정 지역을 실시간 관망 해석하여 누수를 탐지하는 방법에 있어서, 상기 유입 지점 및 상기 소정 지역 내에 설치된 센서로부터 실시간 측정값을 수신하는 단계와, 상기 유입 지점에서의 실시간 유입 수량의 변동을 반영하여 상기 실시간 유입 수량의 변동에 비례하도록 각 노드에서의 평균 소비 수량을 보정하는 단계와, 상기 각 노드에서의 보정된 소비 수량, 상기 유입 지점 및 상기 각 노드에서의 지반고 중 적어도 하나 이상의 정보를 통해 각 노드에서의 수압을 예측하는 단계를 수행할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 물이 공급되는 유입 지점과 연결된 소정 지역의 관망 해석을 위하여, 소정 지역을 복수의 구획 구간으로 나누어, 구획 구간에 포함된 노드에서 사용되는 평균 소비 수량에 실시간으로 소정 지역에 유입되는 수량의 변동을 반영하여 실시간 관망 해석을 수행할 수 있다.
또한 특정 노드에서 측정되는 수압과 실시간 관망 해석을 통해 예측되는 수압의 차이를 분석하여 누수가 발생한 노드를 탐지할 수 있다.
본 발명의 실시예에 대한 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 효과들이 포함될 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 실시간 관망 해석 및 누수 탐지 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 배수지와 물을 필요로 하는 복수의 지역이 상수도관을 통해 연결된 형태와, 물이 유입되는 유입 지점마다 유량 센서가 설치된 모습을 나타낸 도면이다.
도 3은 물이 공급되는 유입 지점과 연결된 소정 지역의 관망 해석을 위해 소정 지역이 복수의 구획 구간으로 분할된 모습을 나타낸 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 실시간 관망 해석 및 누수 탐지 방법의 순서를 나타낸 도면이다.
본 발명의 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 명세서에 첨부된 도면에 의거한 이하의 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다. 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세하게 설명한다.
본 명세서에서 개시되는 실시예들은 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 해석되거나 이용되지 않아야 할 것이다. 이 분야의 통상의 기술자에게 본 명세서의 실시예를 포함한 설명은 다양한 응용을 갖는다는 것이 당연하다. 따라서, 본 발명의 상세한 설명에 기재된 임의의 실시예들은 본 발명을 보다 잘 설명하기 위한 예시적인 것이며 본 발명의 범위가 실시예들로 한정되는 것을 의도하지 않는다.
도면에 표시되고 아래에 설명되는 다이어그램들은 가능한 구현의 예들일 뿐이다. 다른 구현들에서는 상세한 설명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다른 기능 다이어그램들이 사용될 수 있다. 또한, 본 발명의 하나 이상의 기능 다이어그램이 개별 다이어그램들로 표시되지만, 본 발명의 기능 다이어그램들 중 하나 이상은 동일 기능을 실행하는 다양한 하드웨어 및 소프트웨어 구성들의 조합일 수 있다.
또한, 어떤 구성요소들을 포함한다는 표현은 개방형의 표현으로서 해당 구성요소들이 존재하는 것을 단순히 지칭할 뿐이며, 추가적인 구성요소들을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다.
나아가 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있다거나 접속되어 있다고 언급될 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다.
또한 '제1, 제2' 등과 같은 표현은 복수의 구성들을 구분하기 위한 용도로만 사용된 표현으로써, 구성들 사이의 순서나 기타 특징들을 한정하지 않는다.
도 1은 일 실시예에 따른 실시간 관망 해석 및 누수 탐지 장치(100)의 구성을 나타낸 도면이고, 도 2는 배수지(200)와 물을 필요로 하는 복수의 지역이 상수도관(202)을 통해 연결된 형태와, 물이 유입되는 소정 지역(207)마다 유량 센서(201)가 설치된 모습을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 기존의 관망 해석 시스템은 배수지(200)에서 물이 배출되는 지점에 설치된 유량 센서(201) 값만을 이용하여 이와 연결된 모든 지역의 관망 해석을 수행하였다. 다만, 배수지(200)로부터 멀리 떨어진 지역일수록 유입 수량 값을 정확히 파악할 수 없어, 배수지(200)로부터 먼 지역의 관망 해석값은 실제로 측정된 값과 큰 오차가 발생하는 문제가 있다.
