KR102448724B1 - 디지털트윈 기반의 스마트시티 공급자원 ai 제어 시스템 - Google Patents
디지털트윈 기반의 스마트시티 공급자원 ai 제어 시스템 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 디지털트윈 기반의 스마트시티 공급자원 AI 제어 시스템에 관한 것으로, 저장자원정보, 공급자원정보 및 수요자원정보를 제공하는 자원설비장치; 상기 제공되는 저장자원정보, 공급자원정보 및 수요자원정보를 데이터베이스화하여 저장하는 데이터수집장치; 상기 저장자원정보, 공급자원정보 및 수요자원정보를 제공받아 디지털트윈 기반으로 시각화하여 제공하고, 자원예측 요청에 따라 인공지능(AI) 알고리즘을 통해 상기 저장자원정보, 공급자원정보 및 수요자원정보를 처리하여 수요예측 및 공급예측을 수행한 후 상기 디지털트윈 기반으로 시각화하여 제공하는 공급자원제어장치; 및 상기 공급자원제어장치에 상기 자원예측을 요청하고, 상기 공급자원제어장치로부터 제공되는 시각화데이터를 디스플레이하는 관리자단말기;를 포함함으로써, 디지털트윈을 기반으로 스마트시티의 자원을 효율적으로 사용하기 위해 스마트시티 내 공급자원과 수요 자원을 모니터링할 수 있을 뿐만 아니라, 스마트시티의 각 자원을 통합적으로 관리할 수 있다.
Description
본 발명은 디지털트윈을 기반으로 스마트시티의 자원을 효율적으로 사용하기 위해 스마트시티 내 공급자원과 수요 자원을 모니터링할 수 있을 뿐만 아니라, 스마트시티의 각 자원을 통합적으로 관리할 수 있는 디지털트윈 기반의 스마트시티 공급자원 AI 제어 시스템에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이, IT(information technologies) 기술은 유무선 환경에서 모두 사용되고 있으며, 디지털 컨버젼스 현상과 더불어, 유비쿼터스(ubiquitous)화 양상을 보이고 있는데, 유비쿼터스 컴퓨팅은 실세계의 각종 사물과 환경 전반에 컴퓨터를 장착하되 사용자에게 컴퓨터의 겉모습이 드러나지 않도록 환경 내에 효과적으로 심어지고 융합될 수 있도록 하는 것을 의미한다.
이러한 유비쿼터스 세상은 컴퓨팅(computing), 커뮤니케이션(communication), 접속(connectivity), 콘텐츠(contents), 조용함(calm) 등 5C의 5Any화(anytime, anywhere, anynetwork, anydevice, anyservice)를 지향하는데, 이를 도시 전체에 적용하여 인간의 생활문화를 한층 더 향상시킬 수 있는 유비쿼터스 도시(U-City) 또는 스마트시티(smart city)가 제안되고 있다.
상술한 바와 같은 스마트시티는 생활의 편의를 위하여 방범, 방재, U-GIS(geographic information system), 공공시설물 관리, 환경감시, 도로 관리, 교통 관리, 치안 등의 공공서비스를 제공할 수 있다.
한편, 디지털 트윈은 일정한 설비 또는 영역 상의 객체를 가상으로 복제하여 가상의 공간에서 해당 설비 또는 영역의 동작 등을 가상으로 구현하도록 하는 기술을 의미하는데, 설비 및 영역의 객체들의 동작을 현실에서와 거의 동일한 조건에서 가상 구현하고, 이를 통해 설비 및 영역에서 발생할 수 있는 이슈들에 대한 예측 및 이에 대한 대응 방안을 연구하기 위하여 사용될 수 있다.
특히, 재난 발생, 전력 수요 예측 등의 분야에 있어서 디지털 트윈은 관리단에서 발생할 수 있는 재난 및 전력 수요에 효과적으로 대응하기 위해서 이를 가상으로 구현하는 방식으로 주로 사용되고 있다.
상술한 바와 같은 스마트시티에서는 디지털트윈 기반으로 공급자원 제어를 위한 시스템을 구축하여 전력, 열(예를 들면, 난방, 온수 등) 등의 각 자원을 효율적으로 관리하기 위한 다양한 시스템이 연구 개발되고 있다.
