KR102055258B1 - 스마트 rtu를 이용하여 저장조의 수위를 모니터링하는 장치 및 방법 - Google Patents

스마트 rtu를 이용하여 저장조의 수위를 모니터링하는 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102055258B1
KR102055258B1 KR1020190104794A KR20190104794A KR102055258B1 KR 102055258 B1 KR102055258 B1 KR 102055258B1 KR 1020190104794 A KR1020190104794 A KR 1020190104794A KR 20190104794 A KR20190104794 A KR 20190104794A KR 102055258 B1 KR102055258 B1 KR 102055258B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
water level
rtu
reservoir
parameter
level
Prior art date
Application number
KR1020190104794A
Other languages
English (en)
Inventor
김정호
Original Assignee
김정호
주식회사 이지에버텍
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 김정호, 주식회사 이지에버텍 filed Critical 김정호
Priority to KR1020190104794A priority Critical patent/KR102055258B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102055258B1 publication Critical patent/KR102055258B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/007—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring the level variations of storage tanks relative to the time
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01W—METEOROLOGY
    • G01W1/00—Meteorology
    • G01W1/14—Rainfall or precipitation gauges
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10—Complex mathematical operations
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q10/00—Administration; Management
    • G06Q10/04—Forecasting or optimisation specially adapted for administrative or management purposes, e.g. linear programming or "cutting stock problem"
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q50/00—Systems or methods specially adapted for specific business sectors, e.g. utilities or tourism
    • G06Q50/10—Services
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B21/00—Alarms responsive to a single specified undesired or abnormal condition and not otherwise provided for
    • G08B21/18—Status alarms
    • G08B21/182—Level alarms, e.g. alarms responsive to variables exceeding a threshold
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A10/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE at coastal zones; at river basins
    • Y02A10/40—Controlling or monitoring, e.g. of flood or hurricane; Forecasting, e.g. risk assessment or mapping
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Economics (AREA)
  • Strategic Management (AREA)
  • Human Resources & Organizations (AREA)
  • Tourism & Hospitality (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Marketing (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Business, Economics & Management (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Operations Research (AREA)
  • Emergency Management (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Entrepreneurship & Innovation (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Game Theory and Decision Science (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Development Economics (AREA)
  • Atmospheric Sciences (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Ecology (AREA)
  • Environmental Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Primary Health Care (AREA)
  • Alarm Systems (AREA)

Abstract

일 실시예에 의하여, 저장조에 설치된 복수개의 RTU에서 저장조의 기 설정된 주기에 따라 수위 측정값을 획득하는 단계, 수위 측정값을 이용하여 저장조의 시간당 수위 증가량을 계산하는 단계, 저장조의 수위 측정값 및 수위 증가량을 이용하여, 복수개의 RTU 각각의 수위 전송 주기를 결정하기 위한 매개변수 및 매개변수에 대응하는 수위 전송 주기를 결정하는 단계 및 매개변수의 표준편차값에 따라 정해진 우선순위에 기초하여, 제 1 RTU의 제 1 매개변수를 제 1 주기에 따라 모니터링 서버로 전송하는 단계를 포함하는 스마트 RTU를 이용하여 저장조의 수위를 모니터링하는 방법을 제공할 수 있다.

