지자체 지하시설물 db성과의 활용확대 방안...

건설교통전자정보관

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지자체 지하시설물 DB성과의 활용확대 방안 연구

(상수도 관망 및 누수관리를 중심으로)

2002. 7.

주관기관 건설교통부

수 행 기 관 : 한국기술연구원

연구책임자 : 우제윤

참여연구원 : 선임연구원 구지희

참여연구원 : 선임연구원 김의명

참여연구원 : 연구원 이정훈

참여연구원 : 연구원 장성현

수 행 기 관 : (주)한국공간정보통신

연구책임자 : 임종훈

참여연구원 : 연구원 이 윤

참여연구원 : 연구원 윤홍준

주관

위탁

제목 : 지자체 지하시설물 DB성과의 활용확대 방안 연구 작성자 : 한국기술연구원, 우제윤

날짜 : 2002. 7.



I. 연구제목 o 지자체 지하시설물 DB성과의 활용확대 방안 연구 II. 연구의 필요성 o 지자체의 지하시설물중 상·하수도 관련 업무는 주민 생활에 밀접한 관계가 있는 시설물로서 이러한 중요성을 감안하여 NGIS 1차사업에서 국가의 예산을 지원하여 지하시설물 수치 지도를 제작하였다. o 상수도 업무는 국민에게 원활한 물공급을 지원하기 위해서 필수적인 업무이며 하수도 업무는 주민에게 쾌적한 생활환경을 제공하고, 토질, 수질 등 환경오염을 방지하는 업무로서 도시를 구성하는 필수적인 요소이다. o 지자체에서는 초기 구축된 지하시설물 수치지도를 이용하여 데이터베이스 유지관리 및 계획수립을 위한 의사결정을 지원

할 수 있는 활용시스템을 개발하여 실무부서의 사용자들이 관련 업무에 지하시설물 수치지도를 효율적으로 활용할 수 있게 하고 있다. o 지하시설물 데이터베이스는 막대한 비용을 투입하여 구축되었으나 주로 시설물의 관리에 초점이 맞추어져 있어 지자체의 실질적인 업무에 도움을 주기 위해서는 활용방안에 대한 연구가 필요한 실정이다. III. 연구의 목적 및 범위 1) 연구의 목적 본 연구는 GIS 최신기술 및 공간분석기술을 적용하여 기 구축된 지자체 지하시설물 DB 성과의 활용도를 높이는데 그 목적이 있으며 세부적 활용확대방안으로 상수도 부문을 중심으로 관망분석을 이용한 지하시설물 활용시스템을 개발하여 기 구축된 지하시설물 자료의 활용방안과 중복투자에 의한 비용을 절감하고자 한다. 2) 연구의 범위 본 연구는 상수도관망분석을 통한 기 구축된 지하시설물 DB 성과의 활용을 확대하는 것으로 내용적 범위는 다음과 같다. 첫째, 지하시설물 중 지자체에서 관리하고 있는 상수도, 하수도 관리시스템의 활용현황을 분석하고 특히 상수도 관리시스템

의 기능별 특성분석과 상수도 지하시설물 관리 시스템의 활용현황을 분석한다. 둘째, 상수도 관망분석 및 누수관리 알고리즘 모색으로 기존 상수관망 분석 모델 분석, 각종 상수도 관망분석 알고리즘 비교분

석, 최적 상수도 관망분석 알고리즘 모색, 관망분석을 이용한 누수관리 알고리즘 모색한다. 셋째, 상수도 관망분석 및 누수관리 시범 시스템 설계 및 구현으로 상수도 실무 부서 업무 및 요구 분석과 상수도 관망분석 및 누수관리 시범 시스템 설계, 상수도 관망분석 및 누수관리 시범 시스템 구현한다. IV. 연구 요약 본 연구에서는 지자체에서 관리하고 있는 상하수도 DB 구축현황, 상하수도 관리시스템의 활용현황의 분석을 통해 기 구축된 DB 및 시스템 활용측면에서 문제점과 개선방안을 제시하였다.

요 약 문



또한 지자체 공통업무에 대한 활용방안을 GIS 최신기술의 이용, 인터넷을 통한 활용시스템 구축, Mobile GIS 도입의 3가지 측면에서 제시하였다. GIS 최신기술을 이용한 상수도 부문의 세부적인 활용방안 제시를 위하여 상수도 관망분석 및 누수관리와 관련된 알고리즘을 조사하였다. 또한 실제 대상지역에 대한 상수도 관망분석 및 누수관리 시범 시스템 설계 및 구현함으로써 지자체 지하시설물

의 활용 확대를 위한 구체적인 예를 제시하였다. 본 연구에서는 지자체에서 공통적으로 활용할 수 있는 지하시설물에 대한 활용방안을 모색하고, 지자체 실무부서의 지하시설

물 데이터베이스를 상수관망분석 시범시스템에 적용하여 실무부서의 관거설치 및 보수에 대한 의한 결정을 지원함으로써 국가예산의 효율적 사용이 가능하고, 지하시설물 데이터베이스 활용방안을 제시함으로써 지자체 자체 연구로 인한 중복투자를 방지할 수 있었다. 또한 GIS 공간분석 기능 및 상수관망분석 모델을 통한 상수관망 알고리즘을 도출함으로써 국내 상수도 관망분석 활용을 위한 효율적 방안을 제시하였으며, 최신 GIS 기술을 적용한 지하시설물 데이터베이스 활용확대방안을 모색함으로써 최신 GIS 기술의 효율적 활용방안을 제시하였다. V. 기대효과 지하시설물 관리시스템이 구축되어 있는 지자체의 경우 본 연구의 성과를 활용하여 상수도 관망분석에 적용함으로써 기 구축

된 DB성과의 활용도를 증대시킬 수 있다. 기술적 측면에서의 기대효과는 GIS 공간분석 기능 및 상수관망분석 모델 분석을 통한 상수관망 분석 알고리즘을 도출함으로

써 국내 상수도 관망분석 활용을 위한 효율적 방안을 제시하며, 최신 GIS 기술을 적용한 지하시설물 데이터베이스 활용확대 방안을 모색함으로써 최신 GIS 기술 효율적으로 활용 가능하다. 경제·산업적 측면에서의 기대효과로는 상수관망분석 시범시스템을 이용하여 지자체 실무 부서의 관거 설치 및 보수에 대한 의사결정을 지원함으로써 국가예산의 효율적 사용이 가능하며, 모든 지자체에 적용할 수 있는 지하시설물 데이터 베이스 활용확

대 방안을 제시함으로써 지자체 자체 연구로 인한 중복투자를 방지할 수 있다. 또한, 지자체 실무부서의 관거설치 및 보수에 대한 의사결정을 지원함에 따라 예산의 효율적 사용이 가능하고, GIS를 통한 상수관망 분석을 활용한 물공급 효율화 방안을 제시함으로서 주민생활의 편의를 도모할 수 있다.

1.1 연구의 배경 및 목적 1.1.1 연구의 배경 지자체의 지하시설물중 상·하수도 관련 업무는 주민 생활에 밀접한 관계가 있는 시설물로서 이러한 중요성을 감안하여 NGIS 1차사업에서 국가의 예산을 지원하여 지하시설물도 전산화사업을 시작하였다. 상수도 업무는 국민에게 원활한 물공급을 지원

第1章 서론



하기 위해서 필수적인 업무이며 하수도 업무는 주민에게 쾌적한 생활환경을 제공하고, 토질, 수질 등 환경오염을 방지하는 업무로서 도시를 구성하는 필수적인 요소이다. 정부에서는 NGIS 1차사업을 통하여 79개 지자체의 지하시설물도 전산화사업을 지원하였으며, 특히 상·하수도 지하시설물 수치지도 구축을 위하여 약 1,093억원의 예산을 투입하여 대상물량(159,461km)의 45.7%에 해당하는 67,597km의 지하시설물 수치지도를 제작하였다. 또한 지자체에서는 지하시설물에 대한 중요성을 인지하고 각종 지역정보화사업을 통해서 지하시설물 수치지도화사업을 계속

적으로 진행하고 있으므로 향후 모든 지자체에서 GIS를 이용한 지하시설물도 관리체계가 정착될 것이다. 지자체에서는 이렇게 초기 구축된 지하시설물 수치지도를 이용하여 데이터베이스 유지관리 및 계획수립을 위한 의사결정을 지원할 수 있는 활용시스템을 개발하여 실무부서의 사용자들이 관련 업무에 지하시설물 수치지도를 효율적으로 활용할 수 있게 하고 있다. 1.1.2 연구의 목적 지하시설물 데이터베이스는 막대한 비용을 투입하여 구축되었으나 주로 시설물의 관리에 초점이 맞추어져 있어 지자체의 실질적인 업무에 도움을 주기 위해서는 활용방안에 대한 연구가 필요한 실정이다. 지하시설물중 상수도부분에서는 관망분석을 통해 상수도 물공급의 효율화 도모 및 민원발생시 효과적인 의사결정을 지원하

여 대민 서비스의 향상에 일조할 필요가 있다. 본 연구는 GIS 최신기술 및 공간분석기술을 적용하여 기 구축된 지자체 지하시설물 DB 성과의 활용도를 높이는데 그 목적이 있으며 세부적 활용확대방안으로 상수도 부문을 중심으로 관망분석을 이용한 지하시설물 활용시스템을 개발하여 기 구축된 지하시설물 DB의 활용방안과 중복투자에 의한 비용을 절감하고자 한다. 본 연구의 최종목표는 상수도관망분석을 통한 기 구축된 지하시설물 DB 성과의 활용을 확대하는 것으로 이를 위해 첫째, 지하

시설물중 지자체에서 관리하고 있는 상수도, 하수도 관리시스템의 활용현황을 분석하고 특히 상수도 관리시스템의 기능별 특성분석과 상수도 지하시설물 관리 시스템의 활용현황을 분석한다. 둘째, 상수도 관망분석 및 누수관리 알고리즘의 모색부분에서는 기존 상수관망분석의 모델분석, 각종 상수도 관망분석 알고리

즘의 비교분석, 최적 상수도 관망분석의 알고리즘 모색, 관망분석을 이용한 누수관리 알고리즘을 모색한다. 셋째, 상수도 관망분석 및 누수관리 시범 시스템 설계 및 구현으로 상수도 실무부서의 요구분석과 상수도 관망분석 및 누수관

리 시범시스템 설계, 상수도 관망분석 및 누수관리 시범시스템을 구현한다. 1.2 연구의 내용 및 범위 본 연구에서 대상으로 하는 지하시설물 DB성과는 상수도, 하수도, 가스, 전기, 통신, 송유, 난방의 7대 지하시설물 중에서 지자

체에서 직접 DB 구축 및 유지관리를 하는 상수도와 하수도를 지칭하는 것이다. 따라서, 본 연구의 내용적 범위에서 주요 분석

대상은 업무부분에서는 상수도와 하수도 이며, 시범시스템의 경우는 상수도를 주요 대상으로 한다. 본 연구는 크게 지자체 지하시설물 사업현황분석, GIS 최신기술을 이용한 지자체 DB 성과활용 확대방안, 상수부문을 중심으

로 한 세부활용의 세 가지 부분으로 연구가 진행되었다. 첫 번째의 지자체 지하시설물 사업현황분석에서는 지자체에서 관리되

고 있는 지하시설물 중 상하수도를 중심으로 수치지도화사업 현황과 관리시스템 현황을 분석하였다. 두 번째의 GIS 최신기술



을 이용한 지자체 DB성과의 활용확대 방안은 GIS 공간분석 기능과 GIS 최신기술을 도입하여 기 구축되어 있는 상하수도 DB의 성과를 확대하는 방안에 대해 연구하였다. 세 번째의 상수부문을 중심으로 한 세부활용 확대방안은 실제로 지자체의 DB를 활용하여 상수도 업무에서 공통성이 많은 관망관리, 누수분석에 초점을 맞춰 시범시스템을 구현하였다. 1) 지자체 지하시설물 수치지도화사업 성과활용 현황분석 - 지자체별 지하시설물 수치지도화사업 현황분석 - 지자체별 지하시설물 수치지도화사업 성과활용 현황분석 - 지자체별 지하시설물 수치지도화사업 시스템 현황분석 2) 지자체 공통업무영역 성과활용 확대방안 연구 - 성과활용 확대방안에 대한 기술적 타당성 분석 - GIS 공간분석기능을 적용한 성과활용 확대방안 연구 - GIS 최신기술을 도입한 성과활용 확대방안 연구 3) 상수부문을 중심으로 한 세부활용 확대방안 연구 - GIS 공간분석기능을 활용한 상수관망분석 알고리즘 모색 - 세부활용 확대방안을 기반으로 한 시범시스템 설계 및 구현 - 상수관망분석을 이용한 실무부서 업무지원 방안 모색 - 상수관망분석을 적용한 물공급 합리화 및 효율화 방안 모색 1.3 연구의 방법 및 추진체계 본 연구의 목적을 달성하기 위해서 연구의 전반적인 흐름에 대한 부분은 자문회의를 통해서 의견을 수렴하였으며, 특히 상수

부문의 세부적 활용 확대방안은 유사연구사례에서 조사되었던 실무자를 면담하여 연구의 품질을 높이고자 하였다.

