KR20230123659A - 디지털 트윈 기반 도시가스 관리시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 빅데이터와 인공지능을 이용하여 배관 압력을 비롯한 도시가스 공급 및 운영과 관련된 정형/비정형 실시간/비실시간 종합적인 빅데이터를 수집 및 분석함으로써 도시가스 배관의 압력 및 사고를 예측하고, 디지털 트윈을 이용하여 도시가스 공급 및 시설에 대한 종합적이고 직관적인 3D 시각화를 제공할 수 있는 디지털 트윈 기반 도시가스 관리시스템에 관한 것이다. 이를 위한 본 발명은 수요처로 공급되는 도시가스의 압력정보를 포함한 현장정보를 실시간 수집하는 현장정보 수집부; 상기 현장정보 수집부로부터 수집되는 상기 현장정보를 저장하며, 도시가스의 압력이력정보를 포함한 현장이력정보를 갱신 관리하는 현장이력정보 관리부; 상기 현장이력정보 중 위치별 또는 시간별 일정한 주기의 패턴을 가지는 도시가스의 소비량을 바탕으로 도시가스의 압력예측정보를 포함한 예측정보를 생성하는 예측정보 생성부; 및 상기 현장정보와 상기 현장이력정보 및 상기 예측정보를 포함한 통합정보를 시각화하여 제공하는 통합정보 제공부;를 포함하는 특징을 개시한다.
Description
본 발명은 디지털 트윈 기반 도시가스 관리시스템에 관한 것으로, 상세하게는 현장에서 수집되는 빅데이터를 바탕으로 배관 압력을 비롯한 도시가스 공급 및 운영과 관련된 정형/비정형 빅데이터를 분석함으로써 도시가스 배관 압력 및 안전사고를 예측하고, 디지털 트윈을 이용하여 도시가스 공급 및 시설에 대한 종합적이고 직관적인 시각화 정보를 제공할 수 있는 디지털 트윈 기반 도시가스 관리시스템에 관한 것이다.
일반적으로 도시가스 공급 설비는 주기적인 유지보수 기술에서 상태기반 유지보수 기술로 발전되고 있으며, 차후 고장예지 기술로 발전하기 위해서는 도시가스 설비의 다양한 상태정보를 수집 및 관리할 수 있는 IoT 기반의 시스템이 필요하고, 스마트 센서, 게이트웨이, 통신망, 플랫폼, 예측 분석기술, 응용 서비스 등 각 요소기술의 최적화 및 관련 시스템 개발이 요구된다.
현재 전국적으로 산재되어 있는 도시가스 공급 설비들은 현장 접근 방식의 주기적 점검 방식으로 설비 관리의 연속성 및 효율성이 낮아 설비 고장 시 즉각적인 대처가 어렵고, 현장 작업자의 경험에 의존하여 설비들을 관리하기 때문에 업무의 정확성이 낮은 문제점이 있다.
또한, 현재 대부분의 도시가스 배관은 지중에 매설되어 있기 때문에 세부 관리가 어렵고 정기 점검의 시간 주기가 길고 굴착공사나 건물공사 등 다양한 위험에 노출되어 있다. 이러한 도시가스 배관의 상태를 점검하고 관리하기 위해 사용하고 있는 방법들 중 하나는 정압기(Gas Governor) 및 배관에서 측정하는 배관의 압력으로부터 가스압력의 이상여부를 판단하는 방법이 있다. 하지만 기존 시스템에서는 배관의 압력 수치가 기준 수치를 초과하거나 그에 미치지 못할 경우 압력 이상으로 판단하게 되는데, 정압기의 정비/점검 이력, 기상, 계절별 요인 등 외부환경이나 현장 상황과 무관한 획일화된 기준을 적용하고 있어 불필요한 이상 경보나 현장 작업자들의 빈번한 작업 요청이 발생하는 문제가 있다.
또한, 현재 도시가스의 관리 방점은 SCADA 시스템을 이용한 정압기 및 배관의 원격 감시 및 관리 시스템을 통하여 가스의 공급중지 및 사고 발생 시 이를 신속하게 조치하고 확산을 방지하기 위한 신속 대응에 초점이 맞추어져 있으나, 현재의 SCADA 시스템은 압력 및 사고 예측을 하기에는 신속성이나 정확성에서 한계가 있다.
