KR102511020B1 - 배관 시스템을 관리하는 방법 및 그를 이용한 서버 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배관 시스템을 관리하는 방법에 있어서, 복수의 상수관을 포함하는 상기 배관 시스템이 복수 개의 블록으로 구분된 상태에서, 관리 서버는, 상기 배관 시스템에 설치된 계측기로부터 상기 계측기가 설치된 특정 블록 내 상수관의 수압 실측값, 유량 실측값 및 수질 실측값을 포함하는 제1-1 계측 데이터를 획득하는 단계; 상기 관리 서버는, 상기 제1-1 계측 데이터를 기초로 i-1) 상기 특정 블록에 포함된 상수관의 직경 또는 길이를 포함하는 물리적 입력 인자 및 i-2) 상기 특정 블록에 포함된 상수관의 계수 입력 인자를 산출하는 단계; 및 상기 관리 서버는, 상기 물리적 입력 인자 및 상기 계수 입력 인자를 기초로 상기 특정 블록에 대한 수압 예측값, 유량 예측값 또는 수질 예측값을 연산하는 연산 모형을 업데이트하고, 상기 업데이트된 연산 모형이 반영된 디지털 트윈 모델을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.

Description

배관 시스템을 관리하는 방법 및 그를 이용한 서버{METHOD FOR MONITORING PIPE SYSTEM AND SERVER USING THE SAME}
본 발명은 배관 시스템을 관리하는 방법 및 그를 이용한 서버에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 복수의 상수관을 포함하는 상기 배관 시스템이 복수 개의 블록으로 구분된 상태에서, 관리 서버는, 상기 배관 시스템에 설치된 계측기로부터 상기 계측기가 설치된 특정 블록 내 상수관의 수압 실측값, 유량 실측값 및 수질 실측값을 포함하는 제1-1 계측 데이터를 획득하는 단계; 상기 관리 서버는, 상기 제1-1 계측 데이터를 기초로 i-1) 상기 특정 블록에 포함된 상수관의 직경 또는 길이를 포함하는 물리적 입력 인자 및 i-2) 상기 특정 블록에 포함된 상수관의 계수 입력 인자를 산출하는 단계; 및 상기 관리 서버는, 상기 물리적 입력 인자 및 상기 계수 입력 인자를 기초로 상기 특정 블록에 대한 수압 예측값, 유량 예측값 또는 수질 예측값을 연산하는 연산 모형을 업데이트하고, 상기 업데이트된 연산 모형이 반영된 디지털 트윈 모델을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법에 관한 것이다.
블록 시스템은 상수도의 배관 시스템(상수관망)을 대·중·소 블록으로 구성하여 실시간으로 블록의 수압, 유량, 수질 등의 데이터를 확인하고 이를 바탕으로 시스템을 유지관리 하는 것이 가능하게 하는 체계이다.
블록 시스템은 수질, 수압, 유량을 실시간으로 관측하며 블록내부의 이상상황을 인지하는 역할을 하는데, 부산광역시 기준 총 연장 8,448,641m의 관망에 481개의 블록감시 시스템만이 설치되어 있다. 단순 계산하면 17,564m당 1개의 블록 감시시스템이 설치된 것으로 볼 수 있다.
대략 17km에 이르는 구간 중 계측 센서에서 거리가 먼 지점에서는 수질, 수압, 유량 데이터를 정확하게 파악하기 어렵고, 이는 배관 시스템(상수관망)의 수질 저하, 누수 등의 현상을 파악하는데 걸림돌이 된다.
그럼에도 불구하고, 실제 배관 시스템(상수관망)의 모든 구간에 계측기를 설치하는 것은 경제성 부족으로 실현 가능성이 적다. 계측 센서 간의 거리가 멀 경우, 관망 관련 사고가 발생하면 해당 지점을 직접 현장조사하여 물리량 조사를 수행해야만 관련 민원의 처리가 가능한 현실이다.
기존 상수도 블록화 사업 등을 통해서 갖춰진 디지털 트윈 환경 구축은 배관 시스템(수도관망)을 감시할 수 있는 하드웨어 기반을 충분히 마련했으나, 하드웨어로부터 수집한 데이터를 의미 있는 정보로 가공 생산할 수 있는 소프트웨어 환경의 구성은 미비한 편이었다.
이에 따라, 본 발명자는 배관 시스템을 관리하는 방법 및 그를 이용한 서버를 제안한다.
본 발명은 다음과 같은 목적을 가질 수 있다.
