KR102406907B1 - 상수관망해석 운영시스템의 관망해석모델 보정 장치 및 방법 - Google Patents

상수관망해석 운영시스템의 관망해석모델 보정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 상수관망해석 운영시스템의 관망해석모델 보정 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 관망해석 운영시스템에서 구동되는 관망해석모델에 적용되는 수리계수인 유속계수(C)를 실측되는 수압과 모의치의 수압간의 RMS 오차를 이용하여 자동 보정하고, 수질계수인 수체반응계수(Kb) 및 관벽반응계수(Kw)를 실측되는 잔류염소농도 및 모의 잔류염소농도의 상관계수를 이용하여 자동 보정하는 상수관망해석 운영시스템의 관망해석모델 보정 장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

상수관망해석 운영시스템의 관망해석모델 보정 장치 및 방법{Pipe network analysis model compensation apparatus in water pipe network analysis operation system and method thereof}
본 발명은 상수관망해석 운영시스템의 관망해석모델 보정 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 관망해석 운영시스템에서 구동되는 관망해석모델에 적용되는 수리계수인 유속계수(C), 수질계수인 수체반응계수(Kb) 및 관벽반응계수(Kw)를 자동으로 보정하여 현실 재현력을 확보할 수 있는 상수관망해석 운영시스템의 관망해석모델 보정 장치 및 방법에 관한 것이다.
상수도망은 필수적인 도시 기반 시설이다. 이에 따라 상수도망의 효율적인 관리와 운영을 위한 다양한 기술들이 연구 및 개발되어 적용되고 있다.
최근에는 지리정보시스템(Geographic Information System: GIS) 기술 등을 이용한 상수관망의 해석과 이에 따른 지능형 상수관망 관리에 관련된 기술들이 개발되어 적용되고 있다.
상수관망이란 상수관로시스템 즉, 수도시설의 모든 시설, 설비 등의 구성요소들을 절점(node), 선(link)으로 나타내어 하나의 계통으로 구성한 망을 의미한다.
또한, 상수관망해석이란 수학적 표현 방법을 통해서 실제 상수도 관망의 물 흐름을 모의하는 과정으로 정의될 수 있을 것이다. 즉, 상수도 관망해석이란 각 절점에서의 수압, 유량, 유속, 수질 등을 모의하는 것을 의미한다.
따라서 상수관망해석 운영시스템은 현시설에 대한 자료, 시스템 운전 자료 및 물 수요에 대한 자료 등의 상수관망해석을 위한 주요 인자를 가지고 있어야 한다.
현시설에 대한 자료로는 관로의 위치, 크기, 길이, 형태, 매설년도, 현재의 조건, 저류 설비들의 용량, 위치, 저류 설비들의 수위변동 허용폭, 가압장의 위치, 운전조건, 용량, 양정, 밸브의 종류, 위치, 설정 압력 등을 포함한다.
그리고 시스템 운전 자료는 정수생산량의 일별 및 계절별 변화 자료, 가압장에서의 유량과 수압자료, 각기 다른 수요량에 따른 저류시설에서의 수위 변화, 저류량, 수압 등에 따른 펌프 및 기타 설비들의 운전 방법, 에너지 소모량, 시스템 운영상의 문제점에 관한 자료, 소화용수 공급에 관한 자료 등을 포함한다.
그리고 물 수요에 대한 자료는 급수 인구, 급수량, 주요 수요자들의 수요량, 첨두부하율 등을 포함한다.
이러한 종래 상수관망해석 운영시스템은 상기와 같은 과거의 자료들에 의해 각 절점에서의 수압, 유량, 유속, 수질 등을 모의하는 관망해석모델을 포함한다.
상술한 바와 같이 종래 상수관망해석 운영시스템의 관망해석모형 모델은 과거의 자료를 이용하여 현재의 관망해석을 수행하므로 현실 재현력을 확보하기 위해 보정 과정을 수행하여야만 한다.
즉, 관망해석모델을 활용해서 계획수립, 사고예측 및 처리방안을 모의해야 할 경우, 관망해석모델의 보정 과정은 필수적이다.
다시 설명하면, 우선, 첫 번째로, 관망해석을 수행해서 상수관망의 향후 계획(개보수, 시설 등)을 수립하고자 할 경우, 과거 측정(상수관에서의 수압 및 수질) 자료를 사용해서 과거시점에서의 관망을 보정한 후, 향후 변동사항(수용가의 물사용량 변화, 개발계획으로 인한 물 사용 수용가의 증가 등)을 관망해석모델에 적용하여 상수관에서의 용수 수급이 원활하게 될 수 있는 방안을 찾아야 한다.
그리고 두 번째로, 관망에서의 관 파손으로 인한 누수, 단수 등의 상황을 모의하고 사고로 인한 영향 범위 계산 및 사고 조치방안 수립 시에는 과거에 구축한 모형자료를 사용해서 해당 업무를 수행한다.
예를 들면, 2020년의 계획수립을 위해 2020년 관망해석모델을 구축하였을 경우, 2021년에는 관 상태가 변화하므로 2020년 관망해석모델을 동일하게 적용하는 것은 부적절하다. 따라서 2021년 측정자료가 있다면 2021년에 맞도록 보정 과정을 다시 수행한 후 관망해석을 수행해야 한다.
따라서 종래 상수관망해석 운영시스템은 과거 측정자료를 기반으로 현재의 관망분석(수압, 유속, 잔류염소, 도달시간, 체류시간 등)과 사고 시 영향 범위 분석 등을 수행하는 것은 시기적 차이로 인한 관 상태의 변화를 반영하지 못하는 문제점이 있다.
이러한 한계를 극복하기 위해서 전문가가 경험치에 기반하여 수동으로 수리계수 및 수질계수를 보정하고는 있으나, 전문가의 숙련도에 따라 그 정확성이 달라질 수 있으며, 전문가가 수리계수 및 수질계수 각각의 값들을 일일이 변경하여 적용해가면서 최적의 보정값을 찾아 보정을 수행하므로 많은 시간이 소요되는 문제점이 있었다.
따라서 실시간 측정되고 있는 자료(정보)를 토대로 관망해석모델의 보정을 빠르게 수행하여 현실 재현력을 확보할 수 있는 방안이 요구되고 있다.
