KR20110116919A - 방향성 그래프를 이용한 상수도 운영관리 시스템 - Google Patents

Abstract

수도 급수지역의 상수도 관로에 설치된 다수의 계측기로부터 계측 데이터를 수신하고, 급수지역을 블록으로 분할하여 관리하는 상수도 운영관리 시스템에 관한 것이다. 시스템은 급수지역의 지도 및 지도를 분할하는 다수의 블록을 입력받는 블록 입력부; 지도상 관로의 위치를 입력받아 관로 그래프를 작성하되, 관로 그래프는 노드와 방향성 에지로 구성되고 사이클이 존재하지 않는 방향성 그래프인 그래프 작성부; 관로 그래프를 블록으로 나누어 분할 그래프를 작성하되, 분할 그래프는 자신에 속하는 두 개의 노드가 연결되면 연결된 노드 사이의 모든 노드를 포함하는 그래프 분할부; 및 분할 그래프의 단위로 상수도를 관리하는 상수도 관리부를 포함하는 구성을 마련한다.
상기와 같은 상수도 운영관리 시스템에 의해, 급수지역에 분포된 관로를 지도상의 블록으로 구분하되 관로의 흐름을 끊지 않도록 함으로써, 상수도의 유수율, 노후화 정도, 배수패턴 등 블록 단위의 상수도 관리를 보다 정확하게 할 수 있다.

Description

방향성 그래프를 이용한 상수도 운영관리 시스템 { A n Excel-based composing system for analyzing reports or views and the method thereof }

본 발명은 수도 급수지역의 상수도 관로에 설치된 다수의 계측기로부터 계측 데이터를 원격으로 수신하고, 급수지역을 블록으로 분할하여 관리하는 상수도 운영관리 시스템에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 지도상 관로를 표시하는 관로 그래프를 사이클이 존재하지 않는 방향성 그래프로 작성하고, 지도상의 블록을 상기 관로 그래프를 분할하여 대응시켜 관리하는 상수도 운영관리 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 지금까지의 상수도사업은 수용가의 급수충족을 위한 확장사업, 노후관교체, 갱생, 계량기 교체 등에 집중적으로 투자되고 있어 급수관 또는 배수관의 노후 및 시설의 유지관리 불량으로 인해 누수율이 증가하거나 유수율이 정체되고 있다.

그러므로 상수도 시설물의 효율적인 관리 및 수량의 관리가 체계적으로 이루어지도록 하여 양질의 수량을 풍부하게 공급하고 관리주체의 재정수익을 제고할 수 있는 합리적인 용수수요량 예측, 누수방지 및 대책에 관한 연구가 요구되고 있다. 더구나 상수도시설은 국민생활의 질 향상이라는 목적을 위해 복잡 다양해지고 있으며 양질의 도시문화시설 제공 및 수요자에 대한 보다 나은 서비스 제공을 위하여 처리해야 할 업무량과 자료의 양이 급속하게 증가하고 있는 실정이다.

상기와 같은 상수도를 네트워크 상에서의 모니터링 및 원격제어를 구현하고자 하는 기술의 일례가 [한국특허공개 제2002-0091418호(2002.12.06.공개), "상수도 운영 및 관리 시스템"](이하 선행기술 1)에 개시되고 있다. 또한, 원격으로 상수도 시설을 관리하는 기술의 일례가 [한국특허공개 제2001-0108797호(2001.12.08.공개), "상수도 시설관리 시스템"](이하 선행기술 2)에 개시되고 있다.

최근 지리정보시스템(Geographic Information System : GIS)을 이용하여 지도와 설계도면을 전산처리가 가능하도록 수치지도로 전환하고 그 위에 토지이용, 지상 및 지하시설물, 환경, 교통, 사회, 경제지표 등 관련정보를 입력하여 짧은 시간에 대량의 정보를 정확하게 검색, 분석, 처리 및 출력할 수 있어 신속한 업무추진과 의사결정의 합리화를 도모함으로써 도시행정의 효율향상과 비용절감에 기여하도록 하고 있다.

그러나 상수도 급수구역은 정수장에서 송수된 수돗물이 수 개의 배수지를 통하여 넓은 급수구역으로 분포되어 수용가까지 급수되면서 거미줄 같이 엉켜있는 관망에 의한 유량과 수압을 통제하기란 대단히 어려운 실정이다. 즉, 상수도 급수시설이 광역화되어 배수량관리, 수압관리, 관망관리 등을 합리적으로 통제하고 관리하기 위한 방안이 필요하다.

상기와 같은 문제점을 해결하고자, 상수도 관망을 블록화 하는 기술이 [대한민국 공개특허공보 제2004-0002615호(2004.01.07.공개), "상수도 블록관리 최적화 시스템 및 그 방법"](이하 선행기술 1)에 개시되고 있다. 상기 선행기술 1은 상수도 관망을 블록화 하여 각 블록내의 유입부에 구역유량계를 설치함과 동시에 각 수용가 측에는 기존의 수도계량기를 이용한다. 특히, 상기 선행기술은 급수구역을 수계별 및 도로망을 감안한 여러 개의 통제 가능한 블록으로 구분한다.

그러나 상기 선행기술 1은 상수도의 합리적 관리를 위해 관망을 블록화 하는 구체적인 방안을 제시하고 있지 못하다. 관망은 최초 정수장에서 배수지 또는 가압장을 통해 각 가정 또는 사업장까지 실핏줄과 같이 복잡하게 얽혀 있기 때문에, 이를 단지 수작없에 의해 블록화 한다는 것은 매우 힘든 작업이다. 또, 블록 단위의 분할을 필요에 따라 다시 분할하려면 그만큼 많은 시간이 소요된다.