본 발명은 디지털 트윈 모델의 도입으로 관망 내부의 미계측 지역에 대한 현재 물리량(수질, 수압, 유량 등) 뿐 아니라 미래 물리량을 예측하여, 배관 사고를 미연에 예측함으로써 배관 시스템의 운영 관리에 도움을 제공하고자 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 현실에서 발생할 수 있는 상황을 시뮬레이션하는 디지털 트윈 모델을 도입하여 미래에 대한 운영결과 및 예측을 가능하게 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 관리자로 하여금 계측기의 설치유무와 무관하게 배관 시스템(상수관망) 전체의 수질, 수압, 유량데이터를 확인할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 배관 시스템을 관리하는 방법에 있어서, 복수의 상수관을 포함하는 상기 배관 시스템이 복수 개의 블록으로 구분된 상태에서, 관리 서버는, 상기 배관 시스템에 설치된 계측기로부터 상기 계측기가 설치된 특정 블록 내 상수관의 수압 실측값, 유량 실측값 및 수질 실측값을 포함하는 제1-1 계측 데이터를 획득하는 단계; 상기 관리 서버는, 상기 제1-1 계측 데이터를 기초로 i-1) 상기 특정 블록에 포함된 상수관의 직경 또는 길이를 포함하는 물리적 입력 인자 및 i-2) 상기 특정 블록에 포함된 상수관의 계수 입력 인자를 산출하는 단계; 및 상기 관리 서버는, 상기 물리적 입력 인자 및 상기 계수 입력 인자를 기초로 상기 특정 블록에 대한 수압 예측값, 유량 예측값 또는 수질 예측값을 연산하는 연산 모형을 업데이트하고, 상기 업데이트된 연산 모형이 반영된 디지털 트윈 모델을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법을 포함한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 배관 시스템을 관리하는 서버에 있어서, 복수의 상수관을 포함하는 상기 배관 시스템이 복수 개의 블록으로 구분된 상태에서, 상기 배관 시스템에 설치된 계측기로부터 상기 계측기가 설치된 특정 블록 내 상수관의 수압 실측값, 유량 실측값 및 수질 실측값을 포함하는 제1-1 계측 데이터를 획득하는 통신부; 데이터베이스; 및 상기 제1-1 계측 데이터를 기초로 i-1) 상기 특정 블록에 포함된 상수관의 직경 또는 길이를 포함하는 물리적 입력 인자 및 i-2) 상기 특정 블록에 포함된 상수관의 계수 입력 인자를 산출하고, 상기 물리적 입력 인자 및 상기 계수 입력 인자를 기초로 상기 특정 블록에 대한 수압 예측값, 유량 예측값 또는 수질 예측값을 연산하는 연산 모형을 업데이트하고, 상기 업데이트된 연산 모형이 반영된 디지털 트윈 모델을 생성하는 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 관리 서버를 포함한다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 디지털 트윈 모델의 도입으로 관망 내부의 미계측 지역에 대한 현재 물리량(수질, 수압, 유량 등) 뿐 아니라 미래 물리량을 예측하여, 배관 사고를 미연에 예측함으로써 배관 시스템의 운영 관리에 도움을 제공하고자 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 현실에서 발생할 수 있는 상황을 시뮬레이션하는 디지털 트윈 모델을 도입하여 미래에 대한 운영결과 및 예측을 가능하게 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 관리자는 센서 설치유무와 무관하게 배관 시스템(상수관망) 전체의 수질, 수압, 유량데이터를 확인할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 관리 서버의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 디지털 트윈 모델을 생성하기까지의 과정을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 연산 모형의 구동 방식에 대해서 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 물리적/계수 입력 인자를 선정하는 과정을 구체적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 Kinetic model을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 각 블록별 모형 및 입력 인자를 찾는 방법을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 배관 시스템에 대한 디지털 트윈 모델을 나타내는 도면이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 관리 서버의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 관리 서버(100)는 통신부(110), 프로세서(120), 데이터베이스(130)을 포함하고, 경우에 따라 도 1과는 달리 데이터베이스(130)를 포함하지 않을 수도 있다.
관리 서버(100)의 통신부(110)는 다양한 통신 기술로 구현될 수 있다. 즉, 와이파이(WIFI), WCDMA(Wideband CDMA), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access), HSUPA(High Speed Uplink Packet Access), HSPA(High Speed Packet Access), 모바일 와이맥스(Mobile WiMAX), 와이브로(WiBro), LTE(Long Term Evolution), 5G, 6G, 블루투스(bluetooth), 적외선 통신(IrDA, infrared data association), NFC(Near Field Communication), 지그비(Zigbee), 무선랜 기술 등이 적용될 수 있다. 또한, 인터넷과 연결되어 서비스를 제공하는 경우 인터넷에서 정보전송을 위한 표준 프로토콜인 TCP/IP를 따를 수 있다.
본 발명의 관리 서버(100)의 프로세서(120)에서 이루어지는 과정에 대해서는 아래 도 2와 함께 살펴보도록 하겠다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 디지털 트윈 모델을 생성하기까지의 과정을 나타내는 도면이다.
디지털 트윈(Digital Twin, DT) 모델은 현실에 존재하는 시스템을 컴퓨터의 가상공간에 디지털 쌍둥이로 구현하여 현실에서 발생할 수 있는 상황을 컴퓨터로 시뮬레이션하는 기술로 구현된 모델로서, 미래에 대한 운영결과 및 예측을 가능하게 할 수 있다.
