최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
다음과 같은 기능을 한번의 로그인으로 사용 할 수 있습니다.
NTIS 바로가기다음과 같은 기능을 한번의 로그인으로 사용 할 수 있습니다.
DataON 바로가기다음과 같은 기능을 한번의 로그인으로 사용 할 수 있습니다.
Edison 바로가기다음과 같은 기능을 한번의 로그인으로 사용 할 수 있습니다.
Kafe 바로가기주관연구기관 | 농어촌연구원 |
---|---|
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 | 한국어 |
발행년월 | 2016-01 |
과제시작연도 | 2014 |
주관부처 | 농림축산식품부 Ministry of Agriculture, Food and Rural Affairs(MAFRA) |
등록번호 | TRKO201600003467 |
과제고유번호 | 1545009398 |
사업명 | 첨단생산기술개발 |
DB 구축일자 | 2016-07-02 |
DOI | https://doi.org/10.23000/TRKO201600003467 |
Ⅴ. 연구개발결과
1. 고효율 농촌용수 스마트 파이프라인 시스템 개발
가. 논 용수 및 밭 용수에 적합한 한국형 모델 및 설계기술 개발
1) 저류지 이용 관수로 시스템 설계기술 개발
❍ 관망내 저류시설의 용량을 관망시뮬레이션 기법으로 결정할 수 있는 강체수주이론 활용 관망해석 프로그램을 개발하여 관망 시뮬레이션 기법으로 저류용량을 검토할 수 있는 시뮬레이션 설계기술을 개발하여 제시하였다.
2) 저압 논관개 시스템 설계기술 개발
❍ 평야부 관수로에서 관수로를 이용하여 논관개 시스템을 구축할 경우 논은
Ⅴ. 연구개발결과
1. 고효율 농촌용수 스마트 파이프라인 시스템 개발
가. 논 용수 및 밭 용수에 적합한 한국형 모델 및 설계기술 개발
1) 저류지 이용 관수로 시스템 설계기술 개발
❍ 관망내 저류시설의 용량을 관망시뮬레이션 기법으로 결정할 수 있는 강체수주이론 활용 관망해석 프로그램을 개발하여 관망 시뮬레이션 기법으로 저류용량을 검토할 수 있는 시뮬레이션 설계기술을 개발하여 제시하였다.
2) 저압 논관개 시스템 설계기술 개발
❍ 평야부 관수로에서 관수로를 이용하여 논관개 시스템을 구축할 경우 논은 수압을 필요로 하지 않으므로 저압형으로 설치하는 것이 경제성 측면에서 유리하므로 조정지 및 분수공을 간지선부에 분산배치하여 관망내의 수압을 일정하게 유지하여 균등급수가 가능한 저압 관망시스템을 제시하였다.
3) 신재생에너지 활용 밭관개 시스템 설계기술 개발
❍ 밭관개 시스템의 전기인입 시설을 대체하는 신재생에너지 활용 밭관개시스템을 제시하고, 토양수분계와 전동밸브로 관개가 가능한 밭관개 자동화 시스템의 모형을 제시하였다.
❍ 관로내의 소수력을 활용하기 위하여 관로내의 흐르는 물을 이용하여 발전하는 관로형 소형(마이크로) 수력 발전장치 모형을 제시하고 관로내 마이크로 발전장치 도입방향을 제시하였다.
나. 강체수주이론 활용 파이프라인 시뮬레이션 기법 개발
1) 파이프라인 서징해석 프로그램 개발
❍ 관망 비정상 해석을 위하여 EPANET의 절점수두법에 의한 관망해석 엔진을 강체수주이론에 의한 관망해석엔진이 탑재된, EPANET 기반 “강체 관망 서징해석 프로그램(Rigid PipeNet Surging Analysis Program, 이하 약칭 RPSAP)을 개발하였다. 이 프로그램은 관망 설계 및 저류시설 용량결정 및 관망 운영관리 등에 활용할 수 있다.
