KR102425177B1 - 하수처리시설을 관리하기 위한 방법 및 이를 수행하는 스마트 중앙제어 분석시스템 - Google Patents

하수처리시설을 관리하기 위한 방법 및 이를 수행하는 스마트 중앙제어 분석시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하수처리시설을 관리하기 위한 방법 및 이를 수행하는 스마트 중앙제어 분석시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하수처리시설에 구비되어 있는 자동제어부로부터 복수의 상태정보 및 복수의 센싱정보를 수신하여, 각각의 정보들을 정규화하고, 상기 정규화된 복수의 상태정보 및 상기 정규화된 복수의 센싱정보를 사용하여 하수처리시설에서 하수를 처리하기 위해 소모되는 전력에 대한 전력효율지수를 산출하여 사용자에게 제공하고, 상기 정규화된 복수의 센싱정보 및 유입성상분석모델을 사용하여 하수처리시설로 유입된 하수의 성분을 분석하여 유입성상정보를 산출하여 사용자에게 제공하는 것으로, 하수처리시설에서 생산되는 1 차적인 정보를 가공하여 하수처리시설을 관리하는 사용자에게 유용한 2 차적인 정보를 제공하는, 하수처리시설을 관리하기 위한 방법 및 스마트 중앙제어 분석시스템에 관한 것이다.

Description

하수처리시설을 관리하기 위한 방법 및 이를 수행하는 스마트 중앙제어 분석시스템 {Method and Smart Central Control Analysis System for Managing Sewage Treatment Facility}
본 발명은 하수처리시설을 관리하기 위한 방법 및 이를 수행하는 스마트 중앙제어 분석시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하수처리시설에 구비되어 있는 자동제어부로부터 복수의 상태정보 및 복수의 센싱정보를 수신하여, 각각의 정보들을 정규화하고, 상기 정규화된 복수의 상태정보 및 상기 정규화된 복수의 센싱정보를 사용하여 하수처리시설에서 하수를 처리하기 위해 소모되는 전력에 대한 전력효율지수를 산출하여 사용자에게 제공하고, 상기 정규화된 복수의 센싱정보 및 유입성상분석모델을 사용하여 하수처리시설로 유입된 하수의 성분을 분석하여 유입성상정보를 산출하여 사용자에게 제공하는 것으로, 하수처리시설에서 생산되는 1 차적인 정보를 가공하여 하수처리시설을 관리하는 사용자에게 유용한 2 차적인 정보를 제공하는, 하수처리시설을 관리하기 위한 방법 및 스마트 중앙제어 분석시스템에 관한 것이다.
하수처리시설은 주거 및 상업활동으로 인해 발생되는 오수나 생산활동으로 인해 발생되는 산업폐수(하수) 등을 처리하기 위한 시설이다. 최근 하수처리시설은 단순히 하수를 처리하는 것을 넘어서 얼마나 효과적으로 하수를 처리할 수 있는지에 대한 효율성이 중요한 화두로 떠오르고 있다.
예를 들어, 하수처리시설의 효율성을 향상시키기 위하여, 하수처리시설을 관리하는 관리자에게 하수를 처리하기 위해 투입되는 자원 대비 얼마나 많은 하수를 처리하는 지, 혹은 하수를 얼마나 깨끗하게 정화할 수 있는 지에 대한 정보들을 제공하는 방법들이 등장하고 있다.
그러나, 종래의 기술의 경우, 단순히 하수처리시설의 하수 처리 과정에서 측정되거나 발생되는 1 차적인 정보들을 그대로 사용자에게 제공하거나, 혹은 1 차적인 정보들을 그래프와 같이 시각적 형태로 단순 변환하여 제공하는 수준에 그치고 있다. 예를 들어, 종래의 기술은 하수처리시설로 유입되는 하수의 양이나, 하수처리시설에서 소모하는 전력량, 하수처리시설에서 방류하는 하수의 오염도 등을 센싱하여 그대로 사용자에게 제공하는 정도에 그치고 있다.
이와 같은 종래의 기술에서 사용자에게 제공하는 정보들은 하수처리의 효율성에 대한 직접적인 정보에 해당하지 않기 때문에, 사용자는 제공받은 정보들을 바탕으로 효율을 직접 계산하거나, 직관적으로 유추하는 등의 추가적인 작업을 수행해야 하는 번거로움이 존재한다.
한편, 하수처리시설의 효율성을 증대시킬 수 있는 구체적인 방법으로는 하수처리시설에 유입되는 하수의 성분을 분석하여 사용자에게 제공함으로써, 사용자가 하수의 성분에 따라 적절하게 하수 처리 과정을 관리할 수 있도록 하는 방법이 존재한다.
상술한 방법과 관련하여 종래의 기술 가운데 한국등록특허 제10-1016394(급속 미생물 호흡률 측정장치와 에스에스, 이시 측정기가 결합한 실시간 하수처리장 유입하수 성분분석 장치, 2011년 2월 14일 등록)에서는 유입된 하수의 성분을 분석하기 위한 목적의 장치에 해당하는 급속 미생물 호흡률 측정장치를 필요로 하며, 미생물 호흡률 측정장치는 하수의 성분을 측정하기 위한 일종의 실험장치에 해당하기 때문에, 하수의 성분을 확인하기 위해서는 상당한 시간이 소요되는 문제점이 존재한다.
따라서, 하수처리시설을 관리하는 사용자가 하수처리의 효율성을 직관적으로 인식할 수 있도록 하기 위한 정보를 제공하는 것과 더불어, 유입되는 하수의 성분을 별도의 장치 없이 신속하게 분석하여 사용자에게 제공할 수 있는 새로운 기술의 개발이 요구되는 상황이다.
한국등록특허 제10-1016394호(급속 미생물 호흡률 측정장치와 에스에스, 이시 측정기가 결합한 실시간 하수처리장 유입하수 성분분석 장치, 2011년 2월 14일 등록)
본 발명은 하수처리시설을 관리하기 위한 방법 및 이를 수행하는 스마트 중앙제어 분석시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하수처리시설에 구비되어 있는 자동제어부로부터 복수의 상태정보 및 복수의 센싱정보를 수신하여, 각각의 정보들을 정규화하고, 상기 정규화된 복수의 상태정보 및 상기 정규화된 복수의 센싱정보를 사용하여 하수처리시설에서 하수를 처리하기 위해 소모되는 전력에 대한 전력효율지수를 산출하여 사용자에게 제공하고, 상기 정규화된 복수의 센싱정보 및 유입성상분석모델을 사용하여 하수처리시설로 유입된 하수의 성분을 분석하여 유입성상정보를 산출하여 사용자에게 제공하는 것으로, 하수처리시설에서 생산되는 1 차적인 정보를 가공하여 하수처리시설을 관리하는 사용자에게 유용한 2 차적인 정보를 제공하는, 하수처리시설을 관리하기 위한 방법 및 스마트 중앙제어 분석시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에서는, 하수처리시설을 관리하기 위한 스마트중앙제어분석시스템으로서, 상기 하수처리시설은, 상기 하수처리시설에 설치된 복수의 설비 및 복수의 센서모듈 각각으로부터 상태정보 및 센싱정보를 수신하는 자동제어부가 구비되어 있고, 상기 스마트중앙제어분석시스템은, 상기 자동제어부로부터 수신한 복수의 상태정보 및 복수의 센싱정보 각각을 정규화하고, 정규화된 복수의 상태정보 및 정규화된 복수의 센싱정보 각각을 기설정된 복수의 유형별로 분류하여 저장하는 데이터수집가공부; 및 상기 데이터수집가공부로부터 수신한 상기 정규화된 복수의 상태정보 및 상기 정규화된 복수의 센싱정보에 기초하여, 상기 하수처리시설에서 하수처리에 사용되는 전력에 대한 전력효율지수를 산출하는 전력효율지수산출단계 및 상기 데이터수집가공부로부터 수신한 상기 정규화된 복수의 센싱정보 및 상기 스마트중앙제어분석시스템에 저장되어 있는 유입성상분석모델에 기초하여 상기 하수처리시설로 유입되는 하수의 성분에 대한 유입성상정보를 산출하는 유입성상분석단계를 수행하는 데이터분석부;를 포함하는, 스마트중앙제어분석시스템을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서는, 상기 전력효율지수산출단계는, 기설정된 시간단위 동안 상기 하수처리시설에서 오염물을 처리하기 위해 사용된 전력량을 상기 시간단위 동안 상기 하수처리시설로 유입된 하수의 유량 및 상기 시간단위 동안 상기 하수처리시설에서 처리한 오염물의 처리량을 곱한 값으로 나눈 값을 상기 전력효율지수로 산출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는, 상기 전력효율지수는, 생물학적 산소요구량(Biological Oxygen Demand, BOD)을 처리 또는 제거시키는데 사용되는 전력량에 대한 제1세부전력효율지수; 화학적 산소요구량(Chemical Oxygen Demand, COD)을 처리 또는 제거시키는데 사용되는 전력량에 대한 제2세부전력효율지수; 총질소(Total Nitrogen, TN)를 처리 또는 제거시키는데 사용되는 전력량에 대한 제3세부전력효율지수; 총인(Total Phosphorus, TP)을 처리 또는 제거시키는데 사용되는 전력량에 대한 제4세부전력효율지수; 및 상기 유입된 하수를 처리하는데 사용되는 전력량에 대한 제5세부전력효율지수;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는, 상기 전력효율지수산출단계는, 상기 스마트중앙제어분석시스템에 포함된 디스플레이 상에 산출된 상기 전력효율지수가 표시되는 전력효율지수인터페이스를 제공하는 단계를 포함하고, 상기 전력효율지수인터페이스는, 상기 하수처리시설로 유입된 하수에 포함된 오염물의 농도가 표시되는 오염물농도표시영역; 및 복수의 시간단위 각각이 시계열 순으로 표시되는 가로축 및 전력효율지수의 크기들이 표시되는 세로축으로 구성된 그래프 상에서, 복수의 시간단위 각각에 대한 복수의 전력효율지수가 표시되고, 전력효율지수의 등급을 표시하는 복수의 등급표시선 각각이 상기 세로축 상의 소정의 위치에서 상기 세로축과 수직한 방향으로 표시되는 전력효율지수표시영역;을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는, 상기 전력효율지수표시영역에 표시되는 상기 세로축 상에서의 상기 복수의 등급표시선 각각의 위치는, 상기 하수처리시설의 규모 및 하수처리공법과 유사한 복수의 타 하수처리시설에 대한 복수의 전력효율지수의 크기에 대한 범위에 따라 결정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는, 상기 유입성상분석모델은, 상기 하수처리시설로 유입되는 하수에 대한 복수의 오염물 각각에 대하여, 각각의 오염물의 예측값을 산출하기 위한 복수의 변수를 가변하여, 상기 복수의 오염물 각각에 