디지털 트윈 기반의 배관 시스템(수도관망)을 구축하면 IoT 기반의 계측 수집된 자료를 바탕으로 배관 시스템(상수관망)의 유동을 해석하고 그 결과를 표출할 수 있고, 이를 통해 상수도 관망의 계획, 운영, 서비스 그리고 예측에 활용할 수 있다.
상기 디지털 트윈 모델을 구축하기 위해서는 복수의 상수관을 포함하는 배관 시스템(상수관망)이 요구되며, 상기 배관 시스템(상수관망)은 전산화, GIS화되어 있을 수 있다.
또한, 상기 배관 시스템은 복수 개의 블록으로 구분될 수 있고, 상기 복수 개의 블록 각각의 크기는 설정에 따라 상이할 수 있다. 즉, 블록마다 포함하는 상수관의 개수 등이 상이할 수 있는 것이다.
이때, 관리 서버(100)의 프로세서(120)는, 배관 시스템에 설치된 계측기로부터 상기 계측기가 설치된 특정 블록 내 상수관의 수압 실측값, 유량 실측값 및 수질 실측값을 포함하는 제1-1 계측 데이터를 획득할 수 있다(S210).
여기서, 상기 수질 실측값은 계측기로부터 획득한 대상물질(ex 염소)의 농도에 해당할 수 있을 것이다.
상기 특정 블록은 상기 배관 시스템에 포함된 복수 개의 블록 중에서 계측기가 설치된 블록에 해당할 수 있다. 이에 따라, 프로세서(120)는 통신부를 통해 상기 특정 블록 내 상수관의 수압 실측값, 유량 실측값 및 수질 실측값을 실시간으로 계측기로부터 획득할 수 있다.
다음으로, 프로세서(120)는, 상기 수압 실측값, 유량 실측값 및 수질 실측값을 포함하는 제1-1 계측 데이터로부터 상기 특정 블록에 대한 수압, 유량, 수질 등을 예측하는 연산 모형을 획득할 수 있다. 아래에서는, 상기 연산 모형을 획득하는 과정에 대해서 살펴보도록 하겠다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 연산 모형의 구동 방식에 대해서 개략적으로 나타내는 도면이다.
참고로, 연산 모형은 파이프 특성(Pipe properties)과 운영 조건(Operational conditions)을 기초로 구동(input)될 수 있고, 해당 블록 내 상수관에 대한 수압, 유량, 수질 등을 연산을 통해 예측(output)할 수 있다.
참고로, 연산 모형은 수리 모형 및 수질 모형을 포함하고, 상기 수리 모형에서는 수압 예측값 및 유량 예측값이 연산되고, 상기 수질 모형에서는 수질 예측값이 연산될 수 있다.
여기서, 파이프 특성은 관의 직경, 관의 길이, 관의 고도 등 물리적으로 측정 가능하고 사양서에 기록되는 물리적 입력 인자와 관의 조도 계수(Roughness coefficient), 수질(염소)의 감쇠 상수(Chlorine decay coefficient)와 같이 문헌, 실험 등을 통해 획득되는 계수 입력 인자를 포함할 수 있다.
참고로, 상기 물리적 입력 인자는 보통 시공상 사양서(ex 설계 준공도서 등 자료)를 기초로 작성되나, 실제의 배관 시스템에 설치될 때는 상수관의 노후화, 관 내경의 변화, 관 파열에 따른 구성의 변화, 막힘(Blockage), 부접관 등을 이유로 사양서에 나타난 물리적 입력 인자와 실제로는 상이하게 시공될 수도 있다.
또한, 상기 계수 입력 인자는 실험 또는 문헌치 등을 근거로 하는 개념상의 수치에 해당할 수 있다. 상수관의 물리적 특성의 변화나 유입수의 상성에 따라 상기 계수 입력 인자가 유동적으로 변하므로, 이를 반영하기 위해 본 발명에서는 상기 계수 입력 인자를 실시간으로 재산정(이전에는 동일하게 적용)하여 예측값의 정확도를 높일 수 있다.
상기 연산 모형의 구동에 또다른 기초값(input)에 해당하는 운영 조건은 펌프 운영 정보 또는 밸브 조작 정보를 포함할 수 있다. 또한, 상기 운영 조건은 관내 압력, 관내 유량 등을 추가로 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 배관 시스템에 포함된 복수 개의 블록마다 매칭하는 연산 모형이 각각 설정될 수 있고, 이때 상기 연산 모형 및 이에 포함되는 입력 인자(물리적 입력 인자, 계수 입력 인자 등)는 블록별로 가장 적합한 형태로 각각 설정될 수 있다.
