KR102407676B1 - 동수두 분석에 근거한 누수 탐지 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 측정한 수압에 따라 구간별 동수두 변화를 모니터링하여 동수두 변화가 급변하는 지점을 기점으로 누수 구간을 추정하는 동수두 분석에 근거한 누수 탐지 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 수압에 따른 압력 수두와 지반고에 따른 위치 수두에 따라 산정한 동수두를 구간별로 분석하여, 절점별로 얻는 동수두의 분포 또는 구간별로 얻는 동수두 변화량의 분포에 따라 누수 의심 구역을 선정하고, 동수두 변화량이 가장 크게 변동하는 절점에서 최대 동수두 변화량이 나타난 구간을 누수 구간으로 추정한다.

Description

동수두 분석에 근거한 누수 탐지 시스템 및 방법{Leakage detection system and method based on hydraulic head analysis}
본 발명은 측정한 수압에 따라 구간별 동수두 변화를 모니터링하여 동수두 변화가 급변하는 지점을 기점으로 누수 구간을 추정하는 동수두 분석에 근거한 누수 탐지 시스템 및 방법에 관한 것이다.
상수관망을 효율적으로 운영하기 위해서 상수관망을 대블록, 중블록 및 소블록으로 구분하여 블록화하고 있다. 이에 따르면, 정수장에서 다수의 배수지를 거쳐 급수하는 구역을 대블록이라 하고, 각각의 배수지에 연결된 배수본관에서 분기된 배수지관을 통해 급수하는 구역을 중블록이라 하고, 배수지관을 통해 최종적으로 수용가에 급수하는 구역을 소블록이라 한다.
또한, 정수장에서 공급하는 물의 유량과, 배수지에서 공급하는 물의 유량과, 배수지관을 통해 각 소블록으로 공급하는 물의 유량을 유량계로 측정하고, 적절한 위치에서 수압계로 수압을 측정한다. 그리고, 측정한 유량 및 수압과, 유량계 및 수압계의 지반고와, 관로 길이, 내경, 관로의 마찰손실계수(또는 조도 계수) 등을 포함한 관망 데이터를 포함하는 각종 정보를 관망해석한 결과에 따라 관망을 운영 관리한다.
여기서, 소블록은 격자형 관망이 바람직하지만 수지상 관망으로 형성하기도 하고, 균등한 수압 관리를 위해서 가압장(또는 펌프) 또는 감압 밸브를 소블록에 급수하는 주입관로(배수지관) 상에 설치하기도 한다.
이러한 소블록 내의 누수 의심 구간을 탐지하는 방법으로서 누수 시에 나타나는 유량 변화를 이용하는 방법이 있다. 하지만, 소블록 내에는 대체로 수압계만 설치하고, 유량계를 설치하더라도 제한적으로 설치하여서 유량 변화를 이용한 방법을 사용하기엔 어려움이 있고, 등록특허 제10-1105192호에 개시된 바와 같이 구간별 유량을 관망해석하여 얻는 방식으로 사용할 수는 있으나 관망 데이터를 알고 있어야 하여서 관망 데이터가 충분하게 확보되지 아니한 관망에는 이용할 수 없다.
다른 방법으로서, 등록특허 제10-1876730호에 기술된 바와 같이 누수가 발생할 시에 정상 상태의 수압에서 순간적으로 수압이 낮아지는 현상을 이용하는 방식이 있으나, 수압 변동이 심하여 누수를 감지하지 못하는 경우도 있다.
등록특허 제10-1876730호에 기술된 바와 같이 탐지한 누수 의심 구간 중에서 누수 의심 위치를 찾는 방법으로서, 적어도 2개소에서 진동 센서 또는 음향 센서 등으로 탐지한 누수음의 도착 시간차를 이용하는 방법이 있다. 하지만, 누수음을 감지할 수 있는 거리는 매우 제한적이서 누수음 센서의 설치 간격을 좁혀야만 실제 이용 가능한데, 설치 간격을 좁힌 만큼 누수음 탐지 시간을 정밀하게 측정하여야 하는 어려움이 있고, 탐지한 누수 의심 위치의 오차가 크게 발생할 수 있어서, 실제로는 유용하게 사용하기 어렵다.
KR 10-1105192 B1 2012.01.05. KR 10-1876730 B1 2018.07.04.
따라서 본 발명의 목적은 누수에 따른 유량을 산출하지 않더라도 수압의 측정 결과에 따라 누수 구간을 누락 없이 탐지하고, 누수음을 측정하여 누수 위치를 탐지하는 방식을 채용하되 간결하면서도 제약 없이 유용하게 사용할 수 있는 동수두 분석에 근거한 누수 탐지 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 관로를 따라 설치되어 각각 수압센서(11)로 수압을 측정하는 복수의 계측부(10); 및 균등 수압 구역(2)의 누수를 탐지하는 누수 탐지부(100);를 포함하는 동수두 분석에 근거한 누수 탐지 시스템에 있어서, 상기 누수 탐지부(100)는 게측부(10)에 의한 수압 측정 위치를 절점으로 하는 절점별 위치 수두를 저장하여 둔 데이터 저장부(110); 측정 수압에 따른 압력 수두와 저장된 위치 수두로 절점별 동수두를 산정하는 동수두 산정부(120); 절점으로 구분된 구간별로 구간의 양 절점 사이의 동수두 변화량을 산정하는 동수두 변화량 산정부(130); 절점별로 산정한 동수두의 분포가 기설정 범위를 벗어난 균등 수압 구역(2)을 누수 의심 구역으로 선정하고, 누수 의심 구역으로 선정한 균등 수압 구역(2) 내에서, 동수두 변화량이 가장 크게 변동하는 절점을 변곡점으로 선택한 후 변곡점에 이어진 구간 중에 상대적으로 큰 동수두 변화량을 갖는 구간을 누수 구간으로 추정하는 누수 구간 탐지부(140);를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 누수 구간 탐지부(140)는 구간별로 산정한 동수두 변화량의 분포가 기설정 범위를 벗어난 균등 수압 구역(2)을 누수 의심 구역으로 선정한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 동수두 변화량 산정부(130)는 구간의 양 절점 동수두 차이와, 구간의 관로 길이에 따라 얻는 동수경사를 구간의 동수두 변화량으로 적용한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 동수두 산정부(120)에서 얻는 동수두는 미리 설정된 야간 시간대에서 측정된 최대 수압을 적용하여 얻는다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 누수 구간 탐지부(140)에서 누수 구간을 추정할 시에, 누수 구간의 상류측 및 하류측 중에 적어도 어느 한 쪽에 연속으로 이어진 구간들의 동수두 변화량이 소정 범위 내의 편차를 갖는 조건을 충족할 시에 누수 구간으로 추정한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 계측부(10)는 관로를 통해 전파되는 누수음을 검출하는 누수음센서(12)를 포함하고, 상기 누수 탐지부(100)는 상기 누수 구간 탐지부(140)에서 추정한 누수 구간의 양 절점에서 검출한 누수음의 강도에 따라 누수 위치를 추정하는 누수 위치 추정부(150);를 포함하되, 일측 절점에서 검출한 누수음 강도가