본 발명은 디지털트윈을 기반으로 스마트시티의 자원을 효율적으로 사용하기 위해 스마트시티 내 공급자원과 수요 자원을 모니터링할 수 있을 뿐만 아니라, 스마트시티의 각 자원을 통합적으로 관리할 수 있는 디지털트윈 기반의 스마트시티 공급자원 AI 제어 시스템을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 인공지능(AI)을 이용하여 에너지자원의 수요, 공급 및 제어량에 대한 예측을 수행하고, 이 예측 정보를 디지털트윈 기반으로 시각화하여 제공함으로써, 스마트시티의 각 자원에 대한 에너지흐름을 쉽게 파악할 수 있는 디지털트윈 기반의 스마트시티 공급자원 AI 제어 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예들의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 저장자원정보, 공급자원정보 및 수요자원정보를 제공하는 자원설비장치; 상기 제공되는 저장자원정보, 공급자원정보 및 수요자원정보를 데이터베이스화하여 저장하는 데이터수집장치; 상기 저장자원정보, 공급자원정보 및 수요자원정보를 제공받아 디지털트윈 기반으로 시각화하여 제공하고, 자원예측 요청에 따라 인공지능(AI) 알고리즘을 통해 상기 저장자원정보, 공급자원정보 및 수요자원정보를 처리하여 수요예측 및 공급예측을 수행한 후 상기 디지털트윈 기반으로 시각화하여 제공하는 공급자원제어장치; 및 상기 공급자원제어장치에 상기 자원예측을 요청하고, 상기 공급자원제어장치로부터 제공되는 시각화데이터를 디스플레이하는 관리자단말기;를 포함하는 디지털트윈 기반의 스마트시티 공급자원 AI 제어 시스템이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 공급자원제어장치는, 상기 관리자단말기 및 데이터수집장치와의 각 통신 환경을 제공하며, 상기 데이터수집장치로부터 상기 저장자원정보, 공급자원정보 및 수요자원정보를 수신하는 제 2 통신모듈부; 상기 제 2 통신모듈부를 통해 수신되는 상기 저장자원정보, 공급자원정보 및 수요자원정보를 실시간으로 처리하여 제공하는 실시간데이터처리부; 기 설정된 예측시간주기, 또는 상기 관리자단말기로부터의 자원예측 요청에 따라 상기 인공지능 알고리즘을 통해 수요예측 및 공급예측을 수행하는 인공지능모듈부; 및 스마트시티자원제어모델을 구축하여 상기 실시간데이터처리부를 통해 제공되는 상기 저장자원정보, 공급자원정보 및 수요자원정보를 시각화하여 제공하고, 상기 인공지능모듈부를 통해 수행되는 상기 수요예측 및 공급예측을 시각화하여 제공하는 디지털트윈모듈부;를 포함하는 디지털트윈 기반의 스마트시티 공급자원 AI 제어 시스템이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 공급자원제어장치는, 날씨입력정보, 수요입력정보 및 공급입력정보가 입력될 경우 상기 관리자단말기의 자원예측 요청에 따라 상기 인공지능모듈부에서 상기 인공지능 알고리즘을 이용하여 상기 수요예측 및 공급예측을 수행하고, 공급자원제어예측을 추가로 수행하며, 상기 관리자단말기의 요청에 따라 상기 디지털트윈모듈부에서 상기 수요예측, 공급예측 및 공급자원제어예측 중 적어도 하나를 상기 스마트시티자원제어모델에 시각화하여 제공하는 디지털트윈 기반의 스마트시티 공급자원 AI 제어 시스템이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 공급자원제어장치는, 발행 구독(publish-subscribe) 기반으로 하는 메시지 송수신 프로토콜인 MQTT(message queueing telemetry transport) 프로토콜 및 KAFKA 프로코콜을 지원하는 디지털트윈 기반의 스마트시티 공급자원 AI 제어 시스템이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 데이터수집장치는, 상기 자원설비장치의 데이터 수집을 위한 인터페이스를 제공하는 제 1 통신모듈부; 상기 자원설비장치로부터 상기 저장자원정보, 공급자원정보 및 수요자원정보를 수집하는 데이터수집부; 및 수집된 상기 저장자원정보, 공급자원정보 및 수요자원정보를 저장하는 자원정보데이터베이스;를 포함하는 디지털트윈 기반의 스마트시티 공급자원 AI 제어 시스템이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 자원정보데이터베이스는, 상기 저장자원정보, 공급자원정보 및 수요자원정보에 대한 구조적 데이터를 저장하는 제 1 자원정보데이터베이스; 및 상기 저장자원정보, 공급자원정보 및 수요자원정보에 대한 시계열 데이터를 저장하는 제 2 자원정보데이터베이스;를 포함하는 디지털트윈 기반의 스마트시티 공급자원 AI 제어 시스템이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 자원정보데이터베이스는, 상기 제 1 자원정보데이터베이스로 관계형 데이터베이스인 MariaDB를 이용하고, 상기 제 2 자원정보데이터베이스로 시계열 데이터베이스인 InfluxDB를 이용하는 디지털트윈 기반의 스마트시티 공급자원 AI 제어 시스템이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 자원설비장치는, ESS(energy storage system), TES(thermal energy storage), 히트펌프 및 축열조 중에서 선택된 적어도 하나의 저장자원을 포함하고, 상기 저장자원에 대응하여 상기 저장자원정보를 제공하는 디지털트윈 기반의 스마트시티 공급자원 AI 제어 시스템이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 자원설비장치는, 태양광, 풍력, 태양열 및 연료전지 중에서 선택된 적어도 하나의 공급자원을 포함하고, 상기 공급자원에 대응하여 상기 공급자원정보를 제공하는 디지털트윈 기반의 스마트시티 공급자원 AI 제어 시스템이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 자원설비장치는, 상업건물, 공장건물, 주거건물 및 교육건물 중에서 선택된 적어도 하나의 수요자원을 포함하고, 상기 수요자원에 대응하여 상기 수요자원정보를 제공하는 디지털트윈 기반의 스마트시티 공급자원 AI 제어 시스템이 제공될 수 있다.
본 발명은 디지털트윈을 기반으로 스마트시티의 자원을 효율적으로 사용하기 위해 스마트시티 내 공급자원과 수요 자원을 모니터링할 수 있을 뿐만 아니라, 스마트시티의 각 자원을 통합적으로 관리할 수 있다.