이는 실제의 상수관은 유동적으로 변화하며, 염소 감쇠와 같은 물질의 반응이 상수관의 구간(블록)별로 다양한 형태를 가지기 때문이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 물리적/계수 입력 인자를 선정하는 과정을 구체적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 Kinetic model을 예시적으로 나타내는 도면이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 각 블록별 모형 및 입력 인자를 찾는 방법을 나타내는 도면이다.
우선, 관리 서버(100)의 프로세서(120)는 특정 블록 내 상수관의 제1-1 계측 데이터를 획득할 수 있다. 즉, 프로세서(120)가 특정 블록 내 상수관의 계측기 등으로부터 수압 실측값, 유량 실측값 및 수질 실측값 등을 획득할 수 있는 것이다.
이때, 프로세서(120)는 기설정된 후보 물리적 입력 인자 및 후보 계수 입력 인자로 구성된 초기 연산 모형으로부터 특정 블록에 대한 초기 수압 예측값, 초기 유량 예측값 및 초기 수질 예측값을 획득할 수 있다.
구체적으로, 프로세서(120)는, 후보 물리적 입력 인자 및 후보 계수 입력 인자로 구성된 초기 수리 모형으로부터 특정 블록에 대한 초기 수압 예측값 및 초기 유량 예측값을 획득하고, 후보 물리적 입력 인자 및 후보 계수 입력 인자로 구성된 초기 수질 모형으로부터 특정 블록에 대한 초기 수질 예측값을 획득할 수 있다.
다음으로, 프로세서(120)는, 초기 수압 예측값과 수압 실측값의 차이를 연산하여 제1 차이값을 획득할 수 있고, 초기 유량 예측값과 유량 실측값의 차이를 연산하여 제2 차이값을 획득할 수 있으며, 초기 수질 예측값과 수질 실측값의 차이를 연산하여 제3 차이값을 획득할 수 있다.
또한, 프로세서(120)는, 제1 차이값, 제2 차이값 및 제3 차이값을 기초로 평가값을 산출할 수 있다. 여기서, 평가값 아래와 같은 수식을 통해 결정될 수 있다.
수식1) 평가값 = W1 * 제1 차이값 + W2 * 제2 차이값 + W3 * 제3 차이값(단, W1, W2, W3은 각 인자별 가중치)
상기 산출된 평가값이 기설정 수치보다 작은 경우, 프로세서(120)는, 후보 물리적 입력 인자 및 후보 계수 입력 인자를 연산 모형을 업데이트하는데 이용되는 물리적 입력 인자 및 계수 입력 인자로 선정할 수 있다. 즉, 상기 후보 물리적 입력 인자 및 후보 계수 입력 인자를 특정 블록에 매칭하는 연산 모형(수리 모형, 수질 모형)에 대한 입력 인자로 고려할 수 있는 것이다.
반대로, 상기 산출된 평가값이 기설정 수치보다 크거나 같은 경우, 프로세서(120)는 후보 물리적 입력 인자 및 후보 계수 입력 인자가 아닌 제2 후보 물리적 입력 인자 및 제2 후보 계수 입력 인자를 선정하고, 이들로 구성된 수리 모형 및 수질 모형으로부터 수압, 유량, 수질을 재예측할 수 있다.
또한, 프로세서(120)는 수압 재예측값과 수압 실측값의 차이를 연산하여 제1' 차이값을 획득할 수 있고, 유량 재예측값과 유량 실측값의 차이를 연산하여 제2' 차이값을 획득할 수 있으며, 수질 재예측값과 수질 실측값의 차이를 연산하여 제3' 차이값을 획득할 수 있으며, 그로부터 다시 평가값을 재산출할 수 있다.
상기 프로세서(120)는, 재산출된 평가값과 기설정 수치를 비교하고, 재산출된 평가값이 기설정 수치보다 작은 경우, 제2 후보 물리적 입력 인자 및 제2 후보 계수 인자를 연산 모형을 업데이트하는데 이용되는 물리적 입력 인자 및 계수 입력 인자로 재선정할 수 있다.
반대로, 재산출된 평가값이 기설정 수치보다 크거나 같은 경우, 상기 프로세스가 다시 진행되면서 입력 인자가 재선정될 수 있다.
본 발명에서는 수압, 유량, 수질 등의 실측 데이터를 바탕으로 수리/수질 모형과의 비교를 통해 물리적 입력 인자 및 계수 입력 인자를 실시간으로 재산정할 수 있고, 디지털 트윈 모델을 업데이트할 수 있다.
위 방식은 try and error 접근 방식으로서, candidate 수치(물리적/계수 입력 인자)를 입력한 후, 수리/수질 모형을 구동한 결과와 실측 데이터를 비교하여 가장 작은 오차를 도출하는 방식에 해당할 수 있다.
이때, 상기 연산 속도를 빠르게 하기 위해서 유전자 알고리즘(Genetic algorithm)과 같은 Heuristic algorithm을 적용하여, 전역해(global solution)를 빠르게 찾을 수 있도록 하는 방식을 고려할 수 있다.