Description

스마트 RTU를 이용하여 저장조의 수위를 모니터링하는 장치 및 방법{Apparatus and method for managing the water level of water storage tank using smart RTU}
본 발명은 보안모듈을 내장한 하이브리드 스마트 RTU(Remote Terminal Unit)을 이용하여 저장조의 수위를 측정할 주기를 결정하고, 결정된 주기에 따라 측정된 저장조의 수위 및 수위 상승률에 따라 수위를 자동으로 조정하고 상위에 전달하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
장마와 같이 단시간에 많은 비가 내리게 되면, 내린 비가 모이는 지점에서는 홍수나 범람과 같은 재해가 발생하기 쉬우며, 특히 지형적인 특성으로 인해 홍수나 범람이 발생되는 지역이 거의 정해져 있어, 피해가 매년 반복되는 경우가 있다.
이로 인한 피해를 방지하기 위해, 기상정보를 활용해 홍수나 범람과 같은 재해발생의 위험을 판단하기 위한 기준을 마련하기 위한 다양한 연구가 이루어지고 있다.
하지만, 기존의 연구는 광범위한 기상정보 중에서 재해발생과 밀접하게 관련된 데이터를 선별적으로 활용하지 못하고 있어, 기상 정보에 따른 재해발생의 경향을 정확히 예측하는데 한계를 가질 수 있다.
또한, 기존의 저장조에 연결된 시스템에서 범람 방지를 위해 수위를 예측하는 시스템의 경우 일반적으로 5분 정도의 간격으로 수위를 설정하게 되어있으나, 이런 경우 국지성 폭우 또는 기타 원인으로 인한 급격한 수위 상승을 신속하게 감지하지 못하는 경우 막대한 피해가 발생할 수 있다.
따라서, 강우 상황 및 집수 시설의 상항을 고려하여 저장조의 수위를 측정하는 적정 주기를 결정함으로써, 경제적인 피해를 줄일 수 있는 방법에 대한 필요성이 증가하였다.
0001)등록특허 제10-1952613호 (2019.02.21) 0002)등록특허 제 10-1447720호(2014.09.29)
본 발명의 기술적 과제는 현재 강우량을 고려하여 저장조의 수위를 측정할 주기를 결정하고, 측정된 수위 및 수위 상승률을 반영하여 수위를 조정하는 장치 및 방법을 제공함에 목적이 있다.
제 1 실시예에 의하여 저장조에 설치된 복수개의 RTU에서 저장조의 기 설정된 주기에 따라 수위 측정값을 획득하는 단계, 수위 측정값을 이용하여 저장조의 시간당 수위 증가량을 계산하는 단계, 저장조의 수위 측정값 및 수위 증가량을 이용하여, 복수개의 RTU 각각의 수위 전송 주기를 결정하기 위한 매개변수 및 매개변수에 대응하는 수위 전송 주기를 결정하는 단계 및 매개변수의 표준편차값에 따라 정해진 우선순위에 기초하여, 제 1 RTU의 제 1 매개변수를 제 1 주기에 따라 모니터링 서버로 전송하는 단계를 포함하는 스마트 RTU를 이용하여 저장조의 수위를 모니터링하는 방법을 제공할 수 있다.
제 2 실시예에 의하여, 프로세서 및 실행 가능한 명령어들을 저장하는 메모리를 포함하고, 프로세서는 명령어들을 실행함으로써 저장조에 설치된 복수개의 RTU에서 저장조의 기 설정된 주기에 따라 수위 측정값을 획득하는 단계, 수위 측정값을 이용하여 저장조의 시간당 수위 증가량을 계산하는 단계, 저장조의 수위 측정값 및 수위 증가량을 이용하여, 복수개의 RTU 각각의 수위 전송 주기를 결정하기 위한 매개변수 및 매개변수에 대응하는 수위 전송 주기를 결정하는 단계 및 매개변수의 표준편차값에 따라 정해진 우선순위에 기초하여, 제 1 RTU의 제 1 매개변수를 제 1 주기에 따라 모니터링 서버로 전송하는 단계를 수행하는 스마트 RTU를 이용하여 저장조의 수위를 모니터링하는 장치를 제공할 수 있다.
제 3 실시예에 의하여, 스마트 RTU를 이용하여 저장조의 수위를 모니터링하는 방법을 구현하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 비일시적 기록 매체를 제공할 수 있다.
일 실시예에 의하여, 수위 모니터링 장치(100)는 하수를 방류하기 전에 pH를 조정하기 위하여 산화알루미늄(Al2O3)의 농도가 20 내지 45%인 수산화알루미늄 100 중량부에 대하여 농도가 20 내지 45%인 염산220 내지 400 중량부의 비율로 첨가하여 제 1 혼합물을 생성하고, 제 1 혼합물을 100 내지 200℃의 온도에서 3 내지 14 시간 동안 유지시킨 후, 산화알루미늄의 농도가 5 내지 15%이고 황산이온의 농도가 10 내지 50%인 알루미늄황산염과 물을 수산화알루미늄 100 중량부에 대한 1 내지 5 중량부와 35 내지 40 중량부의 비율로 혼합한 2차 혼합물을 생성시켜 인을 제거함으로써 하수의 pH농도를 5 이상으로 조정하는 제 2 pH 조정부를 포함할 수 있다.
또한, 일 개시에 의한 수위 모니터링 장치는 저장조의 위험 레벨에 따라서 저장조의 수문을 제어할 수 있다. 일 개시에 의한 수위 모니터링 장치는 저장조의 수위 판단 결과, 내수위가 위험 수위에 도달하고, 내수위가 외수위보다 높은 경우 수문을 개방하는 제어 명령을 생성할 수 있다. 또한, 수위 모니터링 장치(100)는 저장조에 연결된 펌프를 제어하는 명령어를 생성함으로써, 저장조에 유입되는 하수량을 조정할 수 있다.
따라서 구체적으로 설명하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 RTU를 이용하여 저장조의 수위를 모니터링하는 방법은 저장조에 설치된 복수개의 RTU에서 상기 저장조의 기 설정된 주기에 따라 수위 측정값을 획득하는 단계; 상기 수위 측정값을 이용하여 상기 저장조의 시간당 수위 증가량을 계산하는 단계; 상기 저장조의 수위 측정값 및 수위 증가량을 이용하여, 상기 복수개의 RTU 각각의 수위 전송 주기를 결정하기 위한 매개변수 및 상기 매개변수에 대응하는 수위 전송 주기를 결정하는 단계; 및 상기 매개변수의 표준편차값에 따라 정해진 우선순위에 기초하여, 제 1 RTU의 제 1 매개변수를 제 1 주기에 따라 모니터링 서버로 전송하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.
상기 스마트 RTU를 이용하여 저장조의 수위를 모니터링하는 방법에 있어서 상기 매개변수(Qi)는 수학식 1에 의하여 결정되는 상기 저장조의 현재 수위이며, 상기 매개변수(Qi)가 기 설정된 위험 임계치에 근접할수록 상기 수위 전송 주기가 짧아지는 것을 특징으로 하고,
[수학식 1]
Figure 112019087790599-pat00001
여기서, 시간당
Figure 112019087790599-pat00002
는 수위 측정값,
Figure 112019087790599-pat00003
는 수위 증가량을 나타내는 것일 수 있다.
상기 스마트 RTU를 이용하여 저장조의 수위를 모니터링하는 방법에 있어서, 상기 수위 전송 주기를 결정하는 단계는, 시간당 강우량의 변화와 저장조의 수위 변화의 연관성을 학습한 인공지능 학습모델을 이용하여, 상기 저장조의 수위 측정 시점에서부터 n분 후 예상 수위를 예측하는 단계; 상기 예측한 예상 수위가 상기 저장조의 임계치를 초과하는 시간을 수위 전송 주기로 결정하는 단계; 상기 수위 전송 주기를 기준으로 상기 저장조의 수위를 측정하여, 상기 저장조의 예상 수위를 예측하여 범람 가능성의 레벨을 판단하는 단계; 및 상기 범람 가능성의 레벨에 대응하는 경고 알림 메시지를 생성하여 관리자의 단말로 전송하는 단계를 포함하고, 상기 수위 전송 주기는 1초 내지 5분 내외에서 결정되는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.
상기 스마트 RTU를 이용하여 저장조의 수위를 모니터링하는 방법에 있어서, 상기 모니터링 서버로부터 상기 저장조의 수위 측정값의 요청을 수신하는 단계; 상기 수위 측정값의 요청 시점에서 매개변수의 표준점수가 가장 높은 RTU의 매개변수를 상기 모니터링 서버로 전송하는 단계; 및 시계열적 흐름에 따라 변동되는 표준점수가 가장 높은 RTU의 매개변수를 상기 수위 전송 주기에 따라 상기 모니터링 서버로 전송하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.
상기 스마트 RTU를 이용하여 저장조의 수위를 모니터링하는 방법에 있어서, 상기 모니터링 서버와 연결된 제 2 RTU에서 발생한 통신 에러를 감지하는 단계; 및 상기 제 2 RTU와 무선 네트워크를 이용하여 연결된 복수개의 RTU 중 상기제 2 RTU와 가장 근접한 위치에 있는 RTU를 이용하여, 상기 제 2 RTU의 제 2 매개변수를 제 2 주기에 따라 상기 모니터링 서버로 전송하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.
상기 스마트 RTU를 이용하여 저장조의 수위를 모니터링하는 방법에 있어서, 상기 복수개의 RTU는 릴레이 노드로 연결되며, 상기 릴레이 노드는 자체적으로 보안모듈을 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 릴레이 노드에서 상기 제 1 RTU로부터 제 1 DNP(Distributed Network Protocol) 메시지를 수신하는 경우, 상기 제 1 DNP 메시지의 길이를 나타내는 length필드의 값이 24이상이면 정상모드로 판단하고 상기 모니터링 서버로 전송하는 단계; 상기 릴레이 노드에서 상기 제 1 RTU로부터 제 1 DNP 메시지를 수신하는 경우, 상기 제 1 DNP 메시지의 길이를 나타내는 length필드의 값이 24미만이고 상기 length필드의 이진 표현의 가중치가 1이 아닌 경우 에러모드로 판단하고, 상기 제 1 RTU와 무선 연결된 제 2 RTU로 전송하는 단계; 및 상기 제 2 RTU에서 상기 제 1 DNP 메시지에 포함된 매개변수 필드의 헤더에 1바이트 크기의 제 1 RTU 식별코드를 삽입하여 암호화한 후, 상기 모니터링 서버로 전송하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.
상기 스마트 RTU를 이용하여 저장조의 수위를 모니터링하는 방법에 있어서, 5분 주기로 상기 저장조에 설치된 제 1 센서부로부터 측정된 습도 정보를 획득하고, 제 2 센서부로부터 측정된 1mm이하의 강우 정보를 획득하고, 제 3 센서부로부터 측정된 저장조의 수위 정보를 획득하고, 제 4 센서부로부터 측정된 소정시간 동안의 강우량 정보를 획득하는 단계; 상기 제 1 센서부 내지 제 4 센서부에서 획득한 정보가 모두 임계값 이상에 해당하는 경우, 상기 정보값들에 가중치 1을 곱해 경보 발령을 위한 강우 상태 정보를 생성하는 단계; 및 상기 제 1 센서부 내지 제 4 센서부에서 획득한 정보 중 적어도 하나가 임계값 이상에 해당하지 않는 경우, 상기 정보값들에 가중치 0.5를 곱하여 강우 상태 정보를 생성하지 않는 단계를 포함하는 것일 수 있다.