<표 1-1> 연구내용 및 세부추진계획



1.4 기대효과 지하시설물 관리시스템이 구축되어 있는 지자체의 경우 본 연구의 성과를 활용하여 상수도 관망분석에 적용함으로써 기 구축

된 DB성과의 활용도를 증대시킬 수 있다. 기술적 측면에서의 기대효과는 GIS 공간분석 기능 및 상수관망분석 모델 분석을 통한 상수관망 분석 알고리즘을 도출함으로

써 국내상수도 관망분석의 활용을 위한 효율적 방안을 제시하며, 최신 GIS 기술을 적용한 지하시설물 데이터베이스 활용확대 방안을 모색함으로써 최신 GIS 기술 효율적으로 활용 가능하다. 경제·산업적 측면에서의 기대효과로는 상수관망분석 시범시스템을 이용하여 지자체 실무 부서의 관거설치 및 보수에 대한 의사결정을 지원함으로써 국가예산의 효율적 사용이 가능하며, 모든 지자체에 적용할 수 있는 지하시설물 데이터 베이스 활용확

대 방안을 제시함으로써 지자체 자체 연구로 인한 중복투자를 방지할 수 있다. 또한, 지자체 실무부서의 관거설치 및 보수에 대한 의사결정을 지원함에 따라 예산의 효율적 사용이 가능하고, GIS를 통한 상수관망 분석을 활용한 물공급 효율화 방안을 제시함으로서 주민생활의 편의를 도모할 수 있다.

第2章 지자체 지하시설물도 수치지도화 사업 성과활용 현황



2.1 지자체별 지하시설물도 수치지도화 사업 현황 2.1.1 지하시설물 매설현황 2002년 4월 현재 79개 도시의 지하시설물 총 매설량은 <표 2-1>에 나타난 것과 같이 655,177m로, 도시내 상수도관 93,756km, 하수도관 65,705km, 광역상수도관 2,638km, 도로 64,921km, 전기배선관 17,059km, 통신관 386,265km, 도시가스

관 19,767krn, LNG관 2,136km, 송유관 920km, 난방열관 2,010km 으로 구성되며, 통신관, 도시내 상수도관, 하수도관, 도로, 도시가스관, 전기배선관 등의 순으로 매설량이 분포되어 있다. 각 시설물별 관리주체를 살펴보면 상·하 수도 및 도로는 79개 도시에서, 전기시설은 한국전력공사에서 담당하고 있다. 도시가

스시설은 각 도시가스 회사로의 주요 공급시설은 한국가스공사에서 관리하고 있으며 일반수요를 위한 수용가 공급시설은 해당 도시별로 별도의 가스회사가 관리하고 있는데 전국적으로 32개의 도시가스 공급회사가 있다. 통신시설은 한국통신공사, 송유관시설은 송유관공사, 난방열관 시설은 지역난방공사에서 관리하는 등 각 시설별로 관리 주체가 상이하다.

일부 통신관, 광역상수도관, LNG관, 송유관 등은 광역기반시설로서 매설총량이 적으며, 도시가스관과 난방열관 또한 미보급 도시가 대다수인 관계로 매설총량이 여타의 시설물에 비해 상대적으로 적다. 전기배선관은 지중화사업 부진으로 인해 현재에

<표 2-1> 지하시설물별 총매설현황



는 지하매설량이 적으나 시설물 총연장이 상수도관과 유사하므로 향후에는 5 ~ 10배로 지하매설량이 증가할 것으로 예상된

다. 광역상수도는 2개 이상의 지방자치단체 또는 수용가에 생·공용수를 공급하는 시설물로 주로 지방자치단체에 댐 또는 하천으

로부터 취수한 원수 또는 정수 처리한 용수를 공급하는 송배수관과 공장 등 개별수요자에게 부분적으로 공급하는 시설물로 구분될 수 있다. 광역상수도관은 총 연장이 2,638km이며, 이를 관종별로 살펴보면 강관, 주철관, PC관, 흄관, 터널 등으로 구성되어 있다. 도시내 상수도관은 각 사용목적에 따라 취수관, 도수관, 배수관, 급수관, 인입관으로 구분된다. 서울특별시와 6대 광역시 등 7대도시의 상수도관의 주요 현황을 살펴보면 배수관과 급수관이 대다수를 차지하고 있음을 알 수 있다. 하수도는 총 매설량이 65,705km로 오수관, 합류관, 차집관으로 구성된다. 전기관의 총 매설량은 17,059km이며, 그 중 소전력·저전압·단거리 수송으로 널리 분산된 수용가에 전력을 배분하는 지중 배선과 대전력·고전압·장거리의 수송을 맡는 지중송선으

로 구성되어 있다. 통신관은 총연장 386,2655krn으로 대부분 PVC관이며 정보통신기술 및 인터넷 사용 등으로 인하여 매설길이가 날로 급증하

고 있다. 2.1.2 지하시설물도 전산화사업 현황 지하시설물도 전산화사업은 제1단계 국가지리정보체계(NGIS)구축 사업의 10대사업 중 하나로 잇따른 도시안전사고를 미연

에 방지하고자 구상되었다. 그러나 예산미확보 등의 이유로 사업이 추진되지 못하다가 '97년 말 IMF경제위기 과정에서 발생

한 고학력 대규모 실업인력을 구제하기 위하여 당시 고용창출효과가 가장 클 것으로 기대되어 본 사업이 활발하게 추진될 수 있는 계기가 마련되었다. 여기서는 지하시설물도 전산화사업중 본 연구의 주요 대상이 되는 상·하수도 전산화 구축현황 및 관리시스템 현황에 대해 살펴보고자 한다. 2.1.2.1 전산화 구축 현황 1) 상수도 상수도의 총 매설길이는 <표 2-2>에 나타난 것과 같이 93,756km이고, 이중 전산화 구축길이는 42,296km로서 전산화대상물

량 86,258km의 49%가 구축되었다. 상수도전산화 물량은 80mm관 이상으로 산출하였으나 일부 지자체에서는 해당 지자체의 특성에 따라 나름대로의 기준을 적용하여 산출하였다. 지자체별 상수도 구축율을 살펴보면, 전산화 대상물량의 100%가 이미 완료된 곳은 서울특별시이며 광주, 울산은 90% 이상을 전산화하였다. 도단위에서는 경기도가 41.8%로 가장 전산화 구축율이 높으며 강원도가 8.6%로 전산화율이 가장 낮았다.

<표 2-2> 상수도 구축현황



2) 하수도 <표 2-3>은 지자체의 하수도 구축현황을 나타내고 있다. 하수도의 총매설길이는 65,705km이며, 전산화대상물량은 총 61,768km로 이중 25,301km가 구축되어 약 41%가 구축되었다. 지자체별 하수도 구축율을 살펴보면, 울산이 86%로 광역시급에서는 구축율이 가장 높았고 다음으로 대구가 74.6%, 부산, 광주가 56.3% 서울이 41.7%로 나타났다. 도단위에서는 전라남도가 43.2%로 가장 전산화 구축율이 높았으며 제주도의 경우는 아직 전산화가 이루어지지 않고 있었다.

<표 2-3> 하수도 구축현황


08-01-07 오후 5:15:18http://www.codil.or.kr:8080/web/common/fileView.jsp?szFi...filebank/original/RK/OTMCRK041263/&szCtlNum=OTMCRK041263 (10 / 145)20

2.1.2.2 상·하수도 관련 전산화 기본계획 현황 1) 상수도 상수도 관련 전산화기본계획을 수립한 지방자치단체는 2000년 8월 조사에 의하면 서울, 부산, 대구, 대전, 평택, 의왕, 원주, 속초, 목포, 순천, 나주시(79개 도시 중 11개)로 전체 지방자치단체 중 14%에 불과한 상황이었으나 2002년 4월 기준으로 <표 2-4>와 같이 38개 지자체가 기본계획을 수립하여 48% 수준으로 높아졌다. 그러나 아직도 기본계획을 수립하지 않은 지자체가 상당수 있다.

<표 2-4> 상수도 전산화 기본계획 수립현황



2) 하수도 하수도 관련 전산화기본계획을 수립한 지방자치단체는 2000년 8월 조사에 의하면 서울, 대구, 의정부, 평택, 용인, 원주, 충주, 순천, 나주(79개 도시 중 9개)로 전체 지방자치단체 중 약 11%에 불과한 상황이었으나 2002년 4월 기준으로 <표 2-5>와 같이 37개 지자체가 기본계획을 수립하여 47% 수준으로 높아졌다. 그러나 상수도 기본계획과 마찬가지로 아직도 기본계획을 수립하지 않은 지자체가 상당수 있을 뿐만 아니라 기본계획을 수립

하지않고 사업을 추진한 도시도 있어 많은 문제점이 발생할 소지가 있다.

<표 2-5> 하수도 전산화 기본계획 수립현황



2.1.2.3 상·하수도 관리시스템 개발현황 <표 2-6>에 나타난 것과 같이 전국 79개 도시 중 49%인 39개 도시에서 약 8,234 백만원의 비용을 투자하여 상수도 관련 활용

시스템을 구축하였으며 하수도의 경우는 40%인 30개 도시에서 개발하여 운용 중에 있다.

<표 2-7>은 상수도관리시스템의 구축현황을 나타낸 것으로 기 구축된 상수도 관리시스템의 기능분석을 통해 향후 지자체의 상하수도 DB의 활용방안을 제시하고자 한다.

<표 2-6> 상·하수도관리시스템 개발현황



<표 2-7> 상수도 관리시스템 구축현황



<표 2-7>에 나타난 바와 같이 기 구축된 상수도 관리시스템은 관로시설물 자체에 대한 관리에 중점을 두고 있으며 GIS를 이용

하여 구축된 상수도 관리시스템은 공간분석 기능을 적극활용하여 실제적인 관망의 분석을 통한 누수관리는 제대로 이루어지

지 않고 있다. 기존의 상수도 관리시스템은 다음과 같은 기능을 구현하고 있다. - 시설물현황 도면 입력 및 수정, 조회, 출력 - 상수도시설물 유지관리 현황 조회 - 시설물관리 대장 입력, 수정, 조회, 통계분석 - 시설물 관련 연도별 자산평가, 부수인력 관리 - 각종 민원업무 지원 및 통계작성 등



지자체에서 활용하고 있는 상수도 관리시스템은 관망의 시설물을 중심으로 각종 관로정보와 이력정보, 통계정보를 관리하기 위해 개발된 것이기 때문에 향후 수리학적인 관망분석 및 공간분석을 통해 실질적인 누수관리와 민원에 사전 대처할 수 있는 기능이 구현되어야 된다. <표 2-8>은 상수도 관리시스템이 구현되어 있는 39개 지자체를 대상으로 누수관리 기능을 보유한 시스템을 분석한 것으로서 17개 상수도관리시스템이 누수관리기능을 보유하고 있는 것으로 나타났고 누수관리기능은 세부적으로 누수분석기능, 누수정

보관리기능 등으로 나누어지는데 대부분은 관망분석을 통해 사전에 누수분석에 의해 사전 관리를 하는 것이 아니라 누수가 발생한 이후에 관리하는 누수이력관리 기능, 누수지점입력, 수정, 조회, 출력 등의 누수현황 정보관리 기능, 투수 통계관리 기능

이 주를 이루며, 누수가 발생하였을 경우 차단제수변을 검색하거나 단수지역을 설정하는 기능 등의 누수분석기능을 구현하고 있는 관리시스템은 17개 시스템 중 5개로 나타났다.

<표 2-8> 상수도 누수관리 기능 보유 현황



상수도 누수관리 기능을 보유하고 있는 지자체의 DB 분석을 통해 본 연구에서 수행하고자 하는 상수도 관망분석시 필수적인 데이터와 지자체에서 보완되어야 할 데이터를 정리하고자 한다. 상수도 관망분석을 위해서 필요한 GIS DB는 <표 2-9>와 같이 상수관로, 배수지, 탱크, 밸브, 병합계량구역, 수용가, 행정구역, 도로이며, 상수관로와 상수노드는 지자체에서 구축된 데이터를 기본으로 하여 위상구조를 생성하여 사용할 수 있다.

