WO2023120786A1 - 표준 데이터 모델을 활용한 가스시설의 안전관리 운용 방법 - Google Patents

표준 데이터 모델을 활용한 가스시설의 안전관리 운용 방법 Download PDF

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WO2023120786A1
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safety management
gas
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PCT/KR2021/019858
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이원희
신준호
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한국전자기술연구원
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Definitions

  • the present invention relates to a safety management technology for gas facilities, and more particularly, to a method for advancing safety management operations through digitalization of gas facilities by grafting IT technology to gas facilities.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to establish a gas facility data standard system to provide interoperability and connectivity between existing gas facilities and devices, thereby providing digitalization of gas facilities. By doing so, it is to provide a method to improve gas facility management more stably and efficiently.
  • a gas facility safety management system includes devices installed in gas supply facilities, respectively, to generate data, respectively; Edge gateway that collects data from devices; and a safety management platform that receives the collected data from the gateway and manages the gas supply facility.
  • the data may include gas supply facility data and environment data, and the gas supply facility data may include sensor data and non-sensor data.
  • the edge gateway may communicate with devices using different wireless communication standards.
  • the edge gateway models the collected data as OPC UA standard data and can classify and store them for each node.
  • the edge gateway can create metadata sets by classifying them for each node, and transmit the created metadata sets to the safety management platform.
  • the safety management platform subscribes to at least one node, and the edge gateway may issue a metadata set created with data stored in nodes to which the safety management platform subscribes to the safety management platform.
  • the edge gateway may generate an alarm by comparing data stored in each node with sample data stored in an event alarm node mapped to the corresponding node.
  • a gas facility safety management method includes the steps of generating data, respectively, by devices installed in gas supply facilities; Edge gateway, collecting data from devices; and receiving, by the safety management platform, the collected data from the gateway and managing the gas supply facility.
  • gas facility management is more stable by establishing a gas facility data standard system to provide interoperability and connectivity between existing gas facilities and devices and digitization of gas facilities. and can be improved efficiently.
  • interoperability between facilities and devices can be provided by providing a standard gas facility data model, and data transmission speed and real-time performance can be increased through a publish/subscribe model.
  • An embodiment of the present invention proposes a safety management operation method through application of OPC UA standard interoperability technology for gas supply facilities. Specifically, it is a safety management method by scalability and real-time data acquisition of gas facilities and devices through conversion to OPC UA PubSub structure model after linkage interface with gas supply facilities.
  • FIG. 1 The configuration of a gas facility safety management system for configuring the OPC UA PubSub structure of a gas supply facility according to an embodiment of the present invention is shown in FIG. 1 .
  • the gas facility safety management system includes gas supply facility devices 110, 120, 130, and 140, an edge gateway 200, and facility management applications 310, 320, and 330.
  • the gas supply facility devices 110 , 120 , 130 , and 140 are devices installed in gas supply facilities to generate data.
  • the edge gateway 200 collects data from the gas supply facility devices 110 , 120 , 130 , and 140 and provides them to facility management applications 310 , 320 , and 330 .
  • the gas supply facility devices 110 , 120 , 130 , and 140 are applications that are executed in a safety management platform (server) that receives data collected from the edge gateway 200 and manages the safety of gas supply facilities.
  • server safety management platform
  • the gas supply facility devices 110 , 120 , 130 , and 140 are devices for generating gas supply facility data and environment data. As shown in FIG. 2 , data on gas supply facilities is divided into sensor data such as operation time, failure information, input furnace, and non-sensor data such as facility BOM, repair and replacement cycle, and the like. Environmental data refers to data that can affect safety management of gas supply facilities, such as pressure, temperature, humidity, vibration, and noise.
  • the gas supply facility devices 110, 120, 130, and 140 interoperate on the premise of normal wireless communication in consideration of the risk of the gas supply facility and the harsh site location of the facility.
  • the communication standards of each gas supply facility device (110, 120, 130, 140) are different There is a problem with that.
  • the edge gateway 200 for acquiring data of each gas supply facility device 110, 120, 130, and 140 must be configured with a device capable of supporting the communication standard of each gas supply facility device 110, 120, 130, and 140.
  • FIG. 2 shows interworking of communication protocols between the gas supply facility devices 110 , 120 , 130 , and 140 to transfer data generated by the edge gateway 200 .
  • the data of the gas supply facility devices 110, 120, 130, and 140 are interfaced with the facility safety edge gateway 200 for linking with the safety management platform, and are transmitted in various protocols through wireless communication such as WIFI and LoRa.
  • Edge gateway 200 acquires data and converts it to OPC UA standards through a relational data model.