Figure 112022018105834-pat00001
이고, 타측 절점에서 검출한 누수음 강도가
Figure 112022018105834-pat00002
이고, 누수 구간의 관로 길이가
Figure 112022018105834-pat00003
일 시에,
Figure 112022018105834-pat00004
의 누수음 강도가 검출된 일측 절점에서 누수 위치까지의 거리
Figure 112022018105834-pat00005
을
Figure 112022018105834-pat00006
으로 산정하여 누수 위치를 탐지한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 누수 탐지부(100)는 상기 누수 구간 탐지부(140)에서 추정한 누수 구간과 변곡점을 경계로 이어진 인접 구간을 상기 누수 구간 탐지부(140)에서 추정한 누수 구간과 합쳐 얻은 확장 구간에 대해서, 확장 구간의 양 절점에서 검출한 누수음 강도에 따라 누수 위치를 추정하여, 누수 위치가 인접 구간 내로 추정될 시에 누수 구간을 수정한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 균등 수압 구역(2) 내의 관로를 따라 설치된 계측부(10)에서 각각 수압센서(11)로 측정한 수압에 따라 누수를 탐지하는 동수두 분석에 근거한 누수 탐지 방법에 있어서, 계측부(10)에 의한 수압 측정 위치를 절점으로 하는 절점별 위치 수두와, 측정 수압에 따른 압력 수두로 절점별 동수두를 산정하는 동수두 산정단계(S10); 절점으로 구분된 구간별로 구간의 양 절점 사이의 동수두 변화량을 산정하는 동수두 변화량 산정단계(S20); 절점별로 산정한 동수두의 분포가 기설정 범위를 벗어난 균등 수압 구역(2)을 누수 의심 구역으로 선정하는 누수 구역 선정단계(S30); 누수 의심 구역으로 선정한 균등 수압 구역(2) 내에서, 동수두 변화량이 가장 크게 변동하는 절점을 변곡점으로 선택한 후 변곡점에 이어진 구간 중에 상대적으로 큰 동수두 변화량을 갖는 구간을 누수 구간으로 추정하는 누수 구간 탐지단계(S40);를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 계측부(10)는 관로를 통해 전파되는 누수음을 검출하는 누수음센서(12)를 포함하고, 상기 누수 구간 탐지단계(S40)에서 추정한 누수 구간의 양 절점에서 검출한 누수음의 강도에 따라 누수 위치를 추정하는 누수 위치 탐지단계(S50);를 포함하되, 일측 절점에서 검출한 누수음 강도가
Figure 112022018105834-pat00007
이고, 타측 절점에서 검출한 누수음 강도가
Figure 112022018105834-pat00008
이고, 누수 구간의 관로 길이가
Figure 112022018105834-pat00009
일 시에,
Figure 112022018105834-pat00010
의 누수음 강도가 검출된 일측 절점에서 누수 위치까지의 거리
Figure 112022018105834-pat00011
을
Figure 112022018105834-pat00012
으로 산정하여 누수 위치를 탐지한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 누수 구간 탐지단계(S40)에서 추정한 누수 구간과 변곡점을 경계로 이어진 인접 구간을 상기 누수 구간 탐지단계(S40)에서 추정한 누수 구간과 합쳐 얻은 확장 구간에 대해서, 확장 구간의 양 절점에서 검출한 누수음 강도에 따라 누수 위치를 추정하여, 누수 위치가 인접 구간 내로 추정될 시에 누수 구간을 수정하는 누수 위치 검증단계(S60);를 수행한다.
본 발명은 균등 수압 구역의 구간별 동수두 변화를 상대적 비교 분석하여 누수가 발생한 구역을 선별하고, 선별한 구역 내의 누수 구간을 탐지하므로, 누수 의심 구간을 쉽고 간편하게 탐지하면서 누락 없이 탐지할 수 있고, 관망 데이터를 이용한 관망해석 없이도 수압 측정 결과에 따라 탐지할 수 있어 어떠한 관망이든 범용적으로 사용할 수 있고, 시스템 구축도 용이한 장점을 갖는다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 누수 구간 상의 누수 위치를 누수음 탐지방식으로 탐지함에 있어서, 누수음의 전파 거리에 따른 누수음 강도 감쇄량을 이용하여 누수 위치를 탐지하므로, 누수 위치도 어려움 없이 간편하게 탐지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 동수두 분석에 근거한 누수 탐지 시스템의 구성도.
도 2는 수지상 관로(1)의 균등 수압 구역(2) 및 계측부(10) 설치 위치를 예시한 관망도.
도 3은 격자형 관로(1)의 균등 수압 구역(2) 및 계측부(10) 설치 위치를 예시한 관망도.
도 4는 균등 수압 구역(2) 내의 구간별 동수두 변화량를 누수 전후로 구분하여 보여주는 동수경사선(HGL)의 예시도.
도 5는 누수 구간의 누수 위치에 따른 동수경사선를 예시한 도면.
도 6은 누수 구간의 누수 위치를 탐지하는 방식을 설명하기 위한 도면.
도 7은 누수 구간의 추정 오류를 판단하여 누수 구간을 수정하는 방식을 설명하기 위한 도면.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 동수두 분석에 근거한 누수 탐지 방법의 순서도.
본 발명은 급수 관로에 대해서 수압 측정한 위치를 절점으로 하여 구간을 나누고, 절점별로 측정한 수압과 절점별로 미리 측정한 지반고에 따라 각 절점의 동수두를 산출하며, 누수가 발생한 구간에서 누수로 인한 유량 변화에 의해서 나타나는 동수두의 변화를 모니터링하여 누수 구간을 탐지한다.
그런데, 급수하는 관로 상의 동수두는 급수량의 영향을 받아서 누수에 의한 동수두 변화량과 비교할 절대적 기준치를 정하기 곤란하므로, 본 발명에서는 균등 수압 구역 단위로 구간별 동수두 변화량을 상대적 평가하여, 균등 수압 구역 내의 누수 여부를 판정하고, 누수로 판정한 균등 수압 구역 내의 누수 구간을 추정한다.