대한 예측값 및 측정값의 오차의 합을 최소화하는 것으로 정의되는 목적함수를 포함하고, 상기 유입성상분석단계는, 상기 목적함수를 사용하여 상기 복수의 변수에 대한 값을 산출하고, 산출된 상기 복수의 변수에 대한 값에 기초하여 유입성상정보를 산출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는, 상기 목적함수에서 고려하는 복수의 오염물은, 생물학적 산소요구량(BOD), 총부유물질(TSS), 총질소(TN) 및 총인(TP)을 포함할 수 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에서는, 스마트중앙제어분석시스템에서 수행하는 하수처리시설을 관리하기 위한 방법으로서, 상기 하수처리시설은, 상기 하수처리시설에 설치된 복수의 설비 및 복수의 센서모듈 각각으로부터 상태정보 및 센싱정보를 수신하는 자동제어부가 구비되어 있고, 상기 하수처리시설을 관리하기 위한 방법은, 상기 자동제어부로부터 수신한 복수의 상태정보 및 복수의 센싱정보 각각을 정규화하고, 정규화된 복수의 상태정보 및 정규화된 복수의 센싱정보 각각을 기설정된 복수의 유형별로 분류하여 저장하는 데이터수집가공단계; 및 상기 데이터수집가공단계로부터 수신한 상기 정규화된 복수의 상태정보 및 상기 정규화된 복수의 센싱정보에 기초하여, 상기 하수처리시설에서 하수처리에 사용되는 전력에 대한 전력효율지수를 산출하는 전력효율지수산출단계 및 상기 데이터수집가공단계로부터 수신한 상기 정규화된 복수의 센싱정보 및 상기 스마트중앙제어분석시스템에 저장되어 있는 유입성상분석모델에 기초하여 상기 하수처리시설로 유입되는 하수의 성분에 대한 유입성상정보를 산출하는 유입성상분석단계를 포함하는 데이터분석단계;를 포함하는, 하수처리시설을 관리하기 위한 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 스마트중앙제어분석시스템은 하수처리시설에 이미 구축되어 있는 하수처리 설비, 센서모듈 및 자동제어부 등의 교체없이 기존의 자동제어부로부터 수신한 정보들을 사용하여 전력효율지수 및 유입성상정보를 산출하여 사용자에게 제공할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전력효율지수산출단계는 시간단위 동안 오염물을 처리하기 위해 사용된 전력량을 시간단위 동안 유입된 하수의 유량 및 오염물의 처리량을 곱한 값으로 나눈 값을 전력효율지수로 산출하여 사용자에게 제공하므로, 사용자는 전력효율지수를 통해 직관적으로 해당 하수처리시설의 전력효율을 인식할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전력효율지수는 BOD에 대한 제1세부전력효율지수, COD에 대한 제2세부전력효율지수, 총질소에 대한 제3세부전력효율지수, 총인에 대한 제4세부전력효율지수 및 제5세부전력효율지수를 포함하므로, 사용자가 하수에 포함된 세부적인 오염물을 처리하는데 사용되는 전력의 효율성을 인지할 수 있도록 하는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전력효율지수인터페이스에 포함되는 전력효율지수표시영역에 표시되는 복수의 등급표시선은 해당 하수처리시설의 규모 및 하수처리공법과 유사한 복수의 타 하수처리시설의 전력효율지수에 따라 세로축 상에서의 위치가 결정되므로, 사용자가 동일한 규모를 갖고, 동일한 공법을 사용하는 복수의 타 하수처리시설과 비교하여 해당 하수처리장의 전력량 사용에 대한 효율성을 가늠할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 유입성상분석단계는 목적함수를 포함하는 유입성상분석모델을 사용하여 하수처리시설로 유입되는 하수의 성분을 분석하므로, 성분을 분석하기 위한 별도의 장치 또는 설비를 요구하지 않고, 별도의 장치 또는 설비를 사용하여 하수의 성분을 분석하는 것과 비교하여 신속하게 하수의 성분을 분석할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하수처리시설 및 스마트중앙제어분석시스템을 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트중앙제어분석시스템에서 수행하는 하수처리시설을 관리하기 위한 단계들을 개략적으로 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터분석부에서 수행하는 전력효율지수산출단계에서 전력효율지수를 산출하는 과정을 개략적으로 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트중앙제어분석시스템에 디스플레이되는 전력효율지수인터페이스를 개략적으로 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력효율지수인터페이스에 포함되는 오염물농도표시영역 및 전력효율지수표시영역과 복수의 하수처리장에 대한 전력효율지수의 분포를 개략적으로 도시한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터분석부에서 수행하는 유입성상분석단계에서 유입성상정보를 산출하는 과정을 개략적으로 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트중앙제어분석시스템에 디스플레이되는 유입성상분석인터페이스를 개략적으로 도시한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨팅장치의 내부 구성을 개략적으로 도시한다.
이하에서는, 다양한 실시예들 및/또는 양상들이 이제 도면들을 참조하여 개시된다. 하기 설명에서는 설명을 목적으로, 하나 이상의 양상들의 전반적 이해를 돕기 위해 다수의 구체적인 세부사항들이 개시된다. 그러나, 이러한 양상(들)은 이러한 구체적인 세부사항들 없이도 실행될 수 있다는 점 또한 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 인식될 수 있을 것이다. 이후의 기재 및 첨부된 도면들은 하나 이상의 양상들의 특정한 예시적인 양상들을 상세하게 기술한다. 하지만, 이러한 양상들은 예시적인 것이고 다양한 양상들의 원리들에서의 다양한 방법들 중 일부가 이용될 수 있으며, 기술되는 설명들은 그러한 양상들 및 그들의 균등물들을 모두 포함하고자 하는 의도이다.
또한, 다양한 양상들 및 특징들이 다수의 디바이스들, 컴포넌트들 및/또는 모듈들 등을 포함할 수 있는 시스템에 의하여 제시될 것이다. 다양한 시스템들이, 추가적인 장치들, 컴포넌트들 및/또는 모듈들 등을 포함할 수 있다는 점 그리고/또는 도면들과 관련하여 논의된 장치들, 컴포넌트들, 모듈들 등 전부를 포함하지 않을 수도 있다는 점 또한 이해되고 인식되어야 한다.
본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "양상", "예시" 등은 기술되는 임의의 양상 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되지 않을 수도 있다. 아래에서 사용되는 용어들 '~부', '컴포넌트', '모듈', '시스템', '인터페이스' 등은 일반적으로 컴퓨터 관련 엔티티(computer-related entity)를 의미하며, 예를 들어, 하드웨어, 하드웨어와 소프트웨어의 조합, 소프트웨어를 의미할 수 있다.
또한, "포함한다" 및/또는 "포함하는"이라는 용어는, 해당 특징 및/또는 구성요소가 존재함을 의미하지만, 하나 이상의 다른 특징, 구성요소 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예들에서, 별도로 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명의 실시예에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하수처리시설 및 스마트중앙제어분석시스템(1000)을 개략적으로 도시한다.
본 발명의 하수처리시설은 도 1에 도시된 바와 같이, 하수를 처리하기 위하여 제1침전조(7000), 생물반응조(8000), 송풍기(4000), 제2침전조(9000) 및 총인설비(5000)가 구비될 수 있다. 구체적으로, 하수처리시설로 유입된 하수는 제1침전조(7000)에서 1 차적으로 일부 오염물질이 침전되고, 제1침전조(7000)를 통과한 하수는 생물반응조(8000)에서 호기성 미생물 등에 의해 하수에 포함된 유기물, 오염물질 및 질소의 분해가 이루어진다. 이때, 생물반응조(8000)에 설치된 송풍기(4000)는 호기성 미생물의 번식을 촉진하기 위하여 생물반응조(8000)에 산소를 공급하는 기능을 수행하며, 이를 통해 호기성 미생물에 의한 유기물, 오염물질 및 질소의 분해가 활발하게 이루어질 수 있도록 한다. 제2침전조(9000)는 2 차적으로 하수에 포함된 오염물질, 특히 입자의 직경이 1㎛이상인 부유물을 침전시키고, 마지막으로 총인설비(5000)는 하수에 포함된 인을 제거하며, 이와 같은 과정을 통해 처리된 하수는 최종적으로 하천이나 바다 등에 방류된다.
한편, Tele Monitoring System(TMS)(6000)은 정부나 지자체 등의 공공기관에서 관리하는 시스템으로서 최종적으로 처리되어 방류되는 하수에 대한 수질을 측정하는 시스템에 해당하고, TMS(6000)의 운영주체와 본 발명의 스마트중앙제어분석시스템(1000)의 운영주체는 상이할 수 있다.
일반적으로 TMS(6000)는 방류되는 하수의 수질을 측정하고, 측정된 수질이 기준에 부합하지 않는 경우에 해당 하수처리시설에 대하여 벌금을 부과하기 위한 것을 목적으로 하는 시스템에 해당한다. 한편 본 발명의 스마트중앙제어분석시스템(1000)은 상기 TMS(6000)에서 측정된 수질에 대한 센싱정보를 활용하여 전력효율지수를 산출하거나, 유입성상정보를 산출하는데 활용될 수 있다. 이와 같이, 도 1에서는 총인설비(5000)를 통해 방류되는 하수에 대한 성분을 상기 TMS(6000)에서 센싱하는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명의 다른 실시예에서는, 상기 TMS(6000) 대신에 별도의 센서모듈이 구비될 수도 있다.