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 수도 급수지역의 상수도 관로에 설치된 다수의 계측기로부터 계측 데이터를 원격에서 수신하고, 급수지역을 블록으로 분할하여 관리하는 상수도 운영관리 시스템을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 지도상 관로를 표시하는 관로 그래프를 사이클이 존재하지 않는 방향성 그래프로 작성하고, 지도상의 블록을 상기 관로 그래프를 분할하여 대응시켜 관리하는 상수도 운영관리 시스템을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 수도 급수지역의 상수도 관로에 설치된 다수의 계측기로부터 계측 데이터를 원격에서 수신하여 상수도를 관리하는 상수도 운영관리 시스템에 관한 것으로서, 상기 급수지역의 지도 및 상기 지도를 분할하는 다수의 블록을 입력받는 블록 입력부; 지도상 관로의 위치를 입력받아 관로 그래프를 작성하되, 상기 관로 그래프는 노드와 방향성 에지로 구성되고 사이클이 존재하지 않는 방향성 그래프인 그래프 작성부; 상기 관로 그래프를 상기 블록으로 나누어 분할 그래프를 작성하되, 상기 분할 그래프는 자신에 속하는 두 개의 노드가 연결되면 연결된 노드 사이의 모든 노드를 포함하는 그래프 분할부; 및 상기 분할 그래프의 단위로 상수도를 관리하는 상수도 관리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명은 상수도 운영관리 시스템에 있어서, 상기 그래프 분할부는 상기 분할 그래프를 계층으로 구성하되, 상위 분할그래프(이하 상위 그래프)는 하위 분할그래프(이하 하위 그래프)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명은 상수도 운영관리 시스템에 있어서, 상기 그래프 분할부는 상기 관로 그래프 중 상기 지도의 블록에 속하는 노드들을 모두 포함하는 그래프를 상기 블록의 분할 그래프로 작성하되, 상기 분할 그래프가 블록에 의해 나뉘는 경우 포함시킬 블록을 입력받아 입력된 블록의 분할 그래프에 포함시키는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명은 상수도 운영관리 시스템에 있어서, 상기 그래프 작성부는 관로에 설치된 계측기의 위치를 노드로 정하여 관로 그래프에 추가시키는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명은 상수도 운영관리 시스템에 있어서, 상기 상수도 관리부는 계측기에 의해 측정된 측정값을 분할 그래프 단위로 통계처리하여 관리하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명은 상수도 운영관리 시스템에 있어서, 상기 상수도 관리부는 관로의 부설년도 및 노후화를 측정하고 상기 분할 그래프 단위로 평균하고, 상기 분할 그래프의 노후화 정도를 추정하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명은 상수도 운영관리 시스템에 있어서, 상기 상수도 관리부는 상기 계측기로부터 유량 데이터를 수신하고, 상기 분할 그래프 단위로 유수율 또는 누수율을 평균하여, 상기 분할 그래프의 유수율을 평가하고 누수를 관리하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명은 상수도 운영관리 시스템에 있어서, 상기 상수도 관리부는 상기 계측기로부터 유량 데이터를 수신하고 상기 분할 그래프 단위로 유량을 평균하여, 상기 분할 그래프의 배수패턴을 구하고 수요량을 예측하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 상수도 운영관리 시스템에 의하면, 급수지역에 분포된 관로를 지도상의 블록으로 구분하되 관로의 흐름을 끊지 않도록 함으로써, 상수도의 유수율, 노후화 정도, 배수패턴 등 블록 단위의 상수도 관리를 보다 정확하게 할 수 있는 효과가 얻어진다.

또, 본 발명에 따른 상수도 운영관리 시스템에 의하면, 블록 단위로 상수도의 수율, 수압, 수요예측을 보다 정밀하게 할 수 있고, 이로 인해, 블록별 균등수압을 확보하고, 안정적인 용수 공급을 할 수 있는 효과가 얻어진다. 또, 수압, 유량 감시 및 제어를 보다 정밀하게 함으로써, 유지관리의 신뢰성을 확보할 수 있는 효과가 얻어진다.

또, 본 발명에 따른 상수도 운영관리 시스템에 의하면, 사이클이 존재하지 않고 끊기지 않는 방향성 그래프를 이용하여 관로 그래프를 작성하여 관리함으로써, 관망의 블록화가 용이하고 탐사가 용이한 효과가 얻어진다. 또, 교체나 갱생계획을 보다 쉽게 수립할 수 있는 효과가 얻어진다.

도 1은 본 발명에 따른 상수도 운영관리 시스템을 실시하기 위한 전체 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 상수도 운영관리 시스템의 구성에 대한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 급수지역을 블록으로 분할하는 것을 예시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 작성한 관로 그래프를 예시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 관로 그래프를 분할하는 방법을 예시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 분할 그래프를 계층적으로 분할하는 것을 예시한 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 상수도 시설 11 : 수도관, 상수도 관로
12 : 계측기 20 : 네트워크
30 : 운영관리 시스템 31 : 기초정보 관리부
32 : 블록 입력부 33 : 그래프 작성부
34 : 그래프 분할부 35 : 상수도 관리부
40 : 데이터베이스 41 : 지도정보DB
42 : 그래프DB 43 : 계측정보DB
50 : 관리자 단말

이하, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 도면에 따라서 설명한다.