상수도 관망 분석시 필요한 속성 데이터는 상수관로의 길이, 구경, 재질, 고도값, 배수지의 고도, 초기 수요량, 탱크의 고도, 직경 밸브의 밸브 종류, 압력, 유입점, 방출점의 구분, 병합계량구역명, 건물명 등이다. 세부 속성인자 목록을 살펴보면 <표 2-10>과 같다.

<표 2-9> 관망분석시 필요한 데이터의 지자체 GIS DB 적용가능성

<표 2-10> 상수도 관망 분석시 필요한 속성데이터 인자



상수도 누수관리 기능을 보유하고 있는 17개 지자체중 개발보고서가 수집된 13개 지자체의 상수도관망 분석을 위한 도형정보

를 <표2-11>과 같이 정리하였다.

<표 2-11> 상수도 누수관리기능을 보유한 지자체 DB현황



필수 속성 데이터 세부사항을 기준으로 하여 각 지방자치단체의 상수관망분석을 위한 데이터를 분석한 결과 <표 2-12>와 같은 데이터가 필요시 된다.

<표 2-12> 관망분석시 필요한 지자체DB



각 지자체별 필요 데이터는 공통적으로 상수노드, 병합계량구역, 행정구역, 건물 데이터로 나타났다. 하지만, 상수노드의 경우 시스템 구축 과정상에서 만들어지는 인자이므로 상수관로가 네트워크 구조로 생성되어 있다면 쉽게 적용 가능하다. 또한 행정

구역, 건물은 공통 DB항목으로 상수도 뿐만 아니라 도시정보체계(UIS) 관점에서 DB를 구축하고 있는 것으로 조사되었다. 따라서, 실질적으로 지자체에서 구축해야 될 DB는 병합계량구역에 대한 정보가 대부분을 차지하고 있다. 각 지자체에서 초기 유량값으로 사용되는 수용가의 1일 사용량 또는 평균사용량을 입력하여 관리하여야 상수도 관망 분석이 가능하며, 분석시 필요한 병합계량구역은 수용가를 중심으로 하는 소블록과 이러한 소블럭의 모임인 중블럭, 그리고 중블럭들

의 모임인 대블록으로 구분하여 체계적이며 단계적으로 블록화를 하여야 한다. 대구시의 경우는 블록(block)시스템이라는 분류체계에 중구역으로 나누어 체계적으로 관리하고 있었다. 상수관망분석을 위한 세부인자의 확인은 설계서에 나타난 것을 기준으로 상당부분 실제로 육안으로 확인을 해봐야 하는바 분석에 있어서 한계

가 있었다. 또한 지자체에서 구축한 상수도 DB 목록을 비교·분석 해본 결과 상기 지자체는 데이터의 보완과 수정이 이루어진다면 상수도 관망분석 알고리즘을 적용할 수 있을 것으로 조사되었다. <표 2-13>은 하수도 관리시스템의 구축현황을 나타내고 있으며 79개 지자체중 30개 지자체가 하수도 관리시스템을 구축하였

다.

<표 2-13> 하수도 관리시스템 구축현황



2.2 지하시설물 관련 자료관리 및 체계 구축현황 2.2.1 지자체 지하시설물 관련 업무분석 2.2.1.1 상수도 업무의 수행조직 및 업무분석 1) 상수 업무의 수행조직 지자체의 상수도 업무의 수행조직은 <그림 2-1>과 같이 도시의 인구 및 재정능력에 따라 3가지 형태로 구분할 수 있다. 첫째, 서울시, 부산시 등 대도시에서 실행하고 있는 상수도사업본부 - 사업소 둘째, 성남시, 구리시 등 중도시에서 실행하고 있는 상수도사업소 셋째, 소도시로서 구리시, 안산시, 과천시, 의왕시 등은 상수도사업소, 용인시, 여수시 등은 (상)수도과의 형태를 나타내고 있다. 지자체내의 (상)수도과는 점차 업무가 다양해짐에 따라 사업소형태로 바뀌어 가는 현상이 나타나고 있다.

상수도 업무는 크게 먹는 물인 상수의 수질을 관리하는 업무와 상수관 및 시설물들을 관리하는 업무로 구분해 볼 수 있으며, 이들 업무는 앞서 설명한 바와 같이 여러 조직체에서 분담하여 수행하고 있다. 상수도 업무는 <표 2-14>와 같이 크게 계획관리, 행정관리, 시설관리, 공사관리, 누수관리 등으로 구분할 수 있으며 본 연구에서를 통해 개발하고자 하는 상수도관망분석은 시설관리와 누수관리의 업무영역에 해당한다.

<그림 2-1> 상수도 조직 현황

<표 2-14> 상수도 업무 및 세부내용



2) 상수 업무의 사용 자료 상수도 업무에 사용되는 도면은 <표 2-15>와 같이 상수도배관망도, 지형도, 지적도, 지하매설물도, 누수복구도 등이 있으며 대장 및 조서자료는 공사대장, 수도전대장, 현장작업확인서 등이 있다.

<표 2-15> 상수도 관리업무에 사용되는 자료



2.2.1.2 하수도 업무의 수행조직 및 업무분석 1) 하수도 업무의 수행조직 하수도의 업무는 크게 하수관 및 시설물들을 관리하는 하수업무와 하천을 관리하는 하천업무로 구분되며 각 지자체별로 하수

도 업무가 수행되는 조직체계는 <그림 2-2>와 같이 크게 3가지 유형으로 구분된다. 첫째, 서울시, 부산시, 울산시 등 대도시의 경우는 하천업무는 시청의 치수과에서 수행하고 하수업무는 시청의 하수계획과에

서 수행 둘째, 성남시, 동해시 등의 중도시의 경우는 하천업무는 시청의 재난재해관리과, 하수업무는 위생환경사업소 셋째, 전주시, 여수시 등의 소도시의 경우는 하천업무와 하수업무를 시청 하수과에서 수행하는 형태를 나타내고 있다. 하수도업무는 업무는 치수과, 하수계획과, 채난재해관리과, 위생환경사업소, 하수과 등 여러 조직체에서 분담하여 수행하고 있다.



<그림 2-2> 하수도 조직체계

<표 2-16> 하수도 업무 및 세부내용



2) 하수도 업무의 사용 자료 하수도 업무에 사용되는 도면은 <표 2-17>과 같이 지형도, 하수처리장위치도, 하수관망도 등이 있으며 대장 및 조서자료는 하수도대장, 하천대장, 하수관망도관리대장, 공사대장 등이 있다.

<표 2-17> 데이터베이스 대상 지도, 도면, 대장·조서



2.2.2 지하시설물 DB 활용의 현황 및 개선방향 1) 지하시설물 DB 활용 현황 지하시설물 관리의 문제점은 이미 많은 사례가 있으므로 본 연구에서는 지하시설물 DB의 활용측면에서 문제점을 기술하고자 한다. 지자체 지하시설물은 조사 또는 탐사에 의해서 구축되고 있고 자체 검수나 성과심사 등을 통해 DB의 품질을 높이고 있다. 그러나 현실적으로 모든 DB를 전수검수하기에는 예산, 인력, 시간 등의 이유로 불가능하며 따라서 샘플검수에 의해 그 신뢰성

을 확보하고 있다. 지하시설물도작성작업규칙 제10조(관로조사 등 지하시설물에 대한 탐사) 2항에 의하면 지하시설물의 재질에 따라 적합한 탐사방법을 선택하여야 한다고 되어 있고 또한 별표 2의 나(비금속관로의 경우)항에 지하시설물의 매설깊이와 관경에 따른 탐사

오차의 허용범위를 설정하고 있습니다. 그러나 현실적으로 비금속관로의 경우 불탐 현상이 발생하므로 탐사에 의한 결과를 신뢰할 수 없고 또한 성과 심사에서도 이를 확인할 수 있는 방법이 없어 심사의 대상이 안되고 있다. 따라서, 비금속관로는 기술

적인 문제, 경제성 등으로 인해 탐사보다는 조사에 의한 방법을 채택하고 있다. 이와 같은 경우에서도 알 수 있듯이 지하시설

물 자체의 위치와 속성정보에 상당부분 문제점을 안고 시스템이 운용되고 있는 실정이다. 좀더 세부적으로 살펴보면, 각종 지하시설물 관련 대장의 경우 기재사항이 부실하여 현황파악에 어려움이 있다. 즉, 관리도면

의 경우 지하시설물이 표시된 매설위치나 깊이가 다르게 시공된 경우가 많아 자료의 신뢰성이 부족하고, 변동사항에 대한 갱신이 제대로 되지 않은 문제점이 있다. 또한 기 구축된 지자체의 지하시설물 DB의 현황을 살펴보면 NGIS 표준에 따라 표준코드를 채택하고 있지만 표준코드에 의해 정의되지 못한 시설물들은 나름대로의 분류체계를 가지고 운용되고 있는 실정이다.



특히, 지하시설물 중에서 상·하수도 시설 관련 업무는 대부분 지방자치단체에서 수행하고 있으며 상수도 관망의 경우 블록화

를 통해서 물 관리가 효율적으로 이루어져야 한다. 블록화란 임의의 유입구에 대한 유출구를 명확히 밝힐 수 있는 관망단위로

서 병합계량구역 등의 명칭으로 지자체에서 관리되고 있다. 하지만 현재 지자체에서는 블록화에 대한 기준과 과학적 근거에 의한 병합계량구역의 산정이 아닌 경험적 방법에 의해 블록화를 하여 사용하고 있는 실정이다. 블록화를 위해서는 수용가를 중심으로 하는 소블록과, 이러한 소블럭의 모임인 중블럭, 그리고 중블럭들의 모임인 대블록으로 구분하여 체계적이며 단계적

으로 블록화를 하여야 한다. 상수도 관리시스템에서 관망에 대한 정확한 분석을 수행할 수 있기 위해서는 상수관로에 대한 정확한 DB는 물론이고 블록개념으로 관로가 잘 정비되어 있어야 만 관망에 대한 다양한 해석을 통해 물 공급 및 민원에 신속하

게 대처할 수 있다. 2) 상수도 관망 분석시 DB 문제점 상수도 관망분석시 기 구축된 상하수도 DB의 사용의 문제점으로는 선형적인 문제, 속성적 문제, 그리고 이 기종 GIS 패키지

(package)에 의해 구축되어 호환것이 어렵다는 것이다. 1) 선형적 문계 ① 연결되지 않은 관망의 문제 상수도 관망분석시 상수관로는 네크워크 분석이 가능하도록 상수관망이 끊어진 곳 없이 블록식에 가까운 네트워크망이 연결

이 되어 있어야 한다. 그러나, 지자체에서 구축되어 관리되고 있는 DB는 관망이 끊어진 경우가 발생하여 시설물의 표현 기능

에 국한되어 상당 부분 사용되고 있으며 분석에 대한 기능을 수행할 수 없는 실정으로 원본 데이터를 그대로 사용하기에는 부적절한 경우가 발생하였다. 따라서, DB의 활용을 위해서는 관망의 수정이 불가피한 경우가 상당부분 발생하였다. 지자체 DB의 활용도 측면에서 기 구축된 자료는 별도의 편집과 수정작업이 이루어져야한다. 특이사항으로 육안상으로는 연결되어 있는 상수관로라 할지라도 컴퓨터 내부적으로 떨어져 있는 상수관로를 확인할 수 있었다. 이는 시스템의 구동에 있어 오류의 원인

이 된다. ② 타 병합구역(블록)에 관위치 기 구축된 지자체의 DB를 보면 관망에 대한 전문지식이 없는 인력에 의해 DB가 구축되어 타 병합구역(블록)에 관로가 위치해 있는 경우를 볼 수 있었다. 이는 인력, 예산 등 현 지자체에서 모든 DB용를 검수할 수 없다는 행정적인 문제와도 직결된다. 2) 속성적 문제 관로시스템을 위한 필수 데이터(배수지, 관로, 표고점, 관로 속성, 유량값 등)들이 반드시 존재하여야 하고 구축된 DB의 정확

도도 높아야 한다. 실제 시스템은 시청 또는 군청 담당업무 부서에서 구축하고 데이터는 상수도관리본부에서 관리한다는 행정

적 이분화의 문제와도 직결된다. ① 상수관의 직경 관의 직경을 나타내는 속성 값에 정확한 값이 들어가야 하나, 값이 존재하지 않는 데이터가 있어 DB의 무결점성이 높지 않았