또한, 본 발명은 인공지능(AI)을 이용하여 에너지자원의 수요, 공급 및 제어량에 한 예측을 수행하고, 이 예측 정보를 디지털트윈 기반으로 시각화하여 제공함으로써, 스마트시티의 각 자원에 대한 에너지흐름을 쉽게 파악할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 디지털트윈 기반의 스마트시티 공급자원 AI 제어 시스템의 블록구성도이고,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 디지털트윈 기반의 스마트시티 공급자원 AI 제어 시스템을 개념적으로 도시한 도면이며,
도 3 내지 도 15는 본 발명의 실시예에 따른 디지털트윈 기반의 스마트시티 공급자원 AI 제어 시스템에서 디지털트윈 기반으로 구축한 스마트시티모델을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 디지털트윈 기반의 스마트시티 공급자원 AI 제어 시스템을 개념적으로 도시한 도면이며,
도 3 내지 도 15는 본 발명의 실시예에 따른 디지털트윈 기반의 스마트시티 공급자원 AI 제어 시스템에서 디지털트윈 기반으로 구축한 스마트시티모델을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 실시예들에 대한 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 디지털트윈 기반의 스마트시티 공급자원 AI 제어 시스템의 블록구성도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 디지털트윈 기반의 스마트시티 공급자원 AI 제어 시스템을 개념적으로 도시한 도면이며, 도 3 내지 도 15는 본 발명의 실시예에 따른 디지털트윈 기반의 스마트시티 공급자원 AI 제어 시스템에서 디지털트윈 기반으로 구축한 스마트시티모델을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 15를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 디지털트윈 기반의 스마트시티 공급자원 AI 제어 시스템은 자원설비장치(100), 데이터수집장치(200), 공급자원제어장치(300), 관리자단말기(400) 등을 포함할 수 있다.
자원설비장치(100)는 저장자원정보, 공급자원정보 및 수요자원정보를 제공하는 장치로, 저장자원, 공급자원, 수요자원 등을 포함할 수 있다.
여기에서, 저장자원은 예를 들면, ESS(energy storage system), TES(thermal energy storage), 히트펌프 및 축열조 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있고, 이러한 저장자원에 대응하여 예를 들면, 자원명, 현재상태, 저장용량, 충방전량, 누적량 등을 포함하는 저장자원정보를 제공할 수 있다.
그리고, 공급자원은 예를 들면, 태양광(PV : photovoltaics), 풍력, 태양열 및 연료전지 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있고, 이러한 공급자원에 대응하여 예를 들면, 자원명, 현재상태, 발전용량, 에너지공급량 등을 포함하는 공급자원정보를 제공할 수 있다.
또한, 수요자원은 예를 들면, 상업건물, 공장건물, 주거건물 및 교육건물 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있고, 이러한 수요자원에 대응하여 예를 들면, 자원명, 주소(위치), 면적, 크기, 층수, 난방방식, 계약전력, 완공날짜 등을 포함하는 수요자원정보를 제공할 수 있다.
데이터수집장치(200)는 자원설비장치(100)로부터 제공되는 저장자원정보, 공급자원정보 및 수요자원정보를 데이터베이스화하여 저장하는 장치로, 제 1 통신모듈부(210), 데이터수집부(220), 자원정보데이터베이스(230) 등을 포함할 수 있다.
여기에서, 제 1 통신모듈부(210)는 자원설비장치(100)의 데이터 수집을 위한 인터페이스를 제공할 수 있고, 데이터수집부(220)는 자원설비장치(100)로부터 저장자원정보, 공급자원정보 및 수요자원정보를 수집할 수 있으며, 자원정보데이터베이스(230)에 수집된 상기 저장자원정보, 공급자원정보 및 수요자원정보를 데이터베이스화하여 저장할 수 있다.
여기에서, 자원정보데이터베이스(231)는 저장자원정보, 공급자원정보 및 수요자원정보에 대한 구조적 데이터를 저장하는 제 1 자원정보데이터베이스와, 저장자원정보, 공급자원정보 및 수요자원정보에 대한 시계열 데이터를 저장하는 제 2 자원정보데이터베이스를 포함할 수 있는데, 제 1 자원정보데이터베이스로 관계형 데이터베이스인 MariaDB를 이용할 수 있고, 제 2 자원정보데이터베이스로 시계열 데이터베이스인 InfluxDB를 이용할 수 있다.
여기에서, MariaDB는 MySQL의 소스코드를 이용하여 개발된 오픈소스 관계형데이터베이스(RDBMS : relational database management system)를 의미하고, InfluxDB는 많은 쓰기 작업과 쿼리 부하를 처리하기 위해 Go 언어로 개발된 오픈소스 시계열 데이터베이스(TSDB : time series database)를 의미한다.
한편, 데이터수집장치(200)는 데이터수집부(220)와 자원정보데이터베이스(230) 간의 내부 시스템 데이터통로로 레디스(Radis : remote dictionary server)를 구비할 수 있는데, 이는 메모리 기반의 데이터저장소로 제공될 수 있으며, 캐시 방식으로 데이터베이스리드(DB read)의 부하를 감소시킬 수 있고, 성능 및 처리속도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
공급자원제어장치(300)는 자원설비장치(100) 또는 데이터수집장치(200)로부터 저장자원정보, 공급자원정보 및 수요자원정보를 제공받아 디지털트윈 기반으로 시각화하여 제공하고, 자원예측 요청에 따라 인공지능(AI) 알고리즘을 통해 저장자원정보, 공급자원정보 및 수요자원정보를 처리하여 수요예측 및 공급예측을 수행한 후 디지털트윈 기반으로 시각화하여 제공할 수 있다.