또한, 기존 도시가스 관리시스템에서는 여러 가지 정보, 즉 배관 압력, 정비나 점검 이력, 시민 제보, 굴착공사나 건물공사 등이 관리 주체가 다르고 정보가 여기 저기 산재해 있어 종합적인 분석과 판단 및 상황 대응을 하기에 한계가 있다. 그리고, 압력 이상이나 사고가 예측되는 현장 위치를 신속하고 정확히 파악하는데도 어려움이 있고, 분산된 정보를 한 곳에 모아 종합적이고 직관적으로 파악하는데에는 한계가 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 과제는 현장에서 수집되는 다양한 빅데이터 정보를 바탕으로 배관 압력을 비롯한 도시가스 공급 및 운영과 관련된 정형/비정형 정보를 분석 및 처리함으로써 도시가스의 압력 및 가스공급설비의 이상으로 인한 안전 사고를 사전에 예측하고, 이렇게 분석 및 예측된 통합정보를 디지털 트윈을 이용하여 종합적이고 직관적으로 시각화하여 제공해 줄 수 있는 디지털 트윈 기반 도시가스 관리시스템을 제공함에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 디지털 트윈 기반 도시가스 관리시스템은, 수요처로 공급되는 도시가스의 압력정보를 포함한 현장정보를 실시간 수집하는 현장정보 수집부; 상기 현장정보 수집부로부터 수집되는 상기 현장정보를 저장하며, 도시가스의 압력이력정보를 포함한 현장이력정보를 갱신 관리하는 현장이력정보 관리부; 상기 현장이력정보 중 위치별 또는 시간별 일정한 주기의 패턴을 가지는 도시가스의 소비량을 바탕으로 도시가스의 압력예측정보를 포함한 예측정보를 생성하는 예측정보 생성부; 및 상기 현장정보와 상기 현장이력정보 및 상기 예측정보를 포함한 통합정보를 시각화하여 제공하는 통합정보 제공부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 실시예에 따른 디지털 트윈 기반 도시가스 관리시스템에 있어서, 상기 압력정보와 상기 압력예측정보의 차이값에 해당하는 제1이상정보를 생성하는 이상정보 생성부;를 더 포함할 수 있고, 이때 상기 통합정보 제공부는 상기 제1이상정보가 설정된 허용범위를 초과할 경우 상기 제1이상정보를 시각화하여 제공할 수 있다.
본 실시예에 따른 디지털 트윈 기반 도시가스 관리시스템에 있어서, 상기 현장정보 수집부는, 제1지점에 설치되며 제1현장정보를 수집하는 제1현장정보 수집부와, 상기 제1지점에서 이격된 제2지점에 설치되며 제2현장정보를 수집하는 제2현장정보 수집부를 포함할 수 있고, 이때 상기 이상정보 생성부는 상기 제1현장정보 및 상기 제2현장정보의 차이값으로부터 상기 현장정보 수집부가 존재하지 않는 상기 제1지점 및 상기 제2지점의 사이 영역에 대한 제2이상정보를 추가 생성할 수 있으며, 상기 통합정보 제공부는 상기 제2이상정보를 시각화하여 제공할 수 있다.
본 실시예에 따른 디지털 트윈 기반 도시가스 관리시스템에 있어서, 상기 제1현장정보 수집부는 상기 제2현장정보 수집부를 향해 음파를 발신하는 음파발신부를 포함할 수 있고, 상기 제2현장정보 수집부는 상기 음파발신부에서 발신된 음파를 수신하는 음파수신부를 포함할 수 있으며, 상기 제2현장정보는 상기 제1지점 및 상기 제2지점 사이 영역을 통과한 후 상기 음파수신부에 수신되는 음파정보를 포함할 수 있고, 상기 제2이상정보는 상기 음파정보 및 설정된 기준음파정보의 차이값으로부터 상기 제1지점 및 상기 제2지점 사이 영역에 발생되는 가스공급설비의 균열 의심 정보를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 디지털 트윈 기반 도시가스 관리시스템에 있어서, 상기 제1현장정보 수집부는 상기 제2현장정보 수집부를 향해 음파를 발신하는 제1음파발신부와, 상기 제1음파발신부에서 발신되어 상기 제1지점 및 상기 제2지점 사이 영역을 통과하는 중 반사되는 음파를 수신하는 제1음파수신부를 포함할 수 있고, 상기 제1현장정보는 상기 제1지점 및 상기 제2지점 사이 영역을 통과하는 중 반사되어 상기 제1음파수신부에 수신되는 제1음파정보를 포함할 수 있으며, 상기 제2현장정보 수집부는 상기 제1현장정보 수집부를 향해 음파를 발신하는 제2음파발신부와, 상기 제2음파발신부에서 발신되어 상기 제2지점 및 상기 제1지점 사이 영역을 통과하는 중 반사되는 음파를 수신하는 제2음파수신부를 포함할 수 있고, 상기 제2현장정보는 상기 제2지점 및 상기 제1지점 사이 영역을 통과하는 중 반사되어 상기 제2음파수신부에 수신되는 제2음파정보를 포함할 수 있으며, 상기 제2이상정보는 상기 제1음파정보 및 상기 제2음파정보의 차이값으로부터 상기 제1지점 및 상기 제2지점 사이 영역에 발생되는 가스공급설비의 균열 위치 의심 정보를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 디지털 트윈 기반 도시가스 관리시스템에 있어서, 상기 현장정보는 가스공급설비의 상태정보를 더 포함할 수 있고, 상기 현장이력정보는 상기 현장정보 수집부로부터 수집되는 상기 가스공급설비의 상태이력정보를 더 포함할 수 있으며, 상기 예측정보는 상기 상태이력정보를 바탕으로 산출되는 상기 가스공급설비의 정비예측정보를 더 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 디지털 트윈 기반 도시가스 관리시스템에 있어서, 상기 상태정보와 상기 정비예측정보를 비교하여 상기 가스공급설비의 건전성을 평가하는 건전성 평가부;를 더 포함할 수 있고, 상기 통합정보 제공부는 상기 건전성 평가부에서 평가된 상기 가스공급설비의 건전성 정보를 시각화하여 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 현장정보 수집부를 통하여 수집되는 정형 및 비정형의 현장정보를 분류 저장하고, 이러한 정형 및 비정형의 현장정보에 대한 인공지능 및 기계학습 분석을 통하여 도시가스의 압력 및 가스공급설비의 이상으로 인한 안전 사고를 사전에 예측하고, 이렇게 분석 및 예측된 통합정보를 디지털 트윈으로 2D 혹은 3D로 시각화함으로써, 공급자, 수요자 및 관리자가 가스공급설비의 작동 및 관리 상황을 직관적이고 종합적으로 정확하게 파악할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 디지털 트윈 기반 도시가스 관리시스템을 나타낸 블록 예시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 현장이력정보 관리부를 나타낸 블록 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 디지털 트윈 기반 도시가스 관리시스템을 통해 가스공급설비의 이상정보를 획득하기 위한 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 현장이력정보 관리부를 나타낸 블록 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 디지털 트윈 기반 도시가스 관리시스템을 통해 가스공급설비의 이상정보를 획득하기 위한 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
이하 상술한 해결하고자 하는 과제가 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. 본 실시예들을 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용될 수 있으며 이에 따른 부가적인 설명은 생략될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 디지털 트윈 기반 도시가스 관리시스템을 나타낸 블록 예시도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 디지털 트윈 기반 도시가스 관리시스템은 현장정보 수집부(100) 및 디지털 트윈부(200)를 포함할 수 있다.