여기서, 균등 수압 구역은 각 위치의 수압이 일정 범위 내의 값을 갖도록 관망을 구성한 구역으로 정의한다. 이에 따라, 수압에 따른 압력수두와 지반고에 따른 위치수두를 합산하여 얻는 동수두(또는 동수압)도 균등 수압 구역 내에서 일정 범위 내의 값을 갖게 된다. 이러한 균등 수압 구역은 구역의 지반고, 배수지로부터의 거리 등에 따라 주입관로에서 수압을 인위적으로 가압 또는 감압하여 구역 내의 수압을 일정 범위 내로 관리한다.
이하, 본 발명의 실시 예들에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 구체적이고 다양한 예시들을 보여주며 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 범위 내에서 다양한 변경이나 수정을 통해 실시될 수 있음도 분명하므로, 설명하는 실시 예들에 한정되지는 않는다. 그리고, 본 발명의 실시예들은 잘 알려진 구성, 기능, 방법, 전형적인 상세한 내용에 대해서는 본 발명이 속한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 추가하여 실시할 수 있으므로, 자세히 기술하지 않기로 한다.
도 1의 구성도를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 동수두 분석에 근거한 누수 탐지 시스템은 균등 수압 구역(2) 내의 관로(1)를 따라 간격을 두고 설치하는 계측부(10)와, 계측부(10)의 측정값에 따라 균등 수압 구역(2) 내의 누수 여부를 판단한 후 누수 구간 및 누수 위치를 추정하는 누수 탐지부(100)를 포함한다.
상기 계측부(10)는 설치된 관로(1) 부위에서 수압을 측정하는 수압센서(11)와, 관로(1)를 통해 전파되는 누수음을 검출하는 누수음센서(12)와, 상기 누수 탐지부(100)와 통신 연결할 통신모듈(13)과, 측정한 수압과 검출한 누수음 크기를 통신모듈(13)을 통해 상기 누수 탐지부(100)에 전달하는 측정 동작을 수행하는 컨트롤러(14)와, 측정 동작에 필요한 전력을 공급할 전원(15)을 포함한다.
도 1에 상세하게 도시하지는 아니하였지만, 수압센서(11) 및 누수음센서(12)는 공지된 다양한 방식으로 관로(1)에 설치할 수 있고, 통신모듈(13)은 예를 들어 NB-IoT 통신에 의해 상기 누수 탐지부(100)와 통신할 수 있게 하고, 컨트롤러(14)는 측정값을 측정시간과 매칭시킨 데이터를 생성하여 전송할 수 있게 함은 물론이고 실시간 측정하여 얻는 시계열적 데이터를 일정 시간 누적하며 저장한 후 전송하는 데이터 로거 기능을 갖게도 할 수 있으며, 전원(15)은 예를 들어 배터리로 구성한 것일 수 있으므로, 더이상의 상세 설명을 생략한다.
상기 누수 탐지부(100)는 관로(1)에 설치된 복수의 계측부(10)에서 측정하여 전송한 수압 및 누수음 크기를 수집한 후 수압과 지반고에 따라 산정한 동수두를 균등 수압 구역(2) 단위로 분석하여 누수 여부를 판정하고 누수 구간을 추정하며, 누수 구간 내의 누수 위치를 누수음 크기를 분석하여 추정한다. 이를 위한 상기 누수 탐지부(100)는 데이터 저장부(110), 동수두 산정부(120), 동수두 변화량 산정부(130), 누수 구간 탐지부(140) 및 누수 위치 추정부(150)를 포함한다.
상기 저장부(110)에는 복수의 상기 계측부(10)를 균등 수압 구역(2) 별로 그룹화한 정보와, 관망 계통도 정보와, 절점에 의해 나뉜 각각의 구간의 관로 길이와, 상기 계측부(10)에서 수압 측정한 위치를 절점으로 하는 절점별 위치 수두와, 정상 동수두 범위가 저장되어 있다.
상기 계측부(10)의 그룹화 정보에 대해서는 균등 수압 구역(2) 및 계측부(10) 설치 위치를 예시한 도 2의 수지상 배관(1)의 관망도와 도 3의 격자형 관로(1)의 관망도를 참조하며 설명한다.
먼저, 도 2에 도시한 수지상 관로(1)의 관망도는 배수지(4)에 연결된 배수본관(1-1)에서 배수지관(1-2)을 분기시켜 수지상 관망으로 구성한 소블록(1-3)에 급수하게 되어 있는 중블록의 관망을 예시한 도면이다. 일반적으로 관망 운용을 위해서 배수본관(1-1) 및 배수지관(1-2)에서는 유량계(5)로 유량을 측정하여 유량을 모니터링하고, 유량 변화에 따라 누수 발생 소블록을 탐지할 수 있으며, 수압계로 수압을 측정하여 누수 탐지에 사용할 수도 있다.
소블록(1-3) 중에는 지반고에 따라 수압 조절 수단(3)을 배수지관(1-2)에 설치한 것들도 있을 수 있다. 여기서, 수압 조절 수단(3)은 수압을 높이기 위해서 펌프를 운용하는 가압장일 수 있고, 아니면 수압을 낮추기 위해서 설치한 감압 밸브일 수 있으며, 이와 같이 수압 조절 수단(3)을 설치함으로써 중블록 내의 수압을 일정 범위 내로 균등하게 관리하지만, 소블록(1-3) 사이의 수압차가 있을 수 있다.
이에, 본 발명을 도 2에 예시한 관망도에 적용할 시에는 균등 수압 구역(2)을 소블록 단위로 구분되게 결정할 수 있고, 소블록에는 각각 배관을 따라 상기 계측부(10)을 설치한다. 한편, 도시하지는 아니하였지만, 소블록(1-3) 내에 수압 조절 수단(3)을 설치한 경우, 해당 소블록(1-3)을 수압 조절 수단(3)을 경계로 나누어 균등 수압 구역(2)을 결정할 수 있다.
설치한 상기 계측부(10)는 설치 위치에 따라 균등 수압 구역(2) 별로 구분하여 그룹화하여, 균등 수압 구역(2) 별로 매칭시킨 그룹화 정보를 상기 데이터 저장부(110)에 저장해 둔다.
또한, 관망 데이터로서, 상기 계측부(10)가 설치된 위치를 절점으로 하여 구획된 관로(1)의 각 구간의 관로 길이에 대한 정보와, 각 구간의 연결 상태를 나타내는 계통도 정보를 저장해 둔다.
도 3에 예시한 관망도는 소블록(1-3) 내의 관망이 격자형 관로(1)로 구성되는 차이가 있으므로, 균등 수압 구역(2)의 결정 방식은 동일하게 할 수 있다. 다만, 상기 계측부(10)의 설치 위치에 따라 정해진 절점 사이의 관로(1) 구간은 병렬 배관된 관로(1)도 존재하므로, 계통도 정보 및 구간 관로 길이는 병렬로 연결된 배관의 경로를 각각 포함되게 저장해 둔다.