또한, 본 발명을 설명하는데 있어서 동일 부분은 동일 부호를 붙이고, 그 반복 설명은 생략한다.

먼저, 본 발명에 따른 상수도 운영관리 시스템을 실시하기 위한 전체 시스템의 구성을 도 1을 참조하여 설명한다.

도 1에서 보는 바와 같이, 본 발명을 실시하기 위한 전체 시스템은 상수도 시설(10), 운영관리 시스템(30), 관리자 단말(50)로 구성된다. 또, 필요한 데이터를 저장하기 위한 데이터베이스(40)를 포함할 수 있다.

상수도 시설(10)은 수돗물을 공급하고 분배하는 수도관(11)(또는 상수도 관로), 급수량을 조절하기 위해 수돗물을 저장하는 배수지 또는 저수조, 가압펌프 등을 이용하여 수돗물의 공급 압력을 높이는 가압장 등 수돗물을 공급하기 위한 시설들을 포함한다. 배수지는 상수도 관리자가 수돗물의 급수량을 조절하기 위해 수돗물을 저수하는 곳이고, 저수조는 아파트, 빌딩 등 다수용가가 안정적인 급수를 위해 건물 내에 설치하는 수돗물 저장공간이다.

또한, 상수도 시설(10)에는 유량계, 압력계, 수위계, 수압센서, 수질측정기 등 계측기(12)가 설치된다. 유량계는 초음파 유량계, 전자 유량계 등이 사용된다. 또, 계측기(12)는 저수조 등에는 저수조의 높이 등을 측정하기 위한 카메라, 초음파 수위계 등도 포함할 수 있다.

본 발명에 의해 주로 관리되고 모니터링되는 상수도 시설(10)은 상수도 관로(11)와 계측기(12)이다. 즉, 상수도 관로(11)는 수돗물을 공급하는 통로로서, 수돗물의 공급량이나 유수율, 수압 등을 관리하는 직접적인 대상이고, 계측기(12)는 수돗물의 공급량 또는 상태 등을 측정하기 위한 측정도구로서 중요하다.

운영관리 시스템(30)은 상수도 관로(11) 등 상수도 시설(10)을 운영관리하기 위한 시스템으로서, 통상의 서버로 구축된다. 서버는 특정한 어플리케이션을 수행하는 어플리케이션 서버, 관리를 전문적으로 수행하는 관리서버, 웹페이지 형태로 정보를 제공하는 웹서버 등을 포함한다. 한편, 데이터베이스를 관리하는 DB서버도 포함한다.

또, 운영관리 시스템(30)은 관로에 설치된 계측기(12)를 통해 상수도 관로(11)의 상태를 계측하게 하고 계측된 정보를 수신하여 운영관리에 이용된다. 계측된 정보는 계측기(12)에서 직접 인터넷 등 네트워크(20)를 통해 보내지거나, 무선망(20)을 이용하여 무선으로 보내질 수도 있다.

운영관리 시스템(30)은 설치된 계측기(12)에서 측정된 계측 데이터를 네트워크(20)를 통해 수집한다. 수집된 계측 데이터는 직접 이용되거나 통계처리 등 가공처리되어, 운영관리 시스템(20)의 모니터 등 상황판에 표시된다. 특히, 운영관리 시스템(30)은 급수지역의 지도에 상수도 관로(11)를 표시하여 시각적으로 상수도 관로(11)를 모두 볼 수 있게 한다.

또한, 운영관리 시스템(30)은 급수지역의 관로를 개별적으로 관리하기도 하지만, 급수지역을 블록으로 구분하여 블록 단위로도 상수도 관리를 한다. 즉, 블록 단위로 급수량, 유수율, 노후화 정도를 구하여 모니터링 한다.

따라서 운영관리 시스템(30)은 다수의 블록 중 특히 문제가 되는 블록들이 발생되면, 문제가 되는 블록을 집중적으로 관리할 수 있다. 예를 들어, 상수도의 노후화 정도를 블록 단위로 관리하여, 특정 블록이 전체적으로 노후화 되어 있으면, 해당 블록 전체를 대상으로 관로 교체 작업을 계획하여 수행한다. 이와 같이 블록 단위로 작업을 수행하면 잦은 공사를 방지할 수 있다.

또한, 운영관리 시스템(30)은 상수도 관로(11)를 관로 그래프로 구성하여 관리한다. 관로 그래프는 관로(11)를 따라 수돗물이 흐르는 방향에 따라 방향성 그래프로 작성된다. 지도상에서 급수지역을 블록으로 나누면, 관로 그래프를 분할하여 해당 블록에 속하는 분할 그래프를 구한다.

이때, 분할 그래프는 두 정점사이가 끊어지지 않도록 분할한다. 따라서 분할 그래프에 포함된 관로가 해당 블록에 위치한 관로와 다를 수 있다. 이에 대하여 후술한다.

네트워크(20)는 상수도 시설(10)에서 설치된 계측장치들과 운영관리 시스템(30)을 연결하여, 데이터를 송수신할 수 있게 한다. 네트워크(20)는 인터넷, 전용선 등 유선 네트워크 또는 CDMA 무선통신망 등 무선 네트워크를 포함한다. 즉, 네트워크(20)를 구현하기 위하여 스위칭 허브, 방화벽(Firewall) 등 네트워크 장비로 구현된다.

