KR20040054906A - 하수관거 관리 시스템 및 그 방법 - Google Patents

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KR20040054906A
KR20040054906A KR1020020081242A KR20020081242A KR20040054906A KR 20040054906 A KR20040054906 A KR 20040054906A KR 1020020081242 A KR1020020081242 A KR 1020020081242A KR 20020081242 A KR20020081242 A KR 20020081242A KR 20040054906 A KR20040054906 A KR 20040054906A
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황병기
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Abstract

본 발명은 하수관거 관리 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 하수관거의 유량(流量)을 측정하는 유량 측정 장치, 관리구역정보가 포함된 데이터를 저장/관리하는 데이터 베이스(DB) 및 입출력을 위한 인터페이스 장치를 구비하고 각각의 구성 장치들 사이에 네트워크가 연결/설정된 하수관거 관리 시스템에 있어서, 상기 유량 측정 장치에 의해 측정/생성된 측정 유량 데이터의 결측 및 미관측 데이터를 필터링하는 측정 유량 데이터 필터링 장치; 상기 측정 유량 데이터 필터링 장치에 의해 결측 및 미관측 데이터가 필터링된 유량 데이터로부터 유입수(Inflow)량을 산정하는 유입수량 산정 장치; 상기 측정 유량 데이터 필터링 장치에 의해 결측 및 미관측 데이터가 필터링된 유량 데이터로부터, 유량해와 유량수질해의 알고리즘을 병행 적용하여 침입수(Infiltration)량을 산정하는 침입수량 산정 장치; 및 상기 측정 유량 데이터 필터링 장치에 의해 결측 및 미관측 데이터가 필터링된 유량 데이터와 상기 데이터 베이스에 저장된 관리구역정보 데이터를 이용하여 CSO(Combined Sewer Overflow : 합류식 하수관거 월류수)를 분석하는 CSO 분석 장치;를 포함한다.

Description

하수관거 관리 시스템 및 그 방법{The System & Method For Managing Sewer-Pipe}
본 발명은 하수관거 관리 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하수관거의 유량(流量) 측정 장치에 의해 측정된 유량 데이터 중 결측치 및 미관측치를 실측치에 가깝도록 필터링하고, 그에 따라 유입수량/침입수량 산정 및 CSO(Combined Sewer Overflow : 합류식 하수관거 월류수) 분석을 할 수 있도록 하는 하수관거 관리 시스템 및 그 방법과 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 관한 것이다.
하수관거는, 개거(開渠) 혹은 암거(暗渠)의 형태로 건설되어, 하수를 수거하여 하수종말처리시설로 유입시키거나 강우시 발생하는 우수(雨水)를 수거하여 하천으로 방류하는 역할을 수행한다.
따라서, 하수종말처리시설을 운영하는데 있어, 하수관거의 유량 및 그 수질이 처리공정 전체의 효율을 좌우하는 중요한 인자(因子)가 되므로, 이러한 하수관거의 기밀을 유지하여 내부의 하수가 누출되거나 외부의 지하수가 관거로 유입되지 못하도록 하는 것이 이상적이다.
그런데, 일반적으로, 하수관거는 지하에 매설되어 시공되기 때문에 일단 시공된 뒤에는 관거상태에 대한 검사나 기능확인이 어려우며, 이로 인해, 매설된 지역의 토압(土壓)의 변화, 나무 근(根)에 의한 관거의 파손 및 크라운 부식 등에 의하여, 일부구간 혹은 지점의 하수관거에, 침입수, 유입수 및 누수현상 등이 발생하게 되더라도, 그 사항의 파악이 어렵다는 문제점이 있다.
여기서, 침입수(Infiltration)란, 관 파손, 관 이음부 접합불량 및 지선/간선 등의 연결관 오접과 같은 관거 불량에 기인하여 관 내부로 침입된 지하수 등의 불명수(不明水)를 뜻하고, 유입수(Inflow)란, 맨홀부의 시공불량, 우수관 및 오수관의 접속불량 등으로 인하여 유입된 우수 등을 뜻하며, 그리고, 누수(Exfiltration)란, 관거의 균열 등을 통해 외부로 누출된 하수를 뜻한다.
상기 유입수/침입수(I/I) 및 누수 등의 문제는 지하수의 오염이나 하수처리장의 운영효율 저하 등을 초래하여, 결국, 전체 수환경에 악영향을 미치게 된다.
그렇지만, 종래의 육안조사나 CCTV를 통한 하수관거의 현황파악은 정밀성이나 신뢰성 등에 한계가 있을 수밖에 없었으며, 이러한 이유로, 최근 들어, 이의 해결을 위한 새로운 방안들이 많이 제기되고 있다.
국내 공개 특허, '하수관거의 모니터링/유지관리 시스템 및 그 구축방법(출원번호 10-2001-0025690)'이나, 국내 공개 특허, '하수관거의 침입수/누수 검출 방법 및 장치(출원번호 10-2002-0004654)' 등이 그 대표적인 예이다.
여기서, 상기 국내 공개 특허들이, 관리구역의 불명수량(不明水量) 파악과 단위배수구역별 불명수량의 상대적 크기 및 단위 관로연장별 불명수량의 파악에 있어 일정 정도의 유용성을 제공하는 것은 사실이다.
하지만, 일정 시간 간격마다 자동 혹은 수동으로 측정되는 하수관거의 유량 데이터에는 빈번하게 결측치가 발생되며, 특히, 하수에 포함된 불순물 등이 센서에 부착됨으로 인해 유발되는 유량측정기의 고장이나 오작동 등에 의한 장기간 미관측치가 발생되기도 하는데, 이러한 경우, 상기 국내 공개 특허들에 개시된 장치 및 방법에 의하면, 하수관거의 유량 파악과 이에 기초한 유입수/침입수의 산정이 불가능하거나, 아니면, 실제와 상당히 다른 결과가 도출될 수밖에 없다는 문제점이 있었다.
따라서, 유량측정기의 고장이나 오작동 등에 의한 장기간 미관측치가 발생되거나 단위배수구역 유량 데이터에 장/단기의 결측치가 발생되더라도, 과거의 측정 데이터 등을 참조하여 실측치와 유사한 데이터를 제공할 수 있어, 이에 의해, 유량파악 및 유입수/침입수 산정이 이루어지도록 함으로써, 체계적이고 안정적인 하수관거 시설의 계획 및 관리가 가능하도록 하기 위한 방안이 요구되고 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 하수관거의 유량 측정 장치에 의해 측정된 유량 데이터 중 결측치 및 미관측치를 실측치에 가깝도록 필터링하고, 그에 따라 유입수/침입수 산정 및 CSO 분석을 할 수 있도록 하는 하수관거 관리 시스템 및 그 방법과 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 관한 것이다.
도 1 은 본 발명에 따른 하수관거 관리 시스템의 일실시예 구성도.
도 2a 는 본 발명에 따른 하수관거 관리 시스템에 적용되는 하수관거 관리 방법의 일실시예 흐름도.
