KR20200061665A - 오일러경로를 이용한 용수공급관망의 설계방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 오일러경로를 이용한 용수공급관망의 설계방법에 관한 것으로서, 용수공급관망의 용수공급절점 정보를 입력하는 정보입력단계와, 입력된 절점을 연결하여 용수공급관망의 경로를 격자로 구성하는 격자구성단계와, 격자로 구성된 용수공급관망의 경로를 오일러화하는 오일러화단계와, 경로가 오일러화된 오일러경로를 해석하는 해석단계와, 해석된 오일러경로에서 용수공급관망을 도출하는 도출단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 따라서 본 발명은 오일러경로를 이용하여 용수공급관망 설계함으로써, 종래의 격자식 관망에 비해 불필요한 관로를 제거하여 관로연장을 감소시켜 관망의 공사비를 절감하는 동시에 관리 대상 관로를 감소시켜 관로의 유지 관리 비용을 절감할 수 있는 효과를 제공한다.
Description
본 발명은 오일러경로를 이용한 용수공급관망의 설계방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 관망의 수용절점을 연결하는 간선을 여유율을 고려하여 격자형으로 구성하는 오일러경로를 이용한 용수공급관망의 설계방법에 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 상수관으로서 의 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.
따라서, 최근 상수도관망의 최적화를 위한 설계에는 유전자 알고리즘, 모의 담금질 기법, 개미군집 알고리즘, 화음탐색법 등의 메타휴리스틱 기법의 적용 사례가 증가하고 있다.
이러한 메타휴리스틱 기법은 다양한 비선형성과 복잡성을 수반한 상수도관망 설계문제에 대해 기존의 선형 및 비선형 계획법 등 수학적 설계기법보다 효과적으로 결과를 탐색하는 장점을 지닌다.
하지만 상수도관망의 규모가 날로 증가하며 설계시 고려해야 할 요구조건이 다양해지므로 인해 우수한 설계안을 안정적으로 도출해내는 데에 어려움이 발생하고 있다.
기존의 상수관망 경로 설계는 수용절점을 연결하는 간선을 여유율을 우선시 하여 격자를 구성하게 되며 최적 경로는 절점에서의 최소 수압 확보 및 비용을 최소화하는 조건만으로 검토를 하는 수준이다.
하지만 이와 같이 설계된 종래의 관망에서는 존재하지 않아도 주어진 모든 절점에 용수를 공급하는데, 문제가 되지 않는 간선이 존재하는 경우가 발생하게 되고, 이로 인하여 관망의 공사시 불필요한 비용과 시간을 유발하게 되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출한 것으로서, 종래의 격자식 관망에 비해 불필요한 관로를 제거하여 관로연장을 감소시켜 관망의 공사비를 절감하는 동시에 관리 대상 관로를 감소시켜 관로의 유지 관리 비용을 절감할 수 있는 오일러경로를 이용한 용수공급관망의 설계방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 관로연장 감소에 따른 관망 내 용수의 체류시간을 단축시켜 2차 오염을 저감할 수 있고, 배수지에서 투입되는 염소가 저수지에서 수요절점까지의 물의 체류하면서 관 내에서 오염물질에 의해 산화되어 잔류염소농도가 감소되어 오염을 방지할 수 있는 오일러경로를 이용한 용수공급관망의 설계방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 주어진 절점에 대해 최적의 간선 경로를 도출하는 관망설계를 수행할 수 있는 오일러경로를 이용한 용수공급관망의 설계방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 관망분석을 통해 도출된 관망 경로 중에서 최적의 관망경로를 결정하여 기존 설계방법에 비해 효율성과 적용성을 향상시킬 수 있는 오일러경로를 이용한 용수공급관망의 설계방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 용수공급관망의 설계방법으로서, 용수공급관망의 용수공급절점 정보를 입력하는 정보입력단계; 상기 입력된 절점을 연결하여 용수공급관망의 경로를 격자로 구성하는 격자구성단계; 상기 격자로 구성된 용수공급관망의 경로를 오일러화하는 오일러화단계; 상기 경로가 오일러화된 오일러경로를 해석하는 해석단계; 및 상기 해석된 오일러경로에서 용수공급관망을 도출하는 도출단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 정보입력단계는, 수원 및 저수지 또는 배수지의 위치와 수요절점 위치를 용수공급절점 정보로 입력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 오일러화단계는, 상기 격자구성단계에서 구성된 격자에서 간선을 제거하면서 한붓그리기가 가능하도록 관망을 오일러화하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 