  • 3 illustrates a process in which the edge gateway 200 constructs an OPC UA Publisher by utilizing data from the gas supply facility devices 110 , 120 , 130 , and 140 .
  • Data received by the edge gateway 200 from the gas supply facility devices 110 , 120 , 130 , and 140 through various communication interfaces including OPC UA communication are used for data modeling required for configuring an OPC UA server.
  • the edge gateway 200 models the collected data as OPC UA standard data.
  • the OPC UA data model 210 in which the collected data is classified and stored for each node is generated in the edge gateway 200.
  • the OP UA Publisher 230 periodically generates metadata sets for data classified and stored for each node in the OPC UA data model 210, and generates the generated metadata sets as network messages to provide facility management applications ( 310, 320, 330).
  • the facility management applications 310 , 320 , and 330 must subscribe to nodes in which data necessary for facility safety management are stored as OPC UA Subscribers. Then, the OP UA Publisher 230 generates a metadata set with data stored in a node subscribed to each of the facility management applications 310 , 320 , and 330 and periodically publishes a network message.
  • the edge gateway 200 generates an OPC UA event trigger model 220, monitors the received gas supply facility data, and generates an event alarm for safety management.
  • an alarm service is provided by configuring OPC UA EventAlarmNodes in the OPC UA event trigger model 220.
  • EventAlarmNode stores threshold values for alarms as sample data 225 , and EventAlarmNode is mapped with VariableNode of OPC UA data model 210 .
  • 4 is a diagram illustrating an event alarm process through mapping of an OPC UA EventAlarmNode with an OPC UA Varable.
  • VariableNode refers to data obtained from the gas supply facility devices 110, 120, 130, and 140, and an alarm message is issued when a value greater than or equal to the threshold value is received by comparing and analyzing with the threshold value of the EventAlarmNode.
  • an open framework based on an interoperability information model is provided to seamlessly connect equipment of different manufacturers, .
  • an intelligent facility management environment was provided by digitizing the physical assets of gas facilities, interoperability measures were prepared through the establishment of a standard data system for safety management of gas facilities, and a basis for spreading the application of digital platform technology to gas facilities. has been prepared.
  • the technical spirit of the present invention can also be applied to a computer-readable recording medium containing a computer program for performing the functions of the apparatus and method according to the present embodiment.
  • technical ideas according to various embodiments of the present invention may be implemented in the form of computer readable codes recorded on a computer readable recording medium.
  • the computer-readable recording medium may be any data storage device that can be read by a computer and store data.
  • the computer-readable recording medium may be ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical disk, hard disk drive, and the like.
  • computer readable codes or programs stored on a computer readable recording medium may be transmitted through a network connected between computers.

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Abstract

표준 데이터 모델을 활용한 가스시설의 안전관리 운용 방법이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 가스시설 안전관리 시스템은, 가스공급 시설들에 각각 설치되어 데이터들을 각각 생성하는 디바이스들, 디바이스들로부터 데이터들을 수집하는 Edge 게이트웨이 및 게이트웨이로부터 수집된 데이터들을 전달받아 가스공급 시설을 관리하는 안전관리 플랫폼을 포함한다. 이에 의해, 기존 가스시설 및 장치 간의 상호운용성 및 연결성을 제공할 수 있도록 가스시설 데이터 표준 체계를 구축하여 가스시설의 디지털화를 마련함으로써 가스시설 관리를 더욱 안정적이고 효율적으로 향상시킬 수 있게 된다.

Description

표준 데이터 모델을 활용한 가스시설의 안전관리 운용 방법
본 발명은 가스시설 안전관리 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가스시설에 IT 기술을 접목하여 가스시설의 디지털화를 통한 안전관리 운영의 고도화 방법에 관한 것이다.
LPG 에너지 소외계층에 대한 국민 편의·안전 이슈가 정부 주요 현안으로 부상하고 있으며, 에너지 취약지역(도서지역, 접경지역)의 불평등 해소를 위해 2014년도부터 중소형 LPG 공급 시설을 지자체별로 전략적으로 보급 중에 있으나, 연평균 17.2%의 소형저장탱크 증가율 대비 최근 5년간 624건의 가스사고가 발생하였다.
또한 현 정부의 국정과제의 전략(안전사고 예방 및 재난 안전관리의 국가책임체제 구축, 탈원전 정책으로 안전하고 깨끗한 에너지로 전환)에 부합한다.
현시점에서 소규모 LPG 배관망 구축 및 공급 구조의 한계에 따른 안전관리가 미흡하며 설비 공급구조와 가스 유통구조의 한계로 가스 안전관리 주체와 체계가 자리잡지 않은 상황이다.