대한민국 등록특허 제10-1065488호(2011.09.16.공고) 대한민국 등록특허 제10-1875885호(2018.07.06.공고)
EPANET, 1993
따라서 본 발명의 목적은 관망해석 운영시스템에서 구동되는 관망해석모델에 적용되는 수리계수인 유속계수(C)를 실측되는 수압과 모의치의 수압 간의 RMS 오차를 이용하여 자동 보정하고, 수질계수인 수체반응계수(Kb) 및 관벽반응계수(Kw)를 실측되는 잔류염소농도 및 모의 잔류염소농도의 상관계수를 이용하여 자동 보정하는 상수관망해석 운영시스템의 수리 및 수질 보정 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 상수관망해석 운영시스템의 관망해석모델 보정 장치는: 상수관망의 다수의 위치에서 상기 상수관망으로 공급되는 수의 수압 및 잔류염소농도를 측정하는 다수의 실측장치를 포함하고, 상기 실측장치를 통해 측정된 수의 수압 및 잔류염소농도를 이용하는 관망해석모델이 적용된 상수관망해석 운영시스템의 관망해석모델 보정장치에 있어서, 상수관망의 다수의 절점의 지리적 위치와 상기 수압 및 잔류염소농도를 측정하는 실측장치의 설치 위치를 정의하고, 상기 상수관망을 대블록 및 중블록으로 정의하는 관망해석 수리모형 DB, 및 상기 수압 및 잔류염소농도 측정 위치별로 측정된 수압 및 잔류염소농도를 저장하는 관망 측정정보 DB를 포함하는 관망 저장부; 상기 실측장치들과 데이터통신을 수행하는 통신부; 및 상수관망의 위치별 수압 및 잔류염소농도를 수집하여 상기 관망해석 수리모형 DB에 저장하고, 측정된 상기 상수관망의 수압에 대한 실측치 및 관망해석모델에 의한 모의치의 RMS 오차가 미리 설정된 기준 오차 이내가 되도록 하는 수리계수인 유속계수(C)를 찾아 보정하고, 미리 획득된 상기 상수관망의 잔류염소농도에 대한 실측치 및 모의치에 따른 상관계수를 계산하고, 상관계수가 미리 설정된 기준 상관계수 이상이 되도록 수질계수인 수체반응계수 및 관벽반응계수를 찾아 상기 관망해석모델의 유속계수(C), 수체반응계수 및 관벽반응계수를 보정하는 상수관망 운영 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 상수관망 운영 제어부는, 상기 통신부를 통해 상기 실측장치들로부터 상수관망 내 위치별 수압 및 잔류염소농도를 포함하는 상수관망 내 관망 측정정보를 획득하여 상기 관망 측정정보 DB에 저장하는 상수관망 정보 수집부; 상기 관망 측정정보의 측정치와 상기 관망해석모델의 예측치의 RMS 및 상관도를 분석하여 오차가 기준치를 초과하는지를 모니터링하여 상기 관망해석모델에 대한 오류가 발생되는지를 분석하는 관망 분석정보 생성부; 및 상기 관망해석모델에 대한 오류가 발생되면 상기 상수관망의 수압에 대한 실측치 및 모의치의 RMS 오차가 미리 설정된 기준 오차 이내가 되도록 하는 수리계수인 유속계수(C)를 찾아 보정하고, 미리 획득된 상기 상수관망의 잔류염소농도에 대한 실측치 및 모의치에 따른 상관계수를 계산하고, 상관계수가 미리 설정된 기준 상관계수 이상이 되도록 수질계수인 수체반응계수 및 관벽반응계수를 찾아 상기 관망해석모델의 유속계수(C), 수체반응계수 및 관벽반응계수를 보정하는 관망해석모델 보정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 관망해석모델 보정부는, 상기 관망해석모델에 대한 오류가 발생되면 상기 상수관망의 수압에 대한 실측치 및 모의치의 RMS 오차가 이전 유속계수(C)에 대한 이전 RMS 오차와 비교하여 RMS 오차가 증가하다가 감소하는 시점의 수리계수인 유속계수(C)를 찾아 보정하는 수리 보정부; 및 미리 획득된 상기 상수관망의 잔류염소농도에 대한 실측치 및 모의치에 따른 상관계수를 계산하고, 상관계수가 미리 설정된 기준 상관계수 이상이 되도록 수질계수인 수체반응계수 및 관벽반응계수를 찾아 상기 관망해석모델의 유속계수(C), 수체반응계수 및 관벽반응계수를 보정하는 수질 보정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 수리 보정부는, 상기 관망해석모델에 대한 오류가 발생되면 상기 상수관망의 대블록의 수압에 대한 실측치 및 모의치의 RMS 오차가 이전 유속계수(C)에 대한 이전 RMS 오차와 비교하여 RMS 오차가 증가하다가 감소하는 시점의 수리계수인 대블록 유속계수(C)를 결정하는 대블록 보정부; 및 상기 대블록에 대한 대블록 유속계수(C)를 기준으로 중블록의 수압에 대한 실측치 및 모의치의 RMS 오차가 이전 유속계수(C)에 대한 이전 RMS 오차와 비교하여 RMS 오차가 증가하다가 감소하는 시점의 수리계수인 중블록 유속계수(C)를 찾아 상기 관망해석모델을 보정하는 중블록 보정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 대블록 보정부는, 현재의 RMS 오차가 이전의 RMS 오차보다 커질 때까지 상기 유속계수를 1보다 큰 일정 값(K) 단위로 상승시켜 상승 모드 유속계수를 결정하고, 상기 현재의 RMS 오차가 이전의 RMS 오차보다 커지면 상기 상승 모드 유속계수(C)를 1 단위로 감소시키면서 계산되는 현재의 RMS 오차가 이전의 RMS 오차보다 작아질 때의 유속계수를 하강 모드 유속계수인 대블록 유속계수로 결정하는 것을 특징으로 한다.
상기 중블록 보정부는, 현재의 RMS 오차가 이전의 RMS 오차보다 커질 때까지 상기 유속계수를 1 단위로 상승시켜 상승 모드 유속계수를 결정하고, 상기 현재의 RMS 오차가 이전의 RMS 오차보다 커지면 상기 상승 모드 유속계수(C)를 1 단위로 감소시키면서 계산되는 현재의 RMS 오차가 이전의 RMS 오차보다 작아질 때의 유속계수를 하강 모드 유속계수인 중블록 유속계수로 결정하는 것을 특징으로 한다.
상기 수질 보정부는, 해당 지역에 대한 기존 잔류염소농도 측정정보가 존재하는 경우 해당 지역의 기존 잔류염소농도 측정정보에 기반하여 상기 수체반응계수 및 관벽반응계수를 보정하고, 해당 지역에 대한 기존 잔류염소농도 측정정보가 없으면 현장조사에 따른 잔류염소농도 측정정보가 존재하는지를 판단하여 존재하면 현장조사에 따른 잔류염소농도 측정정보에 기반하여 상기 수체반응계수 및 관벽반응계수를 보정하고, 기존 잔류염소농도 및 현장조사 중 어느 하나에 따른 잔류염소농도 측정정보가 존재하지 않으면, 타지역의 잔류염소농도 측정정보에 기반하여 상기 수체반응계수 및 관벽반응계수를 보정하는 것을 특징으로 한다.
상기 수질 보정부는, 상기 해당 지역에 대한 기존 잔류염소농도 측정정보에 기반한 수체반응계수(Kb)가 미리 설정된 제1기준값 미만이면 상기 타지역 잔류염소농도 측정정보에 기반하여 수체반응계수 및 관벽반응계수를 보정하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 상수관망해석 운영시스템의 관망해석모델 보정 방법은: 상수관망의 다수의 위치에서 상기 상수관망으로 공급되는 수의 수압 및 잔류염소농도를 측정하는 다수의 실측장치를 포함하고, 상기 실측장치를 통해 측정된 수의 수압 및 잔류염소농도를 이용하는 관망해석모델이 적용된 상수관망해석 운영시스템의 관망해석모델 보정 방법에 있어서, 상수관망 운영 제어부가 상수관망의 상기 실측장치들로부터 위치별 수압 및 잔류염소농도를 포함하는 관망 측정정보를 수집하여 관망 측정정보 DB에 저장하는 실측정보 수집 과정; 및 상기 상수관망 운영 제어부가 측정된 상기 상수관망의 수압에 대한 실측치 및 관망해석모델에 의한 모의치의 RMS 오차가 미리 설정된 기준 오차 이내가 되도록 하는 수리계수인 유속계수(C)를 찾아 보정하고, 미리 획득된 상기 상수관망의 잔류염소농도에 대한 실측치 및 모의치에 따른 상관계수를 계산하고, 상관계수가 미리 설정된 기준 상관계수 이상이 되도록 수질계수인 수체반응계수 및 관벽반응계수를 찾아 상기 관망해석모델의 유속계수(C), 수체반응계수 및 관벽반응계수를 보정하는 관망해석모델 보정 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 관망해석모델 보정 과정은, 상기 상수관망 운영 제어부가 관망 분석정보 생성부를 통해 상기 관망 측정정보의 측정치와 상기 관망해석모델의 예측치의 RMS 및 상관도를 분석하여 오차가 기준치를 초과하는지를 모니터링하여 상기 관망해석모델에 대한 오류가 발생되는지를 분석하는 모델 오류 판단 단계; 및 상기 상수관망 운영 제어부가 관망해석모델 보정부를 통해 상기 관망해석모델에 대한 오류가 발생되면 상기 상수관망의 수압에 대한 실측치 및 모의치의 RMS 오차가 미리 설정된 기준 오차 이내가 되도록 하는 수리계수인 유속계수(C)를 찾아 보정하고, 미리 획득된 상기 상수관망의 잔류염소농도에 대한 실측치 및 모의치에 따른 상관계수를 계산하고, 상관계수가 미리 설정된 기준 상관계수 이상이 되도록 수질계수인 수체반응계수 및 관벽반응계수를 찾아 상기 관망해석모델의 유속계수(C), 수체반응계수 및 관벽반응계수를 보정하는 관망해석 모형 보정 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 