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Kafe 바로가기주관연구기관 | 한국수자원공사 Korea Water Resources Corporation |
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연구책임자 | 김주환 |
참여연구자 | 최두용 , 김재옥 , 최민아 , 김동홍 , 김형숙 , 박순모 , 배철호 , 백승남 , 부창훈 , 손동완 , 양승경 , 이동주 , 이두진 , 이호현 , 정원일 , 최태호 |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 | 한국어 |
발행년월 | 2016-06 |
과제시작연도 | 2015 |
주관부처 | 환경부 Ministry of Environment |
등록번호 | TRKO201800002536 |
과제고유번호 | 1485013133 |
사업명 | 글로벌탑환경기술개발사업 |
DB 구축일자 | 2018-04-05 |
키워드 | 상수관망.스마트미터.수질센서.수도계량기.운영관리.누수.Water distribution system.Smart meter.Water quality sensor.Water meter.Operation and management.Leakage. |
DOI | https://doi.org/10.23000/TRKO201800002536 |
개발 목적 및 필요성
본 연구에서는 스마트미터 및 다항목 수질측정 장비를 개발하여 취득된 데이터를 통해 수돗물 사용량 분석 및 제어, 누수분석, 수질감시 및 제어를 하여 상수도 사업자에게는 상수관망을 보다 효율적으로 운영관리 할 수 있는 Tool을 제공하며, 사용자에게는 수돗물과 관련된 유용한 정보를 제공함으로써 생활에 편의를 제공하고 절수 등을 통하여 경제적인 이익을 도모할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
따라서 상수관망의 운영관리 고도화를 위하여 스마트 센서(sensor) 및 미터링(metering) 시스템과 IT
개발 목적 및 필요성
본 연구에서는 스마트미터 및 다항목 수질측정 장비를 개발하여 취득된 데이터를 통해 수돗물 사용량 분석 및 제어, 누수분석, 수질감시 및 제어를 하여 상수도 사업자에게는 상수관망을 보다 효율적으로 운영관리 할 수 있는 Tool을 제공하며, 사용자에게는 수돗물과 관련된 유용한 정보를 제공함으로써 생활에 편의를 제공하고 절수 등을 통하여 경제적인 이익을 도모할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
따라서 상수관망의 운영관리 고도화를 위하여 스마트 센서(sensor) 및 미터링(metering) 시스템과 IT 기반의 실시간 감시 및 분석기술을 개발함으로써 최종목표는 「스마트 미터 및 센서 네트워크 기반의 상수관망 최적 운영관리시스템」을 구축하는 것이다.
연구개발 결과
본 연구에서는 상수관망 운영관리 고도화를 위한 스마트 미터, 수질계측 센서, 관망 운영 요소기술 등을 개발하여 통합화된 실시간 상수관망 감시 및 운영시스템 개발을 추진하였다.
먼저 스마트 미터링 시스템을 개발하였다. 스마트 미터링 시스템은 고정밀 수도미터, LC센서, 송신장치, 중계장치, 데이터 수집장치, 서버 및 운영시스템으로 구성하였다. 고정밀 수도미터의 경우에는 기존의 수도미터보다 정밀도가 높은 100/1.6배수로 개발하였으며, 계수부는 LC센서를 이용하여 아날로그 계량기와 디지털 계량기의 장점을 극대화되도록 하였다. 이와 같이 검침된 데이터는 송신장치, 중계장치, 데이터 수집장치에 의해서 중앙서버로 전송되고, 수용가 기반 스마트미터 운영관리시스템을 개발하여 검침데이터 데이터베이스를 기반의 모바일 앱과 웹을 활용한 사용자 편의 서비스를 제공할 수 있도록 하였다.
둘째로, 상수관망의 수질계측에 사용되는 다항목 수질계측기를 개발하였다. 다항목 계측기 중 상수관망의 수질계측에서 주요인자가 되는 탁도 및 잔류염소 센서는 국산화 하였다. 그리고 다항목 수질계측기의 요소기술을 활용하여 유수율 제고사업 등 상수도 관망 유지관리 사업에 활용할 수 있는 수도사업자용 초소형 멀티센서와 수돗물 소비자에게 수질 및 수압 정보를 제공할 수 있는 수도꼭지 탑재형 다기능 센서링 시스템을 개발하였다.
셋째로, 상수관망 운영관리 요소기술의 확보를 위하여 칼만필터 및 주성분 분석에 의한 파열누수의 예측 알고리즘을 개발하였다. 또한 누수의 위치정보 파악에 활용할 수 있도록 부정류 기반의 동역학적 수리해석 모형을 개발하였다. 여기에 더하여 용수공급시스템 상에서 생성 및 소멸되는 물의 에너지를 관망 구성 요소에 따라 분류할 수 있는 상수관망 에너지 평가지표를 제시하였다.
