[논문]Data complement algorithm of a complex sewerage pipe system for urban inundation modeling

Lee, Seungsoo; An, Hyunuk; Kim, Yeonsu; Hur, Young-Teck; Lee, Daeeop

doi:10.7744/kjoas.20200040

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Geographic information system (GIS) sewer network data are a fundamental input material for urban inundation modeling, which is important to reduce the increasing damages from urban inundation due to climate change. However, the essential attributes of the data built by a local government are often ...

Geographic information system (GIS) sewer network data are a fundamental input material for urban inundation modeling, which is important to reduce the increasing damages from urban inundation due to climate change. However, the essential attributes of the data built by a local government are often missing because the purpose of building the data is the maintenance of the sewer system. Inconsistent simplification and supplementation of the sewer network data made by individual researchers may increase the uncertainty of flood simulations and influence the inundation analysis results. Therefore, it is necessary to develop a basic algorithm to convert the GIS-based sewage network data into input data that can be used for inundation simulations in consistent way. In this study, the format of GIS-based sewer network data for a watershed near the Sadang Station in Seoul and the Oncheon River Basin in Busan was investigated, and a missing data supplementing algorithm was developed. The missing data such as diameter, location, elevation of pipes and manholes were assumed following a consistent rule, which was developed referring to government documents, previous studies, and average data. The developed algorithm will contribute to minimizing the uncertainty of sewer network data in an urban inundation analysis by excluding the subjective judgment of individual researchers.

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그림 Fig. 1. Detailed data properties of sewerage system. (a) GIS Information of Sadang area, (b) GIS Information of Oncheon River.
그림 Fig. 2. Example of missing sewerage system data (blue dot is manhole, green line is sewer pipe and red line is selected sewer pipe).
그림 Fig. 3. Work flow for sewerage system data correction.
표 Table 1. Input data format of pipe data.
표 Table 2. Input data format of manhole data.
표 Table 3. Output data format of pipe data.
표 Table 4. Output data format of manhole data.
그림 Fig. 4. comparison between before and after correction of sewerage system data. (a) before correction in Sadang area, (b) after correction in Sadang area, (c) before correction in Oncheon River area (green line is sewer pipe and blue circle is manhole), (d) after correction in Oncheon River area (red line is sewer pipe and blue circle is manhole).
표 Table 5. Comparison between before and after correction.

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문제 정의

본 연구에서는 GIS기반 하수관망 자료의 특성과 문제점에 대해서 알아보고 개별연구자들의 주관적 판단을 최대한 배제하고 합리적인 가정을 기반으로 하여 누락된 정보를 보완할 수 있는 알고리즘을 개발하였다. 본 연구에서 개발된 알고리즘은 향후 도시침수 해석 시 하수관망 정보의 불확실성에서 야기되는 모의 결과의 불확실성을 줄이는데 기여할 수 있을 것으로 판단된다.
본 연구에서는 서울시 사당역 인근 유역과 부산시 온천천 유역의 하수관망 자료에 대해 누락된 자료를 보완하기 위한 알고리즘을 개발한다. 사당역 인근 유역 자료와 온천천 유역의 자료는 해당 지자체의 협조를 얻어 shp파일 형태의 GIS자료를 활용하였다.
그러나 하수관망 자료의 경우 침수 모의에 필수적으로 필요한 개별 자료의 연결관계가 매우 복잡할 뿐만 아니라 특정한 규칙에 의하여 생성된 네트워크가 아니므로 육안으로 개별 데이터의 연결관계와 속성 정보를 확인하는 것이 매우 곤란하다. 따라서 본 연구에서는 도시침수 해석에 필수적인 GIS 기반 하수관망 자료의 누락정보 보완을 위한 알고리즘 개발에 관한 연구를 수행하였다. 본 연구에서 제안된 하수관망 누락자료 보완 알고리즘은 원자료의 데이터 속성을 최대한 보존한 상태에서 누락된 속성 정보를 합리적으로 보완하고 필요에 따라서는 자료(ex.
본 연구에서는 서울시 사당역 인근 유역과 부산시 온천천 유역의 GIS 기반 하수관망 자료에 대하여 누락자료를 파악하고 본 연구에서 제안된 알고리즘을 이용하여 누락자료를 보완하였다. 누락자료의 보완결과 원자료에 존재하는 비상식적으로 짧은(0.

