근대적인 상수도시설이 도입된 이래 100년이 넘는 역사를 가진 대한민국의 상수도 서비스는 2013년 말 기준 전체 인구의 95.7%인 49,909천명에게 상수도 서비스를 공급할 만큼의 양적인 성장을 하였지만, 경제가 발전함에 따라 소비자들은 상수도 보급에 만족하지 않고 상수도 서비스의 질적 향상에 대한 요구가 증가되고 있어, 이에 따라 안정적인 급수운영을 위한 유지관리의 중요성이 커지고 있다. 수돗물 생산량의 10.7%인 656,084천m3의 수돗물이 상수도관의 누수로 인하여 유실되어 이에 따른 약 5,57억원의 경제적 손실이 발생하고 있어 상수도관의 누수문제에 대한 해결이 안정적 급수운영을 위한 유지관리방안 중 하나로 대두되고 있으나, 상수도관은 대부분 지하에 매설되어 있기 때문에 누수의 발생 및 파손, 노후상태 파악이 어려워 적절한 시기에 효과적인 유지관리를 받지 못하고 있는 실정이다. 누수탐지는 누수로 인한 신호를 이용하여 누수지점을 찾는 기술이 응용되고 있으며, 일부 선진국의 경우 이미 상용화된 제품이 개발되어 있으나, 상세기술은 외부로 공개가 되고 있지 않는 실정이며, 관련 기술의 국산화는 초기 연구개발 단계로 이에 관련된 많은 연구가 필요한 시점이라 판단된다. 따라서 본 연구에서는 관 내 수압별, 누수공 크기별 ...
근대적인 상수도시설이 도입된 이래 100년이 넘는 역사를 가진 대한민국의 상수도 서비스는 2013년 말 기준 전체 인구의 95.7%인 49,909천명에게 상수도 서비스를 공급할 만큼의 양적인 성장을 하였지만, 경제가 발전함에 따라 소비자들은 상수도 보급에 만족하지 않고 상수도 서비스의 질적 향상에 대한 요구가 증가되고 있어, 이에 따라 안정적인 급수운영을 위한 유지관리의 중요성이 커지고 있다. 수돗물 생산량의 10.7%인 656,084천m3의 수돗물이 상수도관의 누수로 인하여 유실되어 이에 따른 약 5,57억원의 경제적 손실이 발생하고 있어 상수도관의 누수문제에 대한 해결이 안정적 급수운영을 위한 유지관리방안 중 하나로 대두되고 있으나, 상수도관은 대부분 지하에 매설되어 있기 때문에 누수의 발생 및 파손, 노후상태 파악이 어려워 적절한 시기에 효과적인 유지관리를 받지 못하고 있는 실정이다. 누수탐지는 누수로 인한 신호를 이용하여 누수지점을 찾는 기술이 응용되고 있으며, 일부 선진국의 경우 이미 상용화된 제품이 개발되어 있으나, 상세기술은 외부로 공개가 되고 있지 않는 실정이며, 관련 기술의 국산화는 초기 연구개발 단계로 이에 관련된 많은 연구가 필요한 시점이라 판단된다. 따라서 본 연구에서는 관 내 수압별, 누수공 크기별 누수신호의 주파수영역대의 변동에 따른 가속도계 센서로 측정된 랜덤신호를 이용하여 상수도관 내 누수신호에 대한 주파수영역대 분석과 상호상관분석을 통하여 누수지점을 추정하고 실제 누수지점의 거리와의 오차범위를 비교분석하여 기초자료 분석과 방법론의 적용 가능성을 파악하였다. 누수신호의 주파수범위 및 특성을 도출하기 위해 가속도계 센서를 이용하여 누수의 유/무와 관 내 물의 흐름의 유/무의 4가지의 경우에서 실험을 수행하여 누수신호의 주파수범위 및 특성을 파악하였다. 그 결과 누수신호의 주파수범위는 1,000Hz에서 5,000Hz임을 확인하였고, 관 내 물의 흐름이 누수신호가 전파해 나가는데 영향을 미치는 것을 파악할 수 있었다. 수압 별과 누수공 크기 별 누수신호의 주파수 특성 및 누수신호의 세기 변화를 파악하기 위하여 FFT분석 결과, 센서 1에서 측정된 랜덤신호에서의 누수신호의 주파수는 1,500Hz와 2,381Hz에서 뚜렷하게 나타났다. 1,500Hz와 2,381Hz의 주파수에서 수압이 1kgf/cm2에서 2kgf/cm2로 증가함에 따라 누수신호의 세기는 각각 약 8.3배, 약 9.1배 증가하였으며, 수압이 2kgf/cm2에서 4kgf/cm2로 증가함에 따라 누수신호의 세기는 각각 약 1.2배, 약 1.3배 증가함을 파악할 수 있었다. 센서 2에서 측정된 랜덤신호에서의 누수신호의 주파수는 1,190Hz와 1,500Hz에서 뚜렷하게 나타냈다. 1,500Hz의 주파수에서 수압이 1kgf/cm2에서 2kgf/cm2로 증가함에 따라 누수신호의 세기는 약 1.1배, 수압이 2kgf/cm2에서 4kgf/cm2로 증가함에 따라 누수신호의 세기는 약 11.1배 증가함을 파악 할 수 있었으며, 관 내 수압의 증가함에 따라 누수신호의 세기도 증가하는 비례적인 관계임을 파악할 수 있었다. 또한, 누수지점으로부터 센서 이격거리가 멀어질수록 누수신호의 감쇠로 인하여 측정의 효율성이 떨어지는 것으로 판단되었으며, 동일한 수압에서 누수공 크기 별의 누수신호의 세기를 비교 한 결과, 누수공 크기가 2mm 이상일 때 누수신호를 뚜렷하게 탐지되는 것으로 판단된다. 수압별과 누수공 크기별에 의한 랜덤신호에서의 누수지점을 추정한 결과, 누수공 크기 4mm에서 각 수압 별로 측정한 랜덤신호에서만 낮은 오차범위를 나타났으며, 누수공 크기가 0.5mm 인 경우에는 평균 ±15.14m, 1mm 인 경우 평균 ±16.05m의 오차범위가 추정되었다. 누수신호 세기가 작거나, 센서 한 곳에서만 누수신호가 측정되거나, 누수신호보다 세기가 큰 다른소음의 존재 및 누수공 크기가 2mm 이하 인 경우에는 상호상관분석 시에 영향을 미치는 것으로 판단된다.