그리고, 공급자원제어장치(300)는 제로에너지시티를 목적으로 효율적 에너지 사용을 위해 스마트시티 내의 공급자원 및 수요자원을 모니터링할 수 있고, 인공지능(AI) 알고리즘을 이용하여 공급자원을 제어할 수 있다.
이러한 공급자원제어장치(300)는 데이터수집장치(200)를 통해 수집된 저장자원정보, 공급자원정보 및 수요자원정보를 실시간으로 수신하여 실시간 데이터 모니터링을 수행할 수 있고, 데이터수집장치(200)에 데이터베이스화되어 저장된 이전 저장자원정보, 공급자원정보 및 수요자원정보를 조회 및 분석할 수 있으며, 인공지능(AI) 알고리즘을 이용하여 수요자원예측 및 공급자원예측을 수행할 수 있고, 공급자원제어예측을 수행하는 최적 제어 시뮬레이션을 수행할 수 있으며, 관리자단말기(400)로부터의 요청에 따라 공급자원에 대한 직접 제어를 수행할 수 있다.
상술한 바와 같은 공급자원제어장치(300)는 제 2 통신모듈부(310), 실시간데이터처리부(320), 인공지능모듈부(330), 디지털트윈모듈부(340) 등을 포함할 수 있다.
여기에서, 제 2 통신모듈부(310)는 관리자단말기(400) 및 데이터수집장치(200)와의 각 통신 환경을 제공하며, 데이터수집장치(200)로부터 저장자원정보, 공급자원정보 및 수요자원정보를 수신할 수 있다.
그리고, 실시간데이터처리부(320)는 제 2 통신모듈부(310)를 통해 수신되는 저장자원정보, 공급자원정보 및 수요자원정보를 실시간으로 처리하여 제공할 수 있다.
또한, 인공지능모듈부(330)는 기 설정된 예측시간주기, 또는 관리자단말기(400)로부터의 자원예측 요청에 따라 인공지능 알고리즘을 통해 수요예측 및 공급예측을 수행할 수 있다.
한편, 디지털트윈모듈부(340)는 스마트시티자원제어모델을 구축하여 실시간데이터처리부(320)를 통해 제공되는 저장자원정보, 공급자원정보 및 수요자원정보를 시각화하여 제공하고, 인공지능모듈부(330)를 통해 수행되는 수요예측 및 공급예측을 시각화하여 제공할 수 있다.
상술한 바와 같은 상기 공급자원제어장치(300)는 날씨입력정보, 수요입력정보 및 공급입력정보가 입력될 경우 관리자단말기(400)의 자원예측 요청에 따라 인공지능모듈부(330)에서 인공지능 알고리즘을 이용하여 수요예측 및 공급예측을 수행하고, 공급자원제어예측을 추가로 수행하며, 관리자단말기(400)의 요청에 따라 디지털트윈모듈부(340)에서 수요예측, 공급예측 및 공급자원제어예측 중 적어도 하나를 스마트시티자원제어모델에 시각화하여 제공할 수 있다.
예를 들면, 인공지능모듈부(330)는 기 설정된 예측시간주기(예를 들면, 15분 등)별로 설정된 시간스케줄러를 이용하여 예측알고리즘을 실행할 수 있으며, 기 설정된 출력시간주기(예를 들면, 24시간 등)에 따라 해당 시간(즉, 하루)의 전체스케줄을 출력할 수 있으며, 이를 내부저장매체(예를 들면, 메모리 등)에 저장할 수 있다.
그리고, 인공지능모듈부(330)는 디지털트윈모듈부(340)를 통해 전달되는 날씨입력정보, 수요입력정보 및 공급입력정보를 이용하여 수요자원예측 및 공급자원예측을 수행할 수 있고, 다음날 환경과 설정값에 따라 최적의 공급제어자원예측을 수행하여 예측스케줄을 저장할 수 있다.
여기에서, 인공지능 알고리즘은 강화학습 기반의 최적 알고리즘인 RNN(recurrent neural network) 등을 사용할 수 있는데, RNN은 입력과 출력을 시퀀스 단위로 처리하는 순환신경망을 의미하며, RNN 중에서 LSTM(long-short-term memory models)을 사용함으로서, 최적화된 자원예측을 수행할 수 있다.
한편, 디지털트윈모듈부(340)는 시각화된 스마트시티자원제어모델에서 관리자단말기(400)로부터 수요예측, 공급예측 및 공급자원제어예측 중 적어도 하나의 자원예측 요청과 함께 날씨입력정보, 수요입력정보 및 공급입력정보가 입력 및 전송될 경우 인공지능모듈부(330)로 해당 정보를 제공하면서 자원예측을 요청할 수 있다.
이러한 디지털트윈모듈부(340)는 관리자단말기(400)의 디스플레이기기에 각종 자원정보를 디스플레이할 수 있는 스마트시티자원제어모델을 구축 및 제공할 수 있는데, 구축된 스마트시티자원제어모델에서 메인 대시보드 화면을 통해 전기자원과 열자원에 대한 모니터링 및 실시간 에너지량을 디스플레이할 수 있다.
