KR101253532B1

KR101253532B1 - 하수관거 모니터링 및 제어 시스템

Info

Publication number: KR101253532B1
Application number: KR1020120145745A
Authority: KR
Inventors: 박성우
Original assignee: (주)한국융합아이티
Priority date: 2012-12-13
Filing date: 2012-12-13
Publication date: 2013-04-11
Anticipated expiration: 2032-12-13

Abstract

본 발명에 따른 하수관거 모니터링 및 제어시스템은, 분류식 하수시설로부터 유입된 하수를 기간 하수관로로 이송하는 분류식 하수관거와, 혼합식 하수시설로부터 유입된 하수를 기간 하수관로로 이송하는 혼합식 하수관거와, 합류식 하수시설로부터 유입된 하수를 기간 하수관로로 이송하는 합류식 하수관거와, 상기 하수관거들로부터 이송된 하수를 하수 집하시설으로 전달하는 기간 하수관로와, 각 하수관거들의 주요 간선 및 출구 일측에 설치되며, 측정된 강우와 수위 수질 등의 계측된 데이터를 바탕으로 회전축이 하수관거 바닥과 연결되어 동력이 전달되면 상하 회전으로 기간 하수관로의 입구를 개폐시키며, 개폐된 각도에 따라 상기 기간 하수관로 또는 하천 측으로 하수가 배출되도록 하수의 수류방향과 양을 조절하는 수문과, 각 하수관거들의 출구 일측에 설치되며, 외부의 제어신호에 따라 상기 수문의 개폐동작과 개폐각도를 제어하는 제어박스와, 하수관거 또는 하수 집하시설에 유입되는 하수량이 처리허용 기준치를 초과하는지 여부를 주기적으로 모니터링하는 하수 집하시설 서버와, 각 지역 하수관거의 수질 및 수위정보를 계측하고 누적 통계치를 작성하여 통계치에 따라 각 지역 기간 하수관로의 수문에 오염부하량에 따라 우선순위를 부여하는 한 후, 상기 하수 집하시설 서버로부터 보고되는 하수량이 하수처리 허용 기준치를 초과하는 경우, 상기 제어박스를 원격 제어하여 기간 하수관로로 유입되는 하수를 조절하는 통제센터를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 하수관거 모니터링 및 제어시스템은, 분류식과 합류식 하수시설들이 혼재된 지역의 하수관거들로부터 하수 집하시설로 유입되는 유량과 수질을 주기적으로 모니터링하고, 하수관거에 부여된 우선순위에 따라 기간 하수관로로 유입되는 하수량을 조절함으로써 하수 처리장 효율을 증대하고 하천 수질을 보호하는데 있으며 지속적인 수위 모니터링을 통해 돌발 강우 시 침수를 예방할 수 있도록 하였다.

Description

하수관거 모니터링 및 제어 시스템{SYSTEM FOR MONITERRING AND CONTROLLING SEWER PIPE}

본 발명은 하수처리 시스템에 관한 것으로서, 특히 하수관거를 통제하고 운영하는 하수관거 모니터링 및 제어시스템에 관한 것이다.

도시의 하수시설은 합류식 하수방식과 분류식 하수방식이 있다.

최근, 도시의 하수시설은 대부분의 하수관거를 분류식 하수방식으로 정비하는 과정에 있기 때문에, 분류식과 합류식, 그리고 분류식/합류식이 혼재하는 과도기적 형태를 띠고 있다.

도1은 국내 하수 처리시설의 현황을 나타낸 예시도이다.

도1에 도시된 바와 같이, 합류식 하수시설은 생활 오수와 강우시 발생하는 우수가 같은 관으로 이송되는 방식의 시설이고, 분류식 하수시설은 오수와 우수를 별도로 이송하는 방식의 시설이고, 분류식/합류식 하수시설은 분류식 하수시설과 합류식 하수시설을 혼합하여 사용하는 방식의 시설이다.

강우 초기에는 도로 노면 등의 중금속 및 오염물질이 일시에 떠내려 오는데, 이를 '초기우수'라 하며, 하천 오염 및 물고기 폐사의 주된 원인이 되고 있으며 분류식 하수시설은 물론, 합류식 하수시설에서도 이 같은 초기우수 처리는 중요한 문제로 인식되고 있다.

합류식 하수관거에서는 초기우수의 처리를 위해, 강우 초기의 일정량의 우수를 하수처리장으로 이송하고, 그 이상의 우수는 하천으로 방류해주는 우수토실을 설치하도록 하고 있으며, 우수토실의 관리는 매우 중요하다.

우리나라의 하수관거는 60%이상이 합류식 하수시설을 채용하고 있으며, 특히 시가화가 발달된 지역일수록 합류식 하수도를 채택하고 있는 경우가 많으며, 상대적으로 공공수역에 대한 하천수질 개선에 대한 요구는 커지고 있다.