그러나 본 발명에서는 물을 필요로 하는 지역마다 물이 공급되는 유입 지점과 연결된 지역을 기준으로 관망 해석 대상을 분할하여, 물이 유입되는 지점에 설치된 유량 센서(201)를 통해, 분할된 소정 지역(207) 각각을 관망 해석함으로써, 기존의 관망 해석 시스템보다 정확한 관망 해석을 수행할 수 있다.
이때 분할된 소정 지역(207)은 물이 공급되는 유입 지점과 연결되며, 복수의 구획 구간(206)을 갖는다. 각 구획 구간은 물이 분기되는 노드(204)를 포함하도록 구획되며, 이렇게 분할된 구획 구간(206) 내에 포함된 가구가 소비한 수량의 합을 상기 노드(204)의 소비 수량으로 간주하여 소정 지역의 실시간 관망 해석을 수행한다.
도 3은 물이 공급되는 유입 지점과 연결된 소정 지역(207)의 관망 해석을 위해, 소정 지역(207)이 복수의 구획 구간(206)으로 분할된 모습을 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 가정에서 사용하는 물은 취수원에서 물을 끌어와 정수장에서 물이 가정에서 사용될 수 있게끔 정수되어 가구(203)에 공급되거나, 배수지(200)에 저장되어 있다가 가구(203)에 공급된다.
이때 상수도관(202)은 물을 공급하고 분배하는 데에 쓰이는 관이다. 이때 실시간 관망 해석을 위해 물을 공급되는 유입 지점과 연결된 소정 지역(207)을 복수의 구획 구간(206)으로 나눌 수 있다.
노드(204)는 상수도관(202)에서 물이 분기되는 지점으로서, 구획 구간(206)은 노드(204)를 하나 이상 포함할 할 수 있다. 한편 각 노드(204)에서의 정확한 관망 해석을 위해서, 구획 구간(206)은 노드(204)를 하나씩 포함하면서 다른 노드(204)를 포함하는 구획 구간(206)과 겹치지 않도록 나누는 것이 바람직하다.
한편 관망 해석을 위해서는 유입 지점 및 노드(204)에 센서가 설치될 수 있으며, 이때 센서는 유량 센서(201), 수압 센서(205) 및 수질 센서를 포함할 수 있다. 통상적으로 유입 지점에는 상기 센서가 설치되어 있으나, 모든 노드(204)마다 센서를 설치하는 것은 비용적인 문제가 있다.
따라서 본 발명의 실시예에서는 유입 지점에 설치된 유량 센서(201)의 실시간 측정값을 통해 각 노드(204)에서의 평균 소비 수량을 보정하여 실시간 관망 해석을 수행하고, 일부 노드(204)에 설치된 수압 센서에서 측정된 실측 수압과 실시간 관망 해석을 통해 예측된 수압의 차이를 분석하여 누수 발생 노드(204)를 탐지할 수 있다.
도 1을 참조하면, 실시간 관망 해석 및 누수 탐지 장치(100)는 통신부(110), 실시간 보정부(120) 및 관망 해석부(130)를 포함하고, 추가적으로 누수 탐지부(140)를 포함할 수 있다.
통신부(110)는 유입 지점 및 소정 지역(207) 내에 설치된 센서와 통신한다. 이를 위해 통신부(110)는 통신 모듈을 포함할 수 있다. 이때 센서는 유량 센서(201), 수압 센서(205) 및 수질 센서를 포함할 수 있고, 이외 관망 해석을 위해 필요한 값을 측정하는 센서들을 포함할 수 있다.
실시간 보정부(120)는 각 노드(204)에서 소비된 수량에 대한 정보를 입력 받는다. 이후 유입 지점에서의 실시간 유입 수량의 변동을 반영하여 실시간 유입 수량의 변동에 비례하도록 각 노드(204)에서의 평균 소비 수량을 보정한다.
한편 각 노드(204)에서의 소비된 수량을 알기 위해서는 각 노드(204)에 유량 센서(201)를 설치함이 바람직하나, 모든 노드(204)에 유량 센서(201)를 설치하는 것은 현실적으로 불가능하므로, 각 노드(204)를 포함하는 구획 구간(206) 내에 위치한 가구(203)가 사용하는 소비 수량으로부터 각 노드(204)의 유입 수량을 예측할 수 있다.