관망해석 모형 보정 단계는, 상기 상수관망 운영 제어부가 상기 관망해석모델 보정부의 수리 보정부를 통해 상기 관망해석모델에 대한 오류가 발생되면 상기 상수관망의 수압에 대한 실측치 및 모의치의 RMS 오차가 미리 설정된 기준 오차 이내가 되도록 하는 수리계수인 유속계수(C)를 찾아 보정하는 수리 보정 단계; 및 상기 상수관망 운영 제어부가 상기 관망해석모델 보정부의 수질 보정부를 통해 미리 획득된 상기 상수관망의 잔류염소농도에 대한 실측치 및 모의치에 따른 상관계수를 계산하고, 상관계수가 미리 설정된 기준 상관계수 이상이 되도록 수질계수인 수체반응계수 및 관벽반응계수를 찾아 상기 관망해석모델의 수체반응계수 및 관벽반응계수를 보정하는 수질 보정 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 수리 보정 단계는, 상기 상수관망 운영 제어부가 상기 관망해석모델에 대한 오류가 발생되면 상기 상수관망의 대블록의 수압에 대한 실측치 및 모의치의 RMS 오차가 미리 설정된 기준 오차 이내가 되도록 하는 수리계수인 대블록 유속계수(C)를 결정하는 대블록 보정 단계; 및 상기 상수관망 운영 제어부가 상기 대블록에 대한 대블록 유속계수(C)를 기준으로 중블록의 수압에 대한 실측치 및 모의치의 RMS 오차가 미리 설정된 기준 오차 이내가 되도록 하는 수리계수인 중블록 유속계수(C)를 찾아 상기 관망해석모델을 보정하는 중블록 보정 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 대블록 보정 단계는, 현재의 RMS 오차가 이전의 RMS 오차보다 커질 때까지 상기 유속계수를 1보다 큰 일정 값(K) 단위로 상승시켜 상승 모드 유속계수를 결정하는 상승 모드 유속계수 결정 단계; 및 상기 현재의 RMS 오차가 이전의 RMS 오차보다 커지면 상기 상승 모드 유속계수(C)를 1 단위로 감소시키면서 계산되는 현재의 RMS 오차가 이전의 RMS 오차보다 작아질 때의 유속계수를 하강 모드 유속계수인 대블록 유속계수로 결정하는 하강 모드 유속계수 결정 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 중블록 보정 단계는, 현재의 RMS 오차가 이전의 RMS 오차보다 커질 때까지 상기 유속계수를 1 단위로 상승시켜 상승 모드 유속계수를 결정하는 상승 모드 중블록 유속계수 결정 단계; 및 상기 현재의 RMS 오차가 이전의 RMS 오차보다 커지면 상기 상승 모드 유속계수(C)를 1 단위로 감소시키면서 계산되는 현재의 RMS 오차가 이전의 RMS 오차보다 작아질 때의 유속계수를 하강 모드 유속계수인 중블록 유속계수로 결정하는 하강 모드 중블록 유속계수 결정 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 수질 보정 단계는, 상기 상수관망 운영 제어부가 해당 지역에 대한 기존 잔류염소농도 측정정보가 존재하는 경우 해당 지역의 기존 잔류염소농도 측정정보에 기반하여 상기 수체반응계수 및 관벽반응계수를 보정하는 기존 측정정보 이용 단계; 상기 상수관망 운영 제어부가 해당 지역에 대한 기존 잔류염소농도 측정정보가 없으면 현장조사에 따른 잔류염소농도 측정정보가 존재하는지를 판단하여 존재하면 현장조사에 따른 잔류염소농도 측정정보에 기반하여 상기 수체반응계수 및 관벽반응계수를 보정하는 현장조사 측정정보 이용 단계; 및 상기 상수관망 운영 제어부가 기존 잔류염소농도 및 현장조사 중 어느 하나에 따른 잔류염소농도 측정정보가 존재하지 않으면, 타지역의 잔류염소농도 측정정보에 기반하여 상기 수체반응계수 및 관벽반응계수를 보정하는 타지역 측정정보 이용 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 상수관망 운영 제어부가 상기 기존 측정정보 이용 단계에서 상기 해당 지역에 대한 기존 잔류염소농도 측정정보에 기반한 수체반응계수(Kb)가 미리 설정된 제1기준값 미만이면 타지역 측정정보 이용 단계로 진행하여 상기 타지역 잔류염소농도 측정정보에 기반하여 수체반응계수 및 관벽반응계수를 보정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 수리계수인 유속계수와, 수질계수인 수체반응계수 및 관벽반응계수를 자동으로 보정할 수 있으므로, 관리자의 역량과 상관없이 일률적이고 정확하며 빠르게 관망해석모델을 보정할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 수리계수 및 수질계수를 자동 보정할 수 있으므로 관리자에게 편리성을 제공하고, 유지보수 비용을 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 모의할 영역에 대해 대블록 단위로 관망해석모델의 수리계수 및 수질계수를 보정한 후, 대블록 보정에 의해 한정된 수리계수 및 수질계수 범위 내에서 중블록에 대해 관망해석모델의 수리계수 및 수질계수를 보정하므로, 더 빠르고 정확하게 보정을 수행할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 관망해석모델 보정 장치를 포함하는 상수관망해석 운영시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 상수관망을 대블록, 중블록 및 소블록으로 구분하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 상수관망해석 운영시스템의 관망해석모델 보정 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 복수의 지역의 온도 변화에 따른 수체반응계수 변화 그래프를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 상수관망해석 운영시스템의 관망해석모델 보정 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 6은 본 발명에 따른 상수관망해석 운영시스템의 관망해석모델 보정 방법 중 수리 보정 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 7은 본 발명에 따른 상수관망해석 운영시스템의 관망해석모델 보정 방법의 수리 보정 방법 중 대블록의 수리 보정 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 8은 본 발명에 따른 상수관망해석 운영시스템의 관망해석모델 보정 방법의 수리 보정 방법 중 중블록의 수리 보정 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 9는 본 발명에 따른 상수관망해석 운영시스템의 관망해석모델 보정 방법 중 수질보정 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 10은 본 발명에 따른 상수관망해석 운영시스템의 관망해석모델 보정 방법의 수질보정 방법 중 기존자료를 활용한 수질보정 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 11은 본 발명에 따른 상수관망해석 운영시스템의 관망해석모델 보정 방법의 수질보정 방법 중 보정할 관벽반응계수 결정 방법을 나타낸 흐름도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 상수관망해석 운영시스템의 관망해석모델 보정 장치의 구성 및 동작을 상세히 설명하고, 상기 장치에서의 관망해석모델 보정 방법을 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 관망해석모델 보정 장치를 포함하는 상수관망해석 운영시스템의 구성을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 상수관망을 대블록, 중블록 및 소블록으로 구분하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 이하 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다.
본 발명에 따른 상수관망해석 운영 시스템은 상수관망(1)의 서로 다른 위치에 배치되어 해당 관로의 수압, 수질(잔류염소농도), 유량 등 중 어느 하나 이상을 측정하고, 유무선 데이터통신망(2)에 유선 및 무선 중 어느 하나로 연결되어 측정된 측정정보를 전송하는 다수의 측정장치(10) 및 상기 측정정보들을 수집하여 저장하고 관망해석모델을 가지고 있는 관망해석부(30)를 포함하고, 본 발명에 따라 상기 측정정보를 수신받고 상기 관망해석부(30)의 관망해석모델의 수리계수 및 수질계수를 보정하는 관망해석모델 보정장치(20)를 포함한다.
상기 상수관망(1)은 물이 필요하여 관로가 형성되는 전국의 상수도 관망을 의미하며, 하나 이상의 정수장을 포함하고, 도 2에서 나타낸 바와 같이 하나의 정수장에 의해 수를 공급받는 지역을 대블록으로 정의하고, 하나의 배수지에 의해 수를 공급받는 지역을 중블록으로 정의하며, 중블록에서 분기되는 관로에 의해 구분되는 소블록들로 정의하는 관망이다.