절점별로 저장해 둔 위치 수두는 수압센서(11)로 수압 측정한 위치의 지반고에 따라 정해지는 값으로서, 배관(1)을 따라 설치된 각각의 계측부(10)에서 수압 측정 위치의 지반고를 사전에 실측하여 저장해 둔다.
정상 동수두 범위는 누수가 발생하지 아니할 때의 동수두 범위로서, 각각의 균등 수압 구역(2)별로 미리 정하여 저장해 둔 값이며, 하기의 수학식 3으로 표현되는 동수두에 대해 설명할 시에 보다 상세하게 설명한다.
이하, 상기 데이터 저장부(110)에 저장된 정보와 상기 계측부(10)의 측정값에 따라 누수 의심되는 균등 수압 구역, 균등 수압 구역 내의 누수 의심 구간 및 누수 의심 구간 내의 누수 위치를 탐지하는 구성요소를 설명하는데, 먼저, 본 발명에서 이용하는 기본적인 배경 이론과, 본 발명에서 배경 이론에 근거하여 누수 탐지하는 방식에 대해서 도 4를 참조하며 설명한다.
균등 수압 구역(2) 내에는 수압 조절 수단(3)이 없으므로, 베르누이 방정식은 다음의 수학식 1과 같다.
Figure 112022018105834-pat00013
여기서,
Figure 112022018105834-pat00014
는 유속
Figure 112022018105834-pat00015
와 중력가속도
Figure 112022018105834-pat00016
로 산출되는 속도 수두이고,
Figure 112022018105834-pat00017
는 수압(압력)
Figure 112022018105834-pat00018
와 단위중량
Figure 112022018105834-pat00019
로 산출되는 압력 수두이고,
Figure 112022018105834-pat00020
는 지반고로 얻는 위치 수두이고, 아래첨자 1과 2는 절점을 구분하는 첨자이며,
Figure 112022018105834-pat00021
은 양 절점 사이의 구간에서 발생하는 손실수두로서 대표적으로 아래의 수학식 2의 Darcy-Weisbach식으로 표현되는 마찰손실수두가 있다.
Figure 112022018105834-pat00022
여기서, f는 마찰손실계수이고, u는 유속이고, g는 중력가속도이고, L은 관로의 길이이고, D는 관로의 내경이다.
그리고, 양 절점의 동수두(H)는 아래의 수학식 3 및 도 4(a)와 같이 위치 수두
Figure 112022018105834-pat00023
와 압력수두
Figure 112022018105834-pat00024
의 합으로 표현되고, 수평 기준면에서 연직방향으로 나타낸 각 절점의 동수두를 연결한 선을 동수경사선(HGL : Hydraulic grade line)이라 한다.
Figure 112022018105834-pat00025
수학식 1 및 수학식 2에서 알 수 있듯이, 각 절점의 동수두 또는 동수경사선은 급수 유량의 영향을 받으므로 일정하지 않다.
미리 밝혀두지만, 본 발명의 실시 예에서는 상기에서 언급한 정상 동수두 범위를 급수량이 적은 야간 시간대(예를 들어 AM 03:00~04:00)에 균등 수압 구역(2)의 각 절점에서 얻을 것으로 예상되는 동수두의 범위로 미리 설정하여 둔다. 예를 들어, 마찰손실계수를 경험에 따라 예상되는 평균적이 값으로 사용하고, 구간 길이 및 관로 내경과, 야간 시간대의 급수량을 고려하여 적절한 범위의 값으로 정해둘 수 있다.
양 절점의 구간에서 발생하는 동수두 차이로 표현되는 동수두 변화량(△H)은 아래의 수학식 3과 같다.
Figure 112022018105834-pat00026
여기서, 각 절점의 동수두 또는 절점 사이의 구간 동수두 변화량은 물의 흐름 방향과 각 구간의 유량을 추정하는 데 이용할 수 있다.
동수경사는 동수경사선의 기울기로서, 구간 길이당 동수두 변화량으로 표현된다. 이에, 동수경사를 이용하면 동수두 변화량을 이용하는 경우보다 유량을 보다 정확하게 추정할 수 있다.
하지만, 각 구간의 유량을 정확하게 추정하려면 관망 데이터(관로의 마찰손실계수, 길이 및 내경) 모두를 파악하고 있어야 하고, 복잡하게 관망해석이 필요하하므로, 기설치된 관로에 대해 각 구간의 유량을 추정하여 누수 탐지하는데 사용하기란 어렵다.
반면에, 본 발명에서는 동수두(H)를 직접 분석하여 유량 추정 없이 누수 여부를 판단하고 누수 구간을 추정한다.
구체적으로 설명하면, 균등 수압 구역(2)의 관로는 도 4(a)에 예시한 바와 같이 관로의 경로를 따라 지반고 차이가 있더라도 일정 범위 내의 수압을 갖도록 구축되고, 이에 따라 동수두(H)의 값도 일정 범위 내의 값을 갖게 되며, 특히 급수량이 매우 적은 야간 시간대에서는 각 절점의 동수두(H) 편차가 매우 적게 된다.
그렇지만, 도 4(b)에 예시한 바와 같이 균등 수압 구역 내에서 누수 구간이 발생하면 누수로 인한 유량 증가량만큼 손실수두가 증가하므로, 누수 구간의 동수두 변화량이 손실수두 증가량에 비례하여 증가하고, 더욱이, 누수 구간의 하류측 에서 수압 감소로 인하여 동수두가 감소하여서, 각 절점의 동수두는 물론이고 구간별로 얻는 동수두 변화량의 편차가 증가한다.
이때, 절점의 동수두 및 구간의 동수두 변화량의 편차는 급수량이 적은 야간 시간대에 확연하게 발생하고, 특히, 야간 시간대 중에서도 급수량이 적어 수압이 가장 큰 시점에 보다 확연하게 발생한다.
또한, 누수 구간의 하류측 구간이 존재할 시에는 하류측 구간에서 동수두는 누수 구간에 비해 완만하게 변한다. 즉, 누수가 발생하면 누수 구간뿐만 아니라 하류측 구간의 동수두 변화량에 영향을 주어서 누수 구간 이후 첫번째 절점에서 구간 동수두 변화량이 크게 변동한다. 누수 구간의 상류측 구간이 존재할 시에는 상류측으로 갈수록 동수두가 점진적으로 증가할 수 있다.
이에, 본 발명은 균등 수압 구역 내에서 누수 구간이 발생할 시의 변화를 분석하여 누수 탐지한다.