관리자 단말(50)은 상수도 관리자가 이용하는 단말로서, 통상의 컴퓨팅 단말기이다. 일례로 PC, 노트북, 넷북, PDA, 모바일 등이 있으며, 그 구성 및 작동원리는 본 분야에서 통상으로 사용되는 공지 기술이므로 구체적 설명은 생략한다.

관리자는 관리자 단말(50)을 이용하여 계측된 정보 및 가공정보 등을 모니터링하거나 시스템의 설정이나 시스템에서 요구하는 정보를 직접 입력한다.

데이터베이스(40)는 급수지역의 지리 정보, 관로의 설치위치, 계측기의 설치위치 등 지도 정보를 저장하는 지도정보DB(41), 관로를 표시한 그래프에 대한 정보를 저장하는 그래프DB(42), 계측기(12)에서 측정된 데이터를 저장하는 계측정보DB(43)로 이루어진다. 데이터베이스(40)는 DB서버에 의해 운영될 수 있다. 상기 데이터베이스(40)의 구성은 바람직한 일실시예일 뿐이며, 구체적인 장치를 개발하는데 있어서, 접근 및 검색의 용이성 및 효율성 등을 감안하여 데이터베이스 구축이론에 의하여 다른 구조로 구성될 수 있다.

다음으로, 본 발명의 일실시예에 따른 상수도 운영관리 시스템(30)의 구성을 도 2를 참조하여 설명한다.

도 2에서 보는 바와 같이, 상기 운영관리 시스템(30)은 기초정보 관리부(31), 블록 입력부(32), 그래프 작성부(33), 그래프 분할부(34), 상수도 관리부(35)로 구성된다.

기초정보 관리부(31)는 급수지역의 지리 정보, 계측기의 종류 및 설치 위치 등의 데이터를 입력받는다.

블록 입력부(32)는 상기 급수지역의 지도 및 상기 지도를 분할하는 다수의 블록을 입력받는다.

도 3에서 보는 바와 같이, 급수지역을 지도상에서 분할한다. 즉, 급수지역을 블록 B1, B2, B3, B4로 분할하고 있다.

지도상의 분할은 도로, 수로, 산 등에 의하거나, 행정구역에 의해 수행된다. 특히, 지도상의 분할은 관리자에 의해 수행되고, 블록 입력부(32)는 그 결과를 입력받는다.

수도관의 관망을 직접 분할하는 것보다 지도상에서 1차적인 분할작업을 하는 것이 관리자에게 매우 편리하다. 특히, 상수도의 관리는 대부분 지도상 또는 행정구역상 관할구역으로 나뉘어 각 관할 담당자에 의해 관리되는 것이 일반적이기 때문이다.

그래프 작성부(33)는 지도상 관로의 위치를 입력받아 관로 그래프를 작성하되, 상기 관로 그래프는 노드와 방향성 에지로 구성되고 사이클이 존재하지 않는 방향성 그래프이다.

도 4a에서 보는 바와 같이, 관로 그래프는 노드와 에지로 구성된다. 이때, 노드는 관로의 분기점 등이고, 에지는 화살표로서 관로에서 물이 흐르는 방향을 의미한다.

바람직하게는, 관로에 설치된 계측기의 위치를 노드로 정하여 관로 그래프에 추가할 수 있다. 유량계 등 계측기가 설치된 곳은 물의 흐름 상태를 알 수 있는 지점이므로 매우 중요한 위치로서 노드로 관리된다.

도 4에서 노드 N0로부터 급수되는 수돗물은 관로 그래프의 화살표 방향으로공급되고 있음을 알 수 있다. 관로를 따라 흐르는 물은 역류하지 않기 때문에, 방향성 그래프에서 사이클이 발생하지 않는다.

도 4의 노드 N8, N12, N23과 같이, 하나의 노드는 여러 노드로부터 수돗물을 공급받을 수 있다.

그래프 분할부(33)는 상기 관로 그래프를 상기 블록으로 나누어 분할 그래프를 작성하되, 상기 분할 그래프는 자신에 속하는 두 개의 노드가 연결되면 연결된 노드 사이의 모든 노드를 포함한다.

도 5a에서 보는 바와 같이, 상기 관로 그래프를 도 3의 지도상 블록에 따라 분할한다. 즉, 지도상 블록인 B1, B2, B3, B4로 관로 그래프를 분할한다.

이때, 블록 B2에 해당하는 관로 그래프 중에서 노드 N14와 N15는 노드 N6과 연결되어 있다. 여기서 연결에 의미는 에지(화살표)의 방향을 따라 서로 연결되는 것을 의미한다. 즉, 상기 노드들은 N6 -> N13 -> N14 -> N15 의 흐름에 따라 연결된 노드들이다.

따라서 블록 N2에 해당하는 관로 그래프 B2는 N13, N14, N15를 모두 포함하거나, 모두 포함하지 않아야 한다. 후자의 경우에는 노드 N14와 N15는 N13을 가지고 있는 관로 그래프 B3에 포함시키는 것이 바람직하다.

상기와 같이, 지도상 블록으로 분할하였을 때, 분할 그래프가 자신에 속하는 두 개의 노드가 연결되면 연결된 노드 사이의 모든 노드를 포함하도록, 관련 노드들을 어느 하나의 분할 그래프에 모두 포함시킨다.