상기 상수관망(1)은 대블록 단위, 중블록 단위 및 소블록 단위로, 수압을 측정하는 수압 측정장치(P), 수질을 측정하는 수질 측정장치(C), 유량을 측정하는 유량 측정장치(M) 등을 포함하고, 가압펌프, 감압밸브, 경계밸브 등을 포함한다.
유무선 데이터통신망(2)은 와이파이(WiFi)망을 포함하는 인터넷망, 3세대(3 Generation: 3G), 4G, 5G 등을 중 어느 하나 이상을 포함하는 이동통신망, 와이브로망 등 중 어느 하나 이상이 결합되어 있는 데이터통신망일 수 있을 것이다.
관망해석부(30)는 관망해석모델을 가지고 있으며, 측정장치(10)들로부터 측정되는 측정정보를 수신하여 상기 관망해석모델에 적용하여 상수관망(1)에 대한 다양한 분석 및 예측을 수행한다.
상기 관망해석부(30)는 도 1과 같이 관망해석모델 보정장치(20)와 별도의 장치로 구성될 수도 있고, 후술할 도 3과 같이 하나의 장치 내에 150과 같이 구성될 수도 있을 것이다. 상기 관망해석부(30)의 관망해석모델은 EPANet 등이 될 수 있을 것이다.
관망해석부(30)의 관망해석모델은 다양한 분석 및 예측을 수행하기 위해 다양한 계수들이 적용된 수학식들을 정의한다. 상기 계수 중 중요한 계수가 수리계수인 유속계수(C)와, 수질계수인 수체반응계수(Kb) 및 관벽반응계수(Kw)이다.
상기 유속계수(C)의 값은 관 내면의 조도와 수질에 따라 달라진다. 닥타일 주철관 또는 도복장 강관이 내면에 충분한 내구성이 있는 도복장을 시공하지 않은 것은 통수년수에 따라 내면에 관석(Scaling)이 생겨 단면이 축소되고 조도가 증가하여 통수능력이 점차 감소한다. 따라서 새롭게 관을 부설할 때는 새로운 관의 내면 상태에 따라 관경을 결정하기 때문에 통수년수가 경과하면 유량이 부족하게 된다.
따라서 매설된 관로의 유속계수(C)의 값은 관 내면의 조도와 관로 중의 굴곡, 분기부 등의 개소 및 통수년도에 따라 달라질 수 있으며, 관망해석 시 통수능 등의 평가에 있어 중요한 요소로 작용한다.
관망해석모델 보정장치(20)는 상기 상수관망(1)의 측정장치(10)로부터 수압(P) 및 수질(잔류염소농도)을 포함하는 측정정보를 수집하고, 수집된 측정정보에 기반하여 상기 상수관망(1)의 대블록 단위로 현실 재현력을 반영한 수리계수 및 수질계수를 찾아 과거 기준으로 설정된 관망해석부(30)의 관망해석모델의 수리계수인 유속계수(C)와, 수질계수인 수체반응계수(Kb) 및 관벽 반응계수(Kw)를 보정한다.
상기 관망해석모델 보정장치(20)의 상세 구성 및 동작은 다음의 도 3을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 상수관망해석 운영시스템의 관망해석모델 보정 장치의 구성을 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 복수의 지역의 온도 변화에 따른 수체반응계수 변화 그래프를 나타낸 도면이다. 이하 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한다.
관망해석모델 보정장치(20)는 관망 저장부(110), 통신부(120) 및 상수관망 운영 제어부(130)를 포함한다.
관망 저장부(110)는 본 발명에 따른 관망해석모델 보정 장치의 전반적인 동작을 제어하기 위한 제어프로그램을 저장하는 프로그램영역, 상기 제어프로그램 수행 중에 발생되는 데이터를 일시 저장하는 임시영역, 상기 제어프로그램 수행에 필요한 데이터 및 제어프로그램 수행 중에 발생되는 데이터를 반영구적으로 저장하는 데이터영역을 포함한다. 상기 데이터영역에는 본 발명에 따라 관망해석 수리모형 DB(111), 관망 측정정보 DB(112), 관망 분석정보 DB(113), 보정 이력 DB(114) 등이 구성될 수 있을 것이다.
상기 관망해석 수리모형 DB(111)는 관망해석모델의 구동에 필요한 전국의 지리정보시스템(Geographic Information System: GIS) 지도 등과 같은 지도데이터 및 지도데이터의 지리적 위치에 대응하는 상술한 현 관로 시설 및 관로에 설치되는 장치들에 대한 정보, 시스템 운전 정보, 물 수요 정보 등과 같은 다양한 정보들을 포함하며, 특히 관망해석을 위한 다수의 수학식 및 수학식들에 적용되는 수리계수인 유속계수(C), 수질계수인 수체반응계수(Kb), 수질계수인 관벽반응계수(Kw) 등과 같은 계수들에 대한 정의 및 계수값들을 저장한다.
관망 측정정보 DB(112)는 상수관망(1)에 구성되는 측정장치(10)들로부터 수집되는 측정정보를 측정장치(10)별로 저장한다.
관망분석정보 DB(113)는 상기 관망해석모델의 구동에 의해 발생되는 모의치를 포함하는 관망 분석 및 예측정보들을 저장한다.
보정 이력 DB(114)는 본 발명에 따라 관망해석모델의 수리계수 및 수질계수를 보정한 날짜, 각 계수의 보정값, 보정전 계수값 등을 포함하는 보정 이력 정보를 저장한다.
상수관망 운영 제어부(130)는 상수관망 정보 수집부(140), 관망 분석정보 생성부(160) 및 관망해석모델 보정부(170)를 포함하고, 실시예에 따라 관망해석부(150)를 더 포함하여, 본 발명에 따른 관망해석모델 보정장치(20)의 전반적인 동작을 제어한다.
구체적으로 설명하면, 상수관망 정보 수집부(140)는 통신부(120)를 통해 측정장치(10)들로부터 수압 및 잔류염소농도(수질)를 포함하는 측정정보를 수집하여 관망 측정정보 DB(112)에 저장한다.
관망해석부(150)는 관망해석 수리모형 DB(111)에 저장된 정보들에 따른 상수관망에 대한 다양한 분석 및 예측을 수행하고, 모의치를 포함하는 예측정보 및 분석정보를 관망 분석정보 DB(113)에 저장한다.
관망 분석정보 생성부(160)는 실시예에 따라 관망해석부(30) 또는 관망해석부(150)의 관망해석모델로부터 출력되는 분석 및 예측정보들을 검사하여 분석 및 예측정보에 오류가 있는지를 분석한다. 상기 관망 분석정보 생성부(160)는 측정치와 예측치의 RMS 및 상관도를 분석하여 오차가 기준치를 초과하는 경우 오류가 발생한 것으로 판단한다.
관망해석모델 보정부(170)는 수리 보정부(171) 및 수질 보정부(172)를 포함하여, 실시간 측정되는 측정정보에 의한 현실 재현력을 반영한 수리계수인 유속계수(C)와, 수질계수인 수체반응계수(Kb) 및 관벽반응계수(Kw)를 추정하고, 관망해석 수리모형 DB(111)의 이전 수리계수 및 수질계수를 추정된 수리계수 및 수질계수로 보정한다.
구체적으로, 수리 보정부(171)는 대블록 보정부(173) 및 중블록 보정부(174)를 포함하여, 상기 관망해석모델에 대한 오류가 발생되면 상수관망(1)의 대블록 및 중블록에 대해 순차적으로 상기 상수관망의 수압에 대한 실측치 및 모의치의 RMS 오차가 미리 설정된 기준 조건이 되도록 하는 수리계수인 유속계수(C)를 찾아 상기 관망해석모델의 유속계수(C)를 보정한다.
상기 수리 보정부(171)에서 초기 적용되는 유속계수(C)는 Hazen-Williams 공식의 C값 표를 참조하여 결정될 수 있을 것이다.
즉, 대블록 보정부(173)는 상기 관망해석모델에 대한 오류가 발생되면 상기 상수관망의 대블록의 수압에 대한 실측치 및 모의치의 RMS 오차가 이전 유속계수(C)에 대한 이전 RMS 오차와 비교하여 RMS 오차가 증가하다가 감소하는 시점의 수리계수인 대블록 유속계수(C)를 결정한다.