이하, 누수에 따라 발생하는 절점의 동수두 편차 및 구간의 동수두 변화량 편차를 이용한 누수 탐지와, 누수음 크기를 이용한 누수 위치 탐지에 대해서 설명한다.
상기 동수두 산정부(120)는 계측부(10)에서 측정한 각 절점의 수압을 취합하여 각 절점의 압력 수두를 산정하고, 각 절점별로 압력 수두와 위치 수두를 합산하여 각 절점의 동수두를 얻는다.
이때 얻는 동수두는 미리 설정된 야간 시간대에서 측정된 최대 수압을 적용하여 산정한 압력 수두를 적용하는 것이 좋다. 미리 설정된 야간 시간대는 물의 사용이 상대적으로 적은 시간대로서 예를 들어 AM 03:00~04:00으로 할 수 있고, 이 시간대 중에 측정된 수압 중에 최대 수압값으로 압력 수두를 산정하여 동수두 산정에 적용할 수 있다. 균등 수압 구역 내의 각 절점별로 측정한 수압이 동시에 최대로 될 시의 수압값을 적용함으로써, 균등 수압 구역 내의 각 구간에서 물의 유량이 최소인 시점의 수압값에 대응되는 동수두를 얻는 것이 좋다. 이에, 균등 수압 구역별로 적용되는 수압의 측정 시점이 상이하여도 좋다.
상기 동수도 변화량 산정부(130)는 절점으로 구분된 구간별로 구간의 양 절점 사이의 동수두 변화량을 산정한다. 즉, 각 구간별 동수두 변화량은 구간의 양 절점에 대해 얻은 동수두의 차이가 된다.
본 발명의 실시 예에서는 구간 길이를 저장하여 두므로, 구간별 동수두 변화량은 구간의 양 절점 동수두 차이와, 구간의 관로 길이를 사용하여 얻는 동수경사로 대체 사용할 수 있다. 즉, 동수두 차이는 물이 흐르는 경우에 구간의 관로 길이의 영향을 받으므로, 구간 길이를 알고 있을 시에는 동수두 차이보다는 관로 길이 대비 동수두 차이의 값으로 산정한동수경사를 동수두 변화량으로 하는 것이 좋다.
상기 누수 구간 탐지부(140)는 누수가 의심되는 균등 수압 구역을 선정하는 누수 구역 추정부(141)와, 누수가 의심되는 구역으로 선정한 균등 수압 구역 내에서 누수가 의심되는 구간을 추정하는 누수 구간 추정부(142)를 포함한다.
상기 누수 구역 추정부(141)는 도 2 및 도 3에 예시한 바와 같이 복수의 균등 수압 구역(2) 중에 절점별로 산정한 동수두의 분포가 데이터 저장부(110)에 저장된 기설정 정상 동수두 범위를 벗어난 균등 수압 구역(2)을 누수 의심 구역으로 선정한다.
일 실시 예로서, 절점별 동수두 중에 최소값과 최대값이 정상 동수두 범위 내에 있지 아니하면 누수 의심 구역으로 선정한다.
일 실시 예로서, 절점별 동수두의 값을 크기 순서로 그룹화하여 그룹별 평균한 값의 차이가 정상 동수두 범위를 벗어난 균등 수압 구역을 누수 의심 구역으로 선정한다. 즉, 누수가 발생한 구간을 경계로 일측 방향(즉, 하류측 방향)에 있는 절점의 동수두가 완만하게 변화할 수 있으므로, 이를 잘 반영하여 누수 의심 구역을 선정할 수 있다.
변형 실시 예로서, 구간별로 산정한 동수두 변화량의 분포가 기설정 범위를 벗어난 균등 수압 구역을 누수 의심 구역으로 선정하게 할 수 있다. 즉, 일 실시 예로서 누수가 발생하지 않은 정상 상태에서의 최대 구간 동수두 변화량을 기설정하여 두어, 최대 구간 동수두 변화량보다 큰 구간 동수두 변화량이 나타나는 구역을 누수 의심 구역으로 선정할 수 있다. 일 실시 예로서, 누수 없는 정상 상태에서의 동수두 변화량의 편차를 기설정하여 두어, 기설정 편차를 벗어난 동수도 변화량이 발생하는 균등 수압 구역을 누수 의심 구역으로 선정할 수 있다.
상기 누수 구간 추정부(142)는 누수 의심 구역으로 선정한 균등 수압 구역(2) 내에서, 각 절점에 대해 절점에 이어진 구간 사이의 동수두 변화량의 변동량을 산출한 후, 동수두 변동량이 가장 크게 변동하는 절점을 추출하여 변곡점으로 선택하고, 선택한 변곡점에 이어진 구간 중에 동수두 변화량이 상대적으로 큰 구간을 누수 구간으로 추정한다.
분기 또는 합류하는 지점에서 수압 측정하여 절점으로 정해진 경우에는 동수두 변화량의 최대 최소 값의 차이를 절점에서의 동수두 변화량의 변동량으로 얻을 수 있고, 그 절점을 변곡점으로 선택한 경우에는 동수두 변화량이 가장 큰 구간을 누수 구간으로 추정할 수 있다.
한편, 동수경사선은 누수 구간이 발생한 구간의 위치에 따라 다양한 패턴으로 발생하므로, 패턴 분석한 결과를 누수 구간 추정에 반영할 수 있다.
도 5는 누수 구간의 위치에 따른 동수경사선의 변화를 예시한 도면이다.
도 4(b)를 참조하며 설명한 바와 같이, 누수가 발생한 위치에서 하류측 관로 상의 첫번째 절점(수압 측정 위치)에서 구간 동수두 변화량이 가장 크게 변동하므로, 도 5에 예시한 바와 같이 구간 동수두 변화량이 가장 큰 지점이 변곡점으로 선택된다.
예외적으로 하류측 말단의 구간 동수두 변화량이 가장 크게 된 경우에는 말단의 절점을 변곡점으로 선택하며, 이를 위해서 말단 절점 이후에는 말단 절점과 동일한 동수두를 갖는 가상의 절점을 추가하여 말단의 구간에서 발생한 누수도 추정할 수 있게 프로그램화할 수 있다.
누수 구간에 이어지는 하류측 구간이 존재한다면, 변곡점부터 시작하는 하류측 관로에서는 절점별 동수두가 대체로 완만한 감소 추세를 보이고, 하류측의 물 사용이 없다면 거의 동일한 값으로 나타난다. 즉, 여기서 변곡점의 의미는 동수두가 급격하게 감소하다가 급변하여 완만한 감소 추세로 변환하는 경사 최대 변환점을 의미한다. 이에 따라, 하류측 관로의 구간 사이에는 소정 범위 내의 편차를 갖게 된다.