근대적인 상수도시설이 도입된 이래 100년이 넘는 역사를 가진 대한민국의 상수도 서비스는 2013년 말 기준 전체 인구의 95.7%인 49,909천명에게 상수도 서비스를 공급할 만큼의 양적인 성장을 하였지만, 경제가 발전함에 따라 소비자들은 상수도 보급에 만족하지 않고 상수도 서비스의 질적 향상에 대한 요구가 증가되고 있어, 이에 따라 안정적인 급수운영을 위한 유지관리의 중요성이 커지고 있다. 수돗물 생산량의 10.7%인 656,084천m3의 수돗물이 상수도관의 누수로 인하여 유실되어 이에 따른 약 5,57억원의 경제적 손실이 발생하고 있어 상수도관의 누수문제에 대한 해결이 안정적 급수운영을 위한 유지관리방안 중 하나로 대두되고 있으나, 상수도관은 대부분 지하에 매설되어 있기 때문에 누수의 발생 및 파손, 노후상태 파악이 어려워 적절한 시기에 효과적인 유지관리를 받지 못하고 있는 실정이다. 누수탐지는 누수로 인한 신호를 이용하여 누수지점을 찾는 기술이 응용되고 있으며, 일부 선진국의 경우 이미 상용화된 제품이 개발되어 있으나, 상세기술은 외부로 공개가 되고 있지 않는 실정이며, 관련 기술의 국산화는 초기 연구개발 단계로 이에 관련된 많은 연구가 필요한 시점이라 판단된다. 따라서 본 연구에서는 관 내 수압별, 누수공 크기별 누수신호의 주파수영역대의 변동에 따른 가속도계 센서로 측정된 랜덤신호를 이용하여 상수도관 내 누수신호에 대한 주파수영역대 분석과 상호상관분석을 통하여 누수지점을 추정하고 실제 누수지점의 거리와의 오차범위를 비교분석하여 기초자료 분석과 방법론의 적용 가능성을 파악하였다. 누수신호의 주파수범위 및 특성을 도출하기 위해 가속도계 센서를 이용하여 누수의 유/무와 관 내 물의 흐름의 유/무의 4가지의 경우에서 실험을 수행하여 누수신호의 주파수범위 및 특성을 파악하였다. 그 결과 누수신호의 주파수범위는 1,000Hz에서 5,000Hz임을 확인하였고, 관 내 물의 흐름이 누수신호가 전파해 나가는데 영향을 미치는 것을 파악할 수 있었다. 수압 별과 누수공 크기 별 누수신호의 주파수 특성 및 누수신호의 세기 변화를 파악하기 위하여 FFT분석 결과, 센서 1에서 측정된 랜덤신호에서의 누수신호의 주파수는 1,500Hz와 2,381Hz에서 뚜렷하게 나타났다. 1,500Hz와 2,381Hz의 주파수에서 수압이 1kgf/cm2에서 2kgf/cm2로 증가함에 따라 누수신호의 세기는 각각 약 8.3배, 약 9.1배 증가하였으며, 수압이 2kgf/cm2에서 4kgf/cm2로 증가함에 따라 누수신호의 세기는 각각 약 1.2배, 약 1.3배 증가함을 파악할 수 있었다. 센서 2에서 측정된 랜덤신호에서의 누수신호의 주파수는 1,190Hz와 1,500Hz에서 뚜렷하게 나타냈다. 1,500Hz의 주파수에서 수압이 1kgf/cm2에서 2kgf/cm2로 증가함에 따라 누수신호의 세기는 약 1.1배, 수압이 2kgf/cm2에서 4kgf/cm2로 증가함에 따라 누수신호의 세기는 약 11.1배 증가함을 파악 할 수 있었으며, 관 내 수압의 증가함에 따라 누수신호의 세기도 증가하는 비례적인 관계임을 파악할 수 있었다. 또한, 누수지점으로부터 센서 이격거리가 멀어질수록 누수신호의 감쇠로 인하여 측정의 효율성이 떨어지는 것으로 판단되었으며, 동일한 수압에서 누수공 크기 별의 누수신호의 세기를 비교 한 결과, 누수공 크기가 2mm 이상일 때 누수신호를 뚜렷하게 탐지되는 것으로 판단된다. 수압별과 누수공 크기별에 의한 랜덤신호에서의 누수지점을 추정한 결과, 누수공 크기 4mm에서 각 수압 별로 측정한 랜덤신호에서만 낮은 오차범위를 나타났으며, 누수공 크기가 0.5mm 인 경우에는 평균 ±15.14m, 1mm 인 경우 평균 ±16.05m의 오차범위가 추정되었다. 누수신호 세기가 작거나, 센서 한 곳에서만 누수신호가 측정되거나, 누수신호보다 세기가 큰 다른소음의 존재 및 누수공 크기가 2mm 이하 인 경우에는 상호상관분석 시에 영향을 미치는 것으로 판단된다.
The Republic of Korea's waterworks service has more than 100 years of history since the modern water supply facilities were constructed. Now that the waterworks service has seen quantitative growth so as to be able to supply water to 95.7% of the domestic population, 49,909 thousand (based on figure...
The Republic of Korea's waterworks service has more than 100 years of history since the modern water supply facilities were constructed. Now that the waterworks service has seen quantitative growth so as to be able to supply water to 95.7% of the domestic population, 49,909 thousand (based on figures at the end of 2013), but with economic development, the importance of maintaining a stable water supply has been growing with the increasing consumer need for a qualitative improvement of the waterworks service. Solving the problem of leaks has emerged as one of the measures to maintain a stable water supply because 55,700 million won, 10.7% of total tap water production, each year is lost due to water leaks. Nonetheless, water facilities have not been maintained effectively due to difficulties in the investigation of leaky spots, and the degree of pipe damage and deterioration, because almost all water pipes are laid underground. The technology