다. 관의 직경은 수리계산에 있어 유량, 유속 등 중요한 기준이 되는 요소로써 상수도관망의 원 설계도와 대조작업이 이루어지

지 않은 것으로 사료된다. ② 병합구역 내 유량 값 부재 상수도 관망분석을 원활하게 수행하기 위해서는 병합계량구역 단위별로 정확한 유량계의 위치와 값이 구축이 되어야 한다. 하지만 DB 내용중 배수지 자료의 경우 유량값은 있으나 여러 배수지가 한계량배수구역과 연결되어 있거나, 배수지정보에 계량

배수구역이 없는 경우가 있어서 유량값을 선정하기가 어려움이 있었다. 이는 블록화에 의한 계량구역단위를 운영하는 것이 아니라 경험적 방법에 의한 계량구역의 산정이 이유인 것이다. 배수지의 유량값은 각 관로의 압력 및 유속 등을 산정하기 위한 필



수적이며 중요한 자료이다. 한 병합계량구역의 배수지는 그 초기 유량값을 산정하여야 각 수도전에서의 소비량과 비교하여 유수율 및 누수지역에 대한 분석을 할수 있다. 또한 지자체의 지하시설물관련사업의 현황은 SDE, GeoMania, ZEUS, Maplnfo 등에 의한 DB구축으로 인해 서로 다른 공간데이터 파일형태를 가지고 있다. 따라서, 컴포넌트기술을 이용하여 이 기종 DB자료

로부터 자료의 호환이 가능한 데이터 프로바이더(data provider)가 필요하다. 3) 개선방안 GIS에 적용에 있어서 기본이 되는 데이터의 중요성은 응용시스템의 구축이전에 가장 중요한 사안이다. 현 지자체 DB의 가장 포괄적인 문제점은 구축된 데이터의 신뢰도를 높이는 것이다. 이러한 상황에서 현재 개발된 시스템의 활용가치를 고찰하겠

다. 첫째, 지하시설물 DB 구축시 상수도 시설물유지관리를 위해 구축된 DB에 병합계량구역과 같은 상수관망 분석시 필요한 추가 DB를 입력하여 상수시설물의 관리 뿐만 아니라 관망분석까지 가능하도록 DB 설계를 하여 구축해야한다. 기 구축된 지하시설물 DB의 경우는 관망 분석이 가능한 DB 구조인 네트워크 구조로 수정 변환하고, 관망, 유량값, 관로 직경 및 속성 등의 확인·수정작업이 필요하다. 물론 DB를 실제적으로 사용할 실무부서(상수도사업본부, 사업소)의 책임자와 DB 및 시스템 구축을 총괄하는 정보통신담당부

서의 협조가 필요하다. 둘째, 정확한 상수관망분석 및 관리를 위해서는 과학적이며 체계적인 블록화가 이루어진 후에 적용을 하여야 한다. 블록화를 위해서는 수용가를 중심으로 하는 소블록과, 이러한 소블럭의 모임인 중블럭, 그리고 중블럭들의 모임인 대블록으로 구분하

여 체계적이며 단계적으로 블록화를 하여야 한다. 블록화에 대한 기준과 과학적 근거 통해 과학적이며 체계적인 블록화를 적용하므로서 정확한 상수관망 분석과 누수율 산정·관리가 가능하다. 셋째, 전면적인 수정 작업이나 부분적인 시스템의 적용이 가능하다 할지라도 이 기종 GIS 패키지(SDE, GeoMania, ZEUS, MapInfo등)에 의한 데이터 구축으로 인해 서로 다른 공간데이터 파일형태로 가지고 있는 현 상황에서는 현재 개발한 컴포넌

트 데이터 프로바이더를 이용해야한다. 이는 지하시설물 데이터 활용에 있어 진일보된 발전인 것이다. 또한 본 시스템의 개발

이 중요성을 갖는 이유인 것이다.

지자체 지하시설물 관리업무의 공통성은 이미 국토연구원의 "지하시설물관리 범용프로그램 개발지침 연구"에서 수행되었기 때문에 본 연구에서는 그 내용을 지자체에서 관리하는 상하수도를 중심으로 간략히 정리하고 3D GIS, 컴포넌트 기술 등의 GIS 최신기술을 중심으로 지자체 DB 성과를 활용하는 방안에 대해 내용을 정리하고자 한다. 3.1 지자체 지하시설물 관리업무의 공통성 지하시설물 범용프로그램개발을 위해 국토연구원에서는 지자체의 상하수도 관리시스템이 구축되어 있는 지자체를 대상으로 도시의 규모에 따라 대도시, 중도시, 소도시로 구분하여 상수도 10개 지자체, 하수도 8개 지자체를 대상으로 업무의 유사성이 높은 업무를 공통업무로 정의하고 업무의 공통성을 분석하였다. 분석결과 <표 3-1>과 같이 지자체 마다 업무처리과정이 다양

한 계획관리, 행정관리를 제외하고 시설관리, 누수관리, 간이상수도 업무에서 공통성이 많이 나타났다.

第3章 지자체 지하시설물 DB의 활용



하수도관리 업무는 8개 지방자치단체의 업무를 대상으로 공통성 수준을 분석하였다. 여기서도 상수도관리 업무와 마찬가지

로 업무의 유사성 및 중복성 분석에 따라 업무수행 내용의 유사성이 높은 업무를 공통업무로 도출하였다. 하수도관리 업무는 <표 3-2>와 같이 계획관리, 행정관리, 시설관리, 공사관리, 하천관리 등의 5개 분야로 구성되며 상수업무

와 마찬가지로 시설관리와 공사관리업무에서 공통성이 많이 나타난 것으로 분석되었다.

<표 3-1> 상수도 관리 업무의 공통성 수준 분류표

<표 3-2> 하수도 관리 업무의 공통성 수준 분류표



기 구축된 상하수도 관리시스템에서는 도면관리, 시설관리, 공사관리, 누수관리, 통계관리 등의 단위시스템을 통해 공통업무



에 대한 시스템을 구현하고 있다. 이처럼 지자체 상하수도 업무는 많은 유사성이 나타나고 있고, 지자체 특성에 맞게 개별적으

로 업무시스템이 개발되어 운용되고 있으나 프로그램의 확장성, 재사용성, 기존 DB의 활용도 제고 등의 측면에서 최신 GIS 기술을 이용하여 관련 업무시스템을 컴포넌트 형태로 구축할 필요가 있다. 3.2 GIS공간분석기능을 적용한 성과활용 확대방안 3.2.1 GIS 공간분석 기능 GIS에 있어서 공간분석 기능의 주된 효용은 속성자료와 공간자료의 통합분석에 있다. 이러한 속성과 공간자료의 통합분석 기능은 GIS와 다른 도면자동화를 위한 시스템간의 근본적인 차이점이기도 하다. 이 범주에 속하는 분석기능은 매우 다양하며 정보의 추출, 분류, 관측 등의 정보검색 기능과 중첩 기능, 근접성 분석, 연결성 분석(네크워크분석) 둥을 들 수 있다. ① 영향권분석 영향권 분석 기능은 예기치 않은 상황에서 상하수관의 파손, 누수 및 기타 위험 관망의 폭발 등으로 재난이 발생하는 경우 재난

이 미치는 범위를 분석함으로써 재난을 예측하고 방지하기 위한 기능이다. 이 기능을 활용하여 관 파손, 누수발생시 조정을 통해 타 관망을 활용할 수 있는 경로를 산출하거나 가스폭발로 인한 폭발 반경

과 영향을 미치는 상하수도관 및 건물들을 분석할 수 있다. ② 네크워크 분석 네크워크 분석 기능은 일정한 프레임이나 패턴을 구성하는 선형의 특징들이 상호연결된 것이다. 네크워크는 일반적으로 한 지점에서 다른 지점으로 자원의 이동을 위하여 사용된다. GIS에서 사용되는 네크워크 분석에는 세 가지 기본적인 유형이 있으

며 이는 네크워크 부하의 예측, 경로의 최적화, 자원의 분배 등을 들 수 있다. 네크워크 분석의 예를 들면 강에서의 물의 흐름이나 침전물의 퇴적에 대한 네크워크 모형을 이용하여 부하가 예측될 수 있다. 하천의 네크워크에 걸리는 부하 분석을 통한 물의 흐름을 정확 히 파악하여 홍수 발생지역과 규모를 적절히 예측함으로써 비상사태에 대비한 적절한 방재대책이 마련될 수 있다. 네크워크 분석의 대표적인 기능으로서 관망분석을 들 수 있다. GIS에서 관망을 이용한 대표적인 분석으로는 관망에 걸리는 부하를 예측하는 사례로서 강이나 하천에서의 물의 흐름이나 퇴적되는 침전물의 양 예측, 상수도의 관망해석을 통한 상수관에 걸리는 유량과 손실수두 및 압력 등을 예측, 하수도의 관망해석을 통한 하수관에 걸리는 하수발생량을 예측 등이 있다. ③ 적지분석 기능 적지분석이란 개발 또는 이용하고자 하는 토지에 대해서 여러 가지 환경요소를 조사하고 체계적인 분석과 평가를 통해 토지

의 적정이용계획(optimum land planning)을 수립하는 기법을 말하는 것으로서, GIS에서는 전산기법을 이용하여 사용자가 원하는 목적과 기준에 따라 수치지도를 분석하는 것을 말한다. 상수원 적지분석의 예를 들면, 수계망, 지형, 토지이용, 인구 등의 분석요소를 기준으로 하여 수치지도의 속성분류 및 일반화, 중첩분석 등의 기법을 통해 최적의 적지를 분석해 볼 수 있다. ④ 중첩 기능(overlay operation)



수학적 중첩은 레이어에 존재하는 수치값에 다른 레이어의 상응하는 지역의 값을 더하거나 빼거나, 나누거나 곱하기 등과 같은 수치연산을 통하여 새로운 수치값을 얻는 것을 말한다. 논리적 중첩은 명시된 조건이 발생하는 지역을 찾아내는데 주안점을 둔다. 예를 들어 주거지에 적합한 지역을 고려할 경우에 경사가 완만하고 주요도로와 거리가 가깝고, 물의 흐름과 인접하고 폐기물처리장에서 되도록 원거리에 존재하는 것 등이 주거

지의 선정을 위한 이상적인 요건이라 할 때 논리적 중첩은 지형도, 교통망도, 하천도, 시설물도 둥의 레이어에서 언급된 조건

을 동시에 만족시키는 지역을 선정하는 것을 의미한다. 중첩기능에 의하여 작업자에게 부여되는 융통성과 완성도는 다양하다. 중첩기능의 결과에 중요한 영향을 미치는 주요 인자는 분석에 사용될 데이터 모델이다. 래스터와 벡터모형은 수학적인 방식이나 논리적인 방식의 중첩이 이루어지는 과정에서 차이

가 많다. 일반적으로 래스터 모형에서 중첩은 보다 효율적으로 이루어진다. 래스터에서의 일정간격의 격자방식의 운영은 중첩기능을 훨씬 수월하게 적용할 수 있도록 하는 큰 이점이 있으나 중첩대상이 되는 공간객체의 형상이 매우 단순하거나 아주 적은 수의 객체만이 중첩과 연관되더라도 공간상에 포함되어 있는 모든 격자

에 대하여 처리가 이루어져야 한다는 불편이 있다. 벡터의 경우는 중첩대상이 되는 객체에 대한 처리만이 필요하다. 따라서 중첩대상의 객체가 적거나 모양이 단순하면 처리는 매우 빠르게 이루어 질 수 있다는 이점은 있으나 중첩이 이루어지는 과정의 시작은 래스터 방식보다 복잡하다. ⑤ 지형분석(surface analysis) 지형은 일정 지역의 표면의 상태에 관한 것이다. 따라서 지형은 일정지역의 언덕이나 계곡, 평원 등을 포함하며 따라서 일반적

으로 지형은 일정 지역내에 존재하는 지점들의 표고라고도 정의된다. 이러한 지표면의 표고는 GIS에서 DEM(Digital Elevation Model)으로 표현될 수 있으며 DEM은 대상지역에 분포된 수 많은 샘플지역의 표고를 나타내는 수치값으로 구성된

