KR20220020065A - 스마트 워터 시티 구축을 위한 다항목 수질 측정을 사용한 통합정보 제공 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 스마트 워터 시티 구축을 위한 다항목 수질 측정을 사용한 통합정보 제공 시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는, 수도 관로, 수도꼭지, 또는 하수처리장 유입하수에 설치하여 수질 측정이 가능하고 측정된 데이터를 분석하여 수용가에 제공하는 스마트 워터 시티 구축을 위한 다항목 수질 측정을 사용한 통합정보 제공 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 스마트 워터 시티 구축을 위한 다항목 수질 측정을 사용한 통합정보 제공 시스템은 수도 관로에 설치되어 관망 모니터링 및 진단을 하거나, 수도꼭지 또는 음수대 또는 하수처리장 유입하수에 설치하여 수질을 측정할 수 있는 상수도 관망 계측 장치, 상기 관망 계측 장치에서 측정된 데이터를 실시간으로 전송받아 분석하는 모니터링 스테이션(Monitoring Station)을 포함하는 것을 특징으로 한다 .
본 발명에 따른 스마트 워터 시티 구축을 위한 다항목 수질 측정을 사용한 통합정보 제공 시스템은 수도 관로에 설치되어 관망 모니터링 및 진단을 하거나, 수도꼭지 또는 음수대 또는 하수처리장 유입하수에 설치하여 수질을 측정할 수 있는 상수도 관망 계측 장치, 상기 관망 계측 장치에서 측정된 데이터를 실시간으로 전송받아 분석하는 모니터링 스테이션(Monitoring Station)을 포함하는 것을 특징으로 한다 .
Description
본 발명은 스마트 워터 시티 구축을 위한 다항목 수질 측정을 사용한 통합정보 제공 시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는, 수도 관로, 수도꼭지, 또는 하수처리장 유입하수에 설치하여 수질 측정이 가능하고 측정된 데이터를 분석하여 최종 수용가(水用家)에 제공하는 스마트 워터 시티 구축을 위한 다항목 수질 측정을 사용한 통합정보 제공 시스템에 관한 것이다.
수도는 도시생활 및 공업생산에 절대적일 뿐만 아니라 건강상에도 큰 영향력이 있다. 즉, 수도가 보급되면 장티푸스·콜레라·이질 등의 소화기관의 전염병을 비롯하여 풍토병·눈병·유아사망률이 크게 감소된다. 반면에 관리가 불충분하면 막을 수 있는 전염병균이 수도를 통해 폭발적으로 전염되기도 한다.
따라서, 수도가 그 목적을 다하려면 수량·수질·수압의 3요소를 만족시켜야 한다. 수량은 국민성·습관·생활정도 등에 따라 큰 차이가 있다. 금후 1일 1인당 급수량의 증가와 더불어 수도의 규모가 커지는 경향이 있는데, 이는 대도시의 생활수준의 향상과 함께 산업 및 서비스업 등이 도시생활에 많은 물을 필요로 하는 데 있다. 수질은 우선 위생적으로 안전하고 보기에 깨끗하며 먹어서 맛이 좋아야 한다. 그 구체적인 기준은 수도법에 의한 수질기준에 적합하면 된다. 수압은 관내의 수압이 최저 1.5 kg/㎠가 표준이므로 관내수압이 균등하게 유지되어 물이 관의 끝에서 유출될 수 있으면 이상적이다.
최근에 수돗물에서 유충이 나오는 사태로 인해 우리가 늘 먹고 마시는 수돗물에 대해 제대로 알아야 한다는 여론이 팽배하고 있다. 먹는 물에 대한 불신을 해소하기 위해서는 수질센서를 설치하여 상수도 관로에 흐르는 수돗물이 안전한지 측정하여 먹는 물 기준에 적합한지 확인할 수 있는 것이 필요하다.