한편, 상기 하수처리시설에서 하수를 처리하기 위한 시설 각각에는 센서모듈이 설치되고, 각각의 센서모듈은 해당 위치에서의 하수의 성분에 대한 센싱정보를 생성할 수 있다. 예를 들어, 제1센서모듈(3100)은 하수처리시설로 유입되는 하수의 유량이나, 오염도 등을 센싱할 수 있고, 제2센서모듈(3200)은 제1침전조(7000)에서 처리된 하수의 성분을 센싱할 수 있고, 제3센서모듈(3300)은 생물반응조(8000)에서 처리된 하수의 성분을 센싱할 수 있고, 제4센서모듈(3400)은 제2침전조(9000)에서 처리된 하수의 성분을 센싱할 수 있다. 더 구체적으로, 각각의 제1센서모듈(3100) 내지 제4센서모듈(3400) 및 TMS(6000)에서 센싱하는 센싱정보에는 하수에 포함된 오염물과 관련된 Biochemical Oxygen Demand(BOD), Chemical Oxygen Demand(COD), Total Suspended Solids(TSS), Total Organic Carbon(TOC), 총질소(TN), 총인(TP), 온도, 및 전기전도도에 대한 정보를 포함할 수 있고, 상기 제1센서모듈(3100)에서는 하수처리시설로 유입되는 하수의 유량에 대한 정보를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 하수처리시설은, 상기 하수처리시설에 설치된 복수의 설비 및 상기 TMS(6000)를 포함하는 복수의 센서모듈(3100 내지 3400) 각각으로부터 상태정보 및 센싱정보를 수신하는 자동제어부(2000)가 구비될 수 있다.
상기 자동제어부(2000)는 상술한 복수의 센서모듈(3100 내지 3400) 및 TMS(6000) 각각에서 센싱한 센싱정보 및 하수처리시설에 설치된 시설, 예를 들어, 제1침전조(7000), 생물반응조(8000), 제2침전조(9000), 송풍기(4000) 및 총인설비(5000)에서 도출된 상태정보를 수신한다. 구체적으로, 상기 송풍기(4000)는 가동에 따른 송풍용량 및 전력소비량을 포함하는 상태정보를 도출하여 자동제어부(2000)로 송신할 수 있고, 상기 총인설비(5000)는 가동에 따른 전력소비량을 포함하는 상태정보를 도출하여 자동제어부(2000)로 송신할 수 있다.
한편, 상기 자동제어부(2000)는 수신한 각각의 상태정보 및 센싱정보에 기초하여 기설정된 규칙에 따른 제어정보를 생성하여 1 이상의 센서모듈 또는 1 이상의 설비로 송신할 수 있다. 상기 기설정된 규칙의 예로는 현재 시간이 기설정된 시간에 포함되는 경우에 특정 동작을 수행하도록 하는 규칙, 해당 설비에 유입된 하수의 수위가 기설정된 수위에 해당하는 경우에 특정 동작을 수행하도록 하는 규칙 등에 해당할 수 있다.
또한, 상기 자동제어부(2000)는 수신한 상기 상태정보 및 상기 센싱정보를 사용하여 제어정보를 생성하는 것 외에도, 수신한 상기 상태정보 및 상기 센싱정보를 본 발명의 스마트중앙제어분석시스템(1000)으로 송신할 수 있다.
상기 스마트중앙제어분석시스템(1000)은 데이터수집가공부(1100) 및 데이터분석부(1200)를 포함할 수 있다. 상기 데이터수집가공부(1100)는 상기 자동제어부(2000)로부터 복수의 상태정보 및 복수의 센싱정보를 수신하고, 수신한 정보들을 가공한다. 구체적으로 상기 데이터분석부(1200)는 복수의 인터페이스모듈을 포함하고, 각각의 인터페이스모듈은 상기 자동제어부(2000)에 포함된 복수의 인터페이스모듈 각각과 통신할 수 있다. 한편, 각각의 인터페이스모듈은 하수처리시설에 구비된 각각의 설비 및 각각의 센서모듈과 대응되어, 각각의 상태정보 및 각각의 센싱정보는 대응되는 자동제어부(2000)에 포함된 각각의 인터페이스모듈을 통해 데이터수집가공부(1100)에 포함된 각각의 인터페이스모듈로 송신될 수 있다. 한편, 상기 인터페이스모듈은 시리얼 통신 또는 이더넷 통신을 사용하여 상태정보 또는 센싱정보를 송,수신할 수 있다.
상기 데이터분석부(1200)는 상기 데이터수집가공부(1100)에서 가공된 정보들, 구체적으로 가공된 복수의 상태정보 및 가공된 복수의 센싱정보를 사용하여 하수 처리 상태와 관련된 다양한 2 차적인 정보를 산출할 수 있다. 더 구체적으로 상기 데이터분석부(1200)는 하수처리시설에서 하수를 처리하는데 사용되는 전력에 대한 전력효율지수를 산출하거나, 하수처리시설로 유입되는 하수의 성상에 대한 유입성상정보를 산출할 수 있다.
한편, 상기 스마트중앙제어분석시스템(1000)은 상기 데이터수집가공부(1100)에서 생성된 정보들을 디스플레이 하기 위한 디스플레이모듈 및 상술한 데이터수집가공부(1100)에서 유입성상정보를 산출하기 위하여 사용되는 유입성상분석모델(1300)을 더 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 하수처리시설에 구비된 1 이상의 시설, TMS(6000)를 포함하는 1 이상의 센서모듈(3100 내지 3400) 및 자동제어부(2000)는 종래의 하수처리시설에서 일반적으로 구비하고 있는 구성에 해당한다. 한편, 본 발명의 스마트중앙제어분석시스템(1000)은 데이터수집가공부(1100) 및 데이터분석부(1200)에서 동작을 수행함에 있어서, 하수처리시설에 부가적인 설비를 요구하는 것이 아니라, 종래의 하수처리시설에서 일반적으로 구비하고 있는 구성을 그대로 활용하므로, 기존의 하수처리시설의 구성을 변경하거나 교체하는 등의 부가적인 과정을 요구하지 않는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서 상기 스마트중앙제어분석시스템(1000)은 해당 하수처리시설을 관리하는 사용자의 사용자단말과 통신을 수행할 수 있고, 상기 스마트중앙제어분석시스템(1000)은 상기 사용자단말에 생성된 전력효율지수 및 유입성상정보를 제공할 수도 있다.
또한, 도 1에 도시된 하수처리시설에 포함되는 시설 및 센서모듈의 구성은 도 1에 도시된 사항에 한정되는 것이 아니라, 다양한 하수처리시설의 구성에 따라 다양하게 가변될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트중앙제어분석시스템(1000)에서 수행하는 하수처리시설을 관리하기 위한 단계들을 개략적으로 도시한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 스마트중앙제어분석시스템(1000)은, 상기 자동제어부(2000)로부터 수신한 복수의 상태정보 및 복수의 센싱정보 각각을 정규화하고, 정규화된 복수의 상태정보 및 정규화된 복수의 센싱정보 각각을 기설정된 복수의 유형별로 분류하여 저장하는 데이터수집가공부(1100); 및 상기 데이터수집가공부(1100)로부터 수신한 상기 정규화된 복수의 상태정보 및 상기 정규화된 복수의 센싱정보에 기초하여, 상기 하수처리시설에서 하수처리에 사용되는 전력에 대한 전력효율지수를 산출하는 전력효율지수산출단계(S200) 및 상기 데이터수집가공부(1100)로부터 수신한 상기 정규화된 복수의 센싱정보 및 상기 스마트중앙제어분석시스템(1000)에 저장되어 있는 유입성상분석모델(1300)에 기초하여 상기 하수처리시설로 유입되는 하수의 성분에 대한 유입성상정보를 산출하는 유입성상분석단계(S300)를 수행하는 데이터분석부(1200);를 포함할 수 있다.
구체적으로, 스마트중앙제어분석시스템(1000)에 포함된 데이터수집가공부(1100)는 데이터수집가공단계(S100)를 수행할 수 있다. 상기 데이터수집가공단계(S100)는 상기 자동제어부(2000)로부터 복수의 상태정보 및 복수의 센싱정보들을 수신하고, 수신한 복수의 상태정보 및 복수의 센싱정보들을 정규화한다. 예를 들어, 상기 데이터수집가공단계(S100)는, 서로 다른 Chemical Oxygen Demand(COD) 값을 포함하는 센싱정보에 대하여 각각의 COD 값의 단위를 동일한 단위로 변환하는 정규화 과정을 수행할 수 있다.
또한, 상기 데이터수집가공단계(S100)는 정규화된 복수의 상태정보 및 정규화된 복수의 센싱정보 각각을 기설정된 유형별로 분류하여 데이터베이스화 한다. 예를 들어, 정규화된 복수의 상태정보가 하수처리시설의 펌프의 상태에 대한 정보인 경우에, 상기 데이터수집가공단계(S100)는 상기 정규화된 복수의 상태정보를 펌프 유형으로 분류하여 DB에 저장할 수 있다.
이와 같이 데이터수집가공부(1100)에서 수행하는 데이터수집가공단계(S100)는 단순히 수신한 상태정보 및 센싱정보와 같은 1 차적인 정보를 사용자에게 용이하게 전달하기 위한 목적만을 가지고 수행되는 것이 아니라, 상술한 바와 같이, 데이터분석부(1200)에서 상태정보 및 센싱정보를 사용하여 2 차적인 정보에 해당하는 전력효율지수 또는 유입성상정보를 산출함에 있어서, 해당 정보들을 보다 용이하게 산출하기 위한 추가적인 목적을 가지고, 상기 상태정보 및 상기 센싱정보를 정규화하고, 유형별로 분류하는 것에 해당할 수 있다.