상기 스마트 RTU를 이용하여 저장조의 수위를 모니터링하는 방법에 있어서, 상기 수위 전송 주기가 3분 이상 5분 미만으로 결정되는 경우, 상기 저장조의 위험 레벨을 1로 설정하고, 상기 복수개의 RTU에서 측정된 매개변수를 5분 주기로 상기 모니터링 서버로 전송하는 단계; 상기 수위 전송 주기가 1분 이상 3분 미만으로 결정되는 경우, 상기 저장조의 위험 레벨을 2로 설정하고, 상기 복수개의 RTU에서 측정된 매개변수의 표준점수가 상위 30% 에 해당하는 매개변수를 우선적으로 상기 모니터링 서버로 전송하는 단계; 상기 수위 전송 주기가 10초 이상 1분 미만으로 결정되는 경우, 상기 저장조의 위험 레벨을 3으로 설정하고, 상기 복수개의 RTU에서 측정된 매개변수의 표준점수가 상위 5% 에 해당하는 매개변수를 우선적으로 상기 모니터링 서버로 전송하는 단계; 및 상기 수위 전송 주기가 10초 이하로 결정되는 경우, 상기 저장조의 위험 레벨을 4로 설정하고, 상기 복수개의 RTU에서 측정된 매개변수의 표준점수가 상위 1% 에 해당하는 매개변수를 우선적으로 상기 모니터링 서버로 전송하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 스마트 RTU를 이용하여 저장조의 수위를 모니터링하는 장치는 프로세서; 및 실행 가능한 명령어들을 저장하는 메모리;를 포함하고, 상기 프로세서는, 상기 명령어들을 실행함으로써, 저장조에 설치된 복수개의 RTU에서 상기 저장조의 기 설정된 주기에 따라 수위 측정값을 획득하고, 상기 수위 측정값을 이용하여 상기 저장조의 시간당 수위 증가량을 계산하고, 상기 저장조의 수위 측정값 및 수위 증가량을 이용하여, 상기 복수개의 RTU 각각의 수위 전송 주기를 결정하기 위한 매개변수 및 상기 매개변수에 대응하는 수위 전송 주기를 결정하고, 상기 매개변수의 표준편차값에 따라 정해진 우선순위에 기초하여, 제 1 RTU의 제 1 매개변수를 제 1 주기에 따라 모니터링 서버로 전송하는 것일 수 있다.
일 개시에 의하여 본원발명에 의하면, 국지성 폭우로 인한 급격한 수위 상승으로 인한 수위 상승을 빠르게 예측할 수 있어, 수위 상승으로 인한 피해를 예방할 수 있다.
또한, 복수개의 RTU를 이용하여 하수의 수위를 측정하는 과정에서 수위 상승률이 높게 측정되는 RTU를 선택하여 빠른 수위 조정을 수행할 수 있어, 긴급 상황에 효과적으로 대처할 수 있다.
또한, 복수개의 RTU들을 무선 연결하여 자체 네트워크를 구성함으로써, RTU 간의 데이터를 공유함으로써, 수위를 조정할 수 있는 효과적인 방법을 찾아낼 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
일 개시에 의하여 각각 보안 솔류션 하드웨어를 포함하는 RTU들을 이용함으로써 기존의 네트워크를 재구성할 필요 없이 구간 암호화를 수행할 수 있다.
도 1은 일 개시에 따라 스마트 RTU를 이용하여 저장조의 수위를 모니터링하는 시스템을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일 개시에 의한 스마트 RTU를 이용하여 저장조의 수위를 모니터링하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일 개시에 의하여 복수개의 RTU 중 어느 하나에 통신에러가 발생한 경우 다른 RTU를 우회하여 통신을 수행하는 특징을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일 개시에 따른 보안 솔류션 모듈을 탑재한 RTU를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예 따른저장조의 수위를 예측하는 과정을 나타낸 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 저장조의 수위를 예측하는 과정에서 실시간 강우량을 이용해 저장조의 범람이 발생할 위험도를 판단하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되지 않는다. 또한 도면에서 본 발명을 명확하게 개시하기 위해서 본 발명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 도면에서 동일하거나 유사한 부호들은 동일하거나 유사한 구성요소들을 나타낸다.
본 발명의 목적 및 효과는 하기의 설명에 의해서 자연스럽게 이해되거나 보다 분명해질 수 있으며, 하기의 기재만으로 본 발명의 목적 및 효과가 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 목적, 특징 및 장점은 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
일 개시에 따라 스마트 RTU를 이용하여 저장조의 수위를 모니터링하는(100)는 수위 모니터링 장치(100)로 축약하여 설명하도록 한다.
일 개시에 의하여 저장조는 물을 저장하는 장소로서, 상수도, 하수도, 저수지 등을 포함할 수 있으며, 일정량 이상의 물을 보관하며, 수위를 측정할 수 있는 모든 장소를 포함할 수 있다.
도 1은 일 개시에 따라 스마트 RTU를 이용하여 저장조의 수위를 모니터링하는 시스템을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
일 개시에 의하여 수위 모니터링 장치(100)는 기존의 무선으로 연결된 저장조의 모니터링 시스템에서 UDP(User Datagram Protocol)방식으로 데이터를 전송하는 경우 비용의 문제로 인하여 데이터 수집 시간(sampling time)을 짧게 설정하기 어려워 5분 간격으로 수위 보고 시간을 설정하였다. 그러나 이런 경우 국지성 폭우로 인한 급격한 수위 상승으로 인해 신속한 조치를 취하지 못하여피해가 발생할 수 있었다.
본원의 수위 모니터링 장치(100)는 수위 원격 감시제어 시스템으로 시설물에 각각 RTU 단말을 설치하고, 이를 감시 계측하여 관련 정보를 모뎀을 통해 원격관리서버로 전송하여 원격으로 상태와 이상 여부를 감지하고 제어하는 시스템이다.
본원의 수위 모니터링 장치(100)는저장조에 설치된 복수개의 RTU를 이용하여 강우량 및 수위값을 실시간으로 측정하되, 강우량 판단 알고리즘을 이용하여 적정한 수위 전송 주기를 결정하여 모니터링 서버로 수위값을 전송할 수 있다.
따라서, 복수개의저장조의 수위를 효과적으로 관리할 수 있으며,저장조에 설치된 RTU 별로 매개변수를 결정하고, 매개변수의 표준 점수에 따라 저장조의 수위를 우선적으로 보고할 RTU를 선택함으로써, 급격한 수위 증가에 따른 피해를 예방할 수 있다.
수위 모니터링 장치(100)는 제 1 센서부 내지 제 4 센서부에서 획득한 정보가 모두 임계값 이상에 해당하는 경우, 정보값들에 가중치 1을 곱해 경보 발령을 위한 강우 상태 정보를 생성할 수 있다.
또한, 제 1 센서부 내지 제 4 센서부에서 획득한 정보 중 적어도 하나가 임계값 이상에 해당하지 않는 경우, 정보값들에 가중치 0.5를 곱하여 강우 상태 정보를 생성하지 않을 수 있다.
수위 모니터링 장치(100)는 수위 전송 주기가 3분 이상 5분 미만으로 결정되는 경우, 저장조의 위험 레벨을 1로 설정하고, 복수개의 RTU에서 측정된 매개변수를 5분 주기로 모니터링 서버로 전송할 수 있으며, 수위 전송 주기가 1분 이상 3분 미만으로 결정되는 경우, 저장조의 위험 레벨을 2로 설정하고, 복수개의 RTU에서 측정된 매개변수의 표준점수가 상위 30% 에 해당하는 매개변수를 우선적으로 모니터링 서버로 전송할 수 있다.
일 개시에 의하여 수위 모니터링 장치(100)는 수위 전송 주기가 10초 이상 1분 미만으로 결정되는 경우, 저장조의 위험 레벨을 3으로 설정하고, 복수개의 RTU에서 측정된 매개변수의 표준점수가 상위 5% 에 해당하는 매개변수를 우선적으로 모니터링 서버로 전송할 수 있다.
수위 모니터링 장치(100)는 수위 전송 주기가 10초 이하로 결정되는 경우, 저장조의 위험 레벨을 4로 설정하고, 복수개의 RTU에서 측정된 매개변수의 표준점수가 상위 1% 에 해당하는 매개변수를 우선적으로 모니터링 서버로 전송할 수 있다.
도 2는 일 개시에 의한 스마트 RTU를 이용하여 저장조의 수위를 모니터링하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
블록 201에서 일 개시에 의한 수위 모니터링 장치(100)는 저장조에 설치된 복수개의 RTU에서 저장조의 기 설정된 주기에 따라 수위 측정값을 획득할 수 있다.
일 개시에 의하여 RTU는 저장조 외에도 저장조로 연결된 저수지, 담수호 등에 시설된 수문, 펌프, 수위, 수문개방도 등 센서로부터 정보를 획득할 수 있다. 또한, RTU는 제어명령을 송출하여 저장조의 수문 조작, 펌프 가동/정지, 조명을 ON/OFF할 수 있다.
SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition) 시스템은 원격지 시설 장치를 중앙에서 감시, 제어하기 위한 시스템으로서, 발전 및 송배전 분야에서 아날로그 또는 디지털 신호를 사용하여 PLC(Programmable Logic Controller) 등의 IED(Intelligent Electronic Device)의 상태정보 데이터를 RTU(Remote Terminal Unit)로 수집하여 중앙 제어시스템이 원격장치를 감시하고 제어한다.
일 개시에 의하여 RTU는 원격단말유닛(Remote Terminal Uint, RTU)으로서, 다수의 소블록으로 이루어져 있으며, 배수지에는 수위측정기를 포함하며, 다수의 소블록 각각의 블록주입점에 소블록유량계를 포함하며, 유선 및/또는 무선통신망을 통하여 수위측정기와 소블록유량계 각각에 대한 측정값을 수집하여 저장하고 전송하는 관리서버를 갖추고 있는 배수지권역 중블록상수관망에서, 각각의 블록주입점에 설치되는 RTU(Remote Terminal Uint, 원격단말유닛)로서, 자신의 소블록유량계와 연결되는 인터페이스부, 자신의 소블록유량계 측정값, 관리서버로부터 전송받은 수위측정기와 소블록유량계 각각에 대한 측정값이 저장되는 유량정보DB, 소블록유량계 각각에 대한 유량계 유형정보, 유속별 보정계수 및 관경정보가 저장되는 보정정보DB, 관리서버에 자신의 소블록유량계 측정값을 전송하고, 관리서버로부터 수위측정기 측정값와 소블록유량계 각각에 대한 측정값을 전송받는 송수신부, 자신의 소블록유량계 측정값으로부터 자신의 소블록MNF(Minimum Night Flow, 야간최소유량) 및 소블록MNF 시간대를 산출하고, 수위측정기 측정값으로부터 소블록MNF 시간대 동안의 중블록유출량을 산출하고, 소블록유량계 각각에 대한 측정값으로부터 소블록MNF 시간대 동안의 다수의 소블록 각각에 대한 블록주입점 유입량을 산출하고, 블록주입점 유입량과 보정정보DB로부터 다수의 소블록 각각에 대한 블록주입점 평균유속과 블록주입점 유입량 1차보정값을 산출하고, 블록주입점 유입량 1차보정값과 중블록유출량으로부터 1차보정오차를 산출하고, 유량계 유형정보와 블록주입점 평균유속으로부터 다수의 소블록 각각에 대한 보정가중계수를 산출하고, 블록주입점 유입량 1차보정값과 1차보정오차 및 보정가중계수로부터 자신의 소블록MNF 보정값을 산출하는 중앙처리부, 중앙처리부가 산출한 소블록MNF, 소블록MNF 시간대 및/또는 소블록MNF 보정값을 표시하는 표시부,를 포함하는 것을 특징으로 하는 소블록MNF 오차보정기능을 갖는 상수관망용 RTU를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