바람직하게는, 그래프 분할부(33)는 상기 관로 그래프 중 상기 지도의 블록에 속하는 노드들을 모두 포함하는 그래프를 상기 블록의 분할 그래프로 작성하되, 상기 분할 그래프가 블록에 의해 나뉘는 경우 포함시킬 블록을 입력받아 입력된 블록의 분할 그래프에 포함시킨다. 즉, 상기와 같은 경우, 어느 분할 그래프에 포함시킬 것인지를 직접 관리자로부터 선택을 입력받는다. 다른 실시예로서, 휴리스틱 기법에 의해 자동으로 선택될 수도 있다.

도 5b는 도 5a에서 노드 N14와 N15는 관로 그래프 B3에 포함시킨 경우, 생성되는 분할 그래프를 표시하고 있다.

한편, 그래프 분할부(33)는 상기 분할 그래프를 계층으로 구성하되, 상위 분할그래프(이하 상위 그래프)는 하위 분할그래프(이하 하위 그래프)를 포함한다.

도 6a에서 보는 바와 같이, 도 5에서의 분할 그래프 B4는 루트가 N11, N12, N19, N21인 하위 그래프로 분할할 수 있다. 또, 도 6b와 같이, 도 6a의 분할 그래프 N21을 다시 루트가 N22, N23인 하위 그래프로 분할할 수 있다. 도 6c는 분할 그래프 N23의 하위 그래프를 표시한다.

다음으로, 상수도 관리부(33)는 상기 분할 그래프의 단위로 상수도를 관리한다. 즉, 상수도 관리부(33)는 계측기에 의해 측정된 측정값을 분할 그래프 단위로 통계처리하여 관리한다.

예를 들어, 도 5b와 같이, 급수지역을 블록 B1, B2, B3, B4로 분할하면, 상기 관로 그래프 B1, B2, B3, B4 별로 통계처리한다.

상수도 관리부(33)는 관로의 부설년도 및 노후화를 측정하고 상기 분할 그래프 단위로 평균하고, 상기 분할 그래프의 노후화 정도를 추정한다. 즉, 관로 그래프 B1의 노후화 정도는 노드 N1과 N3을 포함하는 관로들의 노후화 정도를 평균한 값이다.

상수도 관리부(33)는 상기 계측기로부터 유량 데이터를 수신하고, 상기 분할 그래프 단위로 유수율 또는 누수율을 평균하여, 상기 분할 그래프의 유수율을 평가하고 누수를 관리한다. 예를 들어, 관로 그래프 B2의 유수율은 노드 N6의 유입량에 대하여 노드 N10의 유출량(또는 N7, N9, N8 각각에서 사용하여 유출된다면 이 유출량도 포함한다)으로 관로 그래프 B2의 유수율을 구한다.

상수도 관리부(33)는 상기 계측기로부터 유량 데이터를 수신하고 상기 분할 그래프 단위로 유량을 평균하여, 상기 분할 그래프의 배수패턴을 구하고 수요량을 예측한다.

다음으로, 본 발명에 따른 상수도 운영관리 시스템의 활용방안을 보다 구체적으로 설명한다.

일반적으로 수도관은 한번 매립(또는 설치)되면 오랫동안 고정되어 변하지 않는다. 즉, 한번 설치된 수도관의 관로는 자주 변하지 않는다. 그러나 실제 수돗물이 흐르는 관로는 자주 변할 수 있다. 관로 사이에 설치된 밸브를 이용하여 물의 흐름을 막거나 열어줄 수 있다.

예를 들어, 앞서 도 4와 같은 관로 그래프에서 노드 N9에서 노드 N8까지의 관로를 밸브로 막아 물의 흐름을 막고 있다면, 노드 N8은 노드 N7을 통해서만 급수된다. 이때, 노드 7에서 수도관 사고가 발생하여 물을 노드 N8로 급수할 수 없으면, 다시 노드 N9에서 노드 N8까지의 관로를 밸브를 열어 노드 N8로 급수할 수 있다.

따라서 관로그래프를 실제 물이 흐르는 관로만을 활성화시켜 사용한다면, 관로그래프는 자주 변경될 수 있다. 이 경우, 본 발명에 따른 상수도 운영관리 시스템은 변경된 관로그래프를 반영하여 그래프를 다시 자동으로 분할하여 관리할 수 있다. 즉, 변경된 상황에 즉시 대응하여 각 상수도 관로를 분석하여 문제점들을 즉시 파악할 수 있다. 특히, 본 발명의 시스템은 중간에 끊어지지 않는 방향성 그래프 상에서 물의 흐름을 분석하는 것이므로 신속하고 정확한 분석이 가능하다.

또한, 최초에 각 관로를 지도상과 관로 그래프 상으로 모두 일치하게 분할할 수 있을지라도, 사고 등에 의해 물의 흐름(수로)를 변경하는 경우에 일치되지 않을 수도 있다. 예를 들어, 도 3의 블록 B2 내의 관로에 문제가 발생하면 중간중간에서 블록 B3이나 B4의 관로로부터 물을 공급받을 수도 있다. 이때, 지도상으로 나눈 그래프상의 관로가 중간에 끊어지는 경우가 발생할 수 있다.

한편, 본 발명의 시스템에 의해, 각 담당구역의 담당자들에게 중간에 끊어지지 않는 방향성 그래프에 해당하는 관로를 담당하게 함으로써 책임소재를 명확하게 정할 수 있다.

