KR20110086527A - 퍼지기법을 이용한 상수도관망 최적관리시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 상수도관망의 건전도 평가 분석 방법 및 시스템, 그리고 이를 이용한 블록 유량 모니터링 시스템에 관한 것으로서, 5가지 각각 다른 건전도 평가법인 점수평가법, 퍼지 기법, ELECTRE기법, 로지스틱회귀분석, 베이즈기법을 통한 상수도관망관리 방법 및 시스템을 제공한다.
Description
본 발명은 유수율 제고를 위한 상수도관망의 건전도 평가 분석 방법 및 시스템, 그리고 이를 이용한 블록 유량 모니터링 시스템에 관한 것이다.
지중 또는 지상에 배관되는 수도관은 상수관과 하수관 등으로 구분된다. 여기서, 상수관은 정화 및 소독된 높은 급수의 물이 통과하는 것으로, 상수를 원격지에 위치한 소비자에게 공급하기 위해서는 큰 압력을 가해야 한다. 따라서, 상수관은 상기 압력을 지탱할 만한 충분한 강성을 가져야 한다.
이를 위해 상수관은 강철재질로 제작되고, 직경을 가능한 크게 하여 상수관이 받는 단위면적당 수압의 크기를 최소화시킨다. 따라서, 상수관이 받는 수압을 줄일 수 있고, 상수관 자체의 재질로 큰 문제없이 상수관으로서의 임무를 수행한다.
그런데, 이러한 상수관은 상수원으로부터 소비지까지 일체로 할 수 없으므로 다수의 상수관을 이어 배관한다. 따라서, 상수관과 상수관 사이에는 이음부가 형성된다. 그런데, 이러한 이음부에는 틈이 발생하여 높은 수압으로 흐르는 상수가 상기 틈을 통해 누수될 수 있다.
물론, 이러한 누수는 틈이 발생하는 이음부의 경계부를 덮는 합성수지로 패킹하거나 상수관 간의 연결이 서로 긴밀하게 되도록 그 형상을 가공함으로써 어느 정도 보완되고 있지만, 누수를 완전히 차단하는 것은 아니며, 수압이 커질수록 상수관과 상수관 간의 이음부가 벌어지면서 틈이 커지게 되어 이음부에 형성되는 틈에 의한 누수의 발생을 완전히 해소하지는 못한다.
한편, 지중에 매설된 상수관의 이음부에 누수가 발생할 경우, 이를 인지하는 것은 쉽지 않다. 즉, 지중 상수관의 누수가 발생할 경우 이에 대한 대처를 신속히 할 수 없으므로 계속되는 누수에 의해 상수가 불필요하게 소모되고, 누수가 일어나는 요인이 더욱 악화되어 결국에는 상수관을 교체해야 하는 부담을 감수해야 하는 것이다.
더불어, 시민들의 생활 및 경제 수준 향상으로 물에 대한 양적 및 질적인 요구가 높아짐에 따라 수도시설의 유지관리의 중요성이 점점 커지고 있다. 이에 각 정부에서는 누수율을 저감시키기 위해 노후관 정비, 안정적인 수압을 위한 배수지건설, 누수탐지 및 야간최소유량 측정 등의 사업을 통해 많은 예산과 인력을 투자하고 있다. 특히 관로는 수도시설의 주요 구성요소이기 때문에 불량관로의 정비·교체를 위한 많은 투자가 이루어지고 있지만, 사업 진행시 단수, 도로 굴착 등으로 인한 막대한 비용과 노력이 들게 된다. 따라서 이러한 사업을 효율적으로 진행하기 위해서는 불량관로의 정비·교체의 우선순위를 예측 할 수 있는 보다 합리적이고, 실무자들의 접근이 용이한 방법이 필요하다.
상수도관망은 지하에 매설되어 있고, 매우 넓은 면적에 복잡하게 얽혀있어 물리적인 직접진단이 매우 어렵다. 따라서 간접적인 면적 진단을 통해서 문제의 가능성이 있는 조사 대상지역을 취약 지역으로 축소시키고, 취약 지역에 대해서만 특별한 집중조사를 통하여 관체의 직접진단이나 구역개량 사업에 착수하는 것이 필요하다. 이를 위해 상수도관망의 건전도평가는 무엇보다도 중요하며, 여러 건전도 평가법을 통해 상수도관망관리를 보다 효율적으로 하는 것이 본 발명의 목적이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 5가지 각각 다른 건전도 평가법(점수평가법, 퍼지 기법, ELECTRE기법, 로지스틱회귀분석, 베이즈기법)을 통해 상수도관망관리를 위한 정보로 활용한다.