발명에 의한 소블록MNF 오차보정기능을 갖는 상수관망용 RTU는 특징들 외에, 블록주입점 유입량 1차보정값은 유량계 유형정보와 블록주입점 평균유속을 이용하여 보정정보DB에 포함된 유속별 보정계수로부터 블록주입점 보정계수를 찾아낸 후 블록주입점 유입량에 블록주입점 보정계수를 곱하여 산출한 값으로, 1차보정오차는 다수의 소블록 모두에 대한 블록주입점 유입량 1차보정값을 합한 값을 중블록유출량에서 차감하여 산출한 값으로 하며, 보정가중계수는 유량계 유형정보와 블록주입점 평균유속에 따라 소블록유량계가 전자식이고 블록주입점 평균유속이 0.3m/sec이상일 경우 0으로, 소블록유량계가 전자식이고 블록주입점 평균유속이 0.1m/sec이상 0.3m/sec미만일 경우 0.5로, 소블록유량계가 전자식이고 블록주입점 평균유속이 0.1m/sec미만일 경우 1.0으로, 소블록유량계가 초음파식이고 블록주입점 평균유속이 0.6m/sec이상일 경우 0으로, 소블록유량계가 초음파식이고 블록주입점 평균유속이 0.1m/sec이상 0.6m/sec미만일 경우 3.0 으로, 소블록유량계가 초음파식이고 블록주입점 평균유속이 0.1m/sec미만일 경우 5.0으로 산출한 값으로 하며, 자신의 소블록MNF 보정값은 자신의 블록주입점 유입량 1차보정값 + 1차보정오차 x (자신의 보정가중계수 / 다수의 소블록 모두에 대한 보정가중계수를 합한 값)으로 산출한 값으로 하며, 수위측정기 측정값은 다수의 소블록 각각에 대한 MNF시간대를 모두 포함할 수 있는 시간동안 배수지 유입구를 폐쇄한 상태에서 배수지 수위변화를 계측한 값으로 하는 특징을 더 포함하는 것도 가능하다.
일 개시에 의하여 수위 모니터링 장치(100)는 5분 주기로 저장조에 설치된 제 1 센서부로부터 측정된 습도 정보를 획득하고, 제 2 센서부로부터 측정된 1mm이하의 강우 정보를 획득하고, 제 3 센서부로부터 측정된 저장조의 수위 정보를 획득하고, 제 4 센서부로부터 측정된 소정시간 동안의 강우량 정보를 획득할 수 있다.
수위 모니터링 장치(100)는 복수개의 센서부와 연결될 수 있으며, 센서부는 저장조의 온도, 습도, 날씨, 강우량 등의 주변 환경 정보를 센싱할 수 있다.
블록 202에서 일 개시에 의한 수위 모니터링 장치(100)는 수위 측정값을 이용하여 저장조의 시간당 수위 증가량을 계산할 수 있다.
일 개시에 의한 수위 모니터링 장치(100)는 RTU가 장착된 저장조의 수위를 측정하고, 미리 정해진 시간동안 측정한 수위 변화량을 이용하여 수위 증가량을 계산할 수 있다. 예를 들어, 수위 모니터링 장치(100)는 5분 동안의 수위량의 변화를 측정하여 저장조의 수위 증가량을 계산할 수 있다.
일 개시에 의하여,
Figure 112019087790599-pat00004
는 수위 측정값,
Figure 112019087790599-pat00005
는 수위 증가량을 나타낸다. 일 개시에 의한 수위 모니터링 장치(100)는 n개의 RTU를 통해 n개의 수위 측정치 및 수위 증가량을 계산할 수 있다. 여기서 α는 저장조와 강우 이동 평균과의 상관관계를 분석한 것으로서, 저장조의 설치 장소에 따라 0.4~0.7의 값을 가질 수 있다.
블록 203에서 일 개시에 의한 수위 모니터링 장치(100)는 저장조의 수위 측정값 및 수위 증가량을 이용하여, 복수개의 RTU 각각의 수위 전송 주기를 결정하기 위한 매개변수 및 매개변수에 대응하는 수위 전송 주기를 결정할 수 있다.
매개변수(Qi)는 수학식 1에 의하여 결정되는 저장조의 현재 수위이며, 매개변수(Qi)가 기 설정된 위험 임계치에 근접할수록 수위 전송 주기가 짧아지는 것을 특징으로 한다.
Figure 112019087790599-pat00006
여기서, 시간당
Figure 112019087790599-pat00007
는 수위 측정값,
Figure 112019087790599-pat00008
는 수위 증가량을 나타내는 것을 특징으로 한다.
일 개시에 의한 매개변수(Qi)는 RTU 각각의 통신 시간을 배분하기 위한 매개변수로서, 저장조의 현재 수위와 수위 증가량을 이용하여 현재 저장조의 수위를 측정할 수 있다. 일 개시에 의한 수위 모니터링 장치(100)는 처음 모니터링 서버와 통신하는 경우 임의로 정해진 △t의 주기로 통신을 수행하며, △t의 주기 동안
Figure 112019087790599-pat00009
및
Figure 112019087790599-pat00010
를 계산하여 저장할 수 있다.
일 개시에 의한 수위 모니터링 장치(100)는 매개변수(Qi)가 미리 정해진 위험상태 임계값에 근접하였는지 여부를 판단할 수 있다. 위험 상태 임계값은저장조가 범람할 수 있는지 여부의 기준이 되는 수위값으로서, 저장조의 용량에 따라 미리 정해질 수 있다.
일 개시에 의한 수위 모니터링 장치(100)는 수위 전송 주기를 결정하기 위하여, 시간당 강우량의 변화와 저장조의 수위 변화의 연관성을 학습한 인공지능 학습모델을 이용하여, 저장조의 수위 측정 시점에서부터 n분 후 예상 수위를 예측할 수 있다.
일 개시에 의한 수위 모니터링 장치(100)는 예측한 예상 수위가 저장조의 임계치를 초과하는 시간을 수위 전송 주기로 결정하고, 수위 전송 주기를 기준으로 저장조의 수위를 측정하여, 저장조의 예상 수위를 예측하여 범람 가능성의 레벨을 판단할 수 있다. 일 개시에 의한 범람 가능성의 레벨은 저장조의 저장 용량, 강우량에 따른 수위 증가량의 연관성을 학습한 인공지능 학습 모델을 이용하여 결정할 수 있다. 예를 들어 미리 정해진 단위시간 동안 현재의 강우량이 계속되는 경우, 저장조의 수위증가량을 계산하고 그에 따라 범람 가능성을 결정할 수 있다.
위에서 일 개시에 의한 수위 모니터링 장치(100)는 범람 가능성의 레벨에 대응하는 경고 알림 메시지를 생성하여 관리자의 단말로 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
수위 전송 주기는 바랍직하게는 1초 내지 5분 내외에서 결정될 수 있으며, 매개변수의 크기가 클수록 수위전송 주기는 적은 값으로 결정되며, 시간의 흐름에 따라 변동될 수 있다.
블록 204에서 일 개시에 의한 수위 모니터링 장치(100)는 매개변수의 표준편차값에 따라 정해진 우선순위에 기초하여, 제 1 RTU의 제 1 매개변수를 제 1 주기에 따라 모니터링 서버로 전송할 수 있다.
일 개시에 의하여, 수위 모니터링 장치(100)는 매개변수(Qi)의 평균값을 구하고, 표준편차 및 표준 편차에 따른 표준 점수를 계산할 수 있다. 일 개시에 의하여, 수위 모니터링 장치(100)는 매개변수(Qi)의 표준점수가 높은 순서대로 우선순위를 매길 수 있다.
예를 들어, 수위 모니터링 장치(100)는 복수개의 RTU의 측정치를 기준으로 매개변수를 계산하고, 매개변수의 표준점수의 우선순위대로 매개변수를 모니터링 서버로 전송할 수 있다. 매개변수는 지역별 강우량의 차이, 시간의 흐름에 따라 변동될 수 있으며, 수위 모니터링 장치(100)는 시간의 흐름에 따라 변동된 매개변수의 표준점수를 기준으로 RTU의 수위 전송 주기를 결정하고 결정된 수위 전송 주기에 따라 매개변수를 모니터링 서버로 전송할 수 있다.
또한, 수위 모니터링 장치(100)는 모니터링 서버로부터 저장조의 수위 측정값의 요청을 수신할 수 있고, 수위 측정값의 요청 시점에서 매개변수의 표준점수가 가장 높은 RTU의 매개변수를 모니터링 서버로 전송할 수 있다.
또한, 수위 모니터링 장치(100)는 시계열적 흐름에 따라 변동되는 표준점수가 가장 높은 RTU의 매개변수를 수위 전송 주기에 따라 모니터링 서버로 전송할 수 있다.
일 개시에 의하여 수위 모니터링 장치(100)는 외부 서버로부터 예상 강유량 정보를 획득할 수 있으며, 예상 강우량 정보에 따라 저장조에 유입될 단위 시간당 수위 상승량을 계산할 수 있다. 또한, 예상 강유량 정보에 따라 유입될 단위 시간당 유입량은 미리 결정된 데이터베이스로부터 추출될 수 있다. 즉, 집중호우 등과 같은 강우가 예상되는 경우 예상 강우량 정보를 사전에 획득하고 이를 통해 비가 내리기 전에 미리 내수위를 하강시켜 놓도록 함으로써, 갑작스러운 집중 호우에 대비할 수 있게 되는 것이다.
또한, 일 개시에 의한 수위 모니터링 장치(100)는 저장조의 위험 레벨에 따라서 저장조의 수문을 제어할 수 있다. 일 개시에 의한 수위 모니터링 장치(100)는 저장조의 수위 판단 결과, 내수위가 위험 수위에 도달하고, 내수위가 외수위보다 높은 경우 수문을 개방하는 제어 명령을 생성할 수 있다. 또한, 수위 모니터링 장치(100)는 저장조에 연결된 펌프를 제어하는 명령어를 생성함으로써, 저장조에 유입되는 하수량을 조정할 수 있다.
도 3은 일 개시에 의하여 복수개의 RTU 중 어느 하나에 통신에러가 발생한 경우 다른 RTU를 우회하여 통신을 수행하는 특징을 설명하기 위한 도면이다.
일 개시에 의하여, 수위 모니터링 장치(100)는 일반적으로 RTU와 DCS간 1:N 형식으로 무선으로 연결된 것에 더하여, 복수개의 RTU 각각을 무선으로 연결하여 자체 네트워크를 구성할 수 있다.
일 개시에 의하여 수위 모니터링 장치(100)는 모니터링 서버와 연결된 제 2 RTU에서 발생한 통신 에러를 감지할 수 있다. 이런 경우, 제 2 RTU는 측정된 저장조의 수위에 대한 정보를 모니터링 서버로 전송할 수 없다.
일 개시에 의하여 수위 모니터링 장치(100)는 제 2 RTU와 무선 네트워크를 이용하여 연결된 복수개의 RTU 중 상기제 2 RTU와 가장 근접한 위치에 있는 RTU를 이용하여, 제 2 RTU의 제 2 매개변수를 제 2 주기에 따라 모니터링 서버로 전송할 수 있다.
도 4는 일 개시에 따른 보안 솔류션 모듈을 탑재한 RTU를 설명하기 위한 도면이다.
일 개시에 의하여 도 4의 (a)에서와 같이 수위 모니터링 장치(100)는 보안 모듈을 자체적으로 내장한 RTU를 이용하여 보안성이 강화된 통신을 수행할 수 있다. 일 개시에 의하여 수위 모니터링 장치(100)는 PLC 소프트웨어를 탑재하고, ISA-GRAF를 이용하여 유연성 있는 프로그래밍이 가능하도록 할 수 있다.
일 개시에 의하여 수위 모니터링 장치(100)는 복수개의 RTU는 릴레이 노드로 연결되며, 릴레이 노드는 자체적으로 보안모듈을 포함할 수 있다.
일 개시에 의하여 수위 모니터링 장치(100)는 릴레이 노드에서 제 1 RTU로부터 제 1 DNP(Distributed Network Protocol) 메시지를 수신하는 경우, 제 1 DNP 메시지의 길이를 나타내는 length필드의 값이 24이상이면 정상모드로 판단하고 모니터링 서버로 전송할 수 있다.