중블록 보정부(174)는 상기 대블록에 대한 대블록 유속계수(C)를 기준으로 중블록의 수압에 대한 실측치 및 모의치의 RMS 오차가 이전 유속계수(C)에 대한 이전 RMS 오차와 비교하여 RMS 오차가 증가하다가 감소하는 시점의 수리계수인 중블록 유속계수(C)를 찾아 상기 관망해석모델을 보정한다.
수질 보정부(172)는 도 4와 같은 미리 획득된 상기 상수관망의 잔류염소농도에 대한 실측치 및 모의치에 따른 상관계수를 계산하고, 상관계수가 미리 설정된 제1기준값이 기준 상관계수 이상이 되도록 수질계수인 수체반응계수(Kb)를 결정하고, 수체반응계수의 결정 후에도 실측치가 모의치보다 작으면, 즉 모의치가 실측치보다 크면 상관계수가 제2기준값(예: 90%) 이상일 때까지 관벽반응계수(Kw)를 증감하여 관벽반응계수(Kw)를 결정하고, 상기 관망해석모형 모델의 수체반응계수 및 관벽반응계수를 보정한다. 상기 미리 획득된 상수관망의 잔류염소농도는 모의하고자 하는 지역의 기존 데이터로부터 획득될 수도 있고, 상기 지역에 대해 해당 년도에 현장조사 및 실험 분석을 통해 획득된 데이터일 수도 있으며, 상기 지역이 아닌 타지역의 실험 분석을 통해 획득된 데이터일 수도 있을 것이다.
수질 보정부(172)는 도 4를 참조하고 현재의 온도에 대응하여 수체반응계수(Kb)의 범위를 결정할 수 있을 것이다. 도 4를 예로 들면 현재의 온도대가 15도이면 Kb가 0.3 내지 0.9 내의 범위에 있으므로 수질 보정부(172)는 0.3 내지 0.9 범위 내에서 Kb를 상하로 증감하면서 상관계수(Corr)가 미리 설정된 제1기준값 이상인 경우 해당 Kb를 보정할 Kb로 결정하도록 구성될 수도 있을 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 상수관망해석 운영시스템의 관망해석모델 보정 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 상수관망 운영 제어부(130)는 실시예에 따라 통신부(120) 및 유무선 데이터통신망(2)을 통해 실시간 측정정보를 상수관망(1)의 측정장치(10)들로부터 직접 획득할 수도 있고, 다른 실시예에 따라 도 1과 같이 관망해석부(30)가 외부에 구성되는 경우 유무선 데이터통신망(2)을 통해 관망해석부(30)로부터 획득할 수도 있을 것이다(S111).
측정정보가 획득되면 상수관망 운영 제어부(130)는 실시예에 따라 관망해석부(150) 및 관망해석부(30)에서 측정정보를 적용한 관망해석모델의 결과 및 분석값에 오류가 발생하는지를 검사하여(S112), 오류의 발생 여부를 판단한다(S113).
오류가 발생한 것으로 판단되면 상수관망 운영 제어부(130)는 상수관망(1)의 측정장치(10)들로부터 상수관망의 대블록 및 중블록 중 어느 이상의 설치 위치가 식별되는 수리정보(수압) 및 수질정보(잔류염소농도)를 포함하는 실측된 측정정보를 다시 수집한다(S114).
측정정보가 수집되면 상수관망 운영 제어부(130)는 수리계수 결정 과정(S200), 수질계수 결정 과정(S300) 및 관망해석모델 갱신 과정(400)을 포함하여 관망해석모델의 수리계수 및 수질계수를 보정한다.
즉, 상수관망 운영 제어부(130)는 수리계수 결정 과정(200)을 통해 보정할 수리계수인 유속계수(C)를 결정한다(S200).
구체적으로 설명하면, 상수관망 운영 제어부(130)는 실측된 측정정보 중 대블록 및 중블록 각각의 수리정보의 실측값과 상기 관망해석모델에 의해 모의된 해당 대블록 및 중블록 각각의 모의치에 의한 대블록 및 중블록 각각에 대한 RMS 오차를 순차적으로 계산하고, 계산된 RMS 오차가 미리 설정된 조건을 만족하는 보정 대상인 수리계수, 즉 유속계수(C)를 찾아 보정할 유속계수(C)로 결정한다. 상기 수리계수 보정 과정은 다음의 도 6 내지 도 8을 참조하여 상세히 설명한다.
수리계수를 결정하는 수리계수 결정 과정이 완료되면 상수관망 운영 제어부(130)는 측정정보의 수질정보인 잔류염소농도와 상기 관망해석모델의 모의치의 잔류염소농도에 대한 상관계수(Corr)를 계산하고, 상기 상관계수가 미리 설정된 조건을 만족하는 수체반응계수(Kb) 및 관벽반응계수(Kw)를 찾아 보정할 수질계수로 결정하는 수질계수 결정 과정을 수행한다(S300).
상기 수리보정 과정 및 수질보정 과정을 통해 보정할 보정값인 수리계수인 유속계수 및 수질계수인 수체반응계수(Kb) 및 관벽반응계수(Kw)가 결정되면, 상수관망 운영 제어부(130)는 결정된 계수들을 관망해석모델의 이전 유속계수(C), 수체반응계수(Kb) 및 관벽반응계수(Kw)를 상기 수리과정 및 수질보정 과정을 통해 결정된 유속계수(C), 수체반응계수(Kb) 및 관벽반응계수(Kw)로 보정한다(S400).
도 6은 본 발명에 따른 상수관망해석 운영시스템의 관망해석모델 보정 방법 중 수리 보정 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 우선, 상수관망 운영제어부(130)의 수리보정부(171)는 상수관망 정보 수집부(140)를 통해 상수관망(1)의 시설들에 대한 상수관망 시설정보를 획득한다(S211). 상기 상수관망 시설정보는 상수관망(1)의 절점, 유량계, 수압계, 수질계, 가압펌프, 감압밸브 등의 측정장치(10)의 위치 및 정보, 정수장, 배수지, 대블록 영역, 중블록 및 소블록 영역정보, 각 절점의 관 길이, 관경 등과 같은 모든 시설정보를 포함한다. 상기 상수관망 시설정보는 관망해석 수리모형 DB(111)에 저장되어 있을 수도 있고, 도 1의 경우 관망해석부(30)에 저장되어 있을 수도 있을 것이다.
상수관망 시설정보가 획득되면, 수리보정부(171)는 관망해석 수리모형 DB(11)에 저장되어 있는 Hazen-Williams 식의 평균 유속계수(C)를 초기 유속계수(C)로 선정한다(S212).
초기 유속계수(C)가 선정되면 수리보정부(171)는 상기 초기 유속계수(C) 및 유속계수 증감율에 따라 유속계수(C)를 증감하면서 관망해석모델에 적용한(S213) 후, 관망해석모델을 구동한다(S214).
상기 수리보정부(171)는 관망해석모형의 구동 후, 평가하고자 하는 지역의 대블록의 수압 실측치와 상기 구동된 관망해석모델의 해당 지역의 대블록의 모의치 간의 RMS 오차(Rn)를 계산한다(S215).
상기 수리보정부(171)는 RMS 오차(Rn)가 계산되면 현재의 유속계수(C)보다 작거나 큰 이전의 유속계속(C)가 적용된 RMS 오차(Rn-1)를 비교하여 유속계수(C)의 증감에 따라 미리 설정된 조건을 만족하는 RMS 오차의 발생 시 해당 RMS 오차의 계산에 적용된 유속계수(C)를 보정할 유속계수(C: 이하 "대블록 유속계수"라 함)로 결정한다(S216).
상기 대블록에 대한 보정계수인 대블록 유속계수(C)가 결정되면 수리보정부(171)는 상기 대블록 유속계수(C)를 기준으로 상하향으로 조절한 유속계수를 관망해석모델에 적용하여 구동하고(S217), 중블록의 수압 실측치와 상기 관망해석모델의 모의치에 대한 RMS 오차를 계산하고(S218), 상기 유속계수의 상하향 조절에 따라 계산되는 RMS 오차와 이전 RMS 오차의 비교에 따른 미리 설정된 조건을 만족하는 유속계수(C: 이하 "중블록 유속계수"라 함)를 찾아 보정할 최종 유속계수(C)로 결정한다(S219, 220).