특히 아날로그 방식의 레거시 가스설비 및 계측장비들로 인한 데이터 취득 및 관리의 어려움이 있기 때문에 IT 기술을 접목한 가스시설 관리의 디지털 전환의 필요성 인식이 대두되고 있다.
하지만 가스안전 분야에서 실증을 위한 빅데이터 활용 기술, 지능화된 AI 진단기술, 원격 모니터링 기술 등이 매우 미흡한 수준에 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 기존 가스시설 및 장치 간의 상호운용성 및 연결성을 제공할 수 있도록 가스시설 데이터 표준 체계를 구축하여 가스시설의 디지털화를 마련함으로써 가스시설 관리를 더욱 안정적이고 효율적으로 향상시키는 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 가스시설 안전관리 시스템은, 가스공급 시설들에 각각 설치되어, 데이터들을 각각 생성하는 디바이스들; 디바이스들로부터 데이터들을 수집하는 Edge 게이트웨이; 및 게이트웨이로부터 수집된 데이터들을 전달받아 가스공급 시설을 관리하는 안전관리 플랫폼;을 포함한다.
데이터는, 가스공급 설비 데이터와 환경 데이터를 포함하고, 가스공급 설비 데이터는, 센서 데이터와 비센서 데이터를 포함할 수 있다.
Edge 게이트웨이는, 각기 다른 무선 통신 규격으로 디바이스들과 통신할 수 있다.
Edge 게이트웨이는, 수집한 데이터들을 OPC UA 표준 데이터로 모델링하여 노드 별로 구분하여 저장할 수 있다.
Edge 게이트웨이는, 노드 별로 구분하여 메타데이터셋들을 생성하고, 생성한 메타데이터셋들을 안전관리 플랫폼으로 전송할 수 있다.
안전관리 플랫폼은, 적어도 하나의 노드를 구독하고, Edge 게이트웨이는, 안전관리 플랫폼이 구독하는 노드에 저장된 데이터들로 생성한 메타데이터셋을 안전관리 플랫폼에 발행할 수 있다.
Edge 게이트웨이는, 각 노드에 저장된 데이터를 해당 노드에 매핑된 이벤트 알람 노드에 저장된 표본 데이터와 비교하여, 알람을 발생시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 가스시설 안전관리 방법은, 가스공급 시설들에 각각 설치된 디바이스들이, 데이터들을 각각 생성하는 단계; Edge 게이트웨이가, 디바이스들로부터 데이터들을 수집하는 단계; 및 안전관리 플랫폼이, 게이트웨이로부터 수집된 데이터들을 전달받아 가스공급 시설을 관리하는 단계;를 포함한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 기존 가스시설 및 장치 간의 상호운용성 및 연결성을 제공할 수 있도록 가스시설 데이터 표준 체계를 구축하여 가스시설의 디지털화를 마련함으로써 가스시설 관리를 더욱 안정적이고 효율적으로 향상시킬 수 있게 된다.
특히, 본 발명의 실시예들에 따르면, 가스시설 데이터 표준 모델을 제공함으로써 시설 및 장치 간 상호운용성을 제공할 수 있고, 발행/구독 모델을 통한 데이터 전송 속도 및 실시간성을 증대시킬 수 있다.
도 1. OPC UA PubSub 구조 모델 기반 가스공급 시설 운영관리 시스템
도 2. 가스공급 시설 데이터 종류 및 연동 인터페이스 구성
도 3. 가스공급 시설 데이터 기반 시설관리 Edge 게이트웨이 동작 메커니즘
도 4. OPC UA Event Alarm 실행 메커니즘
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명의 실시예에서는 가스공급 시설물 대상 OPC UA 표준 상호운용성 기술 적용을 통한 안전관리 운용 방법을 제시한다. 구체적으로, 가스공급 시설물과의 연동 인터페이스 후 OPC UA PubSub 구조 모델로의 변환을 통하여 가스 시설 및 장치의 확장성과 실시간 데이터 취득에 의한 안전관리 방법이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스 공급 시설물의 OPC UA PubSub 구조 구성을 위한 가스시설 안전관리 시스템의 구성을 도 1에 제시하였다.
본 발명의 실시예에 따른 가스시설 안전관리 시스템은, 도시된 바와 같이, 가스공급 시설 디바이스들(110,120,130,140), Edge 게이트웨이(200), 시설관리 애플리케이션들(310,320,330)을 포함하여 구성된다.