한편, 상기 데이터분석부(1200)는 전력효율지수산출단계(S200) 및 유입성상분석단계(S300)를 수행한다. 구체적으로, 상기 전력효율지수산출단계(S200)는 상기 데이터수집가공단계(S100)를 통해 정규화된 복수의 상태정보 및 정규화된 복수의 센싱정보를 상기 데이터수집가공부(1100)로부터 수신하여, 해당 하수처리시설에서 하수를 처리하는 데 사용되는 전력의 효율을 수치화한 전력효율지수를 산출한다.
이와 같이, 상기 전력효율지수산출단계(S200)를 통해 산출된 전력효율지수를 통해 하수처리시설을 관리하는 사용자는 하수를 처리하는데 얼마나 효율적으로 전력을 사용하는지 한눈에 파악할 수 있으며, 또한 타 하수처리시설과 비교하여 전력을 얼마나 효율적으로 사용하고 있는지 파악할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다. 이에 대해서는 도 3 내지 도 5에서 더욱 자세하게 설명하도록 한다.
상기 유입성상분석단계(S300)는, 하수처리시설로 유입된 하수의 성분을 분석하기 위하여 상기 데이터수집가공단계(S100)를 통해 정규화된 복수의 센싱정보를 상기 데이터수집가공부(1100)로부터 수신하여, 상기 유입된 하수의 성분에 대한 유입성상정보를 산출한다. 구체적으로 상기 유입성상분석단계(S300)에서는 유입된 하수의 성분을 산출하기 위하여 종래의 하수처리시설에서 사용하는 별도의 시설(미생물 호흡률 측정장치)을 사용하는 것이 아니라, 수학적 모델링으로 구현된 유입성상분석모델(1300)을 사용하여 유입성상정보를 산출하는 것을 기술적 특징으로 한다. 이를 통해 하수의 성분을 분석하기 위하여 소요되는 시간을 최소화할 수 있으며, 설비를 사용하는 경우 실시간으로 유입되는 하수의 성분을 실시간으로 분석하기 어려운 문제점을 개선할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다. 한편, 유입성상분석모델(1300)을 사용하여 유입성상정보를 산출하는 구체적인 과정에 대해서는 도 6에서 자세하게 설명하도록 한다.
이와 같이, 본 발명의 스마트중앙제어분석시스템(1000)은 데이터수집가공부(1100)를 통해 구축된 DB를 사용하여 데이터분석부(1200)에서 하수처리시설을 관리하는데 있어서 요구되는 2 차적인 정보를 산출하여 하수처리시설을 관리하는 사용자에게 제공할 수 있으므로, 단순히 센싱정보나 상태정보와 같은 1 차적인 정보를 제공하는 종래의 기술과 비교하여 해당 사용자에게 하수처리시설을 관리하는데 실질적으로 필요한 정보들을 제공할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
한편, 도 2에서는 상기 데이터수집가공단계(S100), 상기 전력효율지수산출단계(S200) 및 상기 유입성상분석단계(S300)가 순차적으로 도시되어 있으나 이에 한정되지 않고, 본 발명의 다른 실시예에서는 상기 전력효율지수산출단계(S200) 및 상기 유입성상분석단계(S300)는 상기 데이터수집가공단계(S100)로부터 병렬적으로 구성될 수도 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터분석부(1200)에서 수행하는 전력효율지수산출단계(S200)에서 전력효율지수를 산출하는 과정을 개략적으로 도시한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 전력효율지수산출단계(S200)는, 기설정된 시간단위 동안 상기 하수처리시설에서 오염물을 처리하기 위해 사용된 전력량을 상기 시간단위 동안 상기 하수처리시설로 유입된 하수의 유량 및 상기 시간단위 동안 상기 하수처리시설에서 처리한 오염물의 처리량을 곱한 값으로 나눈 값을 상기 전력효율지수로 산출할 수 있다.
도 3의 (A)는 전력효율지수산출단계(S200)에서 전력효율지수를 도출하는 과정을 개략적으로 도시한다. 도 3의 (A)에 도시된 바와 같이, 상기 전력효율지수산출단계(S200)는 하수처리시설의 각 설비에 대한 각각의 정규화된 상태정보에 포함된 전력량; 상기 제1센서모듈(3100)에서 측정한 센싱정보에 대하여 정규화된 센싱정보에 포함된 해당 하수처리시설로 유입된 하수의 유량; 및 상기 제1센서모듈(3100)에서 측정한 센싱정보에 대하여 정규화된 센싱정보에 포함된 해당 하수처리시설로 유입된 하수의 오염도 및 상기 TMS(6000)에서 측정한 센싱정보에 대하여 정규화된 센싱정보에 포함된 해당 하수처리시설에서 최종적으로 처리된 하수의 오염도의 차이에 기초하여 산출된 오염물의 처리량;에 기초하여 해당 하수처리시설에 대한 전력효율지수를 산출한다.
더 구체적으로, 상기 전력효율지수산출단계(S200)는 하기의 [식 1]에 따라 전력효율지수(Performance Index, PI)를 산출할 수 있다.
[식 1]
전력효율지수(PI) = 시간단위 동안 하수처리시설에서 오염물을 처리하기 위해 사용된 전력량 / (시간단위 동안 하수처리시설로 유입된 하수의 유량 * 시간단위 동안 하수처리시설에서 처리한 오염물의 처리량), (단위 : kWh/m3)
또한, 상기 [식 1]에서 시간단위 동안 하수처리시설에서 처리한 오염물의 처리량은 하기의 [식 2]에 의해 정의될 수도 있다.
[식 2]
시간단위 동안 하수처리시설에서 처리한 오염물의 처리량 = 시간단위 동안 유입된 하수의 오염도 - 시간단위 동안 최종적으로 처리된 하수의 오염도
상기 [식 1] 및 [식 2]에서 기재된 시간단위는 본 발명의 스마트중앙제어분석시스템(1000)의 설계자에 의해 결정될 수 있으며, 예를 들어, 시간단위는 24 시간에 해당할 수 있다. 이와 같이, 전력효율지수산출단계(S200)는 해당 하수처리시설에 대한 전력효율지수를 산출하여 사용자에게 제공하므로, 사용자가 효율적으로 전력을 관리할 수 있도록 하는 효과를 발휘할 수 있다.
한편, 도 3의 (B)에 도시된 바와 같이, 상기 전력효율지수는, 생물학적 산소요구량(Biological Oxygen Demand, BOD)을 감소시키는데 사용되는 전력량에 대한 제1세부전력효율지수; 화학적 산소요구량(Chemical Oxygen Demand, COD)을 감소시키는데 사용되는 전력량에 대한 제2세부전력효율지수; 총질소(Total Nitrogen, TN)를 감소시키는데 사용되는 전력량에 대한 제3세부전력효율지수; 총인(Total Phosphorus, TP)을 감소시키는데 사용되는 전력량에 대한 제4세부전력효율지수; 및 상기 유입된 하수를 처리하는데 사용되는 전력량에 대한 제5세부전력효율지수;를 포함할 수 있다.
구체적으로, 도 3의 (B)는 상기 전력효율지수에 포함되는 복수의 세부전력효율지수들을 개략적으로 도시하며, 도 3의 (B)에 도시된 바와 같이, 전력효율지수는 제1세부전력효율지수 내지 제5세부전력효율지수를 포함할 수 있다.
상기 전력효율지수에 포함되는 상기 제1세부전력효율지수 내지 상기 제5세부전력효율지수는 하수의 오염도 가운데에서도 특정 종류의 오염물질을 감소시키는데 사용되는 전력량에 해당할 수 있다.
더 구체적으로, 상기 제1세부전력효율지수(PI-BOD)는 하수처리시설에서 생물학적 산소요구량(Biological Oxygen Demand, BOD)를 감소시키는데 사용되는 전력량에 대한 전력효율지수로써, 하기의 [식 3]에 의해 산출될 수 있다.
[식 3]
제1세부전력효율지수(PI-BOD) = 시간단위 동안 하수처리시설에서 오염물을 처리하기 위해 사용된 전력량 / (시간단위 동안 하수처리시설로 유입된 하수의 유량 혹은 시간단위 동안 하수처리시설에서 처리한 BOD의 처리량), (단위 : kWh/kgrm)
상기 제2세부전력효율지수(PI-COD)는 하수처리시설에서 화학적 산소요구량(Chemical Oxygen Demand, COD)을 감소시키는데 사용되는 전력량에 대한 전력효율지수로써, 하기의 [식 4]에 의해 산출될 수 있다.
[식 4]
제2세부전력효율지수(PI-COD) = 시간단위 동안 하수처리시설에서 오염물을 처리하기 위해 사용된 전력량 / (시간단위 동안 하수처리시설로 유입된 하수의 유량 혹은 시간단위 동안 하수처리시설에서 처리한 COD의 처리량), (단위 : kWh/kgrm)
상기 제3세부전력효율지수(PI-TN)는 하수처리시설에서 질소를 감소시키는데 사용되는 전력량에 대한 전력효율지수로써, 하기의 [식 5]에 의해 산출될 수 있다.
[식 5]
제3세부전력효율지수(PI-TN) = 시간단위 동안 하수처리시설에서 오염물을 처리하기 위해 사용된 전력량 / (시간단위 동안 하수처리시설로 유입된 하수의 유량 혹은 시간단위 동안 하수처리시설에서 처리한 TN의 처리량), (단위 : kWh/kgrm)
상기 제4세부전력효율지수(PI-TP)는 하수처리시설에서 인을 감소시키는데 사용되는 전력량에 대한 전력효율지수로써, 하기의 [식 6]에 의해 산출될 수 있다.