또한, 일 개시에 의하여 수위 모니터링 장치(100)는 릴레이 노드에서 제 1 RTU로부터 제 1 DNP 메시지를 수신하는 경우, 제 1 DNP 메시지의 길이를 나타내는 length필드의 값이 24미만이고 length필드의 이진 표현의 가중치가 1이 아닌 경우 에러모드로 판단하고, 제 1 RTU와 무선 연결된 제 2 RTU로 전송할 수 있다.
일 개시에 의하여 수위 모니터링 장치(100)는 제 2 RTU에서 제 1 DNP 메시지에 포함된 매개변수 필드의 헤더에 1바이트 크기의 제 1 RTU 식별코드를 삽입하여 암호화한 후, 모니터링 서버로 전송할 수 있다.
DNP의 보안 메시지와 비보안 메시지의 구분은 DNP 메시지를 구성하는 Length 필드를 활용한다. 현재의 DNP3 표준에서는 Len의 값이 5~255까지의 값을 갖는다(메세지의 길이를 나타내는 값으로 바이트 단위이다). 0~24의 값이 Len에 사용되지 않고 있으므로 이로부터 0~24의 값을 활용하여 보안메시지임을 알릴 수 있다.
일 개시에 의하여 DNP 메시지는 다른 RTU로 전송되면서 암호화될수 있으며 보안성이 강화될 수 있다. 일 개시에 의한 보안모드는 보안모드0, 보안모드1, 보안모드2가 존재하며, 보안모드0은 기존의 비보안모드에 Data Link Layer의 인증이 추가된 것이다. 릴레이 노드는 HMAC(Hashed Message Authentication Code)을 이용하여 Source 노드로부터 수신한 DNP 메시지의 인증이 확인되면 Destination 노드로 DNP 메시지를 전달한다. Source 노드와 Destination 노드는 DNP 메시지가 전송되는 방향에 따라 각각 MTU 또는 RTU가 될 수 있다. HMAC을 사용할 때 사용되는 키(KEY)는 송수신 노드간의 키 교환 알고리즘간에 획득된다. 노드는 릴레이 노드에서 Destination 노드로의 전달은 단순한 전달이 아닌 정보는 그대로 유지하면서 다른 형태로 변형이 가능하다. 릴레이 노드에서 목적지 노드로의 전송에 사용되는 모드는 보안모드0, 보안모드1, 보안모드2가 모두 사용될 수 있다. HMAC은 보안모드0이나 보안모드2에 추가되도록 예시되어 있으므로 만약 보안모드0이나 보안모드2로 사용된다면 새로운 방식으로 HMAC이 만들어 질 수 있다.
또한, 다른 실시예에 따라 도 4의(b) 및 (c)를 참고하면, 본원의 Smart RCU는 내장된 SSL VPN클라이언트와 통신함으로써, 인터넷을 통해 SSL VPN 서버와 통신할 수 있으며, 내장된 보안모듈을 이용하여 원격 서버에 접속할 수 있다. 이때, 원격 서버는 별도의 외장 보안 모듈을 이용하여 보안을 강화할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예 따른 저장조의 수위를 예측하는 과정을 나타낸 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따른 수위 모니터링 장치(100)는 측정지점 A 및 B에서 n분('10분') 간격으로 측정된 강우량과 예측지점 C의 실시간 측정수위로 구성되는 측정결과를, 선형회귀 기법에 따라 분석하여, 수위예측이 요청된 현재시간으로부터 일정시점이 경과한 예컨대 10분 뒤의 수위 또는 수위 변화량을 출력하는 수위 예측 모델을 생성할 수 있다.
수위 모니터링 장치(100)는 선형회귀 기법에 따라 생성한 수위 예측 모델로, 측정지점 A 및 B에서 현재시간으로부터 10분 전에 측정된 강우량과, 현재시간의 강우량 및 예측지점 C에서의 실시간 측정수위를 포함하는 5개의 데이터를 입력하여, 예측지점 C에서 현재시간으로부터 10분 뒤의 수위변화량과 수위, 20분 뒤의 수위 및 30분 뒤의 수위 중 적어도 하나의 출력 데이터(430)를 획득할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 저장조의 수위를 예측하는 과정에서 실시간 강우량을 이용해 저장조의 범람이 발생할 위험도를 판단하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따른 수위 모니터링 장치(100)는, 측정지점 A 및 B에서 n분('10분') 간격으로 측정된 강수량과 예측지점 C에서의 실시간 측정수위로 구성되는 측정결과를, 신경망 기법(510)에 따라 분석하여, 수위예측이 요청된 현재시간으로부터 일정시점이 경과한 예컨대 30분 뒤에 하천에서 홍수범람이 발생할 가능성에 대한 위험도를 출력하는 홍수범람 예측 모델을 생성할 수 있다.
수위 모니터링 장치(100)는 신경망 기법(510)에 따라 생성한 홍수범람 예측 모델로, 측정지점 A에서 현재시간으로부터 20분 전에 측정된 강수량(521)과, 측정지점 A 및 B에서 현재시간으로부터 10분 전에 측정된 강수량과, 현재시간의 강수량 및 예측지점 C에서의 실시간 측정수위를 포함하는 6개의 데이터(520)를 입력하여, 상기 예측지점 C에서 현재시간으로부터 30분 뒤의 홍수범람 발생 위험도(530)('위험, 경고, 정상')를, 수위를 예측하는 과정을 거치지 않고도, 강수량의 입력 만으로 바로 획득할 수 있다. 신경망 기법은 저장조의 범람 예측을 학습한 인공지능 학습 모델을 의미한다.
수위 모니터링 장치(100)는, 상기 위험도를 출력 시 예측지점 C의 수위가 속하게 되는 등급(위험수위 또는 경고수위 등)을 함께 안내할 수도 있다.
다른 실시예에 의하여 수위 모니터링 장치(100)는 복수개의 이송관을 통하여 제 1 중간 저장조로 하수가 유입되는 동안 복수개의 이송관 각각에 연결된 펌프의 출력을 측정할 수 있다.
여기서, 제 1 중간 저장조는 저장조를 지칭하는 것으로서, 하수처리장에 연결된 저장장치로서, 하수처리장으로 유입되는 하수의 양을 조정하기 위하여 설치된 호퍼이다. 중간 저장조는 다양한 장소로부터 유입되는 하수를 수용할 수 있도록 복수개의 이송관을 포함할 수 있다. 이송관은 하수를 운반하는 역할을 수용하며, 원활한 이송을 위하여 각각 펌프를 포함할 수 있다.
일 개시에 의하여 수위 모니터링 장치(100)는 복수개의 이송관 중 제 1 이송관에 연결된 제 1 펌프에 포함된 제 1 전동기의 회전 속도를 하기 수학식 2을 이용하여 연산하고, 출력 동력을 하기 수학식 3를 이용하여 연산할 수 있다.
일 개시에 의하여 수위 모니터링 장치(100)는 제 1 전동기의 회전 속도 및 출력 동력을 미리 설정된 유량 곡선에대입하여, 제 1 펌프의 제 1 유량을 산출할 수 있다.
일 개시에 의하여 수위 모니터링 장치(100)는 복수개의 이송관 중 제 2 이송관에 연결된 제 2 펌프에 포함된 제 2 전동기의 회전 속도를 하기 수학식 1을 이용하여 연산하고, 출력 동력을 하기 수학식 2를 이용하여 연산할 수 있다.
일 개시에 의하여 수위 모니터링 장치(100)는 제 2 전동기의 회전 속도와 출력 동력을 미리 설정된 유량 곡선에대입하여, 제 2 펌프의 제 2 유량을 산출할 수 있다.
일 개시에 의하여 수위 모니터링 장치(100)는 제 1 유량 및 제 2 유량의 총합을 이용하여 하수량의 증가 속도를 결정할 수 있다.
Figure 112019087790599-pat00011
여기서, n1은 전동기의 회전 속도, n2는 인버터의 출력속도, n0는 슬립속도, n0_r은 전동기의 정격슬립속도, I0는 전동기의 출력전류, Ir은 전동기의 정격전류, Inl은 전동기의 무부하전류를 나타낸다.
Figure 112019087790599-pat00012
여기서 P1은 전동기의 출력동력 T1은 전동기의 토크, Lm은 상호인덕턴스, Lr은 전동기 회전자 인덕턴스를 나타낸다.
일 개시에 의하여 수위 모니터링 장치(100)는 하수량의 증가속도에 기초하여, 유입되는 하수량이 제 1 중간 저장조의 저장 임계치를 초과할지 여부를 3개의 레벨로 판단할 수 있다.
일 개시에 의하여 수위 모니터링 장치(100)는 하수량의 초과량이 제 1 레벨로 판단되는 경우, 제 1 바이패스관을 이용하여 제 1 중간 저장조에 저장된 하수의 60%를 하수처리장으로 이송시키고, 나머지 40%의 하수를 하수처리장의 외곽을 돌아 설치된 제 2 바이패스관을 이용하여 하수처리장으로 이송시킬 수 있다.
바이패스관은 제 1 중간 저장조와 하수처리장을 연결하는 이송관으로서, 제 1 바이패스관은 평상시에 사용되는 이송관으로서 제 1 중간 저장조에 저장된 하수량이 저장 임계치를 넘어서지 않는 경우 사용된다. 제 2 바이패스관은 저장 임계치에 다다른 하수를 처리하기 위한 것으로서, 제 1 바이패스관에 비해 길이가 긴 이송관을 나타낸다. 즉, 제 2 바이패스관은 제 1 중간 저장조에서 하수처리장의 외곽을 돌아 하수처리장의 호퍼로 연결될 수 있다. 즉, 초과되는 하수를 처리하기 위한 시간을 벌기 위하여 제 2 바이패스관을 이용하여 하수를 이송시킴으로써, 하수처리장에서 효율적으로 하수를 처리하도록 할 수 있다. 제 2 바이패스관은 하수처리장의 외곽 또는 내부에 설치될 수 있으며, 제 1 중간 저장조와 하수처리장을 연결하는 장소를 가장 효율적으로 이용할 수 있는 형태로 설치됨이 바람직하다.
일 개시에 의하여 수위 모니터링 장치(100)는 하수량의 초과량이 제 2 레벨로 판단되는 경우, 초과된 하수를 제 2 중간 저장조로 이송시킬 수 있다. 제 2 중간 저장조는 제 1 중간 저장조에 연결된 저장 호퍼로서, 평상시에는 사용되지 않지만 하수량이 일정량을 초과하는 경우, 초과된 하수를 저장할 수 있는 저장조이다.
나아가, 제 2 중간 저장조는 제 1 중간 저장조와 바이패스관으로 연결될 수 있다. 일 개시에 의하여 수위 모니터링 장치(100)는 제 1 중간 저장조의 하수량이 소정의 기준을 넘어서는 경우, 바이패스관을 이용하여 제 2 중간 저장조로 하수를 효율적으로 이송시킬 수 있다.
일 개시에 의하여 수위 모니터링 장치(100)는 하수량의 초과량이 제 3 레벨로 판단되는 경우, 초과된 하수를 간이하수처리시설로 이송시켜 간이 여과처리를 거친 후 방류할 수 있다.
상기한 본 발명의 바람직한 실시 예는 예시의 목적으로 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 상기의 특허청구 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서, 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로, 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
상술한 예시적인 시스템에서, 방법들은 일련의 단계 또는 블록으로써 순서도를 기초로 설명되고 있지만, 본 발명은 단계들의 순서에 한정되는 것은 아니며, 어떤 단계는 상술한 바와 다른 단계와 다른 순서로 또는 동시에 발생할 수 있다. 또한, 당업자라면 순서도에 나타낸 단계들이 배타적이지 않고, 다른 단계가 포함되거나 순서도의 하나 또는 그 이상의 단계가 본 발명의 범위에 영향을 미치지 않고 삭제될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (7)