오일러화단계에서는, 상기 정보입력단계에서 입력된 수요절점을 상기 격자구성단계에서 격자식으로 경로를 구성한 후, 홀수절점이 0개 또는 2개가 되도록 간선을 제거하여 오일러경로를 만족하도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 해석단계는, 상기 오일러화단계에서 오일러화된 관망경로의 관로연장, 체류시간 및 여유율을 평가하여 해석하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 도출단계는, 상기 해석단계에서 오일러화 관망경로의 관로연장, 체류시간 및 여유율의 평가인자로 해석한 결과에 의거해서 최적의 관망경로를 도출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 도출단계에서는, 수요절점에서 요구되는 유량과 압력을 만족함과 동시에 절점에 연결된 간선 1개가 제거되어도 절점에 용수공급이 가능하도록 최소한 2개 이상의 간선이 연결되도록 하여 여유율을 확보하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 오일러경로를 이용하여 용수공급관망 설계함으로써, 종래의 격자식 관망에 비해 불필요한 관로를 제거하여 관로연장을 감소시켜 관망의 공사비를 절감하는 동시에 관리 대상 관로를 감소시켜 관로의 유지 관리 비용을 절감할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 오일러화단계에서 관망에 비해 불필요한 관로를 제거함으로써, 관로연장 감소에 따른 관망 내 용수의 체류시간을 단축시켜 2차 오염을 저감할 수 있고, 배수지에서 투입되는 염소가 저수지에서 수요절점까지의 물의 체류하면서 관 내에서 오염물질에 의해 산화되어 잔류염소농도가 감소되어 오염을 방지할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 오일러화단계와 해석단계에서 꼭지점과 변으로 이루어진 그래프의 모든 변을 단 한 번씩만 통과하는 경로인 오일러경로 이론을 이용함으로써, 주어진 절점에 대해 최적의 간선 경로를 도출하는 관망설계를 수행할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 도출단계에서 오일러경로를 이용하여 용수공급관망 경로를 도출함으로써, 관망분석을 통해 도출된 관망 경로 중에서 최적의 관망경로를 결정하여 기존 설계방법에 비해 효율성과 적용성을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 오일러경로를 이용한 용수공급관망의 설계방법을 나타내는 흐름도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 오일러경로를 이용한 용수공급관망의 설계방법에서 기존의 격자식 관망도를 나타내는 구성도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 오일러경로를 이용한 용수공급관망의 설계방법에서 오일러화를 위한 제거대상을 표기한 관망도를 나타내는 구성도.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 오일러경로를 이용한 용수공급관망의 설계방법에서 1선 제거후 오일러화된 관망도를 나타내는 구성도.
도 9 내지 도 18은 본 발명의 일 실시예에 의한 오일러경로를 이용한 용수공급관망의 설계방법에서 2선 제거후 오일러화된 관망도를 나타내는 구성도.
도 19 내지 도 25은 본 발명의 일 실시예에 의한 오일러경로를 이용한 용수공급관망의 설계방법에서 2선 제거후 오일러화된 관망도를 나타내는 구성도.
도 26은 본 발명의 일 실시예에 의한 오일러경로를 이용한 용수공급관망의 설계방법에서 오일러화 관망을 평가한 평가표.
도 27은 본 발명의 일 실시예에 의한 오일러경로를 이용한 용수공급관망의 설계방법의 적용전의 기존 관망을 나타내는 구성도.
도 28은 본 발명의 일 실시예에 의한 오일러경로를 이용한 용수공급관망의 설계방법을 적용한 오일러경로 관망을 나타내는 구성도.
도 29는 본 발명의 일 실시예에 의한 오일러경로를 이용한 용수공급관망의 설계방법을 적용한 최종의 오일러경로 관망을 나타내는 구성도.
도 30 내지 도 32는 본 발명의 일 실시예에 의한 오일러경로를 이용한 용수공급관망의 설계방법을 적용한 오일러경로 관망과 기존 관망을 비교하는 비교분석표.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 오일러경로를 이용한 용수공급관망의 설계방법에서 기존의 격자식 관망도를 나타내는 구성도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 오일러경로를 이용한 용수공급관망의 설계방법에서 오일러화를 위한 제거대상을 표기한 관망도를 나타내는 구성도.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 오일러경로를 이용한 용수공급관망의 설계방법에서 1선 제거후 오일러화된 관망도를 나타내는 구성도.