현장정보 수집부(100)는 도시가스 공급시스템 및 주변 환경에 대한 현장정보를 수집할 수 있다.
현장정보는 도시가스 공급시스템의 변화를 야기시키는 모든 환경 정보에 해당될 수 있으며, 기본적으로 전체 도시가스 공급망에 대한 스트림 정보를 포함할 수 있다. 실시예에 따른 현장정보는 도시가스의 실시간 압력정보와 가스공급설비의 실시간 상태정보를 포함할 수 있다.
가스공급설비는 공급처에서 수요처를 잇는 도시가스 공급망을 포함한 도시가스 공급시스템을 구성하는 일련의 설비들을 포함할 수 있다. 예컨대, 가스공급설비는 정압플랜프와, 이웃하는 정압플랜프를 연결하거나 정압플랜트와 수요처를 연결하며 실질적인 도시가스 공급망에 해당하는 공급배관을 포함할 수 있다. 공급배관을 통해 수요처로 공급되는 도시가스는 수요처의 수량이나 가스 소비량과 무관하게 수요처를 향해 일정한 압력으로 공급되어야 하며, 이를 위해 도시가스 공급망에는 수요처로 공급되는 도시가스의 설정된 압력을 유지하기 위한 정압플랜프가 적재적소에 마련된다. 가스공급설비는 공급배관 및 정압기뿐만 아니라, 정류기, 밸브, 미터링(Advanced Metering Infrastructure: AMI) 등 도시가스 공급시스템을 구성하는 일련의 설비들을 포함할 수 있다.
현장정보 수집부(100)는 센서를 포함할 수 있다.
일반적으로 도시가스 관리시스템은 처리 및 관리되는 정보의 용량이나 효율 측면에서 행정구역 등으로 미리 관리영역을 설정하고, 이렇게 설정된 관리영역에 존재하는 가스공급설비에는 수백에서 수십만개의 센서가 구비될 수 있다. 이러한 센서는 가스공급설비인 정압플랜트 및 공급배관 상의 여러 위치에 다양한 종류가 구비될 수 있으며, 센서는 압력, 속도, 습도, 음향, 온도, 유속, 자이로스코프, 변형률, 카메라 촬영영상 등의 현장정보를 수집할 수 있다.
본 실시예에 따른 현장정보 수집부(100)는 수요처로 공급되는 도시가스의 압력정보를 실시간 측정하여 디지털 트윈부(200)로 전달할 수 있다. 도시가스의 압력정보는 도시가스의 스트림 정보의 기준이 되며, 후술되는 가스공급설비의 상태정보를 나타내는 기준이 될 수 있고, 가스공급설비의 상태정보는 부식, 균열 등에 의한 가공급설비의 교체나 정비 등 수명주기를 판단하기 위한 기준이 될 수도 있다.
현장정보 수집부(100)는 단말기를 포함할 수 있다.
단말기는 현장 작업자에 의해 운영되는 스마트폰이나 태블릿일 수 있으며, 현장 작업자는 단말기를 이용하여 임의의 지점에서 현장정보를 측정 및 기록할 수 있다. 예컨대, 현장 작업자는 단말기를 통해 도시가스의 압력정보나 설비의 정비이력 등 다양한 현장정보를 기록하여 디지털 트윈부(200)로 전달할 수 있다.
현장정보 수집부(100)는 외부 서비스 플랫폼을 포함할 수 있다.
외부 서비스 플랫폼은 날씨정보를 제공받기 위한 기상청의 인터넷 홈페이지일 수 있고, 관리영역내 도로나 건축물 공사일정 또는 민원을 제공받기 위한 공공기관의 인터넷 홈페이지일 수 있다. 또한, 외부 서비스 플랫폼은 소셜 네트워크 서비스(SNS) 플랫폼일 수도 있다. 즉, 현장정보 수집부(100)는 기상청으로부터 도시가스 소비량과 연관이 있는 날씨정보를 전달받아 현장정보로 활용할 수 있고, 정압플랜트의 개도여부나 사고예지에 연관이 있는 공사일정이나 민원소식을 전달받아 현장정보로 활용할 수 있다. 또한, SNS를 통해 가스유출이나 가스냄새와 연관된 트윗문자를 전달받아 현장정보로 활용할 수 있다.
이러한 현장정보 수집부(100)는 예컨대, 무선 근거리 통신인 블루투스나 와이파이 등의 통신모듈을 이용하여 게이트웨이에 현장정보를 전송할 수 있다.