그리고, 디지털트윈모듈부(340)는 구축된 스마트시티자원제어모델에서 수요자원 및 공급자원의 에너지흐름을 도식화하여 직관적 유저인터페이스(UI)를 통해 고장 및 에러에 대한 상황을 즉각 디스플레이함으로써, 즉각적인 대응이 가능한 장점이 있다.
또한, 디지털트윈모듈부(340)는 구축된 스마트시티자원제어모델에서 예를 들면, ESS, DV, TES, 히트펌프, 축열조 등의 저장자원을 모니터링할 수 있고, 이에 대한 제어가 필요한 상황에서 관리자단말기(400)로 그 즉각제어알림을 출력할 수 있으며, 관리자단말기(400)로부터 전송되는 즉각제어신호에 따라 해당 저장자원을 제어하기 위해 자원설비장치(100)로 해당 즉각제어신호를 전송할 수 있다.
한편, 디지털트윈모듈부(340)는 구축된 스마트시티자원제어모델에서 데이터수집장치(200)의 자원정보데이터베이스(230)에 저장된 자원정보에 대해 조회, 추가, 수정, 삭제 등을 수행함으로써, 데이터수집장치(200)에 저장된 자원정보를 효율적으로 관리할 수 있다.
상술한 바와 같은 디지털트윈모듈부(340)를 통해 구축된 스마트시티자원제어모델의 사용자화면 및 운용 과정에 대해서는 관리자단말기(400)에서 설명한다.
한편, 상술한 바와 같은 공급자원제어장치(300)는 발행 구독(publish-subscribe) 기반으로 하는 메시지 송수신 프로토콜인 MQTT(message queueing telemetry transport) 프로토콜 및 KAFKA 프로코콜을 지원할 수 있다.
여기에서, MQTT 프로토콜은 작은 코드 공간이 필요하거나 네트워크 대역폭이 제한되는 원격통신을 위해, 혹은 대규모 트래픽 전송을 위해 만들어진 프로토콜로서, TCP/IP 프로토콜 위에서 동작할 수 있으며, 브로커와 연결을 요청하는 클라이언트는 소켓연결을 하여 상태를 유지할 수 있고, 라이브(live)라는 하트비트와 토픽(topic)에 발행되는 메시지를 통해 연결을 유지하고 메시지 송수신을 수행할 수 있다.
그리고, KAFKA 프로코콜은 메시지저장소인 토픽(topic), 토픽에 메시지를 발행(저장)하는 프로듀서(producer), 토픽을 구독하고 발행된 메시지를 소비하는 컨슈머(consumer), 클러스터를 구성하는 서버인 브로커(broker) 등을 포함하며, TCP를 기반으로 바이너리 프로토콜을 사용할 수 있고, 하나의 브로커에 하나의 클라언트가 소켓 연결을 통해 네트워크를 유지할 수 있으며, 클라이언트는 논블로킹IO(non-blocking IO) 방식으로 요청 파이프라인을 구성함으로써 높은 처리량을 나타낼 수 있다.
관리자단말기(400)는 공급자원제어장치(300)에 자원예측을 요청하고, 공급자원제어장치(300)로부터 제공되는 시각화데이터를 디스플레이할 수 있다.
이러한 관리자단말기(400)는 공급자원제어장치(300)에 연동되어 디지털트윈 기반으로 구축된 스마트시티자원제어모델을 시각화하여 디스플레이할 수 있으며, 구축된 스마트시티자원제어모델을 통해 공급자원을 제어하기 위한 사용자인터페이스를 디스플레이할 수 있다.
예를 들면, 관리자단말기(400)에 디스플레이되는 스마트시티자원제어모델에서는 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이 홈화면을 통해 전기자원과 열자원을 분리하여 모니터링할 수 있는데, 사용자인터페이스의 최상부 메인메뉴상태바에서 메뉴선택을 통해 페이지를 이동할 수 있고, 전기 및 열 토글을 사용하여 현재 페이지에서 다른 화면으로 전환할 수 있으며, 현재 시간, 실시간 운영 상태 등을 디스플레이할 수 있다.
그리고, 스마트시티자원제어모델에서는 홈화면에서 지도탭 선택으로 도 3에 도시한 바와 같이 중앙부에 디스플레이되는 3D지도를 통해 자원들의 실시간 에너지정보의 제공과 기상정보 팝업으로 날씨에 따른 자원변화와 전체자립률을 확인할 수 있으며, 온도, 습도 등을 포함하는 기상 상태를 시간대별로 디스플레이할 수 있다.
또한, 스마트시티자원제어모델에서는 홈화면을 통해 도 4에 도시한 바와 같이 그래프탭에서 실시간탭과 예측탭으로 구분하고, 전기 및 열 토글 버튼을 통해 화면을 전환하여 오늘의 실시간 에너지 수요, 공급 및 제어값을 그래프로 디스플레이할 수 있고, 예측 에너지 수요, 공급 및 제어값(제어량)을 그래프로 디스플레이할 수 있다.