도 2b 는 본 발명에 따른 하수관거 관리 방법의 결측 및 미관측 데이터 필터링 과정의 일실시예 상세 흐름도.
도 3 은 본 발명에 따른 하수관거 관리 방법 중 미관측 데이터 필터링 과정의 일예시 설명도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
110 : 유량 측정 장치 120 : 유량 데이터 필터링 장치
130 : 유입수량 산정 장치 140 : 침입수량 산정 장치
150 : CSO 분석 장치 160 : 데이터 베이스
170 : 입출력 인터페이스 180 : 서버
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 하수관거의 유량을 측정하는 유량 측정 장치, 관리구역정보가 포함된 데이터를 저장/관리하는 데이터 베이스(DB) 및 입출력을 위한 인터페이스 장치를 구비하고 각각의 구성 장치들 사이에 네트워크가 연결/설정된 하수관거 관리 시스템에 있어서, 상기 유량 측정 장치에 의해 측정/생성된 측정 유량 데이터의 결측 및 미관측 데이터를 필터링하는 측정 유량 데이터 필터링 장치; 상기 측정 유량 데이터 필터링 장치에 의해 결측 및 미관측 데이터가 필터링된 유량 데이터로부터 유입수량을 산정하는 유입수량 산정 장치; 상기 측정 유량 데이터 필터링 장치에 의해 결측 및 미관측 데이터가 필터링 된 유량 데이터로부터, 유량해와 유량수질해의 알고리즘을 병행 적용하여 침입수량을 산정하는 침입수량 산정 장치; 및 상기 측정 유량 데이터 필터링 장치에 의해 결측 및 미관측 데이터가 필터링 된 유량 데이터와 상기 데이터 베이스에 저장된 관리구역정보 데이터를 이용하여 CSO를 분석하는 CSO 분석 장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 방법은, 하수관거 관리 시스템에 적용되는 하수관거 관리 방법에 있어서, 측정된 하수관거의 유량 데이터에 대해 결측 및 미관측 데이터를 필터링하는 제 1 단계; 상기 결측 및 미관측 데이터가 필터링된 유량 데이터로부터 유입수량을 산정하는 제 2 단계; 상기 결측 및 미관측 데이터가 필터링된 유량 데이터로부터, 유량해와 유량수질해의 알고리즘을 병행 적용하여 침입수량을 산정하는 제 3 단계; 및 상기 결측 및 미관측 데이터가 필터링된 유량 데이터와 사용자에 의해 입력된 관리구역정보 데이터 중, 총 유출수 부피(㎥), 총 강우량(㎜), 평균 강우 농도(㎜/hr), 강우 지속 시간(hr) 및 관리 구역 면적(㏊) 데이터를 이용하여 CSO를 분석하는 제 4 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 프로세서를 구비한 하수관거 관리 시스템에, 측정된 하수관거의 유량 데이터에 대해 결측 및 미관측 데이터를 필터링하는 제 1 기능; 상기 결측 및 미관측 데이터가 필터링된 유량 데이터로부터 유입수량을 산정하는 제 2 기능; 상기 결측 및 미관측 데이터가 필터링된 유량 데이터로부터, 유량해와 유량수질해의 알고리즘을 병행 적용하여 침입수량을 산정하는 제 3 기능; 및 상기 결측 및 미관측 데이터가 필터링된 유량 데이터와 사용자에 의해 입력된 관리구역정보 데이터 중, 총 유출수 부피(㎥), 총 강우량(㎜), 평균 강우 농도(㎜/hr), 강우 지속 시간(hr) 및 관리 구역 면적(㏊) 데이터를 이용하여 CSO를 분석하는 제 4 기능;을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.
다시 말해, 본 발명은, 하수관거 관리 시스템에 있어서 빈번하게 발생되는 유량 측정 장치의 고장 등에 의한 유량의 미관측이나 결측에 대해, 데이터 베이스화 되어 있는 과거의 유량 데이터 등을 참조하여 실측치와 가능한 유사하도록 유량 데이터를 필터링 하는 장치 및 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은, 유량 측정 장치에 의한 실측 유량 데이터와 상기 유량 데이터 필터링 장치에 의해 필터링 된 유량 데이터를 이용하여 유입수/침입수 산정 및 CSO 분석을 함에 있어서, 다양한 알고리즘과 수학적 모델을 적용하도록 함으로써, 하수관거의 실제적인 현황파악이 이루어 질 수 있게 하였다.
그리고, 이 모든 경우에 있어서, 강우사상에 의한 영향뿐 아니라 강우사상의 지연효과에 의한 영향까지 고려하도록 하여, 보다 정밀한 현황파악이 가능하게 하였다.
이를 위해, 본 발명은, 하수관거 상에 직접 장치되어 상기 하수관거의 유량을 측정하기 위한 다수의 유량 측정 장치와 상기 유량 측정 장치에 의해 측정된 유량 데이터 중 결측 데이터와 미관측 데이터를 필터링 하기 위한 유량 데이터 필터링 장치, 강우사상 발생시 우수의 유입 정도를 평가하기 위한 유입수 산정 장치, 관거에서 발생하는 침입수를 산정하기 위한 침입수 산정 장치, 강우사상 발생시 합류식 하수관거에서 발생할 수 있는 CSO 의 분석 등을 위한 CSO 분석 장치 및 상기 구성요소들에 의해 생성된 데이터를 저장/관리하고, 유역의 오염원 현황이나 산업현황 등의 인구사회학적 특성, 유역의 경사도, 유역의 토질 및 유역의 토양피복 형태 등을 포함하는 자연생태학적 특성을 입력받아 저장/관리하기 위한 데이터 베이스 등을 구비한다.
아울러, 본 발명은, 상기 구성요소들에 의해 생성/저장된 데이터를 이용하여 다양한 통계/분석치 등을 산출해 내기 위한 데이터 통계분석 장치, 상기 유입수/침입수의 비교를 통한 중점 관리 배수구역 혹은 하수관로의 선정이나 하수관거의 정비에 따른 우선순위의 선정 등을 위한 하수관거 최적화 지원 장치 및 시스템 관리자에 의한 데이터의 입출력 등을 위한 각종 입출력 인터페이스 장치 등을 구비하는 것이 더욱 바람직할 것이다.
여기서, 상기 구성요소들 사이의 데이터 전송은, ADSL 등의 인터넷망을 포함하는, 유무선의 모든 데이터 통신망을 이용하는 것이 가능하며, 상기 각각의 구성요소들의 오류를 점검하고 소통되는 데이터를 제어하며 네트워크를 관리하기 위한, 하나 혹은 둘 이상 다수의 제어 및 처리 장치를 포함할 수 있다.
또한, 관리 배수 구역에 관련된 정보의 분석을 위해 각 행정기관의 전산망과 연결하여, 해당 배수구역의 상세정보, 예를 들어, 하수관거의 건설연도, 관로연장, 하수관거의 청소상태 및 최근 정비현황 등을 상시적으로 입력할 수 있도록 외부사용자 입력창을 구비할 수 있다.