다음으로, 본 발명에 따른 상수도 운영관리 시스템과 관로에 설치된 다수의 계측기와의 통신 방식에 대하여 도 7을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

도 7a에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 운영관리 시스템(30)과 계측기(12)간의 통신 방식은 CDMA모뎀을 이용하는 무선통신 방식이 바람직하다.

배관 등 상수도 시설(10)에 설치된 유량계 등 계측기(12)들은 유량값 등 계측값을 읽어 미리 정의된 형식에 따라 유량 데이터를 작성하여 CDMA 모뎀을 통한 네트워크(20)를 이용하여 운영관리 시스템(30)으로 전송한다. 전송주기는 중요도에 따라 설정할 수 있으며 전송된 데이터의 내부 저장 주기도 설정할 수 있다.

CDMA 모뎀은 일반 유선 인터넷 회선의 제공이 어려운 지역에서 무선 인터넷망(21) 구축에 주로 사용되며 CDMA 모뎀을 이용하는 경우 전송되는 데이터 양에 따라 적당한 요금제를 선택하여 운영할 수 있다. 유량계 변환기반 내에 같이 설치되며 휴대전화 사용이 가능한 지역이라면 어느 곳이나 적용이 가능하다. 유량 변환기와 연결하여 사용하게 되며 CDMA 모뎀 상태 또는 운영관리 시스템(30)과의 접속 상태를 지속적으로 점검하여 모뎀 자체 이상이라고 판단되는 경우 모뎀을 리부팅(REBOOT)시키는 기능을 제공한다.

CDMA 모뎀을 사용하는 경우 선택한 요금제에 따라 데이터 전송량이 한정되기 때문에 1회 전송하는 데이터의 크기와 전송 주기를 미리 정하고 그에 따른 적절한 요금제를 정하면 된다. 유량 데이터에 포함되어야 하는 내용은 설치위치정보, 일자, 시간, 유량값 등은 기본으로 포함되도록 하며 내부 저장형식도 동일한 구조를 사용하도록 한다.

정기적인 데이터 이외에 유량값의 변동폭과 관련된 설정값을 두어 설정값을 벗어나는 경우 경보 메시지를 구성하여 전송하여야 한다. 경보 메시지가 전송되는 경우 관제 센터에서는 UMS를 이용한 해당 담당자에게 문자 메시지를 보내 상황을 전달하도록 한다.

내부 저장 데이터는 저장 주기와 중요도에 따라 유량 변환기에 저장되며 관제 센터에서의 데이터 전송 요청이 있는 경우 요청 기간의 데이터를 전송하는데 이용된다. 유량 변환기의 내부 메모리가 대용량이 아니기 때문에 저장 주기 및 기간을 적절하게 설정하도록 한다.

운영관리 시스템(30)과 계측기(12)간의 통신 방식의 통신 흐름은 다음과 같은 단계로 구분된다.

먼저, CDMA 모뎀을 이용하여 PPP 접속을 시도하고 인터넷 접속이 가능한 상태를 점검하고 유지하는 제1 단계를 수행한다. 인터넷 접속이 가능하게 되면 관제 센터 통신서버의 IP 주소와 포트(PORT) 번호를 이용하여 통신서버가 통신 가능한 상태인지 점검합니다. 이 단계에서 서버 연결이 원활하지 못할 경우 1분 후에 PPP 접속 상태부터 재점검을 하게 됩니다. 통신 서버의 준비상태가 확인되면 제2 단계로 올라갑니다.

제2 단계에서는 미리 정한 주기에 따라 작성된 데이터 또는 경보 데이터가 운영관리 시스템(30)로 전송되며 통신 중 중앙에서 전달된 명령이 있다면 분석하여 해당 명령을 수행하게 됩니다. 전송 및 수신을 반복하던 중 연결이 끊기거나 2단계가 유지되지 못하는 상황이라면 일단 1단계로 재설정하여 운영관리 시스템(30)의 통신 가능 상태부터 재검색을 합니다.

CDMA상태 감시는 상시 운영하며 데이터 전송 프로그램이 2단계를 유지하며 정상적인 통신을 하는 경우 관여하지 않지만 2단계가 아닌 경우 타이머(2분 가량)를 가동하여 시간 내에 2단계로 상승되지 않는 경우 CDMA 모뎀 문제로 판단하고 CDMA를 리셋(RESET) 시키도록 한다.

다음으로, 본 발명에 따라 관로에 설치된 다수의 계측기를 원격에서 제어하는 방법을 보다 구체적으로 설명한다.

현장 제어 권한을 정하는 경우 제어가 이루어지는 장비와 가장 가까운 거리에 설치되는 현장제어반에 최우선권을 부여하며 상위 시스템의 구성에 따라 최종 제어위치까지 단계적인 제어권 등급이 결정된다. 현장에서의 직접 제어를 제외한 제어를 원격제어라 하며 현장의 규모나 성격에 따라 성격이나 단계가 다양하게 구성될 수 있다.

현재 설계 또는 시공 중 인 현장에서 유선 원격제어를 구성하는 경우도 있으며 이 경우는 제어의 중요성이 상당히 크거나 원격제어 후 문제가 발생되어도 육안으로 확인할 수 있거나 관리자가 인근에 있어 즉시 조치가 가능한 경우가 대부분이다.

관리자의 상주가 어렵고 인원대비 관리장소가 많은 경우 검토되는 원격제어 방법이다. 또한 유선으로 구성하게 되는 경우 초기 공사비용 등이 부담으로 작용하는 경우와 낙뢰 등 외란에 의한 피해가 있을 것으로 보여지는 지역에서는 유선 방식보다 무선 원격제어를 구성하는 것이 바람직하다.