아울러, 스마트시티자원제어모델에서는 홈화면을 통해 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이 좌우측부에 전기자원 및 열자원 모니터링을 위한 패널에서 실시간데이터현황, 하루누적데이터현황 등을 디스플레이할 수 있으며, 실시간전력량과 실시간열량은 최대용량을 기준으로 실시간 초단 데이터를 표현하는 막대그래프로 표현할 수 있고, 전력량과 열량의 세부정보는 하루누적데이터로 디스플레이될 수 있다.
한편, 스마트시티자원제어모델에서는 도 5에 도시한 바와 같이 직관적 유저인터페이스(UI)로 제공되는 현황화면을 디스플레이할 수 있는데, 이러한 현황화면을 통해 좌측에 전기발전자원, 가운데에 수요자원, 우측에 열발열자원을 디스플레이하는 방식으로 도식화하여 한 눈에 열과 전기의 생산 및 소비 에너지흐름을 파악(즉, 현장이슈와 과부하상태 파악)할 수 있도록 디스플레이할 수 있다.
아울러, 도 5에 도시한 바와 같은 현황화면을 통해 각 자원의 옆에 하루 동안의 에너지흐름에 대한 그래프를 디스플레이하면서 그 상부에 마우스 커서가 위치할 경우 구체적인 상세수치를 디스플레이할 수 있는데, 하루 누적 그래프를 통해 하루 동안의 에너지 패턴을 쉽게 파악할 수 있고, 에너지수요량과 공급량이 0인 경우 비활성 아이콘을 사용하여 즉각적인 인식이 가능하도록 디스플레이될 수 있다.
또한, 스마트시티자원제어모델에서는 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같은 조회화면을 통해 실시간 조회와 알고리즘 조회를 전환하여 디스플레이할 수 있는데, 전기 및 열 토글 버튼으로 화면을 전환할 수 있고, 실시간탭에서 기간(예를 들면, 일, 주, 월 등), 자원조건 등을 선택하여 조회 버튼을 선택할 경우 이전 데이터가 그래프로 디스플레이되어 전체적인 변화 패턴을 파악할 수 있으며, 실시간탭의 그래프 하부에는 기간내의 총수요량, 총발전량 및 총제어량을 디스플레이할 수 있다.
그리고, 스마트시티자원제어모델에서는 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같은 조회화면을 통해 실제데이터, 예측데이터 및 스케줄데이터를 하나의 그래프를 통해 보여줌으로써, 데이터흐름을 쉽게 파악할 수 있는데, 도 7에 도시한 바와 같은 알고리즘탭에서 기간을 선택한 후, 조회 버튼을 선택할 경우 실제 운영데이터와 실시간으로 예측된 데이터와 하루단위로 스케줄 예측된 데이터를 조회하여 디스플레이할 수 있고, 체크박스를 통해 그래프를 숨기거나 나타나도록 전환할 수 있으며, 알고리즘탭의 그래프 하부에는 예를 들면, 수요, 공급, ESS 등을 포함하는 세 종류의 데이터를 선택하여 더 상세히 분석할 수 있도록 시간별로 표를 생성하여 디스플레이할 수 있다.
한편, 스마트시티자원제어모델에서는 시뮬레이션화면을 통해 실행탭에서 관리자가 선택할 수 있는 조건에 대해 CSV파일에서 데이터를 읽어 디스플레이된 그래프를 통해 날씨입력정보, 수요입력정보, 공급입력정보 등을 확인하고, 인공지능 알고리즘을 이용하여 자원예측을 선택할 경우 자원예측을 수행하도록 이 요청신호를 공급자원제어장치(300)의 인공지능모듈부(330)에 전송할 수 있다.
이에 따라, 공급자원제어장치(300)의 인공지능모듈부(330)에서 인공지능 알고리즘을 통해 자원예측이 수행될 경우 도 8 및 도 9에 도시한 바와 같은 시뮬레이션화면을 통해 상태가 운행에서 실행으로 전환되고, 자원예측이 완료될 경우 실행이 완료상태로 전환된 후 다시 운행태로 전환되는 방식으로 화면이 전환될 수 있으며, 조회탭에서 입력값 확인, 그래프 등을 통해 알고리즘 실행 결과를 디스플레이할 수 있다.
여기에서, 스마트시티자원제어모델에서는 도 10 내지 도 12에 도시한 바와 같은 시뮬레이션화면을 통해 알고리즘 실행 결과를 조회하는 조회 결과를 그래프, 디지털트윈3D모델, 표 등으로 시각화하여 디스플레이할 수 있으며, 도 10에 도시한 바와 같이 조회 결과를 그래프로 디스플레이하는 경우 상단의 수요량, 공급량, 순수발전량 등을 나타낸 그래프를 통해 에너지소비 및 발전패턴을 파악할 수 있고, 하단부에 디스플레이되는 공급제어량(충방전량)과 SOC 그래프를 통해 ESS에 구비된 배터리 잔존용량을 파악하여 에너지의 효율적 사용을 확인할 수 있다.
그리고, 도 11에 도시한 바와 같은 디지털트윈3D모델탭에서는 예를 들면, 하루동안의 데이터를 15분단위로 시뮬레이션한 결과를 디스플레이할 수 있다.
즉, 도 11에 도시한 바와 같이 조회 결과를 디지털트윈3D모델로 디스플레이하는 경우 하루를 예를 들면, 15분 단위로 구분하여 시뮬레이션할 수 있고, 우측에 마련된 시뮬레이션 컨트롤 패널을 통해 시뮬레이션 시간단위를 설정할 수 있으며, 일몰시간, 일출시간, 현재시뮬레이션시간 등을 확인할 수 있다.