used to detect leaks and locate leaky spots is by listening to the sound that they make. Some developed countries have commercialized products for leak detection, but the figures are rough, and such products have not yet been developed domestically in Korea. The study of leak detection technology should be preceded by the commercialization of leak detection products in this circumstance. In this study, I analyzed basic data and examined the methodology's applicability using measured random signals with an accelerometer sensor in accordance with changes in the frequency domain by the use of hydraulic pressure in pipes and leak hole size, estimating the leaky spot by frequency domain analysis and correlation analysis. I comparatively analyzed the range of errors of the estimated and the real leak point. To detect the signal's frequency domain and characteristics of a leak, experiments were performed using an accelerometer sensor both in the presence and the absence of a leak, and when water flow was applied and not applied. As a result, a frequency domain could be confirmed from 1,000Hz to 5,000Hz, and also the water flow in a pipe being affected by the propagation of the signal of a leak point could be confirmed. The FFT analysis results for detecting the frequency characteristics and differences in leak signal strength by water pressure and leak hole size are that the leak signal frequency of a measured random signal in sensor 1 was clearly found to be 1,500Hz and 2,381Hz. At the frequencies of 1,500Hz and 2,381Hz, when the water pressure was higher than 1 kgf/cm2, the leak's signal was strengthened to approximately 8.3 times and 9.1 times, respectively. When the water pressure was 2kgf/cm2 to 4kgf/cm2, the leak's signal strengthened approximately 1.2 times and 1.3 times, respectively. The leak signal frequency of a measured random signal in sensor 2 was found to be 1,190Hz and 1,500Hz. At 1,500Hz, the leak signal's strengthens approximately by 1.1times when the water pressureis 1kgf/cm2 to 2kgf/cm2, and approximately 11.1 times when 2kgf/cm2 to 4kgf/cm2. It can be proven that when the water pressure was applied higher up the pipe, the leak's signal strengthened in proportion. The farther the sensor's distance from the leak point, the lower is the efficiency of measurement due to a lower leak signal. A leak signal could be markedly detected when the leak hole size was larger than 2 mm at the same water pressure. As a result of estimating the leaky spots by random signals, a narrow error range was found for a 4 mm leak hole. The average of a ±15.14 m error range was estimated in 0.5 mm, ±16.05 m in 1 mm, ±14.18 m in 2 mm, and ±2.37m in 4 mm. Some factors, such as weak leak signal, hardly detectable leak signal in 2 sensors, noises louder than the leak signal, and leak hole sizes smaller than 2 mm, could affect cross correlation analysis.