구체적으로, 본 발명은 상수도관망 관리를 위한 건전도 평가 방법으로서, 상수도 GIS 소블록별 DB와, 누수사고 및 복구자료를 입력하는 단계; 상기 상수도 GIS 소블록별 DB와, 누수사고 및 복구자료에 기초하여, 소블록별 누수사고를 분석하고 성능지표를 선정하는 단계; 성능지표별 소블록 순위를 결정하는 단계; 성능지표별 등급을 분류하는 단계; 상기 분류된 성능지표별 등급에 성능지표별 가중치를 더하는 단계; 및 소블록 종합순위를 결정하는 단계;를 포함하는 건전도 평가 방법을 개시하고 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따라, 상기 상수도 GIS 소블록별 DB는 관연령, 제수밸브 및 소화전을 포함한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따라, 상수도관망 관리를 위한 건전도 평가 방법으로서, 관로의 성능평가자료를 입력하는 단계; 지표별 관로 상태를 등급화하는 단계; 상기 등급화된 지표별 관로 상태에 가중치를 더하여 관로 노후도를 결정하는 단계; 퍼지 노후도를 결정하는 단계; 기본 관로 노후도 예측모형에 상기 퍼지 노후도를 적용하여 트레이닝하는 단계; 상기 트레이닝하는 단계를 통해 관로 노후도를 예측하는 단계; 상기 예측된 관로 노후도를 통해 파손 가능성을 산출하는 단계; 상기 산출된 파손 가능성, 퍼지 규칙(Fuzzy Rule-set), 그리고 관경에 따른 피해규모를 통해 예측되는 파손결과를 조합하는 단계; 퍼지 알고리즘을 적용하여 관로의 파손 위험도를 예측하는 단계;를 포함하는 건전도 평가 방법이 개시된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따라, 상기 관로의 성능평가자료는 관경, 관종 및 관연령을 포함한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따라, 상수도관망 관리를 위한 건전도 평가 방법으로서, GIS 상의 상수도 관련자료 및 누수사고 복구자료를 입력하는 단계; 성능지표를 선정하는 단계; 상기 성능지표에 따라 블록별로 순위를 결정하고 정규화하는 단계; 일치성 지수 및 불일치성 지수를 결정하는 단계; 강한 순위 선호관계 및 약한 순위 선호관계를 결정하는 단계; 순방향 순위 및 역방향 순위를 결정하는 단계; 임계치를 결정하여 적용하는 단계; R 모형별 모델을 결정하는 단계; 상기 R 모형별 모델에 평균 절대오차, 평균 제곱근오차, 상관계수 및 순위 일치율을 적용하는 단계; 모델을 평가하여 최적 모델을 결정하는 단계;를 포함하는 건전도 평가 방법이 개시된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따라, 상수도관망 관리를 위한 건전도 평가 방법으로서, 관 파손 및 누수 기록을 입력하는 단계; GIS를 이용하여 데이터를 처리하는 단계; 관 상태 지표 및 주변환경 지표를 얻는 단계; 로지스틱 회귀분석을 실행하는 단계; 모델 적합도를 분석하고 모델 계수를 결정하는 단계; 관 파손 모델을 결정하는 단계; 및 관 파손 분류 기준을 결정하는 단계;를 포함하는 건전도 평가 방법이 개시된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따라, 상수도관망 관리를 위한 건전도 평가 방법으로서, 누수사고 자료를 입력하는 단계; 상태인자를 결정하는 단계; 개별인자를 조합하는 단계; 조건부 누수발생 확률 및 평균 누수발생 확률을 구하는 단계; 상기 조건부 누수발생 확률 및 평균 누수발생 확률을 전체 상수관로자료에 적용하는 단계; 각 블록별 평균 누수 발생확률 보다 큰 조건부 누수 발생확률의 관로 길이 비율을 결정하는 단계; 블록별 누수 발생확률을 결정하는 단계;를 포함하는 건전도 평가 방법이 개시된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따라, 누수사고 자료를 입력하는 단계; 상태인자를 결정하는 단계; 개별인자를 조합하는 단계; 조건부 누수발생 확률 및 평균 누수발생 확률을 구하는 단계; 상기 조건부 누수발생 확률 및 평균 누수발생 확률을 전체 상수관로자료에 적용하는 단계; 및 개별 관로별 누수 발생확률을 결정하는 단계;를 포함하는 건전도 평가 방법이 개시된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따라, 