참고로, 전술한 수질 모형은 통상적으로 배관 시스템 내의 물질 전달(Mass transport) 모델 및 화학반응을 기반으로 하는 운동 모형(Kinetic Model)로 적용될 수 있다. 여기서, Mass transport는 다음의 수식을 기반으로 할 수 있다.
수식2)
Figure 112022085929315-pat00001
(where,
Figure 112022085929315-pat00002
is the concentration of
Figure 112022085929315-pat00003
th constituent at point
Figure 112022085929315-pat00004
and time
Figure 112022085929315-pat00005
,
Figure 112022085929315-pat00006
is the source and sink term and
Figure 112022085929315-pat00007
,
Figure 112022085929315-pat00008
are the mass fluxes through longitudinal and radial directions, respectively)
또한,
Figure 112022085929315-pat00009
는 상수관에서 Kinetic model로 주로 표현되어 지고, 이는 일반적인 반응 공학상의 모형을 의미할 수 있다. 위 mass transport 모형에서의 U와 V는 각각 longitudinal velocity와 radial velocity를 나타내는 물리 인자에 해당할 수 있다. 즉, 수질모형의 적용을 위해서는 유속이 필수적으로 요구될 수 있는 것이다. 이 때문에, 본 수질 모형이 최종적으로 수질을 예측하는 기술이지만 이를 위해서는 유량(유속) 및 압력과 같은 물리량의 예측도 요구되는 것이다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따라 상기 Mass transport equation의
Figure 112022085929315-pat00010
를 고려할 때, 도 5과 같은 Kinetic model들을 고려할 수 있다. 또한, 상기 모형들 중에서 각 블록에 가장 매칭하는 모형(수질 모형) 및 입력인자를 찾기 위한 프로세스는 도 6을 참조하면 확인할 수 있다.
경우에 따라서, 계측기 등으로부터 획득한 수압 실측값, 유량 실측값 및 수질 실측값에 따라 상기 Kinetic model이 결정될 수도 있다. 즉, 실측된 수압, 유량, 수질 등이 소정 수치 이상으로 차이가 있는 경우, 서로 상이한 Kinetic model이 이용될 수 있는 것이다.
결국, 관리 서버(100)의 프로세서(120)는 제1-1 계측 데이터(계측기로부터 획득한 수압 실측값, 유량 실측값, 수질 실측값)를 기초로 특정 블록에 포함된 상수관의 직경 또는 길이를 포함하는 물리적 입력 인자 및 특정 블록에 포함된 상수관의 계수 입력 인자를 산출할 수 있다(S220).
또한, 프로세서(120)는 상기 산출된 물리적 입력 인자 및 계수 입력 인자를 기초로 특정 블록에 대한 수압 예측값, 유량 예측값 또는 수질 예측값을 연산하는 연산 모형(수리 모형, 수질 모형)을 업데이트할 수 있다.
다음으로, 관리 서버(100)의 프로세서(120)는 상기 업데이트된 연산 모형이 반영된 디지털 트윈 모델을 생성할 수 있다(S230). 상기 디지털 트윈 모델과 관련해서는 아래 도 7과 함께 살펴보도록 하겠다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 배관 시스템에 대한 디지털 트윈 모델을 나타내는 도면이다.
도 7은 배관 시스템을 나타내는 디지털 트윈 모델로서, 각 시기(과거/실시간/미래)별로 3개의 블록을 나타내고 있다. 즉, 디지털 트윈 모델은 배관 시스템(3개의 블록)을 나타내되, 과거/현재(실시간)/미래의 예측 정보를 나타낼 수 있는 것이다.
상기 복수 개의 블록마다 수압, 유량, 수질 등을 산출하는 연산 모형이 설정될 수 있고, 전술하였듯이, 계측기가 설치된 특정 블록에 대한 연산 모형(수리 모형, 수질 모형)은 제1-1 계측 데이터(수압 실측값, 유량 실측값, 수질 실측값)로부터 생성할 수 있다.
또한, 관리 서버(100)의 프로세서(120)는 본 발명의 일 실시예에 따라 특정 블록에 매칭하는 연산 모형의 파이프 특성 및 운영 조건에 기초하여 상기 특정 블록 내 상수관의 일정 시간 이후(미래)의 수압 예측값, 유량 예측값 및 수질 예측값을 포함하는 제1-2 계측 데이터를 연산할 수 있다.
구체적으로, 프로세서(120)는 복수 개의 특정 블록(계측기 설치됨)에 대한 복수 개의 연산 모형을 생성한 상태에서, 각각으로부터 복수 개의 물리적 입력 인자/계측 입력 인자, 수압/유량/수질 각각에 대한 실측값, 수압/유량/수질 각각에 대한 예측값, 특정 블록 내 상수관 각각에 대한 정보(ex 관의 직경, 관의 길이) 등을 획득하여 데이터베이스(130)에 저장할 수 있다.