다. 이러한 샘플점들의 위치는 일정한 등간격으로 이루어지며 근본적으로 래스터 형식을 갖추게 된다. 이러한 DEM의 또 다른 표현방식은 벡터방식을 기반으로 하는TIN(Triangulated Irregula. Network)이다. TIN에서는 일정하지 않게 분포된 샘플점의 위치값을 이용하여 불규칙한 삼각망을 구성한다. 이러한 삼각형은 폴리곤으로서 간주되어 관련 경사, 표고, 그 외 관련되는 변수값이 폴리곤에 관련되는 속성값으로서 부여되어 조작될 수 있다. 지형분석기능은 일정 지리적 위치에서의 표고나 위치의 계산이나 특정 지점을 바탕으로 주변지역의 경사도의 계산과 같은 특성을 나타내는 수치의 계산에 사용될 수 있다. 대개의 지형분석 기능은 국지적인 지형을 특성화하는데 있어서 주변의 지형을 고려한다. 지형을 고려하는데 있어서 가장 보편화된 변수는 경사(slope)와 경사 방향(aspect)이며 이것들은 주변의 표고값을 이용하여 계산된다. ⑥ 인접성 분석(proximity) 서로 이웃하여 있는 폴리곤(polygon)간의 관계를 의미한다. 하나의 폴리곤의 정확한 인접성 파악을 위해서는 해당폴리곤에 관한 사항이 세부적으로 파악되어야 한다. 또한 이웃하여 있는 경우에는 상하좌우와 같은 상대적 위치성도 파악되어야 할 중요

한 요소이다. 인접성(proximity)이란 공간상의 특징간의 관계를 바탕으로 한 거리의 측정에 관계된다. 보편적으로 이것은 거리의 단위로서 측정되나 여행시간이나 소음의 정도와 같이 다른 척도에 의하여 측정될 수도 있다. 인접성의 측정에 있어서 네 가지 사항이 명시되어야 하며 이것은 공원이나 병원, 도로 등과 같은 목표물의 위치, 거리나 여행시간과 같은 측정단위, 직선거리 측정과 같은 거리측정을 위하여 사용되는 기능, 그리고 분석대상 지역이다. 이러한 분석의 대표적인 GIS 응용사례는 공항의 소음도 측정과 같은 것이다. 공항이 들어설 자리를 기준으로 하여 이·착륙되

는 비행기의 유형에 따른 주변지역에서의 예상되는 소음의 정도를 계산하여 소음에 영향을 받는 지역을 지도로 보여주는 것이

다. 이러한 분석은 기존 토지이용의 패턴과 이·착륙하는 비행기의 기종에 따라 공항의 시간표를 적절히 운영함으로써 주거지



역에 대한 소음에 의한 피해를 최소화 할 수 있다. ⑦ 확산 분석기능 (spread analysis) 확산기능은 다양한 범위의 현상을 분석하기 위한 매우 범용의 강력한 작업 절차이다. 이것은 복잡한 지표면의 교통시간이나 관련 비용을 계산하는데 사용될 수 있으며 또한 임의의 한 점으로부터 시작하여 표고를 이용하여 물의 흐름을 파악하여 배수

지역을 구분 짓는데 사용되기도 한다. 확산기능은 네트워크와 인접성 분석기능의 두 가지 특성을 갖으며 거리의 증가에 따른 현상을 분석하는데 사용된다. 확산기능

은 하나 혹은 여러 개의 시작점에서부터 외부로 향하여 변화하는 현상을 구현하는 것으로써 여행시간과 같은 관련 변수를 일련의 거리의 변화에 대하여 계산하는 것을 의미한다. 확산기능은 다양하고 불규칙적으로 존재하는 구속인자(constraint factors)들을 병합하여 고려할 수 있다. 다시 말해서 확산기

능이 중요한 이유는 기존의 다양한 조건들에 관한 정보를 결합하여 고려할 수 있으며 따라서 다양한 조건들의 누적에 따른 영향을 반영할 수 있다는 것이다. 이러한 이유에서 확산기능은 매우 중요하고 유연성이 높은 GIS 기능이다. 3.2.2 컴포넌트 GIS 기술 1) 컴포넌트의 GIS의 개요 컴포넌트(component) 기술은 1990년대 초부터 발전하고 있는 소프트웨어 엔지니어링 방법론으로써 component 또는 custom control을 재사용을 위한 기본적인 단위로 사용하여 소프트웨어를 개발하는 방법이다. 컴포넌트 기술은 응용프로그램 개발기간을 단축시키고 소프트웨어의 개발과 유지를 위한 비용을 최소화시킬 수 있다. 또한 Visual C++, Visual Basic, Power Builder와 같이 고급단계의 프로그래밍 환경을 이용하여 표준 인터페이스인 윈도우 환경에 적용이 가능하다. 최근 GIS 소프트웨어 개발의 경향은 응용프로그램 개발자들이 특정 목적을 가진 응용프로그램을 개발에 있어서 기존에 개발

된 코드나 다른 종류의 컴포넌트를 유용하게 재사용함으로써 응용프로그램을 더욱 확장시키는 것이다. 또한 개발자들은 GIS에 대한 특정 지식이 없는 프로그래머도 GIS 개발에 참여할 수 있고, 새로운 프로그래밍언어를 습득하는 것보다는 표준 개발

환경에서 사용할 수 있는 컴포넌트를 원하고 있기 때문에 이러한 요구에 부응하여 컴포넌트 GIS가 더욱더 광범위하게 확산되

고 있다. 2) 컴포넌트 GIS 관련기술 최근 이용자들은 자신들이 원하는 요구사항이 즉각적으로 반영되고 수정되기를 원하는데, 기존 소프트웨어 개발 방법론으로

는 이러한 이용자의 요구를 수용하기가 어렵다. 따라서 이용자가 직접 자신의 요구사항을 해당 응용프로그램에 반영할 수 있는 기법이 필요하였으며, 이러한 시장의 요구에 즉각적으로 대응할 수 있는 방안으로 OLE/COM에 기반한 컴포넌트 개발이 등장하였다. OLE(Object Liking and Embedding)의 등장은 마이크로소프트사의 소프트웨어 개발기술 변천과정과 밀접한 관련이 있다. 다양한 응용 프로그램을 사용하는 이용자들은 자신들이 사용하는 응용프로그램들 사이에 서로 자료를 상호 교환하고자하는 이용이 증가하였다. 이를 배경으로 등장한 것이 클립보드나 DDE(Dynamic Date Exchange)와 같은 기술이다. 그러나 이러한 클립보드나 DDE는 자료의 전송에 있어 문제점이 많았다. 이에 대한 대안으로 마이크로소프트 윈도우즈 3.1과 함께 OLE 버전 1.0(1992)이 등장하였다. OLE의 초기목적은 복합문서(compound document)의 처리에 있었다. 이 기술은 작업 환경을 유지한 채 복합문서의 모든 데이터를 한 곳에서 편집이 가능하도록 한 기술로서 그 구조에 있어서 재사용이 가능하도록 설계되었다. 1993년 OLE 버전 2.0이 출시되면서 버전 1.0의 단순한 복합문서 처리 기능에서 좀 더 복잡한 수준에서 컴포넌트 소프트웨어

를 지원 할 수 있는 기반을 구축하기에 이르렀다.



OLE에서 사용된 복합문서 기술을 소프트웨어 개발에 응용하면서 컴포넌트 중심의 소프트웨어 개발가능성이 대두되었다. 일반적 의미에서 컴포넌트 소프트웨어는 단순한 복합문서보다는 보다 넓은 응용력을 지니고 있다. 여기에서 작지만 매우 강력하

고 확장성이 뛰어난 component 라는 구조가 제시되었다. 컴포넌트는 작고 단순한 블록개념으로 이들을 결집하면 복잡한 시스템의 효율적 디자인이 가능하며, 윈도우즈 기반의 응용프

로그램 디자인에 기본적이고 효과적인 방법을 제공한다. 컴포넌트는 기존 응용프로그램에 영향을 주지 않으면서 같은 서비스

나 기능을 가진 새로운 버전이나 새로운 컴포넌트로 교체할 수 있다. 또한 이 구조는 판매시점 관리나 보험회사 등의 실시간 시장에 쉽게 적용할 수 있을 뿐만 아니라 언어와 개발틀에 독립적으로 재사용될 수 있으며, 플랫폼이나 운영체제 등 해당 시스템

의 환경에 얽매이지 않는다는 점에서 주요한 장점을 지니고 있다. 아울러 모든 COM 객체는 적어도 하나 이상의 인터페이스

를 가지는데 물리적인 구현과는 독립적으로 정의된 인터페이스를 통해서만 다른 객체와 연결될 수 있다. COM의 구조는 <그

림 3-1>과 같다.

응용 프로그램을 제어할 수 있는 API(Application Programming Interface)나 DLL(Dynamic Link Libraries)은 소프트웨어의 안전한 분산확장 및 진화라는 측면을 충분히 만족시켜주지 못했다. 이에 제 3세대 컴포넌트 COM(Component Object Model)인 ActiveX가 등장한 것이다. ActiveX란 COM에 기반한 일체의 기술 및 서비스를 통칭하는 마케팅 명칭이며, OLE기술을 대치하

는 기술로 COM과 그 기본 구조를 이루고 있는 추가적인 고급기술의 집합이다. ActiveX는 <그림 3-2>와 같이 컴포넌트 기술을 기반으로 한 언어 중립적인 인터페이스를 제공하고, 운영체제와 응용프로그램

의 중간역할을 담당하여 소프트웨어의 통합과 독립적인 진화라는 문제를해결하였다.

COM과 OLE는 기존 운영체제를 바꾸지 않고 누구나 새로운 기능을 지닌 시스템으로 확장이 가능하도록 한다. 즉 개발자는 더욱 혁신적인 웅용프로그램을 개발하고 누구나 이러한 새로운 서비스를 사용할 수 있도록 지원하는 것이다. 또한 OLE의 도입

은 각종 컴포넌트를 다양한 방식으로 통합할 수 있게 해줌으로써 소프트웨어 개발방법론의 의미 있는 발전을 가져왔다. 기본적으로 컴포넌트는 객체모델에 근거를 두고 있다. 이런 의미에서 컴포넌트는 객체라 할 수 있다. 객체기술(object technology)은 캡슐화되고(encapsulated) 다형성을 지니며(polymorphic) 재사용이 가능(reusable)하다. 따라서 언제라도 누구

나 새로운 컴포넌트를 개발하여 가동중인 시스템에 추가할 수 있고, 기존 응용프로그램을 사용중이라 할지라도 필요할 때 즉시 해당 응용프로그램의 기능을 확장할 수 있는 것이다. 결국 이것이 의미하는 바는 과거 소스코드 프로그래밍에 의존할 때 봉착했던 각종 문제들을 해결할 수 있는 확장 가능한 서비스 구조라는 것이다. 객체기술은 마치 공장에서 조립라인의 인력과 기계를 관리 가능한 단위로 조립공정을 세분하는 것과 같이 소프트웨어를 관리 가능한 단위로 세분한다. 또한 조립공정에 유연성을 확보하기 위한 절차를 설계하는 것과 같이 소프트웨어에서도 동적인 개발 환경을 지원할 수 있도록 도구와 절차를 재설계 한다. 그런데 객체들 상호간에 작용하는데 필요한 표준이 없으면 오히려 객체의 공유와 재사용을 어렵게 할 수도 있다. 객체는 그것을 만들거나 사용하는데 필요한 언어나 프로그램과 밀접하게 연계되

<그림 3-1> COM 구조

<그림 3-2> COM의 발전



어 있고, 객체기술 자체가 매우 복잡하여 민첩하게 오늘날과 같은 업무변화 속도에 대응하기에 많은 제약이 있다. 이러한 객체기술의 한계를 극복하고 객체들 상호간의 공유와 재사용을 위한 보다 나은 방법을 제공하기 위한 객체모델의 확장

이 요구되었다. 객체가 다른 객체들과 보다 쉽게 통신하고 하드웨어나 운영체제 및 객체를 이용하여 개발하여야 하는 소프트

웨어 등 특정 운영환경에 종속되지 않는다면 이러한 객체를 이용해 구축된 시스템은 매우 유연한 시스템이 될 것이다. 이렇게 객체 모델을 분산 환경에 맞도록 확장하려는 노력이 소프트웨어 컴포넌트의 개념으로 나타났으며, 분산환경에 맞도록 확장시킨 분산모델을 분산객체모델(DCOM : Distributed Component Object Model) 또는 컴포넌트웨어(Componentware)라고

도 한다(<그림 3-3>).