한편, 하수관거의 유량을 측정하기 위한 자동 혹은 수동의 유량측정 장치에 의해 생산된 데이터는, 제조 회사에 따라 차이가 있으나, 보통 스프레드시트 형태의 파일로 제작되는데, 본 발명에 따른 하수관거 관리 시스템 및 그 방법에 있어서는, 이러한 스프레드시트 형태의 파일 뿐만 아니라, 그밖에 모든 측정기기에서 측정된 자료 형태를 지원할 수 있도록, 스페이스로 구분된 형태나 텍스트 형태의 파일 등을 사용할 수 있도록 하였다.
즉, 본 발명에 따른 하수관거 관리 시스템이 지원할 수 있는 입력 화일의 형태는 *.xls, *.txt, *.csv, *.dbf, *.dif 등이다.
또한, 모든 입력 파일을 관계형 데이터 베이스(Relational Data Base)로 관리함으로써, 본 시스템의 관리자가 원하는 형태의 다양한 테이블을 무한대로 생성할 수 있도록 하였고, 특히, 쿼리(Query)를 통해 원하는 시기, 혹은 원하는 유량값이 나타나는 시각 등을 간단한 방법으로 탐색할 수 있도록 커스터마이징 (Customizing)하였다.
상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다. 도면 및 실시예는 본 발명의 예시일 뿐 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정되거나 이로 인해 변경되는 것은 아니다.
도 1 은 본 발명에 따른 하수관거 관리 시스템의 일실시예 구성도이다.
도 1 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 하수관거 관리 시스템은, 다수의 유량 측정 장치(110), 유량 데이터 필터링 장치(120), 유입수량 산정 장치(130), 침입수량 산정 장치(140), CSO 분석 장치(150), 각종 데이터의 관리/저장을 위한 데이터 베이스(DB, 160), 사용자에 의한 데이터의 입출력을 위한 입출력 인터페이스 장치(170) 및 상기 각각의 구성 장치들 사이에 설정된 네트워크 관리와 전송 데이터의 제어를 담당하는 서버(180)를 포함하여 구성된다.
상기 각 구성 요소들의 상세 기능 및 동작을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 하수관거 상에 설치된 다수의, 자동 혹은 수동 유량 측정 장치(110)들로부터 단위 하수구역별 유량이 측정되어 상기 서버(180)로 전송되면, 상기 서버(180)는 전송된 유량 데이터의 이상 유무를 판단하고, 결측이나 미관측 데이터 등의 이상 데이터가 발견될 경우, 상기 유량 데이터 필터링 장치(120)에 의해 상기 이상 데이터의 필터링을 수행하도록 한다.
그러면, 상기 유량 데이터 필터링 장치(120)는, 상기 이상 데이터의 발생 원인이 상기 유량 측정 장치(110)의 일시적인 오작동에 의한 결측 때문인지 아니면 고장에 의한 미관측 때문인지를 판단하고 그 원인에 따라 상기 이상 데이터의 필터링을 수행하게 되는데, 이때, 만일 그 원인이 일시적인 오작동에 의한 결측으로 판단될 경우에는, 소정의 시간을 기준으로, 상기 결측이 장기 결측인지 단기 결측인지를 다시 판단하여, 그 각각의 원인에 알맞은 필터링을 수행하게 된다.
이때, 보다 정밀한 데이터 필터링을 위해, 상기 데이터 베이스(160)에 저장되어 있는 해당 배수구역의 과거 유량 데이터 등을 참조할 수 있도록 하였다.
이렇게, 상기 유량 측정 장치(110)에 의해 측정된 유량 데이터 중 이상이 없는 유량 데이터와, 상기 유량 데이터 필터링 장치(120)에 의해 필터링이 완료된 유량 데이터의 결합에 의해 모든 측정 단위 시간별 유량 데이터 정보가 수집되면, 이 내용이 상기 데이터 베이스(160)에 저장되며, 이를 이용해 상기 유입수량 산정 장치(130)에서는 하수관거의 전체 유량 중 우수 등의 유입수량을 판단/산정하고, 상기 침입수량 산정 장치(140)는 침입수량을 판단/산정하게 되며, 상기 CSO 분석 장치(150)는 CSO 의 단위 면적당 오염 부하량 등을 산출하게 된다.
그밖에, 본 하수관거 관리 시스템의 사용자는, 상기 입출력 인터페이스(170)를 통해, 유역의 오염원 현황이나 산업현황 등의 인구사회학적 특성과 유역의 경사도, 유역의 토질 및 유역의 토양피복 형태 등을 포함하는 자연생태학적 특성 등의 배수구역 환경에 대한 정보와, 하수관거의 건설연도, 관로연장, 하수관거의 청소상태 및 최근 정비현황 등 하수관거의 기초 현황에 대한 정보 등을 입력하여 상기 데이터 베이스(160)에 저장하거나, 또는 상기 데이터 베이스(160)에 저장되어 있는 데이터 정보를 출력할 수 있다.
또한, 상기 산정된 유입수/침입수의 비교를 통한 중점 관리 배수구역 혹은 하수관로의 선정이나 하수관거의 정비에 따른 우선순위의 선정 등의 기능을 수행하기 위한, 도시되지 않은, 하수관거 최적화 장치 등을 부가적으로 구비할 수 있다.
도 2a 는 본 발명에 따른 하수관거 관리 시스템에 적용되는 하수관거 관리 방법의 일실시예 흐름도이다.
도 2a 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 하수관거 관리 시스템에 적용되는 하수관거 관리 방법은, 하수관거의 유량을 측정하는 단계(210), 상기 측정된 유량 데이터의 이상 유무를 판단하는 단계(220), 상기 판단 결과 결측이나 미관측 등의 이상이 발견되면 이를 필터링 하는 단계(230), 상기 측정 결과 이상이 없는 데이터와 상기 필터링 된 데이터가 결합된 유량 데이터를 이용하여 유입수량/침입수량을 산정하는 단계(240), 상기 유량 데이터를 이용하여 CSO 의 오염도 등을 분석하는 단계(250) 및 상기 내용을 저장하는 단계(260)를 포함하여 구성된다.
상기 각각의 구성 단계에 대해 좀 더 자세히 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 자동 혹은 수동으로 작동하는 다수의 유량 측정 장비에 의해 하수관거의 유량이 측정되어 전송되면(210), 본 발명의 시스템에서는 상기 측정된 유량 데이터에 이상이 있는지 여부를 판단하게 된다(220). 여기서, 이상이란, 상기 유량 측정 장비의 오작동 등에 의한 데이터의 결측이나 고장에 의한 미관측 등을 의미한다.
그 결과, 상기 측정된 유량 데이터 중 이상이 없다고 판단된 데이터 정보는 저장/관리되고, 이상이 있다고 판단된 데이터는 필터링 과정(230)을 거치게 된다.
이상 데이터의 필터링 과정에 대한 상세한 설명은 아래의 도 2b 에서 하기로 한다.