또한, 게이트웨이는 저전력 장거리 통신이 가능한 LoRa(Long Range)나 NB-IoT(NarrowBand-IoT) 등의 통신 모듈을 이용하여 디지털 트윈부(200)로 현장정보를 전송할 수 있다.
디지털 트윈부(200)는 현장정보 수집부(100)로부터 전송된 현장정보를 저장, 분석 및 처리하여 도시가스 공급망, 도시가스 공급시스템 및 주변환경에 대한 통합정보를 2D 또는 3D 시각화하여 제공할 수 있다. 디지털 트윈부(200)의 시각화된 동적 시뮬레이션을 통해 도시가스 공급자 및 수요자뿐만 아니라 도시가스 관리자는 도시가스 공급시스템의 스트림 정보, 안전성 및 수명주기 전반에 걸친 효과적인 모니터링이 가능하고, 문제 발생 전 사고를 미연에 예방하고 새로운 대안을 신속히 수립할 수 있다.
본 실시예에 따른 디지털 트윈부(200)는 현장이력정보 관리부(210), 예측정보 생성부(220) 및 통합정보 제공부(250)를 포함할 수 있다.
현장이력정보 관리부(210)는 현장정보 수집부(100)로부터 실시간 수집되는 현장정보를 저장할 수 있고, 이렇게 저장되면서 축적된 현장정보인 현장이력정보를 갱신하며 관리할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 현장이력정보 관리부를 나타낸 블록 예시도이다.
도 2를 추가 참조하면, 현장이력정보 관리부(210)는 복수개의 저장부(211,212) 및 정보처리부(213)를 포함할 수 있다. 실시예에 따른 저장부는 제1저장부(211) 및 제2저장부(212)를 포함할 수 있다.
제1저장부(211)는 현장정보 수집부(100)로부터 수집되는 상대적으로 처리용량이 크고 활용빈도가 높은 현장정보가 저장될 수 있다. 예컨대, 센서로부터 1초 주기로 수집되는 도시가스의 압력정보 및 가스공급설비의 상태정보가 저장될 수 있다.
제2저장부(212)는 현장정보 수집부(100)로부터 수집되는 상대적으로 처리용량이 작고 활용빈도가 낮은 현장정보가 저장될 수 있다. 예컨대, 단말기나 외부 서비스 플랫폼으로부터 정기적 또는 비정기적으로 수집되는 현장정보가 저장될 수 있다.
정보처리부(213)는 현장정보 수집부(100)에서 수집되는 현장정보의 처리용량 및 활용빈도에 따라 현장정보를 처리하여 제1저장부(211) 또는 제2저장부(212)에 분류할 수 있다.
한편, 제1저장부(211) 및 제2저장부(212)는 각각 인메모리(In-memory) 타입 저장부일 수 있고, 디스크(Disk) 타입 저장부일 수 있다. 또한, 제1저장부(211) 및 제2저장부(212)는 인메모리 타입 및 디스크 타입이 혼합된 하이브리드(Hybrid) 타입 저장부일 수 있다. 현장정보 수집부(100)에서 실시간으로 수집되는 시계열 현장정보는 용량이 크면서도 빠른 주기로 변화하기 때문에, 디지털 트윈부(200)에서의 시각화된 동적 시뮬레이션을 효과적으로 구현하기에는 정보의 생성 속도를 따라갈 수 없는 문제가 있다. 이를 해결하기 위해 앞서 설명한 바와 같이, 현장이력정보 관리부(210)에 인메모리 타입 및 디스크 타입이 혼합된 하이브리드 타입 저장부와 디지털 트윈부(200)의 시각화 과정에서 GPU를 활용함으로써, 정보의 처리시간을 최소화할 수 있다.
현장이력정보는 도시가스의 압력이력정보를 포함할 수 있다.
즉, 현장이력정보 관리부(210)는 현장정보 수집부(100)로부터 수집되는 도시가스의 압력정보를 저장 축적하여 지역별 및 시간별 도시가스의 압력이력정보를 갱신 관리할 수 있다.
또한, 현장이력정보는 가스공급설비의 상태이력정보를 더 포함할 수 있다.
즉, 현장이력정보 관리부(210)는 현장정보 수집부(100)로부터 수집되는 가스공급설비의 상태정보를 저장 축적하여 가스공급설비의 전체 부품에 대한 지역별 및 시간별 상태이력정보를 갱신 관리할 수 있다.
예측정보 생성부(220)는 현장이력정보 관리부(210)에 축적된 현장이력정보를 바탕으로 현장정보 수집부(100)로부터 실시간 수집되는 현장정보의 변화값을 예측할 수 있다. 즉, 예측정보 생성부(220)는 현장이력정보를 바탕으로 도시가스의 공급 및 가스공급설비 전반에 걸친 예측정보를 생성할 수 있다.
예측정보는 도시가스의 압력예측정보를 포함할 수 있다.
즉, 예측정보 생성부(220)는 현장이력정보 중 위치별 또는 시간별 일정한 주기의 패턴을 가지는 도시가스의 소비량을 바탕으로 도시가스의 압력예측정보를 생성할 수 있다.