도 7은 본 발명에 따른 상수관망해석 운영시스템의 관망해석모델 보정 방법의 수리 보정 방법 중 대블록의 수리 보정 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 수리보정부(171)의 대블록 보정부(173)는 초기(n=0: n은 유속계수 증감 횟수, n=0, 1, 2...) Hazen-Williams 식의 평균 유속계수(C)을 적용한 초기 RMS 오차(R0)의 계산 후, 유속계수(C)값을 일정 증가값(K: K는 1보다 큰 값)만큼 증가시키고(S231), 유속계수 증감 횟수(n)을 증가시킨다(S232). 상기 증가값(K)은 5인 것이 바람직할 것이다.
상기 유속 증감 횟수에 따른 유속계수가 조정되면 대블록 보정부(173)는 조정된 유속계수(C)를 관망해석모델에 적용하여 구동시킨 후, 대블록에 대해 측정된 수압 실측치와 상기 관망해석모델에서 계산된 수압 모의치에 대한 RMS 오차(Rn)를 계산한다(S233).
RMS 오차(Rn)가 계산되면 대블록 보정부(173)는 상기 RMS 오차(Rn)가 이전 RMS 오차(Rn-1)보다 큰지를 판단한다(S234).
현재의 RMS 오차(Rn)가 이전 RMS 오차(Rn-1)보다 크지 않으면 대블록 보정부(173)는 상기 S231로 돌아가 S231 이후의 과정을 반복 수행한다.
반면, 현재의 RMS 오차(Rn)가 이전 RMS 오차(Rn-1)보다 크면 대블록 보정부(173)는 최종 조정된 유속계수(C)를 1씩 감소시키고(S235) 유속계수 증감 횟수(n)를 1씩 증가시킨다(S236).
상기 대블록 보정부(173)는 관망해석모델에 감소된 유속계수(C)를 적용하여 구동한 후, 대블록의 수압 실측치와 감소 조정된 유속계수(C)가 적용된 관망해석모델의 수압 모의치의 RMS 오차(Rn)를 계산하고 이전 RMS 오차(Rn-1)와 비교하여 작은지를 판단한다(S238).
수압 모의치의 RMS 오차(Rn)가 이전 RMS(Rn-1)보다 크면 대블록 보정부(173)는 상술한 S235로 돌아가 상기 S235 이후의 과정을 반복 수행하고, 작으면 상기 최종 조정된 유속계수(C)를 그대로 대블록 유속계수(C)로 결정할 수도 있고, 조정된 유속계수(C)를 1 증가시킨 값을 대블록 유속계수(C)로 결정할 수도 있을 것이다(S239). 후자와 같이 1을 증가시켜 대블록 유속계수(C)를 결정하는 것이 바람직할 것이다.
도 8은 본 발명에 따른 상수관망해석 운영시스템의 관망해석모델 보정 방법의 수리 보정 방법 중 중블록의 수리 보정 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 8의 중블록 보정부(174)에 의한 중블록에 대한 중블록 유속계수 결정 과정은 도 7의 대블록 유속계수(C)를 결정하는 과정과 거의 동일하다. 단, 유속계수(C)의 증가값이 K가 아닌 1씩 증가한다. 상기 증가값만 다를 뿐 다른 구성은 동일하므로 도 8의 각 단계에 따른 동작은 설명하지 않는다.
도 9는 본 발명에 따른 상수관망해석 운영시스템의 관망해석모델 보정 방법 중 수질보정 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 9를 참조하면, 수질 보정부(172)는 관망해석 수리모형 DB(111)로부터 기존 데이터를 수집하거나, 도 1의 경우 관망해석부(30)로부터 기존 데이터를 수집한다(S310). 상기 기존 데이터는 임의의 지역들에 대한 이전(월, 년도)의 온도별 수체반응계수, 근 시일내에 현장 조사에 의해 측정된 수체반응계수 등을 포함할 수 있을 것이다. 적어도 기존 데이터는 하나 이상의 지역에 대한 이전의 온도별 수체반응계수를 포함할 것이다.
데이터의 수집 후 수질 보정부(172)는 수집된 기존 데이터에 관망해석모델을 보정하고자 하는 지역에 대한 이전(년도)의 수체반응계수(Kb) 및 현장 조사된 최근의 수체반응계수가(Kb) 중 어느 하나 이상이 존재하는지 하나도 존재하지 않는지를 판단한다(S320, S330, S335).
수질 보정부(172)는 해당 지역의 이전 수체반응계수 정보만 존재하면 해당 지역의 이전 데이터를 활용한 수체반응계수 결정 과정(Case A, S340)을 수행하고, 현장 조사한 수체반응계수 정보만 존재하거나 이전 수체반응계수 정보 및 현장 조사 수체반응계수 정보 둘 다 존재하는 경우 현장 조사 수체반응계수를 활용한 수체반응계수 결정 과정(Case B, S350)을 수행하며, 해당 지역의 이전 수체반응계수 정보 및 현장 조사한 수체반응계수 정보 둘 다 없는 경우 다른 지역의 수체반응계수 정보를 활용한 수체반응계수 결정 과정(Case C, S360)를 수행한다.
상기 수체반응계수의 결정 후 수질 보정부(172)는 상기 결정된 수체반응계수를 적용한 상관계수가 미리 설정된 관벽반응계수 기준치를 초과하도록 관벽반응계수를 결정하는 관벽반응계수(Kw) 결정 과정을 수행한다(S370).
도 10은 본 발명에 따른 상수관망해석 운영시스템의 관망해석모델 보정 방법의 수질보정 방법 중 기존자료를 활용한 수질보정 방법을 나타낸 흐름도로, 현장조사 수체반응계수 정보를 활용한 수체반응계수 결정 과정 및 타지역 수체반응계수 정보를 활용한 수체반응계수 결정 과정 모두에 동일하게 적용될 수 있을 것이다. 도 10에서는 해당 지역의 기존 수체반응계수 정보를 활용한 경우를 일예로 설명한다.
우선, 수질 보정부(172)는 해당 지역의 이전 수체반응계수 정보의 수체반응계수의 중앙값을 초기 수체반응계수(Kb)로 설정한다(S341).
초기 수체반응계수가 설정되면, 수질 보정부(172)는 설정된 수체반응계수를 관망해석모델에 적용하여 구동한다(S342).
상기 관망해석모델이 구동되면 수질 보정부(172)는 해당 지역의 수질 실측치와 상기 관망해석모델의 수질 모의치에 대한 상관계수(Corr)를 계산한다(S343).
상관계수(Corr)가 계산되면 수질 보정부(172)는 계산된 상관계수가 제1기준값을 초과하는지를 판단한다(S344).
초과하지 않으면 수질 보정부(172)는 상기 기존 데이터의 신뢰성이 떨어지는 것으로 판단하여 Case C, 즉 타지역 수체반응계수 정보를 이용하는 경우로 진행하여 보정할 수체반응계수를 결정한다(S345).
반면, 계산된 상관계수가 제1기준값을 초과하면 수질 보정부(172)는 상기 제1기준값을 초과하고 제2기준값 이내인지 제2기준값을 초과하는지를 판단한다(S346).
상기 상관계수가 제2기준값을 초과하지 않으면 수질 보정부(172)는 수체반응계수(Kb)를 일정 값만큼 증가시킨(S347) 후 상기 S342 이후의 과정을 반복 수행한다.
그러나 상기 상관계수가 제2기준값을 초과하면 수질 보정부(172)는 상기 제2기준값을 초과하는 상관계수의 계산에 적용된 수체반응계수를 보정할 수체반응계수(Kb)로 결정한다(S348).
도 11은 본 발명에 따른 상수관망해석 운영시스템의 관망해석모델 보정 방법의 수질보정 방법 중 보정할 관벽반응계수 결정 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 11을 참조하면, 수질 보정부(172)는 상기 도 10에서와 같이 수체반응계수(Kb)가 결정되어 보정되면 상기 보정된 수체반응계수(Kb)에 따라 미리 결정된 관벽반응계수(Kw)를 초기 관벽반응계수(Kw)로 결정한다(S371).