  1. 저장조에 설치된 복수개의 RTU에서 상기 저장조의 기 설정된 주기에 따라 수위 측정값을 획득하는 단계;
    상기 수위 측정값을 이용하여 상기 저장조의 시간당 수위 증가량을 계산하는 단계;
    상기 저장조의 수위 측정값 및 수위 증가량을 이용하여, 상기 복수개의 RTU 각각의 수위 전송 주기를 결정하기 위한 매개변수 및 상기 매개변수에 대응하는 수위 전송 주기를 결정하는 단계; 및
    상기 매개변수의 표준편차값에 따라 정해진 우선순위에 기초하여, 제 1 RTU의 제 1 매개변수를 제 1 주기에 따라 모니터링 서버로 전송하는 단계를 포함하고,
    상기 수위 전송 주기를 결정하는 단계는,
    시간당 강우량의 변화와 저장조의 수위 변화의 연관성을 학습한 인공지능 학습모델을 이용하여, 상기 저장조의 수위 측정 시점에서부터 n분 후 예상 수위를 예측하는 단계;
    상기 예측한 예상 수위가 상기 저장조의 임계치를 초과하는 시간을 수위 전송 주기로 결정하는 단계;
    상기 수위 전송 주기를 기준으로 상기 저장조의 수위를 측정하여, 상기 저장조의 예상 수위를 예측하여 범람 가능성의 레벨을 판단하는 단계; 및
    상기 범람 가능성의 레벨에 대응하는 경고 알림 메시지를 생성하여 관리자의 단말로 전송하는 단계를 포함하고,
    상기 수위 전송 주기는 1초 내지 5분 내외에서 결정되는 것을 특징으로 하는, 스마트 RTU를 이용하여 저장조의 수위를 모니터링하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 매개변수(Qi)는 수학식 1에 의하여 결정되는 상기 저장조의 현재 수위이며, 상기 매개변수(Qi)가 기 설정된 위험 임계치에 근접할수록 상기 수위 전송 주기가 짧아지는 것을 특징으로 하고,
    [수학식 1]
    Figure 112019087790599-pat00013