도시가스는 수요처의 수량이나 가스 소비량과 무관하게 수요처를 향해 일정한 압력으로 공급되어야 한다. 즉, 야간이나 겨울철과 같이 상대적으로 도시가스의 소비량이 많은 시간대에는 정압플랜트의 개도량을 조절하여 도시가스의 압력을 높게 설정하고, 반대로 주간이나 여름철과 같이 상대적으로 도시가스의 소비량이 적은 시간대에는 정압플랜트의 개도량을 조절하여 도시가스의 압력을 낮게 설정하게 된다. 또한, 상대적으로 인구밀도가 높은 영역은 도시가스의 소비량이 많아 압력을 높게 설정할 필요가 있고, 반대로 상대적으로 인구밀도가 낮은 영역에는 도시가스의 소비량이 적어 도시가스의 압력을 낮게 설정할 필요가 있다.
따라서, 예측정보 생성부(220)는 현장이력정보로부터 위치별 또는 시간별 일정한 주기의 패턴을 가지는 도시가스의 소비량을 분석하여, 위치별 또는 시간별 도시가스의 압력예측정보를 생성할 수 있다. 이렇게 생성된 압력예측정보는 통합정보 제공부(250)를 통해 시각화된 동적 시뮬레이션으로 표시될 수 있다.
또한, 예측정보는 가스공급설비의 정비예측정보를 더 포함할 수 있다.
즉, 예측정보 생성부(220)는 현장이력정보 중 가스공급설비의 상태이력정보를 바탕으로 가스공급설비의 정비예측정보를 생성할 수 있다. 이렇게 생성된 정비예측정보는 통합정보 제공부(250)를 통해 시각화된 동적 시뮬레이션으로 표시될 수 있다.
상태이력정보는 정압플랜트, 배관, 밸브, 센서 등 가스공급시스템을 구성하는 가스공급설비의 정비나 교체 등 수명주기에 해당하는 정보일 수 있다.
한편, 디지털 트윈부(200)는 이상정보 생성부(230)를 더 포함할 수 있다.
이상정보 생성부(230)는 현장정보 수집부(100)에서 수집되는 압력정보와, 예측정보 생성부(220)에서 생성되는 압력예측정보를 바탕으로 제1이상정보를 생성할 수 있다.
즉, 제1이상정보는 현장정보 수집부(100)에서 수집되는 압력정보와, 예측정보 생성부(220)에서 생성되는 압력예측정보의 차이값에 해당할 수 있다.
이렇게 생성된 제1이상정보는 통합정보 제공부(250)를 통해 시각화된 동적 시뮬레이션으로 표시될 수 있다. 바람직하게, 통합정보 제공부(250)는 제1이상정보가 설정된 허용범위를 초과할 경우에만 제1이상정보를 시각화된 동적 시뮬레이션으로 표시할 수 있다.
따라서, 관리자는 압력정보와 압력예측정보의 차이값인 제1이상정보의 크기 정도에 따라 안전 사고 발생 전 미리 예방할 수 있다.
또한, 디지털 트윈부(200)는 건전성 평가부(240)를 더 포함할 수 있다.
건전성 평가부(240)는 현장정보 수집부(100)에서 수집되는 가스공급설비의 상태정보와, 예측정보 생성부(220)에서 생성되는 정비예측정보를 비교하여, 가스공급설비의 건전성을 평가할 수 있다.
가스공급설비의 상태이력정보로부터 산출되는 정비예측정보로부터 가스공급설비의 정비나 교체 등 수명주기를 판단할 수 있는데, 이러한 정비예측정보는 실제 현장에서 가동 중인 가스공급설비의 상태정보와 다를 수 있다.
따라서, 상태이력정보로부터 산출되는 정비예측정보와, 실제 현장정보 수집부(100)에서 실시간 수집되는 가스공급설비의 상태정보를 비교함으로써, 현재 가동 중인 가스공급설비의 건전성을 효과적으로 평가할 수 있다. 건전성 평가부(240)에서 평가된 가스공급설비의 건전성 정보는 통합정보 제공부(250)를 통해 시각화된 동적 시뮬레이션으로 표시될 수 있다. 가스공급설비의 건전성을 평가함으로써 가스공급설비의 유지보수 등의 관리를 보다 효율적으로 수행할 수 있다.
통합정보 제공부(250)는 현장정보 수집부(100)에서 수집된 현장정보와, 현장이력정보 관리부(210)에서 관리되는 현장이력정보와, 예측정보 생성부(220)에서 생성된 예측정보를 포함한 모든 통합정보를 2D 또는 3D로 시각화하여 공급자나 수요자 혹은 관리자 제공할 수 있다.
통합정보 제공부(250)는 콘텐츠저장부 및 영상처리부를 포함할 수 있다.
콘텐츠저장부에는 2D 또는 3D 지도와, 정압플랜트, 공급배관, 부속시설 등 가스공급설비를 구성하는 모든 설비의 2D 또는 3D 모델링 콘텐츠가 미리 저장된다.
영상처리부는 콘텐츠저장부에서 불러온 각 콘텐츠 상에 현장정보, 현장이력정보 및 예측정보를 포함한 통합정보를 미리 설정된 모델링 프로그램에 의해 시각화하여 표시할 수 있다. 영상처리부로는 고속 병렬 처리 기능을 통해 AI, 기계학습, 실시간 데이터 분석, 시각화 가속, 빠른 쿼리, 조인 및 행 단위 계산 등에 효과적인 GPU가 활용될 수 있다.