또한, 도 12에 도시한 바와 같이 조회 결과를 표로 디스플레이하는 경우 하루를 예를 들면, 15분 단위로 구분하여 수요량, 공급량, 공급제어량(충방전량) 등의 수치값이 표시된 표로 생성하여 디스플레이할 수 있다.
한편, 스마트시티자원제어모델에서는 도 13 및 도 14에 도시한 바와 같이 저장자원에 대한 모니터링 및 관련정보를 디스플레이할 수 있는데, 예를 들면, ESS/열 화면에서 ESS, 축열조, 히트펌프 등의 현재상태를 모니터링할 수 있고, ESS패널에서 자물쇠를 클릭하여 잠금을 풀고 ESS의 모드와 충방전력을 입력한 후에 전송버튼을 선택하여 ESS에 제어신호를 전송 및 제어할 수 있으며, 축열조패널에서 자물쇠를 클릭하여 잠금을 풀고 히트펌프상태와 축방열량을 입력한 후에 전송버튼을 선택하여 축열조에 제어신호를 전송 및 제어할 수 있다.
상술한 바와 같은 스마트시티자원제어모델에서는 도 15에 도시한 바와 같은 기본정보화면을 통해 데이터수집장치(200)의 자원정보데이터베이스(230)에 저장된 저장자원정보, 수요자원정보 및 공급자원정보를 각각 타입별로 조회, 추가, 수정, 삭제 등을 수행할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 디지털트윈 기반의 스마트시티 공급자원 AI 제어 시스템을 제공함으로써, 디지털트윈을 기반으로 스마트시티의 자원을 효율적으로 사용하기 위해 스마트시티 내 공급자원과 수요 자원을 모니터링할 수 있을 뿐만 아니라, 스마트시티의 각 자원을 통합적으로 관리할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 디지털트윈 기반의 스마트시티 공급자원 AI 제어 시스템을 제공함으로써, 인공지능(AI)을 이용하여 에너지자원의 수요, 공급 및 제어량에 대한 예측을 수행하고, 이 예측 정보를 디지털트윈 기반으로 시각화하여 제공함으로써, 스마트시티의 각 자원에 대한 에너지흐름을 쉽게 파악할 수 있다.
이상의 설명에서는 본 발명의 다양한 실시예들을 제시하여 설명하였으나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함을 쉽게 알 수 있을 것이다.
100 : 자원설비장치
200 : 데이터수집장치
210 : 제 1 통신모듈부
220 : 데이터수집부
230 : 자원정보데이터베이스
300 : 공급자원제어장치
310 : 제 2 통신모듈부
320 : 실시간데이터처리부
330 : 인공지능모듈부
340 : 디지털트윈모듈부
400 : 관리자단말기
200 : 데이터수집장치
210 : 제 1 통신모듈부
220 : 데이터수집부
230 : 자원정보데이터베이스
300 : 공급자원제어장치
310 : 제 2 통신모듈부
320 : 실시간데이터처리부
330 : 인공지능모듈부
340 : 디지털트윈모듈부
400 : 관리자단말기
Claims (10)
- 저장자원정보, 공급자원정보 및 수요자원정보를 제공하는 자원설비장치;
상기 제공되는 저장자원정보, 공급자원정보 및 수요자원정보를 데이터베이스화하여 저장하는 데이터수집장치;
상기 저장자원정보, 공급자원정보 및 수요자원정보를 제공받아 디지털트윈 기반으로 시각화하여 제공하고, 자원예측 요청에 따라 인공지능(AI) 알고리즘을 통해 상기 저장자원정보, 공급자원정보 및 수요자원정보를 처리하여 수요예측 및 공급예측을 수행한 후 상기 디지털트윈 기반으로 시각화하여 제공하는 공급자원제어장치; 및
상기 공급자원제어장치에 상기 자원예측을 요청하고, 상기 공급자원제어장치로부터 제공되는 시각화데이터를 디스플레이하는 관리자단말기;를 포함하며,
상기 공급자원제어장치는,
상기 관리자단말기 및 데이터수집장치와의 각 통신 환경을 제공하며, 상기 데이터수집장치로부터 상기 저장자원정보, 공급자원정보 및 수요자원정보를 수신하는 제 2 통신모듈부;
상기 제 2 통신모듈부를 통해 수신되는 상기 저장자원정보, 공급자원정보 및 수요자원정보를 실시간으로 처리하여 제공하는 실시간데이터처리부;
기 설정된 예측시간주기, 또는 상기 관리자단말기로부터의 자원예측 요청에 따라 상기 인공지능 알고리즘을 통해 수요예측 및 공급예측을 수행하는 인공지능모듈부; 및
스마트시티자원제어모델을 구축하여 상기 실시간데이터처리부를 통해 제공되는 상기 저장자원정보, 공급자원정보 및 수요자원정보를 시각화하여 제공하고, 상기 인공지능모듈부를 통해 수행되는 상기 수요예측 및 공급예측을 시각화하여 제공하는 디지털트윈모듈부;를 포함하고,
상기 인공지능모듈부는, 기 설정된 예측시간주기별로 설정된 시간스케줄러를 이용하여 예측알고리즘을 실행하며, 기 설정된 출력시간주기에 따라 전체스케줄을 출력하고, 상기 디지털트윈모듈부를 통해 전달되는 날씨입력정보, 수요입력정보 및 공급입력정보를 이용하여 상기 수요예측 및 공급예측을 수행하되, 상기 인공지능 알고리즘은 강화학습 기반의 RNN(recurrent neural network) 중에서 LSTM(long-short-term memory models)을 사용하며,
상기 데이터수집장치는,
상기 자원설비장치의 데이터 수집을 위한 인터페이스를 제공하는 제 1 통신모듈부;
상기 자원설비장치로부터 상기 저장자원정보, 공급자원정보 및 수요자원정보를 수집하는 데이터수집부; 및
수집된 상기 저장자원정보, 공급자원정보 및 수요자원정보를 저장하는 자원정보데이터베이스;를 포함하고,
상기 데이터수집장치는, 상기 데이터수집부 및 자원정보데이터베이스 간의 내부 시스템 데이터통로로 레디스(Radis : remote dictionary server)를 구비하되, 상기 레디스는 메모리 기반의 데이터저장소로 제공되며, 캐시 방식으로 데이터베이스리드(DB read)의 부하를 감소시키는
디지털트윈 기반의 스마트시티 공급자원 AI 제어 시스템.