이때 구획 구간(206) 내 노드(204)에서 소비된 수량에 대한 정보는, 구획 구간(206) 내에 있는 가구(203) 각각에 설치된 수도 계량기로부터 소비된 수량을 모두 합산하여 산출된 정보일 수 있다. 각 가구(203)에 설치된 수도 계량기에는 각 가구(203)에서 소비된 물의 수량 정보가 표시될 수 있는데, 일정 기간 동안의 소비 수량을 알기 위해서는, 현재 측정한 소비 수량 값에서 일정 기간 전에 측정된 소비 수량 값을 감산하여, 해당 가구(203)에서 일정 기간 동안의 소비 수량을 계산할 수 있다.
이를 위해 각 가구(203)의 수도 계량기에서 측정된 소비 수량 값은, 예를 들면 수도 검침원에 의해 한달 단위로 측정되어 입력되거나, 수도 계량기에 통신기능이 탑재된 경우 소비 수량 값이 통신부(110)로 전송될 수 있다.
이에 노드(204)를 포함하는 구획 구간(206) 내에 포함된 가구(203)에서 일정 기간 동안 소비된 수량을 합하여 단위 시간(특정 시간 동안의 소비 수량 평균을 구하기 위해 기준이 되는 시간)으로 나눈 값이 평균 소비 수량이며, 예를 들어 수도 계량기의 검침을 통해 알게된 30일 동안 소비된 수량을 30으로 나누면 1일의 평균 소비 수량이 되며, 1일의 평균 소비 수량을 24로 나누면 1시간의 평균 소비 수량이 된다.
이렇게 구획 구간(206) 내의 모든 가구(203)에서 일정 기간 동안 소비된 수량에 대한 정보가 취합되어, 각 노드(204)에서 소비된 수량 정보가 산출될 수 있다.
한편 각 노드(204)에서는 가구에서 시간대별 물을 사용하는 양이 다르기에 시간대별로 소비 수량이 달라지므로, 각 노드(204)에서의 평균 소비 수량 자체로 실시간 관망 해석을 수행하기 어렵다.
다만, 가구에서 물 사용량이 많은 시간대 일수록 물의 수요가 보다 많이 필요하므로, 각 노드(204)에서의 소비 수량은 유입 지점의 유입 수량에 비례한다는 원리를 이용하여 평균 소비 수량을 실시간 소비 수량에 가깝도록 보정할 수 있다.
따라서 실시간 보정부(120)는 유입 지점으로부터의 유입 수량을 유입 지점에 설치된 유량 센서(201)가 실시간으로 측정한 값을 수신하고, 실시간으로 변동되는 유입 수량은 유입 지점과 연결된 소정 지역(207)의 실시간 소비 수량에 비례하는바, 유입 지점의 유입 수량을 실시간 측정하여, 각 노드(204)에서 평균 소비 수량 값에 반영하여 변경함으로써 실시간 변경을 반영한 소비 수량으로 보정할 수 있다.
이를 위해 실시간 보정부(120)는 유입 지점에서의 특정 시간당 유입 수량에 소정 지역에서의 특정 단위 시간당 평균 소비 수량을 나눈 보정 계수를 각 노드에서의 평균 소비 수량에 곱하여, 평균 소비 수량을 실시간 소비 수량에 가깝게 보정할 수 있다. 이때 소정 지역에서의 특정 단위 시간당 평균 소비 수량은, 각 노드에서의 특정 단위 시간당 평균 소비 수량의 합으로 구할 수 있다.
(보정 계수 = 유입 지점에서의 특정 시간당 유입 수량/소정 지역에서의 특정 단위 시간당 평균 소비 수량)
예를 들어 소정 지역(207)에 있는 각 노드(204)에서의 30일 평균 소비 수량의 합이 720톤이라면, 소정 지역(207)에서 1시간 평균 소비 수량은 720/30/24 = 1톤이다.
이때 오전 10시부터 1시간 동안 유입 지점으로부터 소정 지역(207)으로 흘러 들어가는 유입 수량이 1.2톤이라면 이 수치는 소정 지역(207)의 1시간 평균 소비 수량보다 1.2배가 높다. 따라서 보정계수는 1.2톤/1톤 = 1.2 이다.