가스공급 시설 디바이스들(110,120,130,140)은 가스공급 시설들에 각각 설치되어 데이터들을 생성하는 디바이스들이다. Edge 게이트웨이(200)는 가스공급 시설 디바이스들(110,120,130,140)로부터 데이터들을 수집하여 시설관리 애플리케이션들(310,320,330)로 제공한다. 가스공급 시설 디바이스들(110,120,130,140)은 Edge 게이트웨이(200)로부터 수집된 데이터들을 전달받아 가스공급 시설들의 안전을 관리하는 안전관리 플랫폼(서버)에서 실행되는 애플리케이션들이다.
가스공급 시설 디바이스들(110,120,130,140)은 가스공급 설비 데이터와 환경 데이터를 생성하기 위한 디바이스들이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 가스공급 설비에 대한 데이터는 센서 데이터인 가동시간, 고장정보, 투입랑 등과 비센서 데이터인 설비 BOM, 수리 및 교체 주기 등으로 구분된다. 환경 데이터는 압력, 온도, 습도, 진동, 소음 등고 같이 가스공급 시설 안전관리에 영향을 미칠수 있는 데이터를 말한다.
가스공급 시설 디바이스들(110,120,130,140)은 가스공급 시설물이 갖는 위험성과 시설물의 혹독한 현장 위치를 고려하여 통상 무선 통신을 전제로 상호연동을 하게 되는데, 각 가스공급 시설 디바이스들(110,120,130,140)의 통신 규격이 상이하다는 문제가 있다.
이로 인하여 각 가스공급 시설 디바이스들(110,120,130,140)의 데이터를 취득하기 위한 Edge 게이트웨이(200)는 각 가스공급 시설 디바이스들(110,120,130,140)의 통신 규격을 지원할 수 있는 장치로 구성해야 한다.
도 2에는 가스공급 시설 디바이스들(110,120,130,140)에서 생성되는 데이터를 Edge 게이트웨이(200)로 전달하기 위한, 양자 간의 통신 프로토콜의 연동을 나타내었다.
도시된 바와 같이, 가스공급 시설 디바이스들(110,120,130,140)의 데이터는 안전관리 플랫폼과 연계하기 위한 시설안전 Edge 게이트웨이(200)와 인터페이스되며, WIFI, LoRa 등의 무선 통신을 통한 다양한 프로토콜로 전송된다.
Edge 게이트웨이(200)는 데이터를 취득하여 관계 데이터 모델을 통한 OPC UA 표준으로 변환한다. 도 3은 가스공급 시설 디바이스들(110,120,130,140)로부터 데이터를 활용하여 Edge 게이트웨이(200)가 OPC UA Publisher를 구성하는 과정을 도시화하였다.
Edge 게이트웨이(200)가 가스공급 시설 디바이스들(110,120,130,140)로부터 OPC UA 통신을 포함한 다양한 통신 인터페이스를 통해 수신한 데이터들은 OPC UA 서버 구성에 필요한 데이터 모델링에 활용된다.
즉, Edge 게이트웨이(200)는 수집된 데이터들을 OPC UA 표준 데이터로 모델링한다. 이에 의해, Edge 게이트웨이(200)에는 수집된 데이터들이 노드 별로 구분되어 저장된 OPC UA 데이터 모델(210)이 생성된다.
OP UA Publisher(230)는 OPC UA 데이터 모델(210)에 노드 별로 구분되어 저장된 데이터들에 대해, 주기적으로 메타데이터셋들을 생성하고, 생성한 메타데이터셋들을 네트워크 메시지로 생성하여 시설관리 애플리케이션들(310,320,330)로 전송한다.
이를 위해, 시설관리 애플리케이션들(310,320,330)은 OPC UA Subscriber로써 시설안전 관리에 필요한 데이터들이 저장되는 노드들을 구독(subscribe)하여야 한다. 그러면, OP UA Publisher(230)는 시설관리 애플리케이션들(310,320,330) 각각에 대해 구독한 노드에 저장된 데이터들로 메타데이터셋을 생성하여 주기적으로 네트워크 메시지를 발행(publish) 한다.
한편, Edge 게이트웨이(200)는 OPC UA 이벤트 트리거 모델(220)을 생성하여, 수신된 가스공급 설비 데이터를 모니터링하여 안전관리를 위한 Event 알람을 발생시킨다.
구체적으로, OPC UA 이벤트 트리거 모델(220)에 OPC UA EventAlarmNode들을 구성하여 알람 서비스를 제공한다. 도 4에 도시된 바와 같이 EventAlarmNode는 알람을 위한 임계값을 표본 데이터(225)로써 저장하고 있으며, EventAlarmNode는 OPC UA 데이터 모델(210) 중 VariableNode와 매핑된다. 도 4는 OPC UA EventAlarmNode의 OPC UA Varable과의 매핑을 통한 Event 알람 과정을 도시화한 모습이다.