[식 6]
제4세부전력효율지수(PI-TP) = 시간단위 동안 하수처리시설에서 오염물을 처리하기 위해 사용된 전력량 / (시간단위 동안 하수처리시설로 유입된 하수의 유량 혹은 시간단위 동안 하수처리시설에서 처리한 TP의 처리량), (단위 : kWh/kgrm)
상기 제5세부전력효율지수(PI-Q)는 하수처리시설에서 상술한 복수의 오염물들을 감소시키는데 사용되는 전력량에 대한 전력효율지수로써, 상술한 [식 1]에 의해 산출될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 전력효율지수산출단계(S200)는 포괄적인 오염물 처리에 대한 제5세부전력효율지수 뿐만 아니라, 오염물의 종류(BOD, COD, TN 및 TP)별 세부전력효율지수들을 산출하므로, 해당 하수처리시설을 관리하는 사용자가 더욱 효율적으로 전력을 관리할 수 있도록 할 수 있다. 예를 들어, 다른 세부전력효율지수에 비해 제4세부전력효율지수의 값이 큰 경우, 사용자는 하수에 포함된 인을 처리하는 총인설비(5000)의 전력효율이 좋지 않음을 인지할 수 있고, 이를 통해 상기 총인설비(5000)를 점검하거나 개선하는 등의 추가적인 작업을 수행함으로써, 하수처리시설의 전력 효율을 향상시킬 수도 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력효율지수산출단계(S200)는 전력효율지수를 산출하는데 사용되는 전력량을 시간단위 동안 하수처리시설에서 오염물을 처리하기 위해 사용된 전력량으로 정의하였으나, 본 발명의 다른 실시예에서는, 상기 전력효율지수산출단계(S200)에서 세부전력효율지수를 산출하는데 있어서 사용되는 전력량은, 시간단위 동안 하수처리시설에서 포괄적인 오염물을 처리하기 위해 사용된 전력량이 아니라, 시간단위 동안 하수처리시설에서 특정 오염물을 처리하기 위해 사용된 전력량에 해당할 수 있다.
예를 들어, 상기 전력효율지수산출단계(S200)에서 제4세부전력효율지수를 산출하는 경우에 사용되는 전력량은 시간단위 동안 하수처리시설에서 총인을 처리하기 위해 사용된 전력량에 해당할 수 있고, 이는 도 1에서 설명한 바와 같이, 시간단위 동안의 총인설비(5000)에서 사용한 전력량에 해당할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트중앙제어분석시스템(1000)에 디스플레이되는 전력효율지수인터페이스를 개략적으로 도시한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 전력효율지수산출단계(S200)는, 상기 스마트중앙제어분석시스템(1000)에 포함된 디스플레이 상에 산출된 상기 전력효율지수가 표시되는 전력효율지수인터페이스를 제공하는 단계를 포함하고, 상기 전력효율지수인터페이스는, 상기 하수처리시설로 유입된 하수에 포함된 오염물의 농도가 표시되는 오염물농도표시영역(A100); 및 복수의 시간단위 각각이 시계열 순으로 표시되는 가로축 및 전력효율지수의 크기들이 표시되는 세로축으로 구성된 그래프 상에서, 복수의 시간단위 각각에 대한 복수의 전력효율지수가 표시되고, 전력효율지수의 등급을 표시하는 복수의 등급표시선 각각이 상기 세로축 상의 소정의 위치에서 상기 세로축과 수직한 방향으로 표시되는 전력효율지수표시영역(A200);을 포함할 수 있다.
구체적으로, 도 1에서 상술한 바와 같이, 본 발명의 스마트중앙제어분석시스템(1000)은 상기 데이터분석부(1200)에서 산출한 정보 또는 상기 데이터수집가공부(1100)에서 센싱정보 및 상태정보를 정규화하여 정보의 유형별로 저장된 DB의 정보들을 표시하기 위한 별도의 디스플레이모듈을 포함하고, 상기 디스플레이모듈을 통해 상기 정보들이 디스플레이되거나, 혹은 상기 스마트중앙제어분석시스템(1000)은 해당 하수처리시설을 관리하는 사용자가 사용하는 사용자단말과 통신을 수행하여, 상기 사용자단말 상에 상기 정보들이 디스플레이될 수 있다.
한편, 전력효율지수산출단계(S200)는, 상기 스마트중앙제어분석시스템(1000)에 포함된 디스플레이모듈 또는 상기 사용자단말에 전력효율지수인터페이스를 제공하며, 상기 디스플레이모듈 또는 상기 사용자단말에 디스플레이되는 상기 전력효율지수인터페이스에는 상기 전력효율지수산출단계(S200)에서 산출된 전력효율지수가 시각적 형태로 표시될 수 있다.
구체적으로, 상기 전력효율지수인터페이스는, 제1레이어(L100) 내지 제4레이어(L130)를 포함할 수 있다. 상기 제1레이어(L100)는 해당 하수처리시설의 전력소비량을 시간에 따라 표시한다. 예를 들어, 상기 제1레이어(L100)에는 지난주 대비 현재 전력소비량의 비율, 전월 대비 현재 전력소비량의 비율, 전년 대비 현재 전력소비량의 비율, 현재 전력소비량, 내일 예상되는 전력소비량, 현재 소비되는 전력량 가운데 가장 많은 전력을 소비하는 시설에 대한 정보 등이 표시될 수 있다.
상기 제2레이어(L110)는 하수에 포함된 각 오염물을 처리하는 것과 연관된 전력소비량을 표시한다. 예를 들어, 상기 제2레이어(L110)에는 상술한 제1세부전력효율지수 내지 제5세부전력효율지수에 따른 등급 및 현재 수치값, 법적으로 정해진 방류수질기준 대비 하수처리시설에서 처리된 오염물의 비율, 시계열 순으로 하수처리시설로 유입된 하수의 유량 및 각 오염물의 처리량, 하수처리시설의 각 처리과정별로 사용하는 전력량, 처리과정별로 사용하는 전력량 등이 표시될 수 있다.
상기 제3레이어(L120)는 상술한 전력효율지수, 구체적으로 전력효율지수에 포함되는 제1세부전력효율지수 내지 제5세부전력효율지수를 시각적으로 표시한다. 더 구체적으로, 상기 제3레이어(L120)는 제1세부전력효율지수 내지 제5세부전력효율지수 각각에 상응하는 영역을 포함하고, 각 영역들은 오염물농도표시영역(A100) 및 전력효율지수표시영역(A200)을 포함한다.
상기 오염물농도표시영역(A100)은 현재 해당 하수처리시설로 유입되는 하수에 포함된 특정 오염물의 농도를 시각적으로 표시한다. 예를 들어, 도 4에 도시된 제1세부전력효율지수에 상응하는 영역에 포함된 오염물농도표시영역(A100)에는 현재 유입되는 하수에 포함된 BOD의 농도가 시각적으로 표시된다.
상기 전력효율지수표시영역(A200)은 복수의 시간단위에 따른 세부전력효율지수를 시계열 순으로 표시한다. 구체적으로 상기 전력효율지수표시영역(A200)에서의 가로축은 복수의 시간단위들이 시계열 순으로 표시되고, 세로축은 해당 세부전력효율지수의 크기들이 표시된다. 예를 들어, 시간단위가 24시간에 해당하는 경우에, 도 4에 도시된 제1세부전력효율지수에 상응하는 영역에 포함된 전력효율지수표시영역(A200)에는 각 날짜별로 산출된 제1세부전력효율지수들이 그래프 형태로 표시될 수 있다. 한편, 상기 전력효율지수표시영역(A200)에 대해서는 도 5에서 구체적으로 설명하도록 한다.
상기 제4레이어(L130)는 하수처리시설의 주요 설비들의 시간단위 별로 사용한 전력량, 기설정된 과거 일자로부터 현재까지의 하수처리시설에서 사용한 전력량의 추이 및 현재로부터 기설정된 미래 시간까지 사용될 것으로 예측되는 전력량, 이전에 사용한 전력량 및 현재 사용한 전력량의 차이에 따른 에너지 절감률, 탄소 절감량 등을 표시할 수 있다.
한편, 도 4에 도시된 전력효율지수인터페이스는 예시적으로 도시된 도면에 해당하며, 도 4를 통해 상술한 사항은 전력효율인터페이스에 상술한 정보들이 표시될 수 있음을 예시적으로 설명한 것일 뿐, 본 발명의 다른 실시예에서 상기 전력효율지수인터페이스를 구성하는 레이어 및 레이아웃 등은 설계변경에 따라 다양한 형태로 구성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력효율지수인터페이스에 포함되는 오염물농도표시영역(A100) 및 전력효율지수표시영역(A200)과 복수의 하수처리장에 대한 전력효율지수의 분포를 개략적으로 도시한다.
도 5의 (A)는 상술한 도 4에서 표시된 제1세부전력효율지수에 대한 오염물농도표시영역(A100) 및 전력효율지수표시영역(A200)을 별도로 도시한 도면에 해당한다.
도 5의 (A)에 도시된 바와 같이, 상기 전력효율지수표시영역(A200) 상에 표시된 시간단위별 제1세부전력효율지수들의 그래프 상에서 사용자가 특정 시간단위를 선택하거나, 그래프의 특정 위치에 커서가 위치하도록 하는 경우에 별도의 영역이 오버레이되고, 상기 별도의 영역에는 사용자가 선택한 특정 시간단위 또는 커서의 위치에 상응하는 특정 제1세부전력효율지수에 대한 값이 표시될 수 있다. 도 5의 (A)에서는 사용자가 1월 14일에 해당하는 특정 시간단위 또는, 1월 14일에 해당하는 그래프에 커서를 위치하였고, 이에 따라 오버레이되는 별도의 영역에는 1월 14일에서의 제1세부전력효율지수의 값(4.52 kWh/kgrm)이 표시된다. 이와 같이, 사용자는 전력효율지수표시영역(A200)을 통해 특정 세부전력효율지수의 추세를 확인할 수 있는 것은 물론, 특정 시간단위에서의 세부전력효율지수의 정확한 수치를 확인할 수 있게 된다.
한편, 도 5의 (A)에 도시된 바와 같이, 상기 전력효율지수표시영역(A200)에 표시되는 상기 세로축 상에서의 상기 복수의 등급표시선 각각의 위치는, 상기 하수처리시설의 규모 및 하수처리공법과 유사한 복수의 타 하수처리시설에 대한 복수의 전력효율지수의 크기에 대한 범위에 따라 결정될 수 있다.