또한, 프로세서(120)는 일정 시간 이후(미래)에 현재 특정 블록 내 상수관의 예상되는 변화 정도(ex 관 내경의 변화, 관 파열에 따른 구성의 변화 등: 관의 물리적 특성 변화는 통계치에 따라 도출 가능) 및 데이터베이스(130)에 저장된 정보에 따라 물리적 입력 인자 및 계수 입력 인자를 예측하여 이에 대응하는 파이프 특성을 산출할 수 있다.
또한, 일정 시간 이후(미래)의 운영 조건(ex 펌프 운영 정보, 밸브 조작 정보 등에 따른 관내 압력, 관내 유량 등) 등을 획득할 수 있다.
프로세서(120)는, 상기 특정 블록에 대해 일정 시간 이후(미래)의 파이프 특성 및 운영 조건을 획득할 수 있고, 이에 대응하는 연산 모형 역시 획득할 수 있으며, 이를 통해 상기 특정 블록 내 상수관의 일정 시간 이후(미래)의 수압 예측값, 유량 예측값 및 수질 예측값을 포함하는 제1-2 계측 데이터를 연산할 수 있는 것이다.
또한, 프로세서(120)는 본 발명의 일 실시예에 따라 다른 블록(계측기 설치 안됨)에 매칭하는 연산 모형의 파이프 특성 및 운영 조건에 기초하여 다른 블록 내 상수관의 수압 예측값, 유량 예측값 및 수질 예측값을 포함하는 제2-1 계측 데이터를 연산할 수도 있다.
구체적으로, 프로세서(120)는 다른 블록(계측기 설치 안됨) 내 상수관의 물리적 정보(ex 사양서 등에 포함된 관의 직경, 길이 등) 및 데이터베이스(130)에 저장된 정보에 따라 물리적 입력 인자 및 계수 입력 인자를 예측하여 이에 대응하는 파이프 특성을 산출할 수 있다.
또한, 프로세서(120)는 다른 블록 내 상수관의 운영 조건(ex 펌프 운영 정보, 밸브 조작 정보 등에 따른 관내 압력, 관내 유량 등)을 획득할 수 있다.
프로세서(120)는 상기 다른 블록에 대해 파이프 특성 및 운영 조건을 획득할 수 있고, 이에 대응하는 연산 모형 역시 획득할 수 있으며, 이를 통해 상기 다른 블록 내 상수관의 수압 예측값, 유량 예측값 및 수질 예측값을 포함하는 제2-1 계측 데이터를 연산할 수 있는 것이다.
즉, 프로세서(120)는 상기 데이터베이스(130)에 포함된 정보 및 특정 블록으로부터 획득한 정보를 기초로 학습을 진행할 수 있고, 학습된 결과로 특정 블록의 미래에 대한 연산 모형, 다른 블록에 대한 연산 모형 등을 산출하고, 각각에 대한 수압/유량/수질 예측값을 획득할 수 있다.
추가적으로, 관리 서버(100)의 프로세서(120)는 다른 블록에 매칭하는 연산 모형의 파이프 특성 및 운영 조건에 기초하여 다른 블록 내 상수관의 일정 시간 이후(미래)의 수압 예측값, 유량 예측값 및 수질 예측값을 포함하는 제2-2 계측 데이터를 연산할 수도 있다.
결국, 본 발명의 프로세서(120)는 블록 중 계측기가 존재하지 않아 미측정 지점에서의 예상되는 수압/유량/수질 등을 제공할 수 있고, 이는 잔류염소 균등화를 위한 운영 계획 수립, 염소 주입량 산정 등 상수도 잔류염소 관리방법 개발에도 활용 가능할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따라, 미래 특정 블록의 상수관 내 압력이 낮아지는 경우 관리 서버(100)의 프로세서(120)는 해당 압력 문제를 해결하기 위한 추가 압력 공급 계획 또는 밸브 조작 계획 등을 수립할 수 있고, 미래 특정 구간에 낮은 유속이 발생하는 경우 해당 지역의 단수를 고려하여 대비책을 수립함과 동시에 수리지체시간(Hydraulic retention time)이 낮아져서 발생하는 부수적인 수질 문제에 대한 대비를 할 수 있다.
또한, 특정 블록(지역)의 수질 문제가 발생하는 것이 예측되는 경우, 프로세서(120)는, 이토(drainage) 계획을 수립하여 해당 문제를 사전에 방지할 수 있다.
또한, 프로세서(120)는 미래의 배관 시스템에서의 수질, 수압, 유량 등을 예측 가능하므로, 배관 시스템의 운영 계획 설정 및 문제 요소 파악에도 도움이 될 수 있을 것이다.
한편, 본 발명의 프로세서(120)는, 도 7과 같이 특정 블록 내 상수관에 대응하는 제1-1 계측 데이터(현재) 및 상기 제1-2 계측 데이터(미래), 다른 블록 내 상수관에 대응하는 제2-1 계측 데이터(현재) 및 제2-2 계측 데이터(미래)를 상기 디지털 트윈모델에 시간별 및 위치별로 구분하여 표시할 수 있다.