이에 기반하여 10시부터 1시간 동안 각 노드(204)에서의 소비 수량은 각 노드(204)에서의 평균 소비 수량보다 1.2배가 많음을 알 수 있고, 각 노드(204)에서의 1시간당 평균 소비 수량에 보정 계수 1.2를 곱한 값은 10시부터 1시간 동안의 각 노드(204)에서 소비된 수량의 실시간 측정값에 가깝다.
따라서 본 실시예를 통해 각 노드(204)에서의 평균 소비 수량을 실시간 측정값에 가깝도록 보정하여 실시간 관망 해석을 수행할 수 있다.
관망 해석부(130)는 각 노드(204)에서의 보정된 소비 수량, 각 노드(204)에서의 누수량, 유입 지점 및 각 노드에서의 지반고 중 적어도 하나 이상의 정보를 통해 각 노드에서의 수압을 예측하여 관망 해석을 수행할 수 있다.
소비 수량, 누수량, 지반고 등의 값을 이용하여 수압을 구하는 관망 해석은 기존의 공지된 알고리즘을 사용할 수 있다. 예를 들면, EPANET과 KYPIPE이 사용하는 Demand Driven Analysis(이하, DDA) 기법을 사용할 수 있는데, DDA는 상수도 시스템의 수리학적 해석 방법 중의 하나로써, 절점(node)에서 요구(demand)되는 수요 유량은 항상 충족 가능하다는 가정하에 연속방정식과 순환방정식을 이용하여 각 노드(204)의 수압을 계산할 수 있다.
따라서 관망 해석부(130)는 실시간 보정부(120)가 구한 각 노드(204)에서의 보정된 소비 수량, 노드의 소비 수량에 비례하여 각 노드에서 허용되는 누수량, 유입 지점 및 각 노드(204)에서의 지반고 등의 정보를 사용하여 각 노드(204)에서의 수압을 예측할 수 있다.
다른 실시예로서 실시간 관망 해석 및 누수 탐지 장치(100)는 누수 발생 노드(204)를 탐지하는 누수 노드 탐지부(140)를 더 포함하는데, 소정 지역(207)에 포함된 노드(204)에 대하여 관망 해석을 수행할 경우, 상수도관(202)에 문제가 발생하지 않는 경우에는 관망 해석부(130)가 예측한 수압은 실제 수압과 큰 차이가 없을 것이다. 다만, 상수도관(202)에 문제가 발생하여 훨씬 허용치 이상의 누수가 발생하는 경우에는, 관망 해석부(130)가 예측한 수압은 실제 측정된 수압과 차이가 발생할 것이다.
따라서 누수 노드 탐지부(140)는 수압 센서(205)가 설치된 일부 노드(204)에서 측정된 실측 수압을 이용하여 누수 발생 노드(204)가 어느 노드(204)인지 특정한다.
이를 위해 누수 노드 탐지부(140)는 일부 노드(204)에서 예측된 수압과 일부 노드(204)에서의 실측 수압의 차이가 소정 범위 이상인 경우, 모든 노드(204)에 대해서 각 노드(204) 별로, 기 설정된 범위의 누수량을 순차적으로 대입하여 관망 해석부를 통해 수압을 예측한 복수의 데이터를 생성하고, 상기 복수의 데이터 중 일부 노드(204)에서의 예측된 수압과 일부 노드(204)에서의 실측 수압의 차이가 가장 작은 데이터를 선정하여, 선정된 데이터를 생성할 때 대입된 누수량을 실제 누수량으로 판단할 있고, 누수량이 대입된 노드(204)를 누수 발생 노드(204)로 탐지할 수 있다. 이때 통신부(110)는 모든 노드(204) 중 수압 센서(205)가 설치된 일부 노드(204)에서의 실측 수압을 수신한다.
즉, 각 노드(204)에서 누수량을 대입함으로써 새롭게 관망 해석된 예측 수압이 실측 수압과 가까워지면 그만큼 관망 해석이 올바르게 수행되었다는 것을 귀납적으로 예측하는 것이다.
이때 일부 노드(204)에서의 예측된 수압과 일부 노드(204)에서의 실측 수압의 차이는 [수학식 1]의 RMSE(Root Mean Square Error) 값을 통해 판단할 수 있다.
Figure 112016042623165-pat00001
(n: 수압 센서(205)가 설치된 노드(204)의 개수, Yk: k번째 노드(204)에서의 실측 수압, : k번째 노드(204)에서의 예측 수압)
상술한 누수 노드 탐지의 방법을 예를 들면 다음과 같다.