상기 전체 상수관로 자료에 적용하는 단계부터 GIS 연동된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따라, 상기 상태인자는 관경, 관종 및 관연령을 포함한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따라, 상술된 건전도 평가 방법을 실행하도록 하는 프로그램을 포함하는 컴퓨터 판독가능 매체가 개시된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따라, 이러한 컴퓨터 판독가능 매체를 포함하는 건전도 평가 분석 시스템이 개시된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따라, 이러한 건전도 평가 분석 시스템; 웹페이지; 가압장 시스템 DB와 연계되어 있는 시스템 연계부; 상황판 시스템; 시설물의 유량 또는 압력을 계측하고 이상 상태에 대한 경보 및 누수 경고를 전송하는 실시간 경보 전송 시스템; 및 블록 유량/압력을 모니터링하는 유량 모니터링 시스템;을 포함하는 블록 유량 모니터링 시스템이 개시된다.
본 발명에 의하면, 상수도관망의 관리실무자들은 불량관로의 정비· 교체의 우선순위를 예측할 수 있는 보다 합리적이고, 접근이 용이한 방법 및 시스템을 얻을 수 있다.
도 1은 점수평가법을 이용한 상수도 블록시스템 평가 프로그램의 순서도이다.
도 2는 퍼지 기법을 이용한 상수관로 파손 위험도 예측 프로그램을 설명하는 순서도이다.
도 3은 다기준 의사결정 방법을 이용한 상수도 블록시스템 평가 프로그램을 설명한 순서도이다.
도 4는 로지스틱 회귀분석 즉, 통계분석을 통한 상수관로 파손 예측 프로그램을 설명하는 순서도이다.
도 5는 베이즈 기법을 이용한 누수빈도 공간분석 프로그램를 설명하는 순서도이다.
도 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 블록 유량 모니터링 시스템 네트워크의 구성을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 블록 유량 모니터링 시스템을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 통합관리 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 퍼지 기법을 이용한 상수관로 파손 위험도 예측 프로그램을 설명하는 순서도이다.
도 3은 다기준 의사결정 방법을 이용한 상수도 블록시스템 평가 프로그램을 설명한 순서도이다.
도 4는 로지스틱 회귀분석 즉, 통계분석을 통한 상수관로 파손 예측 프로그램을 설명하는 순서도이다.
도 5는 베이즈 기법을 이용한 누수빈도 공간분석 프로그램를 설명하는 순서도이다.
도 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 블록 유량 모니터링 시스템 네트워크의 구성을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 블록 유량 모니터링 시스템을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 통합관리 시스템을 도시한 도면이다.
상술된 바와 같이, 본 발명의 상수도관망의 건전도평가는 아래의 5가지 건전도 평가법(점수평가법, 퍼지 기법, ELECTRE기법, 로지스틱회귀분석, 베이즈기법)을 통해 이루어진다.
1. 점수평가법
연구대상지역의 상수도 GIS상의 관련 자료와 누수사고 및 복구 자료를 이용하여 소블록별 데이터베이스를 구축하고, 그 현황 및 특성을 분석하였으며, 또한 현재 이용 가능한 자료를 바탕으로 평균관로연령, 21년 이상된 관로 비율, 비내식성관의 비율, 누수사고 및 안정성 등의 성능지표를 선정하여 소블록별 건전도 평가를 통해 우선적으로 상수관로의 개량이 필요한 블록들을 확인할 수 있으며, 복잡한 계산과정 없이 단순한 연산으로 평가가 가능하며, 획득해야할 자료의 양이 비교적 적고, 절차상에 많은 배경지식이 필요하지 않아 실무자들이 쉽게 접근할 수 있어 현장에서의 적용성이 매우 높고 이러한 결과들은 향후 누수관리 및 불량관로의 정비·교체 지역 선정 시 우선순위를 정하는데 하나의 부분으로 사용할 수 있으며, 이로 인해 불량관로의 성능개선 투자사업 시 보다 효과적인 진행이 이루어 질 수 있을 것으로 기대된다.