다음, 상기 측정된 유량 데이터 중 이상이 없다고 판단된 데이터와 이상이 있다고 판단되어 필터링 과정을 거친 데이터를 결합하고, 이를 이용하여, 상기 하수관거의 유입수량/침입수량을 산정하게 된다(240).
먼저, 유입수량을 산정하는 과정에 대해 살펴보면 다음과 같다.
유입수(Inflow)란, 강우사상 발생시 평상시의 유량(기저유량)과 비교해 추가로 하수관거에 유입되는 유량을 의미한다.
하지만, 지금까지의 유입수량의 산정은, 단순히 강우기간과 비강우기간을 비교하고, 그 결과 추가적으로 발생된 유량을 유입수량으로 판단하는 방법을 사용하고 있다.
그러나, 이와 같이, 강우기간과 비강우기간을 단순히 강우사상만으로 구분할 경우 유입수량을 과소평가 하게 될 여지가 있다. 왜냐하면, 강우가 종료되더라도 얼마간은 그 강우의 영향으로 유량이 증가된 상태를 유지하게 되는데(지연효과), 종래와 같이 강우사상 여부만으로 강우기간을 판단할 경우, 상기 지연효과가 나타나는 기간은 비강우기간으로 해석되게 되기 때문이다.
그래서, 본 발명에 적용되는 유입수량 산정 과정에서는 지연효과를 평가할 수 있도록 하였다.
예를들어, 관측기간 동안 4회의 강우가 발생했다고 가정하면, 이 4회의 강우에 대한 지연효과들이 나타나야 한다.
따라서, 저장되는 유량 데이터 필드에 강우 구분 칼럼을 두고, 비강우 "0" 강우 "1" 등으로 기록하게 하되, 매 강우 시기의 마지막 "1" 다음 칼럼에 있는 강우량과 비강우인 시기의 동일한 시간대의 값의 평균을 비교하여, 그 절대값의 차이가, 정해진 값(측수점에서 하수량의 변동폭에 따라 변하는 상수)보다 크면 강우의 영향이 있다고 평가하여, 상기 강우 구분 칼럼의 "0" 을 "1" 로 교체함으로써 지연효과를 평가하도록 하였다.
하지만, 본 발명의 실시예에서는, 이러한 지연효과가 유역에 따라 달라질 수 있는 특성값임을 고려하여, 이를 일률적으로 적용하지 않고, 해당 배수구역의 유역 특성에 따라 사용자가 직접 입력할 수 있도록 하였다.
이에 따라, 강우 구분 칼럼이 "1" 인 시간대의 데이터 값과 동일한 시간대의강우 구분 칼럼이 "0" 인 때의 데이터 값을 비교함으로써 유입수량을 분석하게 되는데, 다시 말해, 상기 강우 구분 칼럼이 "1" 로 구성된 시간의 유량 데이터 값들(강우시 유량)의 평균값에서, 강우 구분 칼럼이 "0" 인 시간의 유량값(비강우시 유량)의 평균값을 차감하여 그 값을 새로운 데이터 필드에 기록한 후, 이 값들을 적산한 값을 유입수량으로 산정하는 것이다.
이때, 유량 측정 장비에 의해 전송되는 유량값으로는, 일반적으로, CMD가 사용되지만, 본 발명의 실시예에서는 사용자가 원하는 단위를 임으로 선택할 수 있도록 하였다.
다음으로, 침입수(Infiltration)량을 산정하는 과정을 살펴보면 다음과 같다.
지금까지의 하수관거에서 발생하는 침입수를 산정하는 방법으로는, 물소비량 평가기법(Water Use Evaluation), 일 최저 유량 평가기법(Minimum Daily Flow Evaluation) 및 일 평균 최저 유량-수질 평가기법(Average of Minimum Daily Flow-Water Quality Evaluation) 등의 3가지 방법이 일반적이다.
먼저, 물 소비량 평가기법은, 상수 사용량(Y)을 가정의 오수관거로 배출되는 하수량과 같다고 보고, 하수종말처리장에서 측정되는 총 하수량(X)에서 그 값을 제한 값(X-Y)을 침입수량으로 산정하는 방법이다.
그리고, 일 최저 유량 평가기법은, 강우가 없는 건기시에, 침입수가 하루동안 일정하고 공업지역 일일배출량 또한 일정하여 일별 하수 배출 변화가 가정하수에 의해서만 영향을 받는다는 가정 하에, 일 최저 유량(통상, 야간 최저 유량)을 이용하여 해당지역의 침입수를 산정하는 방법이다.
마지막으로 일 평균 최저 유량-수질 평가기법은, 침입수/유입수의 수질이 "0" 이고 유입수량과 유입수의 수질은 하루 동안 일정하다는 가정 하에 일 평균 유량, 일 최저 유량, 일 평균 수질 농도, 일 최저 수질 농도 등을 이용하여 야간 활동 인구에 의한 발생 하폐수 및 침입수량을 산정하는 방법이다.
이 가운데, 본 발명의 실시예에서는, 유량만을 이용하는 유량해의 방법과 유량과 수질을 이용하는 유량-수질해의 방법을 동시에 이용하도록 하였다.
먼저, 관계형 데이터 베이스 상에 있는 유량 데이터 값을 이용하여 산정된 침입수량을 유량해의 값으로 기록하도록 하였다.
즉, 본 발명의 실시예에서, 데이터 베이스에 있는 하루 당 측정 유량 데이터는 144개(10분 간격일 경우)로 구성되는데, 상기 144 개의 데이터 중 강우 구분 칼럼(지연효과포함)이 "0" 인 시간(비강우시)의 데이터 값들의 최소값을 구하여 데이터 베이스의 캐쉬(cache)에 보관하고, 상기 최소값들의 집합 중 최소값을 유량해의 값으로 기록하도록 하였다.
예를 들어 설명하면 다음과 같다.
50일간 측정된 유량 데이터가 있으며, 지연효과 포함 강우일이 6일 이었다고 한다면 비강우일인 44개의 최소값 집합이 생성된다.
이때, 상기한 침입수 산정 방법 중 유량-수질해를 이용하기 위하여, 데이터베이스 상에 Q_ave 라는 변수 필드를 생성하고, 그 값으로 비강우시(강우 구분 칼럼이 "0")의 유량 데이터 값들의 평균값을 기록한다.
다음, Q_min 이라는 변수 필드를 생성하고, 그 값으로는, 상기한 최소값인, 유량해의 값을 기록한다.
다시 C_ave 라는 변수 필드를 생성하고, 여기에는 사용자로부터 직접 입력 받은 값이나 또는 전처리를 통해 입력 파일에 저장된 값을 기록한다.
또한, C_min 이라는 변수 필드를 생성하고, 상기 C_ave 와 동일한 과정을 수행한다.
여기서 상기 C_ave 에 대응되는 유량 Q_ave 를 곱하고, 상기 C_min 에 대응되는 유량 Q_min 을 곱하여 각각의 부하량을 산정하고, 이들의 차를 구한 뒤, 이 값을, 다시, 유량의 차(Q_ave - Q_min)로 나누어 그 값을라는 변수 필드에 기록하도록 하였다.