도 9 내지 도 18은 본 발명의 일 실시예에 의한 오일러경로를 이용한 용수공급관망의 설계방법에서 2선 제거후 오일러화된 관망도를 나타내는 구성도.
도 19 내지 도 25은 본 발명의 일 실시예에 의한 오일러경로를 이용한 용수공급관망의 설계방법에서 2선 제거후 오일러화된 관망도를 나타내는 구성도.
도 26은 본 발명의 일 실시예에 의한 오일러경로를 이용한 용수공급관망의 설계방법에서 오일러화 관망을 평가한 평가표.
도 27은 본 발명의 일 실시예에 의한 오일러경로를 이용한 용수공급관망의 설계방법의 적용전의 기존 관망을 나타내는 구성도.
도 28은 본 발명의 일 실시예에 의한 오일러경로를 이용한 용수공급관망의 설계방법을 적용한 오일러경로 관망을 나타내는 구성도.
도 29는 본 발명의 일 실시예에 의한 오일러경로를 이용한 용수공급관망의 설계방법을 적용한 최종의 오일러경로 관망을 나타내는 구성도.
도 30 내지 도 32는 본 발명의 일 실시예에 의한 오일러경로를 이용한 용수공급관망의 설계방법을 적용한 오일러경로 관망과 기존 관망을 비교하는 비교분석표.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 오일러경로를 이용한 용수공급관망의 설계방법을 나타내는 흐름도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 오일러경로를 이용한 용수공급관망의 설계방법에서 기존의 격자식 관망도를 나타내는 구성도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 오일러경로를 이용한 용수공급관망의 설계방법에서 오일러화를 위한 제거대상을 표기한 관망도를 나타내는 구성도이고, 도 4 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 오일러경로를 이용한 용수공급관망의 설계방법에서 1선 제거후 오일러화된 관망도를 나타내는 구성도이고, 도 9 내지 도 18은 본 발명의 일 실시예에 의한 오일러경로를 이용한 용수공급관망의 설계방법에서 2선 제거후 오일러화된 관망도를 나타내는 구성도이고, 도 19 내지 도 25은 본 발명의 일 실시예에 의한 오일러경로를 이용한 용수공급관망의 설계방법에서 2선 제거후 오일러화된 관망도를 나타내는 구성도이고, 도 26은 본 발명의 일 실시예에 의한 오일러경로를 이용한 용수공급관망의 설계방법에서 오일러화 관망을 평가한 평가표이고, 도 26은 본 발명의 일 실시예에 의한 오일러경로를 이용한 용수공급관망의 설계방법에서 오일러화 관망을 평가한 평가표이고, 도 27은 본 발명의 일 실시예에 의한 오일러경로를 이용한 용수공급관망의 설계방법의 적용전의 기존 관망을 나타내는 구성도이고, 도 28은 본 발명의 일 실시예에 의한 오일러경로를 이용한 용수공급관망의 설계방법을 적용한 오일러경로 관망을 나타내는 구성도이고, 도 29는 본 발명의 일 실시예에 의한 오일러경로를 이용한 용수공급관망의 설계방법을 적용한 최종의 오일러경로 관망을 나타내는 구성도이고, 도 30 내지 도 32는 본 발명의 일 실시예에 의한 오일러경로를 이용한 용수공급관망의 설계방법을 적용한 오일러경로 관망과 기존 관망을 비교하는 비교분석표이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에 의한 오일러경로를 이용한 용수공급관망의 설계방법은, 정보입력단계(S10), 격자구성단계(S20), 오일러화단계(S30), 해석단계(S40) 및 도출단계(S50)를 포함하여 이루어져 있는 용수공급관망의 설계방법이다.
정보입력단계(S10)는, 용수공급관망의 용수공급절점 정보를 입력하는 단계로서, 수원 및 저수지 또는 배수지의 위치와 수요절점 위치를 용수공급절점 정보로 입력하게 된다.
이러한 정보입력단계(S10)에서는, 도 2에 나타낸 바와 같이 A절점, B절점, C절점, D절점, E절점, F절점과 같이 6개의 용수공급절점에 수원 및 저수지 또는 배수지의 위치와 수요절점 위치를 입력하게 된다.