이러한 점수평가법은 GIS상의 상수도 관련자료, 누수사고 및 복구자료, 소블록별 평가를 위한 성능지표를 이용하여 블록시스템의 건전도를 평가하기 위한 프로그램이고, 이러한 프로그램에 의하면, 추가적인 데이터베이스 구축 없이 현재 구축되어 있는 데이터를 그대로 이용할 수 있으며, 소블록에 대한 갱생 및 교체 우선순위 결정을 위한 의사결정 도구로서 누구나 쉽게 이용할 수 있다.
도 1은 점수평가법을 이용한 상수도 블록시스템 평가 프로그램의 순서도이다.
먼저, 상수도 GIS 소블록별 DB와, 누수사고 및 복구자료를 입력한다. 그다음, 이러한 상수도 GIS 소블록별 DB와, 누수사고 및 복구자료에 기초하여, 소블록별 누수사고를 분석하고 성능지표를 선정한다. 이에 기초하여 성능지표별 소블록 순위를 결정하고 성능지표별 등급을 분류한다. 이렇게 분류된 성능지표별 등급에 성능지표별 가중치를 더하여 소블록 종합순위를 결정함으로써 상수도관망의 건전도를 평가한다.
상기 상수도 GIS 소블록별 DB는 관연령, 제수밸브 및 소화전을 포함할 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다.
2. 퍼지 기법
수도관은 양적인 증가와 함께 다양한 관종이 도입되어 사용되고 있으나, 수도관의 사용년수가 현저히 짧을 수 있다. 또한 수도관의 취약한 내구성 및 기능성으로 인해 수돗물의 녹물 발생 등의 문제가 발생할 뿐만 아니라 누수로 인한 경제적 손실을 초래하고 있는 실정이다. 이러한 누수율을 저감시키기 위해 많은 정부에서 노후상수관 교체 등의 정책을 실시하고 있다.
상수관로는 지하에 매설되어 있다는 점, 노후상태를 눈으로 확인하기 어렵다는 점, 노후를 평가하기 위한 자료가 부족할 뿐만 아니라, 애매모호하다는 점 등 때문에 상수관로의 노후도를 평가하고 예측하기에는 어려움이 따른다. 따라서 상수관의 노후도를 평가하거나 예측하기 위한 보다 효과적이고 정확한 방법론이 요구된다. 상수관로의 노후도 평가방법은 관두께, 도복장두께, 인장강도, 항복강도, 전기전도도 등과 같이 관로의 상태를 직접적으로 조사한 자료를 이용하는 직접적인 방법과 관종, 관경, 매설년도, 토양종류 등과 같이 간접적으로 조사한 자료를 이용하는 간접적인 방법이 있다.
본 발명에서는 광역상수도의 대형 상수도를 대상으로 간접적인 평가인자를 이용하여 상수관로의 노후도 예측모델에 관해서 연구하였다. 대형상수관로의 경우에는 노후, 파손사고 등으로 인해 누수가 발생했을시 피해영향이 매우 크기 때문에 대증요법적인 방법보다는 예방적 차원으로 접근하여 노후상수관로의 갱생 및 교체를 계획적으로 실시하는 것이 옳다고 판단된다.
현재, 상수관로의 노후에 미치는 영향인자들의 자료가 부족한 경우가 많을 뿐만 아니라, 주관적인 경우나 애매한 경우가 상당부분 존재한다. 특히 노후상수관로의 정의 또한 다양하게 표현되고 있어 노후도를 규정하기가 어렵다. 이러한 주관적이고 애매한 자료나 노후상수관로의 의미를 보다 객관적이고 정량적으로 표현할 수 있는 방법 중의 하나로써 퍼지(Fuzzy)기법이 있으며, 이 퍼지 기법을 상수관로의 노후도평가 모델에 사용한다면 기존의 노후도평가 모델의 한계성을 어느 정도 극복할 수 있으며, 마아코브 프로세스(Markov process)는 현재의 상태를 이용하여 미래의 상태를 예측할 수 있는 기법으로서 상수관로의 노후도를 예측하여 상수도관망을 위한 정보를 제공한다.
