KR20120048559A - 액체 분배 시스템에서 액체 유동에 영향을 끼치는 이벤트의 감지 - Google Patents

액체 분배 시스템에서 액체 유동에 영향을 끼치는 이벤트의 감지 Download PDF

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Abstract

오직 단일 센서를 사용하여 액체 분배 시스템 내에 있는 액체의 압력 과도현상을 모니터링함으로써, 특정한 설비들에 있는 밸브들의 개방 및 폐쇄와 같은 이벤트들이 쉽게 검출된다. 수도꼭지 받침에 쉽게 결합될 수 있는 센서는 연산 장치에 출력 신호를 전송한다. 각각의 이와 같은 이벤트는 압력 과도 파형의 특징적인 특성을 시스템의 이벤트들에 대한 이전에 관찰된 특징적인 특성과 비교함으로써 장치에 의해 확인될 수 있다. 압력 과도 파형의 다양한 압력, 도함수, 및 실제 켑스트럼을 포함할 수 있는 이 특징적인 특성은 밸브 개방 이벤트 또는 폐쇄 이벤트가 일어난 특정한 설비를 선택하는데 사용될 수 있다. 각각의 설비에 대한 유동과 시스템에서의 누설은 또한 압력 과도 신호로부터 결정될 수 있다. 제1 센서와 다른, 하나의 지점에 배치된 제2 센서는 추가의 이벤트 정보를 제공한다.

Description

액체 분배 시스템에서 액체 유동에 영향을 끼치는 이벤트의 감지{SENSING EVENTS AFFECTING LIQUID FLOW IN A LIQUID DISTRIBUTION SYSTEM}
관련 출원
본 출원은 2009년 6월 11일에 출원된, 선행의 동시 계속 미국 특허 출원 번호 12/48,041에 근거하며, 이의 출원일의 이익이 35 U.S.C.§120 하에서 이에 의해서 주장되고 있다.
물은 많은 가정 활동(예를 들어, 세탁, 청소, 요리, 음료, 조경)에 필수적이다. 2008년에, 환경 보호청(EPA)은 36개의 주가 향후 5년 이내에 심각한 물 부족에 직면할 것이라고 추정하였다. 더구나, 2001년에, 미국 수도 협회는 미국의 가정에서의 물 사용의 단지 15%의 감소가 어림잡아 27억 갤런/일 및 20억 달러/년 이상을 절약할 것이라고 지적하였다. 이 문제에 추가하여, EPA는 1조 갤런 이상의 물이 매년 미국 가정의 수도 시스템으로부터 누설된다고 더 최근에 추정하였으며, 이는 평균 가정의 물 사용의 약 10%를 차지한다. 누설은 낡은 수도꼭지와 변기 밸브들에서 발생할 수 있을 뿐만 아니라 주택 구조물에 설치된 수도 라인에서 발생할 수 있다. 대부분의 소비자들은 주기적인 수도 미터의 판독에 근거하는, 한 달치의(또는 두 달치의) 수도 요금 청구서에 표시된 전체 소비와 상이한 이들의 가정의 물 사용을 정확하게 측정하기 위한 메커니즘을 가지고 있지 않다. 더구나, 가정 수도 시스템에서 발생하는 누설은 집에 살고 있는 거주자들이 분명하게 알 수 없기 때문에, 이 누설은 종종 감지되지 않는다. 물을 잘 보존하며 누설을 차단하기 위해, 세탁기에서 옷을 세탁하는 것으로부터 샤워를 하거나 변기에서 물을 사용하는 것까지의 물 소비 활동의 각각의 형태로 소비된 물과 관련된 정보를 거주자들에게 제공하는 것이 필요할 것이다.
가정의 물 사용을 모니터링하는 것을 대상으로 하는 이전의 작업은 몇몇의 결점들을 가지는 접근방법을 형성하였다. 예를 들어, 이런 이전의 접근방법은 식기 세척기와 연관된 일련의 충전 주기와 같은 물 사용의 패턴에 근거한 몇몇의 중요한 활동들의 인식을 보여주기 위해, 냉수 입구, 온수 입구, 및 폐수 출구를 포함하는 주택의 특정한 수도 파이프들의 외부에 부착된 마이크로폰을 사용하였다. 이런 이전의 기법은 유사한 설비에 의한 물 사용의 다수의 예들(예를 들어, 다수의 싱크대들 각각에 있는 밸브들의 개방 또는 폐쇄 또는 집 안의 다수의 변기들에서의 물의 사용)을 확실하게 구별할 수 없었으며, 동시에 발생하는 활동들(예를 들어, 한 사람이 샤워하는 중에 변기의 물의 사용)을 확실하게 확인할 수 없었으며, 물 소비 활동 중에 수도 시스템에 의해 사용된 물의 체적을 추정하려고 시도하지 않았다. 또한 주변 소음(예를 들어, 집의 온수 가열기에 배치된 센서에 아주 근접하게 설치된 에어컨 유닛에 의해 생성된 소음)으로 인한 오디오 기반 센서들을 사용하는 것에 대한 상당한 어려움이 있다. 더구나, 이런 이전의 접근방법은 특정한 설비들에서의 누설을 감지할 수 없었다.
관개 시스템들과 같은 몇몇의 산업적인 적용에서, 고입도 유동 속도 모니터링(high-granularity flow rate monitoring)을 제공하는 센서들이 사용되었지만, 이런 종래 기술의 접근방법은 주택용으로는 터무니 없이 비싸거나(예를 들어, 단일 초음파 또는 레이저 도플러 속도 센서에 대해 약 2000 달러에서부터 약 8000 달러까지의 가격), 다수의 인라인 유동 센서들의 배관 설비 설치업자에 의한 전문적인 설치를 필요로 한다. 인라인 유동 센서는 기존의 파이프들을 절단함으로써 관심의 대상이 되는 각각의 설비에 설치된다. 또한 수도 파이프들의 외부에 설치된 가속도계들이 물 유동 속도에 대한 강한 결정론적 관계를 가지는 신호를 생성한다는 것이 실험실 환경에서 보여졌지만, 이런 결과는 파이프 직경, 재료, 및 형태에 매우 민감하다. 다른 접근방법은 가정의 전체에 걸친 유동 속도를 추론하기 위해 파이프들 상의 가속도계들의 망과 함께 가정의 기존의 합산 수도 유량계를 사용하는 것을 제안하였다. 그러나, 이런 종래 기술의 모든 접근방법들은 관심의 대상이 되는 각각의 설비와 독특하게 연결되는 수도 파이프 경로들을 따라 또는 그 수도 파이프 경로들 안에 다수의 센서들의 배치를 필요로 한다(즉, 이들은 구조물의 수도 시스템에 있는 모든 설비들을 모니터링하기 위해 단일 센서를 사용할 수 없는 분배된 직접 감지 방법이다).
그러므로, 배관 설비 설치업자를 사용하지 않고 저비용으로 쉽게 설치되는 주택 또는 다세대 유닛 구조물(multi-living unit structure)에 있는 복수의 상이한 설비들 각각에 대한 물 유동을 모니터링하기 위한 더 양호한 방법 및 시스템을 사용하는 것이 바람직하다는 것이 분명하다. 이와 같은 시스템과 방법은 각각의 설비에서 발생하는 물 사용 또는 체적 유동이 쉽게 결정되는 것을 가능하게 해야 한다. 더구나, 누설을 야기하는 상태를 고치는 것을 용이하게 하기 위해 적어도 어떤 형태의 누설의 위치가 확인될 수 있도록, 구조물의 수도 시스템에 있는 특정한 설비들 또는 지점들에서 누설을 검출하는데 이와 같은 시스템과 방법을 사용하는 것이 또한 바람직할 것이다.
본 출원은 관련 출원으로서 위에서 확인된 각각의 특허 출원 및 등록된 특허의 공개문과 도면들을 참고로 구체적으로 포함한다.
따라서, 예시적인 새로운 방법이 구조물의 내부에 있는 분배 시스템에서 액체의 유동을 모니터링하기 위해 아래에 설명된 바와 같이 개발되었다. 여기에서 사용되는 바와 같은, 용어 "구조물"은 주택, (듀플렉스과 같은) 멀티-유닛 거주 지구, 콘도, 타운하우스, 아파트, 호텔, 모텔 등과 같은 주택 구조물을 포함하도록 의도될 뿐만 아니라, 어떤 의도되거나 암시된 제한이 없이 몇몇의 예들로서 지명하는, 정제 공장, 화학물질 제조 시설, 및 양조장과 같은 액체를 분배하기 위한 파이프들 또는 배관들의 시스템을 포함하는 임의의 시설을 포함하도록 이해되어야 한다. 이런 예시적인 방법은 분배 시스템의 제1 지점에서 액체 압력을 모니터링하는 단계, 및 이에 응답하여 분배 시스템의 압력을 가리키는 출력 신호를 생성하는 단계를 포함한다. 분배 시스템에서 일어나는 액체 관련 이벤트들이 그 다음에 출력 신호에 의해 나타내어지는 압력의 변화, 예를 들어, 과도 압력 파형들에 근거하여 검출된다. 게다가, 출력 신호의 특성을 복수의 상이한 형태의 이벤트와 관련된 결정 기준과 비교함으로써, 복수의 상이한 형태의 이벤트 중에서 검출된 특정한 형태의 액체 관련 이벤트가 확인된다.
복수의 상이한 밸브가 일반적으로 분배 시스템에 결합된다. 따라서, 액체 관련 이벤트들을 검출하는 단계는 하나 이상의 밸브들의 상태의 변화, 즉 더 많은 밸브 개방 또는 더 많은 폐쇄를 검출하기 위해 출력 신호를 사용하는 것을 포함할 수 있다. 확인된 밸브는 분배 시스템에 결합되는 복수의 상이한 설비들 중에서 특정한 설비와 관련될 수 있으며, 그러므로 특정한 설비는 밸브 개방 또는 폐쇄를 검출함으로써 확인된다.
방법은 특정한 설비와 관련된 밸브가 더 많이 개방되거나 더 많이 폐쇄됨으로써 변화된 상태를 가지는지를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일부의 분배 시스템들은 저장조에 있는 액체의 수준이 미리 결정된 수준의 아래로 떨어지면 자동으로 개방되는 밸브를 가지는 저장조(예를 들어, 변기 탱크)를 포함할 수 있다. 만약 그렇다면, 방법은 저장조로부터 누설된 액체를 보충하기 위해 저장조를 재충전하는 것이 필요할 때 저장조로의 액체의 유동을 제어하는 밸브가 개방되고 폐쇄되는 주기를 가리키는 압력 과도 파형의 특성을 확인함으로써, 저장조로부터의 누설을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 기능으로서, 방법은 분배 시스템에 대한 출력 신호와 미리 결정된 유동 저항의 함수로서 분배 시스템에서 체적 유동 속도를 자동으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 만약 분배 시스템이 상이한 지점들에 배치되는 복수의 밸브를 포함한다면, 방법은 분배 시스템에 대한 입구로부터 다양한 거리에 있는 분배 시스템의 복수의 상이한 지점들 각각에서 체적 유동 속도를 경험적으로 측정하는 단계; 및 체적 유동 속도가 측정되는 중에 출력 신호에 의해 나타내어지는 압력의 변화에 근거하여 복수의 상이한 지점들 각각에서 분배 시스템에 대한 미리 결정된 유동 저항을 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 미리 결정된 유동 저항은 그 다음에 복수의 상이한 지점들에서 측정된 미리 결정된 유동 저항에 근거하여 액체 사용이 분배 시스템에서 일어날 수 있는 다른 지점들에 대해 추정될 수 있다.
몇몇의 적용들에서, 액체 분배 시스템은 인라인 액체 체적 유동 검출기, 예를 들어, 수도 미터를 포함할 수 있다. 이런 경우에, 방법은 분배 시스템에 있는 복수의 상이한 지점들 각각에서 체적 유동 속도를 연속적으로 결정하기 위해 인라인 액체 체적 유동 검출기를 사용하는 단계를 더 포함할 수 있다. 체적 유동 속도는 이 지점에 있는 밸브가 일정한 시간 동안 개방되며 그 다음에 폐쇄될 때 측정된다. 분배 시스템에 대한 미리 결정된 유동 저항이 그 다음에 이 지점의 밸브의 개방 중에 측정된 체적 유동 속도에 근거하여 복수의 상이한 지점들 각각에서 결정된다. 분배 시스템에 있는 밸브들 중의 어느 것도 개방되도록 결정되지 않은 연장된 시간 동안에 분배 시스템에서 액체의 유동을 검출하기 위해 액체 체적 유동 검출기를 사용함으로써 분배 시스템에서의 상대적으로 낮은 유동 누설이 검출될 수 있다. 따라서, 액체 중의 어느 것도 명목상으로 폐쇄된 밸브들을 통과하지 않아야 하기 때문에, 측정된 어떠한 유동도 느린 누설로부터 초래되어야 한다.
검출된 특정한 형태의 이벤트를 확인하는 단계는 분배 시스템에 결합되는 각각의 설비에 대한 미리 결정된 과도 압력 파형 특성(signature)을 결정하는 단계, 및 미리 결정된 과도 압력 파형 특성을 저장하거나 그렇지 않으면 보관하는 단계를 포함할 수 있다. 출력 신호에 의해 나타내어지는 과도 압력 파형 특성은 그 다음에 저장되거나 보관된 미리 결정된 과도 압력 파형 특성들과 비교될 수 있으며, 액체 유동이 변하는 특정한 설비는 분배 시스템에 있는 특정한 설비의 위치에 근거하여 출력 신호에 의해 나타내어 지는 과도 압력 파형 특성과 가장 가깝게 매칭되는 미리 결정된 과도 압력 파형 특성을 가지는 설비를 확인함으로써 결정될 수 있다.
검출된 특정한 형태의 액체 관련 이벤트를 확인하는 단계는 분배 시스템의 압력 변화에 근거하여, 개별 이벤트들을 분리하기 위해 출력 신호를 분할하는 단계를 포함할 수 있다. 검출된 각각의 개별 이벤트는 그 다음에 밸브 개방 또는 밸브 폐쇄 이벤트로 분류될 수 있다. 또한, 각각의 밸브 개방 또는 밸브 폐쇄 이벤트는 이를 발생시키는 특정한 설비에 따라 더 분류될 수 있다.
분할하는 단계는 평탄화된 출력 신호를 생성하기 위해 출력 신호를 필터링하는 단계, 및 평탄화된 출력 신호의 도함수를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 평탄화된 출력 신호와 이의 도함수는 그 다음에 적어도 하나의 조건에 근거하여 밸브 이벤트의 시작을 검출하기 위해 슬라이딩 윈도우에서 분석될 수 있다. 가능한 조건은 평탄화된 출력 신호의 도함수가 분배 시스템의 정적 압력에 대한 미리 결정된 제1 한계치를 초과하는 것, 또는 슬라이딩 윈도우에서 최대 압력 값과 최소 압력 값 사이의 차이가 분배 시스템의 정적 압력에 대한 미리 결정된 제2 한계치를 초과하는 것을 포함한다. 평탄화된 출력 신호의 도함수는 도함수의 부호(sign)의 변화와 도함수의 변화의 크기에 근거하여 밸브 이벤트의 끝을 검출하기 위해 더 분석될 수 있다. 밸브 개방 또는 밸브 폐쇄 이벤트로서 검출된 각각의 개별 액체 관련 이벤트를 분류하는 단계는 (a) 밸브 이벤트의 시작과 끝 사이에서 평탄화된 압력의 감소는 밸브 개방 이벤트를 가리키며, 밸브 이벤트의 시작과 끝 사이에서 평탄화된 압력의 증가는 밸브 폐쇄 이벤트를 가리키는, 분배 시스템의 정적 압력에 대한 제3의 미리 결정된 한계치를 초과하는 밸브 이벤트의 시작과 끝에서 평탄화된 압력의 차이의 크기; 또는 (b) 도함수의 양의 평균 값은 밸브 개방 이벤트를 가리키며, 도함수의 음의 평균 값은 밸브 폐쇄 이벤트를 가리키는, 밸브 이벤트의 시작과 도함수의 제1 극단 사이에서 평탄화된 압력의 도함수의 평균 값을 포함하는 조건들의 그룹으로부터 선택된 조건의 발생에 근거할 수 있다.
방법은 템플릿 기반 분류기를 사용하여 밸브 개방 이벤트와 밸브 폐쇄 이벤트를 특정한 설비와 연관시키는 단계를 포함할 수 있다. 이 경우에, 출력 신호의 특성과 최대의 상관 관계를 가지는 템플릿이 선택되고 이벤트가 검출된 설비를 확인한다. 복수의 상보적 거리 측정기준들(complementary distance metrics)에 따라 분류기에 대해 사용될 수 있는 잠재적인 템플릿들을 필터링한 후에 이 선택은 행해진다. 이 측정기준은 정합 필터 거리 측정기준, 정합 도함수 필터 거리 측정기준, 정합 실제 켑스트럼 필터 거리 측정기준, 및 평균 제곱 오차 필터 거리 측정기준을 포함할 수 있다. 방법은 트레이닝 데이터에 제공되는 상보적인 거리 측정기준에 근거하여 잠재적인 템플릿들을 필터링하는 단계를 실행하는데 사용되는 한계치를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 복수의 상이한 설비에 상응하는 템플릿들이 모든 필터를 통과한다면, 필터는 설비들에 대한 트레이닝 데이터에 대해 가장 잘 작용하는 단일 거리 측정기준에 근거하여 가능한 필터들 중에서부터 선택될 수 있다. 선택된 필터는 그 다음에 이벤트가 검출된 설비를 확인하는데 사용될 수 있다.