그리고, 다음,라는 변수 필드를 생성한 후, 상기 C_min 에 대응되는 유량값 Q_min 을 곱한 값을 상기로 나누어 그 값을 기록하도록 하였다.
마지막으로, 상기 Q_min 에서의 값을 차감하면, 이 값이, 본 발명의 실시예에 따라 유량해와 유량-수질해의 방법에 의해 산정된 침입수량이 된다.
또한, 상기 유입수량/침입수량의 산정과 별도로, 상기 측정된 유량 데이터 중 이상이 없다고 판단된 데이터와 이상이 있다고 판단되어 필터링 과정을 거친 데이터가 결합된 데이터와, 저장된 관리구역의 정보 데이터 등을 이용하여, 상기 하수관거의 CSO 분석작업을 수행한다(250).
합류식 하수관거에서 강우시의 지표 유출수는 그 양이 많아, 이를 모두 하수처리장에서 처리하기에는 많은 비용이 소요되므로, 이들 중 일부만을 차집/처리하기 위하여, 하수관거 하류의 간선이나 주간선 하수거에 우수토실(Regulator)을 설치함으로써 일정 양 이상의 물은 차집관거로 유입시키지 않고 직접 수체(하천, 해양, 저수지 등)로 유출시키게 되는데, 이와 같이, 수체로 직접 방류되는 유출수를 합류식 하수관거 월류수(CSO(s) : Combined Sewer Overflows)라 한다.
다시 말해, CSO 란, 하수처리장을 거치지 않고 배수구역에서 하천으로 직접 유하되는 유량을 의미한다.
따라서, 상기 CSO 의 오염도는 수환경 관리에 있어 중요한 요소의 하나인데, 이때, 상기 CSO 에 포함된 오염물질의 양은 대상지역의 개발 정도, 토지이용 상태, 시가지 청결 정도, 강우 강도 및 강우 지속 시간에 따라 크게 차이가 있다.
이러한 CSO 의 분석을 위하여, 본 발명의 실시예에서는, CSO 의 수질측정항목으로 BOD, CODcr, CODmn, SS, TN 및 TP 등을 설정했으며, 이를 위해, 상기한 바와 같이, 측정된 유량 데이터 중 이상이 없다고 판단된 데이터 및 이상이 있다고 판단되어 필터링 과정을 거친 데이터가 결합되어 생성된 모든 측정 단위 시간에 대한 유량 데이터와, 저장된 관리구역의 정보 데이터(예를 들어, 총 유출수 부피(㎥), 총 강우량(㎜), 평균 강우 농도(㎜/hr), 강우 지속 시간(hr) 및 관리 구역 면적(㏊) 데이터 등)를 이용하여, 다음의 <수학식 1>에 의해, 단위면적 당 오염부하량을 산출 하도록 하였다.
도 2b 는 본 발명에 따른 하수관거 관리 방법의 결측 및 미관측 데이터 필터링 과정의 일실시예 상세 흐름도이다.
도 2b 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 하수관거 관리 방법의 결측 및 미관측 데이터 필터링 과정(230)은, 유량 측정 장비에 의해 측정된 유량 데이터 중 이상 데이터가, 결측에 의한 이상 데이터인지 아니면 미관측에 의한 이상 데이터인지를 판단하는 단계(231), 상기 판단의 결과, 결측에 의한 이상 데이터로 판단되면, 다시 상기 결측이 소정의 기준시간 보다 장기 결측인지 단기 결측인지를 판단하는 단계(232), 상기 판단의 결과, 장기 결측으로 판단되면, 저장되어 있는 과거의 데이터 등을 이용하여 데이터 변환하는 단계(233), 상기 변환된 데이터를 유역의 특성에 맞도록 조정하는 단계(234)를 포함하며, 또한, 상기 판단(232)의 결과 단기 결측 데이터로 판단되면, 상기 데이터를 보간(interpolation)하는 단계(235)를 포함하고, 마지막으로, 상기 판단(231)의 결과 미관측 데이터로 판단되면, 그에 해당하는 예측 데이터를 생성하는 단계(236)를 포함하여 구성된다.
다시 말하면, 자동 혹은 수동의 유량 측정 장치에 의해 생성된 측정 유량 데이터는, 측정 조건이 일정하고 유량 측정 장치의 작동에 특별한 방해조건이 존재하지 않는 한 정성된 데이터를 일정 시간 간격으로 생성하게 되지만, 하수에 포함된 불순물 등의 방해조건으로 인해 유발되는 순간적인 기기의 오작동이나 고장 등에 의해 결측 데이터나 미관측 데이터가 빈번하게 발생되는게 현실이며, 이러한 결측이나 미관측 등의 이상 데이터가 발생되면, 측정된 유량 데이터 값을 기준으로 유입수량/침입수량을 산정하고 CSO를 분석하는 본 발명에 따른 시스템으로서는, 하수관거의 실제 상황에 많이 어긋나는 결과를 도출할 수 밖에 없게 되어, 이는 결국, 관리 구역 수환경의 악화로 나타나게 된다.
즉, 자동 혹은 수동 유량 측정 장치가 외부의 요인 등으로 인한 오작동/고장에 의해 발생되는 결측/미관측 데이터는, 해당 데이터 필드에 이상값 혹은 null 값으로 나타나게 되며, 이러한 null 값 등의 이상 데이터에 의해 유입수/침입수 분석 결과가 왜곡되게 나타날 수 있다.
하지만, 특정 지점의 하수관거에서 발생되는 유량은 그 유역의 물 사용량과 밀접한 관계가 있기 때문에, 측정시간 및 측정기간과 밀접한 관계가 있을 수 밖에없다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는, 상기 이상 데이터의 발생 원인을 파악하여 그에 알맞는 데이터 필터링 과정을 통해, 결측 및 미관측 데이터를 실측 데이터와 유사한 데이터로 치환할 수 있도록 함에 있어서, 특히, 결측 데이터의 경우, 1시간을 기준 시간으로 단기 결측 데이터와 장기 결측 데이터로 다시 구분하고, 각각의 경우에 서로 다른 필터링 알고리즘을 적용하도록 함으로써 정밀도를 더욱 향상시킬 수 있도록 하였다.
상기 각각의 이상 데이터의 발생 원인에 따른 각각의 필터링 과정에 대해 상세히 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 장기 결측 데이터에 대한 필터링 과정(233, 234)이다.
5분 혹은 10분 간격으로 측정된 유량 데이터에 장기간(1시간 이상)의 결측값이 존재할 경우에는, 과거의 유량 자료 등을 통하여 특정한 시간대의 물 사용량에 따른 하수관거의 유량을 추정할 필요가 있으며, 이의 해결을 위해서는, 동일한 요일의 동일한 시간에 측정된 과거의 유량 데이터를 평균하는 방법이 가장 합리적일 것이다.