퍼지 기법은 매설된 상수관로에 대한 성능평가자료와 불확실한 자료일 때 유용한 퍼지 기법을 이용하여 상수관로의 노후도와 파손 위험도를 예측하는 프로그램이다. 매설된 상수관로의 경우, 관로의 노후도나 상태를 파악하기는 쉽지 않을 뿐만 아니라 노후된 상수관로의 경우 주관적이고 애매한 자료가 대부분이다. 이러한 자료들을 객관적이고 정량적으로 표현해주는 퍼지 기법을 이용하여 보다 구체적이고 정확하게 상수관로의 노후도 및 파손 위험도를 예측하여 상수관로에 대한 갱생 및 교체를 계획적으로 수행할 수 있게 해주는 프로그램이다.
도 2는 퍼지 기법을 이용한 상수관로 파손 위험도 예측 프로그램을 설명하는 순서도이다.
먼저, 도면에서 볼 수 있는 바와 같이, 관로의 성능평가자료를 입력한다. 이러한 관로의 성능평가자료에는 관경, 관종, 관연령등이 포함될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 다음으로, 이러한 관로의 성능평가자료에 기초하여, 지표별 관로 상태를 등급화한다. 그리고, 상기 등급화된 지표별 관로 상태에 가중치를 더하여 관로 노후도를 결정하고, 퍼지 노후도를 결정한다. 이러한 결정된 퍼지 노후도를 기본 관로 노후도 예측모형에 적용하여 트레이닝하다. 상기 트레이닝하는 단계를 통해 관로 노후도를 예측하여 파손 가능성을 산출한다. 이렇게 산출된 a)파손 가능성, b) 퍼지 규칙(Fuzzy Rule-set), 그리고 c) 관경에 따른 피해규모를 통해 예측되는 파손결과를 조합하고, 이러한 조합된 결과에 퍼지 알고리즘을 적용하여 관로의 파손 위험도를 예측함으로써 건전도를 평가한다.
3. ELECTRE(ELimination Et Choice Translating REality) 기법
과거의 관파손 및 누수사고 자료를 정리·분석하고 GIS를 통한 블록별 이용 가능한 데이터를 추출함으로써 블록별 건전도 평가를 실시하여 상수도관 개량사업에 있어 합리적이고 체계적인 블록별 교체 및 갱생 우선순위를 결정함으로써 사전계획 수립시 경제적이고 효율적인 계획이 이루어지도록 하는데 목적이 있다.
Electre 기법은 소블록별 PI(Performance Indicators)의 결과값이 넓은 범위로 분포하고 극단값이 존재하는 문제점을 해결하고자 정규점수(normal score)로 결과값을 변환하여 문제점을 해결하였으며, 합리적인 PI별 가중치를 구하기 위해 전문가를 대상으로 설문조사를 실시하여 설문결과를 AHP(Analytic Hierarchy Process)기법으로 가중치를 하며, PI별 가중치와 결과값을 이용하여 합리적이고 체계적인 블록별 상수관로 교체 및 갱생 우선순위를 결정하고자 다기준 의사결정 방법인 ELECTRE를 이용하여 우선순위를 결정한다. 더 나아가서 블록내 관로별 상수관로 교체 및 갱생 우선순위를 결정하기 위해 관파손 및 누수사고 자료 등을 이용하여 로지스틱 회귀분석(Logistic regression)으로 관파손 확률함수를 도출하며, ELECTRE와 로지스틱 회귀분석을 이용하여 소블록별 및 관로별 교체 및 갱생 우선순위를 결정하기 위하여 본 연구에서는 GIS상의 관련 자료와 누수사고 및 복구자료를 이용하고, 소블록별 건전도 평가를 위한 PI항목들은 많이 있지만 현재 이용 가능한 자료를 바탕으로 평가할 수 있는 평균관로연령, 21년 이상된 관로 비율, 비내식성관의 비율, 누수사고 및 안정성의 5개 항목을 배수관 및 급수관 등으로 나누어 12개의 PI로 선정하여 상수관로의 소블록별 및 관로별 교체 및 갱생에 대한 순위비교를 위한 방법을 정리하여 상수도관망의 자료로 사용한다.