방법은 다른 출력 신호를 생성하는 분배 시스템의 제2 지점에서 액체 압력을 모니터링하는 단계를 선택적으로 포함할 수 있다. 제2 지점은 제1 지점으로부터 이격된다. 분배 시스템에서 일어나는 이벤트들과 관련된 액체는 그 다음에 제1 지점에서의 출력 신호와 제2 지점에서의 출력 신호 사이의 시간 차이에 부분적으로 근거하여 검출될 수 있다. 또한, 검출된 특정한 형태의 액체 관련 이벤트가 시간 차이에 부분적으로 근거하여 복수의 상이한 형태의 이벤트들 중에서부터 선택될 수 있다.
다른 선택사항은 (예를 들어, 압력 센서를 역방향으로 바이어싱(reverse biasing)함으로써) 분배 시스템에 있는 액체에 과도 압력 펄스를 적용하고 분배 시스템에서 과도 압력 펄스의 반사에 상응하는 압력 펄스 파형을 검출하는 것이다. 압력 펄스 파형의 특성에 근거하여, 분배 시스템을 통과하는 과도 압력 펄스와 압력 펄스 파형의 경로, 분배 시스템에서 액체 유동의 지시, 및/또는 분배 시스템에서 하나 이상의 밸브들의 상태 중 적어도 하나가 결정될 수 있다.
본 공개서와 청구항들의 다른 양상은 기계 판독 가능하고 실행 가능한 명령이 프로세서에 의해 실행될 때 구조물 내에 있는 분배 시스템에서 액체의 유동을 모니터링하는데 사용되는 복수의 기능을 실행하기 위해 기계 판독 가능하고 실행 가능한 명령을 포함하는 매체를 대상으로 한다. 이 기능들은 일반적으로 위에서 논의된 예시적인 방법의 단계들과 일치된다.
또 다른 양상은 구조물 내에 있는 분배 시스템에서 액체의 유동을 모니터링하기 위한 예시적인 장치를 대상으로 한다. 장치는 분배 시스템의 압력을 감지하고 그 다음에 압력을 가리키는 아날로그 신호를 생성하기 위해 분배 시스템에 연결하는데 적합한 압력 센서를 포함한다. 여기에서 사용된 바와 같이, 용어 "압력 센서"는 파이프 또는 배관의 액체 압력 현상에 응답하는 임의의 센서를 포함하기 위해 폭넓게 해석되도록 의도되었으며, 어떤 암시되거나 의도되는 제한 없이, 피에조 저항 센서, 스트레인 게이지 또는 다이아프램의 기계적인 결함을 검출하는 다른 센서, 마이크로 전자 기계 시스템(MEMS) 센서, 광섬유 간섭 센서, (예를 들어, 압력에 의해 야기된 유전체 거리의 변화에 응답하는) 용량 센서, 음향 센서, 및 진동 센서(예를 들어, 압력 파형에 응답하는 가속도계)와 같은 센서를 포함할 수 있다. 커넥터가 제공되고 압력 센서를 구조물의 (수도꼭지 받침과 같은) 설비에 결합하기 위한 크기로 만들어진다. 아날로그 대 디지털 컨버터가 압력 센서로부터 나온 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시키기 위해 사용된다. 마이크로컨트롤러가 디지털 신호를 수신하기 위해 아날로그 대 디지털 컨버터에 결합되며, 디지털 신호의 획득을 제어하며, 출력 신호에 의해 나타내어 지는 압력의 변화에 근거하여 분배 시스템에서 일어나는 이벤트들을 검출하는데 사용되는 출력 신호를 생성하기 위해 디지털 신호를 처리한다. 출력 신호는 복수의 상이한 형태의 이벤트들로부터 특정한 형태의 이벤트를 확인하는데 사용된다. 통신 링크가 출력 신호의 더 많은 처리를 위한 연산 장치에 출력 신호를 결합하기 위해 포함될 수 있다.
다음의 본 공개서와 청구항들의 또 다른 양상은 구조물 내의 분배 시스템에서 액체의 유동을 모니터링하기 위한 예시적인 시스템을 대상으로 한다. 시스템은 위에서 언급된 장치의 구성요소들과 일반적으로 일치하는 구성요소들을 포함하며, 또한 연산 장치를 포함한다. 연산 장치는 실행 가능한 기계 명령들을 저장하는 메모리, 및 실행 가능한 기계 명령들을 실행하기 위해 메모리에 결합되는 프로세서를 포함한다. 압력 센서가 분배 시스템에 연결될 때 이 기계 명령들의 실행은 프로세서가 복수의 기능을 실행하게 한다. 기능들은 일반적으로 위에서 논의된 방법의 단계들과 일치한다.
이 "발명의 내용"은 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용"에서 아래에 상세하게 더 설명되는 단순화된 형태로 몇몇의 개념을 소개하기 위해 제공되었다. 그러나, 이 "발명의 내용"은 청구된 내용의 주요 또는 필수 특징들을 확인하려는 것이 아니고 청구된 내용의 범위를 결정하는데 도움을 주는 것으로 사용하려는 것도 아니다.
첨부한 도면들과 함께 취해질 때, 하나 이상의 예시적인 실시예와 이에 대한 변형들의 다양한 양상 및 관련된 이점들은 다음의 상세한 설명을 참조하여 더 잘 이해되므로 변형들의 다양한 양상 및 관련된 이점들은 더 쉽게 인식될 것이며:
도 1은 구조물에 있는 설비들에서 상이한 활동들 중에 물 사용을 모니터링하며 수도 시스템에서 일어날 수 있는 누설을 검출하기 위해 외부 호스 받침(hose bib) 수도꼭지와 같은 단일 지점에서 본 새로운 접근방법이 어떻게 적용될 수 있는지를 보여주는, 두 개의 침실과 두 개의 욕조의 주택 구조물에 있는 기본적인 수도 시스템의 예시적인 개략도이다.
도 2a는 주택 구조물에 있는 주방 수도꼭지의 개방으로 확인되는 밸브 개방 이벤트 중에 본 새로운 접근방법을 사용하여 검출된 특징적인 압력(psi) 대 시간(sec.) 응답을 보여주는 예시적인 그래프이다.
도 2b는 도 2a에서 개방되었던 주방 수도꼭지의 폐쇄로 확인되는 밸브 폐쇄 이벤트 중에 본 새로운 접근방법을 사용하여 검출된 특징적인 압력(psi) 대 시간(sec.) 응답을 보여주는 예시적인 그래프이다.
도 3은 블루투스 무선통신장치가 추가적인 처리와 분류를 위해 압력을 가리키는 출력 신호를 연산 장치에 전송하는데 사용되는, 본 새로운 접근방법의 예시적인 일 실시예에서 사용되는 압력 센서 및 제어기의 기능적인 블록도이다.
도 4는 본 새로운 접근방법이 시험된 9개의 주택 구조물들과 관련된 데이터를 요약하는 그래프이다.
도 5는 개별 설비에 있는 밸브가 개방되어 일정 간격의 시간 동안 개방된 상태로 유지되며 그 다음에 폐쇄되는, 수도꼭지, 변기, 및 욕조에 대한 예시적인 밸브 개방 및 폐쇄 압력 파(압력 대 시간)을 각각 설명하는 세 개의 그래프들이다.
도 6은 도 4의 9개의 주택 구조물들에서 본 새로운 접근방법의 시험에서 정확히 확인되는 설비의 밸브 개방 이벤트와 설비의 밸브 폐쇄 이벤트의 백분율을 설명하는 예시적인 표이다.
도 7은 정확히 확인되는 설비 밸브 개방 이벤트와 폐쇄 이벤트의 백분율이 시험된 주택 구조물들에 있는 각각의 형태의 설비에 대해 설명되는, 상이한 관점의 도 6의 결과를 설명하는 예시적인 표이다.
도 8은 본 새로운 접근방법을 사용하여, 도 4에 표시되는 시험된 주택 구조물들 중의 네 개에 있는 개방된 밸브들에 대해 결정된 유동 속도에 대한 오차 데이터를 설명하는 표이다.
도 9는 도 4의 시험된 주택 구조물들 중의 네 개에 있는 개방된 밸브들에 대한, 유동 속도의 평균 오차 대 샘플들의 수를 보여주는 예시적인 그래프이다.
도 10은 본 새로운 접근방법이 각각의 이벤트와 이벤트가 일어나는 각각의 설비를 검출할 수 있다는 것을 설명하는, 샤워, 변기, 및 수도꼭지에 대한 밸브들이 겹치는 기간에 걸쳐 개방되는 수도 시스템에서 발생하는 복수의 겹치는 이벤트들에 대한 압력 대 시간의 예시적인 그래프이다.
도 11은 설비/밸브 이벤트들을 검출하기 위해 본 접근방법에서 사용될 수 있는 예시적인 단계들을 설명하는 논리 흐름도이다.
도 12는 본 새로운 접근방법에 따른 밸브 이벤트들을 분류하기 위해 사용될 수 있는 예시적인 단계들을 설명하는 논리 흐름도이다.
도 13a는 단일 설비 이벤트에 대한 출력 신호들 사이의 시간 지연을 설명하는, 구조물의 수도 시스템의 위에 있는 상이한 지점들에 배치된 두 개의 압력 센서로부터 나온 원래 상태의 출력 신호를 도시한다.
도 13b는 설비로부터 각각의 압력 센서로의 상이한 신호 전파 경로들로 인한 두 개의 파형들 사이의 시간 이동을 명확하게 보여주는, 13 Hz의 로우 패스 필터를 통해 도 13a의 두 개의 원래 상태의 출력 신호의 각각을 통과시키는 것으로부터 초래되는 파형을 도시한다.
도 14a는 활성 압력 신호가 파이프들을 통해 전파되도록 활성 압력 신호가 압력 트랜스듀서에 의해 발생되고 구조물의 수도 시스템으로 유도되는 프로브 신호로 사용되는 활성 압력 신호를 나타낸다.
도 14b는 도 14a의 활성 압력 신호가 종료된 직후에, 수도 시스템 배관으로부터 수신되는 반사된 압력 신호이다.
도 15는 본 새로운 시스템의 압력 센서 및 제어기로부터 나온 출력 신호를 처리하는데 사용 가능한, 퍼스널 컴퓨터와 같은 일반적인 종래의 연산 장치의 예시적인 기능 블록도이다.
도면들과 개시된 실시예들은 한정하지 않는다.
예시적인 실시예들은 참조되는 도면들로 설명된다. 여기에 개시된 실시예들과 도면들은 한정하기보다는 오히려 설명하기 위한 것이다. 다음의 기술과 청구항들의 범위에 대한 한정이 도면들에 보여지고 여기에서 설명되는 예들에 행해지지 말아야 한다.
물 사용을 모니터링하기 위한 예시적인 시스템
가장 현대적인 주택은 압력 하에 주택에 있는 수도 시스템의 입구에 물을 제공하는 공공 상수도 또는 사유의 우물에 연결된다. 각각의 가정, 또는 시설에 의해 물을 공급받는 다른 형태의 구조물에서의 물 유동에 대한 요건을 충족시키기에 충분한 수압으로 주 배관을 통해 물을 분배하기 위해 공공 시설들은 중력과 펌핑 스테이션들에 의존한다. 주택은 더 작은 서비스 라인에 의해 수도의 주 배관에 연결되며, 수도 미터는 일반적으로 이 연결부에 또는 이의 근처에 배치된다. 수도 미터의 근처에 있는 역류 밸브는 구조물로부터의 물이 주 배관으로 역류하는 것을 방지한다. 사유의 우물을 가지는 가정은 지표로부터 물이 압력 하에 저장되는 가정 내의 작은 밀폐 공기 압력 탱크로 물을 끌어올리기 위해 펌프를 사용하며, 그 결과로 펌프는 수도 시스템에 있는 밸브가 개방될 때 계속해서 작동할 필요가 없다.
도 1은 두 개의 욕실 구조물을 위한 일반적인 주택용 수도 시스템(20)을 도시한다. 냉수는 집의 높이 및 저장조 또는 펌핑 스테이션에 대한 근접성과 같은 요인들(또는 만약 사유의 우물이 물의 공급원이라면 다른 요인들)에 따라 일반적으로 평방 인치당 50 내지 100 파운드(psi)로 상수도 주 배관(또는 사유의 우물)에 결합되는 서비스 라인(22)을 통해 유입된다. 많은 집들은 주 배관으로부터 전파될 수 있는 과도현상(또는 압력 급상승)으로부터 집을 보호할 수 있고 또한 가정용 설비들과 기기들에 대해 안전한 수준까지 유입수의 압력을 감소시키는 수도 미터(26)의 근처의 압력 조절기(24)를 가진다.
조절기의 하류에, 직렬로 배관되고 분지 배관된(series plumbed and branched) 일반적인 주택 배관에서 발견되는 두 개의 기본적인 레이아웃이 있다. 거의 모든 다중 설비의 집들은 이 두 개의 레이아웃의 조합을 가진다. 냉수 공급 파이프(42)는 (예를 들어, 변기, 싱크대, 및 샤워로 물을 공급하기 위해) 개별 수도 설비들에 분지되며 또한 물 가열기(36)의 공급 입구에 냉수를 공급한다. 종래의 물 가열기는 전기 저항 요소 또는 가스 점화 버너(어느 것도 도시되지 않음)를 사용하여 단열 탱크에서 물을 가열한다. 온수가 사용될 때, 냉수 공급 라인으로부터 나온 압력은 탱크가 냉수로 재충전될 때 온수 라인(44)을 통해 온수 탱크로부터 나온 온수에 연속적으로 가해진다. 모든 온수 탱크는 과도한 과열 및 그 결과로 생기는 증기압으로 인해 일어날 수 있는 폭발을 방지하기 위한 압력 안전 밸브(도시되지 않음)뿐만 아니라 (물 가열기들이 광물 침전물을 세척하고 가동 효율을 증가시키기 위해 적어도 일년에 한 번 배수되어야 하기 때문에, 유지관리에 중요한) 드레인 밸브(40)를 가진다. 만약 시스템이 수도 미터에 역류 밸브를 포함하며 그에 따라 "폐쇄 시스템"이 된다면, 많은 집들은 또한 물 가열기의 냉수 공급 입구의 근처에 연결되는 밀폐 공기 열 팽창 탱크(38)를 가진다. 온수가 온수 탱크로부터 배출된 후에, 열 팽창 탱크(38)는 물 가열기의 내부에서 가열되는 중인 냉수의 열 팽창을 수용한다. 필요할 때까지 가열된 물을 유지하는 온수 탱크 대신에, 몇몇의 구조물들은 전기 저항 요소 또는 가스 버너에 의해 공급된 열을 사용하여 냉수가 열교환기를 통과할 때 냉수를 빠르게 가열함으로써 수요에 따라 온수를 제공하는 탱크가 없는 물 가열기들을 사용한다. 물을 가열하기 위한 두 형태의 장치들 모두는 수도 시스템의 냉수 라인과 온수 라인 사이의 연결을 형성하며, 본 접근방법에서 모니터링되는 압력 변동이 수도 시스템의 온수와 냉수 부분들 모두에 대해 두 형태의 물 가열기들을 통해 전파된다.
이 예에서, 압력 센서(30)는 외부 수도꼭지 받침(32)에 나사 결합된다. 이 수도꼭지에 있는 밸브는 개방되며 그 결과로 압력 센서는 더 상세하게 아래에 설명된 바와 같이 구조물에 있는 수도 시스템의 압력에 응답할 수 있으며, 처리되고 연산 장치에 출력 신호로 전송되는 상응하는 신호를 생성한다.
제1 변기(46), 냉수 밸브(48a)와 온수 밸브(48b)를 가지는 제1 욕실 싱크대, 및 온수 밸브와 냉수 밸브(어느 것도 도시되지 않음)를 가지는 욕조(50)가 구조물의 제1 욕실에 있는 수도 시스템에 결합된다. 주방은 냉수 밸브(52a)와 온수 밸브(52b)를 가지는 주방 싱크대, 및 (온수 및 냉수 전자-기계 솔레노이드 밸브들을 가지는 - 어느 것도 도시되지 않음) 식기세척기(54)를 가진다. 제2 욕실에는 (온수 및 냉수 밸브들을 가지는 - 도시되지 않음) 샤워(56), 냉수 밸브(58a)와 온수 밸브(58b)를 가지는 제2 싱크대, 및 제2 변기(60)가 있다. 구조물은 또한 수도 시스템으로부터의 온수와 냉수의 유동을 제어하는 전자-기계 솔레노이드 밸브들(도시되지 않음)을 포함하는 의류 세탁기(62)를 더 포함한다.