이러한 수돗물의 수질 측정에 대한 종래기술의 예로는, 한국 등록특허공보 제10-2001948호가 있는데, 이에 따르면, 지하에 매설된 상수도관에서 분기된 검출관 및 외부 전력 공급원으로부터 전원을 공급받기 위한 전원라인을 수용하는 보호모듈; 상기 검출관으로부터 전달받은 물의 수압을 측정하는 수압 센서; 상기 검출관으로부터 전달받은 물의 염소 농도를 측정하는 수질 센서; 상기 전원라인에 의하여 전원을 공급받고, 상기 수압 센서 및 상기 수질 센서로부터 수압 정보 및 수질 정보를 전달받아 외부로 출력하는 제어모듈; 및 상기 제어 모듈에서 출력된 정보를 디스플레이하는 표시모듈;을 포함하는 상수도 간이 수압 및 수질 모니터링 장치가 제시된 바 있다.
또한, 상기한 바와 같이 수돗물의 수질 측정에 대한 종래기술의 다른 예로는, 한국 등록특허공보 제10-1748364호가 있는데, 이에 따르면, 시료수에 광을 제공하고 시료수가 응답하여 방출한 광을 수용하는 휴대용 수질검사장치; 및 시료수의 오염 정도를 검출하는데 필요한 광을 생산하는 발광부와, 시료수가 응답하여 방출한 광을 전기신호로 변환하는 수광부, 상기 수광부로부터 수신한 전기신호를 분석하여 시료수에 포함된 수질 오염을 측정하는 분석부를 가지는 수질분석장치;를 포함하고 상기 휴대용 수질검사장치는 상기 발광부에서 생산된 광을 시료수에 전달하는 발광용 광섬유, 시료수가 응답하여 방출한 광을 수용하여 상기 수광부로 전달하는 수광용 광섬유를 포함하는 휴대용 수질검사장치를 구비하는 수질 모니터링 시스템이 제시된 바 있다.
또한, 상기한 바와 같이 수돗물의 수질 측정에 대한 종래기술의 또 다른 예로는, 한국 등록특허공보 제10-1446240호가 있는데, 이에 따르면, 내부에 수납공간이 형성되는 본체와, 상기 본체와 결합하고, 상기 수납부를 개폐하는 커버로 이루어지는 하우징과, 상기 본체에 구비되고, 수질측정을 위한 센서부를 포함하는 멀티프로브와 상기 수납부에 구비되고, 수질데이터를 보관하는 저장부와 측정된 데이터를 출력하는 디스플레이부와 수질데이터를 제어하는 제어부로 구성된 도킹스테이션과, 상기 본체에 구비되고, 상기 멀티프로브 또는 상기 도킹스테이션 또는 이들 모두와 유선 또는 무선으로 각각 연결되는 통신부재로 이루어지되, 상기 멀티프로브는 복수개의 수질센서로 이루어지고, 상기 본체에는 복수개의 측정키트를 더 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 다항목 수질측정장치와, 상기 다항목 수질측정장치로 측정된 데이터를 수신하는 수신장치와 상기 수신장터 수신된 데이터를 저장하는 저장장치 및 상기 저장장치에 저장된 데이터를 분석 및 출력하는 출력장치로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 수질 네트워크 시스템이 제시된 바 있다.
그러나, 상기 선행기술들은 수돗물의 수질 측정에 대해 여러 기술 내용이 제시되었지만, 다음과 같은 문제점들이 있었다.
수돗물에 대한 불신을 종식시키기 위해서는 수질 측정이 일반 가정의 수도에서도 용이하게 설치하여 측정이 가능하여야 하나, 상기의 선행기술들은 일반 가정의 수도에서 용이하게 설치할 정도로 설치방법이 쉽지 않았다.
또한, 수질 측정 항목에 있어서도 비교적 간단한 수압, 잔류염소 농도 등에 한정되어 있었다. 그렇지만, 전체적인 수질을 확인하기 위해서는 탁도, 잔류염소 농도, pH, 온도, 전기전도도 등의 측정이 필요하다.
상기의 선행기술들은 수질을 측정하여 디스플레이부에 표시하거나 유선 및 무선망을 통해 데이터를 전송하는 기능을 구비하고 있으나, 수집된 데이터를 분석하여 최종 수용가에게 실시간으로 필요한 정보를 제공할 수 있는 시스템은 구비하고 있지 않았다.