도 3과 같이 소정 지역(207) 내 9개의 노드(204) 중에 3개의 일부 노드(204) 노드 1, 노드 2, 노드 3 에만 수압 센서(205)가 설치되어 있고, 관망 해석부(130)의 관망 해석에 따라 예측된 수압은 노드 1, 노드 2, 노드 3에서 각각 15.00Pa, 16.00Pa, 18.00Pa 이고, 수압 센서 205a, 205b, 205c에서 측정된 실측 수압은 16.00Pa, 17.00Pa, 19.00Pa 라고 하자. 그렇다면 아래 [수학식 2]에 따라 RMSE는 다음과 같이 계산될 수 있으며, 이것이 누수량을 대입하기 전의 RMSE 값이다.
Figure 112016042623165-pat00002
이때 RMSE 값이 기 설정된 범위(예를 들어 0.5) 이상인 경우, 누수 탐지부(140)가 누수 탐지 과정을 수행하도록 설정할 수 있다.
이에 RMSE가 0.5 이상일 때 누수 노드를 탐지하도록 설정되었다면, [수학식 2]에 따른 RMSE 값은 1이므로, 도 3에서와 같이 소정 지역(207) 내 존재하는 9개의 노드(204), 노드 1, 노드 2, 노드 3, ... , 노드 9 순서대로 누수량을 1, 2, 3, 4, ..., 98, 99, 100 (m3/hr) 까지 순차적으로 각 노드 별로 대입하여 보면서 관망 해석부(130)에 의해 각 노드의 수압을 새롭게 산출하고, 새롭게 산출된 노드 1, 노드 2, 노드 3의 예측 수압값을 실측 수압값과 비교하여 RMSE 값을 구한다. 한편 각 노드(204)에 순차적으로 대입시킬 누수량 및 계산 반복 횟수는 관리자의 설정에 따라 다양하게 설정할 수 있다.
상기에서 노드 9개에 대하여 각각 누수량을 1(m3/hr) 부터 100(m3/hr) 까지 100번의 값을 대입하여 RMSE 값을 구하였으므로 9x100 = 900 개의 RMSE 데이터가 생성된다. 이때 RMSE 값이 작을수록 예측 수압과 실측 수압이 일치한다는 의미이므로, 복수의 데이터 중 RMSE 값이 가장 작은 데이터를 선정한다. 이로써, 선정된 데이터가 생성될 때 대입된 누수량이 실제 발생하고 있는 누수량이며, 상기 누수량이 대입된 노드(204)를 실제 누수가 발생한 노드(204)라고 탐지할 수 있다.
한편 상술한 실시예가 포함하는 통신부(110), 실시간 보정부(120), 관망 해석부(130) 및 누수 노드 탐지부(140)는 이 들의 기능을 수행하도록 프로그램된 명령어를 포함하는 메모리, 및 상기 명령을 수행하는 마이크로프로세서를 포함하는 연산 장치에 의해 구현될 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 실시간 관망 해석 및 누수 탐지 방법의 순서를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 물이 공급되는 유입 지점과 연결되며, 복수의 구획 구간을 갖고, 각 구획 구간마다 물이 분기되는 노드를 갖는 소정 지역을 실시간 관망 해석하여 누수를 탐지하는 방법은, 유입 지점 및 소정 지역 내에 설치된 센서로부터 실시간 측정값을 수신하는 단계(S410)와, 유입 지점에서의 실시간 유입 수량의 변동을 반영하여 실시간 유입 수량의 변동에 비례하도록 각 노드에서의 평균 소비 수량을 보정하는 단계(S420)와, 각 노드에서의 보정된 소비 수량, 유입 지점 및 각 노드에서의 지반고 중 적어도 하나 이상의 정보를 통해 각 노드에서의 수압을 예측하는 단계(S430)를 포함한다. 방법의 각 단계는 실시간 관망 해석 및 누수 탐지 장치에 의해 구현될 수 있다.
이때 상기 센서는 유량 센서(201) 및 수압 센서를 포함할 수 있다.