ELECTRE 기법은 GIS상의 상수도 관련자료, 누수사고 및 복구자료, 소블록별 평가를 위한 성능지표를 이용하여 블록시스템간의 상대비교를 통해 블록시스템의 건전도 순위를 결정하기 위한 프로그램이다. 이러한 기법은 블록시스템간의 상대비교를 통해서 블록시스템을 평가하기 때문에, 보다 정확하고 논리적으로 블록시스템간의 갱생 및 교체 우선순위를 결정할 수 있는 프로그램이다. 이 프로그램을 이용하면 블록시스템 전체의 유지관리 및 갱생 교체 사업을 보다 계획적으로 수립할 수 있다.
도 3은 다기준 의사결정 방법을 이용한 상수도 블록시스템 평가 프로그램을 설명한 순서도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 우선, GIS 상의 상수도 관련자료 및 누수사고 복구자료를 입력한다. 이러한 자료에 기초하여 성능지표를 선정하고, 상기 성능지표에 따라 블록별로 순위를 결정하고 정규화한다. 그래서, 일치성 지수 및 불일치성 지수를 결정하고, 강한 순위 선호관계 및 약한 순위 선호관계를 결정하고, 그후, 순방향 순위 및 역방향 순위를 결정한다. 이렇게 산출된 데이터에 임계치를 결정하여 적용하여 R 모형별 모델을 결정한다. 그다음, 이러한 R 모형별 모델에 평균 절대오차, 평균 제곱근오차, 상관계수 및 순위 일치율을 적용하여 모델을 평가하고 최적 모델을 결정함으로써 건전도를 평가하게 된다.
4. 로지스틱회귀분석
광역상수도의 대상관로 시설현황과 7년간의 관 파손 및 누수복구 이력자료, 매설환경, 수압, 매설년수 등 다양한 데이터를 이용하여 관 파손에 영향이 큰 인자를 추출하고, 그 영향인자를 파손 유형별로 분석하고 로지스틱 회귀 모형을 사용하여 통계적으로 유의한 파손확률함수를 구하였다. 또한, 정확하고 유의성이 높은 분석결과로 확률함수의 신뢰성을 높이고자 특성이 있는 그룹으로 세분화하여 파손모형을 분석하는 것으로, 대형 상수관로의 파손 및 누수 저감관리와 유지관리 및 갱생, 교체사업 수행 시 우선순위를 정하는데 통계적기법의 간접적 판단근거로 활용할 수 있으며 이를 통하여 점검ㆍ정비 등 사전에 사고예방 계획을 수립하여 대처함으로써 관로 파손의 빈도를 감소시키고 보다 적극적인 관망관리로 유수율 제고가 가능하다.
로지스틱 회귀분석은 과거 관파손 데이터를 이용하여 현재 또는 미래의 관파손을 예측하는 프로그램이다. 이러한 기법은 과거 관파손 이력이 많이 확보되었을 경우 통계분석을 통한 관 파손 예측에 유용한 프로그램으로서, 각각의 관로에 대한 파손확률 및 교체기준을 결정해주어 관 갱생 및 교체 사업에서의 의사결정 도구로서 쉽고 유용하게 활용할 수 있는 프로그램이다.
도 4는 로지스틱 회귀분석 즉, 통계분석을 통한 상수관로 파손 예측 프로그램을 설명하는 순서도이다.
역시, 도시된 바와 같이, 이 프로그램은 관 파손 및 누수 기록을 입력함으로써 개시된다. 이러한 기록은 GIS를 이용하여 처리되어 관 상태 지표 및 주변환경 지표를 얻는다. 이러한 지표에 로지스틱 회귀분석을 실행하여 모델 적합도를 분석하고 모델 계수를 결정한다. 그후, 결정된 모델 계수에 기초하여 관 파손 모델을 결정한다. 최종적으로, 관 파손 분류 기준을 결정하여 건전도를 평가한다.