통합정보 제공부(250)는 예컨대, 콘텐츠저장부에 접속하여 콘텐츠저장부에 저장된 각종 콘텐츠를 표시할 수 있는 리스트와 맵 기능을 제공하며, 공급자, 수용자 및 관리자는 부여된 고유접근코드를 통해 접속한 후 각 콘텐츠의 간략한 정보를 팝업 UI를 통해 확인할 수 있고, 원하는 리스트를 선택하면 선택한 콘텐츠에 대한 위치 정보뿐만 아니라, 선택한 콘텐츠 즉, 배관이나 정압기 등 각종 가스공급설비 부품에 대한 상세 정보를 확인할 수 있다.
또한, 통합정보 제공부(250)는 사용자, 수요자 및 관리자 인터페이스를 통해 분석 처리된 통합정보를 표시해줄 수 있으며, 공급자, 수용자 및 관리자는 부여된 고유접근코드에 따른 권한에 따라 표시 및 관리되는 통합정보에 대한 확인, 수정 및 삭제 등을 반영할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 디지털 트윈 기반 도시가스 관리시스템을 통해 가스공급설비의 이상정보를 획득하기 위한 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
먼저 도 3의 (a) 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 현장정보 수집부(100)는 제1현장정보 수집부(101) 및 제2현장정보 수집부(102)를 포함할 수 있다.
제1현장정보 수집부(101)는 가스공급설비의 제1지점(S1)에 설치될 수 있고, 제1현장정보를 실시간 수집할 수 있다.
제2현장정보 수집부(102)는 제1현장정보 수집부(101)로부터 일정 거리(d) 이격되어 가스공급설비의 제2지점(S2)에 설치될 수 있고, 제2현장정보를 실시간 수집할 수 있다.
예컨대, 제1현장정보 수집부(101) 및 제2현장정보 수집부(102)는 배관 상에서 일정 거리(d)로 이격되어 설치될 수 있고, 제1현장정보 수집부(101) 및 제2현장정보 수집부(102)는 배관으로 연결되어 서로 이웃하는 정압플랜트에 설치될 수도 있다.
이때, 본 실시예에 따른 이상정보 생성부(230)는 제1현장정보 수집부(101)에서 수집된 제1현장정보와, 제2현장정보 수집부(102)에서 수집된 제2현장정보의 차이값으로부터 현장정보 수집부(100)가 존재하지 않는 제1지점(S1) 및 제2지점(S2)의 사이 영역에서의 제2이상정보를 추가적으로 생성할 수 있다.
이렇게 생성된 제2이상정보는 통합정보 제공부(250)를 통해 시각화된 동적 시뮬레이션으로 표시될 수 있다.
예컨대, 정상 환경에서 제1현장정보 및 제2현장정보는 동일할 수 있고, 제1지점(S1) 및 제2지점(S2)의 사이 영역에서 압력변동 등의 이상 증세가 발생되면 제1현장정보 및 제2현장정보는 달라질 수 있다.
일반적으로 지하에 매설되는 배관은 그 설치 구조로 인하여 짧은 주기의 건전성 평가가 어렵고, 전체 영역에 대한 현장정보 수집부(100)의 설치가 용이하지 못할 뿐만 아니라, 전체 영역에 대해 다량의 현장정보 수집부(100)를 설치하더라도 현장정보의 크기 및 처리용량에 의해 디지털 트윈부(200)를 통한 신속한 처리 및 분석에 장애가 발생될 수 있다. 이에 따라 배관의 일부분을 연결하는 정압플랜트나 배관의 특정 지점에 상대적으로 적은 수량의 현장정보 수집부(100)를 설치하더라도 제1현장정보 수집부(101) 및 제2현장정보 수집부(102)로부터 각각 수집된 제1현장정보 및 제2현장정보를 비교 분석하여, 현장정보 수집부(100)가 설치되지 않은 제1지점(S1) 및 제2지점(S2)의 사이 영역에 대한 추가 현장정보 즉, 제2이상정보를 추가적으로 생성할 수 있다.
구체적인 일 예로, 도 3의 (b) 도면을 추가 참조하면, 배관 상에서 제1현장정보 수집부(101) 및 제2현장정보 수집부(102)는 일정 거리(d)를 두고 이격하여 배치될 수 있다.
이때, 제1현장정보 수집부(101)는 제2현장정보 수집부(102)를 향해 음파를 발신하는 음파발신부를 포함할 수 있다.
또한, 제2현장정보 수집부(102)는 음파발신부에서 발신된 음파를 수신하는 음파수신부를 포함할 수 있다. 따라서, 제2현장정보는 음파발신부에서 발신된 후 제1지점(S1) 및 제2지점(S2) 사이 영역을 통과한 후 음파수신부에 수신되는 음파정보를 포함할 수 있다.
이에 따른 이상정보 생성부(230)는 제1현장정보 수집부(101)에서 수집된 제1현장정보와, 제2현장정보 수집부(102)에서 수집된 제2현장정보의 차이값으로부터 현장정보 수집부(100)가 존재하지 않는 제1지점(S1) 및 제2지점(S2)의 사이 영역에서의 제2이상정보를 추가적으로 생성할 수 있다. 즉, 이때의 제2이상정보는 음파수신부에서 수신된 음파정보와 미리 설정된 기준음파정보의 차이값으로부터 제1지점(S1) 및 제2지점(S2) 사이 영역에 발생되는 가스공급설비의 균열 의심 정보를 포함할 수 있다.