VariableNode은 가스공급 시설 디바이스들(110,120,130,140)로부터 취득한 데이터를 의미하며, EventAlarmNode의 임계값과 비교 분석하여 임계값 이상의 값 수신시 알람 메시지를 발행한다.
지금까지, 표준 데이터 모델을 활용한 가스시설의 안전관리 운용 방법에 대해 바람직한 실시예를 들어 상세히 설명하였다.
본 발명의 실시예에서는, 가스시설에 IT 기술을 접목하여 가스시설의 디지털화를 통한 안전관리 운영의 고도화를 위해, 상호운용 정보 모델 기반의 개방형 프레임워크를 제공하여 상이한 제조사의 장비를 원활하게 연결하고, 효과적인 데이터의 수집/저장/관리가 가능하게 함으로써, 능동연결 및 공통 데이터 교환 방식을 통해 설치/유지보수/관리비용을 감소시켰다.
특히, 가스시설의 물리적 자산을 디지털화하여 지능화된 시설관리 환경을 제공하였고, 가스시설의 안전관리를 위한 표준 데이터체계 구축을 통해 상호운용성 방안을 마련하였으며, 가스시설의 디지털 플랫폼 기술 적용 확산화의 기틀을 마련하였다.
이에 의해, 기존 가스시설 및 장치간의 상호운용성 및 연결성을 제공할 수 있도록 가스시설데이터 표준 체계를 구축하여 가스시설의 디지털화를 마련함으로써 가스시설 관리를 더욱 안정적이고 효율적으로 향상시킬 수 있게 된다. 또한, 발행/구독 모델을 통한 데이터 전송 속도 및 실시간성을 증대시켰다.
한편, 본 실시예에 따른 장치와 방법의 기능을 수행하게 하는 컴퓨터 프로그램을 수록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있음은 물론이다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 기술적 사상은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드 형태로 구현될 수도 있다. 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터에 의해 읽을 수 있고 데이터를 저장할 수 있는 어떤 데이터 저장 장치이더라도 가능하다. 예를 들어, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광디스크, 하드 디스크 드라이브, 등이 될 수 있음은 물론이다. 또한, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 저장된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드 또는 프로그램은 컴퓨터간에 연결된 네트워크를 통해 전송될 수도 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims (8)

  1. 가스공급 시설들에 각각 설치되어, 데이터들을 각각 생성하는 디바이스들;
    디바이스들로부터 데이터들을 수집하는 Edge 게이트웨이; 및
    게이트웨이로부터 수집된 데이터들을 전달받아 가스공급 시설을 관리하는 안전관리 플랫폼;을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스시설 안전관리 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    데이터는,
    가스공급 설비 데이터와 환경 데이터를 포함하고,
    가스공급 설비 데이터는,
    센서 데이터와 비센서 데이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스시설 안전관리 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    Edge 게이트웨이는,
    각기 다른 무선 통신 규격으로 디바이스들과 통신할 수 있는 것을 특징으로 하는 가스시설 안전관리 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    Edge 게이트웨이는,
    수집한 데이터들을 OPC UA 표준 데이터로 모델링하여 노드 별로 구분하여 저장하는 것을 특징으로 하는 가스시설 안전관리 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    Edge 게이트웨이는,
    노드 별로 구분하여 메타데이터셋들을 생성하고, 생성한 메타데이터셋들을 안전관리 플랫폼으로 전송하는 것을 특징으로 하는 가스시설 안전관리 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    안전관리 플랫폼은,
    적어도 하나의 노드를 구독하고,
    Edge 게이트웨이는,
    안전관리 플랫폼이 구독하는 노드에 저장된 데이터들로 생성한 메타데이터셋을 안전관리 플랫폼에 발행하는 것을 특징으로 하는 가스시설 안전관리 시스템.
  7. 청구항 4에 있어서,
    Edge 게이트웨이는,
    각 노드에 저장된 데이터를 해당 노드에 매핑된 이벤트 알람 노드에 저장된 표본 데이터와 비교하여, 알람을 발생시키는 것을 특징으로 하는 가스시설 안전관리 시스템.
  8. 가스공급 시설들에 각각 설치된 디바이스들이, 데이터들을 각각 생성하는 단계;
    Edge 게이트웨이가, 디바이스들로부터 데이터들을 수집하는 단계; 및
    안전관리 플랫폼이, 게이트웨이로부터 수집된 데이터들을 전달받아 가스공급 시설을 관리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스시설 안전관리 방법.
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