구체적으로, 도 5의 (A)에 도시된 바와 같이, 상기 전력효율지수표시영역(A200)의 세로축에서 복수의 특정 위치에는 가로축과 나란한 방향으로 연장되는 복수의 등급표시선(E1 내지 E4)이 표시된다. 더 구체적으로 상기 복수의 등급표시선(E1 내지 E4)은 제1등급표시선(E1) 내지 제4등급표시선(E4)에 해당하고, 각각의 등급표시선은 해당 세부전력효율지수가 몇 등급에 해당하는지를 시각적으로 인지할 수 있도록 하는 일종의 기준선에 해당할 수 있다.
도 5의 (A)를 예로 들면, 제1등급표시선은 해당 세부전력효율지수가 1등급에 해당하는지를 표시하는 기준선에 해당한다. 따라서, 세부전력효율지수의 값이 상기 제1등급표시선 미만인 경우에 해당 세부전력효율지수의 값은 1등급에 해당할 수 있다. 제2등급표시선은 해당 세부전력효율지수가 2등급에 해당하는지를 표시하는 기준선에 해당한다. 따라서, 세부전력효율지수의 값이 상기 제1등급표시선 이상이고, 상기 제2등급표시선 미만인 경우에 해당 세부전력효율지수의 값은 2등급에 해당할 수 있다. 제3등급표시선은 해당 세부전력효율지수가 3등급에 해당하는지를 표시하는 기준선에 해당한다. 따라서, 세부전력효율지수의 값이 상기 제2등급표시선 이상이고, 상기 제3등급표시선 미만인 경우에 해당 세부전력효율지수의 값은 3등급에 해당할 수 있다. 제4등급표시선은 해당 세부전력효율지수가 4등급 및 5등급에 해당하는지를 표시하는 기준선에 해당한다. 따라서, 세부전력효율지수의 값이 상기 제3등급표시선 이상이고, 상기 제4등급표시선 미만인 경우에 해당 세부전력효율지수의 값은 4등급에 해당할 수 있고, 세부전력효율지수의 값이 상기 제4등급표시선 이상인 경우에 해당 세부전력효율지수의 값은 5등급에 해당할 수 있다.
한편, 상술한 복수의 등급표시선에 의해 구분되는 전력효율지수에 대한 등급들은, 도 5의 (B)에 도시된 바와 같이, 해당 하수처리시설의 규모 및 하수처리공법과 유사한 복수의 타 하수처리시설의 전력효율지수를 고려하여 산출된 등급에 해당할 수 있다.
도 5의 (B)에 도시된 도면은, 유사한 하수처리공법을 사용하는 복수의 하수처리시설의 전력효율지수들을 하수처리시설의 규모에 따라 표시한 그래프에 해당한다. 해당 그래프에서 동일한 규모를 갖는 복수의 하수처리시설의 전력효율지수의 범위를 기설정된 구간으로 구분하여 등급을 산출할 수 있다.
예를 들어, 하수처리시설의 규모가 약 1000m3인 복수의 하수처리시설의 전력효율지수의 범위는 약 7.00 kWh/kgrm에서부터 약 49.00 kWh/kgrm의 구간에 해당한다. 따라서, 해당 범위를 20%씩 구분하여 작은 순서대로 1 등급 내지 5 등급에 해당하는 구간들을 설정할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에서 전력효율지수에 대한 등급을 통해 사용자는 타 하수처리시설과 대비하여 얼마나 효율적으로 하수를 처리하고 있는지 판단할 수 있으며, 더욱이 본 발명에서는 하수처리시설의 규모 및 하수처리공법을 고려하지 않고 일률적인 값으로 등급을 설정하는 것이 아니라, 상술한 바와 같이, 하수처리시설의 규모 및 하수처리공법에 따라 등급의 기준을 가변적으로 설정함으로써, 사용자가 더욱 정확하게 해당 하수처리시설이 타 하수처리시설과 비교하여 얼마나 효율적으로 하수를 처리하고 있는지를 가늠할 수 있도록 하는 효과를 발휘할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에서는, 도 5의 (A)에 도시된 동일 규모별 전력효율지수의 범위를 그대로 사용하는 것이 아니라, 예를 들어, 상위 5% 및 하위 5%에 해당하는 데이터를 제외한 범위를 사용하여 등급에 대한 신뢰도를 향상시킬 수도 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터분석부(1200)에서 수행하는 유입성상분석단계(S300)에서 유입성상정보를 산출하는 과정을 개략적으로 도시한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 유입성상분석모델(1300)은, 상기 하수처리시설로 유입되는 하수에 대한 복수의 오염물 각각에 대하여, 각각의 오염물의 예측값을 산출하기 위한 복수의 변수를 가변하여, 상기 복수의 오염물 각각에 대한 예측값 및 측정값의 오차의 합을 최소화하는 것으로 정의되는 목적함수를 포함하고, 상기 유입성상분석단계(S300)는, 상기 목적함수를 사용하여 상기 복수의 변수에 대한 값을 산출하고, 산출된 상기 복수의 변수에 대한 값에 기초하여 유입성상정보를 산출할 수 있고, 상기 목적함수에서 고려하는 복수의 오염물은, 생물학적 산소요구량(BOD), 총부유물질(TSS), 총질소(TN) 및 총인(TP)을 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 유입성상분석단계(S300)는 수학적으로 모델링된 유입성상분석모델(1300)을 사용하여 해당 하수처리시설로 유입되는 하수의 성분, 구체적으로 유입되는 하수에 포함된 유기물, 질소, 인의 성분에 대한 유입성상정보를 도출할 수 있다.
더 구체적으로 상기 유입성상분석모델(1300)은 유입된 하수의 오염물의 종류(BOD, TSS, TN, TP) 각각의 예측값(calculated) 및 실제 측정값(measured)에 대한 오차의 합에 대한 최소값을 찾기 위한 목적함수를 사용하며, 상기 목적함수는 하기의 [식 7]과 같이 정의될 수 있다.
[식 7]
Figure 112022018366439-pat00001
한편, 상기 유입성상분석모델(1300)은 4 가지의 오염물에 대한 예측값을 하기의 [식 8]을 통해 산출하며, 이 때, [식 8]의 기재된 변수들을 가변하여 목적함수가 상기 4 가지의 오염물의 오차의 합의 최소값을 찾는 과정을 수행한다.
[식 8]
Figure 112022018366439-pat00002
Figure 112022018366439-pat00003
Figure 112022018366439-pat00004
Figure 112022018366439-pat00005
Figure 112022018366439-pat00006
Figure 112022018366439-pat00007
Figure 112022018366439-pat00008
Figure 112022018366439-pat00009
Figure 112022018366439-pat00010
Figure 112022018366439-pat00011
상기 [식 8]에서 상기 유입성상분석모델(1300)에서 가변하는 변수들은
Figure 112022018366439-pat00012
,
Figure 112022018366439-pat00013
,
Figure 112022018366439-pat00014
,
Figure 112022018366439-pat00015
및
Figure 112022018366439-pat00016
에 해당하고, 상기의 총 5 개의 변수들을 가변함에 있어 하기의 [식 9]와 같은 제약조건이 존재한다.
[식 9]
Figure 112022018366439-pat00017
한편, 상기 [식 8]에서 나머지 인자들,
Figure 112022018366439-pat00018
,
Figure 112022018366439-pat00019
,
Figure 112022018366439-pat00020
,
Figure 112022018366439-pat00021
,
Figure 112022018366439-pat00022
,
Figure 112022018366439-pat00023
,
Figure 112022018366439-pat00024
,
Figure 112022018366439-pat00025
,
Figure 112022018366439-pat00026
,
Figure 112022018366439-pat00027
및
Figure 112022018366439-pat00028
에 대해서는 사전에 특정 값 또는 범위가 주어져 있는 인자에 해당할 수 있고, 상기 목적함수에 포함되는 인자
Figure 112022018366439-pat00029
,
Figure 112022018366439-pat00030
,
Figure 112022018366439-pat00031
및
Figure 112022018366439-pat00032
각각에 대한 값은 해당 하수처리시설로 유입되는 하수를 센싱하는 제1센서모듈(3100)에서 센싱하는 센싱정보에 포함된 값에 해당할 수 있다.
이와 같이, 상기 유입성상분석모델(1300)은 목적함수가 최소값을 갖는 복수의 변수에 대한 값들을 찾고, 찾아낸 복수의 변수 값들에 의해 결정된
Figure 112022018366439-pat00033
,
Figure 112022018366439-pat00034
,
Figure 112022018366439-pat00035
,
Figure 112022018366439-pat00036
및
Figure 112022018366439-pat00037
의 값을 포함하는 유입성상정보를 산출한다. 한편, 상기 유입성상분석모델(1300)에서 목적합수가 최소값을 갖는 복수의 변수에 대한 값들을 찾기 위한 방법으로는 종래에 알려져 있는 Harmony Search 알고리즘과 같이 다양한 방법들이 적용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에서는 유입된 하수의 성분을 측정하기 위한 별도의 설비를 구비하지 않고, 수학적 모델링을 통해 하수의 성분을 측정하기 때문에, 실시간으로 유입되는 하수에 대한 성분을 즉시 분석할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
한편, 도 6의 (B)는 산출된 유입성상정보에 포함된
Figure 112022018366439-pat00038
,
Figure 112022018366439-pat00039
,
Figure 112022018366439-pat00040
,
Figure 112022018366439-pat00041
및
Figure 112022018366439-pat00042
의 값에 따라 유입된 하수의 성분, 구체적으로는 유입된 하수에 포함된 유기물의 종류의 비중을 개략적으로 도시한 도면에 해당한다.