2) 파이프라인 서징 시뮬레이션 기법 개발
❍ 관망의 서징해석을 위하여 수요량 변화에 대한 펌프 및 밸브 제어, 저류시설 펌프 연계 운영 방법을 강체수주이론 기반의 RPSAP 프로그램으로 시뮬레이션 할 수 있는 관망 서징해석 시뮬레이션기법을 정립하였다.
❍ 강체수주이론에 의한 관망해석 프로그램은 이론상으로만 알려진 관망해석 기법으로 강체수주이론 해석엔진을 EPANET에 포함하여 개발된 사례는 없다. 이 프로그램은 향후 저류시설이 포함된 관망설계시 저류용량 결정 및 관망 운영관리 프로그램 등으로 활용이 가능하다.
다. 스마트 파이프라인 시스템 Test-Bed 선정
1) 파일럿 플랜트 기본구상 및 설계
❍ 농업용 스마트 파이프라인 시스템의 기술개발 및 검증을 위하여 파일럿 플랜트를 설치하여 요소기술을 검증하고, 사례지구 Test-Bed를 선정하여 실용화 제안을 할 수 있도록 기초설계를 하였다.
❍ 파일럿 플랜트를 계획하여 관수로 시스템을 스마트화 하는데 필요한 요소기술을 현장과 유사한 조건으로 설치하여 스마트 감지 시스템, 스마트 AMI시스템 및 관망은영관리 프로그램 등의 성능 테스트 및 검증에 활용하였다.
2) 테스트 베드지구를 선정 및 설계
❍ 스마트 관수로시스템 모형을 실용화하기 위하여 영산강 4지구를 대상으로 하여 스마트 운영관리 시스템 구상하여 제시하였다.
라. 농업용 파이프라인 최적설계 알고리즘 개발 및 적용
1) 양수시설 최적 운영관리 기법 검토
❍ 관망시스템에서 사용되고 있는 펌프의 소비전력 절감을 위해서는 펌프의 운전효율 향상 및 운전제어 기법 개발이 필요하므로 현행 운전제어 기법과 모니터링 기법을 분석하여 IoT기반 양수장 펌프운전시스템 프로토 타입을 개발하였다.
2) 국내외 파이프라인 최적설계 기술 분석
❍ 관망 최적 설계기법으로 이진정수법 및 화음탐색법을 활용한 최적 관망 설계 등 국내 관거 최적설계 기술과 국외 관거 최적 설계기술을 조사하였다.
3) 파이프라인 시스템/팜폰드/양수시설 최적화 알고리즘 개발
❍ 관로 설계 및 운영을 위한 블록기반의 관망 모델링 및 관망해석이 가능한 통합 HMI 시뮬레이터(이하 PDCS)를 개발하였다. 이 시뮬레이터는 가지형의 관수로 시스템의 시뮬레이션에 활용할 수 있다.
4) 진화알고리즘을 이용한 최적설계 기법 개발
❍ 관수로 시스템 설계시 관경은 경제성과 수리현상에 영향을 미치는 중요한 요소로 관경을 최적으로 결정할 수 있다면 사업비 절감과 운영관리 효율을 높일 수 있다. 연구에서는 유전자 알고리즘 모형을 이용한 관경산정 기법을 제시하여 설계에 활용할 수 있도록 하였다.
마. 한국형 스마트 관수로 시스템 모형 및 설계기술 개발
❍ 농촌용수 공급시스템의 한계를 극복하기 위하여 수자원의 분산저장 및 순환이용이 가능한 저류형 관망시스템에 센서기반 AMI 계측시스템, 실시간 관망운영프로그램, 관로누수사고예방시스템, IOT 이용 양수장 운영관리시스템, 관수로 스마트서비스 시스템 등 스마트 관망운영 요소기술을 융합한 한국형 농촌용수 스마트 관수로 시스템을 구축하였다.