수도 설비들을 확인함
수도 시스템은 폐 루프 압력 시스템을 형성하며, 물이 수도 시스템에 흐르지 않을 때 물은 배관 전체에 걸쳐 안정된 압력으로 유지된다. 만약 공급 압력이 조절기의 설정점의 아래로 떨어지지 않는다면, 압력 조절기를 가지는 구조물들은 대체로 안정된 압력을 가질 것이다. 압력 조절기가 없는 구조물들은 구조물의 수도 시스템에서 수압의 변동으로 검출되는, 주 공급 라인에 대한 이웃의 물의 수요에 따라 수압의 작은 변화를 가끔 경험할 수 있다.
(욕실 수도꼭지 또는 주방 수도꼭지이거나 식기세척기 또는 의류 세탁기의 전자-기계 솔레노이드 밸브이든 간에) 밸브가 개방되거나 폐쇄될 때, 압력 변화가 일어나며, (도 2a 및 2b의 그래프들(100 및 102)에 각각 보여지는 바와 같이) 과도 압력 파 충격(impulse)이 수도 시스템에 발생된다. 과도 압력은 (동력 라인 상의 전기 과도현상과 유사한) 파이프라인에 있는 물의 속도의 빠른 변화로부터 초래되는 파동 현상이다. 밸브가 빠르게 개방되거나 폐쇄될 때 발생하는 과도 압력 파는 종종 서지(surge) 또는 워터 해머(water hammer)로 불리며, 압력 충격파가 파이프를 통해 이동할 때 때때로 강한 반복적인 소음(loud hammering) 또는 가청 소음을 생성할 수 있다. 과도 압력 서지의 크기는 작동 압력에 의존하지 않으며 이보다 훨씬 더 크다. 과도 압력 펄스는 양의 또는 음의 압력의 변화율에 따라(즉, 밸브가 수도 시스템에서 개방되거나 폐쇄되는가에 따라), 양이거나 음일 수 있다. 식기세척기 또는 의류 세탁기와 같은 기기들은 이들의 전자-기계 솔레노이드 밸브들을 제어하며 그 결과로 이들은 빠르게 상태를 변화시키며 그에 따라서 종종 가장 두드러진 워터 해머를 생성한다. 이와 대조적으로, 오히려 느리게 개방되거나 폐쇄되는 수도꼭지 밸브는 워터 해머 펄스를 더 적게 생성한다.
유동의 갑작스런 변화는 주택용 파이프들에 대한 안전 작동 압력 한계를 초과하는 위험할 정도로 높은 과도현상들을 생성할 수 있다. 열 팽창 탱크(38)(도 1)는 종종 이 과도현상들의 약간의, 그러나 완전하지는 않은, 완화를 제공한다. 몇몇의 수도 시스템들에서, 공기 충전 스탠드파이프들이 과도현상의 국부적인 완화를 제공하기 위해 세탁기 또는 식기세척기에 대한 유입 라인들에 인접하게 설치된다. 대부분의 밸브들의 상태의 변화는 유해하지 않지만 수도 시스템에 설치된 압력 센서에 의해 검출될 수 있는 워터 해머 충격으로서 나타난다. 과도 압력 파가 파이프들을 통해 앞뒤로 진동하므로, 워터 해머 파형은 일반적으로 몇 초간 지속된다. 본 접근방법을 사용하면, 워터 해머 효과가 (심지어 설치된 완화장치를 가지는) 수도 시스템 내의 어느 곳에서도 검출될 수 있으며, 이에 따라서 수도 시스템 전체에 걸친 효과들의 단일 지점 감지를 가능하게 한다.
본 접근방법은 특정한 설비에 대해 감지된 독특한 압력 과도현상 또는 워터 해머 특성이 구조물의 수도 시스템에 있는 밸브 형태와 이의 위치에 의존한다는 사실에 달려있다. 이벤트의 위치를 검출하는 본 접근방법의 능력은 이들의 압력 파 충격이 압력 센서에 도달하기 전에 수도 시스템의 파이프 기반시설을 통해 상이한 경로들을 통과하기 때문에 동일한 모델의 두 개의 설비들(예를 들어, 집에 있는 두 개의 동일한 변기들에서 일어나는 이벤트들) 및 심지어 동일한 설비에 있는 두 개의 밸브들(예를 들어, 싱크대 설비에 있는 온수 밸브와 냉수 밸브)을 구별하는 것을 가능하게 만드는 큰 변별력을 제공한다. 압력 강하와 그 결과로 생기는 충격파의 크기는 이벤트의 발생원에 대한 압력 센서의 상대적인 위치에 의존하지만, 특성의 형상은 변하지 않는다. 아래에서 논의되는 바와 같이, 또한 복수의 압력 센서들이 수도 시스템에 있는 상이한 지점들에 설치될 수 있을 것으로 생각되며, 그 결과로 압력 센서들에 의해 검출되는 과도 압력 파형들 사이의 시간 차이는 이벤트와 이벤트가 관련되는 설비의 위치를 확인하는데 유용한 추가적인 정보를 제공할 수 있다.
유동을 추정함
압력과 압력 과도현상 시작의 속도의 변화는 밸브 개방 이벤트와 밸브 폐쇄 이벤트의 정확한 검출을 가능하게 한다. 압력은 또한 저항(즉, 유동 저항을 야기하는 파이프 제한, 굴곡, 등)과 전압의 변화(즉, 압력)를 아는 것이 전류(즉, 유동 속도)의 결정을 가능하게 하는, 전기 회로에 유사한 수도 시스템에서 유동 속도를 측정하는데 사용될 수 있다.
유동 속도는 파이프에 있는 유체의 체적 유동 속도(Q)가 파이프의 반경(r),파이프의 길이(L),유체의 점도(μ)및 압력 강하(ΔP)에 달려있다는 것을 명시하는 포아즈이유의 법칙(하겐-포아즈이유 방정식으로도 불림)을 통한 압력 변화와 관련된다:
Figure pct00001
방정식(1)은 유동에 대한 저항이 체적 유동 속도에 의해 나누어지는 압력의 강하에 비례한다는 것을 명시하는 유체 저항 공식에 의해 단순화될 수 있다.
Figure pct00002
따라서, 포아즈이유의 법칙으로부터 약간의 가변 복잡성을 제거하기 위해 유체 저항을 사용하는 것이 가능하며, 이는 단순한 방정식을 초래한다:
Figure pct00003
본 새로운 접근방법은 밸브가 개방되거나 폐쇄될 때 압력의 변화(ΔP)를 측정한다. Q를 계산하기 위해, 나머지 미지수인 Rf를 추정하는 것이 필요하다. 이 경우에, R f 는 두 개의 요인들에 의해 제한되다: 물의 점도 및 파이프 길이(L).물의 점도는 물의 온도의 함수로서 쉽게 계산될 수 있으며 대부분의 주택용 파이프들의 내경이 1/4" 또는 3/8"라는 사실에 근거할 수 있다. 따라서, 파이프의 길이인 L은 주요 미지수이며, 수도 시스템의 입구에서부터 구조물에 있는 각각의 상이한 설비까지의 각각의 경로가 일반적으로 상이하기 때문에,L은 사용되는 수도 설비에 따라 변할 것이다.
이 방정식들은 포괄적이지 않다. 예를 들어, 이들은 내부 파이프 표면의 평활성의 변동, 파이프의 굴곡, 밸브, 수축의 수, 또는 파이프 배향(예를 들어, 중력 및 기압의 변화에 의해 야기되는 영향)을 고려하지 않는다. 그러나, 이런 영향은 주택용 파이프 망에 대해 무시할 수 있는 것으로 처리될 수 있다. R f 에 대한 추정은 (수도 시스템 입구로부터 구조물까지의 거리를 변경하기 위해) 전략적 위치의 유동 속도를 샘플링함으로써 각각의 주택에 대해 단순화될 수 있으며, 상이한 밸브들에서 유동에 대한 저항의 몇 개의 측정에 근거하여, 구조물에 있는 나머지 밸브들에 대한 저항에 대한 상당히 정확한 추정을 제공한다.
예시적인 압력 모니터 설계
도 3에 보여지는 바와 같이, 압력 모니터(110)의 예시적인 실시예는 주문 제작된 스테인리스강 압력 센서(112), 16비트 아날로그 대 디지털 컨버터(ADC, 114), 마이크로컨트롤러(116), 및 블루투스 무선통신장치(120)를 포함한다. 블루투스 무선통신장치는 압력 센서(112)에 의해 감지된 수도 시스템의 압력을 가리키는 (블루투스 무선통신 신호로 전송되는) 출력 신호(122)를 전송한다. (또는, IEEE802.11(WiFi)와 같은 다른 형태의 무선통신 신호들 또는 (이더넷 또는 USB 라인과 같은) 유선 통신 링크가 추가적인 처리와 저장을 위해 연산 장치까지 출력 신호를 전송하는데 그 대신에 사용될 수 있다.) 마이크로컨트롤러(116)는 압력 센서(112)에 의한 압력의 샘플링을 제어하기 위해 전계 효과 트랜지스터 스위치(118)(또는 다른 전자 스위치)를 폐쇄하는 게이트 신호를 제공한다. 안정화 전력 공급장치(124)는 전체 압력 모니터에 동력을 공급하기 위해 직류(DC) 전력을 제공한다. 연산 장치는 별도의 컴퓨터일 수 있거나 그 대신에 압력 모니터 하우징에 통합될 수 있다. 또한, 출력 신호는 메모리를 사용하여 압력 모니터에 저장될 수 있다. 예를 들어, 유니버설 시리얼 버스(USB) 메모리 칩 또는 다른 형태의 제거 가능한 저장 메모리 칩이 메모리가 연산 장치로 이동될 때 뒤따르는 처리를 위한 출력 신호를 저장하는데 사용될 수 있다. 다른 대안으로서, 메모리는 뒤따르는 처리를 위해 연산 장치 또는 다른 메모리로 저장된 출력 신호 데이터를 이동시키기 위해 주기적으로 질문을 받을 수 있다.
0 내지 50 psi의 압력 범위를 가지는 압력 센서와 0 내지 100 psi의 압력 범위를 가지는 다른 압력 센서를 포함하는 압력 센서의 두 개의 상이한 실시예들이 사용되었다. 더 높은 동적 범위는 높은 공급 압력을 가지는 구조물에서 또는 압력 조절기가 구조물을 위한 수도 시스템에 포함되어 있지 않을 때 수압을 모니터링하는데 유용하다. 이 예시적인 설계에 사용되는 압력 센서는 3/4" 황동 어댑터로 끼워 맞춰지며 TeflonTM테이프를 사용하여 밀봉되는 내장형 1/4" NPT 숫형 커넥터를 가지는, Pace Scientific에 의해 제조된 P1600TM시리즈이었다. 이 어댑터는 센서가 정원 호스가 결합될 수 있는 것과 같은 임의의 표준 수도꼭지 받침에 쉽게 나사 결합되는 것을 가능하게 하였다. 압력 센서는 -40℉ 내지 257℉의 작동 온도 범위와 0.5 밀리세컨드 미만의 압력 응답 시간을 가진다. 그러므로, 이론상 최대 샘플링 주파수는 약 2 kHz이지만, 1 kHz가 과도현상들을 검출하는데 아주 충분하며 처리를 위해 연산 장치까지 데이터 전송을 위한 합리적인 주파수이어야 한다. 위에서 언급된 바와 같이, 압력 현상에 응답하는 많은 다른 형태의 센서들이 Pace Scientific 압력 센서 대신에 압력 모니터에서 사용될 수 있다.
압력 센서의 출력은 5 VDC 공급 전압에 대해 비례한다(ratiometric)(즉, 출력 전압은 공급 전압에 대한 비율이며, 그 결과로 공급 전압의 작은 변화는 출력 신호의 수준이나 정확성에 영향을 끼치지 않는다). 16비트 Texas Instruments ADS834TMADC및 AVR 마이크로컨트롤러가 이 예시적인 압력 모니터에 사용되었으며, 0 내지 50 psi 압력 센서에 대해 대략 0.001 psi와 0 내지 100 psi 압력 센서에 대해 약 0.002 psi의 분해능을 제공하였다. 블루투스 무선통신장치는 Class 1이며, 시리얼 포트 프로필을 실행한다. 이 예시적인 압력 모니터 실시예는 약 1 kHz의 데이터 속도로 (도 15에 보여지는 것과 유사한) 종래의 개인용 컴퓨터(PC)로 블루투스 채널을 통해 출력 신호 압력 데이터를 확실하게 샘플링하고 흐르게 할 수 있었다. 5 V 저-강하 전력 조절기 칩이 압력 모니터 구성요소를 위한 동력을 제공하기 위해 단일 9 V 배터리로부터 나온 DC 전압을 조절하는데 안정화 전력 공급장치(124)에 사용되었다. 그러나, 상이한 전압을 제공하는 배터리, 또는 상이한 형태의 배터리, 또는 교류(AC) 라인 소스 전력 공급장치 또는 몇몇의 다른 전력 소스가 그 대신에 압력 모니터(110)의 구성요소에 동력을 제공하기 위해 DC 전원을 제공하기 위해 사용될 수 있다는 것이 고려된다.
압력 센서(112)는 이것이 일부의 워터 해머 이벤트들에 의해 때때로 야기되는 파이프 진동에 기인한 손상에 둔감하게 만드는, 100 g 이상의 기계적인 충격 등급을 가진다. 압력 센서는 이것이 만들어지는 공장에서 선형성에 대해 교정되고 시험되지만, 전체 압력 모니터링 모듈의 출력이 알려진 압력을 압력 센서에 적용함으로써 시험되었다. 정확하게 알려진 수압을 제공하는 압력 조절 수 압축기에 연결된 압력 센서를 가지는 열 개의 샘플을 취했다. 모든 측정은 25℃에서 압력 센서의 ㅁ0.25%의 허용 오차의 내에 있었다. 전체 유닛은 내후성이 있으며 습기가 있는 위치에 설치될 수 있다. 압력 센서 커플링의 현재의 예시적인 구현은 관통 능력을 제공하지 않지만(즉, 압력 센서가 연결된 수도 시스템 설비가 또한 호스나 다른 커플링에 연결되는 것을 가능하게 하지 않지만), 이 변경은 통상의 기술을 가진 사람에 의해, 예를 들어, 적절한 나사 단부를 가지는 "T" 또는 "Y" 피팅을 사용하여 명확히 구현될 수 있다.
9개의 주택 구조물의 시험 중의 데이터 수집
이 새로운 접근방법, 예시적인 압력 센서 모듈, 및 압력 센서 모듈로부터의 출력 신호를 처리하는데 사용되는 알고리즘의 타당성을 증명하기 위해, 라벨을 붙인 데이터가 3개의 도시에 위치하는 9개의 주택 구조물들인 H1 내지 H9에서 수집되었다. 주택 구조물은 도 4의 표(130)에 보여지는 바와 같이, 다양한 스타일, 연식, 및 수도 시스템의 다양성을 가졌다.
각각의 주택 구조물에 대해, 베이스라인 정적 수압이 먼저 측정되었으며, 그 다음에 적당한 압력 센서(즉, 0 내지 50 psi 또는 0 내지 100 psi 범위의 압력 센서)가 이용 가능한 물 호스 받침, 설비 싱크대 수도꼭지, 또는 물 가열기 드레인 밸브의 위에 설치되었다. 각각의 수집 세션은 두 명의 연구원에 의해 수행되었다. 한 사람은 감지된 압력 특성을 랩톱 컴퓨터에 기록하였으며 동시에 다른 사람은 구조물에 있는 수도 설비를 활성화하였다. 압력 특성은 또한 스크롤링 시간-시리즈 라인 그래프를 통해 압력 데이터의 실시간 피드백을 제공하는 그래픽 로깅 툴을 사용하여 기록되었다. 5번의 시험이 각각의 설비에 있는 각각의 밸브에 대해 실행되었다(예를 들어, 온수 밸브에 대한 5번의 시험 및 냉수 밸브에 대한 5번의 시험). 각각의 시험에 대해, 밸브는 적어도 5초 동안 완전히 개방되었으며 그 다음에 폐쇄되었다.
9개의 주택 구조물들 중의 4개(H1, H4, H5, 및 H7)에 대해, 유동 속도 정보가 또한 주방과 욕실 싱크대 수도꼭지 및 샤워 수도꼭지 설비들에 대해 수집되었다. 감지된 압력을 기록하는 것에 추가하여, 교정된 용기를 1 갤런의 체적까지 채우기 위해 요구되는 시간이 측정되었다(이 방법은 유동 속도를 정확하게 측정하기 위한 수도 시설에 의해 선호된다). 이 단계가 5번의 시험 동안 각각의 밸브에 대해 반복되었다. 가정 내의 데이터 수집 과정은 전체 689개의 설비의 시험과 76개의 설비에 걸쳐 155 유동 속도 시험을 산출하였다.