격자구성단계(S20)는, 정보입력단계(S10)에서 입력된 절점을 연결하여 용수공급관망의 경로를 격자로 구성하는 단계로서, 정보입력단계(S10)에서 입력된 수원 및 저수지 또는 배수지의 위치와 수요절점 위치를 연결하여 공급관망의 경로를 격자로 구성하게 된다.
이러한 격자구성단계(S20)에서는, 도 2에 나타낸 바와 같이 A절점, B절점, C절점, D절점, E절점, F절점과 같이 6개의 용수공급절점을 연결하여 공급관망의 경로를 격자로 구성하게 된다.
오일러화단계(S30)는, 격자구성단계(S20)에서 격자로 구성된 용수공급관망의 경로를 오일러화하는 단계로서, 격자구성단계(S20)에서 구성된 격자에서 간선을 제거하면서 한붓그리기가 가능하도록 용수공급관망을 오일러화하게 된다.
이러한 오일러화단계(S30)에서는, 정보입력단계(S10)에서 입력된 수요절점을 격자구성단계(S20)에서 격자식으로 경로를 구성한 후, 홀수절점이 0개 또는 2개가 되도록 간선을 제거하여 오일러경로를 만족하게 된다.
이와 같이, 간선을 제거하는 경우에는, 도 3에 나타낸 바와 같이 제거가 가능한 간선을 나타낸 것으로서, BD간선, BE간선, BF간선, DE간선 및 EF간선과 같이 5개의 간선이 제거가능하게 된다.
특히, 1개의 간선을 제거하는 경우에는, 도 4 내지 도 8에 나타낸 바와 같이, BD간선, BE간선, BF간선, DE간선 및 EF간선과 같이 5개의 간선을 각각 1개씩 제거하게 된다.
또한, 2개의 간선을 제거하는 경우에는, 도 9 내지 도 18에 나타낸 바와 같이, BD-BF간선, DE-EF간선, BE-DE간선, BE-EF간선, BD-DE간선, BF-EF간선, BD-EF간선, BF-DE간선, BD-BF간선 및 BE-BF간선과 같이 2개의 간선을 각각 1쌍으로 제거하게 된다.
또한, 3개의 간선을 제거하는 경우에는, 도 19 내지 도 25에 나타낸 바와 같이, BD-BE-BF간선, BD-BF-DE간선, BD-BF-EF간선, BF-DE-EF간선, BD-DE-EF간선, BE-BF-DE간선 및 BD-BE-EF간선과 같이 3개의 간선을 각각 1쌍으로 제거하게 된다.
해석단계(S40)는, 경로가 오일러화된 오일러경로를 해석하는 단계로서, 도 26에 나타낸 바와 같이 오일러화단계(S30)에서 오일러화된 관망경로의 관로연장, 체류시간 및 여유율을 평가하여 해석하게 된다.
도출단계(S50)는, 해석된 오일러경로에서 용수공급관망을 도출하는 단계로서, 해석단계(S40)에서 오일러화 관망경로의 관로연장, 체류시간 및 여유율의 평가인자로 해석한 결과에 의거해서 도 26에 나타낸 바와 같이 최적의 관망경로를 도출하게 된다.
이러한 도출단계(S50)에서는, 수요절점에서 요구되는 유량과 압력을 만족함과 동시에 절점에 연결된 간선 1개가 제거되어도 절점에 용수공급이 가능하도록 최소한 2개 이상의 간선이 연결되도록 하여 여유율을 확보하게 된다.
이하, 도 27 내지 도 32를 참조해서 본 발명의 오일러경로를 이용한 용수공급관망의 설계방법을 적용한 실시예를 구체적으로 설명한다.
기존의 용수공급관망은 도 27에 나타낸 바와 같이, 관망이 격자형상으로 형성되어 있었다. 이러한 기존의 관망을 본 발명의 오일러경로를 이용한 용수공급관망의 설계방법의 오일러화에 의해 도 28에 나타낸 바와 같이 5가지의 케이스로 도출하게 된다.
이와 같이 도출된 5개의 케이스에 대한 관망을 분석하고 평가를 수행하도록 해석하고 도출한 결과, 도 29에 나타낸 바와 같이 5번째 케이스가 최적의 경로로 판정되었다.