바. 농업용 관수로의 안전성 및 내구성 확보를 위한 대책기술 개발
1) 관파손 감지 시스템의 개발
❍ 관파손 감지 시스템은 IT기술을 활용하여 지하매설물을 실시간으로 감시하는 기술로, 관수로의 파손 및 누수를 감지하기 위한 감지 시트, 감지 테이프, 누수감지 센서, 실시간 감시장치 등을 개발하였으며, 인증기관의 성능평가를 받았다. 관파손 감지시스템의 성능평가를 통한 사업화의 기초를 마련하고자, 파일럿 플랜트 운영을 통해 현장과 유사한 조건에서의 시스템의 운영 성능 평가를 수행하였으며, 설치 및 운영 매뉴얼을 작성하고, 경제성을 분석하여 경제적 타당성을 분석하였다.
2) 농업용 관수로 관종선정 및 유지관리 매뉴얼 개발
❍ 농업용 관수로는 크게 금속관과 비금속관으로 구분되며, 금속관의 주된 문제인 부식현상에 대한 문헌 고찰 및 실험을 수행하였다. 또한, 비금속관의 주된 문제에 대하여 문헌 고찰을 수행하였다. 현장에서의 농업용 관수로의 설치 및 운영에 대한 문제를 파악하고 매뉴얼에 반영하기 위하여 현장 실태조사를 수행하였으며, 현장 실무운영자와의 면담조사를 통해 현장 상황을 파악하여 농업용 관수로의 관종선정 및 유지관리 매뉴얼을 개발하였다.
사. 요소기술 도출 및 농촌용수 운영관리 시스템 프로토타입 개발
❍ 관수로 운영관리에 필요한 요소기술을 검토하여 관망해석, 지리정보기술, 모바일 정보 활용, 조절지 운영, 사용량 분석 등의 요소기술을 도출하고 프로토타입을 개발하였다.
아. 지능형 파이프라인 운영관리 시스템 시작품 제작
❍ 본 연구에서 프로그램의 구성체계를 수립하였으며, 농업용수 관리에 적합하다 판단되는 기능 및 사용자 편의성을 고려한 화면을 설계하여 목표 시스템을 개발하였다. 더 나아가, 개발된 시스템의 활용에 대한 연구를 진행하였으며, 적용대상으로서 지하수 관정통합시스템에 대해 분석하고 수요예측 및 공급우선순위를 결정하는 로직을 개발하였다.
자. ICT 기반 지능형 파이프라인 운영관리 시스템 테스트 및 검증 및 고도화
❍ 개발된 농촌용수 파이프라인 운영관리 시스템을 파일럿플랜트 상에 적용하여 시스템 테스트를 수행하였다. 시스템 테스트 및 운영결과를 토대로 추가되거나 보완이 필요한 공급관리 기능에 대한 고도화 작업이 진행되었으며, 실제 관수로 공급체계의 현장인 영산강 및 제주도를 대상으로 시스템 표준화 및 시스템 적용방안을 수립하였다.
차. AMI 유무선 네트워크 및 검증 프로토타입 개발 및 AMI 운영 소프트웨어 개발
❍ 농촌용수 관수로에 설치되는 다양한 계측기(유량, 수압, 수질, 수위 등) 및 농작물 재배를 위해 부가적으로 설치되는 센서(토양수분센서, 온도센서, 습도센서등) 측정을 위한 AMI 디바이스의 개발 및 측정된 데이터의 수집을 위한 RF 통신 네트워크를 구축하고, 이를 CDMA 이동통신을 이용하여 원격지에 각종 측정되고, 계측된 데이터를 전송하는 기술을 개발하였다.
V. Study Results
1. Highly-efficient Smart Pipeline System for Rural Water
A. Development of Korean Model & Design Technology for Rice Paddy & Field Rural Water
1) Development of Pipeline Design Technology Using Reservoirs
❍ A pipeline network analysis program was developed using the rig
V. Study Results
1. Highly-efficient Smart Pipeline System for Rural Water
A. Development of Korean Model & Design Technology for Rice Paddy & Field Rural Water
1) Development of Pipeline Design Technology Using Reservoirs
❍ A pipeline network analysis program was developed using the rigid water column theory that can determine the capacity of reservoirs within pipelines through a simulation method. With the simulation method, this Study, in turn, developed and suggested simulation design technology to review the capacity of storage.
2) Development of Design Technology of Low-pressure Rice Paddy Irrigation System
❍ In establishing a rice paddy irrigation system with pipelines on plain land areas, it is more economically feasible to install a low-pressure system because it does not require high pressure to supply water to rice paddies. Thus, a low-pressure system is suggested to distribute balancing reservoirs and waterspouts in branches to keep a certain water pressure level and supply an equal amount of water to pipelines.
3) Development of Design Technology of Field Irrigation System Using Renewable Energy
❍ This Study suggested a field irrigation system using renewable energy to replace conventional electricity supply facilities, and an automated field irrigation system model that enables field irrigation with tensiometers and motor-operated valves.
❍ It also suggested a micro hydro power generation model utilizing small hydro power with water flow within pipelines, and directions for introducing the model.
B. Development of Pipeline Simulation Method Using Rigid Water Column Theory
1) Development of Pipeline Surging Analysis Program
❍ This Study developed the Rigid PipeNet Surging Analysis Program (RPSAP) based on EPANET. The RPSAP is equipped with a pipeline network analysis engine that is developed on the basis of the rigid water column theory as well as the nodal head method of EPANET for abnormal operating analysis. This can be utilized in designing pipeline networks, determining the capacity of reservoir facilities and operating pipeline networks.
2) Development of Pipeline Surging Simulation Method
❍ To support surging analysis, this Study established a surging analysis simulation method for pipeline networks that enables simulating the method for controlling pumps and valves against changes in supply and demand and for integrating pumps in reservoir facilities with the RPSAP of the rigid water column theory.
❍ he pipeline network analysis program of the rigid water column theory has been only theoretically known, thus, no case incorporating the rigid water column theory analysis engine into the EPANET. This program suggested herein will be utilized in determining the storage capacity for designing a pipeline network with reservoir facilities, and be used as a operation/management program for pipeline networks.
C. Selection of Test-Bed for Smart Pipeline System
1) Basic Planning & Designing of Pilot Plant
❍ A pilot plant was installed herein to develop and demonstrate technologies of the smart pipeline system for rural water, and element technologies were demonstrated through the plant. A test-bed for a case study was also selected and the basic design for the test-bed was developed for proposing commercialization plans.
❍ In the pilot plant, element technologies required to build smart pipeline networks were installed under the similar conditions to the real site. The pilot plant was used to test and demonstrate smart sensor system, smart AMI system and pipeline network operation/management program.
2) Selection & Design of Test-Bed Site
❍ In order to commercialize the smart pipeline system model, four areas near Yeongsan River were selected to suggest the smart operation/management system.
D. Development and Application of Optimal Design Algorithm for Rural Water Pipelines
1) Review of Optimal Operation Method for Pumping Stations
❍ It is required to enhance the efficiency of pump operation and develop controlling methods to reduce the power consumption of pumps used in pipeline networks. To do so, current operating and monitoring methods were analyzed herein and a prototype of an IoT-based pump operation system for pumping stations was developed.
2) Analysis of Optimal Pipeline Design Technology in Korea and Abroad
❍ Optimal pipeline design technologies in Korea and abroad were researched herein including binary integer and harmony search algorithms.
3) Development of Optimal Algorithm for Pipeline Systems/Farm Ponds/Pumping Stations
❍ This Study developed an integrated HMI simulator (PDCS) that enables block-based pipeline network modelling and analysis for designing and operating pipelines. The simulator can be used to simulate pipeline systems with multiple branches.
4) Development of Optimal Design Method Using Evolutionary Algorithm
❍ Pipe diameter is an important factor in designing pipelines that affects economic effects and hydraulic phenomenon. If it is possible to determine the most optimal pipe diameter, the construction costs and operating efficiency will be greatly improved. By using a genetic algorithm model, a pipe diameter determining method was suggested herein to be used in designing pipeline networks.
E. Development of Korea Model of Smart Pipeline System & Design Technology
❍ To overcome limits of current rural water supply systems, this Study established a Korean model of the smart pipeline system by converging with element technologies for the smart pipeline network operation including reservoir pipeline network system allowing distributed storage and circulation; sensor-based AMI measurement system;real-time pipeline network operation program; pipeline leakage prevention system;IoT-based pumping station operation system; and pipeline smart service system.
F. Development of Technology for Securing Safety & Durability of Rural Water Pipelines
1) Development of the Under-Navi System
❍ The under-navi system is to monitor underground structures in real time by utilizing IT technologies. The system was developed herein to detect damage or leakage of pipelines and included detection seat and tape, leakage detection sensor, real-time detection device, etc. and its performance was certified by official certification organizations. In order to secure the foundation for commercialization of the under-navi system through demonstrating its performance, this Study demonstrated the system with a pilot plant built under the similar conditions to the real site, prepared manuals for installation and operation, and analyzed its economic feasibility.
2) Manuals for Selection of Pipeline Type for Rural Water & Maintenance
❍ Pipeline types are comprised of metallic and non-metallic pipes. For metallic pipes, this Study researched literature on their corrosion effects and conducted a series of experiment, and for non-metallic pipes, related literature was reviewed. On-site investigation was conducted to review the current status of installed pipelines and to collect related issues. Also interviews with people in charge of operation were also arranged. Data collected from the investigation and interviews were utilized in selecting suitable pipeline types and reflected in a manual for maintenance.
G. Selection of Element Technologies & Development of Prototype of Operation System for Rural Water
❍ Relevant technologies for pipeline operation/management were reviewed and element technologies were selected including pipeline network analysis, geographic information, mobile information utilization, regulating reservoir operation, consumption analysis, etc. Based on the technologies, a prototype of the system was developed.
H. Production of Pilot System for Intelligent Pipeline Operation & Management
❍ Program structure was established herein and a screen was designed considering required functions and user convenience. With this, a target system was developed, and follow-up studies for the utilization of the developed system were also conducted. An underground well integration system was also analyzed and logic for forecasting demand and setting supply priority was developed herein.
I. Demonstration & Advancement of ICT-based Intelligent Pipeline Operation System
❍ This Study tested the system by applying the developed pipeline operation/management system for rural water to the pilot plant. Based on the results of the test and operation, other management functions to be added and supplemented were advanced. The system was demonstrated targeting Yeoungsan River and Jeju areas to establish plans for system standardization and application.
J. Development of AMI Wired/Wireless Network, Prototype & AMI Operation Software
❍ On rural water pipelines, various meters (flow rate and water pressure, quality and level) and sensors (soil moisture, temperature, humidity, etc.) are mounted for growing crops. AMI devices for these meters and sensors were developed herein and a RF communication network was also established to collect data. This Study also developed technologies to remotely measure data using CDMA mobile communications and transmit collected data to a server.
과제명(ProjectTitle) : | - |
---|---|
연구책임자(Manager) : | - |
과제기간(DetailSeriesProject) : | - |
총연구비 (DetailSeriesProject) : | - |
키워드(keyword) : | - |
과제수행기간(LeadAgency) : | - |
연구목표(Goal) : | - |
연구내용(Abstract) : | - |
기대효과(Effect) : | - |
Copyright KISTI. All Rights Reserved.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.