이를 위해, 본 발명의 실시예에 있어서 장기 결측 데이터는 데이터 변환(Data Transformation)을 이용하여 필터링 하였는데, 상기 데이터 변환을 위해 과거 관측 데이터로부터 동일 요일 동일 시간대의 유량 데이터 값을 평균하는 방법을 사용하였다.
즉, 이동평균법(Moving Average)과 지수평활법(Exponent Smoothing)을 이용하여 측정된 유량 데이터의 시계열을 평활(smoothing)시킴으로써, 상기 장기 결측 데이터 값을 유역의 특성에 근접한 값으로 필터링 할 수 있도록 하였다.
이때, 본 발명의 실시예에서는 평활상수의 디폴트(default) 값을 0.95 로 셋팅(setting)하여 사용하였으나, 배수구역의 특성을 잘 아는 사용자라면 상기 평활상수를 임의로 조정함으로써 더욱 정밀한 데이터 필터링을 수행할 수 있도록 하였으며, 또한, 적용된 평활상수에 따라 산정된 유입수량/침입수량을 시스템 사용자가 직접 비교할 수 있도록 하였다.
여기서, 상기 이동평균법은, 관측된 시계열 데이터 중 특정 기간 동안의 데이터 값을 단순 평균하여 미래값을 예측하는 방법으로, 상기 특정 기간은 사용자의 입력에 의해 결정된다.
따라서, 미래값의 예측을 위한 특정 기간을 길게 하면, 생성된 데이터는 매우 유동이 적은 보수적인 결과를 가져 올 수 있는 반면 시간 변동에 대한 특성을 제대로 반영하기 어렵게 될 수 있으며, 또한, 상기 특정 기간을 짧게 하면, 최근의 측정값의 특성을 예측값에 많이 반영할 수 있는 반면, 시간에 따른 자료값의 유동 폭이 매우 클 수 있으므로, 측수점 별로 생성된 유량 데이터의 특성에 따라 사용자가 적절히 판단하여 기간을 정하여야 한다.
그리고, 이러한 이동평균법에 의한 데이터의 보정시, 새로운 시계열 관측값이 입력되면, 상기 특정 기간에 속한 데이터 중 가장 오래된 데이터는, 다음의 예측에서 제외되게 된다.
현재 시점 n 에서의 m 기간 동안의 이동 평균값을 표시하면, 다음의 <수학식 2>와 같이 나타낼 수 있다.
여기서, F는 예측 시계열을 Z는 실측된 유량 시계열을 나타낸다.
한편, 지수평활법에 의한 데이터의 필터링은, 과거의 축적된 관측값을 이용하여 미래의 값을 예측하는 방법으로, 최근의 자료에 더 높은 가중치를 부여한다는 데 그 특징이 있다.
가령, 가장 최근의 예측치를 Ft-1이라하고, 그 기간의 실측값을 At-1, 그리고 지수 평활상수를 α 라 하면, 지수평활법에 의한 예측 모형식은 다음의 <수학식 3>과 같이 나타낼 수 있다.
상기 <수학시 3>에 의하면, 평활상수 α 값의 범위는 0과 1사이 이며, α 값이 1에 가까울수록 최근의 관측치에 더 큰 가중치를 부여하게 되는 것이다.
이러한 지수평활법은, 상기 이동평균법이 관측값에 대해, 평균의 개념에 의해, 일률적으로 동일한 가중치를 부여함으로써 발생될 수 있는 문제점을 보완할 뿐만 아니라, 이동평균법에서 특정된 기간 내의 몇 개 데이터 이외에 그 이전의 데이터를 무시하고 예측을 수행하는 약점을 보완할 수 있게 한다.
한편, 상기한 장기 결측 데이터 필터링 시, 유량 데이터 필드의 강우 사상 칼럼에 존재하는 레코드 값이 null 값이 아닌 데이터(즉, 강우시 측정된 유량 데이터)는, 상기 필터링 과정에서 해당 데이터를 제외하도록 프로그램 함으로써, 강우에 의한 영향으로 생성 데이터가 과대 평가되는 것을 방지하였다.
다음, 단기 결측 데이터에 대한 필터링 과정(235)은 아래와 같다.
본 발명의 실시예에 있어서 단기(1시간 이내) 결측 데이터는, 데이터 보간 알고리즘에 의해 생성하도록 하였다.
결측치를 제외한 결측치 전후 데이터 값의 기울기를 이용하여 중간에 있는 결측 데이터 값을 결정하는 것을 데이터 보간법이라 하는데, 이러한 데이터 보간의방법으로는 선형 보간법을 비롯하여 2차 다항 보간법, 스플라인 보간법 등의 여러 가지 방법이 있으며, 본 발명의 실시예에서는, 사용자가 이들 중 상황과 환경에 맞는 적당한 보간 방법을 선택할 수 있도록 하였다.
아래의 <수학식 4> 내지 <수학식 6>은, 차례로 선형보간, 2차 다항보간, 스플라인 보간 방법을 나타낸다.
, ,
마지막으로, 미관측 데이터의 필터링 과정(236)에 대해 설명하도록 한다.
하수관거의 유량 측정을 위한 장비는, 유지보수의 불량이나 관측지점 지형의변화 등의 이유로 인하여 종종 오작동이나 고장 등이 발생되게 되는데, 이럴 경우, 일정 기간 동안 해당 하수관거의 유량을 측정하지 못하게 된다.
또한, 이와 같이, 고장 등에 의해 유량 측정 기능을 수행하지 못하는 유량 측정 장비는, 장비 제조회사에 따라 다르지만, 디지털 방식 장비의 경우 마이너스 값이나 기기의 측정 가능한 최고값(예를 들어, 99999), 또는 현실적으로 가능하지 않은 이상값 등을 연속적으로 생성/전송하게 된다.
그러므로, 상기 유량 측정 장비로부터 입력되는 데이터를 그대로 받아들여 관리구역 하수관거의 유량 파악과 이에 기초한 유입수량/침입수량 산정 등에 이용할 경우, 실제와 많은 오차가 발생되게 되어 정상적인 수환경의 관리가 이루어지기 힘들게 된다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는, 데이터 베이스 등에 저장/관리되고 있는 해당 하수관거의 과거 측정 유량 데이터 패턴을 비선형 통계 알고리즘인 ARIMA 와 인공신경망의 역전파 알고리즘인 ANN 을 이용하여 파악함으로써, 상기 유량 측정 장비의 정상 작동 시 까지, 예측 유량 데이터를 생성할 수 있도록 하였다.
ARIMA 나 ANN 은 주기가 일정한 데이터의 패턴을 인식하여 향후 값을 예측하는 데 뛰어난 것으로 알려져 있다.
유량 시계열 자료는 일별, 월별 혹은 계절별로 일정한 시간 간격을 두고 동일한 현상이 반복되는 경향을 가지고 있다.