본 발명의 스마트 워터 시티 구축을 위한 다항목 수질 측정을 사용한 통합정보 제공 시스템은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 다음과 같은 해결과제를 목적으로 한다.
수도 관로에 설치하여 관망 모니터링 및 진단에 활용할 수 있으며, 수도꼭지 또는 음수대에 단독 설치하여 수질 측정이 가능한 다항목 수질 측정을 사용한 통합정보 제공 시스템을 제공하는 것이다.
한 개의 장치로 수돗물의 탁도, 잔류염소 농도, pH, 온도, 전기전도도를 모두 측정할 수 있는 다항목 수질 측정을 사용한 통합정보 제공 시스템을 제공하는 것이다.
수돗물의 수질을 측정한 값을 가지고 수많은 실험을 통해 얻은 빅데이터를 활용하여 상수도에서는 중금속류를 측정하고, 유입하수에서는 BOD(biochemical oxygen demand, 생화학적 산소요구량), COD(chemical oxygen demand, 화학적 산소요구량), 총 질소(N), 총 인(P)의 값의 상관관계를 구할 수 있고, 실시간 수질 정보, 누수 측정 및 예측, 관망 관리 등이 가능한 다항목 수질 측정을 사용한 통합정보 제공 시스템을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 스마트 워터 시티 구축을 위한 다항목 수질 측정을 사용한 통합정보 제공 시스템은 수도 관로, 수도꼭지, 음수대 및 하수처리장 유입하수에서 선택된 어느 하나의 장소에 설치하여 수질을 측정할 수 있는 상수도 관망 계측 장치와 상기 상수도 관망 계측 장치에서 측정된 데이터를 실시간으로 전송받아 분석하는 모니터링 스테이션(Monitoring Station)이 제공된다.
여기서 상기 상수도 관망 계측 장치는, 수도 관로에 단수 없이 시공이 가능하도록 한 플랜지(flange) 형태의 연결부; 상기 연결부에서 유입된 수돗물의 수질을 측정하는 멀티센서부; 상기 멀티센서부에서 측정된 수질 측정값을 표시하는 디스플레이부; 상기 멀티센서부에서 측정된 수질 측정값을 IoT 기반의 통신망으로 상기 모니터링 스테이션에 전송하는 통신부; 상기 멀티센서부에서 측정된 수질 측정값을 제어하는 제어부; 상기 상수도 관망 계측 장치에 전기를 공급하는 전원부;를 포함하고, 상기 멀티센서부는 전기화학센서, 광학센서, 챔버식센서 및 전극식센서에서 선택된 어느 하나 또는 2 이상을 조합한 다항목 센서를 포함하고, 상기 멀티센서부는 상기 연결부에서 유입된 수돗물의 탁도를 측정하기 위한 탁도 측정센서; 상기 연결부에서 유입된 수돗물의 잔류염소의 농도를 측정하기 위한 염소 농도 측정센서; 상기 연결부에서 유입된 수돗물의 수소 이온 농도(pH)를 측정하기 위한 pH 측정센서; 상기 연결부에서 유입된 수돗물의 온도를 측정하기 위한 온도 측정센서; 상기 연결부에서 유입된 수돗물의 전기전도도를 측정하기 위한 전기전도도 측정센서;를 더욱 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 모니터링 스테이션은, 컴퓨터 서버의 형태이고, 상기 멀티센서부에서 수집된 실시간 데이터를 상기 통신부를 통해 사물인터넷(IoT) 기반 통신망으로 전송받아 분석하여 통합정보를 모니터링하는 상수도 관망 모니터링 및 분석 솔루션 소프트웨어를 구비하고, 상기 모니터링 스테이션에 설치된 상기 상수도 관망 모니터링 및 분석 솔루션 소프트웨어는, 상기 통신부를 통해 전송받은 수질측정 데이터를 데이터베이스화하고 분석하여 빅데이터 모델링 및 시뮬레이션 기반의 예측진단을 제공하며, 최종 수용가(水用家)의 요청에 따라 실시간 수질 정보, 누수 측정과 예측, 관망 관리 예보와 경보, 손상 구역 산출 및 대체관로 분석 정보를 제공하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 실시간 수질 정보는 상기 관망 계측 장치에서 측정된 수돗물의 수질 정보를 상기 모니터링 스테이션에서 전송받아 수도 사업자와 최종 수용가에게 실시간으로 수질 정보를 