분산 환경은 기술적 관점보다는 비즈니스적 관점에 기반을 두고 있으며, 고객 서비스와 웹의 연결로 새로운 사업영역을 창출

함으로써 정보화에 대한 투자를 최소화하면서 그 효과를 극대화하려 한다. 그래서 시스템의 객체화를 통하여 시스템이 갖는 특정 기능의 재사용, 모듈화, 복잡한 내부적 기능 은폐 등이 요구되는 것이다. 분산객체는 특정 하드웨어, 소프트웨어, 언어와 독립적으로 운영이 가능하며, 컴포넌트가 개발된 응용프로그램에 종속되지 않는다. 또한 인터넷이나 웹에서 사용하는 프로토

콜과 같은 일반적인 프로토콜을 사용하고, 원격 컴퓨터에서 실행되는 컴포넌트를 호출하는 기능을 부여하여 다른 컴퓨터상의 객체와 통신이 가능하다. 본 연구에서는 어느 지자체에서나 활용가능성을 위하여 핵심 모듈을 컴포넌트로 개발하고, UML를 이용한 시스템의 객체지향 컴포넌트 기반으로 설계함으로써 재사용성과 개발기간 및 개발비를 단축하여 경제성 있는 시스템을 개발하였다. 3.2.3 OGIS 기술 OGIS(OpenGIS)는 지리정보를 객체지향적으로 정의하기 위한 명세서인데, 이것은 지리정보에 대한 상호운용서의 대책을 개발할 뿐만 아니라 광범위한 전송망을 통한 의미의 분산처리의 개발을 가능하도록 한다. OGIS의 기본구조 및 장점은 현재의 다른 분산형 객체 지향 소프트웨어와 유사하다. 그러나 범세계적이고 국가에 관련된 정보 하부구조의 실질적 내용이라는 관점에

서 보면, GIS 및 공간정보의 관리에 적용된 객체기술이다. 이 기종 GIS 시스템간 상호 운영성 및 재사용성을 위한 국제표준을 준수(OGC, ISO, TC211 등)하여 구축된 GIS 시스템 상호

<그림 3-3> 분산객체 모델



연계 및 분산환경 지원 및 정의된 표준화된 인터페이스를 통한 다양한 GIS 데이터(Shape, SDE, ZEUS, GeoMania, SmalIWorld 등)를 자유롭게 접근할 수 있다. OGIS 인터페이스에 기초하여 시스템을 구축하는 개발자들은 모든 종류의 지리자료와 지리정보처리기능을 다룰 수 있는 미들

웨어와 컴포넌트 및 어플리케이션을 만들 수 있다. 서로 다른 목적을 가지고 다른 시스템을 사용하는 서로 관계없는 그룹에 의해 각각 다른 시간대에 데이터가 만들어진다 하더

라도, OGIS 기반 시스템 이용자는 잠재적으로 거대한 네트워크 데이터 공간을 공유할 수 있으며, 이 공간에서는 모든 지리자

료가 기본적인 데이터 모델에 적합하게 작동한다. 서로 다른 분야와 환경에서 생성·분산·저장된 다양한 형태의 공간자료를 사용자가 접근하여 처리할 수 있도록 하는 기술을 개방형 GIS(Open Geodata Interoperability Specification), 즉 Open . 이를 구현하기 위해서는 상호운용성이 필수적이며, 이는 소프트웨어분야의 PnP(Plug and Play)개념이다. 개방형 GIS는 상이한 분야의 지리자료 사이에서 나타나는 상호운용성 문제를 해결할 수있게 할 뿐만 아니라 광역통신망을 통하여 지리자료의 분산처리를 가능하게 하는 객체지향적 사양을 제시한다. 상호운용 가능한 지리정보시스템의 구현을 위해 구성된 컨소시엄들은 OpenGIS 표준 사양 개발을 위한 노력을 계속하고 있는

데, 이는 지구와 지표면의 현상들을 수학적 또는 개념적으로 수치화하여GIS라고 한다. 표현하는 공통 수단으로서의 공간 데이

터 모델 정립, 지리자료에 대한 접근, 관리, 조작, 표현, 공유 등의 서비스에 대한 공통 사양 모델, 기술적인 문제뿐만 아니라 제도적인 상호불운용성 문제 해결을 위한 정보 커뮤니티 모델 등에 초점을 맞춰 진행되고 있다. 개방형 GIS는 그동안 지리정보

체계 발전의 장벽이었던 S/W간의 호환성 문제를 해소하여 공통 포맷 또는 다양한 포맷을 지원하는 형태로 전환함에 따라 DB 구축 및 시스템 분야에 획기적인 발전을 가져다 줄것으로 기대된다.

3.2.4 3차원 GIS 최근 GIS 분야에서는 실세계와 유사한 공간데이터모델에 대한 요구에 따라 2차원 평면형태의 GIS 기술의 한계를 극복하는 3차원 GIS가 개발되고 있다. 3차원 GIS는 입체적인 공간정보를 제공함으로써 가시적이고 직관적인 효과를 극대화 할 수 있으

며 공간분석을 수행함으로써 공간현상에 대한 정확한 이해와 판단할 수 있는 기능을 제공한다. 또한 상수도처럼 불가시적이고, 불균질적인 지하공간에 매설되는 특성으로 인하여 2차원 GIS로 복잡한 상황을 표현하는데 한계가 있다. 3차원 GIS 시스템은 시설물도면의 3차원 시각화 및 정보관리로 현실성 있고 정량적인 3차원 공간분석 및 시뮬레이

<그림 3-4> OGIS 표준화 분야



션이 가능하다. 3차원 GIS 기술은 WebGIS, 위성영상을 이용한 GIS 기술과 함께 현재 국내외 GIS 분야에서 활발하게 연구되어지고 있는 분야

이다. 3차원 GIS 기술은 또한 Web GIS 기술과 결합하여 사용자의 편의성을 극대화하고 있다.

<그림 3-5> 3차원 시각화

<그림 3-6> 시설물 정보조회



<그림 3-7> 공간연산 (거리계산)

<그림 3-8> 영향권 분석



3.2.5 인터넷 GIS 인터넷 기술과 GIS를 접목하여 지리정보의 입력, 수정, 조작, 분석, 출력 둥 GIS 데이터와 서비스의 제공이 인터넷 환경에서 가능하도록 구축된 GIS를 의미하는 것으로 독자적 방식(stand-alone)의GIS가 네트워크 상에서의 활용에 한계가 있었으나, 웹을 통하여 공간데이터에 대한 검색 및 분석이 가능하도록 하므로써 일반인들에게 사용이 가능하게 되었다. 인터넷 GIS는 대부분 동적(dynamic) 클라이언트/서버 컴퓨팅환경을 제공한다. 인터넷 GIS는 기능수행을 위해 클라이언트/서버의 개념을 응용하는

데 클라이언트가 요구한 기능을 서버 측과 클라이언트 측으로 구분하고, 서버는 요구된 기능을 직접 수행하여 결과를 클라이

언트에 보내주거나 필요한 데이터와 분석도구를 클라이언트에 보내어 그 기능을 수행하도록 해 준다. 상하수도 업무에 활용도를 높이기 위해서는 인터넷을 기반으로 상하수도 시설물 관리, 관망 및 누수관리, 민원업무 처리가 이

<그림 3-9> 굴착공사 시뮬레이션

<그림 3-10> 정보 입력, 수정 기능



루어져야 한다. 3.3 지자체 DB성과의 활용방안 3.3.1 GIS 공간분석 기능의 적극 활용 기 구축된 지자체의 상하수도 DB 성과의 활용을 높이기 위해서는GIS 공간분석 기술을 적용하여 기 개발된 상하수도 활용시스

템에 실무자들이 요구하는 업무를 직접적으로 지원해 줄 수 있는 기능을 추가하여야 한다. 상하수도 관리시스템 측면에서 보면 누수로 인한 영향권분석, 관망의 네트워크분석, 차단밸브검색을 위한 인접성분석, 오염원

의 확산분석 둥 CIS 공간분석 기술을 적용하여 누수관리 및 누수경보시스템 등으로 확대·발전시킴으로 기 구축된 상하수도 DB의 활용도를 높일 수 있다. 이 때 지자체에서 기 구축된 GIS 소프트웨어에 종속되지 않는 범용적인 GIS 관리도구의 형태로 개발이 이루어져야 하며 행정

업무와 연계되어야 한다. 최근 GIS 소프트웨어 개발의 경향은 응용프로그램 개발자들이 특정 목적을 가진 응용프로그램을 개발에 있어서 기존에 개발

된 코드나 다른 종류의 컴포넌트를 유용하게 재사용 함으로써 응용프로그램을 더욱 확장시키는 것이다. 마찬가지로 지자체 DB의 활용도를 높이기 위해서는 다양한 GIS S/W를 지원할 수 있도록 컴포넌트 형태로 개발되어야 하며 향후 기능개선에 따른 업그레이드를 용이하게 하기 위해서 모듈별로 개발할 필요가 있다. 3.3.2 인터넷을 통한 활용시스템 구축 지자체 DB의 활용도를 높이기 위한 또 다른 방안은 상하수도 업무에 해당하는 시설관리, 공사관리, 관망관리, 민원관리 등의 업무를 인터넷 기반으로 전환하는 것이며 특히, 민원업무의 경우 인터넷으로 구축하여 민원관련 홍보, 업무처리시간의 단축 등 대 시민 편의성을 증진시킬 필요가 있다. 기 구축된 지하시설물 DB를 활용하여 인터넷 기반 서비스로 전환하게 되면 정보취득 시간을 절감할 수 있고, 신속한 민원처리

로 대국민 서비스의 품질이 향상될 것이다. 단 접속·인증에 대한 보안문제와 정보제공에 따른 비용문제 등을 고려해야 한다. 다음은 시설물 관리에서 인터넷 GIS기술을 도입한 활용사례를 나타내고 있다. ① 미국 켈리포니아 Elsinore Valley Municipal Water District사의 활용사례 1952년에 설립된 Elsinore Valley Municipal Water District는 대략 25,000여종의 상수, 폐수, 농업용수관련 서비스를 하는 회사

로 미국 캘리포니아 Lake Elsinore시에 위치하여 305 miles의 상수관로, 290 miles의 하수관로와 246 miles의 관개수로를 관리

하고 있다. 또한 필드에서 직접 시설물의 편집, 수정에 대한 데이터를 수집할 수 있도록 PDA(Personal Digital Assistant)를 이용하고 있다.



② 멕시코 Sistema de Agua Potable y Alcantarillado de Leon(SAPAL)사의 시설물관리시스템(하수도)활용사례 멕시코 Leon에 위치해 있는 (SAPAL)사는 다양한 시설물관리를 하고 있다. 특히 파이프, 펌프 등 상수관련 시설물에 대한 관리

를 수행하고 있다. 또한 인터넷 기반의 적용시스템을 개발하고 있다.

<그림 3-11> 인터넷을 이용한 상·하·관개용수 관리



③ 미국 NEW Hartford시의 하수관리시스템 활용사례 New Hartford시는 미국 New York주의 북부지방으로 시의 하수 관리시스템의 관리를 하고 있다. 이는 인터넷상에서 하수관련 시설물의 사진을 링크하고 도면과도 동시에 확인할 수 있다. 또한 현재 하수관망의 설계도 그리고 상류와 하류의 맨흘의 유량, 시설물관리소와의 연계 등을 확인할 수 있다.

3.3.3 Mobile GIS 도입을 통한 업무의 효율성 증진

<그림 3-12> 멕시코 (SAPAL)사의 시설물관리시스템(하수도)활용

<그림 3-13> 미국 NEW Hartford시의 하수관리시스템



Mobile GIS(이하 m-GIS)는 일반적으로 사무실이 아니라 현장에서 휴대용 컴퓨터(PDA, Smart Phone 등)를 이용하여 지리정

보를 처리하는 GIS의 형태를 말하는 것으로 휴대용 컴퓨터 단독으로 운영되기도 하지만 최근에는 서버(server) 시스템과 통신

하면서 지리정보를 송·수신할 수 있는 시스템 형태로 개발되고 있다. 이러한 m-GIS는 상하수도의 현장업무 처리에 가장 효과적인 기술로서 상수도 검침업무를 중심으로 그 활용사례가 늘어나고 있다. M-GIS를 적용하기 위해서는 모바일(mobile) 기기, 맵 인터페이스, GPS 인터페이스, 편집 및 자료갱신의 범위설정 등이 필요하다. 아직까지는 무선통신에 의한 자료의 전송속도 및 요금체계 등으로 인하여 지자체에서 m-GIS를 도입한 사례는 많지 않으나 현장업무를 위해 투입되는 인력 및 경비를 최소화하고 기 구축된 지하시설물 DB의 활용도를 높이기 위해서는 m-GIS 도입을 위한 기본계획수립, 시범사업의 운영 등이 필요하다. ① 대전광역시 대전광역시에서는 기존의 수기작업으로 이루어진 수도본부의 상수도 검침작업을 PDA를 이용한 검침관리 시스템으로 전환시

킴으로서 이동 행정의 정보화 수준향상, 지방행정업무의 효율화 및 대 국민서비스를 향상시키고 있다. 수도검침시스템의 구성

도는 <그림 3-13>과 같다.