넷째, 대수용가 기반 상수관망 수압 및 수질 감시/제어 시스템을 실제 대수용가에 적용하여 수량 및 수질 모두 만족할 수 있는 안정적인 용수 공급 방안을 도출하였다.
마지막으로, 파주지방상수도 테스트베드를 구축을 통해 본 연구에서 개발된 스마트미터링 시스템, 다항목 수질계측기, 초소형멀티센서, 수용가 기반 실시간 운영관리시스템의 현장 적용성 및 GBEST 통합시스템의 연계성을 평가하였다.
성능사양 및 기술개발 수준
1. 스마트미터링 시스템
- 100/1.6배수의 고정밀 수도미터
- LC센서를 통한 아날로그 신호를 디지털 신호 변환
- 424MHz의 RF통신과 CDMA 통신망 이용
- 수용가 기반 스마트미터 운영관리 시스템
- 통신 정보보안 시스템
- GBEST 통합시스템과 연계
2. 다항목 수질계측기
- 탁도 및 잔류염소 센서 국산화 기술 확보
- 탁도, 잔류염소, 수온, 전기전도도, pH를 포함한 5종의 수질을 상수도 관로상에서 동시에 계측가능
- CDMA 통신망을 이용한 모니터링 시스템 구축
3. 초소형 멀티센서
- 수압 및 잔류염소, 전기전도도, 온도를 동시에 측정
- 로거타입의 형태로 배수지, 소화전, 수도꼭지 수질 측정가능
활용계획
본 연구에서 개발된 스마트미터링 시스템의 경우에는 픽업코일 장착형 아날로그 수도미터의 보급/판매와 센서 및 통신모듈 판매의 2단계 사업화 전략을 수립하여 스마트미터링 시스템 사업화를 추진할 예정이며, 다항목수질계측기의 경우에는 자동드레인 시스템과 연계하고, 초소형 멀티센서의 경우에는 음수대 등 IoT시장과 연계하여 사업화를 진행할 계획임. 또한 K-water의 국내 위수탁 지자체 및 지방상수도 사업장, 해외사업 지역을 대상으로 본 연구에서 개발된 기술을 사업화할 예정이다.
(출처 : 요약서 4p)
Ⅳ. Results
This study developed a smart meter, water quality monitoring sensor and distribution network operation element technique for the enhancement of a water supply network operation management, and promoted the monitoring of an integrated real-time water supply network and the development o
Ⅳ. Results
This study developed a smart meter, water quality monitoring sensor and distribution network operation element technique for the enhancement of a water supply network operation management, and promoted the monitoring of an integrated real-time water supply network and the development of an operating system.
First, a smart metering system was developed. The smart metering system was composed of high-precision water meter, LC sensor, emitter, repeater, data concentrator unit, server and operating system. The high-precision water meter was developed at a high degree of precision 100/1.6 times than the existing water meter, and the water meter part was designed to maximize the strengths of the analog meter and digital meter using an LC sensor. Like this, the data read were made to be transferred to the central server by the emitter, repeater and data concentrator unit, to provide convenience services for the users developing a smart meter operation management system based on demand customers using a mobile app and the Web based on the reading database.
Second, a multi-parameter water quality monitoring system used in water quality monitoring of water supply networks was developed. Of the multi-parameter measuring instruments, the main factors in water quality monitoring of water supply networks, turbidity and residual chlorine sensors were localized. In addition, using the element technique of a multi-parameter water quality monitoring system, a micro-type multi-sensor for water service providers and tap water consumers, which could be used in a waterworks distribution network maintenance projects like a project for the improvement of flow rate was developed, and a water faucet-mounted multifunctional sensing system was developed, which could provide information about water quality and water pressure.
Third, to secure the element technique of the operation management of water supply networks, an algorithm of the prediction of rupture leakage by Kalman filter and main argument analysis was developed. In addition, an unsteady flow based hydraulic analysis model of unsteady flow was developed, so that it could be used to figure out information about the position of leakage. In addition to this, an index of the evaluation of water supply network energy that could classify the energy of water generated and disappearing on water supply systems according to pressure network components was presented.
Fourth, applying the water pressure and water quality monitoring/control systems of water supply network based on large demand customers to real large demand customers, a plan for stable water supply that could meet both the quantity and the quality of water was drawn.
Finally, the field applicability of the smart metering system, multi-parameter water quality monitoring system, micro-type multi-sensor, the real-time operation management system based on demand customers developed in this study through the construction of a waterworks test-bed in Paju and the connectivity of the GBEST integrated system were evaluated.
(출처 : SUMMARY 13p)
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