제공하는 것이고, 상기 누수 측정과 예측은 상기 관망 계측 장치에서 측정된 수돗물의 수질 정보를 상기 모니터링 스테이션에서 전송받아 상기 상수도 관망 모니터링 및 분석 솔루션 소프트웨어를 통해 데이터를 분석하여 누수가 있거나 누수가 예측되는 지점을 수도 사업자와 최종 수용가에게 알려주는 것이고, 상기 관망 관리 예보와 경보는 상기 관망 계측 장치에서 측정된 수돗물의 수질 정보를 상기 모니터링 스테이션에서 전송받아 상기 상수도 관망 모니터링 및 분석 솔루션 소프트웨어를 통해 데이터를 분석하여 수도 관망에 이상 증후를 발견하여 수도 사업자와 최종 수용가에게 예보와 경보를 하는 것이고, 상기 손상 구역 산출 및 대체관로 분석은 상기 관망 계측 장치에서 측정된 수돗물의 수질 정보를 상기 모니터링 스테이션에서 전송받아 상기 상수도 관망 모니터링 및 분석 솔루션 소프트웨어를 통해 데이터를 분석하여 수도 관로가 손상된 구역을 감지하고 손상된 관로를 대체할 수 있는 대체관로를 수도 사업자와 최종 수용가에게 알려주는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 모니터링 스테이션은 최종 수용가의 컴퓨터 또는 스마트폰으로 수질 분석 정보를 제공하며, 최종 수용가의 컴퓨터 또는 스마트폰에는 전용 소프트웨어 프로그램이 설치되어 상기 수질 분석 정보를 열람하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 스마트 워터 시티 구축을 위한 다항목 수질 측정을 사용한 통합정보 제공 시스템은 플랜지(flange) 형태의 수질센서를 구비하여 상수도 관망 연결부위 또는 수도꼭지 연결부위에 부착하여 수질 측정이 가능하여, 기존의 고정식 다항목 수질계측 장치에서 필요한 부지점용 인허가, 전원 및 통신선로 등 시공상의 제약을 해결할 수 있다.
또한, 본 발명의 상수도 관망 계측 장치는 설치 및 관리가 쉬워서 광범위한 관망에 대해 효과적으로 수질 측정이 가능하다.
본 발명의 모니터링 스테이션을 통해 데이터를 전송하거나 최종 수용가에 필요한 정보를 실시간으로 제공할 수 있으므로 수도 사업자, 개발 수용가 등에 광범위하게 활용될 수 있고, 실시간 수질 정보, 누수 측정 및 예측, 관망 관리, 예보 및 경보, 손상 구역 산출, 대체관로 분석 등 상수도 관망 관리를 고도화하고 효율성을 높이는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 상수도 관망 계측 멀티센서의 개요도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 모니터링 및 진단 솔루션 서비스 개요도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 (a)시제품 내부 구성, (b)시제품 설치, (c)시제품 성능검증, (d)테스트 베드(test-bed) 비교군에 대한 사진이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 모니터링 및 진단 솔루션 서비스 개요도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 (a)시제품 내부 구성, (b)시제품 설치, (c)시제품 성능검증, (d)테스트 베드(test-bed) 비교군에 대한 사진이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 구현예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예에 한정되지 않는다.
본 발명의 스마트 워터 시티 구축을 위한 다항목 수질 측정을 사용한 통합정보 제공 시스템은 수도 관로, 수도꼭지, 음수대 및 하수처리장 유입하수에서 선택된 어느 하나의 장소에 설치하여 수질을 측정할 수 있는 상수도 관망 계측 장치; 상기 상수도 관망 계측 장치에서 측정된 데이터를 실시간으로 전송받아 분석하는 모니터링 스테이션(Monitoring Station);을 포함한다.