합류식 하수시설은 도2의 a)에 도시된 바와 같이 우천시, 다량의 우수가 하수처리장으로 유입하여 하수 처리장의 하수 처리 효율이 극히 낮아진다. 도2의 a)는 합류식 하수시설을 나타낸 도면이다.

우천시, 차집관로 또는 하수 처리장에 유입되는 우수가 초과하면 하수처리장 1차 초침에서는 하천방류를 시작하게 되고, 이때 우수와 뒤섞여 있는 액기스 오수까지 하수처리장 1차 초침에서 하천으로 방류되어 하천과 강의 오염이 더욱 심각해진다.

분류식 하수시설의 경우, 도2의 b)에 도시된 바와 같이 우수토실 폐쇄로 우천시 초기우수의 오염물이 하천으로 여과없이 방류됨으로써, 갈수기 우천 시 수질 사고의 발생 확률을 더욱 높이고, 부실공사, 불법오접(오수관을 우수관으로 불법 접속), 무단방류 등으로 우수관으로 오수가 유입되는 문제가 발생하고, 배수설비의 100%정비와 지속 유지관리가 실질적으로 불가능하다는 어려움이 있다. 도2의 b)는 분류식 하수시설을 나타낸 도면이다.

분류식/합류식 하수시설의 경우, 우천시 분류식의 장점이 없어진다. 오히려, 정화조가 폐쇄된 분류식 지역의 악성 오수가 하천으로 방류되는 심각한 문제를 야기할 수 있다. 도2의 c)는 분류식/합류식 하수시설을 나타낸 도면이다.

우천시를 기준으로 하는 하수처리장 용량부족 실태는 합류식 우수토실로 우수가 무제한 유입되는 것으로 인해 아무리 하수 처리시설을 증설해도 해결되기 어렵다. 하수처리장 용량부족 문제의 해결을 위해 구도심 아스팔트 전부를 걷어내고 분류식 하수관거로 변경시공하는 방안도 검토할 수 있으나, 천문학적 예산이 소요되는 문제로 인해 현실적인 방안으로 보기 어렵다.

또한, 강우가 지속되어 도시 침수가 발생하는 경우, 강우의 우수관로 유입이 문제인지, 아니면 우수관로의 용량 초과가 문제인지 상황 파악을 하기 어려운 문제가 있다.

본 발명의 목적은, 하수관거 및 하수 집하시설로 유입되는 유량(수위)과 수질을 주기적으로 모니터링하며, 오염부하의 우선순위에 따라 기간 하수관로로 유입되는 하수량을 조절하는 하수관거 모니터링 및 제어시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 부가적인 특성 및 이점들은 아래의 설명에 기재될 것이며, 부분적으로는 상기 설명에 의해 명백해지거나 본 발명의 실행을 통해 숙지 될 것이다. 본 발명의 목표 및 다른 이점들은 특히 아래 기재된 설명 및 부가된 도면뿐만 아니라 청구항에서 지적한 구조에 의해 구현될 것이다.

본 발명에 따른 하수관거 제어시스템은, 분류식과 합류식 하수시설들이 혼재된 지역의 하수관거들로부터 하수처리장(또는 저류조)으로 유입되는 유량과 수질을 주기적으로 모니터링하고, 하수관거에 부여된 우선순위에 따라 차집관로로 유입되는 하수량을 조절함으로써 하수 처리장(또는 저류조) 효율을 증대하고 하천 수질을 보호할 수 있도록 하였다.

또한, 각 지역의 하수관거에서 측정된 수질 및 수위정보를 참조하여, 폭우, 집중호우, 태풍 등에 의한 풍수피해를 예방하고 하수 처리장을 보다 효과적으로 운영할 수 있도록 하였다.

또한, 본 발명은 강우가 지속되어 도시 침수가 발생하는 경우, 강우의 우수관로 유입이 문제인지 아니면 우수관로의 용량 초과가 문제인지 상황 파악을 하기 어려웠던 문제를 해결하기 위해, 우수관로의 수위계를 도심 하수구간 마다 설치하고 원격 모니터링하여, 배수펌프장의 수문뿐 아니라 초기 우수관로의 수문도 원격 제어함으로써 보다 효과적으로 도시 침수를 예방할 수 있게 되었다.

도1은 국내 하수 처리시설의 현황을 나타낸 예시도.
도2a는 합류식 하수시설을 나타낸 도면.
도2b는 분류식 하수시설을 나타낸 도면.
도2c는 분류식/합류식 하수시설을 나타낸 도면.
도3a와 도3b는 본 발명에 따른 하수관거 모니터링 및 제어시스템의 예시도.
도4는 본 발명에 따른 하수관거 모니터링 및 제어시스템의 사시도.
도5는 본 발명에 따른 제어박스의 블록 구성도.
도6은 본 발명에 따른 하수관거 모니터링 및 제어 시스템의 동작 흐름도.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 하수관거 모니터링 및 제어시스템은,

분류식 하수시설로부터 유입된 하수를 기간 하수관로로 이송하는 분류식 하수관거와, 혼합식 하수시설로부터 유입된 하수를 기간 하수관로로 이송하는 혼합식 하수관거와, 합류식 하수시설로부터 유입된 하수를 기간 하수관로로 이송하는 합류식 하수관거와, 상기 하수관거들로부터 이송된 하수를 하수 집하시설으로 전달하는 기간 하수관로와, 각 하수관거들의 주요 간선 및 출구 일측에 설치되며, 측정된 강우와 수위 수질 등의 계측된 데이터를 바탕으로 회전축이 하수관거 바닥과 연결되어 동력이 전달되면 상하 회전으로 기간 하수관로의 입구를 개폐시키며, 개폐된 각도에 따라 상기 기간 하수관로 또는 하천 측으로 하수가 배출되도록 하수의 수류방향과 양을 조절하는 수문과, 각 하수관거들의 출구 일측에 설치되며, 외부의 제어신호에 따라 상기 수문의 개폐동작과 개폐각도를 제어하는 제어박스와, 하수관거 또는 하수 집하시설에 유입되는 하수량이 처리허용 기준치를 초과하는지 여부를 주기적으로 모니터링하는 하수 집하시설 서버와, 각 지역 하수관거의 수질 및 수위정보를 계측하고 누적 통계치를 작성하여 통계치에 따라 각 지역 기간 하수관로의 수문에 오염부하량에 따라 우선순위를 부여하는 한 후, 상기 하수 집하시설 서버로부터 보고되는 하수량이 하수처리 허용 기준치를 초과하는 경우, 상기 제어박스를 원격 제어하여 기간 하수관로로 유입되는 하수를 조절하는 통제센터를 포함하여 구성된다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 하수관거 모니터링 및 제어방법은,

각 지역 하수관거의 수위와 수질을 주기적으로 측정하여 메모리에 저장하고 통제센터에 보고하는 과정과, 상기 보고된 각 지역의 하수관 수질 및 수위정보를 개량하고 누적 통계치를 작성하는 과정과, 상기 통계치에 따라 각 하수관거에 우선순위를 부여하는 과정과, 하수 집하시설에 유입되는 하수량이 하수처리 허용 기준치를 초과하면, 우선순위가 높은 하수관거의 수문부터 차례로 폐문시키는 과정과, 상기 하수 집하시설에 유입되는 하수량이 점차 줄어 하수처리 허용 기준치 미만으로 낮아지면, 상기 우선순위가 낮은 하수관거의 수문부터 차례로 개문시키는 과정을 포함하여 이루어진다.

바람직하게, 상기 우선순위를 부여하는 과정은, 각 하수관거마다 해당되는 우선순위 조건들을 선택적으로 적용하는 과정과, 각 하수관거의 적용 조건에 맞는 가중치를 부여하는 과정과, 각 하수관거의 가중치에, 통제센터에 기록된 수질 및 수위정보의 누적 통계치를 연산하는 과정과, 각 하수관거의 연산 결과값으로서 하수관거의 우선순위를 결정하는 과정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 착안점은 분류식과 합류식 하수시설들이 혼재된 하수관거로부터 하수 집하시설(예: 하수 처리장, 하수 종말 처리장, 저류조)로 유입되는 유량과 수질을 주기적으로 모니터링하며, 우선순위에 따라 차집관로로 유입되는 하수량을 조절하는 하수관거 모니터링 및 제어시스템을 구현하는데 있다.

본 발명은 상기와 같은 하수관거 모니터링 및 제어시스템을 구현하기 위해, 하수시설의 우수토실과 인접한 하천 방류구에 원격제어 가능한 유압식 수문을 설치하고, 우천시 수문의 개폐각도를 조절하여 초기우수를 채집하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도3a와 도3b는 본 발명에 따른 하수관거 모니터링 및 제어시스템의 예시도이다.

도3a와 도3b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 하수관거 모니터링 및 제어시스템은 분류식 하수관거(100), 우수토실(120), 방류구(140), 연결관(160), 혼합식 하수관거(200), 합류식 하수관거(300), 기간 하수관로(400, 예: 차집관로), 수문(500), 제어박스(600), 하수 집하시설 서버(700), 통제센터(800)를 포함하여 구성된다.

도3a와 도3b에서 서로 이웃하여 나란히 도시되어 있는 분류식 하수관거(100), 혼합식 하수관거(200), 합류식 하수관거(300)는 설명의 편의상 한 도면에 나타낸 것으로, 사실상 관할지역 내의 각기 다른 구역에 각각 설치되어 있어 통제센터(800)에 의해 원격으로 관리된다.

상기 분류식 하수관거(100)는 분류식 하수방식으로 운영되는 지역으로부터 유입된 하수를 상기 기간 하수관로(400, 이하 '차집관로(400)'라 한다)로 이송한다.

상기 혼합식 하수관거(200)는 혼합식 하수방식으로 운영되는 지역으로부터 유입된 하수를 상기 차집관로(400)로 이송한다.

상기 합류식 하수관거(300)는 합류식 하수방식으로 운영되는 지역으로부터 유입된 하수를 상기 차집관로(400)로 이송한다.

상기 차집관로(400)는 각 지역의 하수관거들(100, 200, 300)로부터 이송된 하수를 하수 처리장(또는 저류조)으로 전달한다.

상기 수문(500)은 하수관거들(100, 200, 300)의 출구 일측에 설치되며, 통제센터(800)의 제어에 따라 원격으로 개폐 가능하다.

수문(500)은 각 하수관거들(100, 200, 300)을 통해 유입되는 하수(예: 생활오수, 산업폐수, 우수 등)의 수류를 차단하여 하천으로 방류되는 것을 막고 우수토실(120)로 유입되도록 상기 방류구(140)의 바닥에 설치된다.

상기 수문(500)은 도4에 도시된 바와 같이, 회전축이 하수관거 바닥과 연결되어 동력이 전달되면 상하 회전으로 상기 우수토실(120)의 입구를 개폐시킨다. 상기 수문(120)이 개문상태일 때 하수관거 바닥과 직각을 이루어 상기 우수토실 입구를 완전히 개방하여 하수관거를 통해 유입되는 하수(예: 생활오수, 산업폐수, 우수 등)를 하수처리장으로 흘려보내고, 상기 수문(500)이 폐문상태일 때 하수관거 바닥과 평행을 이루어 상기 우수토실 입구를 차폐시킴으로써 하수관거를 통해 유입되는 다량의 하수를 하천으로 흘려보낸다. 도4는 도3의 하수 처리시설을 확대한 것으로, 본 발명에 따른 하수관거 모니터링 및 제어시스템의 사시도이다.

개문상태의 수문(120)은 하수관거 바닥과 직각을 이루어 상기 우수토실 입구가 개방되고, 하수관거를 통해 유입되는 하수는 우수토실(120)과 연결관(160)를 거쳐 차집관로(400)로 이송되어 하수처리장으로 흘려보내진다.

상기 우수토실(120)은 상기 수문(500) 하부의 차집관로 입구에 형성되며, 상기 수문(500)의 개문 시 해당 하수관거를 통해 유입되는 하수(예: 생활오수, 산업폐수, 우수 등)를 매집할 수 있는 일정 크기의 공간이다.

상기 우수토실(120)에 매집된 하수는 상기 연결관(500)을 통해 차집관로(400)로 전달된다. 그리고, 상기 차집관로(400)로 전달된 하수(예: 생활오수, 산업폐수, 우수 등)는 관로를 통해 하수 처리장으로 이송된다.

상기 방류구(140)는 하천측으로 연결된 관로로서, 상기 수문(500)의 폐문 시 하수관거로부터 유입된 하수를 하천으로 배출하는 통로이다.

상기 연결관(160)은 상기 우수토실(120)과 차집관로(400) 사이의 연결 관로로서, 상기 우수토실(120)로부터 배출되는 하수(예: 생활오수, 산업폐수, 우수 등)를 차집관로(400)로 전달한다.

상기 제어박스(600)는 각 하수관거들(100, 200, 300)의 출구 일측에 설치되며, 외부의 제어신호에 따라 상기 수문(500)의 개폐동작과 개폐각도를 제어한다. 상기 제어박스(100)는 하수관거로 유입되는 하수의 수위와 수질을 측정하고, 수문(500)의 동작상태를 촬영하여 원격지의 통제센터(800)로 전송한다.

상기 하수 집하시설 서버(700, 이하, '하수처리장 서버(700)'라 한다)는 하수 처리장에 유입되는 하수량이 처리허용 기준치(or 한계치)를 초과하는지 여부를 주기적으로 모니터링한다. 하수 처리장에 유입되는 하수량이 처리허용 기준치를 초과하는 경우, 통제센터(800)로 보고한다. 상기 하수 집하시설 서버(700)는 하수 집하시설이 저류조를 의미하는 것일 때, 제어박스(600)에 해당한다.

상기 통제센터(800)는 각 지역 하수관거의 수위와 수질을 주기적으로 측정하여 메모리에 저장하고, 상기 메모리에 저장된 하수관 수질 및 수위정보의 누적 통계치를 작성한다.

통제센터(800)는 상기 작성된 통계치에 따라 각 지역의 하수관거(100, 200, 300)에 우선순위를 부여한다. 그리고, 하수 처리장에 유입되는 하수량이 처리허용 기준치를 초과하였다는 하수처리장 서버(700)의 보고가 수신되면, 상기 제어박스(600)를 제어하여 우선순위가 높은 하수관거의 수문부터 차례로 폐문시킨다. 통제센터(800)는 하수관거의 수문을 닫음(폐문)으로서, 하수처리장으로 향하는 하수의 수류를 하천으로 흘려보낸다. 상기 통제센터(800)가 부여하는 우선순위의 높고, 낮음은 수질과 비례하는 것이다.

통제센터(800)는 이후, 하수 처리장에 유입되는 하수량이 점차 줄어 하수처리 허용 기준치 미만으로 낮아지면, 상기 제어박스(600)를 제어하여 상기 우선순위가 낮은 하수관거의 수문부터 차례로 개문시킨다.

통제센터(800)는 각 지역의 하수관거(100, 200, 300)에 우선순위를 부여하는데 있어, 다음과 같은 조건들을 고려한다.

조건1) 하수관거의 특성 분류(분류화 율)

- 분류식 지역[높음]

- 혼합식(분류식 + 합류식) 지역[중간]

- 합류식 지역[낮음]

조건 2) 유역 면적의 특성을 고려

- 강우유출면적 대비 오수량이 적은 지역[높음]

- 강우유출면적 대비 오수량이 많은 지역[낮음]

조건 3) 시간대 고려

- 오수발생량이 적은 시간대[높음]

- 오수발생량이 많은 시간대[낮음]

조건 4) 오수 부하율

- 오수의 오염 부하가 낮은 지역(비가오면 계곡수 유입)- [높음]

- 오수의 오염 부하가 높은 지역[낮음]

조건 5) 강우 희석 비율(요즘은 돌발 강우로 강우량이 지역별로 차이가 나고 있음)

- 강우에 의해 희석된 비율이 높은 지역[높음]

- 강우에 의해 희석된 비율이 낮은 지역[낮음]

조건 6) 하천 유량 비율(건천의 경우 훨씬 오염 부하가 심함)

- 하천의 유량이 많은 지역[높음]

- 하천의 유량이 적은 지역[낮음]

조건 7) 상수원과의 거리(상수원과 가까운 지역은 오염에 대한 심리적 피해가 더 많음)

- 상수원과 가까운 지역[높음]

- 상수원과 먼 지역[낮음]

조건 8) 민원 발생 가능성

- 양식장, 공원과 인접한 지역[높음]

- 민원 발생이 적은 지역[낮음]

조건 9) 폐수 유입 가능성

- 무단 방류 가능성 높은 지역[낮음]

- 무단 방류 가능성 낮은 지역[높음]

조건 10) 침입수(Infiltration)/유입수(Inflow)의 발생 가능성(I/I량)

- 침입수(Infiltration)의 발생 가능성이 높은 지역

- 유입수(Inflow)의 발생 가능성이 높은 지역

상기 각 조건들(예: 조건1 내지 조건10)의 대괄호 내의 높낮이 기재(예: 높음, 낮음)는 우선순위를 나타낸 것이다.

본 발명은 상기 조건1 내지 조건10 중 적어도 어느 하나를 선택적으로 또는 순서대로 적용하여 우선순위를 부여하며, 상기 누적 통계치에 따라 각 조건(예: 조건1 내지 조건10)에 가중치를 부과한다.

순서대로 적용하는 경우, 우선순위를 부여하는 상기 조건1 내지 조건10의 순서는 상기 메모리에 저장된 하수관 수질 및 수위정보의 누적 통계치와 가중치의 연산(예: 곱셈)에 의해 결정될 수 있다.

본 발명은 상기 조건1 내지 조건10 중 적어도 어느 하나를 선택적으로 또는 순서대로 적용하여 우선순위를 부여함으로써, 하수처리장, 저류조, 펌프장 등의 하수처리 부하를 저감하고 보다 효율적 운영되도록 하였다.

도5는 본 발명에 따른 제어박스의 블록 구성도(block diagram)이다.

도5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 제어박스(600)는, 통신부(610), 카메라(620), 센싱부(630), 구동부(640), 제어부(650), 메모리(660)로 구성될 수 있다.

이하, 상기 구성요소들에 대해 차례로 살펴본다.

상기 구동부(640)는 상기 수문(500)의 상하 회전을 위해 구동력을 생성하여 전달한다. 구동부(640)는 구동력을 발생시키는 유압 유니트(또는 유압펌프)와, 상기 수문(500)의 일측과 연결되어 수문 개폐의 중심축으로서 동작하는 회전축(미도시)과, 상기 유압 유니트의 구동력을 상기 회전축에 전달하는 유압 실린더(미도시)로 구성된다.

상기 센싱부(630)는 상기 하수관거(100~300)로부터 유입되는 하수의 수위를 측정(예: 압전원리를 이용)하는 수위센서(미도시)와, 하수의 수질을 측정(예: 수온, 이온, pH, 용존산소량, 전기전도도, 클로로필-A, 염도, ORP, 탁도, 질산염 등)하는 수질센서(미도시)로 구성된다. 상기 센싱부(630)는 주기적으로 해당 하수관의 수위와 수질을 측정하여 상기 메모리(660)에 저장한다. 또한, 특정 상황(예: 폭우, 집중호우, 태풍 등)이 발생했을 때 통제센터(800)의 지시에 따라, 하수관의 수위와 수질을 측정한다.

폭우나 집중호우와 같은 특정 상황이 발생하여 한계치 수위를 넘는 우수가 하수관거(100~300)로 유입되면, 제어부(650)는 상기 수위센서를 통해 이를 감지하고, 통제센터(800)에 보고한다. 그리고 상기 카메라(620)를 작동시켜 하수관거(100~300)의 관로상태를 촬영하고 촬영된 영상을 통제센터로 전송하여 하천범람과 같은 홍수피해에 대처할 수 있도록 한다.

또한, 중금속이나 유독성 화학물질에 오염된 다량의 폐수가 하수관거(100~300)로 유입되면, 제어부(650)는 상기 수질센서를 통해 이를 감지하고, 통제센터에 보고하여 하천 생태의 오염을 방지한다.

상기 카메라(620)는 이미지 센서를 통해 상기 수문(500)의 작동상태와 하수관거(100~300)의 관로상태를 촬영하고, 촬영된 영상(예: 동영상의 화상 프레임 or 정지영상의 이미지)을 상기 메모리(660)에 저장하거나 통신부(610)를 통해 외부(예: 통제센터(800) 등)로 전송한다. 상기 카메라(620)는 제어박스(600)의 구성 태양에 따라 2개 이상이 구비될 수 있으며, 별도의 조명기기(예: 전구 또는 엘이디(LED))를 포함하여 구성된다.

상기 메모리(660)는, 상기 센싱부(630)가 주기적으로 측정한 수위 및 수질 데이터를 저장한다. 또한, 상기 카메라(620)에 의해 촬영된 영상(예: 동영상 or 정지영상) 데이터를 저장한다.

상기 통신부(610)는 상기 제어부(650)의 지시에 따라 제어박스(600)와 통제센터(800) 간의 데이터 송수신을 수행한다.

상기 제어부(650)는 각 구성장치들(예: 통신부(610), 카메라(620), 센싱부(630), 구동부(640), 메모리(660))과 연계하여, 시스템의 전반적인 동작을 제어한다.

도6은 본 발명에 따른 하수관거 모니터링 및 제어 시스템의 동작 흐름도이다.

도3 내지 도6을 참조하여, 본 발명에 따른 하수관거 모니터링 및 제어 시스템의 동작을 설명하면 다음과 같다.

도6에 도시된 바와 같이, 각 지역 하수관거의 제어박스(600, or 제어부(650))는 센싱부(630)를 통해 주기적으로 하수관거의 수질과 수위를 측정한다.(S110) 그리고, 측정된 하수관거의 수위와 수질을 메모리(660)에 저장하고 통제센터(800)에 보고한다. (S120)

하수 처리장(또는 저류조)에 유입되는 하수량이 하수처리 허용 기준치를 초과하지 않는 일반적인 상황에서 제어부(650)는 상기 수문(500)을 열려진 상태(이하, '개문 상태'라 한다)로 유지한다.

통제센터(800)는 각 지역 하수관거의 제어박스(600)로부터 하수관거 수질 및 수위정보가 수신되면, 수신된 정보들을 개량하고 누적 통계치를 작성한다. (S130)

통제센터(800)는 폭우, 집중호우, 태풍 등에 의한 풍수피해 발생 시, 상기 누적 통계치를 참조하여 각 지역 하수관거의 수문들을 원격 제어한다. 통제센터(800)는 각 지역 하수관거의 수문들을 원격 제어함으로써, 하천범람, 하수처리 시설의 파손, 하수관거 파열 등의 피해를 예방하고 효과적으로 대응할 수 있다.

또한, 통제센터(800)는 폭우, 집중호우, 태풍 등에 의한 풍수피해 발생 시 하수관거의 수위정보가 한계치를 초과하는 경우, 상기 누적 통계치에 근거하여 경보를 발생시키고 각 지역 하수관의 피해상황을 이동통신망, 무선 인터넷망, 또는 무선 데이터망(예: 와이파이(Wi-Fi) 등)을 통해 해당 지역의 관리자 단말기(예: 스마트 폰 등)로 실시간 전송한다.

그리고, 단말기(예: 스마트 폰 등)를 통해 통제센터로부터 정보를 수신한 관리자는 그 지역 하수관들의 상태를 원격으로 관찰할 수 있으며, 그 피해정도에 따라 수문들(200)의 개폐여부를 단말기(예: 스마트 폰 등)를 통해 지시한다. 단말(예: 스마트 폰 등)은 관리자의 지시(예: 수문(200)의 개폐 전환 또는 각도 조절)는 통제센터(800)로 전달하고, 통제 센터(800)는 관리자의 지시에 따라 각 지역 하수관거의 수문을 제어한다.

또한, 통제센터(800)는 상기 작성된 누적 통계치에 따라 관할지역 내 각 하수관거에 우선순위를 부여한다. (S140)

우선, 각 하수관거마다 해당되는 우선순위 조건들(예: 조건1 내지 조건10)중 하나 혹은 그 이상의 조건을 선택적으로 적용한다. 그러면, 각 하수관거는 적용 조건에 맞는 가중치를 갖게 되며, 각 하수관거가 갖는 가중치에 상기 통제센터(800)에 기록된 수질 및 수위정보의 누적 통계치를 연산(예: 곱셈)하고 I/I량을 작성함으로써, 하수관거들의 우선순위가 결정된다. 각 하수관거의 연산 결과값(예: 오름차순 or 내림차순)으로 하수관거의 우선순위가 결정된다.

통제센터(800)는 한편, 하수처리장 서버(700)를 통해, 하수 처리장에 유입되는 하수량이 처리허용 기준치를 초과하는지 여부를 주기적으로 모니터링하고, 하수 처리장에 유입되는 하수량이 처리허용 기준치를 초과하는 경우 하수처리장 서버(700)로부터 이를 보고 받는다. (S150) 통제센터(800)는 또한, 저류조 주변 제어박스(600)를 통해 저류조에 유입되는 하수량이 처리허용 기준치를 초과하는지 여부를 주기적으로 모니터링하고, 처리허용 기준치를 초과하는 경우 해당 제어박스(600)로부터 이를 보고 받는다.

하수 처리장(또는 저류조)에 유입되는 하수량이 하수처리 허용 기준치를 초과하는 경우(S160), 통제센터(800)는 우선, 해당 지역 관리자 단말로 경보를 발생시키고 우선순위가 높은 하수관거의 수문부터 차례로 폐문시킨다. (S170) 그리고, 하수처리장 서버(700)(또는 인근 제어박스(600))를 통해, 하수 처리장(또는 저류조)에 유입되는 하수량을 계속 모니터링한다.

이후, 상기 하수 처리장(또는 저류조)에 유입되는 하수량이 점차 줄어 하수처리 허용 기준치 미만으로 낮아지면(S180), 통제센터(800)는 상기 우선순위가 낮은 하수관거의 수문부터 차례로 개문시킨다. (S190)

이상, 본 발명에 따른 제어부(650)는, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 그리고 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다.

상기 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 상기 컴퓨터는 단말기의 제어부(650)를 포함할 수도 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시 예(들)를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형이 이루어질 수 있으며, 상기 설명된 실시예(들)의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

100: 분류식 하수관거 120: 우수토실
140: 방류구 160: 연결관
200: 혼합식 하수관거 300: 합류식 하수관거
400: 기간 하수관로(차집관로) 500: 수문
600: 제어박스 700: 하수 집하시설 서버
800: 통제센터

Claims

분류식 하수시설로부터 유입된 하수를 기간 하수관로로 이송하는 분류식 하수관거(100)와;
혼합식 하수시설로부터 유입된 하수를 기간 하수관로로 이송하는 혼합식 하수관거(200)와;
합류식 하수시설로부터 유입된 하수를 기간 하수관로로 이송하는 합류식 하수관거(300)와;
상기 하수관거들(100, 200, 300)로부터 이송된 하수를 하수 집하시설로 전달하는 기간 하수관로(400)와;
각 하수관거들(100, 200, 300)의 출구 일측에 설치되며, 회전축이 하수관거 바닥과 연결되어 동력이 전달되면 상하 회전으로 기간 하수관로의 입구를 개폐시키며, 개폐된 각도에 따라 상기 기간 하수관로 또는 하천 측으로 하수가 배출되도록 하수의 수류방향과 양을 조절하는 수문(500)과;
각 하수관거들(100, 200, 300)의 출구 일측에 설치되며, 외부의 제어신호에 따라 상기 수문(500)의 개폐동작과 개폐각도를 제어하는 제어박스(600)와;
하수 집하시설에 유입되는 하수량이 처리허용 기준치를 초과하는지 여부를 주기적으로 모니터링하는 하수 집하시설 서버(700)와;
각 지역 하수관거의 수질 및 수위정보를 계측하고 누적 통계치를 작성하여 통계치에 따라 각 지역 기간 하수관로의 수문에 오염부하량에 따라 우선순위를 부여하는 한 후, 상기 하수 집하시설 서버(700)로부터 보고되는 하수량이 하수처리 허용 기준치를 초과하는 경우, 상기 제어박스(600)를 원격 제어하여 기간 하수관로로 유입되는 하수를 조절하는 통제센터(800)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 하수관거 모니터링 및 제어시스템.
제1항에 있어서,
상기 수문(500) 하부의 기간 하수관로 입구에 형성되어 하수를 매집할 수 있는 일정 크기의 공간으로서, 개문상태의 수문(500)을 통해 하수가 유입되면 연결관을 통해 기간 하수관로(400)로 전달하는 우수토실(110)을 구비하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 하수관거 모니터링 및 제어시스템.
제1항에 있어서, 상기 통제센터(800)는
각 지역의 하수관 수위와 수질을 주기적으로 측정하여 메모리에 저장하고,
상기 메모리에 저장된 하수관 수질 및 수위정보의 누적 통계치 및 I/I량을 작성하고, 상기 통계치에 따라 각 하수관거(100, 200, 300)에 우선순위를 부여하고,
상기 하수 집하시설 서버(700)로부터 보고되는 하수량이 하수처리 허용 기준치를 초과하는 경우, 상기 제어박스(600)를 제어하여 우선순위가 높은 하수관거의 수문부터 차례로 폐문시키고,
상기 하수 집하시설에 유입되는 하수량이 점차 줄어 하수처리 허용 기준치 미만으로 낮아지면, 상기 제어박스(600)를 제어하여 상기 우선순위가 낮은 하수관거의 수문부터 차례로 개문시키는 것을 특징으로 하는 하수관거 모니터링 및 제어시스템.
제1항에 있어서, 상기 제어박스(600)는
상기 수문의 회전축에 유압식 실린더의 동력을 전달하는 구동부(640)와;
하수관거로부터 유입되는 하수의 수위를 측정하는 수위센서와 하수의 수질을 측정하는 수질센서로 구성되는 센싱부(630)와;
상기 센싱부를 통해, 중금속이나 유독성 화학물질에 오염된 폐수의 유입이 감지되거나 한계치 수위를 넘는 하수의 유입이 감지되면 상기 수문을 폐문상태로 전환하여 유입된 하수를 하천으로 방류하고 통제센터(800)에 보고하는 제어부(650)와;
상기 제어부의 지시에 따라 상기 수문의 작동상태와 하수관의 관로상태를 촬영하는 카메라(620)와;
상기 제어부의 지시에 따라 상기 센싱부의 측정 정보와 카메라의 촬영 정보를 통제센터(800)로 전송하는 통신부(610)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 하수관거 모니터링 및 제어시스템.
제4항에 있어서, 상기 제어부(650)는
상기 수문(500)을 개문상태로 전환할 때 수문의 개폐각도를 조절함으로써, 방류구를 통해 하천으로 흘러가는 하수와 기간 하수관로를 통해 하수 집하시설로 흘러가는 하수의 양을 통제하는 것을 특징으로 하는 하수관거 모니터링 및 제어시스템.
제4항에 있어서, 상기 제어부(650)는
상기 센싱부를 통해 주기적으로 하수관거의 수위와 수질을 측정하여 메모리에 저장하고 통제센터(800)에 보고하는 것을 특징으로 하는 하수관거 모니터링 및 제어시스템.
제1항에 있어서, 상기 하수 집하시설은
하수처리장 또는 저류조인 것을 특징으로 하는 하수관거 모니터링 및 제어시스템.
각 지역 하수관거의 수위와 수질을 주기적으로 측정하여 메모리에 저장하고 통제센터에 보고하는 과정과;
상기 보고된 각 지역의 하수관 수질 및 수위정보를 개량하고 누적 통계치를 작성하는 과정과;
상기 통계치에 따라 각 하수관거(100, 200, 300)에 우선순위를 부여하는 과정과;
하수 집하시설에 유입되는 하수량이 하수처리 허용 기준치를 초과하면, 우선순위가 높은 하수관거의 수문부터 차례로 폐문시키는 과정과;
상기 하수 집하시설에 유입되는 하수량이 점차 줄어 하수처리 허용 기준치 미만으로 낮아지면, 상기 우선순위가 낮은 하수관거의 수문부터 차례로 개문시키는 과정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 하수관거 모니터링 및 제어방법.
제8항에 있어서, 상기 우선순위를 부여하는 과정은
각 하수관거마다 해당되는 우선순위 조건들을 선택적으로 적용하는 과정과;
각 하수관거의 적용 조건에 맞는 가중치를 부여하는 과정과;
각 하수관거의 가중치에, 통제센터에 기록된 수질 및 수위정보의 누적 통계치를 연산하는 과정과;
각 하수관거의 연산 결과값으로서 하수관거의 우선순위를 결정하는 과정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 하수관거 모니터링 및 제어방법.
제9항에 있어서, 상기 우선순위 조건들을 선택적으로 적용하는 과정은
하수처리장, 저류조, 펌프장의 부하가 저감되도록, 하수관거의 특성 분류, 유역 면적의 특성, 오수발생 시간대, 오수 부하율, 강우 희석 비율, 하천 유량 비율, 상수원과의 거리, 민원 발생 가능성, 폐수 유입 가능성, I/I량 중 적어도 어느 하나를 선택적으로 적용하는 것임을 특징으로 하는 하수관거 모니터링 및 제어방법.