가설 설정

3) 하수관로의 길이는 각 노드 간 길이의 합으로 한다.

제안 방법

본 연구에서는 하수관망 자료의 누락자료 보완을 위하여 Fig. 3에 나와 있는 순서에 따라 하수관망 자료를 보완한다. 하수관망 자료의 획득 이후 line 형태의 자료(하수관로, 암거 등)와 point 형태의 자료(맨홀)의 자료를 구분하여 필요 정보를 텍스트 형태로 변환한 후 활용 가능한 정보를 기준으로 누락 자료를 보완한다.
3에 나와 있는 순서에 따라 하수관망 자료를 보완한다. 하수관망 자료의 획득 이후 line 형태의 자료(하수관로, 암거 등)와 point 형태의 자료(맨홀)의 자료를 구분하여 필요 정보를 텍스트 형태로 변환한 후 활용 가능한 정보를 기준으로 누락 자료를 보완한다.
텍스트 파일 형태로 변환된 개별 자료는 Fortran 프로그램을 활용하여 누락자료의 보완이 수행되므로 누락자료가 null 또는 공백으로 처리된 경우에는 모두 '0' 으로 처리하여 입력자료를 읽어 오는 경우에 에러가 발생하지 않도록 하였다.
최근에는 지자체별로 GIS기반 하수관망 자료를 구축하여 자료의 활용성과 접근성이 높아졌으나 앞서 언급한 바와 같이 하수관망의 설치 및 유지보수를 목적으로 하여 제작되었으므로 모의 수행에 필요한 필수 자료가 누락된 경우가 많다. 모의 수행에 필요한 하수관거의 속성정보는 관로 길이, 관로 형태(원형 또는 사각형), 가로 세로 관경, 조도계수, 매설깊이, 매설경사, 상하류단에 연결된 맨홀 정보, 하수관로의 각 절점별 x, y 좌표 등이며, 본 연구에서는 다음의 제안된 기본 가정 및 알고리즘에 기반하여 하수관로의 누락자료 보완을 수행하였다.
1) 직선 형태로 구성되어 있는 하수관로 자료는 시점과 종점의 좌표를 확인할 수 없으므로 GIS 프로그램을 이용하여 노드로 변환한다.
6) 하수관로의 평균 경사는 상하류단의 매설 깊이가 존재하는 경우 그 값을 이용하고 상하류단의 매설 깊이 정보가 없는 경우 상하류단 노드가 포함되어 있는 지점사이의 지반고 경사를 하수관로의 평균 경사로 한다. 이후 매설 깊이는 하수도 시설기준(ME, 2011)에 따라 최소 매설 깊이인 1 m에 안전율을 고려하여 지표면에서 1.5 m 아래에 매설된 것으로 보완한다.
본 연구에서는 서울시 사당역 인근 유역과 부산시 온천천 유역의 GIS 기반 하수관망 자료에 대하여 누락자료를 파악하고 본 연구에서 제안된 알고리즘을 이용하여 누락자료를 보완하였다(Table 5). 누락자료의 보완결과 원자료에 존재하는 비상식적으로 짧은(0.

대상 데이터

본 연구에서는 서울시 사당역 인근 유역과 부산시 온천천 유역의 하수관망 자료에 대해 누락된 자료를 보완하기 위한 알고리즘을 개발한다. 사당역 인근 유역 자료와 온천천 유역의 자료는 해당 지자체의 협조를 얻어 shp파일 형태의 GIS자료를 활용하였다. 획득된 하수관망 GIS자료는 각각 하수관로, 맨홀 및 배수펌프장에 대한 자료이며 개별 자료에 대한 설명과 누락자료에 대한 부분은 다음 장에서 다루기로 한다.
사당역 인근 유역 자료와 온천천 유역의 자료는 해당 지자체의 협조를 얻어 shp파일 형태의 GIS자료를 활용하였다. 획득된 하수관망 GIS자료는 각각 하수관로, 맨홀 및 배수펌프장에 대한 자료이며 개별 자료에 대한 설명과 누락자료에 대한 부분은 다음 장에서 다루기로 한다. 누락자료 확인 이전에 개별 지역의 특성을 살펴보면 서울시 사당역 인근 유역은 유역면적 13.