만일 제1지점(S1) 및 제2지점(S2) 사이 영역에 균열(c)이 발생되면, 균열(c)이 발생된 지점에서 급격한 압력변동이 발생되고, 이러한 압력변동은 음파의 진동 주파수의 급격한 변화를 초래하게 된다. 이에 따라 음파수신부에서 수신된 음파정보가 정상 조건에 해당하는 기준음파정보로부터 유효범위를 초과하면 제1지점(S1) 및 제2지점(S2) 사이 영역에 급격한 압력변동이 발생되어 균열(c)이 의심될 수 있다.
구체적인 다른 예로, 도 3의 (c) 도면을 추가 참조하면, 배관 상에서 제1현장정보 수집부(101) 및 제2현장정보 수집부(102)는 일정 거리(d)를 두고 이격하여 배치될 수 있다.
이때, 제1현장정보 수집부(101)는 제1음파발신부 및 제1음파수신부를 포함할 수 있다. 즉, 제1음파발신부는 제2현장정보 수집부(102)를 향해 음파를 발신할 수 있고, 제1음파수신부는 제1음파발신부에서 발신되어 제1지점(S1) 및 제2지점(S2) 사이 영역을 통과하는 중 반사되는 음파를 수신할 수 있다. 따라서, 제1현장정보는 제1음파발신부에서 발신된 후 제1지점(S1) 및 제2지점(S2) 사이 영역을 통과하는 중 반사되어 제1음파수신부에 수신되는 제1음파정보를 포함할 수 있다.
또한, 제2현장정보 수집부(102)는 제2음파발신부 및 제2음파수신부를 포함할 수 있다. 즉, 제2음파발신부는 제1현장정보 수집부(101)를 향해 음파를 발신할 수 있고, 제2음파수신부는 제2음파발신부에서 발신되어 제2지점(S2) 및 제1지점(S1) 사이 영역을 통과하는 중 반사되는 음파를 수신할 수 있다. 따라서, 제2현장정보는 제2음파발신부에서 발신된 후 제2지점(S2) 및 제1지점(S1) 사이 영역을 통과하는 중 반사되어 제2음파수신부에 수신되는 제2음파정보를 포함할 수 있다.
이에 따른 이상정보 생성부(230)는 제1현장정보 수집부(101)에서 수집된 제1현장정보와, 제2현장정보 수집부(102)에서 수집된 제2현장정보의 차이값으로부터 현장정보 수집부(100)가 존재하지 않는 제1지점(S1) 및 제2지점(S2)의 사이 영역에서의 제2이상정보를 추가적으로 생성할 수 있다. 즉, 이때의 제2이상정보는 제1음파수신부에서 수신된 제1음파정보와 제2음파수신부에서 수신된 제2음파정보의 차이값으로부터 제1지점(S1) 및 제2지점(S2) 사이 영역에 발생되는 가스공급설비의 균열(c) 위치(cp) 의심 정보를 포함할 수 있다.
만일 제1지점(S1) 및 제2지점(S2) 사이 영역 중 제2지점(S2)에 가까운 영역에 균열(c)이 발생되면, 균열(c)에서 제1음파수신부 및 제2음파수신부까지의 거리 차(d1>d2)로 인하여 제1음파수신부에서 수신되는 음파의 제1수신시간(t1)과 제2음파수신부에서 수신되는 음파의 제2수신시간(t2)이 차이값(t1>t2)을 가질 수 있다. 즉, 제1수신시간(t1)과 제2수신시간(t2)의 차이값(t1>t2)으로부터 제1지점(S1) 및 제2지점(S2) 사이 영역에 급격한 압력변동이 발생되는 위치 즉, 균열(c)로 의심되는 위치(cp)를 정확히 수집할 수 있다. 이에 따라 현장 작업자에 의한 유지보수 계획을 보다 신속하게 수립할 수 있다.
이상에서와 같이 본 발명에 따른 디지털 트윈 기반 도시가스 관리시스템은 현장정보 수집부(100)로부터 실시간 측정되는 현장정보를 게이트웨이가 취합하여 획득하고, 이렇게 획득된 현장정보를 관리하여 분석하며, 분석된 최종 통합정보를 시각화하여 도시가스 기반 시설의 실시간 상태정보를 효과적으로 파악할 수 있다.
한편, 디지털 트윈부(200)는 국제 표준인 LWM2M이 활용될 수 있으며, LWM2M에서 채택한 CoAP은 간단한 전자 기기들의 인터넷 통신을 지원하기 위해 만든 프로토콜로써, 저전력 센서, 스위치, 밸브 등 센서 노드(현장정보 수집부)를 표준 인터넷 환경에서 제어하기 위한 목적으로 만들어졌기 때문에 WSN(WirelessSensor Network) 노드처럼 제한된 자원의 인터넷 연결을 지원할 수 있다. 또한 CoAP은 HTTP를 이용하기 때문에 어플리케이션 아키텍처의 적용이 수월하고 UDP 멀티캐스트를 지원하여 디지털 트윈부와 센서 노드(현장정보 수집부)에서의 오버헤드를 줄일 수 있다.
상술한 바와 같이 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면, 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변경시킬 수 있다.