무선을 이용한 제어 방법에는 RF 모뎀이나 위성을 이용한 구성 등 여러 가지 방법이 있으나 현재 가장 선호하는 방식은 CDMA 모뎀을 이용한 원격제어 구성이다. 일반 휴대폰에서 사용되고 있는 CDMA 통신방식이 기존 2G에서 3G로 대폭 이동하면서 원격제어에 필요한 2G의 여유가 이전에 비해 많이 확보되었으며 따라서 더욱 안정된 망 유지가 가능하게 되었다.

다음으로, 본 발명에 따른 CDMA 모뎀을 이용한 원격제어 방식이 타 통신방식과 비교하여 우수한 점을 보다 구체적으로 설명한다.

관거정비(BTL) 현장에 적합한 원격제어 방안으로 CDMA 모뎀을 이용한 원격제어 구성이 다른 구성에 비해 관리 부담이나 경제성 등이 효율성이 높다고 보여지며 무선망을 이용한 원격제어를 구성하는 데 있어서 타 통신방식과 비교하여 안정성이나 경제성이 높은 원격제어방안을 검토하고자 한다.

먼저, 유선방식인 xDSL 방식을 먼저 간단히 설명한다.

xDSL 방식이란 디지털 가입자 회선을 이용한 통신방식으로, 구리 전화선을 통해 전통적인 DSL(Digital Subscriber Line)은 일반 구리 전화선을 통하여 가정이나 소규모 기업에 고속으로 정보를 전송하기 위한 기술이다. xDSL이란 ADSL, SDSL, VDSL 등, DSL의 여러 가지 다른 변형된 통신방식을 총칭한다. 통신 서비스를 제공하는 업체와의 거리가 가까울수록 데이터 전송 속도나 안정도가 높아진다. 즉, 지역에 따라 128Kbps ~ 6Mbps까지의 속도 곡선을 이룰 수 있다.

ADSL 등 xDSL 방식으로 구현하는 것은 다음과 같은 문제점이 있다.

(1) 우천시 빈번한 낙뢰에 의한 고장 발생 및 천재지변에 의한 유지관리비 상승 우려된다.

(2) 통신사에서 현장제어반 까지 유선을 설치하여 여름철 우천시 및 집중 우기때 선로의 고장이 빈번하게 발생 우려가 있다.

(3) 우기시 펌프장 및 유량계지점의 데이터 및 시설관로의 문제점을 확인하여야 되는데, 통신사의 선로 문제로 인한 점검 및 복구 시간 등 업무 손실이 많이 발생된다.

(4) 펌프장의 경우 전용회선에 의한 고장으로 현장 상황을 모를 경우 응급 상황 발생으로 피해보상 문제가 발생될 우려가 있다.

예를 들어, 우기 시 낙뢰가 자주 발생되는 한 지역에서 낙뢰에 의한 사고가 발생하였으며 사고현장에서 약 100 ~ 200M 떨어진 하수처리장에 설치된 피뢰기에도 낙뢰가 많이 작용하였다. 따라서 유량계 현장제어반이 설치되어 있는 곳의 전력 또는 통신 선로에 직접 또는 간접적으로 뇌격하여 현장제어반 내 ADSL 및 기타 통신관련 장비를 파손시킨 사고이다.

또, 다른 일례로, 낙뢰발생시 피뢰기(Surge Arrester)의 용량을 초과하는 전류(Surge)가 통신선을 타고 유입되어 통신용 피뢰기(Surge Arrester)를 파손시키고 다시 DSU에 까지 침입하여 파손시킨 사고가 발생되기도 한다.

통신인입에 대한 토목공사 추가공정 발생과 개통시 통신사의 개통업무 지원이 필요하며, 개통후 장애복구시 통신사의 업무지원에 따른 손실시간이 발생된다.

다음으로, CDMA 무선통신 방식의 특징을 살펴본다.

도 7b에서 보는 바와 같이, CDMA 무선통신 방식은 원격에 있는 설비(13)에서 CDMA 모뎀(14)을 이용하여 이동통신망 및 이동통신사서버(21)을 통해 운영관리시스템(30)과 통신을 한다.

CDMA 무선통신이란 여러 사용자가 주파수와 시간을 공유하면서 각 사용자에게 의사 임의 시퀀스(Pseudo Random Sequence)를 할당하여 각 사용자는 송신 신호를 확산하여 전송하고 수신부에서는 송신측에서 사용한 것과 동일한 PN 시퀀스를 발생시켜 동기를 맞추고 수신된 신호를 역 확산하여 신호를 복원하는 방식이다.

CDMA 무선통신 방식의 특징은 다음과 같다.

(1) 동일한 주파수를 많은 셀에서 사용할 수 있으며 타 방식보다 간섭이 적고 통화자가 침묵하고 있는 시간 동안 전송을 중지함으로써 아날로그 방식보다 수용 용량이 10배 이상 높다.

(2) 아날로그 통신에서 시스템에 악영향을 미치는 다중 경로 신호를 각각 분리하여 양호한 신호를 선택 사용하므로 아날로그 방식보다 품질이 우수하고 핸드오프 시 통화의 단절이 없는 소프트 핸드오프 방식을 사용하므로 통신의 품질이 양호하다.

(3) 아날로그 신호의 디지털화에 따른 암호화, 광대역 방식에 따른 도청의 한계, 사용자 미디어의 PN(의사) 코드에 의한 암호화 등으로 인해 통화 비밀 유지가 가능하다.