또한 평균 소비 수량을 보정하는 단계는 유입 지점에서의 특정 시간당 유입 수량에 소정 지역에서의 특정 단위 시간당 평균 소비 수량을 나눈 보정 계수를 각 노드에서의 평균 소비 수량에 곱하여 보정할 수 있다.
다른 실시예로서 실시간 관망 해석 및 누수 탐지 방법은 수압을 예측하는 단계(S430) 이후, 상기 일부 노드에서 예측된 수압과 상기 일부 노드에서의 실측 수압의 차이가 소정 범위 이상인 경우에, 모든 노드에 대해서 각 노드 별로, 기 설정된 범위의 누수량을 순차적으로 대입하여 새롭게 수압을 예측하여 복수의 데이터를 생성하는 단계와, 복수의 데이터 중 상기 일부 노드에서의 예측된 수압과 일부 노드에서의 실측 수압의 차이가 가장 작은 데이터를 선정하는 단계와, 선정된 데이터를 생성할 때 대입된 누수량을 실제 누수량으로 판단하고, 누수량이 대입된 노드를 누수 발생 노드로 탐지하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이때 실시간 측정값을 수신하는 단계(S410)는 모든 노드 중 수압 센서가 설치된 일부 노드에서의 실측 수압을 수신한다.
한편 상기 차이는, 일부 노드에서의 예측된 수압과 상기 일부 노드에서의 실측 수압의 RMSE(Root Mean Square Error) 값을 통해 판단할 수 있다.
이하 도 4에 도시된 실시간 관망 해석 및 누수 탐지 방법에 대한 구체적인 사항은 실시간 관망 해석 및 누수 탐지 장치(100)에 대한 것과 동일하므로, 이에 대한 자세한 설명은 정보 처리 장치(100)에 대한 설명으로 대체하기로 한다.
상술한 본 발명의 실시예들은 다양한 수단을 통해 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들은 하드웨어, 펌웨어(firmware), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다.
하드웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 하나 또는 그 이상의 ASICs(Application Specific Integrated Circuits), DSPs(Digital Signal Processors), DSPDs(Digital Signal Processing Devices), PLDs(Programmable Logic Devices), FPGAs(Field Programmable Gate Arrays), 프로세서, 컨트롤러, 마이크로 컨트롤러, 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.
펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 이상에서 설명된 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차 또는 함수 등의 형태로 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드는 메모리 유닛에 저장되어 프로세서에 의해 구동될 수 있다. 상기 메모리 유닛은 상기 프로세서 내부 또는 외부에 위치하여, 이미 공지된 다양한 수단에 의해 상기 프로세서와 데이터를 주고 받을 수 있다.
이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 실시간 관망 해석 및 누수 탐지 장치
110: 통신부
120: 실시간 보정부
130: 관망 해석부
104: 누수 탐지부
200: 배수지
201: 유량 센서
202: 상수도관
203: 가구
204: 노드
205a, 205b, 205c: 수압 센서
206: 구획 구간

Claims (16)

  1. 물이 공급되는 유입 지점과 연결되며, 복수의 구획 구간을 갖는 소정 지역을 실시간 관망 해석하여 누수를 탐지하는 장치에 있어서, 상기 복수의 구획 구간은 각각 물이 분기되는 노드가 존재하며,
    상기 장치는,
    상기 유입 지점 및 상기 소정 지역 내에 설치된 센서로부터 실시간 측정값을 수신하는 통신부와,
    상기 유입 지점에서의 실시간 유입 수량의 변동을 반영하여 상기 실시간 유입 수량의 변동에 비례하도록 각 노드에서의 평균 소비 수량을 보정하는 실시간 보정부와,
    상기 각 노드에서의 보정된 소비 수량, 각 노드에서의 누수량, 상기 유입 지점 및 상기 각 노드에서의 지반고 중 적어도 하나 이상의 정보를 통해 각 노드에서의 수압을 예측하는 관망 해석부와,
    상기 일부 노드에서 예측된 수압과 상기 일부 노드에서의 실측 수압의 차이가 소정 범위 이상인 경우, 모든 노드에 대해서 각 노드 별로, 기 설정된 범위의 누수량을 순차적으로 대입하여 상기 관망 해석부를 통해 수압을 예측한 복수의 데이터를 생성하고, 상기 복수의 데이터 중 상기 일부 노드에서의 예측된 수압과 상기 일부 노드에서의 실측 수압의 차이가 가장 작은 데이터를 선정하여, 상기 선정된 데이터를 생성할 때 대입된 누수량을 실제 누수량으로 판단하고, 상기 누수량이 대입된 노드를 누수 발생 노드로 탐지하는 누수 노드 탐지부를 포함하되,