누수 구간에 이어지는 상류측 구간이 존재한다면 상류측 관로에도 누수 유량이 흘러 동수두에 영향을 주므로, 절점의 동수두는 상류측으로 가면서 점차 증가하는 추세를 보인다. 이에 따라, 하류측 관로의 구간 사이에도 소정 범위 내의 편차를 갖게 된다.
따라서, 추정한 누수 구간은 상류측 관로 및 하류측 관로 중에 적어도 어느 한 쪽 관로와 이어지므로, 이어진 관로의 구간들에서 얻는 동수두 변화량(△H)이 소정 범위 내의 편차를 갖는 조건을 충족할 시에, 추정한 누수 구간에서 누수 확률이 상대적으로 높다고 판단할 수 있다. 즉, 이어진 관로의 동수두 변화량(△H)의 편차에 따라 누수 확률을 다르게 평가하는 것이다. 특히, 하류측 관로에서 소정 범위 내의 동수 변화량(△H) 편차를 보일 시에 더욱 높은 확률을 주는 것이 좋다.
이와 같이 추정한 누수 구간 내의 누수 위치는 상기 누수 위치 추정부(150)에 의해 탐지된다.
상기 누수 위치 추정부(150)는 누수 구간 내의 누수 위치에서 발생한 누수음이 양 절점에 도달하는 중에 감쇄되는 강도에 따라 누수 위치를 탐지하며, 이를 위해서 누수 구간의 양 절점에서 검출한 누수음의 강도를 아래의 수학식 5에 대입하여 누수 위치를 추정한다.
Figure 112022018105834-pat00027
도 6을 참조하며 설명하면, 수학식 5에서
Figure 112022018105834-pat00028
은 양 절점 중에 일측 절점에서 검출한 누수음 강도이고,
Figure 112022018105834-pat00029
는 양 절점 중에 타측 절점에서 검출한 누수음 강도이고,
Figure 112022018105834-pat00030
은 누수 구간의 관로 길이이고,
Figure 112022018105834-pat00031
은
Figure 112022018105834-pat00032
의 누수음 강도가 검출된 일측 절점부터 누수 위치까지의 거리이다.
누수 구간의 누추 위치에서 발생한 누수음의 강도는 누수 구간의 양 절점을 향해 각각 전파될 시에 전파 거리에 반비례하여 감쇄하며, 이러한 누수음 강도와 전파 거리의 반비례 관계에 근거하여 상기 수학식 5를 얻을 수 있다.
아울러, 타측 절점부터 누수 위치까지의 거리
Figure 112022018105834-pat00033
도 아래의 수학식 6으로 얻을 수 있다.
Figure 112022018105834-pat00034
한편, 누수음은 일반적으로 고주파 대역이므로, 양 절점에서는 누수음을 시계열적 데이터로서 얻은 후 누수음 데이터를 주파수 변환하여 고주파수 대역의 음을 평균한 값을 누수음 강도로 정하는 것이 좋다. 여기서 고주파수 대역은 누수음의 주파수 대역에 대한 경험치를 적용할 수 있다. 다른 예를 들면, 양 절점에서 측정한 누수음 데이터를 주파수 분석한 후 일치하는 주파수 성분을 각각 추출하여 누수음을 얻을 수 있다. 하지만, 이에 한정하는 것은 아니며, 누수음 이외의 노이즈가 유입되는 상황에서 노이즈를 제거하며 누수음을 추출하는 공지의 기술을 적용할 수 있으며, 이에 대한 상세 설명은 생략한다.
그런데, 도 7에 예시한 바와 같이 누수 위치가 변곡점 근처로서 상기에서 추정한 누수 구간에 인접한 구간에서 발생하면, 누수 구간의 추정 오류가 발생할 수 있다. 즉 도 7에 예시한 바와 같이 누수 위치의 상류측 첫번째 절점까지의 구간 거리가 짧아, 그 구간에서의 손실수두도 적으면, 상류측 첫번째 절점이 변곡점으로 오인될 수 있다.
이에, 상기 누수 탐지부(100)는 도 7에 도시한 바와 같이 상기에서 추정한 누수 구간과 변곡점을 경계로 인접한 구간을 상기에서 추정한 누수 구간과 합쳐서 누수 위치의 탐지 구간을 확장한다. 즉, 확장 구간의 양 절점에서 얻는 누수음 강도를 상기 수학식 5 또는 상기 수학식 6에 대입하여 누수 위치를 얻는다.
이때 얻는 누수 위치가 누수 구간에 속하면 누수 구간을 확정하고 누수 위치도 확정한다. 반면에, 누수 위치가 인접 구간에 속하면 인접 구간을 누수 구간으로 수정하고, 누수 위치는 인접 구간의 위치로 수정한다.
재검증을 위해서, 인접 구간의 양 절점에서 얻는 누수음 강도를 상기 수학식 5 또는 상기 수학식 6에 대입하여 추정한 누수 위치를 확장 구간에서 얻은 누수 위치와 비교한 후 누수 위치를 재차 수정할 수도 있다. 재검증 과정에서는 양 누수 위치의 평균치로 하거나 양 누수 위치 사이의 구간으로 누수 위치의 범위를 정하는 방식으로 누수 위치를 수정할 수도 있다.
한편, 도로를 따라 매설한 관로에는 옥외 소화전을 간격을 두고 설치되는 경우가 있으므로, 상기 계측부(10)는 옥외 소화전의 토출구에 체결하여 옥외 소화전으로 관류하는 물의 누출을 차단하며 관류하는 물의 수압을 측정하고, 관로에 전파되어 옥외 소화전에 도달하는 누수음을 검출하게 할 수 있다. 옥외 소화전에 설치하기 위한 계측부(10)의 구조는 공지된 기술이므로 상세 설명을 한다.
이와 같이 옥외 소화전에 계측부(10)를 설치한 경우에는, 옥외 소화전이 설치된 위치를 절점으로 하여 옥외 소화전 사이의 구간 중에 누수 구간을 추정하고, 누수 위치도 추정할 수 있다.
변형 실시 예로서, 본 발명은 소방설비 중에 소화전을 간격을 두고 설치한 송수라인(관로)과, 송수라인에 소방수를 공급하는 가압펌프를 포함하는 소화전설비에도 적용할 수 있다. 즉, 상기 계측부(10)를 각각의 소화전에 설치하고, 데이터 저장부(110)에 상기한 관련 정보를 저장하여 두며, 측정한 수압 및 누수음 크기에 따라 누수 구간을 추정하고, 누수 위치를 탐지할 수 있다. 이 경우에는 소화전을 사용하지 아니할 시에 유량이 없으므로 각 절점의 동수두가 거의 동일하다. 이에 따라, 누수가 발생할 시에 동수두 변화가 확연하게 나타나므로, 누수 구간을 정확하게 탐지할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 동수두 분석에 근거한 누수 탐지 방법의 순서도이다.