도 6의 (B)에 도시된 바와 같이,
Figure 112022018366439-pat00043
는 미생물에 의해 분해되지 않는 입자상 유기물질에 해당할 수 있고,
Figure 112022018366439-pat00044
는 미생물에 의해 분해되는 입자상 유기물질에 해당할 수 있고,
Figure 112022018366439-pat00045
는 미생물에 의해 분해되지 않는 용존성 유기물질에 해당하고,
Figure 112022018366439-pat00046
및
Figure 112022018366439-pat00047
(
Figure 112022018366439-pat00048
)는 미생물에 의해 분해되는 용존성 유기물질에 해당할 수 있다. 이와 같이, 유입성상분석단계(S300)를 통해 산출되는 유입성상정보는 해당 하수처리시설을 관리하는 사용자에게 제공되어, 유입되는 하수의 성분에 적합하게 하수처리시설을 가동시킬 수 있도록 하는 효과를 발휘할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트중앙제어분석시스템(1000)에 디스플레이되는 유입성상분석인터페이스(200)를 개략적으로 도시한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 유입성상분석단계(S300)는, 상기 스마트중앙제어분석시스템(1000)에 포함된 디스플레이 상에 산출된 상기 유입성상정보가 표시되는 유입성상분석인터페이스(200)를 제공하는 단계를 포함하고, 상기 유입성상분석인터페이스(200)는, 산출된 시간에 따라 유입성상정보들이 표시되는 제5레이어(L200)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 유입성상분석인터페이스(200)는 해당 하수처리시설로 유입된 하수의 성분에 대한 다양한 정보들이 표시될 수 있다. 예를 들어, 유입된 하수의 성분을 센싱하는 제1센서모듈(3100)에서 센싱한 센싱정보에 포함된 1 차적인 정보들이 표시될 수 있고, 상술한 유입성상분석단계(S300)를 통해 산출된 유입성상정보가 상기 제5레이어(L200) 상에 표시될 수 있다.
더 구체적으로, 상기 제5레이어(L200)에는 시간대별로 산출된 유입성상정보에 포함된
Figure 112022018366439-pat00049
및
Figure 112022018366439-pat00050
(도 7의 제5레이어(L200)에 도시된 '생분해용존성유기물'),
Figure 112022018366439-pat00051
(도 7의 제5레이어(L200)에 도시된 '생분해입자성유기물'),
Figure 112022018366439-pat00052
(도 7의 제5레이어(L200)에 도시된 '난분해용존성유기물') 및
Figure 112022018366439-pat00053
(도 7의 제5레이어(L200)에 도시된 '난분해입자성유기물')의 비중이 시간대별로 표시될 수 있다. 따라서 상기 유입성상분석인터페이스(200)에 포함된 제5레이어(L200)를 통해 사용자는 유입된 하수에 포함된 유기물의 비중들을 실시간으로 확인할 수 있고, 이를 통해 비중이 높은 유기물을 제거하기 위한 처리 공정에 대한 설비의 가동률을 증가시키는 등의 설비 관리를 통해 해당 사용자가 효율적으로 하수를 처리할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨팅장치의 내부 구성을 개략적으로 도시한다.
상술한 도 1에 도시된 스마트중앙제어분석시스템(1000)은 상기 도 8에 도시된 컴퓨팅장치(11000)의 구성요소들을 포함할 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 컴퓨팅장치(11000)는 적어도 하나의 프로세서(processor)(11100), 메모리(memory)(11200), 주변장치 인터페이스(peripheral interface)(11300), 입/출력 서브시스템(I/O subsystem)(11400), 전력 회로(11500) 및 통신 회로(11600)를 적어도 포함할 수 있다. 이때, 컴퓨팅장치(11000)는 도 1에 도시된 스마트중앙제어분석시스템(1000)에 해당될 수 있다.
메모리(11200)는 일례로 고속 랜덤 액세스 메모리(high-speed random access memory), 자기 디스크, 에스램(SRAM), 디램(DRAM), 롬(ROM), 플래시 메모리 또는 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 메모리(11200)는 컴퓨팅장치(11000)의 동작에 필요한 소프트웨어 모듈, 명령어 집합 또는 그 밖에 다양한 데이터를 포함할 수 있다.
이때, 프로세서(11100)나 주변장치 인터페이스(11300) 등의 다른 컴포넌트에서 메모리(11200)에 액세스하는 것은 프로세서(11100)에 의해 제어될 수 있다.
주변장치 인터페이스(11300)는 컴퓨팅장치(11000)의 입력 및/또는 출력 주변장치를 프로세서(11100) 및 메모리 (11200)에 결합시킬 수 있다. 프로세서(11100)는 메모리(11200)에 저장된 소프트웨어 모듈 또는 명령어 집합을 실행하여 컴퓨팅장치(11000)을 위한 다양한 기능을 수행하고 데이터를 처리할 수 있다.
입/출력 서브시스템은 다양한 입/출력 주변장치들을 주변장치 인터페이스(11300)에 결합시킬 수 있다. 예를 들어, 입/출력 서브시스템은 모니터나 키보드, 마우스, 프린터 또는 필요에 따라 터치스크린이나 센서 등의 주변장치를 주변장치 인터페이스(11300)에 결합시키기 위한 컨트롤러를 포함할 수 있다. 다른 측면에 따르면, 입/출력 주변장치들은 입/출력 서브시스템을 거치지 않고 주변장치 인터페이스(11300)에 결합될 수도 있다.
전력 회로(11500)는 단말기의 컴포넌트의 전부 또는 일부로 전력을 공급할 수 있다. 예를 들어 전력 회로(11500)는 전력 관리 시스템, 배터리나 교류(AC) 등과 같은 하나 이상의 전원, 충전 시스템, 전력 실패 감지 회로(power failure detection circuit), 전력 변환기나 인버터, 전력 상태 표시자 또는 전력 생성, 관리, 분배를 위한 임의의 다른 컴포넌트들을 포함할 수 있다.
통신 회로(11600)는 적어도 하나의 외부 포트를 이용하여 다른 컴퓨팅장치와 통신을 가능하게 할 수 있다.
또는 상술한 바와 같이 필요에 따라 통신 회로(11600)는 RF 회로를 포함하여 전자기 신호(electromagnetic signal)라고도 알려진 RF 신호를 송수신함으로써, 다른 컴퓨팅장치와 통신을 가능하게 할 수도 있다.
이러한 도 8의 실시예는, 컴퓨팅장치(11000)의 일례일 뿐이고, 컴퓨팅장치(11000)는 도 8에 도시된 일부 컴포넌트가 생략되거나, 도 8에 도시되지 않은 추가의 컴포넌트를 더 구비하거나, 2개 이상의 컴포넌트를 결합시키는 구성 또는 배치를 가질 수 있다. 예를 들어, 모바일 환경의 통신 단말을 위한 컴퓨팅장치는 도 8에 도시된 컴포넌트들 외에도, 터치스크린이나 센서 등을 더 포함할 수도 있으며, 통신 회로(11600)에 다양한 통신방식(WiFi, 3G, LTE, Bluetooth, NFC, Zigbee 등)의 RF 통신을 위한 회로가 포함될 수도 있다. 컴퓨팅장치(11000)에 포함 가능한 컴포넌트들은 하나 이상의 신호 처리 또는 어플리케이션에 특화된 집적 회로를 포함하는 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어 양자의 조합으로 구현될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 방법들은 다양한 컴퓨팅장치를 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령(instruction) 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 특히, 본 실시예에 따른 프로그램은 PC 기반의 프로그램 또는 모바일 단말 전용의 어플리케이션으로 구성될 수 있다. 본 발명이 적용되는 어플리케이션은 파일 배포 시스템이 제공하는 파일을 통해 컴퓨팅장치(11000)에 설치될 수 있다. 일 예로, 파일 배포 시스템은 컴퓨팅장치(11000)의 요청에 따라 상기 파일을 전송하는 파일 전송부(미도시)를 포함할 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 어플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로 (collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨팅장치 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 스마트중앙제어분석시스템은 하수처리시설에 이미 구축되어 있는 하수처리 설비, 센서모듈 및 자동제어부 등의 교체없이 기존의 자동제어부로부터 수신한 정보들을 사용하여 전력효율지수 및 유입성상정보를 산출하여 사용자에게 제공할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전력효율지수산출단계는 시간단위 동안 오염물을 처리하기 위해 사용된 전력량을 시간단위 동안 유입된 하수의 유량 및 오염물의 처리량을 곱한 값으로 나눈 값을 전력효율지수로 산출하여 사용자에게 제공하므로, 사용자는 전력효율지수를 통해 직관적으로 해당 하수처리시설의 전력효율을 인식할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전력효율지수는 BOD에 대한 제1세부전력효율지수, COD에 대한 제2세부전력효율지수, 총질소에 대한 제3세부전력효율지수, 총인에 대한 제4세부전력효율지수 및 제5세부전력효율지수를 포함하므로, 사용자가 하수에 포함된 세부적인 오염물을 처리하는데 사용되는 전력의 효율성을 인지할 수 있도록 하는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전력효율지수인터페이스에 포함되는 전력효율지수표시영역에 표시되는 복수의 등급표시선은 해당 하수처리시설의 규모 및 하수처리공법과 유사한 복수의 타 하수처리시설의 전력효율지수에 따라 세로축 상에서의 위치가 결정되므로, 사용자가 동일한 규모를 갖고, 동일한 공법을 사용하는 복수의 타 하수처리시설과 비교하여 해당 하수처리장의 전력량 사용에 대한 효율성을 가늠할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 유입성상분석단계는 목적함수를 포함하는 유입성상분석모델을 사용하여 하수처리시설로 유입되는 하수의 성분을 분석하므로, 성분을 분석하기 위한 별도의 장치 또는 설비를 요구하지 않고, 별도의 장치 또는 설비를 사용하여 하수의 성분을 분석하는 것과 비교하여 신속하게 하수의 성분을 분석할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (8)