성능/효과

온천천 유역의 하수관로 자료는 관로경사와 상류단 지반고 및 하류단 지반고 자료가 누락되어 있으며 상류단 맨홀과 하류단 맨홀에 대한 자료가 존재하지 않았다. 또한 shp 파일 형태의 하수관로 자료를 지도 위에 표출 시켜 확인해본 결과 Fig. 2에서와 같이 하수관로가 다른 하수관로와 만나는 지점에서 실제 지역에는 맨홀이 위치하고 있으나 GIS자료상에는 맨홀이 존재하지 않는 것을 확인할 수 있다. 본 연구에서는 서울시 사당역 인근 유역과 온천천 유역의 하수관로 자료를 사용하여 알고리즘을 적용하고 있으나 그 외 다수의 지자체 보유 하수관로 자료들도 이와 거의 유사한 문제점들을 보이는 것을 확인하였다.
2에서와 같이 하수관로가 다른 하수관로와 만나는 지점에서 실제 지역에는 맨홀이 위치하고 있으나 GIS자료상에는 맨홀이 존재하지 않는 것을 확인할 수 있다. 본 연구에서는 서울시 사당역 인근 유역과 온천천 유역의 하수관로 자료를 사용하여 알고리즘을 적용하고 있으나 그 외 다수의 지자체 보유 하수관로 자료들도 이와 거의 유사한 문제점들을 보이는 것을 확인하였다. 따라서 이러한 자료를 직접 변환하여 유출 해석 모의에 활용하는 경우 원본자료의 불확실성에 의하여 유출 해석 결과가 실제와 상이하게 나타날 수 있으므로 원본 자료를 최대한 보존한 상태에서 개별적 연구자들의 주관을 최대한 배제한 보완 기법이 필요하다.
5) 개별 하수관로의 속성 중 관경이 누락된 경우 상하류단에 연결된 관로의 관경값으로 결정 만약 상하류단에 연결된 관로도 관경값이 존재 하지 않는 경우 전체 하수관로 자료의 평균 관경으로 보완한다.
누락자료의 보완결과 원자료에 존재하는 비상식적으로 짧은(0.5 m 이하) 하수관로 자료를 제거하였으며 하수관로의 절점에 위치해야 하는 맨홀을 새롭게 생성하였을 뿐만 아니라 하수관로의 속성 정보 중 관로 유출 해석에 필수적인 관경, 단면형태, 관로경사, 상·하류단 연결 맨홀 정보와 맨홀의 매설 깊이, 바닥 면적, 맨홀에 연결된 하수관로의 개수 및 ID를 성공적으로 보완하였다.
따라서 본 연구에서는 도시침수 해석에 필수적인 GIS 기반 하수관망 자료의 누락정보 보완을 위한 알고리즘 개발에 관한 연구를 수행하였다. 본 연구에서 제안된 하수관망 누락자료 보완 알고리즘은 원자료의 데이터 속성을 최대한 보존한 상태에서 누락된 속성 정보를 합리적으로 보완하고 필요에 따라서는 자료(ex. 맨홀)를 새롭게 생성하도록 설계하여 사용자의 주관적 판단을 최대한 배제하여 누락자료 보완 시 자료의 불확실성을 줄일 수 있도록 하였다.

후속연구

본 연구에서는 GIS기반 하수관망 자료의 특성과 문제점에 대해서 알아보고 개별연구자들의 주관적 판단을 최대한 배제하고 합리적인 가정을 기반으로 하여 누락된 정보를 보완할 수 있는 알고리즘을 개발하였다. 본 연구에서 개발된 알고리즘은 향후 도시침수 해석 시 하수관망 정보의 불확실성에서 야기되는 모의 결과의 불확실성을 줄이는데 기여할 수 있을 것으로 판단된다.
5 m 이하) 하수관로 자료를 제거하였으며 하수관로의 절점에 위치해야 하는 맨홀을 새롭게 생성하였을 뿐만 아니라 하수관로의 속성 정보 중 관로 유출 해석에 필수적인 관경, 단면형태, 관로경사, 상·하류단 연결 맨홀 정보와 맨홀의 매설 깊이, 바닥 면적, 맨홀에 연결된 하수관로의 개수 및 ID를 성공적으로 보완하였다. 향후 본 연구에서 제안된 하수관로의 누락자료 보완 알고리즘은 도시침수 해석 시 관망자료의 불확실성을 줄여 모의 결과의 정확도를 향상시키는데 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

참고문헌 (12)

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