    상기 통신부는 모든 노드 중 수압 센서가 설치된 일부 노드에서의 실측 수압을 수신하는,
    실시간 관망 해석 및 누수 탐지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 센서는,
    유량 센서 및 수압 센서를 포함하는
    실시간 관망 해석 및 누수 탐지 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 구획 구간은,
    소정의 구간이 노드를 하나씩 포함하면서 다른 노드를 포함하는 소정의 구간과 겹치지 않도록 나뉜
    실시간 관망 해석 및 누수 탐지 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 각 노드에서의 평균 소비 수량은,
    상기 노드를 포함하는 구획 구간 내에 포함된 가구에서 일정 기간 동안 소비된 수량을 합하여 단위 시간으로 나눈
    실시간 관망 해석 및 누수 탐지 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 실시간 보정부는,
    상기 유입 지점에서의 특정 시간당 유입 수량에 상기 소정 지역에서의 특정 단위 시간당 평균 소비 수량을 나눈 보정 계수를 상기 각 노드에서의 평균 소비 수량에 곱하여 보정하는
    실시간 관망 해석 및 누수 탐지 장치.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 차이는,
    상기 일부 노드에서의 예측된 수압과 상기 일부 노드에서의 실측 수압의 RMSE(Root Mean Square Error) 값을 통해 판단하는
    실시간 관망 해석 및 누수 탐지 장치.
  8. 물이 공급되는 유입 지점과 연결되며, 복수의 구획 구간을 갖는 소정 지역을 실시간 관망 해석 및 누수 탐지 장치가 실시간 관망 해석하여 누수를 탐지하는 방법에 있어서, 상기 복수의 구획 구간은 각각 물이 분기되는 노드가 존재하며,
    상기 방법은,
    상기 유입 지점 및 상기 소정 지역 내에 설치된 센서로부터 실시간 측정값을 수신하는 단계와,
    상기 유입 지점에서의 실시간 유입 수량의 변동을 반영하여 상기 실시간 유입 수량의 변동에 비례하도록 각 노드에서의 평균 소비 수량을 보정하는 단계와,
    상기 각 노드에서의 보정된 소비 수량, 상기 유입 지점 및 상기 각 노드에서의 지반고 중 적어도 하나 이상의 정보를 통해 각 노드에서의 수압을 예측하는 단계와,
    상기 일부 노드에서 예측된 수압과 상기 일부 노드에서의 실측 수압의 차이가 소정 범위 이상인 경우, 모든 노드에 대해서 각 노드 별로, 기 설정된 범위의 누수량을 순차적으로 대입하여 새롭게 수압을 예측하여 복수의 데이터를 생성하는 단계와,
    상기 복수의 데이터 중 상기 일부 노드에서의 예측된 수압과 상기 일부 노드에서의 실측 수압의 차이가 가장 작은 데이터를 선정하는 단계와,
    상기 선정된 데이터를 생성할 때 대입된 누수량을 실제 누수량으로 판단하고, 상기 누수량이 대입된 노드를 누수 발생 노드로 탐지하는 단계를 포함하되,
    실시간 측정값을 수신하는 단계는,
    모든 노드 중 수압 센서가 설치된 일부 노드에서의 실측 수압을 수신하는,
    실시간 관망 해석 및 누수 탐지 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 센서는,
    유량 센서 및 수압 센서를 포함하는
    실시간 관망 해석 및 누수 탐지 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 구획 구간은,
    소정의 구간이 노드를 하나씩 포함하면서 다른 노드를 포함하는 소정의 구간과 겹치지 않도록 나뉜
    실시간 관망 해석 및 누수 탐지 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 각 노드에서의 평균 소비 수량은,
    상기 노드를 포함하는 구획 구간 내에 포함된 가구에서 일정 기간 동안 소비된 수량을 합하여 단위 시간으로 나눈
    실시간 관망 해석 및 누수 탐지 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 평균 소비 수량을 보정하는 단계는,
    상기 유입 지점에서의 특정 시간당 유입 수량에 상기 소정 지역에서의 특정 단위 시간당 평균 소비 수량을 나눈 보정 계수를 상기 각 노드에서의 평균 소비 수량에 곱하여 보정하는
    실시간 관망 해석 및 누수 탐지 방법.