설비 이벤트 확인의 분석의 개요
데이터가 수집된 후에, 3 단계 접근방법이 이벤트가 발생된 각각의 설비로부터 압력 센서에 전파되는 독특한 과도 압력 파들에 따른 개별 설비 이벤트를 확인하는 것의 실현 가능성을 검사하는데 사용되었다. 밸브가 개방되거나 폐쇄될 때 각각의 밸브 이벤트가 압력 과도 신호에 상응한다는 것을 상기하면서, 각각의 개별 밸브 이벤트가 먼저 데이터 스트림으로부터 분할되었으며, 이의 시작과 끝이 추가의 분석을 가능하게 하기 위해 확인되었다. 그 다음에, 각각의 밸브 이벤트는 밸브 개방 이벤트 또는 밸브 폐쇄 이벤트로 분류되었다. 마지막으로, 밸브 이벤트는 이를 발생시키는 특정한 설비에 따라 분류되었다. 초기에는, 분리되어 발생된 이벤트만이 확인되었다. 복합(겹친) 이벤트들의 분석이 아래에서 논의된다.
밸브 이벤트의 분할
밸브 이벤트의 특성을 분석하기 전에, 이벤트는 먼저 압력 센서 출력 신호로부터 분할(즉, 분리)되어야 한다. 분할은 많은 상이한 형태의 이벤트에 대해 유효해야 하며, 그러므로, 모든 밸브 이벤트들 중에서 가장 일반적으로 일어날 수 있는 압력 센서로부터 나온 출력 신호의 특성만을 고려하는 것이 중요하다. 사용된 접근방법은 도 5의 그래프(140, 142 및 144)에 설명된다(그리고 또한 도 2a 및 2b의 그래프(100 및 102)에 설명된다). 예시적인 방법에서, 원래 상태의 출력 신호는 로우 패스, 선형 상 유한 충격 응답 필터들(예를 들어, 13 Hz 로우 패스 필터와 1 Hz 로우 패스 필터)을 사용하여 평탄화된다. 13 Hz 로우 패스 필터로부터의 평탄화된 출력 신호와 1 Hz 로우 패스 필터로부터의 평탄화된 출력 신호의 도함수가 그 다음에 (일초의 감지된 압력에 상응하는) 1000개의 샘플들의 슬라이딩 윈도우에서 분석된다.
밸브 이벤트의 시작은 두 개의 상태 중의 하나에 상응한다. 가장 일반적인 것은 평탄화된 압력 센서 출력 신호의 도함수가 정적 압력에 대한 규정된 한계치를 초과할 때이며, 이는 빠른 변화를 가리킨다(예를 들어, 2 psi/sec와 대략 동일한 도함수가 구조물의 수도 시스템의 실제적인 정적 압력에 의해 조정된 45 psi 정적 압력을 가지는 주택 구조물 수도 시스템을 위해 요구될 수 있다). 덜 일반적인 두 번째 상태는 슬라이딩 윈도우에서의 최대치와 최소치 사이의 차이가 정적 압력에 대한 한계치를 초과할 때 검출되며, 이는 느리지만 상당한 변화를 가리킨다(예를 들어, 대략 1 psi 차이가 실제적인 정적 압력에 의해 조정된 45 psi 정적 압력을 가지는 주택 구조물을 위해 요구될 수 있다). 밸브 압력 이벤트의 시작이 어느 하나의 방법을 통해 검출된 후에, 도함수의 특성의 다음의 변화는 (최대이거나 최소일 수 있는) 선행한 정적 압력에 대한 이 밸브 이벤트의 극단을 나타낸다.
분할된 밸브 이벤트의 끝은 그 다음에 변동의 극단(즉, 도함수의 부호의 변화)이 이벤트의 시작을 따르는 제1 극단의 크기의 미리 결정된 백분율(예를 들어, 5%)보다 낮은 제1 지점으로서 검출될 수 있다. 또한, 이벤트가 아래에서 더 자세하게 논의되는 바와 같이 복합(또는 겹치는) 이벤트의 발생에 상응하는 변동의 크기의 빠른 증가로 종료되는 것이 가능하다. 주택 구조물에서 수집된 데이터에 이 방법을 적용하는 것은 이들의 주변의 압력 출력 신호 데이터 스트림으로부터 밸브 이벤트의 100%의 적당한 분할을 산출하였다.
밸브 개방 이벤트와 밸브 폐쇄 이벤트의 분류
각각의 밸브 이벤트를 분할한 후에, 밸브 이벤트는 밸브 개방 이벤트 또는 밸브 폐쇄 이벤트로 분류된다. 밸브 개방 이벤트는 더 많은 밸브 개방에 상응하며, 밸브 폐쇄 이벤트는 더 많은 밸브 폐쇄에 상응한다. 밸브는 완전히 폐쇄된 상태로부터 완전히 개방될 수 있거나, 완전히 개방된 상태로부터 완전히 폐쇄될 수 있거나, 단순히 이전의 경우보다 더 개방될 수 있거나 더 폐쇄될 수 있다. 분할된 이벤트의 시작과 끝에서 평탄화된 압력의 차이를 먼저 고려하는 분류기가 적용된다. 만약 이 차이의 크기가 한계치(예를 들어, 실제적인 정적 압력에 의해 조정된 45 psi 정적 압력을 가지는 주택 구조물에 대한 2 psi)를 초과한다면, 이벤트는 즉시 분류될 수 있다(압력 감소는 밸브 개방 이벤트에 상응하며 압력 증가는 밸브 폐쇄 이벤트에 상응한다). 그렇지 않다면, 이벤트는 이의 시작과 이의 제1 극단 사이의 도함수의 평균치에 따라 분류된다. 밸브 개방 이벤트는 초기의 압력 감소(양의 평균 도함수)를 생성하며, 밸브 폐쇄 이벤트는 초기의 압력 증가(음의 평균 도함수)를 생성한다. 주택 구조물로부터 수집된 데이터로부터 분할된 밸브 이벤트에 이 방법을 적용하는 것은 밸브 개방 이벤트와 밸브 폐쇄 이벤트의 100% 정확한 분류를 초래하였다.
설비 분류
밸브 개방 이벤트와 밸브 폐쇄 이벤트는 템플릿 기반 분류기를 사용하는 구조물의 특정한 설비와 연관될 수 있다. 미지의 이벤트를 분류할 때, 잠재적인 템플릿들이 먼저 4개의 상보적인 거리 측정기준에 따라 필터링된다.
사용되는 제1 거리 측정기준은 신호 검출 이론에서 매우 일반적인 정합 필터이다. 정합 필터는 추가적인 백색 소음의 존재 시에 최적의 검출 메커니즘이다. 이의 주요 제한은 구별되는 압력 과도 신호가 직교하지 않는다는 것이다. 이 신호를 직교하게 만드는 것은 정확하게 추론될 필요가 있는 정보인 각각의 이벤트의 소스의 특정한 지식을 필요로 할 것이다.
제2 거리 측정기준은 이벤트들의 도함수가 기하급수적으로 감소하는 사인 곡선에 항상 유사하기 때문에 포함되는 정합 도함수 필터이다. 그러므로, 도함수가 원래의 압력 신호보다 더 직교되게 하며, 이 정합 도함수 필터가 단순한 정합 필터와 구별되는 값을 제공한다고 결론을 내리는 것이 합리적이다.
제3 거리 측정기준은 이벤트의 푸리에 변환의 크기의 자연 로그의 역 푸리에 변환인 정합 실제 켑스트럼 필터에 근거한다. 이 측정기준은 (분류되는 밸브 이벤트가 구조물의 물 파이프들에 있는 미지의 경로를 통한 압력 과도 신호의 전파에 의해 변형되는 것처럼) 미지의 필터를 통해 작동되는 신호의 원래의 버전을 근사치로 계산하는 것을 시도한다. 접근방법은 명확한 한계를 가지지만, 켑스트럼의 더 낮은 계수가 주로 이동 기능(구조물의 파이프들을 통한 이벤트의 전파)으로부터 초래되며 더 높은 계수가 주로 소스(원래의 밸브 개방/폐쇄 이벤트)로부터 초래된다는 것이 보여질 수 있다. (부분적으로 이동 기능이 집에 있는 동일한 설비들의 다수의 예 중에서 구별되는 것을 허용하기 때문에) 주요 관심은 이동 기능에 있으며, 그러므로 켑스트럼은 더 낮은 계수만을 포함하기 위해 절단된다. 그 결과로 생긴 공간은 더 직교되며, 제3의 효과적이고 상보적인 정합 필터를 산출한다.
마지막으로, 제4 거리 측정기준은 압력 센서 출력 신호에 근거하여 수도 시스템에서 검출된 두 개의 이벤트 중 더 긴 것을 절단함으로써 계산된 단순한 평균 제곱 오차(즉, 유클리드 거리)이다.
이 거리 측정기준들에 근거하여 잠재적인 템플릿들을 필터링하기 위해 사용되는 유사성 한계치는 트레이닝 데이터로부터 학습될 수 있다(즉, 이 단계는 미지의 이벤트에 대한 유사성이 트레이닝 데이터에서 관찰된 최소의 클래스 내의 유사성보다 더 낮은 필터링 템플릿들을 제공한다). 만약 템플릿이 검출된 이벤트에 관한 네 개의 모든 필터들을 통과하지 않는다면, 미지의 이벤트는 분류되지 않는다. 이 경우에, 적용은, 예를 들어, 이벤트를 무시할 수 있거나, 사람이 인지되지 않은 설비를 라벨링하게 할 수 있거나, 인지되지 않은 이벤트가 누설의 존재를 가리키는지를 결정할 수 있다. 만약 다수의 상이한 설비들에 상응하는 템플릿들이 네 개의 모든 거리 측정기준 필터들을 통과한다면, 트레이닝 데이터에 대해 가장 잘 작용하는 단일의 거리 측정기준에 의해 한정되는 가장 가까이 이웃하는 분류기가 이 템플릿들 중에서 선택된다. 가장 가까이 이웃하는 분류기에 대한 단일 거리 측정기준은 클래스 내부 대 클래스 외부 리시버 작동 특성(ROC) 곡선 아래의 영역에 근거하여 선택된다.
설비 분류의 평가
설비 분류는 수집된 시험 데이터에서 다수의 주택 구조물들에 걸쳐 학습된 모델 매개변수들의 견고성을 보여주기 위해 선택되는 실험적인 설계를 사용하여 평가된다. 구체적으로는, 데이터가 수집된 특정한 주택 구조물에 따른 데이터와 관련된 상호검증 실험이 실행되었다. 상호검증의 9번의 시험이 있었으며, 각각의 시험은 시험 데이터로서 하나의 주택 구조물로부터 나온 데이터와 트레이닝 데이터로서 다른 8개의 주택 구조물들로부터 나온 데이터를 사용하였다. 시험 데이터로부터 나온 모델 매개변수들(즉, 네 개의 유사성 필터 한계치들과 마지막의 가장 가까이 이웃하는 분류기에 대한 거리 측정기준의 선택)을 학습한 후에, 시험 주택 구조물에서의 각각의 이벤트가 "하나를 제거하는 방법(leave-one-out method)"을 사용하여 시험되었다. 각각의 시험 주택 구조물 이벤트는 그 다음에 트레이닝 데이터로부터 나온 학습된 모델 매개변수들과 함께 템플릿들로서 다른 이벤트들을 사용하여 분류될 수 있다.
도 6은 표(150)에 이 평가의 결과를 제공한다. 결과는 각각의 집 안의 밸브 개방 이벤트와 밸브 폐쇄 이벤트의 설비-수준 확인의 정확성(및 그에 따른 상호검증의 각각의 시험 폴드)뿐만 아니라 설비-수준 분류의 총계 95.6%의 정확성을 보여 준다. 도 7은 동일한 데이터에 대한 상이한 관점을 제공하는 표(160)을 포함하며, 이는 모든 주택 구조물들에 걸쳐 상이한 형태의 설비들에 대한 설비-수준 분류의 정확성을 보여준다. 모든 구조물에 걸친 전체 설비-수준 분류는 90% 이상이며, 이는 분류 정확성이 100%인 다수의 경우를 포함한다. 주택 구조물의 내에 있는 상이한 싱크대들에 있는 개방되고 폐쇄되는 밸브들 중에서 확실히 구별하기 위한 본 새로운 접근방법의 능력이 특히 주목된다. 시험 데이터세트는 부분적으로 시험 데이터 수집 중에 시간 제한으로 인한 그리고 부분적으로 이 설비들이 (또한 본 새로운 접근방법과 결합될 수 있는) 물 사용의 이들의 고도로 구조화된 주기에 의해 쉽게 인지될 수 있다는 것이 종래 기술에서 다른 사람들에게 보여지기 때문에, 의류 세탁기 또는 식기세척기의 사용의 단지 몇 가지의 예들을 포함한다. 그러나, 본 새로운 접근방법은, 예를 들어 만약 식기 세척기가 때때로 여분의 예비 린스 또는 다른 주기 변동으로 운전된다면, 중요한 충전 주기의 수에 독립적이며, (단지 충전 주기의 이들의 구조적 패턴이 시간이 지남에 따라 명백해진 후에 기기를 인식할 수 있는 것과 대조적으로) 이 기기들 중의 어느 것에 있는 밸브가 개방되고 이들이 처음 물을 사용하자 마자 사용 중에 있는 기기의 인식을 가능하게 한다.
유동 추정의 분석
위에서 논의된 바와 같이, 체적 유량 속도(Q)는 저항 변수(R f )에 의해 나누어지는 압력의 변화(ΔP)에 비례한다.
Figure pct00004
압력의 변화(ΔP)는 검출된 밸브 개방 이벤트의 시작에서의 압력과 분할된 밸브 개방 과도 압력 파 충격의 끝에서의 안정화된 압력 사이의 차이를 측정함으로써 자동으로 계산된다. 저항 변수(R f )는 직접 측정될 수 없지만, 구조물에 있는 각각의 밸브에 대한 상응하는 압력의 변화와 함께 그라운드 트루쓰(ground truth)유동 속도 정보를 포착함으로써 경험적으로 결정될 수 있다. 다음의 논의는 Rf를 학습하는 것에 대한 두 개의 시나리오를 고려한다. 제1 시나리오에서, 유동의 단일 교정이 구조물에서 관심의 대상이 되는 모든 밸브에 대해 행해진다는 것이 가정된다. 제2 시나리오에서, 교정되지 않은 다른 밸브들에서 Rf를 추정하기 위해 구조물에 d있는 단지 몇몇의 밸브들의 교정으로부터 나온 정보를 사용하는 것이 시도된다.
개별적으로 교정된 밸브들
여기에서 논의된 것과 유사한 시스템을 설치하는 과정이 구조물에 있는 각각의 설비에 대한 단일 교정을 포함할 수 있다는 것을 상상하는 것이 비합리적이지는 않다. 이 제1 시나리오에서, 이 경험적인 결정을 실행함으로써, 집에 있는 각각의 밸브는 개방될 때의 밸브에서의 물 유동을 추정하기 위해 수도 시스템의 감지된 압력 변화인 ΔP와 함께 뒤이어서 사용될 수 있는 알려진 Rf값으로 라벨링될 수 있다.
이 시나리오에서 획득될 수 있는 유동 추정의 정확성은 (위에서 논의된 바와 같이) 주택 구조물들(H1, H4, H5, 및 H7)에 있는 각각의 수도꼭지와 샤워 설비에 대해 수집된 5개의 교정된 용기 시험 데이터세트들을 분석하기 위해 상호검증 실험을 사용하여 검사되었다. 상호검증의 각각의 시험은 설비의 밸브에 대한 저항 변수(R f )를 추정하기 위해 단일 교정 용기 시험을 사용하였다. 그 다음에, R f 의 추정 값은 밸브가 개방될 때 측정된 압력의 변화(ΔP)에 따라 다른 네 개의 시험들에서 유동을 추정하는데 사용되었다. (추정된 저항의 값(R f )에 근거한) 이 추정된 유동 속도와 (교정된 용기 시험들을 통해 획득된) 이들의 상응하는 실제 유동 속도 사이의 차이가 주목되었다. 이 실험의 결과는 도 8의 표(170)에 보여진다.
시험된 네 개의 주택 구조물들 중의 세 개(H1, H4, H5)는 8%(또는 대략 0.16 GPM) 미만의 오차율을 가졌으며, 이는 종래의 시설-공급 수도 미터들의 경험적인 연구에서 발견된 10% 오차율에 비슷하다. 그러나, 제4의 주택 구조물(H7)은 센서의 설치 위치에 기인한 것으로 믿어지는 20%를 초과하는 오차율을 가졌다. 첫 번째 세 개의 구조물들은 H7에서 외부 물 받침에 설치된 압력 센서를 가졌지만, 압력 센서는 온수 탱크 드레인 밸브에 설치되었다. 온수 탱크 드레인 밸브에 압력 센서를 연결하는 것은 상수도 메인 압력과 탱크에 있는 물의 수두 압력 모두에 응답하는 압력 센서를 초래한다. 위에서 논의된 바와 같이, 본 새로운 접근방법에서 사용되는 단순한 압력 모델은 현재 직선 파이프를 가정하며 수두 압력을 고려하지 않는다. 이 상황은 Rf의 상이한 모델을 필요로 할 것 같다. H7에 있는 냉수 밸브들이 특히 이 오차 소스에 의해 영향을 받았다는 것으로 나타난다. 정말로, 분석으로부터 H7의 네 개의 냉수 밸브들을 제거하는 것이 0.15 GPM(SD=0.18) 또는 4.5%(SD=3.8%)까지 평균 오차를 극적으로 개선시킨다.