초기 관벽반응계수가 결정되면 수질 보정부(172)는 결정된 수체반응계수 및 관벽반응계수를 관망해석모델에 적용하여 구동한다(S342).
관망해석모델이 구동되면 수질 보정부(172)는 수질 실측치 및 상기 관망해석모델의 수질 모의치에 대한 상관계수를 계산하고(S373), 계산된 상관계수가 관벽반응계수 기준치(예: 90%)를 초과하는지를 검사한다(S374).
계산된 상관계수가 관벽반응계수 기준치를 초과하지 않으면 수질 보정부(172)는 상기 관벽반응계수를 일정 크기만큼 증가시켜 설정한(S375) 후, 상술한 S372 이후의 과정을 반복 수행한다.
상기 반복 수행 중에 계산되는 상관계수가 관벽반응계수 기준치를 초과하면 수질 보정부(172)는 상기 관벽반응계수 기준치를 초과하는 상관계수 계산에 적용된 관벽반응계수를 보정할 관벽반응계수(Kw)로 결정한다.
한편, 본 발명은 전술한 전형적인 바람직한 실시예에만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 개량, 변경, 대체 또는 부가하여 실시할 수 있는 것임은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 이러한 개량, 변경, 대체 또는 부가에 의한 실시가 이하의 첨부된 특허청구범위의 범주에 속하는 것이라면 그 기술사상 역시 본 발명에 속하는 것으로 보아야 한다.
1: 상수관망 2: 유무선 데이터통신망
10: 측정장치 20: 관망해석모델 보정장치
30: 관망해석부 110: 관망 저장부
111: 관망해석 수리모형 DB 112: 관망 측정정보 DB(112)
113: 관망 분석정보 DB 114: 보정 이력 DB
120: 통신부 130: 상수관망 운영 제어부
140: 상수관망 정보 수집부 150: 관망해석부
160: 관망 분석정보 생성부 170: 관망해석모델 보정부
171: 수리 보정부 172: 수질 보정부
173: 대블록 보정부 174: 중블록 보정부

Claims (8)

  1. 상수관망으로 공급되는 수의 수압 및 잔류염소농도를 측정하는 다수의 실측장치를 포함하고, 상기 실측장치를 통해 측정된 수의 수압 및 잔류염소농도를 이용하는 관망해석모델이 적용된 상수관망해석 운영시스템의 관망해석모델 보정장치에 있어서,
    상수관망의 다수의 절점의 지리적 위치와 상기 수압 및 잔류염소농도를 측정하는 실측장치의 설치 위치를 정의하고, 상기 상수관망을 대블록 및 중블록으로 정의하는 관망해석 수리모형 DB, 및 상기 수압 및 잔류염소농도 측정 위치별로 측정된 수압 및 잔류염소농도를 저장하는 관망 측정정보 DB를 포함하는 관망 저장부;
    상기 실측장치들과 데이터통신을 수행하는 통신부; 및
    상수관망의 위치별 수압 및 잔류염소농도를 수집하여 상기 관망해석 수리모형 DB에 저장하고, 측정된 상기 상수관망의 수압에 대한 실측치 및 관망해석모델에 의한 모의치의 RMS 오차가 미리 설정된 기준 오차 이내가 되도록 하는 수리계수인 유속계수(C)를 찾아 보정하고, 미리 획득된 상기 상수관망의 잔류염소농도에 대한 실측치 및 모의치에 따른 상관계수를 계산하고, 상관계수가 미리 설정된 기준 상관계수 이상이 되도록 수질계수인 수체반응계수 및 관벽반응계수를 찾아 상기 관망해석모델의 유속계수(C), 수체반응계수 및 관벽반응계수를 보정하는 상수관망 운영 제어부를 포함하되,
    상기 상수관망 운영 제어부는,
    상기 통신부를 통해 상기 실측장치들로부터 상수관망 내 위치별 수압 및 잔류염소농도를 포함하는 상수관망 내 관망 측정정보를 획득하여 상기 관망 측정정보 DB에 저장하는 상수관망 정보 수집부;
    상기 관망 측정정보의 측정치와 상기 관망해석모델의 예측치의 RMS 및 상관도를 분석하여 오차가 기준치를 초과하는지를 모니터링하여 상기 관망해석모델에 대한 오류가 발생되는지를 분석하는 관망 분석정보 생성부; 및
    상기 관망해석모델에 대한 오류가 발생되면 상기 상수관망의 수압에 대한 실측치 및 모의치의 RMS 오차가 미리 설정된 기준 오차 이내가 되도록 하는 수리계수인 유속계수(C)를 찾아 보정하고, 미리 획득된 상기 상수관망의 잔류염소농도에 대한 실측치 및 모의치에 따른 상관계수를 계산하고, 상관계수가 미리 설정된 기준 상관계수 이상이 되도록 수질계수인 수체반응계수 및 관벽반응계수를 찾아 상기 관망해석모델의 유속계수(C), 수체반응계수 및 관벽반응계수를 보정하는 관망해석모델 보정부를 포함하되,
    상기 관망해석모델 보정부는,
    상기 관망해석모델에 대한 오류가 발생되면 상기 상수관망의 수압에 대한 실측치 및 모의치의 RMS 오차가 이전 유속계수(C)에 대한 이전 RMS 오차와 비교하여 RMS 오차가 증가하다가 감소하는 시점의 수리계수인 유속계수(C)를 찾아 보정하는 수리 보정부; 및
    미리 획득된 상기 상수관망의 잔류염소농도에 대한 실측치 및 모의치에 따른 상관계수를 계산하고, 상관계수가 미리 설정된 기준 상관계수 이상이 되도록 수질계수인 수체반응계수 및 관벽반응계수를 찾아 상기 관망해석모델의 유속계수(C), 수체반응계수 및 관벽반응계수를 보정하는 수질 보정부를 포함하고,
    상기 수리 보정부는, 상기 관망해석모델에 대한 오류가 발생되면 상기 상수관망의 대블록의 수압에 대한 실측치 및 모의치의 RMS 오차가 이전 유속계수(C)에 대한 이전 RMS 오차와 비교하여 RMS 오차가 증가하다가 감소하는 시점의 수리계수인 대블록 유속계수(C)를 결정하되, 현재의 RMS 오차가 이전의 RMS 오차보다 커질 때까지 상기 유속계수를 1보다 큰 일정 값(K) 단위로 상승시켜 상승 모드 유속계수를 결정하고, 상기 현재의 RMS 오차가 이전의 RMS 오차보다 커지면 상기 상승 모드 유속계수(C)를 1 단위로 감소시키면서 계산되는 현재의 RMS 오차가 이전의 RMS 오차보다 작아질 때의 유속계수를 하강 모드 유속계수인 대블록 유속계수로 결정하는 대블록 보정부; 및 상기 대블록에 대한 대블록 유속계수(C)를 기준으로 중블록의 수압에 대한 실측치 및 모의치의 RMS 오차가 이전 유속계수(C)에 대한 이전 RMS 오차와 비교하여 RMS 오차가 증가하다가 감소하는 시점의 수리계수인 중블록 유속계수(C)를 찾아 상기 관망해석모델을 보정하되, 현재의 RMS 오차가 이전의 RMS 오차보다 커질 때까지 상기 유속계수를 1 단위로 상승시켜 상승 모드 유속계수를 결정하고, 상기 현재의 RMS 오차가 이전의 RMS 오차보다 커지면 상기 상승 모드 유속계수(C)를 1 단위로 감소시키면서 계산되는 현재의 RMS 오차가 이전의 RMS 오차보다 작아질 때의 유속계수를 하강 모드 유속계수인 중블록 유속계수로 결정하는 중블록 보정부를 포함하며,
    상기 수질 보정부는, 해당 지역에 대한 기존 잔류염소농도 측정정보가 존재하는 경우 해당 지역의 기존 잔류염소농도 측정정보에 기반하여 상기 수체반응계수 및 관벽반응계수를 보정하고, 해당 지역에 대한 기존 잔류염소농도 측정정보가 없으면 현장조사에 따른 잔류염소농도 측정정보가 존재하는지를 판단하여 존재하면 현장조사에 따른 잔류염소농도 측정정보에 기반하여 상기 수체반응계수 및 관벽반응계수를 보정하고, 기존 잔류염소농도 및 현장조사 중 어느 하나에 따른 잔류염소농도 측정정보가 존재하지 않으면, 타지역의 잔류염소농도 측정정보에 기반하여 상기 수체반응계수 및 관벽반응계수를 보정하고, 상기 해당 지역에 대한 기존 잔류염소농도 측정정보에 기반한 수체반응계수(Kb)가 미리 설정된 제1기준값 미만이면 상기 타지역 잔류염소농도 측정정보에 기반하여 수체반응계수 및 관벽반응계수를 보정하는 것을 특징으로 하는 상수관망해석 운영시스템의 관망해석모델 보정 장치.