  13. 삭제
  14. 제8항에 있어서,
    상기 차이는,
    상기 일부 노드에서의 예측된 수압과 상기 일부 노드에서의 실측 수압의 RMSE(Root Mean Square Error) 값을 통해 판단하는
    실시간 관망 해석 및 누수 탐지 방법.
  15. 물이 공급되는 유입 지점과 연결되며, 복수의 구획 구간을 갖는 소정 지역을 실시간 관망 해석 및 누수 탐지 장치가 실시간 관망 해석하여 누수를 탐지하는 방법에 있어서, 상기 복수의 구획 구간은 각각 물이 분기되는 노드가 존재하며,
    상기 방법은,
    상기 유입 지점 및 상기 소정 지역 내에 설치된 센서로부터 실시간 측정값을 수신하는 단계와,
    상기 유입 지점에서의 실시간 유입 수량의 변동을 반영하여 상기 실시간 유입 수량의 변동에 비례하도록 각 노드에서의 평균 소비 수량을 보정하는 단계와,
    상기 각 노드에서의 보정된 소비 수량, 상기 유입 지점 및 상기 각 노드에서의 지반고 중 적어도 하나 이상의 정보를 통해 각 노드에서의 수압을 예측하는 단계와,
    상기 일부 노드에서 예측된 수압과 상기 일부 노드에서의 실측 수압의 차이가 소정 범위 이상인 경우, 모든 노드에 대해서 각 노드 별로, 기 설정된 범위의 누수량을 순차적으로 대입하여 새롭게 수압을 예측하여 복수의 데이터를 생성하는 단계와,
    상기 복수의 데이터 중 상기 일부 노드에서의 예측된 수압과 상기 일부 노드에서의 실측 수압의 차이가 가장 작은 데이터를 선정하는 단계와,
    상기 선정된 데이터를 생성할 때 대입된 누수량을 실제 누수량으로 판단하고, 상기 누수량이 대입된 노드를 누수 발생 노드로 탐지하는 단계를 수행하되,
    실시간 측정값을 수신하는 단계는,
    모든 노드 중 수압 센서가 설치된 일부 노드에서의 실측 수압을 수신하는,
    컴퓨터 판독 기능매체에 저장된 프로그램.
  16. 물이 공급되는 유입 지점과 연결되며, 복수의 구획 구간을 갖는 소정 지역을 실시간 관망 해석 및 누수 탐지 장치가 실시간 관망 해석하여 누수를 탐지하는 방법에 있어서, 상기 복수의 구획 구간은 각각 물이 분기되는 노드가 존재하며,
    상기 방법은,
    상기 유입 지점 및 상기 소정 지역 내에 설치된 센서로부터 실시간 측정값을 수신하는 단계와,
    상기 유입 지점에서의 실시간 유입 수량의 변동을 반영하여 상기 실시간 유입 수량의 변동에 비례하도록 각 노드에서의 평균 소비 수량을 보정하는 단계와,
    상기 각 노드에서의 보정된 소비 수량, 상기 유입 지점 및 상기 각 노드에서의 지반고 중 적어도 하나 이상의 정보를 통해 각 노드에서의 수압을 예측하는 단계와,
    상기 일부 노드에서 예측된 수압과 상기 일부 노드에서의 실측 수압의 차이가 소정 범위 이상인 경우, 모든 노드에 대해서 각 노드 별로, 기 설정된 범위의 누수량을 순차적으로 대입하여 새롭게 수압을 예측하여 복수의 데이터를 생성하는 단계와,
    상기 복수의 데이터 중 상기 일부 노드에서의 예측된 수압과 상기 일부 노드에서의 실측 수압의 차이가 가장 작은 데이터를 선정하는 단계와,
    상기 선정된 데이터를 생성할 때 대입된 누수량을 실제 누수량으로 판단하고, 상기 누수량이 대입된 노드를 누수 발생 노드로 탐지하는 단계를 수행하는 명령어를 포함하되,
    실시간 측정값을 수신하는 단계는,
    모든 노드 중 수압 센서가 설치된 일부 노드에서의 실측 수압을 수신하는,
    프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능 기록매체.
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