교정되지 않은 밸브들에 대한 R f 의 추정
구조물에 있는 단지 일부의 밸브들이 저항(R f )를 결정하기 위해 직접 교정되는 제2 시나리오에서, 일부의 밸브들에 대한 교정으로부터 전체 구조물에 대한 유체 저항의 모델을 만들도록 시도하는 것이 합리적인 것처럼 보인다. 주요 아이디어는 구조물에 있는 각각의 밸브까지의 경로가 특별하지만, 이 경로들이 또한 길이의 상당한 양의 공간적인 오버랩과 배관의 전체 레이아웃을 공유한다는 것이다. 예를 들어, 특정한 욕실에 있는 변기와 싱크대는 일반적으로 수도 시스템의 동일한 지류를 공유하며 경로 길이는 대략 동일하다.
이 접근방법을 검사하기 위해, 교정된 용기 시험 데이터는 모델과 시험 데이터세트를 포함하는 두 개의 데이터세트로 분리되었다. 모델에는 초기에는 단일의 랜덤하게 선택된 시험이 있었으며, 이는 그 다음에 베이스라인 Rf값을 추정하는데 사용되었다. 이 Rf값은 각각을 상응하는 실제 유동과 비교하는 시험 데이터세트에서 각각의 시험에 대한 유동 추정치를 계산하는데 사용되었다. 그 다음에, 제2 랜덤 시험이 모델에 추가되었으며(그리고 시험 데이터세트로부터 제거되었으며); 그 다음에, 모델은 선형 회귀를 생성하는데 사용되었다(Q = R f *ΔP+b,여기서 b는 상수이다). 선형 회귀 방정식이 시험 세트에서 나머지 시험들에 대한 유동 추정치들을 계산하는데 사용되었으며, 과정은 모든 시험이 샘플링될 때까지 반복되었다. 특히 너무 좋거나 너무 나쁜 랜덤 샘플링을 회피하기 위해, 이 과정은 각각의 주택 구조물에 대해 5번 반복되었으며, 그 결과는 평균되었다. 도 9의 그래프(180)는 주택 구조물들(H1, H4, H5, 및 H7) 각각에 대한 결과들(182, 184, 186, 및 188)을 제공한다(위에서 논의된 바와 같이, 냉수 밸브들에 대한 결과들은 주택 구조물(H7)에 대한 곡선으로부터 제외되었다는 것을 주목하라).
5번의 시험을 샘플링한 후에, 평균 오차가 네 개의 주택 구조물들에 걸쳐 0.27 gPM까지 74% 감소하였으며 이전의 분석으로부터 나온 더 포괄적인 Rf 데이터의 0.11 GPM 내에 있었다. 이 초기 결과는 제2 시나리오에 따라 구조물에 있는 밸브들에 대한 교정을 일반화하는 것이 가능해야 한다는 것을 가리키며, 그 결과로 구조물에 있는 각각의 설비 또는 기기에 대한 유동 저항을 경험적으로 결정하는 것이 불필요하다.
밸브/설비 이벤트 검출의 세부사항
밸브/설비 이벤트 검출의 검출을 위해 실행되는 예시적인 논리 단계들(200)이 도 11에 도시된다. 압력 모니터로부터 나온 출력 신호(P(t))가 신호(202)로서 로우 패스 필터(13 Hz)(204)와 로우 패스 필터(1 Hz)(206) 모두에 입력된다. 로우 패스 필터(206)는 신호의 실제 켑스트럼을 계산하는 블록(208)까지 통과시키고, 신호의 도함수를 결정하는 도함수 필터(대역 통과)(210)까지 필터링된 신호를 통과시킨다. 도함수는 도함수가 제1의 미리 결정된 한계치를 초과하는지를 결정하는 결정 블록(비교기)(212)에 입력된다. 만약 그렇다면, 도함수 필터(210)로부터 도함수를 수신하기 위해 결합된 게이트(216)가 폐쇄되며, 도함수는 (위에서 설명된 바와 같이 결정되는) 이벤트의 시작과 끝 사이의 시간 간격을 검출함으로써 이벤트의 지속 기간을 추정하는 블록(218)에 입력된다. 게다가, 결정 블록(212)으로부터 나온 양의 응답은 블록(214)이 도함수 신호에 대한 특정의 극치를 발견하게 한다. 이벤트의 추정된 지속 기간은 이벤트를 개방 이벤트이거나 폐쇄 이벤트로 분류하는 블록(224)에 입력된다. 결정 블록(비교기)(226)은 블록(214)에서 발견된 특정 극치가 제2의 미리 결정된 한계치를 초과하는지를 결정하며, 만약 그렇다면, 저장 템플릿 블록(230)이 로우 패스 필터(204)에 의해 필터링된 신호, 실제 켑스트럼, 및 도함수에 대한 특성을 포함하는 템플릿을 저장하는 것을 가능하게 하는 게이트(228)를 폐쇄한다. 그러므로, 특정 이벤트에 대해 저장된 각각의 템플릿은 저압 특성, 켑스트럼 특성, 및 도함수 특성을 포함하며, 템플릿은 특정 밸브 개방 이벤트 또는 특정 밸브 폐쇄 이벤트(또는 시스템 상의 일부의 다른 활동)에 대한 것으로 확인된다. 저장된 템플릿은 메모리(이 도면에 도시되지 않음)에 저장을 위해 라인(232)에 출력된다.
만약 도함수가 결정 블록(212)에서 제1의 미리 결정된 한계치를 초과하지 않으면, 또는 만약 국소적 극치(local extremum)가 결정 블록(226)에서 제2의 미리 결정된 한계치를 초과하지 않으면, 논리는 이벤트가 일어나지 않았다고 결론을 내린다. 블록(222)은 위에 논의된 바와 같이 압력 모니터로부터 나온 출력 신호(P(t))를 처리함으로써 이벤트를 검출하기 위해 검색을 계속하는 것을 제공한다.
도 12에서, 순서도(240)는 도 11과 연결하여 위에서 논의된 바와 같이 생성되었던 복수의 저장된 템플릿들에 비교하여 이벤트를 분류하기 위한 예시적인 단계들을 도시한다. 검출된 알려지지 않은 형태의 이벤트는 압력 신호, 켑스트럼 신호, 및 도함수 신호를 출력들로서 제공하는 프리프로세서(242)에 입력된다. 압력 신호는 현재 템플릿의 저압 특성들(246)과 비교하기 위해 상관 정합 필터(244)에 입력되며, 또한 정렬 블록(248)에 공급된다. 과도 압력 파에 대한 특성들이 더 이상 이 이벤트에 대한 템플릿의 특성들과 일치하지 않도록 메인 시스템 압력의 변화들이 과도 압력 파에 대한 특성들을 충분히 변경시킬 수 있기 때문에, 정렬 블록은 메인 시스템 압력(즉, 압력 조절기를 포함하지 않는 구조물들에 대한)의 임의의 변동에 대한 보상을 제공한다. 게다가, 정렬 블록은 저장된 템플릿들과 최대로 오버랩하기 위해 미지의 이벤트를 시간 이동시킬 수 있다.
프리프로세서(242)로부터 나온 켑스트럼 신호는 현재 템플릿의 켑스트럼 특성들(252)과 비교하기 위해 상관 정합 필터 블록(250)에 입력된다. 유사하게, 도함수 신호는 현재 템플릿의 도함수 특성들(256)과 비교하기 위해 상관 정합 필터(254)에 입력된다. 상관 정합 필터 블록들(244, 250, 및 254)은 각각이 미지의 이벤트에 대한 과도 압력 파 신호의 각각의 저압, 켑스트럼, 및 도함수 특성들이 얼마나 가깝게 각각의 저장된 템플릿의 저압, 켑스트럼, 및 도함수 특성들과 일치하는지에 대한 지시인 상관 값들을 생성한다. 템플릿의 특성들을 가지는 각각의 이 매개변수들에 대한 높은 상관 값은 현재의 미지의 이벤트가 템플릿이 저장된 이벤트일 높은 가능성이 있다는 것을 가리킨다.
상관 정합 필터(244)의 출력은 이것이 미리 결정된 제1 최소치를 초과하는지를 결정하기 위해 결정 블록(비교기)(260)에 입력되며, 만약 그렇다면, 게이트(262)는 폐쇄되며, 인에이블 라인(enable line)에 결합된다. 정렬 블록(248)으로부터 나온 출력은 (현재 템플릿의 저압 특성들(258)과 미지의 이벤트에 대한 압력 신호의 상응하는, 보상되고, 정렬된 특성들 사이의 차이의 제곱의 합의 제곱근과 동일한) 유클리드 거리를 결정하는 유클리드 거리 블록(256)에 적용된다. 유클리드 거리의 결과는 이것이 미리 결정된 최대치의 아래에 있는지를 결정하기 위해 결정 블록(비교기)(264)에 입력된다. 만약 그렇다면, 게이트(266)는 게이트(262)의 하류 측에 결합되기 위해 폐쇄된다. 상관 정합 필터(250)로부터 나온 상관 값의 결과는 이것이 미리 결정된 제2의 최소치를 초과하는지를 결정하기 위해 결정 블록(비교기)(268)에 입력되며, 만약 그렇다면, 게이트(270)는 게이트(266)의 하류 측에 결합되기 위해 폐쇄된다. 마지막으로, 상관 정합 필터(254)로부터 나온 상관 값은 이것이 제3의 미리 결정된 최소치를 초과하는지를 결정하기 위해 결정 블록(비교기)(272)에 입력되며, 만약 그렇다면, 게이트(274)는 폐쇄되며, 게이트(270)의 하류 측에 연결된다. 만약 모든 게이트들(262, 266, 270, 및 274)이 (참인 AND 논리에 대한 모든 입력에 상응하여) 폐쇄된다면, 현재 템플릿은 처리되는 미지의 이벤트에 대한 가능한 매치이며, 블록(276)은 현재 템플릿을 가능한 매치로서 확인하기 위해 이 상태를 검출할 것이다.
(구체적으로 도시되지는 않지만) 만약 이 네 개의 게이트들 중의 임의의 하나 이상이 개방된다면, 논리는 결정 블록(278)으로 간단하게 진행될 것이며 현재 템플릿을 미지의 이벤트에 대한 가능한 매치로서 확인하지 않을 것이다. 결정 블록(278)은 미지의 이벤트와 아직 비교되지 않은 임의의 더 저장된 템플릿들이 남아 있는지를 결정한다. 만약 그렇다면, 블록(280)은 위에 설명된 바와 같이 다음의 저장된 템플릿의 특성들과 미지의 이벤트에 대한 특성들의 비교를 반복한다. 만약 더 저장된 템플릿이 남아 있지 않다면, 결정 블록(282)은 어떤 이벤트 템플릿이 미지의 이벤트와 매칭 가능한 것으로서 확인되었는지를 결정한다. 만약 그렇지 않으면, 미지의 이벤트는 블록(284)에서 새로운 이벤트로서 분류된다. 그렇지 않다면, 인에이블 신호가 미지의 이벤트의 특성들에 대한 최대의 상관을 가진 저장된 템플릿을 선택하는 것을 가능하게 하기 위해 블록(286)에 공급된다. 상관 정합 필터(254)로부터 나온 출력은 (인에이블 신호에 응답하여) 가장 높은 상관을 가지는 저장된 템플릿이 이벤트 형태로서 선택되는 블록(286)에 공급된다. 상관 정합 필터들(244 및 250)로부터 나온 출력은 또한 블록(286)에 연결될 수 있으며(연결부는 도시되지 않음), 상관 정합 필터(254)로부터 나온 출력 대신에 사용될 수 있다. 블록(286)은 위에서 논의된 바와 같이 트레이닝 중에 ROC에 근거하여 상관 정합 필터들(244, 250, 및 254) 중의 어느 하나로부터 나온 출력을 사용한다. 미지의 이벤트는 그 다음에 블록(288)에서 선택되어 저장된 템플릿(즉, 상관 정합 필터들(244, 250, 또는 254)로부터 나온 출력에 따라 가장 높은 전체 상관을 가지는 저장된 템플릿)에 근거하여 분류된다.
자동 교정
노동 및 데이터 입력 비용을 감소시키는 방법으로서, 많은 수도 시스템 시설들은 이들의 오래된 수도 미터들을 자동 미터 판독(Automatic Meter Reading, AMR) 시스템들로 교체하는 중이다. AMR 시스템은 수도 시스템 시설이 이들의 주택/상업용 수도 미터들을 무선으로 자동으로 판독하는 것을 가능하게 하며, 그에 의해 미터 리더들을 제거하고 미터가 판독될 때 그리고 필드 기록 데이터가 고객에게 제공될 청구서를 발생시키기 위해 청구서 작성 시스템에 입력될 때 발생하는 수동 복사 오차를 제거함으로써 비용을 크게 감소시킨다. AMR 미터(또는 무선으로 또는 와이어 리드를 통해 이의 액체 유동 측정 데이터를 전송할 수 있는 임의의 미터)와 연결하여 사용될 때, 본 새로운 시스템은 총 유동 체적에 대한 실시간 정보를 수신할 수 있으며 구조물의 수도 시스템에 있는 일부 또는 모든 밸브들의 유동 저항을 결정함으로써 유동 추정 알고리즘을 교정하기 위해 이 총 유동 데이터를 사용할 수 있다.
액체 분배 시스템의 상이한 부분들에 대한 유동 저항을 결정하도록 반자동 교정을 위한 AMR(또는 유사한) 인라인 유동 체적 미터를 사용하기 위해, 다음의 단계들이 실행될 수 있다.
(1) 본 새로운 시스템이 베이스라인 축적 유동 체적을 획득하기 위해 수도 미터(AMR 또는 다른 무선 또는 유선 연결 인라인 유동 체적 미터)에 문의를 하는 단계;
(2) 구조물에 접근하는 사람(예를 들어, 주택 구조물에 대한 집주인)이 구조물의 수도 시스템에 있는 각각의 밸브를 개별적으로 개방하고 그 다음에 폐쇄하도록 지시를 받으며, 밸브를 폐쇄하기 전에 짧은 시간(예를 들어, 15초) 동안 밸브를 개방 상태로 남겨두는 단계;
(3) 사람에 의해 이와 같이 작동되는 각각의 밸브에 대해, 본 새로운 시스템은 개방/폐쇄 이벤트가 발생하였는지 뿐만 아니라 밸브가 개방된 지속 시간을 자동으로 결정하는 단계;
(4) 그 다음에, 본 새로운 시스템은 각각의 밸브에 대한 폐쇄 이벤트 후에 수도 미터에 문의를 하며, 밸브가 개방되어 있는 중에 밸브를 통과하는 유동의 전체 양을 획득하기 위해 새로운 유동 체적 양으로부터 (베이스라인 값으로 시작하는) 이전의 유동 체적 양을 빼는 단계. 그 다음에, 밸브를 통과하는 유동의 전체 양이 막 개방되거나 폐쇄된 밸브에 대한 수도 시스템의 유동 저항을 결정하기 위해 위에서 논의된 바와 같이 사용되는 유동 속도를 획득하도록 밸브 개방 지속 기간에 의해 나누어진다.
반자동 교정은, 예를 들어, 온도의 변화에 기인하거나 축적 또는 부식 침전물에 기인하거나 파이프나 배관의 레이아웃의 변경에 기인한 수도 시스템의 변화를 보상하기 위해 원하는 바와 같이 반복될 수 있다. 각각의 밸브에 대한 시스템의 유동 저항이 이와 같이 정확하게 결정되면, 유동 저항은 개방된 시스템의 임의의 밸브에서 액체 유동을 결정하는데 사용될 수 있다.
이 전체적인 교정 과정은 개방/폐쇄 이벤트 쌍이 검출될 때마다 유동 체적 데이터를 제공하기 위해 본 새로운 시스템이 AMR(또는 다른 무선 또는 유선 연결) 미터에 의존하게 함으로써 완전히 자동으로 이루어질 수 있다. 만약 유동 속도가 그 대신에 밸브의 개방/폐쇄 이벤트 쌍마다 AMR 미터로부터 직접적으로 획득될 수 있다면, 본 새로운 시스템이 더 이상 유동을 추정하는 것을 필요로 하지 않을 것이라는 것이 나타날 수 있기 때문에, 이 접근방법은 유동 저항을 결정하기 위해 수도 시스템의 교정에 대한 필요를 제거하는 것처럼 보일 수 있다. 그러나, AMR 미터가 전체 물 유동에 대한 단지 총계 값만을 제공할 수 있기 때문에, 유동을 결정하기 위해 AMR 미터를 사용하는 것은 한계를 가진다. AMR 미터는 각각 두 개 이상의 겹치는 이벤트들에 대한 유동을 가리킬 수 없다. 복합 이벤트들의 경우에, 본 새로운 시스템은 여전히 겹치는 이벤트들을 위해 각각의 설비에 대한 유동을 추정하는데 사용될 것이다.