    여기서, 시간당
    Figure 112019087790599-pat00014
    는 수위 측정값,
    Figure 112019087790599-pat00015
    는 수위 증가량을 나타내는, 스마트 RTU를 이용하여 저장조의 수위를 모니터링하는 방법.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 모니터링 서버로부터 상기 저장조의 수위 측정값의 요청을 수신하는 단계;
    상기 수위 측정값의 요청 시점에서 매개변수의 표준점수가 가장 높은 RTU의 매개변수를 상기 모니터링 서버로 전송하는 단계; 및
    시계열적 흐름에 따라 변동되는 표준점수가 가장 높은 RTU의 매개변수를 상기 수위 전송 주기에 따라 상기 모니터링 서버로 전송하는 단계를 포함하는, 스마트 RTU를 이용하여 저장조의 수위를 모니터링하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 모니터링 서버와 연결된 제 2 RTU에서 발생한 통신 에러를 감지하는 단계; 및
    상기 제 2 RTU와 무선 네트워크를 이용하여 연결된 복수개의 RTU 중 상기제 2 RTU와 가장 근접한 위치에 있는 RTU를 이용하여, 상기 제 2 RTU의 제 2 매개변수를 제 2 주기에 따라 상기 모니터링 서버로 전송하는 단계를 포함하는, 스마트 RTU를 이용하여 저장조의 수위를 모니터링하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수개의 RTU는 릴레이 노드로 연결되며, 상기 릴레이 노드는 자체적으로 보안모듈을 포함하는 것을 특징으로 하며,
    상기 릴레이 노드에서 상기 제 1 RTU로부터 제 1 DNP(Distributed Network Protocol) 메시지를 수신하는 경우, 상기 제 1 DNP 메시지의 길이를 나타내는 length필드의 값이 24이상이면 정상모드로 판단하고 상기 모니터링 서버로 전송하는 단계;
    상기 릴레이 노드에서 상기 제 1 RTU로부터 제 1 DNP 메시지를 수신하는 경우, 상기 제 1 DNP 메시지의 길이를 나타내는 length필드의 값이 24미만이고 상기 length필드의 이진 표현의 가중치가 1이 아닌 경우 에러모드로 판단하고, 상기 제 1 RTU와 무선 연결된 제 2 RTU로 전송하는 단계; 및
    상기 제 2 RTU에서 상기 제 1 DNP 메시지에 포함된 매개변수 필드의 헤더에 1바이트 크기의 제 1 RTU 식별코드를 삽입하여 암호화한 후, 상기 모니터링 서버로 전송하는 단계를 포함하는, 스마트 RTU를 이용하여 저장조의 수위를 모니터링하는 방법.
  7. 프로세서; 및
    실행 가능한 명령어들을 저장하는 메모리;를 포함하고,
    상기 프로세서는,
    상기 명령어들을 실행함으로써,
    저장조에 설치된 복수개의 RTU에서 상기 저장조의 기 설정된 주기에 따라 수위 측정값을 획득하고,
    상기 수위 측정값을 이용하여 상기 저장조의 시간당 수위 증가량을 계산하고,
    상기 저장조의 수위 측정값 및 수위 증가량을 이용하여, 상기 복수개의 RTU 각각의 수위 전송 주기를 결정하기 위한 매개변수 및 상기 매개변수에 대응하는 수위 전송 주기를 결정하고,
    상기 매개변수의 표준편차값에 따라 정해진 우선순위에 기초하여, 제 1 RTU의 제 1 매개변수를 제 1 주기에 따라 모니터링 서버로 전송하며,
    상기 수위 전송 주기는 시간당 강우량의 변화와 저장조의 수위 변화의 연관성을 학습한 인공지능 학습모델을 이용하여 상기 저장조의 수위 측정 시점에서부터 n분 후 예상 수위를 예측하고, 상기 예측한 예상 수위가 상기 저장조의 임계치를 초과하는 시간으로 결정되며,
    상기 프로세서는 상기 수위 전송 주기를 기준으로 상기 저장조의 수위를 측정하여, 상기 저장조의 예상 수위를 예측하여 범람 가능성의 레벨을 판단하고, 상기 범람 가능성의 레벨에 대응하는 경고 알림 메시지를 생성하여 관리자의 단말로 전송하며,
    상기 수위 전송 주기는 1초 내지 5분 내외에서 결정되는 것을 특징으로 하는, 스마트 RTU를 이용하여 저장조의 수위를 모니터링하는 장치.
KR1020190104794A 2019-08-27 2019-08-27 스마트 rtu를 이용하여 저장조의 수위를 모니터링하는 장치 및 방법 KR102055258B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190104794A KR102055258B1 (ko) 2019-08-27 2019-08-27 스마트 rtu를 이용하여 저장조의 수위를 모니터링하는 장치 및 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190104794A KR102055258B1 (ko) 2019-08-27 2019-08-27 스마트 rtu를 이용하여 저장조의 수위를 모니터링하는 장치 및 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102055258B1 true KR102055258B1 (ko) 2019-12-12