동수두 분석에 근거한 누수 탐지 방법는 균등 수압 구역 내의 관로를 따라 설치된 계측부(10)에서 각각 수압센서(11)로 측정한 수압에 따라 계측부(10)에 의한 수압 측정 위치를 절점으로 하는 구간의 누수를 탐지하는 방법으로서, 상기한 동수두 분석에 근거한 누수 탐지 시스템에 의해 이루어지므로, 중복적인 상세 설명은 생략하고 주요 기술 내용 위주로 설명한다.
본 발명의 실시 예에 따른 동수두 분석에 근거한 누수 탐지 방법은 상기 동수도 산정부(120)에서 의한 동수 산정단계(S10)와, 상기 동수두 변화량 산정부(130)에 의한 동수두 변화량 산정단계(S20)와, 상기 누수 구간 탐지부(140)에 의한 누수 구역 선정단계(30) 및 누수 구간 탐지단계(S40)와, 상기 누수 위치 탐지부(150)에 의한 누수 위치 탐지단계(S50) 및 누수 위치 검증단계(S60)를 포함한다.
상기 동수두 산정단계(S10)는 균등 수압 구역 내의 각 절점에서 측정한 수압을 취합하여 절점별 압력 수두를 산정한 후, 사전 조사된 절점별 위치 수두를 압력 수두에 합산하여 절점별 동수두 산정한다. 이때 압력 수두는 미리 설정된 야간 시간대에서 측정된 최대 수압을 적용하여 얻는 값을 사용하는 것이 좋다.
상기 동수두 변화량 산정단계(S20)는 각 구간에 대해 구간의 양 절점에서 얻는 동수두 차이 또는 동수경사를 산정하여 구간의 동수두 변화량을 얻는다. 여기서, 동수경사는 구간의 양 절점 동수두 차이를 구간의 관로 길이로 나누어 얻는다.
상기 누수 구역 선정단계(S30)는 동수두 분포를 분석하거나 또는 동수두 변화량 분포를 분석하여, 균등 수압 구역의 누수 여부를 판단한다. 즉, 절점별로 산정한 동수두의 분포가 기설정 범위를 벗어난 균등 수압 구역을 누수 의심 구역으로 선정하거나 또는 구간별로 산정한 동수두 변화량의 분포가 기설정 범위를 벗어난 균등 수압 구역을 누수 의심 구역으로 선정한다.
상기 누수 구간 탐지단계(S40)는 누수 의심 구역으로 선정한 균등 수압 구역 내에서 동수두 변화량의 변곡점을 선택한 후 변곡점에 이어진 구간 중에 상대적으로 큰 동수두 변화량을 갖는 구간을 누수 구간으로 추정한다. 여기서, 변곡점은 동수두 변화량이 가장 크게 변동하는 절점으로 선택한다. 누수 구간을 추정할 시에는 누수 구간의 상류측 및 하류측 중에 적어도 어느 한 쪽에 연속으로 이어진 구간들의 동수두 변화량이 소정 범위 내의 편차를 갖는 조건을 추가하여, 해당 조건을 충족할 시에 누수 구간으로 선정한다.
상기 누수 위치 탐지단계(S50)는 상기 계측부(10)의 누수음센서(12)에서 검출한 누수음 중에, 누수 구간의 양 절점에서 검출한 누수음의 강도에 따라 누수 구간 내의 누수 위치를 추정한다. 여기서, 누수 위치는 누수음 강도가 전파 거리에 반비례하여 감소하는 현상을 이용하여 상기 수학식 5 또는 수학식 6을 사용한다.
상기 누수 위치 검증단계(S60)는 상기 누수 구간 탐지단계(S40)에서 추정한 누수 구간과, 변곡점을 경계로 이어진 인접 구간을 합쳐서 누수 구간을 확장한 후, 확장한 누수 구간의 양 절점에서 검출한 누수음의 강도에 누수 위치를 추정하고, 이때 추정한 누수 위치가 인접 구간 내로 있을 시에 누수 구간을 수정하고, 수정한 누수 위치도 누수 구간 내의 누수 위치로 수정한다. 여기서, 확장한 누수 구간 내의 누수 위치도 상기 수학식 5 또는 수학식 6을 사용한다.
이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.
1 : 관로 1-1 : 배수본관
1-2 : 배수지관 1-3 : 소블록
2 : 균등 수압 구역 3 : 수압 조절 수단
4 : 배수지 5 : 유량계
10 : 계측부
11 : 수압센서 12 : 누수음센서
13 : 통신모듈 14 : 컨트롤러
15 : 전원
100 : 누수 탐지부
110 : 데이터 저장부
120 : 동수두 산정부
130 : 동수두 변화량 산정부
140 : 누수 구간 탐지부
141 : 누수 구역 추정부 142 : 누수 구간 추정부
150 : 누수 위치 탐지부

Claims (15)

  1. 관로를 따라 설치되어 각각 수압센서(11)로 수압을 측정하는 복수의 계측부(10); 및 균등 수압 구역(2)의 누수를 탐지하는 누수 탐지부(100);를 포함하되,
    상기 누수 탐지부(100)는
    계측부(10)에 의한 수압 측정 위치를 절점으로 하는 절점별 위치 수두를 저장하여 둔 데이터 저장부(110);
    측정 수압에 따른 압력 수두와 저장된 위치 수두로 절점별 동수두를 산정하는 동수두 산정부(120);
    절점으로 구분된 구간별로 구간의 양 절점 사이의 동수두 변화량을 산정하는 동수두 변화량 산정부(130);
    절점별로 산정한 동수두의 분포가 기설정 범위를 벗어난 균등 수압 구역(2)을 누수 의심 구역으로 선정하고, 누수 의심 구역으로 선정한 균등 수압 구역(2) 내에서, 동수두 변화량이 가장 크게 변동하는 절점을 변곡점으로 선택한 후 변곡점에 이어진 구간 중에 상대적으로 큰 동수두 변화량을 갖는 구간을 누수 구간으로 추정하는 누수 구간 탐지부(140);
    를 포함하는
    동수두 분석에 근거한 누수 탐지 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 누수 구간 탐지부(140)는
    구간별로 산정한 동수두 변화량의 분포가 기설정 범위를 벗어난 균등 수압 구역(2)을 누수 의심 구역으로 선정하는
    동수두 분석에 근거한 누수 탐지 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 동수두 변화량 산정부(130)는
    구간의 양 절점 동수두 차이와, 구간의 관로 길이에 따라 얻는 동수경사를 구간의 동수두 변화량으로 적용하는
    동수두 분석에 근거한 누수 탐지 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 동수두 산정부(120)에서 얻는 동수두는
    미리 설정된 야간 시간대에서 측정된 최대 수압을 적용하여 얻는
    동수두 분석에 근거한 누수 탐지 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 누수 구간 탐지부(140)에서 누수 구간을 추정할 시에,
    누수 구간의 상류측 및 하류측 중에 적어도 어느 한 쪽에 연속으로 이어진 구간들의 동수두 변화량이 소정 범위 내의 편차를 갖는 조건을 충족할 시에 누수 구간으로 추정하는