누설 검출
본 새로운 시스템이 다음과 같은 누설의 형태와 원인에 따라 수도 시스템의 누설을 검출하는데 사용할 수 있는 두 개의 접근방법이 있다.
만약 높은 분해능의 AMR(또는 다른 무선 또는 유선 연결된) 유동 체적 미터가 구조물의 액체 시스템에 설치된다면, 본 새로운 시스템은 개방 밸브 이벤트가 구조물에 있는 임의의 설비에서 검출되지 않는(예를 들어, 사람이 구조물로부터 떨어져 있는 6 내지 12 시간 동안에, 또는 사람이 밤에 잠을 자고 수도 시스템이 사용되지 않거나 설비의 밸브가 개방되지 않는 동안에) 연장된 시간 간격에 걸쳐 일어나는 임의의 저 유동 물 사용을 검출할 수 있다. 분명하게, 밸브가 개방되지 않은 시간 동안에 높은 분해능의 유동 체적 미터에 의해 수도 시스템에서 검출된 임의의 총 유동 체적은 느린 누설을 나타내는 것임에 틀림이 없다. 이와 같은 누설은 결빙 손상의 결과로서 파이프 내의 핀홀의 형성에 기인하거나 부식에 기인하거나, 또는 완전히 폐쇄되지 않은 밸브를 통하거나 누설되는 밸브 스템 시일 또는 누설되는 밸브 시트를 가지는 밸브를 통한 연속적인 누설로부터 초래될 수 있다.
다른 통상적인 형태의 누설은 물이 좌변기로 흐르는 것을 허용하는, 변기에 있는 누설되는 플래퍼 밸브의 결과이다. 그 다음에, 좌변기로 흘러 들어가는 잉여의 물은 드레인으로 들어간다. 이 형태의 누설은 변기 탱크가 재충전될 때 주기적인 변기 개방/폐쇄 이벤트가 검출되게 하지만, 변기 물 탱크의 수준이 플래퍼 밸브의 누설에 기인하여 떨어질 때 물 탱크의 단지 일부분만이 재충전되기 때문에, 변기 플래퍼 밸브를 개방하고 폐쇄하는 정상적인 변기 수세와 상이하다. 물이 누설되는 플래퍼 밸브를 통해 변기 탱크로부터 누설될 때, 탱크의 물의 수준이 결국 탱크가 재충전을 시작하도록 입구 밸브를 자동으로 작동시키는 지점까지 떨어진다. 재충전은 정상적인 변기 수세 중에 변기 탱크로부터 좌변기로 흘러 들어가게 되는 2 갤런 이상과 대조적으로, 단지 0.1 내지 0.3 갤런이 좌변기로 누설된 후에 일어날 수 있다. 누설되는 플래퍼 밸브로부터 초래되는 재충전은 변기 입구 밸브가 탱크를 재충전하는 동안에 개방 이벤트를 야기하며, 탱크의 수위가 정지 깊이에 도달하고 그 결과로 플로트 밸브가 폐쇄됨에 따라 변기 재충전이 중지될 때 폐쇄 이벤트를 야기한다. 플래퍼 밸브는 이 재충전 중에 명목상으로 폐쇄되어 유지되지만 좌변기로의 물의 누설이 여전히 계속한다.
누설되는 플래퍼 밸브에 대한 개방/폐쇄 이벤트 쌍은 (더 적은 물이 탱크를 재충전하는데 필요하기 때문에) 정상적인 변기 수세 후의 정상적인 변기 충전 이벤트보다 지속 시간이 더 짧지만, 이 더 짧은 기간의 재충전과 더 짧은 기간의 밸브 개방 이벤트는 여전히 본 새로운 시스템에 의해 검출 가능하다. 더 짧은 기간의 누설 재충전 이벤트에 추가하여, 플래퍼 밸브 변기 탱크 누설의 주기적인 성질은 정상적인 이벤트와 구별하는 것을 더 쉽게 만든다(예를 들어, 만약 정상적인 변기 수세에 의해 방해를 받지 않는다면, 변기는 34분 간격으로 재충전될 수 있다). 밸브 개방 및 밸브 폐쇄 이벤트를 일으키는데 사용되는 수준들 사이에 이력 현상을 가지는 다른 형태의 액체 저장조로부터 나온 누설과 같은, 이 주기적인 거동을 보여주는 다른 형태의 누설이 또한 이 접근방법을 사용하여 검출될 수 있다. 두 개 이상의 변기가 구조물에 포함될 때, 밸브를 통과하는 물 유동의 특성은 이 방식으로 누설되고 있는 특정한 변기에 있는 플래퍼 밸브가 구별되는 것을 가능하게 한다.
다수의 감지 점들
다수의 센서들이 압력 센서들이 배치되는 두 개 이상의 상이한 위치에서 단일 이벤트에 의해 야기되는 압력 과도 특성을 검출하기 위해 구조물의 액체 분배 시스템에 설치될 수 있다. 여기에 논의된 바와 같이, 압력 과도 파형의 저압 특징, 도함수 특징, 및 실제 켑스트럼 특징에 대한 특성을 포함하는 이벤트 템플릿들의 저장과 연결하여 일반적으로 개시된 바와 같이, 예를 들어, 이전에 저장된 하나의 세트의 알려진 시간 차이 템플릿들을 선택함으로써 두 개의 과도 특성들의 시작 사이의 시간 차이는 이벤트를 확인하는데 사용될 수 있다. 시간 차이는 시작되는 발생원과 각각의 상이한 감지 점 사이의 거리의 차이 때문에 이벤트가 일어난 설비의 위치를 특정하는데 사용될 수 있다.
도 13a는 수도 시스템에 있는 두 개의 공간적으로 분산된 압력 센서들에 의해 검출되는 동일한 설비 이벤트에 상응하는 원래 상태의 압력 출력 신호들(302 및 304)을 도시하는 그래프(300)이다. (두 개의 압력 센서에 의해 수신된 압력 과도 파가 뒤따르는 상이한 경로에 기인한 진폭과 높은 주파수 감쇠의 약간의 차이와 압력 센서들의 응답의 차이가 있지만) 두 개의 상이한 압력 센서들로부터 나온 두 개의 출력 신호 파형은 유사한 형상으로 보이지만, 파형들은 약 800 ms로 시간이 서로로부터 오프셋된다. 이 시간 지연 오프셋 특성은 구조물 수도 시스템 압력 및 파형들의 진폭과 무관하며, 그러므로 설비 수준에서 이벤트의 발생원을 구별하기 위한 확고한 접근방법을 제공한다.
도 13b는 13 Hz 로우 패스 필터를 통해 필터링된 후에 필터링된 압력 출력 신호들(312 및 314)을 보여주는 그래프(310)이다. 이 로우 패스 필터는 파형들의 더 높은 주파수 성분을 억제하며, 이들 사이의 시간 지연을 더 분명하게 만든다.
활성 물 이벤트 프로빙
수도 시스템에서 압력 과도현상을 검출하는데 사용되는 압력 센서 또는 트랜스듀서는 수도 시스템을 통해 전파되는 알려진 압력 과도 펄스를 생성하기 위해 역방향으로 바이어싱될 수 있다. 예시적인 활성 압력 신호 파(322)는 도 14a의 그래프(320)에 보여진다. 이 활성 압력 신호 파는 압력 센서로 되돌아오는 반사된 신호들을 관찰함으로써 시스템에서 밸브들의 위치에 대한 정보를 얻는데 사용된다. 도 14b는 수도 시스템에서 폐쇄된 밸브로부터 반사되는 압력 신호와 같은 예시적인 반사 압력 신호(326)를 도시하는 그래프(324)이다.
반사 압력 신호의 다양한 특성이 반사된 활성 프로브 압력 파들의 특징적인 특성을 포함하는 새로운 템플릿을 생성하는데 사용될 수 있다. 시스템에 있는 밸브들과 관련된 이와 같은 템플릿들은 압력 센서로부터의 출력 신호로서 공급되는 프로브 압력 펄스 신호들로부터 뒤따르는 반사 압력 파들을 처리하기 위해 저장될 수 있고 사용될 수 있다. 이 반사된 신호 특성의 변화는 수도 시스템의 상태의 변화(예를 들어, 폐쇄된 밸브가 개방됨)를 가리킨다. 개방된 밸브는 신호가 높은 주파수 감쇠뿐만 아니라 상 변화(도 14b의 예시적인 반사된 신호(326)를 보라)를 겪게 할 것이다. 이 두 개의 특성들은 반사된 신호의 경로를 추정하는데 사용될 수 있으며, 물 유동의 지시로서 사용될 수 있다. 활성 압력 펄스 프로빙은, 예를 들어, 이벤트들이 위에서 논의된 새로운 수동적인 접근방법을 사용하여 발견되지 못한다면, 구조물의 액체 분배 시스템에서 밸브들의 현재 상태를 문의하는데 유용할 수 있다.
압력 모듈로부터 나온 출력 신호를 처리하기 위한 예시적인 연산 장치
도 15는 본 새로운 기술을 실행하는데 적당한 컴퓨터(364)를 포함하는 예시적인 연산 장치(350)를 개략적으로 도시한다. 컴퓨터(364)는 랩톱 컴퓨터, 데스크톱 컴퓨터, 서버, 또는 다른 형태의 연산 장치와 같은 일반적으로 종래의 개인용 컴퓨터(PC)일 수 있다. 컴퓨터(364)는 이벤트들, 활동, 및 물이 소비되었거나 소비되는 중인 특정한 설비들뿐만 아니라 특정한 설비들에 대한 유동 속도와 관련된 데이터와 같은 문서와 그래픽을 사용자에게 표시하기 위해 사용되는 디스플레이(368)에 결합된다. 프로세서(362)는 컴퓨터(364)의 내부에 포함된다. (판독 전용 메모리(ROM)와 랜덤 액세스 메모리(RAM)를 가지는) 메모리(366), 모듈과 소프트웨어 프로그램을 포함하는 데이터와 기계 판독 가능 및 실행 가능 명령들 및 디지털 신호의 저장을 위한 (하드 드라이브 또는 다른 비휘발성 데이터 저장 장치와 같은) 비휘발성 저장장치(360), 네트워크 인터페이스(352), 및 광학 드라이브(358)는 버스(354)를 통해 프로세서(362)에 결합된다. 저장된 데이터는 템플릿, 미리 결정된 한계치, 및 압력 모듈로부터 나온 출력 신호를 처리하는데 사용되는 다른 매개변수들을 포함할 수 있다. 그 대신에, 이 데이터들 중의 어느 것은 네트워크 인터페이스(352)를 통한, 인터넷 또는 다른 네트워크와 같은, 네트워크(370)를 통해 접속될 수 있다. 광학 드라이브(358)는 본 새로운 기술을 실행하기 위한 기계 명령뿐만 아니라 컴퓨터(364)에 의해 작동될 수 있는 다른 소프트웨어 모듈과 프로그램이 저장되는 콤팩트 디스크(CD)(356)(또는 디지털 비디오 디스크(DVD)와 같은 다른 광학 저장 매체)를 판독할 수 있다. 기계 명령은 위에 논의된 바와 같은 본 기술을 실행하기 위한, 예를 들어, 나눗셈, 곱셈, 및 뺄셈 단계들을 실행하기 위한, 단계들을 실행하기 위해 프로세서(362)에 의해 실행되기 전에 메모리(366)에 로딩된다. 사용자는 컴퓨터(364)에 결합되는, 키보드/마우스(372)를 통해 과정에 입력을 제공하고/제공하거나 과정을 제어할 수 있다. 블루투스 무선통신장치(374)가 또한 압력 모듈로부터 블루투스 무선통신 신호(376)를 수신하기 위해 버스(354)에 연결된다. 다른 형태의 유선 또는 무선 통신 링크들이 압력 모듈로부터 나온 출력 신호를 전송할 수 있다는 것이 인정될 것이다. 예를 들어, Wi-Fi 무선통신 신호 또는 이더넷 또는 유니버설 시리얼 버스(USB) 유선 통신 링크가 블루투스 무선통신장치 대신에 사용될 수 있다. 출력 신호는 또한 비휘발성 메모리 매체에 데이터로서 저장될 수 있으며 구조물에서 물 사용 및/또는 유동 속도를 검토하기 위해 뒤이어서 컴퓨터(364)로 처리될 수 있다.
논의
여기에 개시된 새로운 접근방법은 시스템의 압력의 연속적인 모니터링을 통한 액체 분배 시스템에서의 활동의 단일 지점 감지에 대한 상당한 가능성을 보여준다. 이 접근방법은 이들의 주변에 있는 압력 센서 출력 신호 스트림으로부터 밸브 압력 이벤트들을 분할하고 분할된 이벤트가 개방되거나 폐쇄되는 벨브에 상응하는지를 결정하기 위한 신뢰할만한 방법을 명확히 나타낸다. 경험적인 시험은 본 접근방법의 유효성과 정확성을 보여주었다. 9개의 주택 구조물들에서 수집된 데이터를 사용하여, 밸브 이벤트와 관련된 개별 설비를 확인하는데 총계 95.6%의 정확성이 보여졌다. 이 주택 구조물들 중의 네 개에서 수집된 유동 데이터를 분석하여, 적절하게 위치하고 교정된 시스템이 종래의 시설-공급 수도 미터의 경험적인 연구에 필적하는 오차율로 물 사용을 추정할 수 있다는 것이 보여졌다. 단일 센서를 사용하여 개별 설비들에서 활동을 확인하는 능력은 그 자체가 중요한 진보이다. 제1 센서가 설치된 지점으로부터 분리된 액체 분배 시스템의 한 지점에 추가적인 센서를 추가하는 것은 센서들로부터 출력되는 과도 압력 파형 신호들 사이의 지연 시간에 근거하여 시스템에서 이벤트들에 대한 추가적인 정보를 제공한다.
본 새로운 방법의 초기의 평가가 주택 구조물에 있는 다양한 설비들에서 물 사용, 이벤트들, 및 활동들을 모니터링하는데 적용되지만, 그런 형태의 구조물 또는 수도 시스템의 물에만 관련되는 이벤트들과 활동을 모니터링하는 것에 대한 이 접근방법을 제한할 이유가 없다는 것이 다시 강조되어야 한다. 그 대신에, 이 접근방법은 파이프 또는 배관과 같은 액체 분배 통로를 통해 유동되는 액체에 관련된 이벤트들과 활동을 모니터링하는 것이 요구되는 거의 모든 적용에 적용 가능하다. 예를 들어, 본 접근방법은 화학 처리 시설에서 또는 양조장에서 밸브 이벤트들과 다른 활동을 모니터링하거나 다양한 액체의 유동 속도를 결정하거나 누설을 검출하기 위해 하는데 사용될 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 여기에서 그리고 다음의 청구항들에 사용되는 바와 같은 용어 "구조물"은 액체 분배 시스템이 다양한 설비들에 또는 밸브들이나 다른 유동 변경 장치들을 통해 액체를 이송시키는 임의의 시설을 포함하기 위해 넓게 해석되도록 의도된다. 그러므로, 주택 구조물에 있는 수도 시스템은 바로 이와 같은 액체 분배 시스템의 일 예이며, 물은 바로 이와 같은 액체의 일 예이다.
위에서 논의된 분석이 분리되어 발생된 설비 이벤트들을 확인하는데 초점을 맞추었지만, 다수의 이벤트들이 겹치는 경우를 고려하는 것이 분명히 중요하다. 이와 관련하여 본 새로운 접근방법의 능력을 평가하기 위해, 변기 개방 이벤트(2)와 겹치고, 수도꼭지 개방 이벤트(3)와 겹치고, 수도꼭지에 대한 폐쇄 이벤트 및 변기에 대한 폐쇄 이벤트가 뒤따르는 샤워 개방 이벤트(1)를 보여주는 도 10의 그래프(190)에 부분적으로 보여지는 바와 같이, 6개의 복합 이벤트들이 주택 구조물(H1)(두 개의 각각의 샤워/싱크대, 변기/싱크대, 및 샤워/변기/싱크대가 겹침)에서 수집되었다. 이벤트 분할 알고리즘은 이 겹치는 이벤트들을 올바르게 분할할 수 있었다(즉, 겹치는 이벤트의 시작에 상응하는 압력 변동의 크기의 급격한 증가가 검출될 때 진행중인 이벤트의 끝을 확인할 수 있었다). 압력 과도 파형들의 시각 검사는 이벤트들의 크기와 형상이 겹침에 의해 상대적으로 영향을 받지 않는다는 것을 시사한다. 더구나, 여기에서 설명된 접근방법을 사용하여 이와 같은 복합 이벤트들을 분류하는 것이 또한 가능해야 한다.
유동 속도의 신뢰할 만한 추정은 정확한 교정에 대해 민감하며, 경험적인 접근방법이 위에서 논의된 바와 같이 이런 교정을 실행하는데 사용될 수 있다는 것이 밝혀졌다. 추가적인 경험적인 시험들은 위에서 논의된 분할 및 확인 알고리즘을 위한 최적의 한계치 매개변수들을 확인할 수 있어야 한다고 생각된다.