5. 베이즈기법
누수는 관재질, 시공기술, 관내공사, 타공사, 자연재해, 매설환경 등 다양한 요인들의 복잡한 상호 작용에 의해 발생하여 이에 대한 예측이 어렵고, 또한 누수탐지를 통해 누수부위를 복구한다고 하더라도 시간이 경과하게 되면 기존에 발견되지 못한 누수부위가 성장하는 복원 특성을 가지고 있다. 따라서 누수사고에 대한 과학적 예측방법과 누수의 복원 특성을 고려한 보다 합리적이고 경제적인 계획 수립이 필요하다. 대상지역의 누수사고 발생 특성을 분석하여 유의한 영향인자들의 조합에 대한 향후 누수발생확률을 산출하여, 실시간으로 유량측정이 가능한 소블록에 대한 자연적인 비보고된 누수의 증가량, 목표 누수저감량 등을 산정하고 이에 대한 경제적인 누수수준 및 누수탐지 빈도를 산정하는 것으로 누수사고에 대한 영향인자들의 조합 중 누수발생확률이 높게 나타나는 조합들을 구하고 소블록별 전체 관로연장과 이러한 조합들을 가지는 관로연장의 비율을 구하여 소블록별 우선순위를 선정하는 것으로, 누수다발 관로를 포함하는 소블록들에 대한 개량·교체 및 누수탐지 우선순위 선정과 취약한 지역으로 선정된 소블록의 경제적 누수수준 및 누수탐지 빈도를 계산하는데 활용될 수 있어, 보다 합리적인 누수 계획을 수립함으로써 누수량 저감의 효과를 향상시키는데 기여할 수 있을 것이라 기대된다.
베이즈 기법은 누수사고 자료와 베이즈 정리를 이용한 상수관로 및 배수블록 누수빈도 결정 프로그램이다. 이러한 기법에 의하면, 주어진 누수사고자료로 조건부확률을 결정하고, 이를 이용하여 상수관로에 대한 사후확률을 구함으로써, 보다 정확하게 누수확률을 구할 수 있는 프로그램이다. 이를 이용하여 블록 및 상수관로의 갱생 및 교체 계획을 효과적으로 수립할 수 있다.
도 5는 베이즈 기법을 이용한 누수빈도 공간분석 프로그램를 설명하는 순서도이다.
도면에 설명한 바와 같이, 우선 누수사고 자료를 입력하고, 상태인자를 결정한다. 상태인자는 관경, 관종 및 관연령을 포함할 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다. 그다음, 개별인자를 조합하고, 조건부 누수발생 확률 및 평균 누수발생 확률을 구한다. 이러한 조건부 누수발생 확률 및 평균 누수발생 확률을 전체 상수관로자료에 적용하고, 각 블록별 평균 누수 발생확률 보다 큰 조건부 누수 발생확률의 관로 길이 비율을 결정한다. 마지막으로, 블록별 누수 발생확률을 결정한다.
또는, 조건부 누수발생 확률 및 평균 누수발생 확률을 전체 상수관로자료에 적용한 후에, 개별 관로별 누수 발생확률을 결정한다.
상기 전체 상수관로 자료에 적용하는 단계부터는 GIS 연동되도록 할 수 있다.
상술된 바와 같이, 일반적으로 지하에 매설된 상수도관망에 대한 간접적인 면적 진단등을 위한 상수도관망의 건전도 평가 방법이 예시되었지만, 본 발명은 이제 제한되지 않고 다양한 수정 및 변경을 포함할 수 있다.
이제, 블록 유량 모니터링 시스템에 대해 도 6 내지 도 8을 통해 설명한다. 도 6은 블록 유량 모니터링 시스템 네트워크의 구성을 도시한 도면이다. 이러한 시스템 네트워크는 유량 정보, 예를 들어, 순간 유량/적산 유량 및 압력등을 계측하는 계측기로부터 이러한 데이터를 전송하기 위한 CDMA 장비를 구비한 센서 계측시스템(SITE #1 ~ #n), 이러한 센서 계측시스템으로부터 전송된 데이터를 수신하는 무선 인터넷 네트워크, 그리고, 상술된 계측 데이터의 저장 및 처리를 위한 데이터 서버 및 제어 현황 및 관리를 위한 영상 시스템을 포함하는 유량 모니터링 웹서버를 포함한다. 상수도 관리본부, 사업소, 환경부, 유관기관 또는 시민은 컴퓨터 단말기등을 통해 상술된 유량 모니터링 웹서버등과 통신할 수 있다. 또한, 현장 담당자 및 관리자등도 노트북 또는 모바일 폰등을 통해 상술된 유량 모니터링 웹서버등과 통신할 수 있고, 이를 통해 상수도관망을 모니터링 및 관리할 수 있다.