    동수두 분석에 근거한 누수 탐지 시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 계측부(10)는
    관로를 통해 전파되는 누수음을 검출하는 누수음센서(12)를 포함하고,
    상기 누수 탐지부(100)는
    상기 누수 구간 탐지부(140)에서 추정한 누수 구간의 양 절점에서 검출한 누수음의 강도에 따라 누수 위치를 추정하는 누수 위치 추정부(150);를 포함하되,
    일측 절점에서 검출한 누수음 강도가
    Figure 112022018105834-pat00035
    이고, 타측 절점에서 검출한 누수음 강도가
    Figure 112022018105834-pat00036
    이고, 누수 구간의 관로 길이가
    Figure 112022018105834-pat00037
    일 시에,
    Figure 112022018105834-pat00038
    의 누수음 강도가 검출된 일측 절점에서 누수 위치까지의 거리
    Figure 112022018105834-pat00039
    을
    Figure 112022018105834-pat00040

    으로 산정하여 누수 위치를 탐지하는
    동수두 분석에 근거한 누수 탐지 시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 누수 탐지부(100)는
    상기 누수 구간 탐지부(140)에서 추정한 누수 구간과 변곡점을 경계로 이어진 인접 구간을 상기 누수 구간 탐지부(140)에서 추정한 누수 구간과 합쳐 얻은 확장 구간에 대해서, 확장 구간의 양 절점에서 검출한 누수음 강도에 따라 누수 위치를 추정하여, 누수 위치가 인접 구간 내로 추정될 시에 누수 구간을 수정하는
    동수두 분석에 근거한 누수 탐지 시스템.
  8. 균등 수압 구역(2) 내의 관로를 따라 설치된 계측부(10)에서 각각 수압센서(11)로 측정한 수압에 따라 누수를 탐지하는 동수두 분석에 근거한 누수 탐지 방법에 있어서,
    계측부(10)에 의한 수압 측정 위치를 절점으로 하는 절점별 위치 수두와, 측정 수압에 따른 압력 수두로 절점별 동수두를 산정하는 동수두 산정단계(S10);
    절점으로 구분된 구간별로 구간의 양 절점 사이의 동수두 변화량을 산정하는 동수두 변화량 산정단계(S20);
    절점별로 산정한 동수두의 분포가 기설정 범위를 벗어난 균등 수압 구역(2)을 누수 의심 구역으로 선정하는 누수 구역 선정단계(S30);
    누수 의심 구역으로 선정한 균등 수압 구역(2) 내에서, 동수두 변화량이 가장 크게 변동하는 절점을 변곡점으로 선택한 후 변곡점에 이어진 구간 중에 상대적으로 큰 동수두 변화량을 갖는 구간을 누수 구간으로 추정하는 누수 구간 탐지단계(S40);
    를 포함하는
    동수두 분석에 근거한 누수 탐지 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 누수 구역 선정단계(S30)는
    구간별로 산정한 동수두 변화량의 분포가 기설정 범위를 벗어난 균등 수압 구역(2)을 누수 의심 구역으로 선정하는
    동수두 분석에 근거한 누수 탐지 방법.
  10. 제 8항에 있어서,
    동수두 변화량 산정단계(S20)는
    구간의 양 절점 동수두 차이와, 구간의 관로 길이에 따라 얻는 동수경사를 구간의 동수두 변화량으로 적용하는
    동수두 분석에 근거한 누수 탐지 방법.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 동수두 산정단계(S10)는
    미리 설정된 야간 시간대에서 측정된 최대 수압을 적용하여 동수두를 얻는
    동수두 분석에 근거한 누수 탐지 방법.
  12. 제 8항에 있어서,
    상기 누수 구간 탐지단계(S40)는
    누수 구간의 상류측 및 하류측 중에 적어도 어느 한 쪽에 연속으로 이어진 구간들의 동수두 변화량이 소정 범위 내의 편차를 갖는 조건을 충족할 시에 누수 구간으로 추정하는
    동수두 분석에 근거한 누수 탐지 방법.
  13. 제 8항에 있어서,
    상기 계측부(10)는 관로에 간격을 두고 설치된 소화전의 토출구에 체결되어 소화전으로 관류하는 물의 누출을 차단하며 관류하는 물의 수압을 측정하고,
    상기 누수 구간 탐지단계(S40)는
    소화전이 설치된 위치를 절점으로 하여, 소화전 사이의 구간 중에 누수 구간을 추정하는
    동수두 분석에 근거한 누수 탐지 방법.
  14. 제 8항에 있어서,
    상기 계측부(10)는 관로를 통해 전파되는 누수음을 검출하는 누수음센서(12)를 포함하고,
    상기 누수 구간 탐지단계(S40)에서 추정한 누수 구간의 양 절점에서 검출한 누수음의 강도에 따라 누수 위치를 추정하는 누수 위치 탐지단계(S50);를 포함하되,
    일측 절점에서 검출한 누수음 강도가
    Figure 112022018105834-pat00041
    이고, 타측 절점에서 검출한 누수음 강도가
    Figure 112022018105834-pat00042
    이고, 누수 구간의 관로 길이가
    Figure 112022018105834-pat00043
    일 시에,
    Figure 112022018105834-pat00044
    의 누수음 강도가 검출된 일측 절점에서 누수 위치까지의 거리
    Figure 112022018105834-pat00045
    을
    Figure 112022018105834-pat00046

    으로 산정하여 누수 위치를 탐지하는
    동수두 분석에 근거한 누수 탐지 방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 누수 구간 탐지단계(S40)에서 추정한 누수 구간과 변곡점을 경계로 이어진 인접 구간을 상기 누수 구간 탐지단계(S40)에서 추정한 누수 구간과 합쳐 얻은 확장 구간에 대해서, 확장 구간의 양 절점에서 검출한 누수음 강도에 따라 누수 위치를 추정하여, 누수 위치가 인접 구간 내로 추정될 시에 누수 구간을 수정하는 누수 위치 검증단계(S60);
    를 수행하는
    동수두 분석에 근거한 누수 탐지 방법.
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