따라서, 기존관망과 오일러경로 관망을 비교하여 개선효과를 파악한 결과는, 도 30 내지 도 32에 나타낸 바와 같이 관로연장이 기존관망 보다 대략 26% 정도 감소되고, 초기투자비 및 공사비가 기존관망 보다 대략 24% 정도 감소되고, 관내 유속 증가에 따른 체류시간이 감소되므로 배수지에 투입되는 염소량이 기존관망 보다 대략 9∼14% 정도 저감되는 효과가 있음을 알 수 있게 되었다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 오일러경로를 이용하여 용수공급관망 설계함으로써, 종래의 격자식 관망에 비해 불필요한 관로를 제거하여 관로연장을 감소시켜 관망의 공사비를 절감하는 동시에 관리 대상 관로를 감소시켜 관로의 유지 관리 비용을 절감할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 오일러화단계에서 관망에 비해 불필요한 관로를 제거함으로써, 관로연장 감소에 따른 관망 내 용수의 체류시간을 단축시켜 2차 오염을 저감할 수 있고, 배수지에서 투입되는 염소가 저수지에서 수요절점까지의 물의 체류하면서 관 내에서 오염물질에 의해 산화되어 잔류염소농도가 감소되어 오염을 방지할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 오일러화단계와 해석단계에서 꼭지점과 변으로 이루어진 그래프의 모든 변을 단 한 번씩만 통과하는 경로인 오일러경로 이론을 이용함으로써, 주어진 절점에 대해 최적의 간선 경로를 도출하는 관망설계를 수행할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 도출단계에서 오일러경로를 이용하여 용수공급관망 경로를 도출함으로써, 관망분석을 통해 도출된 관망 경로 중에서 최적의 관망경로를 결정하여 기존 설계방법에 비해 효율성과 적용성을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.
이상 설명한 본 발명은 그 기술적 사상 또는 주요한 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 여러 가지 형태로 실시될 수 있다. 따라서 상기 실시예는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되어서는 안 된다.
Claims (7)
- 용수공급관망의 설계방법으로서,
용수공급관망의 용수공급절점 정보를 입력하는 정보입력단계;
상기 입력된 절점을 연결하여 용수공급관망의 경로를 격자로 구성하는 격자구성단계;
상기 격자로 구성된 용수공급관망의 경로를 오일러화하는 오일러화단계;
상기 경로가 오일러화된 오일러경로를 해석하는 해석단계; 및
상기 해석된 오일러경로에서 용수공급관망을 도출하는 도출단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 오일러경로를 이용한 용수공급관망의 설계방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 정보입력단계는, 수원 및 저수지 또는 배수지의 위치와 수요절점 위치를 용수공급절점 정보로 입력하는 것을 특징으로 하는 오일러경로를 이용한 용수공급관망의 설계방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 오일러화단계는, 상기 격자구성단계에서 구성된 격자에서 간선을 제거하면서 한붓그리기가 가능하도록 관망을 오일러화하는 것을 특징으로 하는 오일러경로를 이용한 용수공급관망의 설계방법. - 제 3 항에 있어서,
상기 오일러화단계에서는, 상기 정보입력단계에서 입력된 수요절점을 상기 격자구성단계에서 격자식으로 경로를 구성한 후, 홀수절점이 0개 또는 2개가 되도록 간선을 제거하여 오일러경로를 만족하도록 하는 것을 특징으로 하는 오일러경로를 이용한 용수공급관망의 설계방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 해석단계는, 상기 오일러화단계에서 오일러화된 관망경로의 관로연장, 체류시간 및 여유율을 평가하여 해석하는 것을 특징으로 하는 오일러경로를 이용한 용수공급관망의 설계방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 도출단계는, 상기 해석단계에서 오일러화 관망경로의 관로연장, 체류시간 및 여유율의 평가인자로 해석한 결과에 의거해서 최적의 관망경로를 도출하는 것을 특징으로 하는 오일러경로를 이용한 용수공급관망의 설계방법. - 제 6 항에 있어서,
상기 도출단계에서는, 수요절점에서 요구되는 유량과 압력을 만족함과 동시에 절점에 연결된 간선 1개가 제거되어도 절점에 용수공급이 가능하도록 최소한 2개 이상의 간선이 연결되도록 하여 여유율을 확보하는 것을 특징으로 하는 오일러경로를 이용한 용수공급관망의 설계방법.
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