  1. 하수처리시설을 관리하기 위한 스마트중앙제어분석시스템으로서,
    상기 하수처리시설은, 상기 하수처리시설에 설치된 복수의 설비 및 복수의 센서모듈 각각으로부터 상태정보 및 센싱정보를 수신하는 자동제어부가 구비되어 있고,
    상기 스마트중앙제어분석시스템은,
    상기 자동제어부로부터 수신한 복수의 상태정보 및 복수의 센싱정보 각각을 정규화하고, 정규화된 복수의 상태정보 및 정규화된 복수의 센싱정보 각각을 기설정된 복수의 유형별로 분류하여 저장하는 데이터수집가공부; 및
    상기 데이터수집가공부로부터 수신한 상기 정규화된 복수의 상태정보 및 상기 정규화된 복수의 센싱정보에 기초하여, 상기 하수처리시설에서 하수처리에 사용되는 전력에 대한 전력효율지수를 산출하는 전력효율지수산출단계 및
    상기 데이터수집가공부로부터 수신한 상기 정규화된 복수의 센싱정보 및 상기 스마트중앙제어분석시스템에 저장되어 있는 유입성상분석모델에 기초하여 상기 하수처리시설에 실시간으로 유입되는 하수에 포함된 유기물의 종류별 비중에 대한 유입성상정보를 산출하는 유입성상분석단계를 수행하는 데이터분석부;를 포함하고,
    상기 전력효율지수산출단계는, 상기 스마트중앙제어분석시스템에 포함된 디스플레이 상에 산출된 상기 전력효율지수가 표시되는 전력효율지수인터페이스를 제공하는 단계를 포함하고,
    상기 전력효율지수인터페이스는,
    복수의 시간단위 각각이 시계열 순으로 표시되는 가로축 및 전력효율지수의 크기들이 표시되는 세로축으로 구성된 그래프 상에서, 복수의 시간단위 각각에 대한 복수의 전력효율지수가 표시되고, 전력효율지수의 등급을 표시하는 복수의 등급표시선 각각이 상기 세로축 상의 소정의 위치에서 상기 세로축과 수직한 방향으로 표시되는 전력효율지수표시영역;을 포함하고,
    상기 전력효율지수표시영역에 표시되는 상기 세로축 상에서의 상기 복수의 등급표시선 각각의 위치는,
    상기 하수처리시설의 규모 및 하수처리공법과 유사한 복수의 타 하수처리시설에 대한 복수의 전력효율지수의 크기에 대한 범위를 기설정된 구간으로 구분하여 결정된 값에 따라 결정되고,
    상기 유입성상분석모델은,
    상기 하수처리시설로 실시간으로 유입되는 하수에 대한 복수의 오염물 각각에 대하여, 각각의 오염물의 예측값을 산출하기 위한 복수의 변수를 가변하여, 상기 복수의 오염물 각각에 대한 예측값 및 측정값의 오차의 합을 최소화하는 것으로 정의되는 목적함수를 포함하고,
    상기 유입성상분석단계는,
    상기 목적함수를 사용하여 상기 복수의 변수에 대한 값을 산출하고, 산출된 상기 복수의 변수에 대한 값에 기초하여 유입성상정보를 산출하는, 스마트중앙제어분석시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전력효율지수산출단계는,
    기설정된 시간단위 동안 상기 하수처리시설에서 오염물을 처리하기 위해 사용된 전력량을 상기 시간단위 동안 상기 하수처리시설로 유입된 하수의 유량 또는 상기 시간단위 동안 상기 하수처리시설에서 처리한 오염물의 처리량으로 나눈 값을 상기 전력효율지수로 산출하는, 스마트중앙제어분석시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 전력효율지수는,
    생물학적 산소요구량(Biological Oxygen Demand, BOD)을 처리 또는 제거시키는데 사용되는 전력량에 대한 제1세부전력효율지수;
    화학적 산소요구량(Chemical Oxygen Demand, COD)을 처리 또는 제거시키는데 사용되는 전력량에 대한 제2세부전력효율지수;
    총질소(Total Nitrogen, TN)를 처리 또는 제거시키는데 사용되는 전력량에 대한 제3세부전력효율지수;
    총인(Total Phosphorus, TP)을 처리 또는 제거시키는데 사용되는 전력량에 대한 제4세부전력효율지수; 및
    상기 유입된 하수를 처리하는데 사용되는 전력량에 대한 제5세부전력효율지수;를 포함하는, 스마트중앙제어분석시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 전력효율지수인터페이스는,
    상기 하수처리시설로 유입된 하수에 포함된 오염물의 농도가 표시되는 오염물농도표시영역;을 더 포함하는, 스마트중앙제어분석시스템.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 목적함수에서 고려하는 복수의 오염물은,
    생물학적 산소요구량(BOD), 총부유물질(TSS), 총질소(TN) 및 총인(TP)을 포함하는, 스마트중앙제어분석시스템.
  8. 스마트중앙제어분석시스템에서 수행하는 하수처리시설을 관리하기 위한 방법으로서,
    상기 하수처리시설은, 상기 하수처리시설에 설치된 복수의 설비 및 복수의 센서모듈 각각으로부터 상태정보 및 센싱정보를 수신하는 자동제어부가 구비되어 있고,
    상기 하수처리시설을 관리하기 위한 방법은,
    상기 자동제어부로부터 수신한 복수의 상태정보 및 복수의 센싱정보 각각을 정규화하고, 정규화된 복수의 상태정보 및 정규화된 복수의 센싱정보 각각을 기설정된 복수의 유형별로 분류하여 저장하는 데이터수집가공단계; 및
    상기 데이터수집가공단계로부터 수신한 상기 정규화된 복수의 상태정보 및 상기 정규화된 복수의 센싱정보에 기초하여, 상기 하수처리시설에서 하수처리에 사용되는 전력에 대한 전력효율지수를 산출하는 전력효율지수산출단계 및
    상기 데이터수집가공단계로부터 수신한 상기 정규화된 복수의 센싱정보 및 상기 스마트중앙제어분석시스템에 저장되어 있는 유입성상분석모델에 기초하여 상기 하수처리시설에 실시간으로 유입되는 하수에 포함된 유기물의 종류별 비중에 대한 유입성상정보를 산출하는 유입성상분석단계를 포함하는 데이터분석단계;를 포함하고,
    상기 전력효율지수산출단계는, 상기 스마트중앙제어분석시스템에 포함된 디스플레이 상에 산출된 상기 전력효율지수가 표시되는 전력효율지수인터페이스를 제공하는 단계를 포함하고,
    상기 전력효율지수인터페이스는,
    복수의 시간단위 각각이 시계열 순으로 표시되는 가로축 및 전력효율지수의 크기들이 표시되는 세로축으로 구성된 그래프 상에서, 복수의 시간단위 각각에 대한 복수의 전력효율지수가 표시되고, 전력효율지수의 등급을 표시하는 복수의 등급표시선 각각이 상기 세로축 상의 소정의 위치에서 상기 세로축과 수직한 방향으로 표시되는 전력효율지수표시영역;을 포함하고,
    상기 전력효율지수표시영역에 표시되는 상기 세로축 상에서의 상기 복수의 등급표시선 각각의 위치는,
    상기 하수처리시설의 규모 및 하수처리공법과 유사한 복수의 타 하수처리시설에 대한 복수의 전력효율지수의 크기에 대한 범위를 기설정된 구간으로 구분하여 결정된 값에 따라 결정되고,
    상기 유입성상분석모델은,
    상기 하수처리시설로 실시간으로 유입되는 하수에 대한 복수의 오염물 각각에 대하여, 각각의 오염물의 예측값을 산출하기 위한 복수의 변수를 가변하여, 상기 복수의 오염물 각각에 대한 예측값 및 측정값의 오차의 합을 최소화하는 것으로 정의되는 목적함수를 포함하고,
    상기 유입성상분석단계는,
    상기 목적함수를 사용하여 상기 복수의 변수에 대한 값을 산출하고, 산출된 상기 복수의 변수에 대한 값에 기초하여 유입성상정보를 산출하는, 하수처리시설을 관리하기 위한 방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117035514A (zh) * 2023-08-08 2023-11-10 上海东振环保工程技术有限公司 一种基于云平台的污水处理综合管控系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101016394B1 (ko) 2010-09-03 2011-02-21 (주)모어엠 급속 미생물 호흡률 측정장치와 에스에스, 이시 측정기가 결합한 실시간 하수처리장 유입하수 성분분석 장치
JP2012141712A (ja) * 2010-12-28 2012-07-26 Toshiba Corp プロセス監視診断装置
KR102325991B1 (ko) * 2021-08-04 2021-11-15 산일전기 주식회사 하수 및 폐수처리시설 설비 지능형 자산관리 시스템 및 이를 이용한 운영방법
KR102334676B1 (ko) * 2020-11-26 2021-12-06 한국산업기술시험원 하수 및 폐수 처리 공정에 이용되는 폭기 장치의 에너지성능효율 평가 방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101016394B1 (ko) 2010-09-03 2011-02-21 (주)모어엠 급속 미생물 호흡률 측정장치와 에스에스, 이시 측정기가 결합한 실시간 하수처리장 유입하수 성분분석 장치
JP2012141712A (ja) * 2010-12-28 2012-07-26 Toshiba Corp プロセス監視診断装置
KR102334676B1 (ko) * 2020-11-26 2021-12-06 한국산업기술시험원 하수 및 폐수 처리 공정에 이용되는 폭기 장치의 에너지성능효율 평가 방법
KR102325991B1 (ko) * 2021-08-04 2021-11-15 산일전기 주식회사 하수 및 폐수처리시설 설비 지능형 자산관리 시스템 및 이를 이용한 운영방법

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Kim Byung‑gun y 3 personas más. 'Predicción de las propiedades del influente de la planta de tratamiento de aguas residuales usando un modelo de series de tiempo'. The Journal of Water and Sewerage of the Korean Society of Water and Sewerage, Vol. 21, No. 6, 2007.11., pp.701-707 *
김병군 외 3명. '시계열모델을 이용한 하수처리장 유입수 성상 예측'. 대한상하수도학회 상하수도학회지 제21권 제6호, 2007.11., pp.701-707. 1부.*

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117035514A (zh) * 2023-08-08 2023-11-10 上海东振环保工程技术有限公司 一种基于云平台的污水处理综合管控系统
CN117035514B (zh) * 2023-08-08 2024-04-12 上海东振环保工程技术有限公司 一种基于云平台的污水处理综合管控系统

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