  2. 삭제
  3. 상수관망으로 공급되는 수의 수압 및 잔류염소농도를 측정하는 다수의 실측장치를 포함하고, 상기 실측장치를 통해 측정된 수의 수압 및 잔류염소농도를 이용하는 관망해석모델이 적용된 상수관망해석 운영시스템의 관망해석모델 보정 방법에 있어서,
    상수관망 운영 제어부가 상수관망의 상기 실측장치들로부터 위치별 수압 및 잔류염소농도를 포함하는 관망 측정정보를 수집하여 관망 측정정보 DB에 저장하는 실측정보 수집 과정; 및
    상기 상수관망 운영 제어부가 측정된 상기 상수관망의 수압에 대한 실측치 및 관망해석모델에 의한 모의치의 RMS 오차가 미리 설정된 기준 오차 이내가 되도록 하는 수리계수인 유속계수(C)를 찾아 보정하고, 미리 획득된 상기 상수관망의 잔류염소농도에 대한 실측치 및 모의치에 따른 상관계수를 계산하고, 상관계수가 미리 설정된 기준 상관계수 이상이 되도록 수질계수인 수체반응계수 및 관벽반응계수를 찾아 상기 관망해석모델의 유속계수(C), 수체반응계수 및 관벽반응계수를 보정하는 관망해석모델 보정 과정을 포함하되,
    상기 관망해석모델 보정 과정은,
    상기 상수관망 운영 제어부가 관망 분석정보 생성부를 통해 상기 관망 측정정보의 측정치와 상기 관망해석모델의 예측치의 RMS 및 상관도를 분석하여 오차가 기준치를 초과하는지를 모니터링하여 상기 관망해석모델에 대한 오류가 발생되는지를 분석하는 모델 오류 판단 단계; 및
    상기 상수관망 운영 제어부가 관망해석모델 보정부를 통해 상기 관망해석모델에 대한 오류가 발생되면 상기 상수관망의 수압에 대한 실측치 및 모의치의 RMS 오차가 미리 설정된 기준 오차 이내가 되도록 하는 수리계수인 유속계수(C)를 찾아 보정하고, 미리 획득된 상기 상수관망의 잔류염소농도에 대한 실측치 및 모의치에 따른 상관계수를 계산하고, 상관계수가 미리 설정된 기준 상관계수 이상이 되도록 수질계수인 수체반응계수 및 관벽반응계수를 찾아 상기 관망해석모델의 유속계수(C), 수체반응계수 및 관벽반응계수를 보정하는 관망해석 모형 보정 단계를 포함하고,
    상기 관망해석 모형 보정 단계는,
    상기 상수관망 운영 제어부가 상기 관망해석모델 보정부의 수리 보정부를 통해 상기 관망해석모델에 대한 오류가 발생되면 상기 상수관망의 수압에 대한 실측치 및 모의치의 RMS 오차가 미리 설정된 기준 오차 이내가 되도록 하는 수리계수인 유속계수(C)를 찾아 보정하는 수리 보정 단계; 및
    상기 상수관망 운영 제어부가 상기 관망해석모델 보정부의 수질 보정부를 통해 미리 획득된 상기 상수관망의 잔류염소농도에 대한 실측치 및 모의치에 따른 상관계수를 계산하고, 상관계수가 미리 설정된 기준 상관계수 이상이 되도록 수질계수인 수체반응계수 및 관벽반응계수를 찾아 상기 관망해석모델의 수체반응계수 및 관벽반응계수를 보정하는 수질 보정 단계를 포함하며,
    상기 수리 보정 단계는,
    상기 상수관망 운영 제어부가 상기 관망해석모델에 대한 오류가 발생되면 상기 상수관망의 대블록의 수압에 대한 실측치 및 모의치의 RMS 오차가 미리 설정된 기준 오차 이내가 되도록 하는 수리계수인 대블록 유속계수(C)를 결정하는 대블록 보정 단계; 및
    상기 상수관망 운영 제어부가 상기 대블록에 대한 대블록 유속계수(C)를 기준으로 중블록의 수압에 대한 실측치 및 모의치의 RMS 오차가 미리 설정된 기준 오차 이내가 되도록 하는 수리계수인 중블록 유속계수(C)를 찾아 상기 관망해석모델을 보정하는 중블록 보정 단계를 포함하고,
    상기 대블록 보정 단계는,
    현재의 RMS 오차가 이전의 RMS 오차보다 커질 때까지 상기 유속계수를 1보다 큰 일정 값(K) 단위로 상승시켜 상승 모드 유속계수를 결정하는 상승 모드 유속계수 결정 단계; 및
    상기 현재의 RMS 오차가 이전의 RMS 오차보다 커지면 상기 상승 모드 유속계수(C)를 1 단위로 감소시키면서 계산되는 현재의 RMS 오차가 이전의 RMS 오차보다 작아질 때의 유속계수를 하강 모드 유속계수인 대블록 유속계수로 결정하는 하강 모드 유속계수 결정 단계를 포함하고,
    상기 중블록 보정 단계는,
    현재의 RMS 오차가 이전의 RMS 오차보다 커질 때까지 상기 유속계수를 1 단위로 상승시켜 상승 모드 유속계수를 결정하는 상승 모드 중블록 유속계수 결정 단계; 및
    상기 현재의 RMS 오차가 이전의 RMS 오차보다 커지면 상기 상승 모드 유속계수(C)를 1 단위로 감소시키면서 계산되는 현재의 RMS 오차가 이전의 RMS 오차보다 작아질 때의 유속계수를 하강 모드 유속계수인 중블록 유속계수로 결정하는 하강 모드 중블록 유속계수 결정 단계를 포함하며,
    상기 수질 보정 단계는,
    상기 상수관망 운영 제어부가 해당 지역에 대한 기존 잔류염소농도 측정정보가 존재하는 경우 해당 지역의 기존 잔류염소농도 측정정보에 기반하여 상기 수체반응계수 및 관벽반응계수를 보정하는 기존 측정정보 이용 단계;
    상기 상수관망 운영 제어부가 해당 지역에 대한 기존 잔류염소농도 측정정보가 없으면 현장조사에 따른 잔류염소농도 측정정보가 존재하는지를 판단하여 존재하면 현장조사에 따른 잔류염소농도 측정정보에 기반하여 상기 수체반응계수 및 관벽반응계수를 보정하는 현장조사 측정정보 이용 단계; 및
    상기 상수관망 운영 제어부가 기존 잔류염소농도 및 현장조사 중 어느 하나에 따른 잔류염소농도 측정정보가 존재하지 않으면, 타지역의 잔류염소농도 측정정보에 기반하여 상기 수체반응계수 및 관벽반응계수를 보정하는 타지역 측정정보 이용 단계를 포함하되,
    상기 상수관망 운영 제어부가 상기 기존 측정정보 이용 단계에서 상기 해당 지역에 대한 기존 잔류염소농도 측정정보에 기반한 수체반응계수(Kb)가 미리 설정된 제1기준값 미만이면 타지역 측정정보 이용 단계로 진행하여 상기 타지역의 잔류염소농도 측정정보에 기반하여 수체반응계수 및 관벽반응계수를 보정하는 것을 특징으로 하는 상수관망해석 운영시스템의 관망해석모델 보정 방법.
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EPAMET을 이용한 상수도 관망의 잔류염소 거동 예측(한국환경위생학회지,제29권제1호, 2003년 12월) 1부.* *
EPANET, 1993

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