예를 들어, 수도 관로의 측면, 수도꼭지의 상부, 음수대의 측면, 하수처리장 유입 하수관의 측면에 상수도 관망 계측 장치를 구비할 수 있다.
도 1을 참조하면, (a)는 상수도 관망 계측 장치를 나타내고, (b)와 (c)는 상수도 관망 계측 장치가 관망과 수도 또는 음수대에 설치되는 것을 나타낸다. 상수도 관망 연결부위나 수도꼭지 연결부위에 상수도 관망 계측 장치를 부착시킬 수 있다.
상기 상수도 관망 계측 장치는, 수도 관로에 단수 없이 시공이 가능하도록 한 플랜지(flange) 형태의 연결부; 상기 연결부에서 유입된 수돗물의 수질을 측정하는 멀티센서부; 상기 멀티센서부에서 측정된 수질 측정값을 표시하는 디스플레이부; 상기 멀티센서부에서 측정된 수질 측정값을 IoT 기반의 통신망으로 상기 모니터링 스테이션에 전송하는 통신부; 상기 멀티센서부에서 측정된 수질 측정값을 제어하는 제어부; 상기 상수도 관망 계측 장치에 전기를 공급하는 전원부;를 포함하고, 상기 멀티센서부는 전기화학센서, 광학센서 및 챔버식과 전극식센서에서 선택된 어느 하나 또는 2 이상을 조합한 다항목 센서를 포함하고, 상기 멀티센서부는 상기 연결부에서 유입된 수돗물의 탁도를 측정하기 위한 탁도 측정센서; 상기 연결부에서 유입된 수돗물의 잔류염소의 농도를 측정하기 위한 염소 농도 측정센서; 상기 연결부에서 유입된 수돗물의 수소 이온 농도(pH)를 측정하기 위한 pH 측정센서; 상기 연결부에서 유입된 수돗물의 온도를 측정하기 위한 온도 측정센서; 상기 연결부에서 유입된 수돗물의 전기전도도를 측정하기 위한 전기전도도 측정센서;를 포함한다.
상기 멀티센서부의 탁도 측정센서, 염소 농도 측정센서, pH 측정센서, 온도 측정센서, 전기전도도 측정센서는 상기 상수도 관망 계측 장치에서 인출된 가요성 있는 호수(hose)를 통하여 상기 상수도 관망 계측 장치의 외부로 인출되고, 또한, 탁도 측정센서, 염소 농도 측정센서, pH 측정센서, 온도 측정센서, 전기전도도 측정센서는 각각 탁도 측정센서용 전선, 염소 농도 측정센서용 전선, pH 측정센서용 전선, 온도 측정센서용 전선, 전기전도도 측정센서용 전선의 끝단부에 설치될 수 있다.
본 발명의 상수도 관망 계측 장치의 연결부는 종래의 고정식 계측 멀티센서의 문제점인 주요 수질계측 지점에 다수의 계측 센서 및 처리장치를 설치하므로 부지점용 인허가, 전원 및 통신선로의 확보 등 시공상의 제약성을 줄이기 위해 설치가 용이한 관로 설치형 또는 수도/음수대 설치형일 수 있다. 설치의 용이성을 위해 단수 없이 시공이 가능하도록 플랜지(flange) 형태를 사용하는 것이 바람직하다. 도 1의 (a)는 플랜지 형태의 상수도 관망 계측 장치의 연결부를 도시하고 있다.
상기 모니터링 스테이션은, 컴퓨터 서버의 형태이고, 상기 멀티센서부에서 수집된 실시간 데이터를 상기 통신부를 통해 사물인터넷(IoT) 기반 통신망으로 전송받아 분석하여 통합정보를 모니터링하는 상수도 관망 모니터링 및 분석 솔루션 소프트웨어를 구비하고, 상기 모니터링 스테이션에 설치된 상기 상수도 관망 모니터링 및 분석 솔루션 소프트웨어는, 상기 통신부를 통해 전송받은 수질측정 데이터를 데이터베이스화하고 분석하여 빅데이터 모델링 및 시뮬레이션 기반의 예측진단을 제공하며, 최종 수용가(水用家)의 요청에 따라 실시간 수질 정보, 누수 측정과 예측, 관망 관리 예보와 경보, 손상 구역 산출 및 대체관로 분석 정보를 제공한다.