프로세서(120)는 관리자로 하여금 필터를 통해 원하는 정보만을 확인할 수 있도록 할 수 있으며, 예를 들어 제1 소정 수치 이상의 수압을 나타내는 상수관을 포함하는 블록만을 표시하도록 하거나, 제2 소정 수치 이상의 농도를 가지는 상수관을 포함하는 블록만을 표시하도록 할 수도 있다.
또한, 관리 서버(100)의 프로세서(120)는 각 수치의 범위에 따라 서로 다른 색깔로서 블록을 표시하도록 하여 관리자가 용이하게 각 수치를 파악하도록 할 수도 있다.
또한, 프로세서(120)는 각 블록별로 관리자가 원하는 시기에 해당하는 계측 데이터를 표시하도록 할 수도 있다. 구체적으로, 특정 블록에 대해서는 현재 시점의 계측 데이터를, 다른 블록에 대해서는 미래 시점의 계측 데이터가 상기 디지털 트윈모델에서 표시되도록 할 수도 있는 것이다.
도 7에서는 1개의 특정 블록, 1개의 다른 블록 각각의 현재(실시간), 미래에 대한 데이터만을 표시하였으나, 다른 복수의 블록에 대한 데이터, 과거에 대한 데이터 등도 함께 표시될 수 있고, 이에 따라 관리자는 상기 디지털 트윈모델에 접근함으로써 배관 시스템에 포함된 복수 개의 블록 각각의 계측 데이터(수압, 유량, 수질)를 획득할 수 있다.
이상 설명된 본 발명에 따른 실시예들은 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록되는 프로그램 명령어는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 예에는, 하드 디스크 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령어를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령어의 예에는, 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함된다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명에 따른 처리를 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100 : 관리 서버
110 : 통신부
120 : 프로세서
130 : 데이터베이스

Claims (8)

  1. 배관 시스템을 관리하는 방법에 있어서,
    복수의 상수관을 포함하는 상기 배관 시스템이 복수 개의 블록으로 구분된 상태에서,
    (a) 관리 서버는, 상기 배관 시스템에 설치된 계측기로부터 상기 계측기가 설치된 특정 블록 내 상수관의 수압 실측값, 유량 실측값 및 수질 실측값을 포함하는 제1-1 계측 데이터를 획득하는 단계;
    (b) 상기 관리 서버는, 상기 제1-1 계측 데이터를 기초로 i-1) 상기 특정 블록에 포함된 상수관의 직경 또는 길이를 포함하는 물리적 입력 인자 및 i-2) 상기 특정 블록에 포함된 상수관의 계수 입력 인자를 산출하는 단계; 및
    (c) 상기 관리 서버는, 상기 물리적 입력 인자 및 상기 계수 입력 인자를 기초로 상기 특정 블록에 대한 수압 예측값, 유량 예측값 또는 수질 예측값을 연산하는 연산 모형을 업데이트하고, 상기 업데이트된 연산 모형이 반영된 디지털 트윈 모델을 생성하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 연산 모형이 i-1) 상기 물리적 입력 인자 및 상기 계수 입력 인자를 포함하는 파이프 특성과 i-2) 펌프 운영 정보 또는 밸브 조작 정보를 포함하는 운영 조건을 기초로 구동되고,
    상기 복수 개의 블록마다 매칭하는 연산 모형이 각각 설정된 상태에서,
    상기 관리 서버는,
    상기 특정 블록에 매칭하는 연산 모형의 파이프 특성 및 운영 조건에 기초하여 상기 특정 블록 내 상수관의 일정 시간 이후의 수압 예측값, 유랑 예측값 및 수질 예측값을 포함하는 제1-2 계측 데이터를 연산하는 프로세스, 또는
    다른 블록에 매칭하는 연산 모형의 파이프 특성 및 운영 조건에 기초하여 상기 다른 블록 내 상수관의 수압 예측값, 유량 예측값 및 수질 예측값을 포함하는 제2-1 계측 데이터를 연산하는 프로세스를 수행하며,
    상기 관리 서버가,
    상기 다른 블록에 매칭하는 연산 모형의 파이프 특성 및 운영 조건에 기초하여 상기 다른 블록 내 상수관의 일정 시간 이후의 수압 예측값, 유량 예측값 및 수질 예측값을 포함하는 제2-2 계측 데이터를 연산하고,
    상기 관리 서버가,
    ii-1) 상기 특정 블록 내 상수관에 대응하는 상기 제1-1 계측 데이터 및 상기 제1-2 계측 데이터, ii-2) 상기 다른 블록 내 상수관에 대응하는 상기 제2-1 계측 데이터 및 상기 제2-2 계측 데이터를 상기 디지털 트윈모델에 시간별 및 위치별로 구분하여 표시하며,