이와 같이, 동일한 현상이 반복적으로 일어나는 시간 간격을 '계절주기'라고 하고, 이러한 시계열을 '계절시계열'이라고 하며, 이러한 계절시계열 ARIMA(p, d,q)s는 다음의 <수학식 7>과 같은 모형식으로 표현할 수 있다.
이때,는 계절 AR 의 계수,는 계절 MA 의 계수를 나타내는 것으로, 계절 AR 부분은,
로 표현 가능 하고, 계절 MA 부분은,
로 표현될 수 있다.
여기서, 원시계열 자료를 계절 시계열 모형에 적합시켜서 얻은 잔차(residual)들의 자기상관함수(Auto-Correlation Function : ACF)와 편자기상관함수(Partial Auto-Correlation Function : PACF)를 관찰한 결과 이들이 ARIMA 모형을 따를 때, 다시말해, 계절부분을 모형화할 때 비계절 부분과 마찬가지로 주어진 시계열이 비정상성을 가지고 있다면, 계절차분과 일반 d차 차분을 통해 자료를 정상화 시킴으로써 모형을 구축할 수 있는데, 이것을 승법 계절 ARIMA 모형이라고 한다.
이를 식으로 표현하여, 관측된 시계열 Zt에 대하여 계절 시계열모형을 적합시키면,
로 나타낼수 있으며, 여기서 잔차를 나타내는 et의 모형이, 백색잡음과정 at를 따르지 않고, ARIMA(p, d, q)의 특성을 보이는 경우, 이 부분은 다시,
로 나타낼 수 있다.
상기 두 모형을 승법으로 결합시키면 다음의 <수학식 12>와 같은 승법 계절 ARIMA 모형식을 얻게 되며, 이를 통해 유량 측정 장비의 고장 등에 의한 장기 미관측 유량 데이터를 생산하도록 하였다.
이때, 시스템의 데이터 베이스 등에 저장/관리되고 있는 미관측 구간의 과거 유량 데이터를 입력값(I j )으로 하면, 미리 설계된 전이함수에 의해 계산된 값을 출력할 수 있게 된다.
여기서,x i : 입력층의 데이터,w ji : 가중치 벡터 즉 연결강도 벡터,B j : 임계값 벡터를 나타낸다.
그러면, 은닉층에서는 상기y j 값을 전달받아, 다음의 <수학식 15>에 의해 반응벡터(L k )를 구하여, 이 값을, 전이함수를 거쳐 출력층으로 보내게 된다.
여기서y j : 은닉층의 입력 데이터,w kj : 은닉층의 가중치 벡터,B k : 은닉층에서의 임계값을 나타낸다.
또한, 상기 다층 신경망에 의해 생성된 값으로부터, 아래의 <수학식 16>에 의해, 목표값과의 오차(MSE)가 계산된다.
여기서O d : 목표값,O p : 신경망에 의한 계산값,n: 데이터의 수를 나타낸다.
이때, 상기 <수학식 16>에 의해 생성된 MSE(mean square error)를 줄이기 위해 가중치 벡터(Δω(t))를 조절하여 신경망의 학습을 반복하도록 한다.
여기서η: 학습율,w: 가중치,μ: 모멘트 항을 나타낸다.
이상의 도 1 내지 도 2b 에서 설명한 본 발명의 실시예에 의해, 측정된 유량 데이터 중 결측 또는 미관측 등의 이상 데이터가 필터링 되고, 이를 이용하여 유입수량/침입수량의 산정 및 CSO 의 분석이 완료되면, 시스템의 운영자에게는, 집행 가능한 예산 범위 내에서 불명수량 최소화 등의 하수관거 최적화를 위한 의사결정의 문제가 남게 된다.
따라서, 본 발명에 따른 하수관거 관리 시스템에는, 도면에 도시되지 않았지만, 하수관거 최적화를 위한 의사결정 지원 장비 및 그에 적용되는 알고리즘이 부가될 수 있는데, 이하, 그에 대해 설명하기로 한다.
상기 불명수량 최소화 등의 하수관거 최적화를 위한 의사결정 지원을 위해, 본 발명에서는 선형 계획 프로그램을 이용하였다.
선형 계획 프로그램이란, 제한된 자원 등의 구속 조건을 갖는 경우에 있어서 이윤을 최대화하거나 비용을 최소화하여 원하는 목적을 만족시키기 위한 최적화 문제를 해결하는데 사용되는 방법이다.
따라서, 본 발명에 따른 하수관거 관리 시스템에서는 사업의 우선순위 도출을 위하여 선형 계획 프로그래밍을 사용하였는데, 이에 의하면, 상기 도 1 내지 도 2b 의 과정을 통해 산정된 유입수량/침입수량을 최소화 할 수 있는 최적화 함수가 다음의 <수학식 18>과 같이 표현된다.
minimize Z
subject to fi(x) < a
bounded to c < xi< d
여기서, 목적함수Z는 특정유역에 대한 불명수량을 나타내며, fi(x) < a 는, 배수구역별 최대 투여가능 비용 조건을, c < xi< d 는, 소배수구역별 허용가능한 불명수량의 최대값에 대한 제약조건을 나타낸다.
상기와 같은 최적화 함수의 가능해는 선형 계획 프로그램의 단체법(simplex method) 등을 통해 산출할 수 있으며, 이러한 최적해를 구하기 위한 컴퓨터 프로그램밍 언어 및 툴(tool)로는, MS-Excel, MATLAB, MATHCARD, IMSL 등이 이용 가능한데, 본 발명의 실시예에서는 MATLAB 의 M-file 로 목적 함수를 정의하여, 제약조건의 변화에 따른 최적해를 산출할 수 있도록 하였다.
상기 M-file 은, 제약 함수의 수정이나 목적 함수의 수정이, 다른 프로그램 파일에 비해 비교적 용이하다는 장점을 갖는다.
마지막으로, 도 3 은 본 발명에 따른 하수관거 관리 방법 중 미관측 데이터 필터링 과정의 일예시 설명도로써, 실제로 구현된 본 발명에 따른 하수관거 관리 시스템을 작동시켜 미관측 데이터의 필터링을 수행한 경우 모니터 상에 표시되는 화면의 일례를 보여주고 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 방법은, 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 형태로 기록매체(씨디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
상기와 같은 본 발명은, 하수관거 시스템에 적용되는 유량측정기의 고장이나 오작동 등에 의해 장기간 미관측치가 발생되거나 단위배수구역 유량 데이터에 장/단기의 결측치가 발생되더라도, 과거의 측정 데이터 등을 참조하여 실측치와 유사한 데이터를 제공할 수 있고, 이에 의해, 유량파악 및 유입수/침입수 산정이 이루어짐으로써, 체계적이고 안정적인 하수관거 시설의 계획과 보다 효율적이며 경제적인 관리가 가능하도록 하는 효과가 있다.