수도 시스템 거동은 원래의 수집 후에 5주 동안 H1에서 수집된 제2 데이터세트에 근거하여 시간이 지남에 따라 일반적으로 안정화 된다는 초기의 증거가 있다. 위에서 설명된 설비 분류 방법은 설비 확인 성능에 어떤 저하도 발견하지 않고, 시스템 거동이 수도 시스템 유동 속도의 자동 교정을 가능하게 하는 다양한 기계 학습 방법을 적용하기 위해 충분히 안정될 수 있다는 것을 보여주는 (5주 동안 따로 수집된 템플릿들을 사용하여 미지의 이벤트들을 분류하는) 반대의 데이터세트로부터 나온 템플릿들을 사용하여 이런 쌍의 데이터세트들에 적용되었다.
주택 구조물들에서 시험들을 위한 데이터 수집은 일반적으로 양호한 결과를 가지는 몇몇의 상이한 형태의 설비들(호스 받침들, 시설 싱크대 수도꼭지들, 물 가열기 드레인 밸브들)에서의 압력 센서의 설치를 포함하였다. 호스 받침에 결합된 압력 센서를 사용하는 수집과 온수 가열기 드레인 밸브에 결합된 압력 센서를 사용하는 수집의 데이터의 두 개의 동일한 수집이 성능이 서로에 대해 거의 동일할 것이라는 기대 하에 H9에서 실행되었다. 도 6은 호스 받침에 결합된 압력 센서에 대한 성능을 알려준다. 이와 대조적으로, 압력 센서가 물 가열기 드레인 밸브로 이동될 때 성능은 개방 밸브 이벤트에 대해 88.6%까지 떨어졌으며 폐쇄 밸브 이벤트에 대해 65.7%까지 떨어졌다(단지 개별 설비 분류만이 영향을 받았으며, 분할 또는 이벤트들이 개방 이벤트이거나 폐쇄 이벤트인지의 결정은 영향을 받지 않았다). 성능 수준의 이 변화는 압력 센서의 위치가 본 새로운 접근방법에 대한 결과의 정확성에 영향을 끼칠 수 있다는 것을 가리키지만, 일반적으로, 물 가열기의 드레인 밸브 이외의 구조물에 있는 거의 모든 다른 수도꼭지 받침에 대한 압력 센서의 결합은 허용할 수 있는 성능을 제공할 것으로 보인다. 본 새로운 접근방법이 밸브 개방 이벤트 및 폐쇄 이벤트와 관련되는 특정한 설비를 확인하는 그의 능력이 상이한, 도 6에 표시되는 다른 예들이 있었다. 밸브 개방 이벤트 및 폐쇄 이벤트가 쌍으로 나타나지만, 본 접근방법은 이들을 개별적으로 분류한다. 그러므로, 밸브 개방 이벤트 및 밸브 폐쇄 이벤트의 쌍들을 함께 분류함으로써, 밸브들이 위치한 설비를 확인하는데 있어서 향상된 정확성이 달성될 수 있다고 생각된다. 유사하게, 위에서 논의된 바와 같이, 유동 속도가 설비 확인에 무관하게 추정되지만, 둘은 명확히 관련되어 있으며, 물을 소비 설비와 연관하여 유동 속도를 추정하는데 있어서 향상된 결과가 달성될 수 있다고 예상된다.
여기에서 개시된 개념들은 이들과 이에 대한 변형들을 실행하는 바람직한 형태와 연관하여 설명되었지만, 본 기술분야에서 통상의 기술을 가진 사람은 많은 다른 변형들이 다음의 청구항들의 범위 내에서 이에 만들어질 수 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 이 개념들의 범위가 임의의 방식으로 위의 설명에 의해 제한되는 것으로 의도되지 않으며, 그 대신에 다음의 청구항들을 참조하여 전체적으로 결정되도록 의도된다.

Claims (44)

  1. 구조물 내에 있는 분배 시스템에서 액체의 유동을 모니터링하기 위한 방법으로서,
    (a) 상기 분배 시스템의 제1 지점에서 액체 압력을 모니터링하며, 상기 분배 시스템의 압력을 지시하는 출력 신호를 생성하는 단계;
    (b) 상기 출력 신호에 의해 지시되는 압력의 변화에 근거하여 상기 분배 시스템에서 일어나는 액체 관련 이벤트들을 검출하는 단계; 및
    (c) 복수의 상이한 형태의 이벤트들과 관련된 결정 기준과 상기 출력 신호의 특성을 비교함으로써, 상기 복수의 상이한 형태의 이벤트들 중에서부터, 검출된 특정한 형태의 액체 관련 이벤트를 확인하는 단계를 포함하는 액체의 유동을 모니터링하기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    복수의 상이한 밸브들이 상기 분배 시스템에 결합되며, 상기 액체 관련 이벤트들을 검출하는 단계는 상기 복수의 상이한 밸브들에 포함되는 밸브의 상태의 변화를 검출하기 위해 상기 출력 신호를 사용하는 단계를 포함하며, 상기 밸브의 상태의 변화는 상기 밸브가 더 개방되거나 더 폐쇄될 때 일어나는 액체의 유동을 모니터링하기 위한 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    하나 이상의 상기 복수의 상이한 밸브들이 상기 분배 시스템에 결합되는 복수의 상이한 설비들 중에서 특정한 설비와 관련되며, 변화된 상태를 가지는 밸브가 관련되는 특정한 설비를 확인하는 단계를 더 포함하는 액체의 유동을 모니터링하기 위한 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 특정한 설비와 관련된 상기 밸브가 더 폐쇄하거나 더 개방함으로써 변화된 상태를 가지는지를 결정하는 단계를 더 포함하는 액체의 유동을 모니터링하기 위한 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 분배 시스템은 저장조의 액체의 수준이 미리 결정된 수준 미만으로 떨어지면 자동으로 개방되는 밸브를 가지는 상기 저장조를 포함하며, 상기 저장조로부터 누설된 액체를 대체하기 위해 상기 저장조를 재충전하는 것이 요구될 때 상기 저장조로의 상기 액체의 유동을 제어하는 상기 밸브가 개방되고 폐쇄되는 주기를 가리키는 압력 과도 파형의 특성을 확인함으로써 상기 저장조로부터 누설을 검출하는 단계를 더 포함하는 액체의 유동을 모니터링하기 위한 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 출력 신호와 상기 분배 시스템에 대한 미리 결정된 유동 저항의 함수로서 상기 분배 시스템의 체적 유동 속도를 자동으로 결정하는 단계를 더 포함하는 액체의 유동을 모니터링하기 위한 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 분배 시스템은 상이한 지점들에 배치되는 복수의 밸브들을 포함하며,
    (a) 상기 분배 시스템의 입구에서부터 다양한 거리에 있는 상기 분배 시스템에 있는 복수의 상이한 지점들 각각에서 상기 체적 유동 속도를 경험적으로 측정하는 단계; 및
    (b) 상기 체적 유동 속도가 측정되는 동안에 상기 출력 신호에 의해 지시되는 압력의 변화에 근거하여, 상기 복수의 상이한 지점들 각각에서 상기 분배 시스템에 대한 상기 미리 결정된 유동 저항을 결정하는 단계를 더 포함하는 액체의 유동을 모니터링하기 위한 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 상이한 지점들에서 측정되는 상기 미리 결정된 유동 저항에 근거하여, 액체 사용이 상기 분배 시스템에서 일어날 수 있는 각각의 다른 지점에서 유동 저항을 추정하는 단계를 더 포함하는 액체의 유동을 모니터링하기 위한 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 액체 분배 시스템은 인라인 액체 체적 유동 검출기를 포함하며,
    (a) 지점에 있는 밸브가 일정 시간 동안 개방되고 그 다음에 폐쇄될 때 상기 분배 시스템에 있는 복수의 상이한 지점들 각각에서 체적 유동 속도를 연속적으로 결정하기 위해 상기 인라인 액체 체적 유동 검출기를 사용하는 단계; 및
    (b) 상기 지점에 있는 상기 밸브가 개방되는 동안에 상기 지점에서 결정된 상기 체적 유동 속도에 근거하여, 상기 복수의 상이한 지점들 각각에서 상기 분배 시스템에 대한 상기 미리 결정된 유동 저항을 결정하는 단계를 더 포함하는 액체의 유동을 모니터링하기 위한 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 분배 시스템에 있는 상기 밸브들 중의 어느 것도 개방되는 것이 검출되지 않는 연장된 시간 동안에 상기 분배 시스템에서 상기 액체의 유동을 검출하기 위해 상기 액체 체적 유동 검출기를 사용함으로써 상기 분배 시스템에서 상대적인 저 유동 누설을 검출하는 단계를 더 포함하는 액체의 유동을 모니터링하기 위한 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 검출된 특정한 형태의 이벤트를 확인하는 단계는:
    (a) 상기 분배 시스템에 결합된 각각의 설비에 대한 미리 결정된 과도 압력 파 특성을 결정하는 단계;
    (b) 상기 미리 결정된 과도 압력 파 특성을 저장하는 단계;
    (c) 상기 미리 결정된 과도 압력 파 특성들과 상기 출력 신호에 의해 지시되는 과도 압력 파 특성을 비교하는 단계; 및
    (d) 상기 출력 신호에 의해 지시되는 상기 과도 압력 파 특성에 가장 가깝게 매칭되는 상기 미리 결정된 과도 압력 파 특성을 가지는 설비를 확인함으로써, 그리고 상기 분배 시스템에 있는 특정한 설비의 위치에 근거하여 액체 유동이 변하는 상기 특정한 설비를 확인하는 단계를 포함하는 액체의 유동을 모니터링하기 위한 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 검출된 특정한 형태의 액체 관련 이벤트를 확인하는 단계는:
    (a) 상기 분배 시스템에서 압력 변화에 근거하여, 개별 이벤트들을 분리하기 위해 상기 출력 신호를 분할하는 단계;
    (b) 검출된 각각의 개별 이벤트를 밸브 개방 이벤트 또는 밸브 폐쇄 이벤트로 분류하는 단계로서, 상기 밸브 개방 이벤트는 더 많은 밸브 개방에 상응하며, 상기 밸브 폐쇄 이벤트는 더 많은 밸브 폐쇄에 상응하는 상기 분류하는 단계; 및
    (c) 이를 발생시키는 특정한 설비에 따라 각각의 밸브 개방 이벤트 또는 밸브 폐쇄 이벤트를 분류하는 단계를 포함하는 액체의 유동을 모니터링하기 위한 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 분할하는 단계는:
    (a) 평탄화된 출력 신호를 생성하기 위해 상기 출력 신호를 필터링하는 단계;
    (b) 상기 평탄화된 출력 신호의 도함수를 결정하는 단계;
    (c) (i) 상기 분배 시스템의 정적 압력에 대한 미리 결정된 제1 한계치를 초과하는 상기 평탄화된 출력 신호의 도함수; 및
    (ii) 상기 분배 시스템의 정적 압력에 대한 미리 결정된 제2 한계치를 초과하는 슬라이딩 윈도우에 있는 최대 압력 값과 최소 압력 값 사이의 차이로 이루어지는 조건들의 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 조건에 근거하여 밸브 이벤트의 시작을 검출하기 위해 상기 슬라이딩 윈도우에서 상기 평탄화된 출력 신호와 이의 도함수를 분석하는 단계; 및
    (d) 상기 도함수의 부호의 변화와 상기 도함수의 변화의 크기에 근거하여 밸브 이벤트의 끝을 검출하기 위해 상기 평탄화된 출력 신호의 상기 도함수를 분석하는 단계를 포함하는 액체의 유동을 모니터링하기 위한 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 검출되는 각각의 개별 액체 관련 이벤트를 밸브 개방 이벤트 또는 밸브 폐쇄 이벤트로 분류하는 단계는:
    (a) 제3의 미리 결정된 한계치를 초과하는 밸브 이벤트의 시작과 끝에 있는 상기 평탄화된 압력의 차이의 크기로서, 상기 밸브 이벤트의 시작과 끝 사이에서 상기 평탄화된 압력의 감소는 밸브 개방 이벤트를 가리키며 상기 밸브 이벤트의 시작과 끝 사이에서 상기 평탄화된 압력의 증가는 밸브 폐쇄 이벤트를 가리키는 상기 압력의 차이의 크기; 및
    (b) 상기 밸브 이벤트의 시작과 도함수의 제1 극단 사이의 상기 평탄화된 압력의 상기 도함수의 평균 값으로서, 상기 도함수의 양의 평균 값은 밸브 개방 이벤트를 가리키며, 상기 도함수의 음의 평균 값은 밸브 폐쇄 이벤트를 가리키는 상기 평균치로 이루어지는 조건들의 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 조건의 발생에 근거하여 상기 개별 이벤트를 밸브 개방 이벤트 또는 밸브 폐쇄 이벤트로 분류하는 단계를 포함하는 액체의 유동을 모니터링하기 위한 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    템플릿 기반 분류기를 사용하여 특정한 설비들에 밸브 개방 이벤트 및 밸브 폐쇄 이벤트를 관련시키는 단계를 더 포함하는 액체의 유동을 모니터링하기 위한 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 템플릿 기반 분류기를 사용하는 단계는:
    (a) 정합 필터 거리 측정기준;
    (b) 정합 도함수 필터 거리 측정기준;
    (c) 정합 실제 켑스트럼 필터 거리 측정기준; 및
    (d) 평균 제곱 오차 필터 거리 측정기준으로 이루어지는 거리 측정기준의 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 거리 측정기준을 포함하는 복수의 상보적인 거리 측정기준에 따라 상기 분류기를 위해 사용될 수 있는 잠재적인 템플릿들을 필터링한 후에, 이벤트가 검출된 설비를 확인하기 위해 최대 상관을 가지는 템플릿을 선택하는 단계를 포함하는 액체의 유동을 모니터링하기 위한 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    트레이닝 데이터에 제공되는 상기 상보적인 거리 측정기준에 근거하여, 상기 잠재적인 템플릿들을 필터링하는 단계를 실행하는데 사용되는 한계치들을 결정하는 단계를 더 포함하는 액체의 유동을 모니터링하기 위한 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    만약 복수의 상이한 설비들에 상응하는 템플릿들이 모든 필터들을 통과한다면, 이벤트가 검출된 상기 설비를 확인하는데 사용하기 위해 상기 설비들에 대한 트레이닝 데이터에 대해 최선으로 실행되는 단일 거리 측정기준에 근거하여 상기 필터들 중에서 필터를 선택하는 단계를 더 포함하는 액체의 유동을 모니터링하기 위한 방법.
  19. 제1항에 있어서,
    (a) 상기 제1 지점으로부터 이격된 상기 분배 시스템에 있는 제2 지점에서 액체 압력을 모니터링하며, 다른 출력 신호를 생성하는 단계;
    (b) 상기 제1 지점에서의 상기 출력 신호와 상기 제2 지점에서의 상기 출력 신호 사이의 시간 차이에 부분적으로 근거하여 상기 분배 시스템에서 일어난 상기 액체 관련 이벤트들을 검출하는 단계; 및
    (c) 상기 시간 차이에 부분적으로 근거하여, 상기 복수의 상이한 형태의 이벤트들 중에서 검출된 특정한 형태의 액체 관련 이벤트를 확인하는 단계를 더 포함하는 액체의 유동을 모니터링하기 위한 방법.
  20. 제3항에 있어서,
    (a) 과도 압력 펄스를 상기 분배 시스템의 액체에 적용하는 단계;
    (b) 상기 분배 시스템에서 상기 과도 압력 펄스의 반사에 상응하는 압력 펄스 파형을 검출하는 단계; 및
    (c) 상기 압력 펄스 파형의 특성에 근거하여,
    (i) 상기 분배 시스템을 통과하는 상기 과도 압력 펄스와 상기 압력 펄스 파형의 경로;
    (ii) 상기 분배 시스템에서 액체 유동의 지시; 및
    (iii) 상기 분배 시스템에서 하나 이상의 상기 밸브의 상태 중의 적어도 하나를 결정하는 단계를 더 포함하는 액체의 유동을 모니터링하기 위한 방법.
  21. 기계 판독 가능하고 실행 가능한 명령이 프로세서에 의해 실행될 때 구조물 내에 있는 분배 시스템에서 액체의 유동을 모니터링하는데 사용되는 복수의 기능들을 실행하기 위해 상기 기계 판독 가능하고 실행 가능한 명령을 포함하는 매체로서,
    상기 기능들은:
    (a) 상기 분배 시스템에서 압력을 가리키는 출력 신호를 수신하고 처리하는 것;
    (b) 상기 출력 신호에 의해 지시되는 압력의 변화에 근거하여 상기 분배 시스템에서 일어나는 액체 관련 이벤트들을 검출하는 것; 및
    (c) 상기 출력 신호의 특성을 상기 복수의 상이한 형태의 이벤트들과 관련된 결정 기준과 비교함으로써, 복수의 상이한 형태의 이벤트들 중에서 검출된 특정한 형태의 액체 관련 이벤트를 확인하는 것을 포함하는 매체.