    상기 관리 서버는, 관리자로 하여금 필터를 통해 소정 수치 이상의 수압 또는 농도를 가지는 상수관을 포함하는 블록만을 표시하도록 하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 특정 블록 내 상수관의 상기 제1-1 계측 데이터를 획득한 상태에서,
    상기 관리 서버는,
    후보 물리적 입력 인자 및 후보 계수 입력 인자로 구성된 초기 연산 모형으로부터 상기 특정 블록에 대한 초기 수압 예측값, 초기 유량 예측값 및 초기 수질 예측값을 획득하고,
    상기 초기 수압 예측값과 상기 수압 실측값의 차이를 연산하여 제1 차이값을 획득하며, 상기 초기 유량 예측값과 상기 유량 실측값의 차이를 연산하여 제2 차이값을 획득하고, 상기 초기 수질 예측값과 상기 수질 실측값의 차이를 연산하여 제3 차이값을 획득하며,
    상기 제1 차이값, 상기 제2 차이값 및 상기 제3 차이값을 기초로 산출된 평가값이 기설정 수치보다 작은 경우, 상기 후보 물리적 입력 인자 및 상기 후보 계수 입력 인자를 상기 연산 모형을 업데이트하는데 이용되는 상기 물리적 입력 인자 및 상기 계수 입력 인자로 선정하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 연산 모형은 수리 모형 및 수질 모형을 포함하고,
    상기 수리 모형에서 상기 수압 예측값 및 상기 유량 예측값이 연산되고, 상기 수질 모형에서 상기 수질 예측값이 연산되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 수질 실측값은 상기 계측기로부터 획득한 대상물질의 농도에 해당하는 것을 특징으로 하는 방법
  8. 배관 시스템을 관리하는 서버에 있어서,
    복수의 상수관을 포함하는 상기 배관 시스템이 복수 개의 블록으로 구분된 상태에서,
    상기 배관 시스템에 설치된 계측기로부터 상기 계측기가 설치된 특정 블록 내 상수관의 수압 실측값, 유량 실측값 및 수질 실측값을 포함하는 제1-1 계측 데이터를 획득하는 통신부;
    데이터베이스; 및
    상기 제1-1 계측 데이터를 기초로 i-1) 상기 특정 블록에 포함된 상수관의 직경 또는 길이를 포함하는 물리적 입력 인자 및 i-2) 상기 특정 블록에 포함된 상수관의 계수 입력 인자를 산출하고, 상기 물리적 입력 인자 및 상기 계수 입력 인자를 기초로 상기 특정 블록에 대한 수압 예측값, 유량 예측값 또는 수질 예측값을 연산하는 연산 모형을 업데이트하고, 상기 업데이트된 연산 모형이 반영된 디지털 트윈 모델을 생성하는 프로세서;
    를 포함하고,
    상기 연산 모형이 i-1) 상기 물리적 입력 인자 및 상기 계수 입력 인자를 포함하는 파이프 특성과 i-2) 펌프 운영 정보 또는 밸브 조작 정보를 포함하는 운영 조건을 기초로 구동되고,
    상기 복수 개의 블록마다 매칭하는 연산 모형이 각각 설정된 상태에서,
    상기 프로세서는,
    상기 특정 블록에 매칭하는 연산 모형의 파이프 특성 및 운영 조건에 기초하여 상기 특정 블록 내 상수관의 일정 시간 이후의 수압 예측값, 유랑 예측값 및 수질 예측값을 포함하는 제1-2 계측 데이터를 연산하는 프로세스, 또는
    상기 계측기가 설치되지 않은 다른 블록에 매칭하는 연산 모형의 파이프 특성 및 운영 조건에 기초하여 상기 다른 블록 내 상수관의 수압 예측값, 유량 예측값 및 수질 예측값을 포함하는 제2-1 계측 데이터를 연산하는 프로세스를 수행하며,
    상기 프로세서가,
    상기 다른 블록에 매칭하는 연산 모형의 파이프 특성 및 운영 조건에 기초하여 상기 다른 블록 내 상수관의 일정 시간 이후의 수압 예측값, 유량 예측값 및 수질 예측값을 포함하는 제2-2 계측 데이터를 연산하고,
    상기 프로세서가,
    ii-1) 상기 특정 블록 내 상수관에 대응하는 상기 제1-1 계측 데이터 및 상기 제1-2 계측 데이터, ii-2) 상기 다른 블록 내 상수관에 대응하는 상기 제2-1 계측 데이터 및 상기 제2-2 계측 데이터를 상기 디지털 트윈모델에 시간별 및 위치별로 구분하여 표시하며,
    상기 프로세서는, 관리자로 하여금 필터를 통해 소정 수치 이상의 수압 또는 농도를 가지는 상수관을 포함하는 블록만을 표시하도록 하는 것을 특징으로 하는 관리 서버.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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홍필두 외, ‘디지털 트윈 기반 스마트 파이프 통합 관리 시스템을 위한 모델 학습 방법론’, 한국통신학회 (2022.06.) 1부.* *

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