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 공급자원제어장치는,
상기 날씨입력정보, 수요입력정보 및 공급입력정보가 입력될 경우 상기 관리자단말기의 자원예측 요청에 따라 상기 인공지능모듈부에서 상기 인공지능 알고리즘을 이용하여 상기 수요예측 및 공급예측을 수행하고, 공급자원제어예측을 추가로 수행하며, 상기 관리자단말기의 요청에 따라 상기 디지털트윈모듈부에서 상기 수요예측, 공급예측 및 공급자원제어예측 중 적어도 하나를 상기 스마트시티자원제어모델에 시각화하여 제공하는
디지털트윈 기반의 스마트시티 공급자원 AI 제어 시스템.
- 청구항 3에 있어서,
상기 공급자원제어장치는,
발행 구독(publish-subscribe) 기반으로 하는 메시지 송수신 프로토콜인 MQTT(message queueing telemetry transport) 프로토콜 및 KAFKA 프로코콜을 지원하는
디지털트윈 기반의 스마트시티 공급자원 AI 제어 시스템.
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 자원정보데이터베이스는,
상기 저장자원정보, 공급자원정보 및 수요자원정보에 대한 구조적 데이터를 저장하는 제 1 자원정보데이터베이스; 및
상기 저장자원정보, 공급자원정보 및 수요자원정보에 대한 시계열 데이터를 저장하는 제 2 자원정보데이터베이스;
를 포함하는 디지털트윈 기반의 스마트시티 공급자원 AI 제어 시스템.
- 청구항 6에 있어서,
상기 자원정보데이터베이스는,
상기 제 1 자원정보데이터베이스로 관계형 데이터베이스인 MariaDB를 이용하고, 상기 제 2 자원정보데이터베이스로 시계열 데이터베이스인 InfluxDB를 이용하는
디지털트윈 기반의 스마트시티 공급자원 AI 제어 시스템.
- 청구항 1, 청구항 3, 청구항 4, 청구항 6 및 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
상기 자원설비장치는,
ESS(energy storage system), TES(thermal energy storage), 히트펌프 및 축열조 중에서 선택된 적어도 하나의 저장자원을 포함하고, 상기 저장자원에 대응하여 상기 저장자원정보를 제공하는
디지털트윈 기반의 스마트시티 공급자원 AI 제어 시스템.
- 청구항 8에 있어서,
상기 자원설비장치는,
태양광, 풍력, 태양열 및 연료전지 중에서 선택된 적어도 하나의 공급자원을 포함하고, 상기 공급자원에 대응하여 상기 공급자원정보를 제공하는
디지털트윈 기반의 스마트시티 공급자원 AI 제어 시스템.
- 청구항 9에 있어서,
상기 자원설비장치는,
상업건물, 공장건물, 주거건물 및 교육건물 중에서 선택된 적어도 하나의 수요자원을 포함하고, 상기 수요자원에 대응하여 상기 수요자원정보를 제공하는
디지털트윈 기반의 스마트시티 공급자원 AI 제어 시스템.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220057609A KR102448724B1 (ko) | 2022-05-11 | 2022-05-11 | 디지털트윈 기반의 스마트시티 공급자원 ai 제어 시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220057609A KR102448724B1 (ko) | 2022-05-11 | 2022-05-11 | 디지털트윈 기반의 스마트시티 공급자원 ai 제어 시스템 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102448724B1 true KR102448724B1 (ko) | 2022-09-29 |
Family
ID=83461883
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220057609A KR102448724B1 (ko) | 2022-05-11 | 2022-05-11 | 디지털트윈 기반의 스마트시티 공급자원 ai 제어 시스템 |
Country Status (1)
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| KR (1) | KR102448724B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116090065A (zh) * | 2023-01-17 | 2023-05-09 | 中山大学 | 一种基于数字孪生的智慧城市绿化设计方法及装置 |
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-
2022
- 2022-05-11 KR KR1020220057609A patent/KR102448724B1/ko active IP Right Grant
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