도 7은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 블록 유량 모니터링 시스템을 도시한 도면이다. 블록 유량 모니터링 시스템은 상술된 건전도 평가 방법을 사용하여 누수건전도를 평가 분석하고 상수도관망을 관리하는 건전도 평가 분석 시스템; 웹페이지; 가압장 시스템 DB와 연계되어 있는 시스템 연계부; 상황판 시스템; 시설물의 유량 또는 압력을 계측하고 이상 상태에 대한 경보 및 누수 경고를 전송하는 실시간 경보 전송 시스템; 및 블록 유량/압력을 모니터링하는 유량 모니터링 시스템;으로 구성되어 있다. 이러한 시스템을 통해 실무자들이 용이하게 상수도관망의 건전도를 평가할 수 있고 그래서 이를 통해 상수도관망을 효율적으로 관리할 수 있다. 상술된 건전도 평가 분석 시스템에는 상술된 건전도 평가 방법을 실행하도록 하는 프로그램을 포함하는 컴퓨터 판독가능 매체를 포함할 수 있다.
도 8은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 통합관리 시스템을 도시한 도면이다. 도 8은 웹기반 운영되는 한국의 인천시 통합 블록 모니터링 시스템을 예시한 것으로서, 각 사업소별 시스템과 통합 시스템으로 구성되며, 지도 기반의 Meshup 정보 표시 및 데이터 분석 시스템으로 구성되어 있다. 운영 메뉴에는 실시간 정보, 지역별 분석, 시간별 분석, 경보현황, 시설현황등이 포함되어 있다. 로그인 정보에는 통합관리자와 사업소별 관리자로 분류되어 정보 접근성 및 관리범위 및 권한등에 차등을 두었다. 계측정보에는 순시/적산 유량등과 순간/최대/최소 압력등의 정보가 표시된다. 날씨정보에는 온도, 강우, 습도등이 외부시스템과 연계되어 표시된다. 계측 시스템 리포트에는 그래프/테이블등을 사용하여 일별/월별/년별로 보고서를 생성하도록 하였다. 이러한 리포트에는, 예를 들어, 유량(m3/h), 유압 및 유속이 그래프 또는 테이블로 표시될 수 있고, 예를 들어, 최대유량은 남색으로, 최소유량은 청색으로, 최대유압은 적색으로, 최소유압은 주황색으로, 최대유속은 녹색으로, 최소 유속은 연두색등으로 표시할 수 있다. 지도 기반 계측정보는 통신현황 및 측정 데이터별 현황등이 나타나도록 구성되어 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변경과 수정이 가능하다.
본 발명을 통해 상수도관망의 불량관로의 성능개선을 위한 사전계획 수립시 경제적이고 효율적인 계획이 가능하다.
Claims (2)
- 상수도관망 관리를 위한 건전도를 평가 분석하기 위한 블록 유량 모니터링 시스템으로서,
건전도 평가 분석 시스템;
웹페이지;
가압장 시스템 DB와 연계되어 있는 시스템 연계부;
상황판 시스템;
시설물의 유량 또는 압력을 계측하고 이상 상태에 대한 경보 및 누수 경고를 전송하는 실시간 경보 전송 시스템; 및
블록 유량/압력을 모니터링하는 유량 모니터링 시스템;을 포함하고,
상기 건전도 평가 분석 시스템은,
관로의 성능평가자료를 입력하는 단계;
지표별 관로 상태를 등급화하는 단계;
상기 등급화된 지표별 관로 상태에 가중치를 더하여 관로 노후도를 결정하는 단계;
퍼지 노후도를 결정하는 단계;
기본 관로 노후도 예측모형에 상기 퍼지 노후도를 적용하여 트레이닝하는 단계;
상기 트레이닝하는 단계를 통해 관로 노후도를 예측하는 단계;
상기 예측된 관로 노후도를 통해 파손 가능성을 산출하는 단계;
상기 산출된 파손 가능성, 퍼지 규칙(Fuzzy Rule-set), 그리고 관경에 따른 피해규모를 통해 예측되는 파손결과를 조합하는 단계;
퍼지 알고리즘을 적용하여 관로의 파손 위험도를 예측하는 단계;를 실행하도록 하는 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독가능 매체를 포함하는 것을 특징으로 하는 블록 유량 모니터링 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 관로의 성능평가자료는 관경, 관종 및 관연령을 포함하는 것을 특징으로 하는 블록 유량 모니터링 시스템.
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