CDMA 기술은 상대적으로 다른 방식보다 뛰어난 보안성을 보이는데, 이것은 사용자마다 고유PN (Pseudo Noise) 코드를 사용하여 암호화하여 통화 비밀을 유지하도록 해 주기 때문이다. CDMA 망 구축 및 제어부문(인증, 메시지 암호화 및 통화 보안관련)을 살펴보면, (1) CAVE 인증 알고리즘을 사용하며, (2) 이동국과 기지국은 메시지의 계층 3에 대해서만 암호화를 실시하며, (3) 사용자별 긴 코드 마스크가 사용되므로 통화의 프라이버시를 보장한다.

(4) CDMA 무선통신 방식의 특징상 낙뢰에 대한 피해 우려가 극히 적어 낙뢰에 의한 통신관련 장비의 안정성이 우수하다.

한편, CDMA로 계측기(12)와 운영관리 시스템(30)간의 통신을 이용하면, 다음과 같은 장점들이 있다.

(1) 통신 회선을 통한 낙뢰 우려가 없다.

(2) 우기시 통신 회선의 고장 및 중앙 운영실의 상태와 상관없이 현장에서 응급 상황을 운영 담당자에게 SMS 발송으로 응급 대처가 가능하다.

(3) 우기시 통신 회선의 낙뢰로 인한 고장 및 복구가 필요 없어 운영 효율 증대가 가능하다.

(4) 운영사 점검 인원이 현장 점검시 중앙 센터의 통신이 단절되어도 현장의 문제점을 직접 점검 인원에게 송출하므로 응급 대처가 가능하다.

이상, 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

본 발명은 수도 급수지역의 상수도 관로에 설치된 다수의 계측기로부터 계측 데이터를 원격에서 수신하고, 급수지역을 블록으로 분할하여 관리하는 상수도 운영관리 시스템 개발에 적용이 가능하다. 특히, 본 발명은 지도상 관로를 표시하는 관로 그래프를 사이클이 존재하지 않는 방향성 그래프로 작성하고, 지도상의 블록을 상기 관로 그래프를 분할하여 대응시켜 관리하는 상수도 운영관리 시스템 개발에 적용이 가능하다.

Claims (9)

1. 수도 급수지역의 상수도 관로에 설치된 다수의 계측기로부터 계측 데이터를 원격에서 수신하여 상수도를 관리하는 상수도 운영관리 시스템에 있어서,
   상기 급수지역의 지도 및 상기 지도를 분할하는 다수의 블록을 입력받는 블록 입력부;
   지도상 관로의 위치를 입력받아 관로 그래프를 작성하되, 상기 관로 그래프는 노드와 방향성 에지로 구성되고 사이클이 존재하지 않는 방향성 그래프인 그래프 작성부;
   상기 관로 그래프를 상기 블록으로 나누어 분할 그래프를 작성하되, 상기 분할 그래프는 자신에 속하는 두 개의 노드가 연결되면 연결된 노드 사이의 모든 노드를 포함하는 그래프 분할부; 및
   상기 분할 그래프의 단위로 상수도를 관리하는 상수도 관리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 상수도 운영관리 시스템.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 그래프 분할부는 상기 분할 그래프를 계층으로 구성하되, 상위 분할그래프(이하 상위 그래프)는 하위 분할그래프(이하 하위 그래프)를 포함하는 것을 특징으로 하는 상수도 운영관리 시스템.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 그래프 분할부는 상기 관로 그래프 중 상기 지도의 블록에 속하는 노드들을 모두 포함하는 그래프를 상기 블록의 분할 그래프로 작성하되, 상기 분할 그래프가 블록에 의해 나뉘는 경우 포함시킬 블록을 입력받아 입력된 블록의 분할 그래프에 포함시키는 것을 특징으로 하는 상수도 운영관리 시스템.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 그래프 작성부는 관로에 설치된 계측기의 위치를 노드로 정하여 관로 그래프에 추가시키는 것을 특징으로 하는 상수도 운영관리 시스템.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 상수도 관리부는 계측기에 의해 측정된 측정값을 분할 그래프 단위로 통계처리하여 관리하는 것을 특징으로 하는 상수도 운영관리 시스템.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 상수도 관리부는 관로의 부설년도 및 노후화를 측정하고 상기 분할 그래프 단위로 평균하고, 상기 분할 그래프의 노후화 정도를 추정하는 것을 특징으로 하는 상수도 운영관리 시스템.
   
7. 제5항에 있어서,
   상기 상수도 관리부는 상기 계측기로부터 유량 데이터를 수신하고, 상기 분할 그래프 단위로 유수율 또는 누수율을 평균하여, 상기 분할 그래프의 유수율을 평가하고 누수를 관리하는 것을 특징으로 하는 상수도 운영관리 시스템.
   
8. 제5항에 있어서,
   상기 상수도 관리부는 상기 계측기로부터 유량 데이터를 수신하고 상기 분할 그래프 단위로 유량을 평균하여, 상기 분할 그래프의 배수패턴을 구하고 수요량을 예측하는 것을 특징으로 하는 상수도 운영관리 시스템.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 상수도 관리부는 배수지가 설치된 위치의 관로 그래프의 노드(이하 배수 노드)의 유량은 소정 기간의 평균 유량으로 정하는 것을 특징으로 하는 상수도 운영관리 시스템.
   

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