The Republic of Korea's waterworks service has more than 100 years of history since the modern water supply facilities were constructed. Now that the waterworks service has seen quantitative growth so as to be able to supply water to 95.7% of the domestic population, 49,909 thousand (based on figures at the end of 2013), but with economic development, the importance of maintaining a stable water supply has been growing with the increasing consumer need for a qualitative improvement of the waterworks service. Solving the problem of leaks has emerged as one of the measures to maintain a stable water supply because 55,700 million won, 10.7% of total tap water production, each year is lost due to water leaks. Nonetheless, water facilities have not been maintained effectively due to difficulties in the investigation of leaky spots, and the degree of pipe damage and deterioration, because almost all water pipes are laid underground. The technology used to detect leaks and locate leaky spots is by listening to the sound that they make. Some developed countries have commercialized products for leak detection, but the figures are rough, and such products have not yet been developed domestically in Korea. The study of leak detection technology should be preceded by the commercialization of leak detection products in this circumstance. In this study, I analyzed basic data and examined the methodology's applicability using measured random signals with an accelerometer sensor in accordance with changes in the frequency domain by the use of hydraulic pressure in pipes and leak hole size, estimating the leaky spot by frequency domain analysis and correlation analysis. I comparatively analyzed the range of errors of the estimated and the real leak point. To detect the signal's frequency domain and characteristics of a leak, experiments were performed using an accelerometer sensor both in the presence and the absence of a leak, and when water flow was applied and not applied. As a result, a frequency domain could be confirmed from 1,000Hz to 5,000Hz, and also the water flow in a pipe being affected by the propagation of the signal of a leak point could be confirmed. The FFT analysis results for detecting the frequency characteristics and differences in leak signal strength by water pressure and leak hole size are that the leak signal frequency of a measured random signal in sensor 1 was clearly found to be 1,500Hz and 2,381Hz. At the frequencies of 1,500Hz and 2,381Hz, when the water pressure was higher than 1 kgf/cm2, the leak's signal was strengthened to approximately 8.3 times and 9.1 times, respectively. When the water pressure was 2kgf/cm2 to 4kgf/cm2, the leak's signal strengthened approximately 1.2 times and 1.3 times, respectively. The leak signal frequency of a measured random signal in sensor 2 was found to be 1,190Hz and 1,500Hz. At 1,500Hz, the leak signal's strengthens approximately by 1.1times when the water pressureis 1kgf/cm2 to 2kgf/cm2, and approximately 11.1 times when 2kgf/cm2 to 4kgf/cm2. It can be proven that when the water pressure was applied higher up the pipe, the leak's signal strengthened in proportion. The farther the sensor's distance from the leak point, the lower is the efficiency of measurement due to a lower leak signal. A leak signal could be markedly detected when the leak hole size was larger than 2 mm at the same water pressure. As a result of estimating the leaky spots by random signals, a narrow error range was found for a 4 mm leak hole. The average of a ±15.14 m error range was estimated in 0.5 mm, ±16.05 m in 1 mm, ±14.18 m in 2 mm, and ±2.37m in 4 mm. Some factors, such as weak leak signal, hardly detectable leak signal in 2 sensors, noises louder than the leak signal, and leak hole sizes smaller than 2 mm, could affect cross correlation analysis.
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