  22. 구조물 내에 있는 분배 시스템에서 액체의 유동을 모니터링하기 위한 장치로서,
    (a) 상기 분배 시스템의 압력을 감지하고 그 다음에 상기 압력을 가리키는 아날로그 신호를 생성하기 위해 분배 시스템에 연결하는데 적합한 압력 센서;
    (b) 상기 압력 센서를 구조물에 있는 설비에 결합하기 위한 크기로 만들어진 커넥터;
    (c) 상기 압력 센서로부터 나온 상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시키기 위한 아날로그 대 디지털 컨버터;
    (d) 출력 신호에 의해 지시되는 압력의 변화에 근거하여 분배 시스템에서 일어나는 이벤트들을 검출하는데 사용되고, 복수의 상이한 형태의 이벤트들 중에서 특정한 형태의 이벤트를 확인하는데 사용되는 상기 출력 신호를 생성하도록 상기 디지털 신호의 획득을 제어하고 상기 디지털 신호를 처리하기 위해, 상기 디지털 신호를 수신하도록 상기 아날로그 대 디지털 컨버터에 결합된 마이크로컨트롤러; 및
    (e) 상기 출력 신호를 연산 장치에 연결하기 위한 통신 링크를 포함하는 액체의 유동을 모니터링하기 위한 장치.
  23. 구조물 내에 있는 분배 시스템에서 액체의 유동을 모니터링하기 위한 시스템으로서,
    (a) 상기 분배 시스템에서 액체의 압력을 감지하기 위해 분배 시스템에 연결하는데 적합한 제1 압력 센서;
    (b) 상기 압력 센서에 결합되고, 상기 압력 센서에 의한 상기 압력의 감지를 제어하고 상기 압력 센서에 의해 감지된 상기 압력을 가리키는 출력 신호를 제공하는 제어기; 및
    (c) 상기 출력 신호를 수신하고 연산 장치에 상기 출력 신호를 송신하기 위해 상기 제어기에 결합되는 통신 링크로서, 여기서 상기 연산 장치는:
    (i) 기계 실행 가능 명령을 저장하는 메모리; 및
    (ii) (A) 상기 출력 신호에 의해 지시되는 압력의 변화에 근거하여 상기 분배 시스템에서 일어나는 액체 관련 이벤트들을 검출하는 것; 및
    (B) 상기 출력 신호의 특성을 상기 복수의 상이한 형태의 이벤트들과 관련된 결정 기준과 비교함으로써, 복수의 상이한 형태의 이벤트들 중에서 검출된 특정한 형태의 액체 관련 이벤트를 확인하는 것을 포함하는, 상기 압력 센서가 분배 시스템에 연결될 때 프로세서가 복수의 기능들을 실행하게 하는 상기 기계 실행 가능 명령을 실행하기 위해 상기 메모리에 연결된 상기 프로세서를 포함하는 상기 통신 링크를 포함하는 액체의 유동을 모니터링하기 위한 시스템.
  24. 제23항에 있어서,
    (a) 압력 센서에 의해 생성된 아날로그 신호를 상기 제어기에 입력되는 상응하는 디지털 신호로 변환시키기 위한 아날로그 대 디지털 컨버터; 및
    (b) 상기 압력 센서를 구조물 내에 있는 분배 시스템에 결합하기 위한 커넥터를 더 포함하는 액체의 유동을 모니터링하기 위한 시스템.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 커넥터는 분배 시스템의 설비에 제거 가능하게 장착되도록 나사 결합되는 암형 커플링을 포함하는 액체의 유동을 모니터링하기 위한 시스템.
  26. 제23항에 있어서,
    상기 압력 센서가 복수의 상이한 밸브들을 가지는 분배 시스템에 결합될 때, 상기 프로세서에 의한 상기 기계 명령의 실행은 상기 복수의 밸브들에 포함되는 밸브의 상태의 변화를 검출하기 위해 상기 프로세서가 상기 출력 신호를 사용하는 것을 더 야기하며, 상기 상태의 변화는 상기 밸브가 더 개방되거나 더 폐쇄될 때 일어나는 액체의 유동을 모니터링하기 위한 시스템.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 압력 센서가 하나 이상의 상기 복수의 상이한 밸브들이 복수의 상이한 설비들 중에서 특정한 설비와 관련되는 분배 시스템에 결합될 때, 상기 프로세서에 의한 상기 기계 명령의 실행은 상기 프로세서가 변화된 상태를 가지는 상기 밸브가 관련되는 상기 특정한 설비를 확인하는 것을 더 야기하는 액체의 유동을 모니터링하기 위한 시스템.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 압력 센서가 분배 시스템에 결합될 때, 상기 프로세서에 의한 상기 기계 명령의 실행은 상기 프로세서가 상기 특정한 설비와 관련된 상기 밸브가 더 개방되거나 더 폐쇄됨으로써 변화된 상태를 가지는지를 결정하는 것을 더 야기하는 액체의 유동을 모니터링하기 위한 시스템.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 압력 센서가 저장조의 상기 액체의 수준이 미리 결정된 수준 아래로 떨어지면 자동으로 개방되는 밸브를 가지는 상기 저장조를 포함하는 분배 시스템에 결합될 때, 상기 프로세서에 의한 기계 명령의 실행은 상기 저장조로부터 누설된 액체를 대체하기 위해 상기 저장조를 재충전하는 것이 요구될 때 상기 저장조로의 상기 액체의 유동을 제어하는 상기 밸브가 개방되고 폐쇄되는 주기를 가리키는 압력 과도 파형의 특성을 확인함으로써 상기 프로세서가 상기 저장조로부터 누설을 검출하는 것을 더 야기하는 액체의 유동을 모니터링하기 위한 시스템.
  30. 제23항에 있어서,
    상기 압력 센서가 상기 분배 시스템에 결합될 때, 상기 프로세서에 의한 상기 기계 명령의 실행은 상기 프로세서가 상기 분배 시스템에서 체적 유동 속도를 상기 출력 신호와 상기 분배 시스템에 대한 미리 결정된 유동 저항의 함수로서 결정하는 것을 더 야기하는 액체의 유동을 모니터링하기 위한 시스템.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 압력 센서가 분배 시스템에 결합될 때, 상기 프로세서에 의한 상기 기계 명령의 실행은 상기 프로세서가:
    (a) 상기 분배 시스템의 입구에서부터 다양한 거리에 있는 상기 분배 시스템에 있는 복수의 상이한 지점들 각각에서 상기 체적 유동 속도를 경험적으로 측정하는 것; 및
    (b) 상기 체적 유동 속도가 측정되는 동안에 상기 출력 신호에 의해 지시되는 압력의 변화에 근거하여, 상기 복수의 상이한 지점들 각각에서 상기 분배 시스템에 대한 상기 미리 결정된 유동 저항을 결정하는 것을 더 야기하는 액체의 유동을 모니터링하기 위한 시스템.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 프로세서에 의한 상기 기계 명령의 실행은 상기 프로세서가 상기 복수의 상이한 지점들에서 측정된 상기 미리 결정된 유동 저항에 근거하여 액체 사용이 상기 분배 시스템에서 일어날 수 있는 다른 지점들에서 상기 미리 결정된 유동 저항을 추정하는 것을 더 야기하는 액체의 유동을 모니터링하기 위한 시스템.
  33. 제30항에 있어서,
    상기 액체 분배 시스템이 인라인 액체 체적 유동 검출기를 포함하며, 상기 프로세서에 의한 상기 기계 명령의 실행은 상기 프로세서가:
    (a) 지점에 있는 밸브가 일정 시간 동안 개방되며 그 다음에 폐쇄될 때 상기 분배 시스템에 있는 복수의 상이한 지점들 각각에서 체적 유동 속도를 연속적으로 결정하기 위해 상기 액체 체적 유동 검출기를 사용하는 것; 및
    (b) 상기 지점에 있는 상기 밸브가 개방되는 동안에 상기 지점에 대해 결정된 상기 체적 유동 속도에 근거하여, 상기 복수의 상이한 지점들 각각에서 상기 분배 시스템에 대한 상기 미리 결정된 유동 저항을 결정하는 것을 더 야기하는 액체의 유동을 모니터링하기 위한 시스템.
  34. 제30항에 있어서,
    상기 프로세서에 의한 상기 기계 명령의 실행은 상기 분배 시스템에 있는 상기 밸브들 중의 하나도 개방되는 것이 검출되지 않는 연장된 시간에 걸쳐 상기 분배 시스템에서 상기 액체의 유동을 검출하기 위해 상기 인라인 액체 체적 유동 검출기를 사용함으로써 상기 프로세서가 상기 분배 시스템에서 상대적인 저 유동 누설을 검출하는 것을 더 야기하는 액체의 유동을 모니터링하기 위한 시스템.
  35. 제23항에 있어서,
    상기 압력 센서가 분배 시스템에 결합될 때, 상기 프로세서에 의한 상기 기계 명령의 실행은 상기 프로세서가:
    (a) 상기 분배 시스템에 결합된 각각의 설비에 대한 미리 결정된 과도 압력 파 특성을 결정하는 것;
    (b) 상기 미리 결정된 과도 압력 파 특성을 저장하는 것;
    (c) 상기 미리 결정된 과도 압력 파 특성과 상기 출력 신호에 의해 지시되는 과도 압력 파 특성을 비교하는 것; 및
    (d) 상기 출력 신호에 의해 지시되는 상기 과도 압력 파 특성에 가장 가깝게 매칭되는 상기 미리 결정된 과도 압력 파 특성을 가지는 설비를 확인함으로써, 그리고 상기 분배 시스템에 있는 특정한 설비의 위치에 근거하여 액체 유동이 변하는 상기 특정한 설비를 확인하는 것을 더 야기하는 액체의 유동을 모니터링하기 위한 시스템.
  36. 제23항에 있어서,
    상기 압력 센서가 분배 시스템에 결합될 때, 상기 프로세서에 의한 상기 기계 명령의 실행은 상기 프로세서가:
    (a) 상기 분배 시스템에서 압력 변화에 근거하여, 개별 이벤트들을 분리하기 위해 상기 출력 신호를 분할하는 것;
    (b) 밸브 개방 이벤트는 더 많은 밸브 개방에 상응하고 밸브 폐쇄 이벤트는 더 많은 밸브 폐쇄에 상응하며, 검출된 각각의 개별 이벤트를 상기 밸브 개방 이벤트 또는 상기 밸브 폐쇄 이벤트로 분류하는 것; 및
    (c) 이것이 발생하는 특정한 설비에 따라서 각각의 밸브 개방 이벤트 또는 밸브 폐쇄 이벤트를 분류하는 것을 더 야기하는 액체의 유동을 모니터링하기 위한 시스템.
  37. 제36항에 있어서,
    상기 압력 센서가 분배 시스템에 결합될 때, 상기 프로세서에 의한 상기 기계 명령의 실행은 상기 프로세서가:
    (a) 평탄화된 출력 신호를 생성하기 위해 상기 출력 신호를 필터링하는 것;
    (b) 상기 평탄화된 출력 신호의 도함수를 결정하는 것;
    (c) (i) 상기 분배 시스템의 정적 압력에 대한 미리 결정된 제1 한계치를 초과하는 상기 평탄화된 출력 신호의 도함수; 및
    (ii) 상기 분배 시스템의 정적 압력에 대한 미리 결정된 제2 한계치를 초과하는 슬라이딩 윈도우에서 최대 압력 값과 최소 압력 값 사이의 차이로 이루어지는 조건들의 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 조건에 근거하여 밸브 이벤트의 시작을 검출하기 위해 상기 슬라이딩 윈도우에서 상기 평탄화된 출력 신호와 이의 도함수를 분석하는 것; 및
    (d) 상기 도함수의 부호의 변화와 상기 도함수의 변화의 크기에 근거하여 밸브 이벤트의 끝을 검출하기 위해 상기 평탄화된 출력 신호의 상기 도함수를 분석하는 것을 더 야기하는 액체의 유동을 모니터링하기 위한 시스템.
  38. 제37항에 있어서,
    상기 프로세서에 의한 상기 기계 명령의 실행은:
    (a) 제3의 미리 결정된 한계치를 초과하는 밸브 이벤트의 시작과 끝에서 상기 평탄화된 압력의 차이의 크기로서, 상기 밸브 이벤트의 시작과 끝 사이에서 상기 평탄화된 압력의 감소는 밸브 개방 이벤트를 가리키며 상기 밸브 이벤트의 시작과 끝 사이에서 상기 평탄화된 압력의 증가는 밸브 폐쇄 이벤트를 가리키는 상기 평탄화된 압력의 차이의 크기; 및
    (b) 상기 밸브 이벤트의 시작과 도함수의 제1 극단 사이의 상기 평탄화된 압력의 상기 도함수의 평균 값으로서, 상기 도함수의 양의 평균 값은 밸브 개방 이벤트를 가리키며, 상기 도함수의 음의 평균 값은 밸브 폐쇄 이벤트를 가리키는 상기 평균치로 이루어지는 조건들의 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 조건의 발생에 근거하여 상기 프로세서가 각각의 개별 이벤트를 밸브 개방 이벤트 또는 밸브 폐쇄 이벤트로 분류하는 것을 더 야기하는 액체의 유동을 모니터링하기 위한 시스템.
  39. 제36항에 있어서,
    상기 프로세서에 의한 상기 기계 명령의 실행은 상기 프로세서가 템플릿 기반 분류기를 사용하여 특정한 설비들에 밸브 개방 이벤트 및 밸브 폐쇄 이벤트를 관련시키는 것을 더 야기하는 액체의 유동을 모니터링하기 위한 시스템.
  40. 제39항에 있어서,
    상기 프로세서에 의한 상기 기계 명령의 실행은:
    (a) 정합 필터 거리 측정기준;
    (b) 정합 도함수 필터 거리 측정기준;
    (c) 정합 실제 켑스트럼 필터 거리 측정기준; 및
    (d) 평균 제곱 오차 필터 거리 측정기준으로 이루어지는 거리 측정기준의 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 거리 측정기준을 포함하는, 복수의 상보적인 거리 측정기준에 따라 상기 분류기에 사용될 수 있는 잠재적인 템플릿들을 필터링한 후에, 이벤트가 검출된 설비를 확인하기 위해 상기 프로세서가 최대 상관을 가지는 템플릿을 선택하는 것을 더 야기하는 액체의 유동을 모니터링하기 위한 시스템.
  41. 제40항에 있어서,
    상기 프로세서에 의한 상기 기계 명령의 실행은 트레이닝 데이터에 제공되는 상기 상보적인 거리 측정기준에 근거하여, 상기 프로세서가 상기 잠재적인 템플릿들을 필터링하는 단계를 실행하는데 사용되는 한계치를 결정하는 것을 더 야기하는 액체의 유동을 모니터링하기 위한 시스템.
  42. 제40항에 있어서,
    만약 복수의 상이한 설비들에 상응하는 템플릿들이 모든 필터들을 통과한다면, 상기 프로세서에 의한 상기 기계 명령의 실행은 이벤트가 검출된 상기 설비를 확인하는데 사용하기 위해, 상기 설비들에 대한 트레이닝 데이터에 대해 최선으로 실행되는 단일 거리 측정기준에 근거하여 상기 프로세서가 상기 필터들 중에서 필터를 선택하는 것을 더 야기하는 액체의 유동을 모니터링하기 위한 시스템.
  43. 제23항에 있어서,
    제2 지점에서 상기 분배 시스템의 압력을 감지하기 위해, 상기 제1 압력 센서가 연결된 제1 지점으로부터 이격된 제2 지점에서 분배 시스템에 연결하는데 적합한 제2 압력 센서를 더 포함하며,
    상기 프로세서에 의한 상기 기계 명령의 실행은:
    (a) 상기 제1 지점에서의 상기 출력 신호와 상기 제2 지점에서의 상기 출력 신호 사이의 시간 차이에 부분적으로 근거하여 상기 분배 시스템에서 일어나는 액체 관련 이벤트들을 검출하는 것; 및
    (b) 상기 시간 차이에 부분적으로 근거하여, 상기 복수의 상이한 형태의 이벤트들 중에서 검출된 특정한 형태의 액체 관련 이벤트를 확인하는 것을 포함하는, 추가의 복수의 기능들을 상기 프로세서가 실행하는 것을 더 야기하는 액체의 유동을 모니터링하기 위한 시스템.
  44. 제26항에 있어서,
    상기 프로세서에 의한 상기 기계 명령의 실행은 상기 프로세서가:
    (a) 과도 압력 펄스를 상기 분배 시스템의 액체에 적용하기 위해 상기 압력 센서에 동력을 공급하는 것;
    (b) 상기 분배 시스템에서 상기 과도 압력 펄스의 반사에 상응하는 압력 펄스 파형에 응답하여 상기 압력 센서에 의해 생성된 출력 신호를 수신하고 처리하는 것으로서, 상기 출력 신호의 처리는 상기 압력 펄스 파형의 특정한 특성을 결정하는 것; 및
    (c) 상기 압력 펄스 파형의 특성에 근거하여,
    (i) 상기 분배 시스템을 통과하는 상기 과도 압력 펄스와 상기 압력 펄스 파형의 경로;
    (ii) 상기 분배 시스템에서 액체 유동의 지시; 및
    (iii) 상기 분배 시스템에 있는 하나 이상의 상기 밸브들의 상태 중의 적어도 하나를 결정하는 것을 더 야기하는 액체의 유동을 모니터링하기 위한 시스템.
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