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문제 정의
- 즉, 직접적인 시설물 통제에 앞서 상수도 사고의 발생, 사고원인추적, 사고영향 예측, 대응방안 수립 등은 모두 계측기 기반 모니터링 체계를 통해 수행되어야 하므로, 관련 기술의 발전은 곧 상수도 안전에 직접적으로 기여할 수 있다. 본 연구에서는 상수도 사고를 누수 사고와 수질오염 사고로 구분하여, 1) 누수관로 및 오염원을 파악하기 위한 알고리즘을 개발하고, 2) 능동적 상수도 사고 대응을 위한 가변적 블록시스템 구축 기법 등을 개발함으로써 향후 상수도 안전사고에 효과적이고 신속하게 대응할 수 있는 시스템 마련에 기여하고자 하였다.
- 이처럼 한 번 구축된 블록시스템의 경우, 그 운영체계가 고정되는 특징이 있으며, 운영상 블록 간 수계전환이 필요한 경우 인천 붉은 수돗물 사태와 같은 사고가 발생할 우려가 있다. 따라서 본 연구에서는 평상시 수시로 수계를 전환하여 용수공급 효율을 높이고, 수계 전환의 부작용을 최소화하기 위한 동적 블록시스템 구축 개념을 제안하였다. 동적 블록시스템은 용수공급상황 변화에 유연하게 대처하기 위해 소규모 블록을 다양하게 융합/분리/변경하여 운영할 수 있는 네트워크 구축 체계를 의미하며, 신속한 네트워크 변경 요구에 대응하기 위한 밸브 설치 및 제어, 사고대응 등의 운영방안을 포함하고 있다.
- 오염원 역추적 관련 기법으로 PBA(Particle Backtracking Algorithm) 등의 몇 가지 방법이 개발된 바 있으나, 기존 방법들의 경우, 수질 계측 정보가 충분한 신뢰도를 보장하는 경우에만 효과적인 추적이 가능하며, 센서 계측정보의 오류 및 물 사용량의 변동성을 고려한 역추적 기법의 개발이 요구된다. 따라서, 본 연구에서는 현장에서 발생하는 다양한 불확실성(예, 센서 계측 오류, 용수 사용량의 시간 변동성 등)을 고려하여 오염물의 최초 발생지점과 시간의 범위를 추정하는 TPB(Travel Path Balancing) 기법 등을 개발하고 적용하였다.
- 중심으로, 이에 가장 가까운 누수 상태를 추정하는 최적화 기법을 활용하여 누수탐지 알고리즘을 구성하였다. 또한 본 연구에서는 최적화 기법 외에, 인공신경망(ANN) 기법, 영향지수행렬 기법 등 다양한 기법을 활용하여 누수탐지 효율을 향상하고자 계획하였다. 향후 이러한 컴퓨터 해석 기반의 누수탐지 기법이 구축된다면, 누수탐지를 위한 현장탐사 횟수를 줄일 수 있어, 보다 효율적이고 경제적인 복구가 가능할 것으로 예상된다.
- 특히 과거 사례를 통해 드러난 국내 상수도 사고의 문제점은 정확한 사고의 감지 및 원인 파악, 그리고 효과적인 대응이 미흡하여 피해규모가 확대된다는 것이다. 본 연구에서는 계측정보 기반의 다중누수관로 탐지, 수질 사고오염원의 역추적 및 대응, 그리고 탄력적인 동적 블록시스템 운영 기술 등을 개발하여 상수도 안전사고에 효과적으로 대응하기 위한 다양한 기법들을 제안하였다. 본고에서 소개한 상수도 사고대응 기법들을 개발하고 검증한 후 현장에 적용한다면, 향후 상수도 시스템 내 위험요소를 신속히 규명하여사고대응 및 복구를 위한 비용 및 피해규모를 줄일 수 있을 것으로 기대된다.
- 실정이다. 본 연구에서는 상수도 시스템 내 위치한 수질 계측기 정보를 바탕으로, 오염물질의 이동경로와 이동속도 등을 파악하여 오염원의 최초 발생 위치 및 시간을 역추적하고, 이를 통해 오염물의 확산범위를 예측하는 기법을 개발하였다. 오염원 역추적 관련 기법으로 PBA(Particle Backtracking Algorithm) 등의 몇 가지 방법이 개발된 바 있으나, 기존 방법들의 경우, 수질 계측 정보가 충분한 신뢰도를 보장하는 경우에만 효과적인 추적이 가능하며, 센서 계측정보의 오류 및 물 사용량의 변동성을 고려한 역추적 기법의 개발이 요구된다.
- 본 연구에서는 상수도 시스템내에서 관측된 수압, 유량 등의 수리 계측정보를 바탕으로 해석팀 (Analysis-team)에서 누수 가능성이 높은 관로를 추정하여, 이를 현장탐사팀(Field-team)에게 전달하여 현장탐사를 실시하고, 해당 결과를 다시 해석팀에게 피드백하여 현장탐사 결과에 따라 추가 해석 및 누수 관로 재탐색을 실시하는 등의 실시간 공조방식을 통해 다중 누수 관로 탐지의 효율을 상승시키기 위한 누수탐지 기법을 개발하였다.
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