100: 현장정보 수집부
200: 디지털 트윈부
210: 현장이력정보 관리부
220: 예측정보 생성부
230: 이상정보 생성부
240: 건전성 평가부
250: 통합정보 제공부
200: 디지털 트윈부
210: 현장이력정보 관리부
220: 예측정보 생성부
230: 이상정보 생성부
240: 건전성 평가부
250: 통합정보 제공부
Claims (7)
- 수요처로 공급되는 도시가스의 압력정보를 포함한 현장정보를 실시간 수집하는 현장정보 수집부;
상기 현장정보 수집부로부터 수집되는 상기 현장정보를 저장하며, 도시가스의 압력이력정보를 포함한 현장이력정보를 갱신 관리하는 현장이력정보 관리부;
상기 현장이력정보 중 위치별 또는 시간별 일정한 주기의 패턴을 가지는 도시가스의 소비량을 바탕으로 도시가스의 압력예측정보를 포함한 예측정보를 생성하는 예측정보 생성부; 및
상기 현장정보와 상기 현장이력정보 및 상기 예측정보를 포함한 통합정보를 시각화하여 제공하는 통합정보 제공부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 트윈 기반 도시가스 관리시스템. - 제1항에 있어서,
상기 압력정보와 상기 압력예측정보의 차이값에 해당하는 제1이상정보를 생성하는 이상정보 생성부;를 더 포함하고,
상기 통합정보 제공부는 상기 제1이상정보가 설정된 허용범위를 초과할 경우 상기 제1이상정보를 시각화하여 제공하는 것을 특징으로 하는 디지털 트윈 기반 도시가스 관리시스템. - 제2항에 있어서,
상기 현장정보 수집부는 제1지점에 설치되며 제1현장정보를 수집하는 제1현장정보 수집부와, 상기 제1지점에서 이격된 제2지점에 설치되며 제2현장정보를 수집하는 제2현장정보 수집부를 포함하고,
상기 이상정보 생성부는 상기 제1현장정보 및 상기 제2현장정보의 차이값으로부터 상기 현장정보 수집부가 존재하지 않는 상기 제1지점 및 상기 제2지점의 사이 영역에 대한 제2이상정보를 추가 생성하며,
상기 통합정보 제공부는 상기 제2이상정보를 시각화하여 제공하는 것을 특징으로 하는 디지털 트윈 기반 도시가스 관리시스템. - 제3항에 있어서,
상기 제1현장정보 수집부는 상기 제2현장정보 수집부를 향해 음파를 발신하는 음파발신부를 포함하고,
상기 제2현장정보 수집부는 상기 음파발신부에서 발신된 음파를 수신하는 음파수신부를 포함하며,
상기 제2현장정보는 상기 제1지점 및 상기 제2지점 사이 영역을 통과한 후 상기 음파수신부에 수신되는 음파정보를 포함하며,
상기 제2이상정보는 상기 음파정보 및 설정된 기준음파정보의 차이값으로부터 상기 제1지점 및 상기 제2지점 사이 영역에 발생되는 가스공급설비의 균열 의심 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 트윈 기반 도시가스 관리시스템. - 제3항에 있어서,
상기 제1현장정보 수집부는 상기 제2현장정보 수집부를 향해 음파를 발신하는 제1음파발신부와, 상기 제1음파발신부에서 발신되어 상기 제1지점 및 상기 제2지점 사이 영역을 통과하는 중 반사되는 음파를 수신하는 제1음파수신부를 포함하고,
상기 제1현장정보는 상기 제1지점 및 상기 제2지점 사이 영역을 통과하는 중 반사되어 상기 제1음파수신부에 수신되는 제1음파정보를 포함하며,
상기 제2현장정보 수집부는 상기 제1현장정보 수집부를 향해 음파를 발신하는 제2음파발신부와, 상기 제2음파발신부에서 발신되어 상기 제2지점 및 상기 제1지점 사이 영역을 통과하는 중 반사되는 음파를 수신하는 제2음파수신부를 포함하고,
상기 제2현장정보는 상기 제2지점 및 상기 제1지점 사이 영역을 통과하는 중 반사되어 상기 제2음파수신부에 수신되는 제2음파정보를 포함하며,
상기 제2이상정보는 상기 제1음파정보 및 상기 제2음파정보의 차이값으로부터 상기 제1지점 및 상기 제2지점 사이 영역에 발생되는 가스공급설비의 균열 위치 의심 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 트윈 기반 도시가스 관리시스템. - 제1항에 있어서,
상기 현장정보는 가스공급설비의 상태정보를 더 포함하고,
상기 현장이력정보는 상기 현장정보 수집부로부터 수집되는 상기 가스공급설비의 상태이력정보를 더 포함하며,
상기 예측정보는 상기 상태이력정보를 바탕으로 산출되는 상기 가스공급설비의 정비예측정보를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 트윈 기반 도시가스 관리시스템. - 제6항에 있어서,
상기 상태정보와 상기 정비예측정보를 비교하여 상기 가스공급설비의 건전성을 평가하는 건전성 평가부;를 더 포함하고,
상기 통합정보 제공부는 상기 건전성 평가부에서 평가된 상기 가스공급설비의 건전성 정보를 시각화하여 제공하는 것을 특징으로 하는 디지털 트윈 기반 도시가스 관리시스템.
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Applications Claiming Priority (1)
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| KR1020220020638A KR20230123659A (ko) | 2022-02-17 | 2022-02-17 | 디지털 트윈 기반 도시가스 관리시스템 |
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Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102055984B1 (ko) | 2017-11-22 | 2019-12-13 | 주식회사 아이엠알 | 도시가스 기반 시설을 관리할 수 있는 사물인터넷 플랫폼 시스템 제어방법 |
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| KR102055984B1 (ko) | 2017-11-22 | 2019-12-13 | 주식회사 아이엠알 | 도시가스 기반 시설을 관리할 수 있는 사물인터넷 플랫폼 시스템 제어방법 |
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| E902 | Notification of reason for refusal |