수도검침관리시스템을 도입했을 경우 업무의 흐름도는 <그림3-14>와 같이 8단계의 과정으로 이루어진다. ① 검침관리시스템 서버 : 수용가 정보 DB 이관 ② 개인휴대단말기 : 수용가 정보 수신(On-line 또는 Batch) ③ 검침요원 : 검침자료 PDA 입력 (검침내용) ④ 검침자료 전송(즉시 또는 일괄) ⑤ 검침자료 에러 검증을 위한 일괄 자동 UP-Loading

<그림 3-14> 상수도 검침관리시스템의 구성도



⑥ 수용가로 고지서 발송 ⑦ 사용료 납부 ⑧ 수납결과 통보

② 안양시 안양시에서는 단독주택과 상가 지하 등의 건물 안에 설치된 수도 계량기의 검침업무가 매우 낙후되어 건물 밖에서 PDA를 이용하여 상수도검침과 수용가의 요금관리를 하므로 인력감축에 따른 예산절감과 검침의 문제점을 근본적으로 해결하고 검침

업무의 효율성을 기하고자 PDA를 이용한 상수도 검침시스템을 개발하였다.

<그림 3-15> 작업진행도

<표 3-3> PDA를 이용한 상수도 검침



③ 미국 워싱턴의 Tocoma Public Utilities 회사의 활용 사례 본 회사는 미국 워싱턴의 52 평방마일 지역에 146,000 가입자를 대상으로 상·하수도, 전력을 공급하고 있는 회사로서 1997년

에 모든 시설물에 대한 데이터베이스 및 관리시스템을 구축하였다.

또한 1999년부터 상수도 부문에 m-GIS 기술을 도입한 시스템(노트북을 활용한 시스템)을 개발하여 현장의 시설물 유지관리 업무에 활용하고 있으며 향후에는 PDA와 GPS를 이용한 시스템을 개발을 계획하고 있다.

4.1 기존 상수관망 분석 모델 분석 4.1.1 상수도 관망분석

<그림 3-16> m-GIS시스템을 이용한 시설물 정보 조회

第4章 상수도 관망분석 및 누수관리 알고리즘



관망분석이란 관내 물의 흐름 현상을 해석하는 것으로, 주어진 관경, 관길이, 관재질, 관의 매설년도, 관로의 내벽상태(조도계

수), 배수지의 수위(고도값), 각절점의 고도, 각 절점의 수요유량과 공급유량등의 속성을 이용하여 관로내의 유량과 수압상태

를 결정하는 것을 말한다. 즉 관로시스템의 각 접합점에서 공급량 및 수요량을 미리알고, 각 관로의 관경과 재질, 연수에 따라 유량을 계산한 후 각 접합점에서의 수두가 최저수두보다 큰가를 수리학적으로 타당한지를 규명하는 절차이며, 배수지의 수위

(고도), 관경, 관길이, 관내벽면 상태(조도계수), 절점의 공급·배급유량을 기지수로 관로의 유량과 접합점에서의 수압을 구하고

자 하는 것이다. 따라서 이를 이용하여 관로의 수리학적 정확성을 검토하고 관로의 파손, 누수시 수압을 조사하여 위기상황에 대처하고, 관로내의 체류시간을 산출하여 수질의 평가, 역류수의 검토 등 상수도 관망의 체계적이며 정확한 운용을 가능하게 한다. 더욱이 관망 설계에 있어 유량값에 의한 적절한 배수지 및 가압장의 설치, 정확한 병합계량구역의 설정, 수압 관리에 의한 누수방지 및 관 교체 등 타당성 있는 설계를 위해서 중요한 자료라 할 수 있다. 4.1.2 관망분석의 연구동향 관망에 대한 연구는 관망의 해석과 설계라는 두 가지로 나눌수 있다. 관망해석법으로는 1936년에 각 관로의 절점에서 연속방

정식을 만족하도록 가정한 다음 손실수두와 유량과의 관계식을 이용하여 가정된 유량을 보정해 나가는 Hardy Cross 방법이 제안되었다. Hardy Cross 법이 발표된 이후에 여러 가지 방법들이 제안되고 있으며, 이들은 Hardy Cross법을 기초로 한 유량

법(유량보정법), 절점법, 그리고 Graph Theory Method 등 세가지 방법으로 분류할 수 있고, 수질적 안정성을 평가하기 위한 해석법들도 발표되었다. 상수관망설계에 있어서의 초기의 모형들은 Karmeli등(1968), Schaake와 Lai(1969)에 의한 수지상 관망에 대해 개발되었다. 이러한 모형들은 밸브와 같은 부속물을 고려하지 못하였으나 수리학적 거동과 비용에 대한 부속물의 영향은 일단 관로배치에 의한 관망구조와 관경이 결정되어지면 쉽게 나타내어 질 수 있음을 보여 주었다. 이러한 전체 최적값을 보장하였지만 수지상 시스템에 한해 적용될 수 있었기 때문에 도시 상수관망 설계와 같은 실제 공학적 문제에는 유용하지 못하였다. Alperovits와 shamir(1977)는 주어진 상수관망시스템에 대한 폐합관로 설계시 최소비용을 허용

하는 흐름형태를 찾기 위해 경사추적법을 도입하였다. 1980년대의 관망해석 프로그램의 수행능력은 1970년대보다 훨씬 뛰어

난 것이었다. 정적상태와 연속기간에서의 모든 상수시스템 요소에 대한 시뮬레이션이 체계화되었다. 이제 주 관심은 데이터베

이스 관리, 관망의 그래픽 처리, 관로시스템 구축, 관로시스템 자료 조작, 그리고 최적 관경 결정 프로그램들과 같은 확장된 영역으로 옮겨갔다. 이때 발표된 프로그램중에는 관망의 해석과 최적화를 할 수 있는 WADISO로써 1985년에 Gessler와 Walski에 의해 개발되었다. 공개 소프트웨어인 이 프로그램은 관경결정과 관갱생에서의 최적화에 중점을 둔 프로그램이었다. 또한 Morgan과 Goulter(1985)는 다부하 경우에 대한 요구조건을 만족하며 모형의 두 단계사이에서 반복적인 상호관계가 요구

되는 과정들을 선형계획법에 의해 기초한 Heuristic접근법을 제안하였고, 관망에서 절점수 만큼의 부하를 가진 관로의 경우 동시에 많은 부하를 고려할 수 있었다. Lansey와 Mays(1989)는 다부하 조건하에서 상수관망설계에 대한 2단계 과정에 대한 개발을 연구하였다. 그러나 이과정 역시 각 단계에서 고려해야 할 최적화 모형과 모의 모형사이에 많은 수의 반복을 요구함으로

서 과도한 계산량을 필요로 하였다. 최근에는 관망내의 구성요소(예를 들어, 관로, 밸브 등)들의 파괴 및 고장, 또는 실제 물 수요량이 설계수요치를 초과하게 되는 경우 등에 대한 신뢰도 개념을 도입한 연구가 이루어지고 있으며 상수도 관망내의 존재하

는 불확실성들의 고려를 위해 유전자 알고리즘, 퍼지이론, 엔트로피 이론, 혼돈 이론 등이 도입되어 최적화 기법이 발전되어 있다. 국내의 관망분석에 대한 연구는 충북대, 인하대, 전남대 등에서 사례를 찾아볼 수 있다. 충북대에서는 GIS를 이용하여 상하수도 시설물관리 및 관망해석 시스템 개발하였으며 공간DB는 관망시설, 부속시설, 사업장

시설과 속성DB로 관로대장, 제수변대장, 부속시설대장을 이용하였다. 상수관망해석은 Hardy-Cross 방식을 사용하여 관거에 부하되는 유량, 유압 및 손실수두를 산출하였다. 인하대에서는 GIS와 EPANET을 이용하여 상수관망모델의 연계방안에 대한 연구를 수행하였다. 전남대에서는 관계형DB를



적용하여 급배수관망에 대한 유지관리에 대한 연구를 수행하였다. 한국과학기술원에서는 EPANET을 이용하여 수리 모델의 검증 및 보정과정을 제시하였으며, 경일대에서는 KYPIPE 및 선형해

석기법을 이용하여 상수도 배수관망의 간선배치에 따른 정류흐름해석에 대하여 연구하였다. 한국수자원은 절점유출형 해석

법과 관로유출형 해석법을 비교·분석하여 두 해석법 사이에 어떤 경우에 얼마만큼의 오차가 발생되는가를 고찰하였으며, 고려

대에서는 선형화 기법을 도입하여 반복적으로 해석하였고 그 결과로 나타나는 선형 연립방정식의 효율적인 해석을 위해서 frontal 기법을 사용하여 계산하였다. 선형화 기법으로 유도된 연립방정식의 계수 메트릭스는 많은 항이 '0'인 분산 메트릭스이다. 이메트릭의 해석을 위해서 frontal 기법을 도입하였다. 이기법은 계수 메트릭스의 '0'이 아닌 항만을 고려하여 계산함으로 기존의 해석 기법보다 적은 양의 계산

기 기억용량으로서 빠른 수렴 속도를 가지게 된다. 앞서 살펴본 바와 같이 특히 국내의 경우에 관로시스템에 관한 논문들은 대부분이 최적설계에 대한 부분과 관내의 조도계수 및 마찰계수에 대한 연구가 주류를 이루고 있으며, 관로시스템 해석에 대한연구는 극히 적다. GIS를 적용하여 연구한 관망해석시스템의 경우 적용하는 Hardy-Cross 방식 중에서 하나의 적용식만을 사용하였으며, 데이터

의 경우도 기존 상수도 DB를 변환하여 관망해석에 적용하였다. 이럴 경우 DB 포맷이 다른 경우 DB변환 및 수정작업이 오래 걸리며, 특정 GIS 프로그램을 사용해야하는 문제가 있다. 또한 관망분석시 배수지나 초기 유량값을 입력하는데 있어서 어떤기준이 정의되어 있지 않고, 알고리즘에 중점을 둔 연구들

이 대부분이다. 본 연구를 통해서 기존에 실무에서 주로 쓰는 관망해석방법을 고찰하고 적용하여, 관망해석시 Hardy-Cross 방식 중 세 가지 식을 선택 사용할 수 있게 하여 다각적으로 관망분석이 가능하게 하며, 관망해석된 데이터를 통하여 누수분석이 가능한 시스

템을 개발하고자 한다. 또한 GIS를 적용하는데 있어서 어떤 특정 GIS툴을 사용하지 않고 지자체 DB를 관망 분석이 가능한 DB구조로 변환하는 시스템을 구현하고자 한다. 관망해석시 초기 유량값은 지자체 상수도 사업부에서 사용하는 각 수용가의 1일 사용량 또는 평균값을 입력하여 분석하고, 수용가 관리 측면에서과 누수분석을 통하여 예측에 효율적으로 활용될 수 있도록 한다. 국내연구사례를 통해 볼 때 관망분석을 위한 정확한 DB의 확보가 관망분석 알고리즘 자체보다 더 중요한 것으로 나타났고 주어진 DB의 특성에 따라 분석범위가 달랐다. 예를 들면 유량 및 압력에 영향을 미치는 가압장 및 감압변에 대한 자료가 주어지

지 않을 경우 정확한 관망해석이 어렵고, 유속계수를 결정하는 관의 재질 및 설치년도에 대한 자료가 부족한 사례도 발생하였

다. 4.1.3 관망해석 방법 관수로의 시스템은 계획, 설계 그리고 분석단계를 통하여 결정되는데, 계획단계에서는 수요량을 각 수요지점에서 추정하며, 설계단계에서는 지형상태를 고려한 배관형태, 배수지의 관리수위, 펌프의 양정, 각관로의 관경 및 교차점에서의 설계수두등

을 결정하고, 분석 단계에서는 관내유량 및 수요지점에서의 수두를 계산하여 설계내역이 수리학적으로 타당한가를 판단한다. 관수로 시스템은 폐합회로의 유무에 따라 분기형배관과 회로형배관으로 구분하는데 분기형배관은 배관내에 폐합회로가 없으

며 회로형배관은 폐합회로가 1개 이상인 경우를 말한다. 분기형배관의 수리계산은 관로들의 유량이 유일해이므로 해석적방법

을 적용할 수 있지만 회로형배관의 수리계산은 관로들의 유량이 유일해가 아니므로 해석적 방법을 적용하는 것이 불가능하여 근사계산법을 이용하고 있다. 회로형배관의 수리계산에 적용하고 있는 근사계산법으로는 Hardv Cross방법, 유량법, 선형이론

방법(linear theory method), 뉴턴-랩슨법(Newton-Raphson method)등이 있다. 각각의 방법들에 대해서 살펴보면 다음과 같다.