상기 실시간 수질 정보는 상기 관망 계측 장치에서 측정된 수돗물의 수질 정보를 상기 모니터링 스테이션에서 전송받아 수도 사업자와 최종 수용가에게 실시간으로 수질 정보를 제공하는 것이고, 상기 누수 측정과 예측은 상기 관망 계측 장치에서 측정된 수돗물의 수질 정보를 상기 모니터링 스테이션에서 전송받아 상기 상수도 관망 모니터링 및 분석 솔루션 소프트웨어를 통해 데이터를 분석하여 누수가 있거나 누수가 예측되는 지점을 수도 사업자와 최종 수용가에게 알려주는 것이고, 상기 관망 관리 예보와 경보는 상기 관망 계측 장치에서 측정된 수돗물의 수질 정보를 상기 모니터링 스테이션에서 전송받아 상기 상수도 관망 모니터링 및 분석 솔루션 소프트웨어를 통해 데이터를 분석하여 수도 관망에 이상 증후를 발견하여 수도 사업자와 최종 수용가에게 예보와 경보를 하는 것이고, 상기 손상 구역 산출 및 대체관로 분석은 상기 관망 계측 장치에서 측정된 수돗물의 수질 정보를 상기 모니터링 스테이션에서 전송받아 상기 상수도 관망 모니터링 및 분석 솔루션 소프트웨어를 통해 데이터를 분석하여 수도 관로가 손상된 구역을 감지하고 손상된 관로를 대체할 수 있는 대체관로를 수도 사업자와 최종 수용가에게 알려준다.
여기서, 상기 모니터링 스테이션은 최종 수용가의 컴퓨터 또는 스마트폰으로 수질 분석 정보를 제공하며, 최종 수용가의 컴퓨터 또는 스마트폰에는 전용 소프트웨어 프로그램이 설치되어 상기 수질 분석 정보를 열람한다.
상기 모니터링 스테이션은 상기 상수도 관망 계측 장치로 상수도 관망을 분산 계측하여 시 단위 구역별로 데이터를 통합전송 및 관리할 수 있고, 주요 계측지점의 복합 센서 구성을 추가할 수 있으며, IoT 통신망과 저전력 인터페이스 구성을 통해 관리 편의성과 시공의 용이성을 확보할 수 있다.
종래의 상수도에 대한 수질 측정이 1개 항목에 대하여 1개의 측정기가 사용되고 있는 관계로 다항목 수질을 측정하려면 여러 대의 측정기가 필요한 실정이었고 상수도 및 하수도의 실시간 수질 측정을 할 수 있는 시스템이 전무한 실정에서 본 발명은 상수도 관망이나 수도꼭지 또는 음수대의 연결부위 또는 하수처리장 유입하수 부근에 관망 계측 장치를 부착시킴으로써 한 대의 측정기가 다항목 수질을 측정할 수 있고 상수도 또는 하수도에서 측정이 가능한 다항목 수질 측정 장치를 제공할 수 있다.
본 발명은 수질 및 수압 관리인자의 통합정보 측정이 가능하며, 소형화하여 이동성 및 설치 용이성이 높고 실시간 데이터 전송이 가능한 상수도 관망 계측 장치를 포함한다.
종래의 배수지 또는 주요 계측 지점 관제 시스템은 세부 관망에 대한 정보 수집에 한계가 있으며, 주기적으로 선택 구역에 대한 직접 계측 방식에 의존하므로 관리의 효율성이 낮았는데, 본 발명은 상수도 관망 계측 장치에서 측정된 데이터를 관망 정보를 기반으로 실시간 모니터링 기능을 제공하며, 멀티센서부에서 측정된 수돗물의 탁도, 잔류염소 농도, 수소이온농도, 온도, 전기전도도를 일정 시간 단위로 측정하고, 또한 가구별 단위로 측정하여, 상기 시간 단위 및 가구별 측정된 데이터를 기계학습하여 상기 수돗물의 탁도, 잔류염소 농도, 수소이온농도, 온도, 전기전도도가 기준치에 미치지 못하는 시간 또는 지역을 예측 시뮬레이션을 통하여 빅데이터 모델링 및 시뮬레이션 기반의 예측 진단을 제공할 수 있다.
즉, 멀티센서부에서 측정된 수돗물의 다항목 요소, 예를 들어 수돗물의 탁도, 잔류염소 농도, 수소이온농도, 온도, 전기전도도를 측정한 관로 실체계 데이터를 일정 시간 단위로 측정하고, 또한 가구별 단위로 측정하여, 상기 시간 단위 및 가구별 측정된 데이터를 기계학습하여 상기 수돗물의 탁도, 잔류염소 농도, 수소이온농도, 온도, 전기전도도에 대한 관로 가상 체계 데이터로 변환하여 관로 감시 및 환경을 제공하여 스마트 워터 시티 구축을 달성할 수 있다.
또한, 관망 실측 빅데이터와 수학적 시뮬레이션 비교 오차를 인공지능 기계학습을 통해 최적화하며, 관망 수리해석 가설 모델과 학습엔진을 연동하여 신뢰성을 높이고 실시간 수질 정보, 누수 측정 및 예측, 관망 관리 예보 및 경보, 손상 구역 산출, 대체관로 분석 등 상수도 관망 관리를 고도화하고 효율성을 높일 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수도 관망 통합정보의 모니터링과 빅데이터 모델링 및 시뮬레이션 기반의 예측진단 솔루션에 의한 모니터링 및 진단 솔루션 서비스에 대한 개요를 나타낸다.
도 3은 본 발명에 의한 실시예 따른 (a)시제품 내부 구성, (b)시제품 설치, (c)시제품 성능검증, (d) 테스트 베드(test-bed) 비교군을 나타낸다. 본 발명의 실시예에 따라 전원부, 수압 및 온도 등 수질인자에 대한 측정 테스트를 실시하였다.
표 1은 본 발명에 의한 실시예에 따른 시제품 주요 성능지표 평가결과에 대한 요약으로 (a)는 온도 측정, (b)는 잔류염소 농도 측정, (c)는 유속을 측정한 결과이다. 본 발명에 의한 실시예가 최고성능 수준의 상용품(미국 HACH사 제품)과 동등한 수준 또는 그 이상의 성능을 나타냄을 확인할 수 있다.
표 2는 본 발명의 실시예에 따른 시제품 유량 성능 측정 결과로 유량의 경우 측정 데이터 보정을 위한 보조 데이터로 오차범위 0.1L/min의 매우 높은 정확도를 나타내었다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
Claims (5)
- 수도 관로, 수도꼭지, 음수대 및 하수처리장 유입하수에서 선택된 어느 하나의 장소에 설치하여 수질을 측정할 수 있는 상수도 관망 계측 장치;
상기 상수도 관망 계측 장치에서 측정된 데이터를 실시간으로 전송받아 분석하는 모니터링 스테이션(Monitoring Station);
을 포함하는 스마트 워터 시티 구축을 위한 다항목 수질 측정을 사용한 통합정보 제공 시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 상수도 관망 계측 장치는,
수도 관로에 단수 없이 시공이 가능한 연결부;
상기 연결부에서 유입된 수돗물의 수질을 측정하는 멀티센서부;
상기 멀티센서부에서 측정된 수질 측정값을 표시하는 디스플레이부;
상기 멀티센서부에서 측정된 수질 측정값을 IoT 기반의 통신망으로 상기 모니터링 스테이션에 전송하는 통신부;
상기 멀티센서부에서 측정된 수질 측정값을 제어하는 제어부 ;
상기 상수도 관망 계측 장치에 전기를 공급하는 전원부;를 포함하고,
상기 멀티센서부는 전기화학센서, 광학센서, 챔버식센서 및 전극식센서에서 선택된 어느 하나 또는 2 이상을 조합한 다항목 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 워터 시티 구축을 위한 다항목 수질 측정을 사용한 통합정보 제공 시스템. - 청구항 2에 있어서,
상기 멀티센서부는, 상기 연결부에서 유입된 수돗물의 탁도를 측정하기 위한 탁도 측정센서; 상기 연결부에서 유입된 수돗물의 잔류염소의 농도를 측정하기 위한 염소 농도 측정센서; 상기 연결부에서 유입된 수돗물의 수소 이온 농도(pH)를 측정하기 위한 pH 측정센서; 상기 연결부에서 유입된 수돗물의 온도를 측정하기 위한 온도 측정센서; 상기 연결부에서 유입된 수돗물의 전기전도도를 측정하기 위한 전기전도도 측정센서;를 더욱 포함하고,
또한, 상기 모니터링 스테이션은 컴퓨터 서버로 운영되고, 상기 멀티센서부에서 수집된 실시간 데이터를 상기 통신부를 통해 사물인터넷(IoT) 기반 통신망으로 전송받아 분석하여 통합정보를 모니터링하는 상수도 관망 모니터링 및 분석 솔루션 소프트웨어를 구비하고,
상기 모니터링 스테이션에 설치된 상기 상수도 관망 모니터링 및 분석 솔루션 소프트웨어는, 상기 통신부를 통해 전송받은 수질측정 데이터를 데이터베이스화하고 분석하여 빅데이터 모델링 및 시뮬레이션 기반의 예측진단을 제공하며, 최종 수용가(水用家)의 요청에 따라 실시간 수질 정보, 누수 측정과 예측, 관망 관리 예보와 경보, 손상 구역 산출 및 대체관로 분석 정보를 제공하는 것을 특징으로 하는 스마트 워터 시티 구축을 위한 다항목 수질 측정을 사용한 통합정보 제공 시스템. - 청구항 3에 있어서,
상기 실시간 수질 정보는 상기 상수도 관망 계측 장치에서 측정된 수돗물의 수질 정보를 상기 모니터링 스테이션에서 전송받아 수도 사업자와 최종 수용가에게 실시간으로 수질 정보를 제공하는 것이고,
상기 누수 측정과 예측은 상기 상수도 관망 계측 장치에서 측정된 수돗물의 수질 정보를 상기 모니터링 스테이션에서 전송받아 상기 상수도 관망 모니터링 및 분석 솔루션 소프트웨어를 통해 데이터를 분석하여 누수가 있거나 누수가 예측되는 지점을 수도 사업자와 최종 수용가에게 알려주는 것이고,
상기 관망 관리 예보와 경보는 상기 상수도 관망 계측 장치에서 측정 된 수돗물의 수질 정보를 상기 모니터링 스테이션에서 전송받아 상기 상수도 관망 모니터링 및 분석 솔루션 소프트웨어를 통해 데이터를 분석하여 수도 관망에 이상 증후를 발견하여 수도 사업자와 최종 수용가에게 예보와 경보를 하는 것이고,
상기 손상 구역 산출 및 대체관로 분석은 상기 상수도 관망 계측 장치에서 측정된 수돗물의 수질 정보를 상기 모니터링 스테이션에서 전송받아 상기 상수도 관망 모니터링 및 분석 솔루션 소프트웨어를 통해 데이터를 분석하여 수도 관로가 손상된 구역을 감지하고 손상된 관로를 대체할 수 있는 대체관로를 수도사업자와 최종 수용가에게 알려주는 것을 특징으로 하는 스마트 워터 시티 구축을 위한 다항목 수질 측정을 사용한 통합정보 제공 시스템. - 청구항 3에 있어서,
상기 모니터링 스테이션은 최종 수용가의 컴퓨터 또는 스마트폰으로 수질 분석 정보를 제공하며, 최종 수용가의 컴퓨터 또는 스마트폰에는 전용 소프트웨어 프로그램이 설치되어 상기 수질 분석 정보를 열람하는 것을 특징으로 하는 스마트 워터 시티 구축을 위한 다항목 수질 측정을 사용한 통합정보 제공 시스템.
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