[OL_WaterLogics] 상수도관망최적유지관리시스템 개발_4.이상징후 및 야간최소유량

[공공칠빵]

[OL_WaterLogics] 상수도관망최적유지관리시스템 개발

4.이상징후 및 야간최소유량(Minimum night flow; MNF)

* 아래 기능별 사용방법은 유튜브 동영상을 참조하세요. (구독자등록해주시면 더좋아요^^)

   https://www.youtube.com/srhong007/

* 데모:   OL-WaterLogics Version 2020" (IE에서는 느립니다. Chrome 사용권장)

OpenLayers 6.X /JavaScript/html/css으로 그동안 Education을 만들어오면서 별도 프로젝트를 수행하였습니다.

기능중 공통 및 특이한 기능은  "[OpenLayers] OL-FGIS/Pro 2020 상용버전 프로토타입버전"으로 1차 완료하였습니다. 이젠 응용개발로 본연의 효자종목인 "[OL_WaterLogics] 상수도관망최적유지관리시스템" 구축을 진행중에 있습니다. 기존 Flash기반의 "[상수도관망최적관리시스템 2020] 통합모니터링시스템"을 OpenLayers/JavaScript/html5 기반으로 만들어가는 내용을 정리해보려 합니다.

목표기능은 기존  "WaterLogics"의 기능은 참조하세요.

그중 네번째로  이상징후(수압/유량) 및 야간최소유량(MNF) 분석방법입니다.

전문 누수감시모니터링은 게시글 [상수도통합관리시스템]누수감지시스템 기술제안 관련]에서처럼 누수감지센서

를 사용하여 시스템을 개발합니다. 그리고 이러한 센서를 최적위치는 전문 업체와 협의합니다.

이번에는 "상수도관망최적유지관리시스템"에서 이미 블록별 설치된 유량계/수압계를 활용한 이상징후를 분석하는

시스템을 설명드립니다.

- 블록내 유입/유출이 되는 지점의 유량계(수압/유량)와 주요지점의 수압계를 모니터링합니다.

- 각 계측기는 서버에에 미들웨어 프로그램을 개발하여 24시간 모니터링합니다.

- 추세 패턴으로 일정시간의 변동량과 횟수의 차이로 이상징후를 분석합니다 (아래 이상징후감지분석 참조)

- 본 이상징후분석은 위릐 전문 누수감시시스템은 아니지만, 다양한 패턴과 유추를 할 수 있는 근거자료로 사용됩니다.

- 특히, 사용량이 적거나 일정하다는 전제조건으로 야간최소유량(Minimum night flow; MNF)분석과 병행하여 블록과

  지정지역/상수관로 같이 분석하여 활용합니다.

- 이러한 결과를 "상수도관망최적유지관리시스템 "에서는 시각화하고, 이동평균과 최대/최소 평균 등 다양한 분석을

  표출합니다 

* 아래는 예전 연구과제을 병행하여 프로그램 개발시 학회지에 실린 내용중 이상징후감지 부분을 요약한것입니다.

실시간 모니터링 이상징후감지분석

상수관망에서 수압, 수질, 그리고 유량 등을 실시간 모니터링하기 위해서 센서를 설치하는 것은 필수적이 며, 특히 지속적인 수압

관리를 위해 수압센서의 설치 지점선정은 중요한 문제이다. 상수관망에서 수압측정 을 위한 실시간 모니터링은 상수관망의 운영을 위해 꼭 필요하다.

 예를 들면 수압모니터링을 위한 센서의 설치는 상수관망의 지속적인 해석을 위해 필수적이며 이상징후 포착을 위해서 중요한 역할을 하게 된다.

그 리고 설계 시 계산된 수압의 유지여부를 파악하기 위 해서도 필요하다. 하지만 수많은 관로가 도시전체에 광범위하게 매설되어 있기 때문에 모든 곳에 센서를 설치하는 것은 사실상 불가능한 일이다. 따라서 특정 지점에 모니터링지점을 선정하고 수압센서를 설치해 야 하는데 그 지점을 선정하고 몇 개의 지점을 선정 해야 하는지는 경제적 혹은 효율적 측면에서 매우 중 요한 일이다. 센서의 설치와 운용에는 많은 경제적 비용이 소요되기 때문에 최적의 지점선정은 중요한 문 제이지만 기존의 많은 연구에도 불구하고 모니터링 지점선정방법은 다양한 이유로 인해 실제 상수관망에 적용이 어려운 실정이다.