Family

ID=69004033

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190104794A KR102055258B1 (ko) 2019-08-27 2019-08-27 스마트 rtu를 이용하여 저장조의 수위를 모니터링하는 장치 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102055258B1 (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102274165B1 (ko) * 2021-02-10 2021-07-08 주식회사 이코우 수처리 시설물에 대한 원격 감시 및 제어시스템
CN113514096A (zh) * 2021-03-25 2021-10-19 中电建电力检修工程有限公司 一种实时水位监测及控制分流的方法及系统
KR20220147031A (ko) * 2021-04-23 2022-11-02 주식회사세오 Rtu 및 이를 포함하는 스마트 물 관리 시스템
KR102555054B1 (ko) * 2023-04-14 2023-07-17 (주)미래로택 멀티포인트 레이더 유속계로부터 획득된 정보와 다양한 기상 관측 정보를 빅데이터화 및 데이터 마이닝하여 하천 유량을 측정하는 브레이니 rtu 및 상기 멀티포인트 레이더 유속계와 상기 브레이니 rtu를 포함하는 하천 유량 측정 시스템

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002071349A (ja) * 2000-08-29 2002-03-08 Hitachi Ltd 河川水位計測方法および装置
KR101152624B1 (ko) * 2012-02-02 2012-06-04 한국환경공단 하수관거 유량계 모니터링 시스템
KR101447720B1 (ko) 2014-08-18 2014-10-08 주식회사 씨엔큐솔루션 하천 수위 현황 및 최근 기간 강우량을 고려한 강우 및 수위 경보 시스템 및 그 운용 방법
KR101952613B1 (ko) 2018-07-20 2019-03-04 주식회사 효림 Iot기반 오염지하수 관정의 실시간 모니터링에 의한 오염지하수 정화기간예측 시스템

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002071349A (ja) * 2000-08-29 2002-03-08 Hitachi Ltd 河川水位計測方法および装置
KR101152624B1 (ko) * 2012-02-02 2012-06-04 한국환경공단 하수관거 유량계 모니터링 시스템
KR101447720B1 (ko) 2014-08-18 2014-10-08 주식회사 씨엔큐솔루션 하천 수위 현황 및 최근 기간 강우량을 고려한 강우 및 수위 경보 시스템 및 그 운용 방법
KR101952613B1 (ko) 2018-07-20 2019-03-04 주식회사 효림 Iot기반 오염지하수 관정의 실시간 모니터링에 의한 오염지하수 정화기간예측 시스템

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102274165B1 (ko) * 2021-02-10 2021-07-08 주식회사 이코우 수처리 시설물에 대한 원격 감시 및 제어시스템
CN113514096A (zh) * 2021-03-25 2021-10-19 中电建电力检修工程有限公司 一种实时水位监测及控制分流的方法及系统
KR20220147031A (ko) * 2021-04-23 2022-11-02 주식회사세오 Rtu 및 이를 포함하는 스마트 물 관리 시스템
KR102494790B1 (ko) 2021-04-23 2023-02-07 주식회사세오 Rtu 및 이를 포함하는 스마트 물 관리 시스템
KR102555054B1 (ko) * 2023-04-14 2023-07-17 (주)미래로택 멀티포인트 레이더 유속계로부터 획득된 정보와 다양한 기상 관측 정보를 빅데이터화 및 데이터 마이닝하여 하천 유량을 측정하는 브레이니 rtu 및 상기 멀티포인트 레이더 유속계와 상기 브레이니 rtu를 포함하는 하천 유량 측정 시스템

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102055258B1 (ko) 스마트 rtu를 이용하여 저장조의 수위를 모니터링하는 장치 및 방법
EP3044645B1 (en) Reservoir control systems and methods
US10107657B2 (en) Monitoring system
EP2852173B1 (en) Social infrastructure control system, control method, control device, and server
CN106796135A (zh) 监测系统和方法
US20160002942A1 (en) Pump Controller
US10355915B2 (en) Control apparatus, control method, and infrastructure control system
WO2020190403A1 (en) Remote monitoring system
KR101545335B1 (ko) 인공신경망 및 퍼지 기법을 이용한 우수 펌프 제어시스템
KR20150040099A (ko) 재난 예방용 영상 수위 감시 시스템
CN108036824A (zh) 一种海绵城市监测终端
KR102271504B1 (ko) 상수관망 수질 및 수량 저전력 계측 시스템
KR101805843B1 (ko) 전원제어장치를 이용한 원격 수문 계장 제어 시스템
CN210639451U (zh) 一种水库大坝水位渗压渗流采集控制系统
KR102354892B1 (ko) 동파 방지 및 결로 예방을 위한 히터 통합 관리 시스템 및 방법
Alfarra et al. A wireless smart sensor network for flood management optimization
KR20150115200A (ko) 하수관 관리를 위한 시스템 및 방법
CN109313416B (zh) 对流体网络进行动态控制的方法、计算机程序产品和系统
CN113311882A (zh) 排雨水泵站控制方法及控制系统
RU117567U1 (ru) Сеть газораспределения
CN117610322B (zh) 基于数字孪生的智慧水务动态监测系统及监测方法
KR20220149105A (ko) 지능형 수문 제어 시스템 및 방법
CN117641156A (zh) 排污监测系统和排污系统监测方法
CN112558538A (zh) 具有阀门维护功能的无线远传阀控水表系统
CN117072883A (zh) 一种基于物联网技术的城市排水管网远程监测维护系统

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant