KR20220149031A - A simulation method of urban water resources cyber physical system through water distribution and sewerage linkage - Google Patents

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KR20220149031A
KR20220149031A KR1020210056153A KR20210056153A KR20220149031A KR 20220149031 A KR20220149031 A KR 20220149031A KR 1020210056153 A KR1020210056153 A KR 1020210056153A KR 20210056153 A KR20210056153 A KR 20210056153A KR 20220149031 A KR20220149031 A KR 20220149031A
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water supply
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전환돈
옥원수
정건희
유도근
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서울과학기술대학교 산학협력단
주식회사 지오엔소프트
호서대학교 산학협력단
수원대학교산학협력단
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Abstract

The present invention discloses a method for simulating a cyber-physical system for urban water resources through the connection of water supply and sewage. The method comprises a step (a) of selecting a water supply or sewer pipe network data file; a step (b) of automatically parsing the pipe network data file into an EPANET or SWMM model by a controller in a city water resources application program; a step (c) of displaying the automatically parsed syntax in a graphic viewer within the city water resources application program; a step (d) of outputting a first pipe network analysis result by executing a simulation in which the urban water resources simulator analyzes a water pipe network by using the EPANET model; a step (e) of outputting a second pipe network analysis result by executing a simulation in which the urban water resources simulator analyzes the sewage pipe network by using the first pipe network analysis result as input data of the SWMM model; and a step (f) of displaying the simulated first and second pipe network analysis results in connection with each other by the graphic viewer. According to the present invention, the water circulation which occurs around a living space of actual city residents is simulated such that integrated water resource management and monitoring which connects both water resources that increase watershed retention through retention or infiltration in the city due to rainfall, domestic water flow in the city, and water treatment facilities can be performed.

Description

상하수도 연계를 통한 도시 수자원 사이버 물리 시스템의 모의 방법{A simulation method of urban water resources cyber physical system through water distribution and sewerage linkage}A simulation method of urban water resources cyber physical system through water distribution and sewerage linkage

본 발명은 도시 수자원 사이버 물리 시스템의 모의 방법에 관한 것으로서, 특히 도시에서 가장 상시적인 흐름인 상수와 하수 흐름을 연결하고, 실제 도시 거주자들의 주거공간을 중심으로 발생하는 물 순환을 시뮬레이션할 수 있는 상하수도 연계를 통한 도시 수자원 사이버 물리 시스템의 모의 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a simulation method of a cyber-physical system for urban water resources, in particular, a water supply and sewerage system that connects water and sewage flows, which are the most regular flows in a city, and can simulate the water circulation that occurs mainly in the residential spaces of city residents. It relates to a simulation method of urban water resources cyber-physical system through linkage.

일반적으로 수자원은 식수를 포함한 생활 용수, 농업 및 공업 용수 등 인간의 생활에 필수적인 부분을 차지하고 있다.In general, water resources occupy an essential part of human life, such as drinking water, water for living, agriculture, and industrial use.

특히, 거대하고 복잡해지는 도시의 수자원 관리를 위해서는 하천 및 지하수에서의 수자원 취수 및 송수, 원수의 정수처리 과정, 저장 및 급수, 수용가에서의 물 사용량 관리, 하수 처리시설 관리, 재 이용수 및 대체 수자원 관리 등 수자원 흐름이 발생하는 다양한 분야에서 안전한 운영을 위한 모니터링 및 통합 운영이 반드시 필요하다.In particular, for water resource management in large and complex cities, water intake and transmission from rivers and groundwater, water purification process of raw water, storage and water supply, management of water consumption by consumers, management of sewage treatment facilities, management of reused water and alternative water resources Monitoring and integrated operation are essential for safe operation in various fields where water resource flows occur.

도시의 물 문제는 수량과 수질 2가지의 관점에서 접근할 수 있다. Urban water problems can be approached from two perspectives: quantity and water quality.

우선 수량의 관점에서 살펴보면, 도시는 일반적으로 아스팔트 등 물을 흡수할 수 없는 지표면인 불투수면이 넓어 자연유역에 비해 침투량이 작고, 이로 인해 도시 개발 후 장시간이 지나면 지하수 및 도시 하천수의 부족이 발생하는 경우가 많다. First of all, from the perspective of water quantity, cities generally have a wide impervious surface, which is a surface that cannot absorb water such as asphalt, and thus the amount of infiltration is smaller than that of natural watersheds. often do

또한, 강우 시 불투수면을 흘러 빠르게 발생하는 첨두 유출로 인해 하류에 홍수 피해를 야기하기도 한다. In addition, the rapid peak runoff that flows through the impervious surface during rainfall can cause flood damage downstream.

그러므로, 도시 수자원의 수량 관리를 위해 강우 시 침투량을 증가시키기 위한 방법으로 저 영향 개발(Low Impact Development, LID) 시설을 설치하는 등의 노력을 기울이고 있다.Therefore, efforts are being made to install low impact development (LID) facilities as a method to increase the amount of infiltration during rainfall for water management of urban water resources.

도시 내 수량 문제는 비단 강우에 기인하는 수자원의 효과적인 유역 내 저류량 증가에만 국한된 것은 아니다. The urban water supply problem is not limited to the increase in effective water retention in watersheds caused by rainfall.

도시의 과밀화 및 삶의 질 향상으로 인해 도시의 1인당 물 사용량이 증가하고 있으며, 도시 전체의 상수도 사용량도 매년 증가하고 있다. Due to urban overcrowding and improved quality of life, per capita water consumption in the city is increasing, and the water consumption in the entire city is also increasing every year.

이에 따라, 도시 전체에서 사용하는 생활 용수의 절대량이 증가하였고, 하수 처리장을 통해 하천으로 방류되어 사라지고 있다. Accordingly, the absolute amount of living water used throughout the city has increased, and it is being discharged into rivers through sewage treatment plants and disappearing.

따라서, 최근에 도시에서 사용하는 물을 효율적으로 관리하기 위해, 정수장에서 생산하여 공급된 수돗물의 총 수량 중에서 요금수입으로 받아들여진 수량의 비율인 '유수율'을 높이려는 노력이 지속되고 있으며, 사용하고 난 생활 하수를 재이용하려는 노력도 함께 진행되고 있다.Therefore, in order to efficiently manage the water used in the city in recent years, efforts are being made to increase the 'flow rate', which is the ratio of the amount accepted as fee income among the total amount of tap water produced and supplied at the water purification plant. Efforts to reuse domestic wastewater are also underway.

또한, 도시 물 문제 중 수질과 관련된 문제는 도시 내 초기 강우 유출수에 의한 수질 오염, 하천수 및 지하수량 저감으로 인한 수질 문제 등 다양한 관점의 접근이 필요한 문제이다. In addition, among urban water problems, water quality-related problems require an approach from various perspectives, such as water pollution due to the initial rainfall runoff in the city, and water quality problems due to reduction in the amount of river water and groundwater.

이러한 수질 문제 해결을 위해 현재까지 저 영향 개발 시설의 효과 연구 등 다양한 연구들이 수행되어 왔다.In order to solve this water quality problem, various studies such as the effect study of low-impact development facilities have been conducted so far.

하지만, 종래의 상기 연구들은 하천에서의 취수 및 생활 용수 공급을 담당하는 부처와 하수 처리 및 재 이용수 관리를 담당하는 부서가 상이하고, 각 부처의 필요에 따라 수자원 흐름을 모의하는 모형과 시스템도 각기 다르게 개발되어 사용되고 있다. However, in the above studies, the department in charge of water intake and water supply from rivers and the department in charge of sewage treatment and reuse water management are different, and the models and systems that simulate the flow of water resources according to the needs of each department are also different. developed and used differently.

이로 인해 각 시스템에서 사용하는 자료의 시간 체계가 상이하며, 각 자료가 서로 호환되지 않는 문제점이 있었다. For this reason, the time system of the data used in each system is different, and there is a problem that each data is not compatible with each other.

예를 들어, 하천의 수질 및 유량을 측정하여 관리하는 시스템과 하천수를 정수하는 정수 처리시설 및 급수시설 내에서 사용하는 자료의 수집 및 관리하는 시스템은 각각 국가 수자원 관리 종합정보 시스템과 수도 통합정보 시스템으로 구분되어 개발 및 관리되고 있다.For example, the system that measures and manages the water quality and flow of the river, and the system that collects and manages data used in water purification facilities and water supply facilities that purify river water are the national water resource management comprehensive information system and water supply integrated information system, respectively. It is developed and managed separately.

이로 인해 측정 시간과 간격이 상이하여 측정값 사이의 관계를 실시간으로 이해하고 대응하도록 관리되고 있지 않고, 하수도 시설의 수량 및 수질을 측정하는 시스템은 범용적으로 사용이 가능하도록 구축되어 있지 않은 실정이다. Due to this, the measurement time and interval are different, so it is not managed to understand and respond to the relationship between the measured values in real time, and the system for measuring the quantity and quality of sewage facilities is not built for universal use. .

이와 같이 도시의 수자원을 관리하고 모니터링하기 위한 시스템의 부실 및 자료 호환성의 결여는 사고 발생 시 효과적으로 대응하기 위한 안전대책 수립을 어렵게 하며, 재난 피해를 악화시킬 수 있으며, 효율적인 수자원의 관리가 어려워 궁극적으로 수자원의 낭비를 초래할 수 있다.As such, the inadequacy of the system for managing and monitoring urban water resources and the lack of data compatibility make it difficult to establish safety measures to effectively respond to accidents, exacerbate disaster damage, and ultimately make it difficult to efficiently manage water resources. It can lead to wastage of water resources.

그러므로, 도시의 물 순환에 대한 연구는 강우에 기인하는 물의 유역 내 저류량 확보 뿐만 아니라, 유역 내에서 사용되는 물을 모니터링하고 정원 용수 등으로 재이용함으로써 궁극적으로 강우에 기인하는 물 사용량을 줄이고, 유역 내에서 발생하는 오염물질을 저감하는 등 매우 광범위하고 폭넓은 접근이 필요하다. Therefore, research on urban water circulation not only secures the amount of water stored in the basin due to rainfall, but also monitors the water used in the basin and reuses it as garden water, ultimately reducing the amount of water used in the basin and reducing the amount of water used in the basin. A very broad and broad approach is needed, such as reducing pollutants generated in

이를 위해 도시 수자원의 흐름을 이해하고 모의할 수 있는 통합 모형의 구축은 미래 도시 수자원 관리에 매우 중요한 첫 걸음이 될 것이다. To this end, the construction of an integrated model that can understand and simulate the flow of urban water resources will be a very important first step in the management of water resources in future cities.

통합 도시 수자원 관리 모형은 궁극적으로 우수, 상수, 하수 등 모든 형태의 물 관련 모니터링과 모의가 가능한 형태가 되어야 하며, 정수 처리시설과 하수 처리시설 등 수질과 물 재이용 관련 모의가 가능한 시설도 포함된 진정한 의미의 통합 모형이어야 한다. The integrated urban water resource management model should ultimately be a form that can monitor and simulate all types of water, such as storm water, water supply, and sewage. It should be an integrated model of meaning.

이에, 본 발명자들은 수용가 중심으로 상수도와 하수도 관망을 연계하여 도심지의 물 순환을 모의하여 그 정보를 계측하고, 평상시 물 사용량 관리 및 단수나 수질 문제 발생 등 비상상황 발생 시 물 공급 관련 정책 결정에 활용할 수 있는 상하수도 연계를 통한 도시 수자원 사이버 물리 시스템의 모의 방법을 발명하기에 이르렀다.Accordingly, the inventors of the present inventors link the water supply and sewage pipe network with the center of the consumer to simulate the water circulation in the downtown area and measure the information, and to use it for water supply-related policy decision in case of emergency such as water consumption management and water outage or water quality problems. We have come to invent a simulation method of the urban water resource cyber-physical system through possible water supply and sewerage connection.

KR 10-1874562 B1KR 10-1874562 B1

본 발명의 목적은 도시 수자원의 효율적 관리를 위해 상하수도 관망 내 흐름을 정확하게 모의하고, 수용가의 수자원 과부족을 실시간으로 모니터링할 수 있는 상하수도 연계를 통한 도시 수자원 사이버 물리 시스템의 모의 방법을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a simulation method of an urban water resource cyber-physical system through connection of water and sewage that can accurately simulate the flow in a water supply and sewage pipe network for efficient management of urban water resources, and monitor the excess or shortage of water resources of consumers in real time.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.The object of the present invention is not limited to the object mentioned above, and other objects and advantages of the present invention not mentioned can be understood by the following description, and will be more clearly understood by the examples of the present invention. Further, it will be readily apparent that the objects and advantages of the present invention can be realized by the means and combinations thereof indicated in the claims.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 상하수도 연계를 통한 도시 수자원 사이버 물리 시스템의 모의 방법은 (a) 상수도 또는 하수도 관망 데이터 파일이 선택되는 단계; (b) 도시 수자원 애플리케이션 프로그램 내 컨트롤러가 EPANET또는 SWMM 모델로 상기 관망 데이터 파일의 구문을 자동 분석하는 단계; (c) 상기 자동 분석된 구문이 상기 도시 수자원 애플리케이션 프로그램 내 그래픽 뷰어에 표시되는 단계; (d) 상기 도시 수자원 시뮬레이터가 EPANET 모형을 사용하여 상수관망을 분석하는 시뮬레이션을 실행하여 제1 관망해석 결과를 출력하는 단계; (e) 상기 도시 수자원 시뮬레이터가 상기 제1 관망해석 결과를 SWMM 모형의 입력자료로 사용하여 하수관망을 분석하는 시뮬레이션을 실행하여 제2 관망해석 결과를 출력하는 단계; 및 (f) 상기 그래픽 뷰어가 상기 시뮬레이션된 제1 및 제2 관망해석 결과를 연계하여 표출하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.The simulation method of the urban water resource cyber-physical system through the water and sewage linkage of the present invention for achieving the above object comprises the steps of: (a) selecting a water supply or sewerage pipe network data file; (b) automatically analyzing the syntax of the pipe network data file with the EPANET or SWMM model by the controller in the city water resource application program; (c) displaying the automatically analyzed syntax in a graphic viewer within the urban water resource application program; (d) outputting a first pipe network analysis result by executing a simulation in which the urban water resource simulator analyzes the water supply network using the EPANET model; (e) outputting, by the urban water resource simulator, a second pipe network analysis result by using the first pipe network analysis result as input data of a SWMM model to execute a simulation to analyze the sewage pipe network; and (f) displaying, by the graphic viewer, in connection with the simulated first and second pipe network analysis results; It is characterized in that it includes.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 상하수도 연계를 통한 도시 수자원 사이버 물리 시스템의 모의 방법은 (a) 상수도 또는 하수도 관망 데이터 파일이 선택되는 단계; (b) 도시 수자원 애플리케이션 프로그램 내 컨트롤러가 EPANET 또는 SWMM 모델로 상기 관망 데이터 파일의 구문을 자동 분석하는 단계; (c) 상기 자동 분석된 구문이 상기 도시 수자원 애플리케이션 프로그램 내 그래픽 뷰어에 표시되는 단계; (d) 상기 도시 수자원 시뮬레이터가 EPANET 모형을 사용하여 상수관망을 분석하는 시뮬레이션을 실행하여 제1 관망해석 결과를 출력하는 단계; (e) 상기 도시 수자원 시뮬레이터가 상기 제1 관망해석 결과를 SWMM 모형의 입력자료로 사용하여 하수관망을 분석하는 시뮬레이션을 실행하여 제2 관망해석 결과를 출력하는 단계; 및 (f) 상기 그래픽 뷰어가 상기 시뮬레이션된 제1 및 제2 관망해석 결과를 연계하여 표출하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.The simulation method of the urban water resource cyber-physical system through the water and sewage linkage of the present invention for achieving the above object comprises the steps of: (a) selecting a water supply or sewerage pipe network data file; (b) automatically analyzing the syntax of the pipe network data file with the EPANET or SWMM model by the controller in the urban water resource application program; (c) displaying the automatically analyzed syntax in a graphic viewer within the urban water resource application program; (d) outputting a first pipe network analysis result by executing a simulation in which the urban water resource simulator analyzes the water supply network using the EPANET model; (e) outputting, by the urban water resource simulator, a second pipe network analysis result by using the first pipe network analysis result as input data of a SWMM model to execute a simulation to analyze the sewage pipe network; and (f) displaying, by the graphic viewer, in connection with the simulated first and second pipe network analysis results; It is characterized in that it includes.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 상하수도 연계를 통한 도시 수자원 사이버 물리 시스템의 모의 방법은 상기 (f) 단계 이후에, 결과 분석부가 상기 제1 및 제2 관망해석 결과를 인가받아 분석하고, 상기 결과 분석부 내 디스플레이부가 디스플레이하는 차트, 표, 위젯을 통해 시뮬레이션 결과가 확인되는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In the simulation method of the urban water resource cyber-physical system through the water supply and sewage connection of the present invention for achieving the above object, the result analysis unit receives and analyzes the first and second pipe network analysis results after step (f), and the result checking the simulation results through charts, tables, and widgets displayed by the display unit in the analysis unit; It is characterized in that it further comprises.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 상하수도 연계를 통한 도시 수자원 사이버 물리 시스템의 모의 방법은 상기 (e) 단계와 상기 (f) 단계 사이에, 상기 도시 수자원 시뮬레이터가 상기 상수관망의 급수가 이루어지는 절점과 상기 하수관망에서 사용하고 난 후의 물을 받는 절점을 연계하고, 각 절점에 급수되는 기본 물 수요량을 산출하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The simulation method of the urban water resource cyber-physical system through the water supply and sewage connection of the present invention for achieving the above object is between the steps (e) and (f), the node where the urban water resource simulator provides water supply of the water supply network; connecting nodes receiving water after being used in the sewage pipe network, and calculating a basic water demand amount supplied to each node; It is characterized in that it further comprises.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 상하수도 연계를 통한 도시 수자원 사이버 물리 시스템의 모의 방법의 상기 (f) 단계는, 사용자로부터 3D 애플리케이션이 호출되면, Unity 3D 애플리케이션이 소켓으로부터 상기 제1 및 제2 관망해석 결과의 데이터를 수신하는 단계; 상기 Unity 3D 애플리케이션이 표출할 데이터가 필요한지 여부를 판단하는 단계; 표출할 데이터가 필요한 경우, 상기 Unity 3D 애플리케이션이 상기 소켓을 통해 QT 애플리케이션에게 표출할 데이터를 재요청하는 단계; 표출할 데이터가 필요하지 않는 경우, 상기 QT 애플리케이션이 3D 데이터를 업데이트할 필요가 있는지 여부를 판단하는 단계; Unity 3D 데이터를 업데이트할 필요가 있는 경우, 상기 QT 애플리케이션이 상기 소켓에 3D 데이터를 전송하는 단계; 및 상기 Unity 3D 애플리케이션이 상기 소켓으로부터 3D 데이터를 전달받아 다시 렌더링 동작을 하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the step (f) of the simulation method of the urban water resource cyber-physical system through the water and sewage connection of the present invention for achieving the above object, when a 3D application is called from the user, the Unity 3D application executes the first and second pipe networks from the socket. receiving data of the analysis result; determining whether data to be expressed by the Unity 3D application is required; When data to be displayed is required, the Unity 3D application re-requesting data to be displayed to the QT application through the socket; determining whether the QT application needs to update the 3D data if the data to be expressed is not needed; When Unity 3D data needs to be updated, the QT application sending 3D data to the socket; and the Unity 3D application receiving 3D data from the socket and re-rendering; It is characterized in that it includes.

기타 실시예의 구체적인 사항은 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 및 첨부 "도면"에 포함되어 있다.Specific details of other embodiments are included in "Details for carrying out the invention" and the accompanying "drawings".

본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 각종 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.Advantages and/or features of the present invention, and methods of achieving them, will become apparent with reference to the various embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings.

그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 각 실시예의 구성만으로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로도 구현될 수도 있으며, 단지 본 명세서에서 개시한 각각의 실시예는 본 발명의 게시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐임을 알아야 한다.However, the present invention is not limited only to the configuration of each embodiment disclosed below, but may also be implemented in various other forms, and each embodiment disclosed in this specification only makes the publication of the present invention complete, It is provided to fully inform those of ordinary skill in the art to which the invention pertains to the scope of the present invention, and it should be understood that the present invention is only defined by the scope of each claim.

본 발명에 의할 경우, 실제 도시 거주자들의 주거공간을 중심으로 발생하는 물 순환을 모의함으로써, 강우에 기인하여 도시 내 저류나 침투를 통해 유역 보유량을 증가시키는 수자원과 도시 내 생활 용수 흐름, 수처리 시설을 모두 연결하는 통합적인 수자원 관리 및 모니터링이 가능하게 된다.According to the present invention, by simulating the water cycle that occurs mainly in the residential space of actual city residents, water resources that increase the watershed retention through infiltration or infiltration in the city due to rainfall, the flow of water for living in the city, and a water treatment facility Integrated water resource management and monitoring that connects all

또한, 상하수도 시스템 연계를 통해 보다 정밀하고 실제에 가까운 상수, 하수 흐름의 표현이 가능하다는 점에서, 수용가 중심 도시 수자원 컴포넌트의 양적인 연계, 실시간 현황 파악, 도시 수자원의 정상 운영범위 내 단기예측 정보제공, 가뭄, 취수 불가, 홍수 상황 등 비정상 상황 시 영향 예측 등의 구축시 직접적인 활용이 가능하게 된다.In addition, in that it is possible to express more precise and realistic water and sewage flows through connection with the water supply and sewerage system, quantitative connection of urban water resource components centered on consumers, real-time status identification, short-term forecast information within the normal operating range of urban water resources, It can be directly utilized when constructing an impact prediction in case of abnormal situations such as drought, water intake impossibility, and flooding.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 상하수도 흐름 연계를 통한 도시 수자원 모의 방법을 구현하기 위한 도시 수자원 사이버 물리 시스템의 도시 수자원 주요 구성요소 간 활용자료 및 연계 모의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 상하수도 연계를 통한 도시 수자원 사이버 물리 시스템의 모의 방법에서 이용하는 애플리케이션 프로그램의 구조를 나타내는 블록도이다.
도 3은 도 2에 도시된 애플리케이션 프로그램의 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 도 3에 도시된 도시 애플리케이션 프로그램의 동작 중 단계(S600)의 세부 동작을 수행하는 구성요소들의 블록도이다.
도 5는 도 3에 도시된 도시 애플리케이션 프로그램의 동작 중 단계(S600)의 세부 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6은 도 3에 도시된 도시 수자원 사이버 물리 시스템의 모의 방법을 실제 적용한 대상지에서의 수용가와 상수관망 및 하수관망의 연계 모형을 구현한 예시를 나타내는 구성도이다.
도 7은 도 3에 도시된 도시 수자원 사이버 물리 시스템의 모의 방법을 실제 적용한 대상지에서의 상수관망과 하수관망 입력자료 및 절점의 연계 정보에 대한 표이다.
도 8은 도 6에 도시된 대상지 지도에 도 7에 기재된 연계 정보를 추가하여 도시한 지도이다.
도 9는 도 3에 도시된 도시 수자원 사이버 물리 시스템의 모의 방법을 실제 적용한 대상지에서의 도시 물 순환 연계 모형을 디스플레이한 컴퓨터 화면이다.
도 10은 도 9에 도시된 도시 물 순환 연계 모형에서 일정 시간동안 모의한 물 사용량 변화에 대한 그래프이다.
1 is a diagram illustrating utilization data and link simulation configuration between major components of urban water resources of an urban water resource cyber physical system for implementing a method for simulating urban water resources through connection of water and sewage flows according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram showing the structure of an application program used in the simulation method of the urban water resource cyber-physical system through the connection of water and sewage according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a flowchart for explaining the operation of the application program shown in FIG. 2 .
FIG. 4 is a block diagram of components that perform detailed operations of step S600 during operation of the urban application program shown in FIG. 3 .
FIG. 5 is a flowchart for explaining the detailed operation of step S600 during the operation of the urban application program shown in FIG. 3 .
FIG. 6 is a configuration diagram illustrating an example of implementing a connection model between a consumer and a water supply pipe network and a sewage pipe network at a target site to which the simulation method of the urban water resource cyber physical system shown in FIG. 3 is actually applied.
FIG. 7 is a table showing input data of a water supply pipe network and a sewage pipe network in a target site to which the simulation method of the urban water resource cyber-physical system shown in FIG. 3 is applied, and linkage information of nodes.
FIG. 8 is a map illustrating the map of the target site shown in FIG. 6 by adding the linkage information described in FIG. 7 .
9 is a computer screen displaying an urban water circulation linkage model in a target site to which the simulation method of the urban water resource cyber-physical system shown in FIG. 3 is actually applied.
10 is a graph of the simulated change in water usage for a certain period of time in the urban water cycle linkage model shown in FIG. 9 .

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명을 상세하게 설명하기 전에, 본 명세서에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 무조건 한정하여 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 발명자가 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해서 각종 용어의 개념을 적절하게 정의하여 사용할 수 있다.Before describing the present invention in detail, the terms or words used herein should not be construed as being unconditionally limited to their ordinary or dictionary meanings, and in order for the inventor of the present invention to describe his invention in the best way Concepts of various terms can be appropriately defined and used.

더 나아가 이들 용어나 단어는 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 함을 알아야 한다.Furthermore, it should be understood that these terms or words should be interpreted as meanings and concepts consistent with the technical spirit of the present invention.

즉, 본 명세서에서 사용된 용어는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기 위해서 사용되는 것일 뿐이고, 본 발명의 내용을 구체적으로 한정하려는 의도로 사용된 것이 아니다.That is, the terms used herein are only used to describe preferred embodiments of the present invention, and are not intended to specifically limit the content of the present invention.

이들 용어는 본 발명의 여러 가지 가능성을 고려하여 정의된 용어임을 알아야 한다.It should be understood that these terms are defined in consideration of various possibilities of the present invention.

또한, 본 명세서에 있어서, 단수의 표현은 문맥상 명확하게 다른 의미로 지시하지 않는 이상, 복수의 표현을 포함할 수 있다.Also, in the present specification, a singular expression may include a plural expression unless the context clearly indicates otherwise.

또한, 유사하게 복수로 표현되어 있다고 하더라도 단수의 의미를 포함할 수 있음을 알아야 한다.Also, it should be noted that even if it is similarly expressed as a plural, it may include a singular meaning.

본 명세서의 전체에 걸쳐서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소를 "포함"한다고 기재하는 경우에는, 특별히 반대되는 의미의 기재가 없는 한 임의의 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 임의의 다른 구성 요소를 더 포함할 수도 있다는 것을 의미할 수 있다.In the case where it is stated throughout this specification that a component "includes" another component, it does not exclude any other component, but further includes any other component unless otherwise indicated. It could mean that you can.

더 나아가서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "내부에 존재하거나, 연결되어 설치된다"고 기재한 경우에는, 이 구성 요소가 다른 구성 요소와 직접적으로 연결되어 있거나 접촉하여 설치되어 있을 수 있다.Furthermore, when it is described that a certain component is "exists in or connected to" of another component, the component may be directly connected to or installed in contact with the other component.

또한, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있을 수도 있으며, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있는 경우에 대해서는 해당 구성 요소를 다른 구성 요소에 고정 내지 연결시키기 위한 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재할 수 있다.In addition, they may be installed to be spaced apart from each other by a certain distance, and in the case where they are installed to be spaced apart by a certain distance, there may be a third component or means for fixing or connecting the corresponding component to another component. .

한편, 상기 제 3의 구성 요소 또는 수단에 대한 설명은 생략될 수도 있음을 알아야 한다.Meanwhile, it should be noted that the description of the third component or means may be omitted.

반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결"되어 있다거나, 또는 "직접 접속"되어 있다고 기재되는 경우에는, 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재하지 않는 것으로 이해하여야 한다.On the other hand, when it is described that a certain element is "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that the third element or means does not exist.

마찬가지로, 각 구성 요소 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 " ~ 사이에"와 "바로 ~ 사이에", 또는 " ~ 에 이웃하는"과 " ~ 에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지의 취지를 가지고 있는 것으로 해석되어야 한다.Likewise, other expressions describing the relationship between components, such as "between" and "immediately between", or "adjacent to" and "directly adjacent to", have the same meaning. should be interpreted as

또한, 본 명세서에 있어서 "일면", "타면", "일측", "타측", "제 1", "제 2" 등의 용어는, 하나의 구성 요소에 대해서 이 하나의 구성 요소가 다른 구성 요소로부터 명확하게 구별될 수 있도록 하기 위해서 사용된다.In addition, in the present specification, terms such as "one side", "the other side", "one side", "the other side", "first", "second", etc., with respect to one component, the one component is a different component. It is used so that it can be clearly distinguished from the element.

하지만, 이와 같은 용어에 의해서 해당 구성 요소의 의미가 제한적으로 사용되는 것은 아님을 알아야 한다.However, it should be understood that the meaning of the corresponding component is not limitedly used by such terms.

또한, 본 명세서에서 "상", "하", "좌", "우" 등의 위치와 관련된 용어는, 사용된다면, 해당 구성 요소에 대해서 해당 도면에서의 상대적인 위치를 나타내고 있는 것으로 이해하여야 한다.In addition, in this specification, terms related to positions such as "upper", "lower", "left", and "right", if used, should be understood as indicating a relative position in the corresponding drawing with respect to the corresponding component.

또한, 이들의 위치에 대해서 절대적인 위치를 특정하지 않는 이상은, 이들 위치 관련 용어가 절대적인 위치를 언급하고 있는 것으로 이해하여서는 아니 된다.In addition, unless absolute positions are specified with respect to their positions, these position-related terms should not be understood as referring to absolute positions.

더욱이, 본 발명의 명세서에서는, "…부", "…기", "모듈", "장치" 등의 용어는, 사용된다면, 하나 이상의 기능이나 동작을 처리할 수 있는 단위를 의미한다.Furthermore, in the specification of the present invention, terms such as “…unit”, “…group”, “module”, and “device”, if used, mean a unit capable of processing one or more functions or operations.

이는 하드웨어 또는 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있음을 알아야 한다.It should be noted that this may be implemented in hardware or software, or a combination of hardware and software.

본 명세서에 첨부된 도면에서 본 발명을 구성하는 각 구성 요소의 크기, 위치, 결합 관계 등은 본 발명의 사상을 충분히 명확하게 전달할 수 있도록 하기 위해서 또는 설명의 편의를 위해서 일부 과장 또는 축소되거나 생략되어 기술되어 있을 수 있고, 따라서 그 비례나 축척은 엄밀하지 않을 수 있다.In the drawings attached to this specification, the size, position, coupling relationship, etc. of each component constituting the present invention are partially exaggerated, reduced, or omitted for convenience of explanation or in order to sufficiently clearly convey the spirit of the present invention. may be described, and thus the proportion or scale may not be exact.

또한, 이하에서, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 구성, 예를 들어, 종래 기술을 포함하는 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략될 수도 있다. In addition, in the following, in describing the present invention, a detailed description of a configuration determined that may unnecessarily obscure the gist of the present invention, for example, a detailed description of a known technology including the prior art may be omitted.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 상하수도 흐름 연계를 통한 도시 수자원 모의 방법을 구현하기 위한 도시 수자원 사이버 물리 시스템의 도시 수자원 주요 구성요소 간 활용자료 및 연계 모의 구성도이다.1 is a diagram illustrating utilization data and link simulation configuration between major components of urban water resources of an urban water resource cyber physical system for implementing a method for simulating urban water resources through connection of water and sewage flows according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 상하수도 연계를 통한 도시 수자원 사이버 물리 시스템의 모의 방법에서 이용하는 애플리케이션 프로그램의 구조를 나타내는 블록도이다.2 is a block diagram showing the structure of an application program used in the simulation method of the urban water resource cyber-physical system through the connection of water and sewage according to an embodiment of the present invention.

도 3은 도 2에 도시된 애플리케이션 프로그램의 동작을 설명하기 위한 순서도이다.FIG. 3 is a flowchart for explaining the operation of the application program shown in FIG. 2 .

도 4는 도 3에 도시된 도시 애플리케이션 프로그램의 동작 중 단계(S600)의 세부 동작을 수행하는 구성요소들의 블록도이다.FIG. 4 is a block diagram of components that perform detailed operations of step S600 during operation of the urban application program shown in FIG. 3 .

도 5는 도 3에 도시된 도시 애플리케이션 프로그램의 동작 중 단계(S600)의 세부 동작을 설명하기 위한 순서도이다.FIG. 5 is a flowchart for explaining the detailed operation of step S600 during the operation of the urban application program shown in FIG. 3 .

도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 도시 수자원 사이버 물리 시스템의 모의 방법의 동작을 개략적으로 설명하면 다음과 같다. The operation of the simulation method of the urban water resource cyber-physical system according to an embodiment of the present invention will be schematically described with reference to FIGS. 1 to 5 .

상수도 또는 하수도 관망 데이터 파일이 선택된다(S100). A water supply or sewage pipe network data file is selected (S100).

도시 수자원 애플리케이션 프로그램(100) 내 컨트롤러(110)가 EPANET 또는 SWMM 모델로 선택된 관망 데이터 파일의 구문을 자동 분석한다(S200).The city water resource application program 100 in the controller 110 automatically analyzes the syntax of the pipe network data file selected as the EPANET or SWMM model (S200).

컨트롤러(110)에서 자동 분석된 구문이 도시 수자원 애플리케이션 프로그램(100) 내 그래픽 뷰어(120)에 표시된다(S300). The syntax automatically analyzed by the controller 110 is displayed on the graphic viewer 120 within the urban water resource application program 100 (S300).

도시 수자원 시뮬레이터(미도시)가 EPANET 모형(200)을 사용하여 상수관망을 분석하는 EPANET 시뮬레이션(300)을 실행하여 제1 관망해석 결과를 출력한다(S400).The city water resource simulator (not shown) executes the EPANET simulation 300 that analyzes the water pipe network using the EPANET model 200 to output the first pipe network analysis result (S400).

도시 수자원 시뮬레이터가 제1 관망해석 결과를 입력한 SWMM 모형(250)을 사용하여 하수관망을 분석하는 SWMM 시뮬레이션(350)을 실행하여 제2 관망해석 결과를 출력한다(S500).The city water resource simulator executes the SWMM simulation 350 analyzing the sewage pipe network using the SWMM model 250 to which the first pipe network analysis result is input, and outputs the second pipe network analysis result (S500).

도시 수자원 애플리케이션 프로그램(100) 내 그래픽 뷰어(120)가 도시 수자원 시뮬레이터에서 상하수도 흐름이 연계된 제1 및 제2 관망해석 결과를 표출한다(S600).The graphic viewer 120 within the urban water resource application program 100 displays the first and second pipe network analysis results in which the water and sewage flows are linked in the urban water resource simulator (S600).

결과 분석부(400)가 도시 수자원 시뮬레이터로부터 제1 및 제2 관망해석 결과를 인가받아 분석하고, 결과 분석부(400) 내 디스플레이부(440)가 디스플레이하는 차트(410), 표(420), 위젯(430)을 통해 시뮬레이션 결과가 확인된다(S700).The result analysis unit 400 receives and analyzes the first and second pipe network analysis results from the city water resource simulator, and the display unit 440 in the result analysis unit 400 displays the chart 410, table 420, The simulation result is confirmed through the widget 430 (S700).

여기에서, 도시 수자원 시뮬레이터는 본 발명의 도시 수자원 사이버 물리 시스템의 모의 방법을 구현하는 하드웨어의 구성요소이다.Here, the urban water resource simulator is a hardware component that implements the simulation method of the urban water resource cyber-physical system of the present invention.

도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 도시 수자원 사이버 물리 시스템의 모의 방법의 유기적인 동작을 상세하게 설명하면 다음과 같다.The organic operation of the simulation method of the urban water resource cyber-physical system according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 5 .

본 실시예는 상수도와 하수도 시스템의 연계를 위해 수용가로 공급되는 상수도 관망의 모의 시간 간격과 하수도 관망의 모의 시간 간격 조정을 통해 가장 효율적으로 흐름을 연계한다.In this embodiment, the flow is most efficiently linked by adjusting the simulation time interval of the water supply pipe network supplied to the consumer and the simulation time interval of the sewage pipe network for the connection of the water supply and the sewage system.

즉, 점차적으로 복잡해지는 도시의 수자원 수요와 수자원 재이용 등의 중수도, 대체 수자원 등 다양한 수자원을 고려해야 하는 등 보다 유기적인 수자원 사용 및 통합 모티너링하기 위한 사이버 물리 시스템을 구축한다.In other words, a cyber-physical system for more organic use of water resources and integrated monitoring, such as the need to consider various water resources such as gray water and alternative water resources such as urban water resource demands and water resource reuse, which are gradually becoming more complex, will be established.

여기에서, 사이버 물리 시스템(Cyber Physical Systems, CPS)은 정보통신 기술과 디지털 기술이 결합되어 물리 세계의 정보가 디지털로 표현되는 시스템을 개발하는 것을 의미한다.Here, a cyber physical system (CPS) means developing a system in which information in the physical world is digitally expressed by combining information and communication technology and digital technology.

종래의 수자원 관리 시스템은 취수, 정수, 급수, 송수, 하수 처리 등의 개별적인 물리 시스템으로 관리되고, 각 시스템의 정보를 연계하여 표현하기에는 방대한 자료로 구성되어 있다.The conventional water resource management system is managed by individual physical systems such as water intake, water purification, water supply, water transmission, and sewage treatment, and consists of a vast amount of data to link and express information of each system.

반면, 본 발명의 수자원 관리 시스템은 상기 개별적인 물리 시스템을 연계하여 운영하는 물 관리 사이버 물리 시스템이다. On the other hand, the water resource management system of the present invention is a water management cyber-physical system operated by linking the individual physical systems.

이를 통해 본 발명은 상기 개별적인 물리 시스템의 정보를 공유할 뿐 아니라, 최적 연계 운영 및 비상상황에 대응하기 위한 시나리오 개발까지 가능하다.Through this, the present invention not only shares information on the individual physical systems, but also enables optimal linked operation and scenario development to respond to emergency situations.

통상적으로, 수용가에서 사용하고 난 상수는 다시 하수도를 통해 하수 처리장으로 흘러 들어간다. Usually, the water used by the consumer flows back to the sewage treatment plant through the sewer.

하수도는 수용가에서 사용하고 난 하수만 흘러가는 '분류식' 하수관과 우수가 함께 흘러 하수 처리장으로 흘러 들어가는 '합류식' 하수관으로 구분할 수 있다. Sewerage can be divided into a 'classification type' sewage pipe, in which only the sewage used by the consumer flows, and a 'joint type' sewage pipe, in which rainwater flows together and flows into a sewage treatment plant.

합류식 하수관은 강수가 노면에 떨어져 주택가나 농경지, 도로 등에서 오염물질과 섞여 수용가에서 배출되는 오수와 함께 하수 처리장으로 유입된다. In the merged sewer pipe, precipitation falls on the road surface, mixes with pollutants in residential areas, farmland, and roads, and flows into the sewage treatment plant along with the sewage discharged from the consumer.

그러나, 강우 시에는 합류식 하수관의 용량이 초과되어 하수 처리장에서 처리하지 못하는 오수와 우수가 하천으로 처리되지 않고 유입되는 단점이 있다. However, there is a disadvantage in that the capacity of the combined sewage pipe is exceeded during rainfall, and sewage and rainwater that cannot be treated in the sewage treatment plant are introduced into the river without being treated.

도시 인구 밀집도가 높아질수록 하수 처리장에서 처리되지 않고 방류되는 오수의 농도가 높아져 강우 시 하천 오염을 야기할 수 있다. As urban population density increases, the concentration of untreated sewage discharged from sewage treatment plants increases, which can cause river pollution during rainfall.

따라서, 도 1에서 보는 바와 같이, 강우 시 저 영향 개발(Low Impact Development, LID) 시설을 통해 도시 유역으로의 침투량 및 지하수량의 증가를 고려할 필요가 있다. Therefore, as shown in FIG. 1, it is necessary to consider the increase in the amount of infiltration into the city watershed and the amount of groundwater through the Low Impact Development (LID) facility during rainfall.

그러므로, 최근에는 분류식 하수관을 건설하고 오수만을 하수 처리장으로 보내는 용도로 사용하고 있다. Therefore, in recent years, a fractionation type sewage pipe is constructed and only the sewage is used for the purpose of sending it to a sewage treatment plant.

서울시의 하수도 통계에 따르면, 2018년 서울시 전체 하수관 길이 10,728 km 중 약 89 %인 9,545 km가 분류식 하수관이었다.According to Seoul’s sewer statistics, in 2018, about 89% of the total 10,728 km of sewer pipes in Seoul, or 9,545 km, were fractionated sewer pipes.

도 1에서 보는 바와 같이, 본 발명의 도시 수자원 모의 방법을 수행하는 사이버 물리 시스템은 도시 수자원 구성요소를 4개의 핵심 구성요소(정수장, 상수관망, 하수관망, 하수 처리장) 및 6개의 관련 구성요소(취수원, 취수장, 배수지, 수용가, 하천, 복합 수질 센서)로 구분하며, 각 대표 계측기와 연계하여 구축된다.As shown in Figure 1, the cyber-physical system performing the urban water resource simulation method of the present invention includes four core components (water purification plant, water supply pipe network, sewage pipe network, sewage treatment plant) and 6 related components ( water intake source, water intake station, drainage basin, consumer, river, and complex water quality sensor), and is constructed in connection with each representative measuring instrument.

또한, 본 발명의 도시 수자원 모의 동작을 수행하는 도시 수자원 시뮬레이터(미도시)가 사물 인터넷(IoT) 기반 계측, 수집 및 예측된 도시 수자원 자료를 활용하여 물 순환-물 공급 개별 모듈에 대한 구동을 수행하고, 상수관망 및 하수관망을 통합적으로 연계하여 도시 수자원 자료에 대한 각 상황 별 의사결정 및 결과 표출을 수행한다.In addition, the urban water resource simulator (not shown) performing the urban water resource simulation operation of the present invention utilizes Internet of Things (IoT)-based measurement, collection and predicted urban water resource data to drive the individual modules of water circulation-water supply In addition, by linking the water supply pipe network and the sewage pipe network in an integrated manner, decision-making for each situation and result expression of urban water resource data is performed.

즉, 도시 수자원 시뮬레이터가 취수원, 상수관망 및 하수관망, 정수 및 하수 처리시설, 그리고 저 영향 개발(Low Impact Development) 인프라 등 도시 수자원의 모든 가능요소를 고려하여 연계 운영 모의를 수행한다.In other words, the urban water resource simulator performs a linked operation simulation by considering all possible factors of urban water resources such as water intake sources, water supply and sewage pipe networks, water purification and sewage treatment facilities, and low impact development infrastructure.

이를 위하여 본 발명은 QT 유저 인터페이스 애플리케이션을 이용한다.For this, the present invention uses a QT user interface application.

여기에서, QT는 자바 프레임워크나 닷넷 프레임워크와 같이 크로스 플랫폼(Cross-Platform)을 지원하는 프레임워크를 의미한다.Here, QT means a framework that supports cross-platform, such as a Java framework or a .NET framework.

QT는 C++ 언어를 사용함에 따라 전적으로 객체 지향적이고 확장 가능하여 진정한 컴포넌트 프로그래밍을 지원하며, Qt 크리에이터(Creator)에 통합된 대화식 그래픽 도구인 Qt 디자이너(Designer)와 함께 제공되는 위젯 모듈을 사용하여 GUI를 C ++로 직접 작성 가능하다.As QT uses the C++ language, it is entirely object-oriented and extensible to support true component programming, and GUIs can be created using the widget module provided with Qt Designer, an interactive graphics tool integrated into Qt Creator. It can be written directly in C++.

도 2 및 도 3에서 보는 바와 같이, 본 발명의 도시 수자원 사이버 물리 시스템에서 이용하는 애플리케이션 프로그램(100) 내 컨트롤러(110)는 상수도 시뮬레이션을 위한 EPANET의 C 소스와 하수도 시뮬레이션을 위한 SWMM의 C 소스를 변환하여 사용한다. 2 and 3, the controller 110 in the application program 100 used in the urban water resource cyber-physical system of the present invention converts C source of EPANET for water supply simulation and C source of SWMM for sewage simulation use it

또한, EPANET의 비지니스 로직을 유지하기 위해 EPANET delphi에서 일부 변환된 메인 모델 클래스를 사용하고, SWMM의 비지니스 로직을 유지하기 위해 SWMM Delphi에서 일부 변환된 메인 모델 클래스를 사용한다.In addition, to maintain the business logic of EPANET, some converted main model classes are used in EPANET delphi, and some converted main model classes are used in SWMM Delphi to maintain SWMM's business logic.

여기에서, EPANET은 미국 환경보호청(Environmental protection Agency, EPA)의 식수 연구부서에서 개발한 모형으로서, 폐쇄형 관로의 수리 및 수질 분포를 해석하기 위한 컴퓨터 프로그램이다. Here, EPANET is a model developed by the drinking water research department of the US Environmental Protection Agency (EPA), and is a computer program to analyze the hydraulics and water quality distribution of closed pipelines.

EPANET 모형(200)은 관망의 관로, 절점(node), 펌프 밸브, 저장 탱크 또는 배수지로 구성되며, 관망의 물리적 특성인 관경, 길이, 조도 계수, 에너지 수두 변화량 등을 이용하여 관망의 지점별, 모의 시간별로 수리학적 특성인 유량, 유속, 수압, 손실 수두와 관망에서의 수질변화를 모의한다.The EPANET model 200 is composed of a pipe network, a node, a pump valve, a storage tank, or a drain. The hydraulic properties such as flow rate, flow velocity, water pressure, loss head and water quality change in the pipe network are simulated for each simulation time.

또한, SWMM 모형(250)은 1971년 미국 환경보호청(Environmental protection Agency, EPA)의 지원을 받아 만들어진 도시 유역에서의 유출수 및 수질을 모의하기 위한 EPA-SWMM 모형이다. In addition, the SWMM model 250 is an EPA-SWMM model for simulating runoff and water quality in urban watersheds created with the support of the US Environmental Protection Agency (EPA) in 1971.

이 모형에서는 우수관의 월류, 우수관 내 흐름, 관 내 압력이 작용할 때의 모의(surcharge) 등이 가능하며, 수리학적인 영향을 고려할 수 있다. In this model, it is possible to simulate the overflow of the storm pipe, the flow in the storm pipe, and the surcharge when the pressure in the pipe is applied, and the hydraulic effect can be considered.

상기 EPANET 모형(200)과 SWMM 모형(250)은 본 발명이 속하는 기술분야에서 공지된 모형들로서, 더 이상의 상세한 내용의 기재는 생략한다. The EPANET model 200 and the SWMM model 250 are known models in the art to which the present invention pertains, and further detailed descriptions are omitted.

또한, 유역 내 존재하는 저류 시설 및 수리 구조물에 대한 영향을 평가할 수 있다. In addition, the impact on storage facilities and hydraulic structures present in the watershed can be assessed.

도시 유역에서의 유출을 모의하기 위해 모형은 소 배수구역(subbasin)과 관로를 이용한다. To simulate runoff from urban watersheds, the model uses subbasins and pipelines.

소 배수구역에 내린 강우 및 융설이 유역의 입력자료가 되고, 유역의 표면 흐름과 유역 내 관로를 따라 유출이 발생한다. Rainfall and snowmelt falling on the small drainage area become input data for the watershed, and runoff occurs along the surface flow of the watershed and pipelines within the watershed.

유출 계산 시 증발과 침투, 지면 저류 등의 손실을 고려하며 오염도 역시 모의가 가능하다.When calculating the runoff, losses such as evaporation, infiltration and ground retention are taken into account and the degree of contamination can also be simulated.

사용자가 상수도 또는 하수도 관망 데이터의 inp 파일을 선택하면(S100), 본 발명의 도시 수자원 애플리케이션 프로그램(100) 내 컨트롤러(110)가 EPANET 모델 또는 SWMM 모델로 관망 데이터 파일의 구문을 자동으로 분석하고 그래픽 뷰어(120)에 표시한다.When the user selects the inp file of the water supply or sewage pipe network data (S100), the controller 110 in the urban water application program 100 of the present invention automatically analyzes the syntax of the pipe network data file with the EPANET model or the SWMM model and graphically displayed on the viewer 120 .

사용자가 시뮬레이션을 실행하면, 도시 수자원 시뮬레이터가 먼저 EPANET 상수관망을 분석하는 EPANET 시뮬레이션(300)을 실행하여 제1 관망해석 결과를 출력한 후에, 제1 관망해석 결과에서 수용가의 물 소모량(consumptive use)을 제외한 유량을 입력값으로 사용한 SWMM 하수관망을 분석하는 SWMM 시뮬레이션(350)을 실행하여 제2 관망해석 결과를 출력한다.When the user executes the simulation, the city water resource simulator first executes the EPANET simulation 300 that analyzes the EPANET water pipe network and outputs the first pipe network analysis result, and then the water consumption of the consumer in the first pipe network analysis result (consumptive use) The SWMM simulation 350 that analyzes the SWMM sewage pipe network using the flow rate except for the flow rate as an input value is executed to output the second pipe network analysis result.

그 다음, 제1 및 제2 관망해석 결과를 그래픽 뷰어(120)에 표출한다. Then, the first and second pipe network analysis results are displayed on the graphic viewer 120 .

사용자는 시뮬레이션된 제1 및 제2 관망해석 결과를 인가받아 분석하는 결과 분석부(400) 내 디스플레이부(440)에 디스플레이되는 QT 차트(410), QT 표(420), QT 위젯(430)을 통해 시뮬레이션 결과를 확인하고, 소켓 통신부(450)를 통해 표출할 속성을 다중 선택할 수 있다.The user receives the simulated first and second pipe network analysis results and receives the QT chart 410, the QT table 420, and the QT widget 430 displayed on the display unit 440 in the result analysis unit 400 that analyzes them. The simulation result can be checked through the , and multiple attributes to be expressed can be selected through the socket communication unit 450 .

도 4 및 도 5에서 보는 바와 같이, 본 발명에서 이용하는 애플리케이션 프로그램의 동작 중 단계(S600)는 상수도와 하수도 관망해석 결과를 3D 형태로 확인할 수 있도록 구현한다.As shown in FIGS. 4 and 5 , step S600 of the operation of the application program used in the present invention is implemented so that the analysis result of the water supply and sewage pipe network can be checked in 3D form.

이때, 3D 애플리케이션은 Unity 3D 엔진을 사용한다.In this case, the 3D application uses the Unity 3D engine.

사용자가 3D 애플리케이션을 호출하면 Unity 3D 애플리케이션(600)이 소켓(500)으로부터 제1 및 제2 관망해석 결과의 데이터 수신을 시작하고, 데이터는 소켓(500)으로 전송된다. When the user calls the 3D application, the Unity 3D application 600 starts receiving data of the first and second pipe network analysis results from the socket 500 , and the data is transmitted to the socket 500 .

다음에, Unity 3D 애플리케이션(600)이 표출할 데이터가 필요한지 여부를 판단한다.Next, it is determined whether the data to be expressed by the Unity 3D application 600 is required.

만일, 표출할 데이터가 필요한 경우, Unity 3D 애플리케이션(600)은 소켓(500)을 통해 QT 애플리케이션에 표출할 데이터를 재요청한 후에, 단계(S630)로 회귀하여 이후 동작을 반복한다.If data to be displayed is required, the Unity 3D application 600 re-requests the data to be displayed to the QT application through the socket 500, then returns to step S630 and repeats the subsequent operation.

반면, 표출할 데이터가 필요하지 않는 경우, QT 애플리케이션이 3D 데이터를 업데이트할 필요가 있는지 여부를 판단한다.On the other hand, if the data to be displayed is not required, it is determined whether the QT application needs to update the 3D data.

만일, Unity 3D 데이터를 업데이트할 필요가 있는 경우, QT 애플리케이션이 소켓(500)에 3D 데이터를 전송하고, Unity 3D 애플리케이션(600)은 소켓(500)으로부터 3D 데이터를 전달받아 이를 이용하여 다시 렌더링 동작을 하게 된다.If there is a need to update Unity 3D data, the QT application transmits 3D data to the socket 500 , and the Unity 3D application 600 receives 3D data from the socket 500 and uses it to re-render will do

여기에서, 렌더링(rendering)은 2차원의 화상에 광원, 위치, 색상 등 외부의 정보를 고려하여 사실감을 불어넣어, 3차원 화상을 만드는 과정으로서, 평면적으로 보이는 물체에 그림자나 농도의 변화 등을 주어 입체감이 들게 함으로써 사실감을 추가하는 컴퓨터 그래픽 상의 과정이다. Here, rendering is a process of creating a three-dimensional image by injecting realism into a two-dimensional image in consideration of external information such as light source, position, and color, and changes in shadow or density of a flat object It is a process in computer graphics that adds realism by giving a three-dimensional effect.

반면, Unity 3D 데이터를 업데이트할 필요가 없는 경우, 단계(S630)로 회귀하여 이후 동작을 반복한다.On the other hand, if it is not necessary to update the Unity 3D data, the process returns to step S630 and the subsequent operation is repeated.

도 6은 도 3에 도시된 도시 수자원 사이버 물리 시스템의 모의 방법을 실제 적용한 대상지에서의 수용가와 상수관망 및 하수관망의 연계 모형을 구현한 예시를 나타내는 구성도이다.FIG. 6 is a configuration diagram illustrating an example of implementing a connection model between a consumer and a water supply pipe network and a sewage pipe network at a target site to which the simulation method of the urban water resource cyber-physical system shown in FIG. 3 is actually applied.

도 7은 도 3에 도시된 도시 수자원 사이버 물리 시스템의 모의 방법을 실제 적용한 대상지에서의 상수관망과 하수관망 입력자료 및 절점의 연계 정보에 대한 표이다.FIG. 7 is a table showing input data of a water supply pipe network and a sewage pipe network in a target site to which the simulation method of the urban water resource cyber-physical system shown in FIG. 3 is applied, and linkage information of nodes.

도 8은 도 6에 도시된 대상지 지도에 도 7에 기재된 연계 정보를 추가하여 도시한 지도이다.FIG. 8 is a map illustrating the map of the target site shown in FIG. 6 by adding the linkage information described in FIG. 7 .

도 1 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 도시 수자원 사이버 물리 시스템의 모의 방법의 동작을 상세하게 설명하면 다음과 같다.The operation of the simulation method of the urban water resource cyber-physical system according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 8 .

본 실시예는 도시 물 순환 모형 구축을 위해 상수관망과 오수관망을 연계하기 위한 대상지를 선정한다. In this embodiment, a target site for linking the water supply pipe network and the sewage pipe network is selected for building a city water circulation model.

대상지는 세종시에 새로 개발된 지역 중 한 곳으로서, 아파트 단지와 유치원, 초·중·고등학교, 공원이 위치한 지역이다. The target site is one of the newly developed areas in Sejong City, where apartment complexes, kindergartens, elementary, middle and high schools, and parks are located.

대상 지역 내에 위치한 아파트는 총 2개 단지이며, 각 단지의 세대수는 1,990 세대와 1,110 세대이다. There are a total of two apartment complexes located within the target area, and the number of households in each complex is 1,990 and 1,110.

각 동별 물 사용량을 계측하면, 수용가에서 사용된 상수가 하수도를 통해 배출되어 하수 처리장으로 흘러가는 물의 흐름을 연계할 수 있다. By measuring the amount of water used by each building, the water used by the consumer can be discharged through the sewer and the flow of water flowing to the sewage treatment plant can be linked.

일반적으로 생활 용수로 공급된 상수는 사용하고 난 후에 하수도를 통해 하수 처리장으로 배출되는데, 공급된 물의 약 90%가 하수로 배출된다고 알려져 있다. In general, tap water supplied as living water is discharged to a sewage treatment plant through the sewer after use, and it is known that about 90% of the supplied water is discharged as sewage.

그러므로, 본 실시예는 상수에서 하수로 연계되는 삭감률(상수 사용량 중 하수도로 유입되지 않는 수용가의 물 소모량(consumptive use) 비율)을 약 10%로 적용한다.Therefore, in this embodiment, the reduction rate (consumptive use ratio of consumers who do not flow into the sewage among the water consumption used) connected to the sewage is applied to about 10%.

도 6에서 보는 바와 같이, 대상 지역의 크기가 그렇게 크지 않으므로 상수와 하수 관망이 복잡하지 않으나, 하수관망(b)은 망 형상을 이루고 있는 상수관망(a)과 달리 나뭇가지처럼 여러 가닥으로 뻗은 모양인 수지상(樹枝狀) 형상임을 알 수 있다. As shown in FIG. 6 , since the size of the target area is not so large, the water supply and sewage pipe network is not complicated, but the sewage pipe network (b) has a shape that extends into several strands like a tree branch, unlike the water supply pipe network (a) that forms a network. It can be seen that the phosphorus dendritic (樹枝狀) shape.

상수관망은 절점 32개, 관은 31개로 구성되어 있으며, 배수지나 광역 상수도를 통해 공급되는 소배수 구역을 나타내고 있으므로, 공급되는 압력을 현실과 맞추기 위해 임의로 탱크를 추가하여 모의하였다. The water pipe network consists of 32 nodes and 31 pipes, and represents a small drainage area supplied through a drainage basin or a wide-area water supply.

도 6(b)에 나타낸 하수관망은 15개 소유역으로 구분하여 각 소유역에 해당된 상수관 급수관에서의 물 사용량 중 90%가 해당 유역의 유입량이 되도록 구성한다. The sewage pipe network shown in FIG. 6(b) is divided into 15 subwatersheds, and 90% of the water consumption in the water supply pipe corresponding to each subwatershed is the inflow of the corresponding watershed.

SWMM 모형(250)의 입력자료는 시간별 상수 공급량에 삭감률을 고려하여 시간별 하수 발생량이 도시 수자원 시뮬레이터가 입력되어야 한다.As the input data of the SWMM model 250, the amount of sewage generated by hour should be input to the city water resource simulator in consideration of the reduction rate in the hourly water supply amount.

도시 수자원 시뮬레이터는 EPANET 모형(200)을 이용하는 상수관망의 급수가 이루어지는 절점과 SWMM 모형(250)을 이용하는 하수관망에서 사용하고 난 후의 물을 받는 절점을 연계하고, 각 절점에 급수되는 기본 물 수요량(base water demand)을 산출하여 도 7에 나타내었다. The urban water resource simulator connects the node where the water supply is made using the EPANET model 200 and the node that receives the water after being used in the sewage pipe network using the SWMM model 250, and the basic water demand ( base water demand) was calculated and shown in FIG. 7 .

여기에서, EPANET 모형(200)과 SWMM 모형(250)은 모두 미국 환경청(EPA)에서 개발하여 배포하는 오픈 소스로서, 개발이 가능하도록 개발자 툴 키트(toolkit)를 함께 배포하고 있으므로, 도 2에 도시된 QT UI 애플리케이션에서 두 프로그램의 개발자 툴 키트를 이용하여 연계를 한다.Here, the EPANET model 200 and the SWMM model 250 are both open source developed and distributed by the US Environmental Protection Agency (EPA), and since a developer toolkit is distributed to enable development, it is shown in FIG. Connect using the developer tool kit of the two programs in the QT UI application.

급수 구역 중 아파트가 아닌 유치원, 초,중,고등학교 및 공원의 물 수요량은 학교의 학생 정원을 기준으로 계산한다.Among the water supply areas, the water demand for kindergartens, elementary, middle, high schools and parks other than apartments is calculated based on the school's student capacity.

한편, 통계청에서 작성한 2019년 통계에 따르면, 우리나라의 1가구당 평균 인구수는 2.4명으로 제시되어 있다. Meanwhile, according to the 2019 statistics prepared by the National Statistical Office, the average number of people per household in Korea is presented as 2.4.

이에, 본 발명은 각 동별 세대수를 고려한 각 동별 인구수를 계산하고, 그 결과를 이용하여 아파트의 각 동별 물 사용량을 추정한다. Accordingly, the present invention calculates the number of people in each dong considering the number of households in each dong, and estimates the water consumption for each dong of the apartment by using the result.

또한, 환경부에서 매년 발행하는 '상수도 통계'에 따르면, 1인당 물 사용량은 348

Figure pat00001
로 알려져 있다. In addition, according to 'waterworks statistics' issued annually by the Ministry of Environment, water consumption per capita is 348
Figure pat00001
is known as

이에 따라, 선정된 대상지의 각 구역에 공급되는 기본 물 사용량의 산출값이 도 7의 '물 수요량' 항목에 기재되어 있다. Accordingly, the calculated value of the basic water consumption to be supplied to each area of the selected target site is described in the 'water demand' item of FIG. 7 .

도 7에 기재된 상수관망과 하수관망의 연계 정보(상수관망 절점 ID 및 하수관망 절점 ID)를 활용하여 도 6의 지도 위에 대략적으로 나타내면 도 8과 같이 나타낼 수 있다.By using the connection information between the water supply pipe network and the sewage pipe network described in FIG. 7 (water supply pipe network node ID and sewage pipe network node ID), it can be roughly represented on the map of FIG. 6 as shown in FIG. 8 .

도 9는 도 3에 도시된 도시 수자원 사이버 물리 시스템의 모의 방법을 실제 적용한 대상지에서의 도시 물 순환 연계 모형을 디스플레이한 컴퓨터 화면이다.9 is a computer screen displaying an urban water circulation linkage model in a target site to which the simulation method of the urban water resource cyber-physical system shown in FIG. 3 is actually applied.

도 10은 도 9에 도시된 도시 물 순환 연계 모형에서 일정 시간동안 모의한 물 사용량 변화에 대한 그래프이다.10 is a graph of the simulated change in water usage for a certain period of time in the urban water cycle linkage model shown in FIG. 9 .

도 1 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 도시 수자원 사이버 물리 시스템의 모의 방법의 시뮬레이션 결과를 상세하게 설명하면 다음과 같다.The simulation results of the simulation method of the urban water resource cyber-physical system according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 10 .

도 9에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 도시 물 순환 연계 모형은 그래픽 유저 인터페이스(GUI)를 이용하여 EPANET과 SWMM에서 네트워크를 구성할 때 사용할 수 있는 절점, 링크, 탱크, 밸브, 펌프 등의 아이콘을 동일하게 개발하여 위쪽 툴 바와 왼쪽 탐색창에서 볼 수 있다.As shown in FIG. 9, the urban water circulation linkage model according to the present invention uses a graphical user interface (GUI) to configure the network in EPANET and SWMM using icons such as nodes, links, tanks, valves, pumps, etc. is developed in the same way, and you can see it in the upper toolbar and the left navigation pane.

또한, 개발된 Qt 그래픽 유저 인터페이스에서 연계된 모형을 직접 모의한 후에 그 결과까지 컴퓨터 화면 상에서 확인해 볼 수 있다.In addition, after simulating the linked model directly in the developed Qt graphical user interface, the result can be checked on the computer screen.

도 9에 도시된 예시와 같이, 상수관망과 하수관망을 같은 GUI에 도시하고, 동시에 모의할 수 있다. As shown in the example shown in FIG. 9 , the water supply pipe network and the sewage pipe network are shown in the same GUI and can be simulated at the same time.

본 발명에서 개발된 모형의 성능 평가를 위해, 기본 물 사용량을 도 7과 같이 구역별로 지정하고, 1일 시간별 물 사용량 변화 패턴을 이용하여 일정 시간인 48시간 동안의 물 공급과 물 순환을 모의해 본 결과, 도 10과 같은 물 사용량과 하수 발생량을 관측할 수 있었다.For the performance evaluation of the model developed in the present invention, the basic water usage is designated for each zone as shown in FIG. 7, and water supply and water circulation for a certain period of time of 48 hours are simulated using a daily and hourly water usage change pattern. As a result, it was possible to observe the amount of water consumption and sewage generation as shown in FIG. 10 .

이때, 1일 시간별 물 사용량 변화 패턴은 아침 출근시간에 가장 큰 첨두 수요량이 발생하고, 저녁시간과 퇴근시간에 두 번째 첨두 수요량이 발생하는 것으로 조사된 물 사용량 변화 패턴을 활용하였다. In this case, the change pattern of water usage by hour per day used the water usage change pattern investigated in that the largest peak demand occurred during the morning rush hour and the second peak demand occurred during the evening and leave hours.

물 사용량은 EPANET에 입력되어 있는 기본 물 사용량과 상기 물 사용량 변화 패턴에 의해 생성이 되고, 하수 발생량은 삭감률을 고려하여 매 시간 자동 계산된다. The water usage is generated by the basic water usage entered into the EPANET and the water usage change pattern, and the amount of sewage generated is automatically calculated every hour in consideration of the reduction rate.

이와 같은 계산이 도 7에 제시된 모든 절점에서 수행되지만, 도 10은 대표적으로 상수관망 절점 29와 하수관망 절점 28이 연계되는 지점에 대해서만 본 발명의 도시 수자원 사이버 물리 시스템의 모의 방법을 시뮬레이션한 결과이다.Although this calculation is performed at all the nodes shown in FIG. 7, FIG. 10 is a simulation result of the simulation method of the urban water resource cyber-physical system of the present invention only for the points where the water supply network node 29 and the sewage pipe network node 28 are connected. .

이와 같이, 본 발명은 도시 수자원의 효율적 관리를 위해 상하수도 관망 내 흐름을 정확하게 모의하고, 수용가의 수자원 과부족을 실시간으로 모니터링할 수 있는 상하수도 연계 모의를 통한 도시 수자원 사이버 물리 시스템의 모의 방법을 제공한다.As described above, the present invention provides a method of simulating an urban water resource cyber-physical system through a water supply and sewerage-linked simulation capable of accurately simulating the flow in a water supply and sewage pipe network for efficient management of urban water resources, and monitoring the excess or shortage of water resources of consumers in real time.

이를 통하여, 본 발명은 실제 도시 거주자들의 주거공간을 중심으로 발생하는 물 순환을 모의함으로써, 강우에 기인하여 도시 내 저류나 침투를 통해 유역 보유량을 증가시키는 수자원과 도시 내 생활 용수 흐름, 수처리 시설을 모두 연결하는 통합적인 수자원 관리 및 모니터링이 가능하게 된다.Through this, the present invention simulates the water circulation that occurs mainly in the residential space of actual city dwellers, thereby increasing the water resource and urban living water flow and water treatment facilities that increase the watershed retention through infiltration or infiltration in the city due to rainfall. Integrated water resource management and monitoring that connects all of them becomes possible.

또한, 상하수도 시스템 연계를 통해 보다 정밀하고 실제에 가까운 상수, 하수 흐름의 표현이 가능하다는 점에서, 수용가 중심 도시 수자원 컴포넌트의 양적인 연계, 실시간 현황 파악, 도시 수자원의 정상 운영범위 내 단기예측 정보제공, 가뭄, 취수 불가, 홍수 상황 등 비정상 상황 시 영향 예측 등의 구축시 직접적인 활용이 가능하게 된다.In addition, in that it is possible to express more precise and realistic water and sewage flows through connection with the water supply and sewage system, quantitative connection of urban water resource components centered on consumers, real-time status identification, short-term forecast information within the normal operating range of urban water resources, It can be directly utilized when constructing an impact prediction in case of abnormal situations such as drought, water intake impossibility, and flooding.

이상, 일부 예를 들어서 본 발명의 바람직한 여러 가지 실시예에 대해서 설명하였지만, 본 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 항목에 기재된 여러 가지 다양한 실시예에 관한 설명은 예시적인 것에 불과한 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이상의 설명으로부터 본 발명을 다양하게 변형하여 실시하거나 본 발명과 균등한 실시를 행할 수 있다는 점을 잘 이해하고 있을 것이다.In the above, although several preferred embodiments of the present invention have been described with some examples, the descriptions of various various embodiments described in the "Specific Contents for Carrying Out the Invention" item are merely exemplary, and the present invention Those of ordinary skill in the art will understand well that the present invention can be practiced with various modifications or equivalents to the present invention from the above description.

또한, 본 발명은 다른 다양한 형태로 구현될 수 있기 때문에 본 발명은 상술한 설명에 의해서 한정되는 것이 아니며, 이상의 설명은 본 발명의 개시 내용이 완전해지도록 하기 위한 것으로 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항에 의해서 정의될 뿐임을 알아야 한다.In addition, since the present invention can be implemented in various other forms, the present invention is not limited by the above description, and the above description is intended to complete the disclosure of the present invention, and is generally It is to be understood that this is only provided to fully inform those with knowledge of the scope of the present invention, and that the present invention is only defined by each of the claims.

100: 도시 수자원 애플리케이션 프로그램
110: 컨트롤러
120: 그래픽 뷰어
130: 모델들
200: EPANET 모형
250: SWMM 모형
300: EPANET 시뮬레이션
350: SWMM 시뮬레이션
400: 결과 분석부
410: QT 차트
420: QT 표
430: QT 위젯
440: 디스플레이부
450: 소켓 통신부
460: unity 3D 시뮬레이션
500: 소켓
600: Unity 3D 애플리케이션
100: Urban Water Application Program
110: controller
120: graphic viewer
130: models
200: EPANET Model
250: SWMM model
300: EPANET Simulation
350: SWMM simulation
400: result analysis unit
410: QT chart
420: QT table
430: QT widget
440: display unit
450: socket communication unit
460: unity 3D simulation
500: socket
600: Unity 3D application

Claims (5)

도시 수자원 시뮬레이터가 사물 인터넷 기반으로 계측, 수집 및 예측된 도시 수자원 자료를 활용하여 물 순환-물 공급 개별 모듈에 대한 구동을 수행하는 단계; 및
상기 도시 수자원 시뮬레이터가 상기 개별 모듈의 상수관망 및 하수관망을 통합 연계하여 상기 도시 수자원 자료에 대한 각 상황 별 의사결정 및 결과 표출을 수행하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는,
상하수도 연계를 통한 도시 수자원 사이버 물리 시스템의 모의 방법.
performing, by the urban water resource simulator, driving the individual modules of water circulation-water supply by utilizing the measured, collected and predicted urban water resource data based on the Internet of Things; and
performing, by the city water resource simulator, decision-making and result expression for each situation on the urban water resource data by integrating and linking the water supply pipe network and the sewage pipe network of the individual modules;
characterized in that it comprises,
Simulation method of urban water resources cyber-physical system through water supply and sewerage connection.
제 1 항에 있어서,
(a) 상수도 또는 하수도 관망 데이터 파일이 선택되는 단계;
(b) 도시 수자원 애플리케이션 프로그램 내 컨트롤러가 EPANET 또는 SWMM 모델로 상기 관망 데이터 파일의 구문을 자동 분석하는 단계;
(c) 상기 자동 분석된 구문이 상기 도시 수자원 애플리케이션 프로그램 내 그래픽 뷰어에 표시되는 단계;
(d) 상기 도시 수자원 시뮬레이터가 EPANET 모형을 사용하여 상수관망을 분석하는 시뮬레이션을 실행하여 제1 관망해석 결과를 출력하는 단계;
(e) 상기 도시 수자원 시뮬레이터가 상기 제1 관망해석 결과를 SWMM 모형의 입력자료로 사용하여 하수관망을 분석하는 시뮬레이션을 실행하여 제2 관망해석 결과를 출력하는 단계; 및
(f) 상기 그래픽 뷰어가 상기 시뮬레이션된 제1 및 제2 관망해석 결과를 연계하여 표출하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는,
상하수도 연계를 통한 도시 수자원 사이버 물리 시스템의 모의 방법.
The method of claim 1,
(a) selecting a water supply or sewage pipe network data file;
(b) automatically analyzing the syntax of the pipe network data file with the EPANET or SWMM model by the controller in the urban water resource application program;
(c) displaying the automatically analyzed syntax in a graphic viewer within the urban water resource application program;
(d) outputting a first pipe network analysis result by executing a simulation in which the urban water resource simulator analyzes the water supply network using the EPANET model;
(e) outputting, by the urban water resource simulator, a second pipe network analysis result by using the first pipe network analysis result as input data of a SWMM model to execute a simulation to analyze the sewage pipe network; and
(f) displaying, by the graphic viewer, in connection with the simulated first and second pipe network analysis results;
characterized in that it comprises,
Simulation method of urban water resources cyber-physical system through water supply and sewerage connection.
제 2 항에 있어서,
상기 (f) 단계 이후에,
결과 분석부가 상기 제1 및 제2 관망해석 결과를 인가받아 분석하고, 상기 결과 분석부 내 디스플레이부가 디스플레이하는 차트, 표, 위젯을 통해 시뮬레이션 결과가 확인되는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
상하수도 연계를 통한 도시 수자원 사이버 물리 시스템의 모의 방법.
3. The method of claim 2,
After step (f),
a step in which the result analysis unit receives and analyzes the first and second pipe network analysis results, and confirms the simulation results through charts, tables, and widgets displayed by the display unit in the result analysis unit;
characterized in that it further comprises,
Simulation method of urban water resources cyber-physical system through water supply and sewerage connection.
제 2 항에 있어서,
상기 (e) 단계와 상기 (f) 단계 사이에,
상기 도시 수자원 시뮬레이터가 상기 상수관망의 급수가 이루어지는 절점과 상기 하수관망에서 사용하고 난 후의 물을 받는 절점을 연계하고, 각 절점에 급수되는 기본 물 수요량을 산출하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
상하수도 연계를 통한 도시 수자원 사이버 물리 시스템의 모의 방법.
3. The method of claim 2,
Between step (e) and step (f),
linking, by the urban water resource simulator, a node where water is supplied to the water supply network with a node receiving water after being used in the sewage pipe network, and calculating a basic water demand amount supplied to each node;
characterized in that it further comprises,
Simulation method of urban water resources cyber-physical system through water supply and sewerage connection.
제 2 항에 있어서,
상기 (f) 단계는,
사용자로부터 3D 애플리케이션이 호출되면, Unity 3D 애플리케이션이 소켓으로부터 상기 제1 및 제2 관망해석 결과의 데이터를 수신하는 단계;
상기 Unity 3D 애플리케이션이 표출할 데이터가 필요한지 여부를 판단하는 단계;
표출할 데이터가 필요한 경우, 상기 Unity 3D 애플리케이션이 상기 소켓을 통해 QT 애플리케이션에게 표출할 데이터를 재요청하는 단계;
표출할 데이터가 필요하지 않는 경우, 상기 QT 애플리케이션이 3D 데이터를 업데이트할 필요가 있는지 여부를 판단하는 단계;
Unity 3D 데이터를 업데이트할 필요가 있는 경우, 상기 QT 애플리케이션이 상기 소켓에 3D 데이터를 전송하는 단계; 및
상기 Unity 3D 애플리케이션이 상기 소켓으로부터 3D 데이터를 전달받아 다시 렌더링 동작을 하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는,
상하수도 연계를 통한 도시 수자원 사이버 물리 시스템의 모의 방법.
3. The method of claim 2,
The step (f) is,
receiving, by the Unity 3D application, data of the first and second pipe network analysis results from a socket when a 3D application is called by a user;
determining whether data to be expressed by the Unity 3D application is required;
When data to be displayed is required, the Unity 3D application re-requesting data to be displayed to the QT application through the socket;
determining whether the QT application needs to update the 3D data if the data to be expressed is not needed;
When Unity 3D data needs to be updated, the QT application sending 3D data to the socket; and
receiving, by the Unity 3D application, 3D data from the socket and re-rendering;
characterized in that it comprises,
Simulation method of urban water resources cyber-physical system through water supply and sewerage connection.
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