1.유량변화에 따른 각 절점의 압력기여도 분석 방법

이 방법은 상수관망의 각 절점에 대해서 그 절점이 다른 절점에 압력기여도의 크고 작음을 계산하여 우 선순위를 결정하는 방법이다. 즉 한 절점이 압력기여 도가 높으면 작은 압력변화에도 다른 절점의 압력변 화에 큰 기여를 하게 된다는 판단에서 만들어진 방법 이다. 우선순위 선정을 위하여 앞서 서술한 동일한 방 법으로 각 절점에서의 위압수두와 각 관로에서의 유량 을 산정한다. 그리고 각 절점에서 소요유량(demand)이 추가로 필요하다는 조건으로 정류해석을 수행한다. 예 를 들면 특정절점의 필요유량은 평소 0.001 m³/sec이지만 유량변화를 위하여 0.002 m³/sec로 변화시켜서 정 류해석을 수행한다. 이때 변한 각 절점에서의 수두변 위와 유량변화가 발생한 절점의 최초압력의 비를 합 산하고 평균한 값을 비교하여 식 (1

여기서 k=절점수, j는 절점이며, Δh_j는 특정 절점 에서 발생한 유량변화로 인한 각 절점에서의 압력수 두변위, h는 특정 절점의

 최초압력수두(m)이다. 따라 서 각 절점에서 유량을 변화시킨 후 그로인해 생긴 각 절점의 압력수두변위와 유량변화가 생긴 절점에서의 압력수두의 비를 합산 후 평균하여 각 절점의 압 력기여도를 분석한다. 그리고 기여도가 큰 절점을 우 선순위로 선정한다.

2.유량변화에 따른 각 절점의 압력 민감도 분석

이 방법은 앞서 설명한 유량의 변화에 따른 압력변 위를 산정하는 방법으로는 절점에서 유량을 변화시 키고 그로인해 발생하는

압력변위와 최초압력의 비를 합산하고 평균하여 민감도 분석을 수행한 것이다. 각 절점에서 한차례 유량변화를 발생시키고

압력변위를 계산하기 때문에 절점의 숫자만큼 정류해석이 이루어 지게 된다. 따라서 절점 수만큼 유량변화에 따른 압력 변위가

발생하고 그것을 합산하고 평균하여 그 수치 가 가장 큰 절점을 우선순위로 결정하게 된다. 앞서 설명한 유량변화는 각 절점에서

 소요유량을 추가로 배출하는 조건으로 정류해석을 수행한다. 이때 특정 절점에서 유량의 변화가 생겼으므로 최초 계산하였던

각 절점에서의 위압수두와 각 관로에서의 유량이 변 하게 된다. 이때 변한 각 절점에서의 수두변위와 유량 변화가 발생한 절점의

 최초압력의 비를 계산하고 정 류해석 회수만큼 합산 후 평균한 값을 비교하여 식 (2)과 같이 한 절점의 압력변위와 최초압력의

비를 민 감도로 규정하고 정량적으로 산정하여 비교하였다.

여기서 k=절점수, j는 절점이며, Δh_j는 특정 절점 에서 발생한 유량변화로 인한 각 절점에서의 압력수 두변위, h는 특정 절점의

최초압력수두(m)이다. Fig. 1 은 압력기여도분석방법의 계산과정을 보여주고 있다.

1.이상징후감지분석
 - 이상징후 감지 목록은 위 알고림즘을 기반으로 6가지 정도로 분류하였습니다.

   ["[Flow] Abnormal Increase"] = "[Flow] 유량 이상 증가";
   ["[Pressure] Abnormal Increase"] = "[Pressure] 수압 이상 증가";
   ["[MNF] Abnormal Increase"] = "[MNF]야간최소유량 이상 증가";
   ["[MNF] Construction Schedule"] = "[MNF]야간최소유량  공정 이상";
   ["Hydraulic Analysis Results Abnormality"] = "수리분석 결과 이상";
   ["Inflow/Flux Increase"] = "유입 유량 증가";

- 이러한 이상징후는 발생시간과 변동률로 표출합니다.

2.야간최소유량(Minimum night flow; MNF)

- 야간분석시간을 디폴트로 00~07시로하였습니다. 각 시간당 MNF평균,최대/최소,이동평균과 수압의 변동을 표출.