Claims (12)

  1. 하수관거의 유량(流量)을 측정하는 유량 측정 장치, 관리구역정보가 포함된 데이터를 저장/관리하는 데이터 베이스(DB) 및 입출력을 위한 인터페이스 장치를 구비하고 각각의 구성 장치들 사이에 네트워크가 연결/설정된 하수관거 관리 시스템에 있어서,
    상기 유량 측정 장치에 의해 측정/생성된 측정 유량 데이터의 결측 및 미관측 데이터를 필터링하는 측정 유량 데이터 필터링 장치;
    상기 측정 유량 데이터 필터링 장치에 의해 결측 및 미관측 데이터가 필터링된 유량 데이터로부터 유입수(Inflow)량을 산정하는 유입수량 산정 장치;
    상기 측정 유량 데이터 필터링 장치에 의해 결측 및 미관측 데이터가 필터링된 유량 데이터로부터, 유량해와 유량수질해의 알고리즘을 병행 적용하여 침입수(Infiltration)량을 산정하는 침입수량 산정 장치; 및
    상기 측정 유량 데이터 필터링 장치에 의해 결측 및 미관측 데이터가 필터링된 유량 데이터와 상기 데이터 베이스에 저장된 관리구역정보 데이터를 이용하여 CSO(Combined Sewer Overflow : 합류식 하수관거 월류수)를 분석하는 CSO 분석 장치;
    를 포함하는 하수관거 관리 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정 유량 데이터 필터링 장치는,
    상기 유량 측정 장치에 의해 측정/생성된 유량 데이터 중 소정의 기준 시간 이내의 결측 데이터를, 데이터 보간 알고리즘을 이용하여 생성하는 단기 결측 데이터 생성 수단;
    상기 유량 측정 장치에 의해 측정/생성된 유량 데이터 중 소정의 기준 시간 이상의 결측 데이터를, 데이터 변환 알고리즘을 이용하여 생성하는 장기 결측 데이터 생성 수단; 및
    상기 유량 측정 장치의 오작동으로 인한 미관측 데이터가 발생할 경우, 비선형 통계 알고리즘과 인공신경망의 역전파 알고리즘을 이용하여 상기 미관측 데이터에 해당하는 예측 데이터를 생성하는 예측 데이터 생성 수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 하수관거 관리 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 유입수량 산정 장치는,
    상기 측정 유량 데이터 필터링 장치에 의해 필터링된 측정 유량 데이터로부터 유입수량을 산정함에 있어서, 강우사상의 지연 효과에 의한 유입수량을 판단/적용하는 지연 효과 판단 수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 하수관거 관리 시스템.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 단기 결측 데이터 생성 수단은,
    결측 데이터의 생성을 위한 수학적 알고리즘으로, 선형 보간 알고리즘, 2차 다항 보간 알고리즘 및 스플라인 보간 알고리즘 중 사용자에 의해 선택된 알고리즘을 이용하는 것을 특징으로 하는 하수관거 관리 시스템.
  5. 하수관거 관리 시스템에 적용되는 하수관거 관리 방법에 있어서,
    측정된 하수관거의 유량 데이터에 대해 결측 및 미관측 데이터를 필터링하는 제 1 단계;
    상기 결측 및 미관측 데이터가 필터링된 유량 데이터로부터 유입수량을 산정하는 제 2 단계;
    상기 결측 및 미관측 데이터가 필터링된 유량 데이터로부터, 유량해와 유량수질해의 알고리즘을 병행 적용하여 침입수량을 산정하는 제 3 단계; 및
    상기 결측 및 미관측 데이터가 필터링된 유량 데이터와 사용자에 의해 입력된 관리구역정보 데이터 중, 총 유출수 부피(㎥), 총 강우량(㎜), 평균 강우 농도(㎜/hr), 강우 지속 시간(hr) 및 관리 구역 면적(㏊) 데이터를 이용하여 CSO를 분석하는 제 4 단계;
    를 포함하는 하수관거 관리 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 단계는,
    상기 측정된 하수관거의 유량 데이터 중 소정의 기준 시간 이내의 결측 데이터를, 데이터 보간 알고리즘을 이용하여 생성하는 제 5 단계;
    상기 측정된 하수관거의 유량 데이터 중 소정의 기준 시간 이상의 결측 데이터를, 데이터 변환 알고리즘을 이용하여 생성하는 제 6 단계; 및
    상기 유량 측정 장치의 오작동으로 인한 미관측 데이터가 발생할 경우, 비선형 통계 알고리즘과 인공신경망의 역전파 알고리즘을 이용하여 상기 미관측 데이터에 해당하는 예측 데이터를 생성하는 제 7 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 하수관거 관리 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 5 단계의 데이터 보간 알고리즘은,
    선형 보간 알고리즘, 2차 다항 보간 알고리즘 및 스플라인 보간 알고리즘 중 사용자에 의해 선택된 알고리즘인 것을 특징으로 하는 하수관거 관리 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 6 단계의 데이터 변환 알고리즘은,
    이동 평균법(Moving Average)과 지수 평활법(Exponent Smoothing)을 포함하는 것을 특징으로 하는 하수관거 관리 방법.
  9. 제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 단계는,
    상기 결측 및 미관측 데이터가 필터링된 유량 데이터로부터 유입수량을 산정함에 있어서, 강우사상에 의한 지연 효과를 판단/적용하는 것을 특징으로 하는 하수관거 관리 방법.
  10. 프로세서를 구비한 하수관거 관리 시스템에,
    측정된 하수관거의 유량 데이터에 대해 결측 및 미관측 데이터를 필터링하는 제 1 기능;
    상기 결측 및 미관측 데이터가 필터링된 유량 데이터로부터 유입수량을 산정하는 제 2 기능;
    상기 결측 및 미관측 데이터가 필터링된 유량 데이터로부터, 유량해와 유량수질해의 알고리즘을 병행 적용하여 침입수량을 산정하는 제 3 기능; 및
    상기 결측 및 미관측 데이터가 필터링된 유량 데이터와 사용자에 의해 입력된 관리구역정보 데이터 중, 총 유출수 부피(㎥), 총 강우량(㎜), 평균 강우 농도(㎜/hr), 강우 지속 시간(hr) 및 처리 구역 면적(㏊) 데이터를 이용하여 CSO를 분석하는 제 4 기능;
    을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 기능은,
    상기 측정된 하수관거의 유량 데이터 중 소정의 기준 시간 이내의 결측 데이터를, 데이터 보간 알고리즘을 이용하여 생성하는 제 5 기능;
    상기 측정된 하수관거의 유량 데이터 중 소정의 기준 시간 이상의 결측 데이터를, 데이터 변환 알고리즘을 이용하여 생성하는 제 6 기능; 및
    상기 유량 측정 장치의 오작동으로 인한 미관측 데이터가 발생할 경우, 비선형 통계 알고리즘과 인공신경망의 역전파 알고리즘을 이용하여 상기 미관측 데이터에 해당하는 예측 데이터를 생성하는 제 7 기능;을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 제 2 기능은,
    상기 결측 및 미관측 데이터가 필터링된 유량 데이터로부터 유입수량을 산정함에 있어서, 강우사상에 의한 지연 효과를 판단/적용하는 것을 특징으로 하는 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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