4.1.3.1 Hardy-Cross 방법 1936년 개발된 Hardy-Cross 계산법은 시행 착오법의 하나이며 근사해법이다. 이 방법은 각 관의 교차점에서 연속방정식을 만족시키도록 유량을 가정한 다음 손실수두와 유량의 관계식을 이용하여 가정된 유량을 점차적으로 보정해 나감으로써 각 폐합

관로내의 유량을 평형시키는 방법이다. 이때 관의 각 부분에서 발생되는 미소손실은 무시하거나 등가길이로 환산하여 관의 길이에 미리 보태어 계산한다. 폐회로 단위로 Q를 미지수로 가정하고 이를 사용해 손실수두 변환을 고려해 h_{L}=0이 되도록 유량을 반복적으로 보정한다. 4.1.3.2 유량법 1949년 McElory는 Hardy Cross 방법의 단점을 개선하기 위한 방법으로 1차 연립 근사해법을 이용한 관망의 해석을 위한 유량

법을 발표하였다. 이는 종래 방법인 절점방정식을 만족하도록 모든 관로유량의 가정치를 주어야 한다는 단점을 해소하여 연결관로에 대해서만 가정유량을 주면 된다는 장점을 지닌 해석법이다. 이 방법은 계산방법이 간단하고 보정유량치를 미지수로 하는 점이 특징으로서, McElory의 해석방법이 유량법 중에서 가장 우수한 방법으로 알려지고 있으며 주로 연속방정식과 폐관로 방정식을 기초로 한 해석방법이다. 1965년도에 Shamir-Howard에 의하여 개발된 프로그램과 1969년도에 개발된 Epp-Fowler 프로그램이 폭넓게 사용되었으며 두 프로그램 모두 Newton-Raphson법을 사용하여 개발하였다. 그러나, 이두 프로그램의 차이점은 다음과 같다. 첫째, Shamir-Howard 프로그램이 절점의 연속방정식에 기초를 둔 반면, Epp-Fowler 프로그램은 폐관로(loop) 방정식에 기초

를 두었다. 두 번째로는, Shamir-Howard 프로그램은 압력, 수요량과 관로 및 절점특성을 포함한 미지수를 혼합하여 방정식을 구성함으로

써 해를 구한 반면, Epp-Fowler 프로그램은 압력과 유량을 미지수로하여 해석한 것이 그 차이점이다, 관로시스템의 해석법에서도 여러 기법들이 발표되었는데, 1963년에 Newton법에 의한 관로시스템의 해석방법을 시도하였고 같은 해에 유량법의 고차근사해석법의 하나인 연립2차방정식법, 1964년도에는 평균치근사법을 이용한 방법, 그리고 1966년

도에는 엄밀해석법이 발표되었다. 1966년에 Marlow등에 의해 반복법을 이용한 절점수도 보정법이 제안되었고, 1967년에는 연립1차방정식에 의한 새로운 관로시스템 해석법이 발표되었다. 4.1.3.3 선형이론방법 선형이론 방법은 연속방정식인경우 선형이고 에너지 방정식인경우는 비선형이다. 에너지 방정식에서 임의 관로의 손실수두

는 일반적으로 Chezy, Manning, Hazen-Williams 공식 등과 같은 평균 유속공식으로부터 마찰손실 수두식을 유도하게 된다. 비선형인 에너지 방정식을 선형화 (| Q_{n}-1|를 상수처리)하고, 연속방정식과 에너지 방정식으로 구성된 시스템이 선형화되

면 행렬로 나타내어 Gaussian소거법 둥으로 해석할 수 있다. 그 해석 절차를 생각해 보면 관망문제를 해석하기 위해 먼저 초기

값을 가정하여 행렬을 해석 한 후, 다음단계 계산을 위한 값을 구하여 행렬을 다시 해석하는 일련의 과정을 해에 도달할 때까

지 반복수행 하게된다. 4.1.3.4 뉴턴-랩슨(Newton-Raphson) 방법 뉴턴-랩슨 방법은 비선형방정식을 해석하는데 좋은 방법이다. N번째 폐합회로에 관한 에너지 방정식을 폐합회로 유량으로 표현한 후 임의 폐합회로에 적용한다. 중요한 점은 초기 폐합회로의 유량값을 초과하지 않도록 해야한다. 관수로의 흐름에 관한 여러 공학적인 문제는 연속방정식과 Bernoulli방정식, Darcy-Weisbach 공식, Manning공식 그리고 Hazen-Williams 공식의 평균 유속공식 등을 이용한다. 여기서 관로의 벽면마찰 손실수두를 계산하기 위해서는 Darcy-



Weisbach의 손실 수두식이나 Hazen-Williams의 손실수두식이 사용되고, 가압시설이 있는 경우에는 이에 따른 비용을 산정하

기 위하여 펌프의 용량을 계산해 주어야 한다. 4.1.4 관망분석 구성요소 및 수리학적 고찰 4.1.4.1 관망분석 구성요소 관망분석은 실제 관로상의 주요부분이 되는 어떤 위치를 절점(node 또는 junction)이라 정하고 절점과 절점사이를 연결관로

(link)에 의해 연결된 것으로 간주하여 각 절점에서의 수두를 계산한다. 전체 관로상의 주요 부분으로서 절점은 관로가 교차되

는 지점, 관경이 변화되는 지점, 수용가로의 분기지점, 관말단 그리고 배수지 등을 설정할 수 있으며 펌프 또는 압력조절밸브, 역지변 둥의 관로부속물이 설치된 지점 등이 포함된다. 이상과 같이 관로시스템의 구성은 여러 가지 요소에 의하여 결정되는

데 각각의 구성요소를 살펴보면 다음과 같이 정의된다. 연결관로와 절점으로 구성되어 있으며 관로를 통해 용수를 공급하기 위한 배수지, 제수변, 탱크 등 부대시설들의 총칭을 말하

며 비슷한 의미로 관망, 배수관망 또는 복합관로 등과 혼용되어 사용된다. 1) 관로 하나의 관로에 대한 시작(from node)과 끝지점(to node)으로서 두 절점으로 구성된 관로요소로서 역지변 또는 감압변 등으로 구분되거나 다른 종류의 관으로 구분될 수 있는데 원칙적으로 연결관로는 관로번호와 이것을 연결하고 있는 두 개의 절점으

로 정의된다. 일반적으로 관내의 유량 및 손실수두는 경험공식인 Hazen-Williams 공식이나 Darcy-Weisbach 공식이 사용되며 관내면의 상태에 따라 사용하고자 하는 조도계수를 선택하여 적용한다. 2) 절점 연결관로의 처음과 끝지점을 의미하며 취수원, 용수수요지점, 관재질 또는 관경이 변화하는 지점과 교차하는 지점 등 관로에

서 흐름의 변화 가능성이 있는 변화점과 불연속점을 의미한다. 관로시스템은 한 개의 절점 또는 그 이상의 관로가 접합된 것이

며 용수수요지점이나 배수지 등 역시 관로의 말단 끝지점이므로 절점에 해당되며 절점은 절점번호에 의해 정의된다. 각 절점

에는 고도값, 실수요 유량값 인자들을 포함할 수 있다. 3) 펌프 펌프는 두 개의 서로 다른 압력 즉 펌프를 전후로 상류측과 하류측이 서로 다른 압력수두를 가지므로 연결 관로에 속한다. 관망

분석의 정상류해석에서는 펌프의 특성은 펌프유량과 펌프 양지점간의 관계를 나타내는 펌프특성곡선이 필요한 자료의 전부

이다. 4) 저수지 저수지 또는 경계조건이 부여된 지점은 수두 또는 수위가 고정된 절점으로 분류된다. 이 때의 고정절점 수위 또는 수두는 기지

수로알고 있으며 이 값을 이용하여 동수경사의 계산이 가능하다. 관망분석의 해석에서는 초기수두값을 고정절점으로서 한 지점 이상 알아야만 해석이 가능하며 이 지점의 고도는 자유수면의 높이로서 결정되기 때문에 압력은 0이 된다. 4.1.4.2 수리학적 고찰 수리학적으로 관수로는 관의 단면형상에 관계없이 물의 흐름이 단면내에 완전히 충만하여 있을 때 자유수면을 갖지 않는 흐름

을 말한다. 따라서 내벽 전체를 통하여 대기압 외의 또 다른 압력을 받게되며 관로, 사이펀, 압력터널 등의 흐름이 여기에 속한

다. 만일 관내를 충만하지 않을 때는 이것을 별도로 개수로로 취급하게 된다. 만약 관수로에서 개수로의 부분이 발생될 경우 유속은 감소, 유량이 증가하면서 관내가 충만하게 되며 관저고를 절점의 입력자료로 사용시에는 관경과 비교하여 개수로 여부



를 판단해 주어야 할 것이다. 관수로를 통하여 송수할 때는 첫째 관마찰에 의하여 가장 큰 에너지의 손실이 발생하고 다음으로는 관의 입구, 곡관에 의한 방향전환 지점, 관의 단면적 변화지점 그리고 관로상에 있는 여러 가지 부속품에 의하여 에너지의 손실이 발생하게 된다. 관수로의 흐름에 관한 여러 공학적인 문제는 연속방정식과 Bernoulli방정식, Darcy-Weisbach 공식, Manning 공식 그리고 Hazen-Williams 공식의 평균 유속공식 등을 이용한다. 여기서 관로의 벽면마찰 손실수두를 계산하기 위해서는 Darcy-Weisbach의 손실수두식이나 Hazen-Williams의 손실수두식이 사용되고, 다열관의 수리계산을 위해서는 1열환산관경을 계산

해 주어야 하며, 가압시설이 있는 경우에는 이에 따른 비용을 산정하기 위하여 펌프의 용량을 계산해 주어야 한다. 관수로내 흐름의 해석에 관한 문제는 다음 3가지 유형으로 구분할수 있다. 첫째는 유량 Q와 관로의 제원으로서 관길이 L, 관경 D, 조도계수 ε이 주어졌을 때 관로의 임의의 길이에 걸친 손실수두 Δh_{L} 또는 압력강하량, Δp 를 구하는 것과 두 번째

는 관로의 제원과 흐름을 가능하게 하는 전 수두가 주어졌을 때 유량을 구하는 문제 그리고 세 번째는 관로 두 단면간의 Δp가 주어졌을 때 소정의 유량을 소통시키는데 필요한 관의 직경을 구하는 문제의 유형으로 구분된다. 위에서 언급한 첫 번째 경우는 가장 간단한 문제로서 Darcy-Weisbach 공식과 연속방정식 및 Moody 도표에 의하여 해결이 가능하나 두 번째와 세 번째의 경우는 시행착오법에 의해서만 해석이 가능하다. 즉, 두 번째의 경우 유량을 구하기 위해서 Darcv-Weisbach공식으로부터 평균유속을 구하여 단면적을 구해야 하나 마찰손실계수 f는 미지수인 평균유속을 변수로 가지는 Reynolds수의 함수이므로 직접 평균유속을 계산할 수는 없다. 세 번째의 경우에 있어서도 Darcy-Weisbach공식으로부터 평균

유속을 구하여 유량을 평균유속으로 나누어줌으로써 관로의 소요단면적을 계산하여 관경을 결정할 수 있으나 Darcy-Weisbach공식의 f는 미지수인 평균유속 및 조도계수(D/ε)의 함수이므로 평균유속을 직접계산할 수 없다. 관로내 흐름의 마찰

손실계수 f가 Reynolds수에 따라 변하는지 변화하지 않는지를 모르는 상태에서는 위에서 언급한 두 번째와 세 번째의 경우 Moody도표를 사용하여 시행착오법으로 풀이하는 것이 올바른 해법이나 마찰손실계수 f와 관벽의 조도계수 n관계식을 이용하

여 관의 조도계수 n으로부터 f를 직접 계산한 후 Darcy-Weisbach공식에 의해 바로 문제을 풀이할 수도 있다. 그러나 엄밀한 의미에서 f는 관로내의 흐름상태를 표시하는 Reynolds수와 무관하고 관벽의 조도계수 n에 따라 일정한 값을 갖는다는 가정하에

서만 적용할 수 있으므로 관로내의 흐름이 완전난류가 아닐 경우에는 계산에 오차가 생기게 된다. 뿐만 아니라 관벽의 조도계

수는 실제로 측정할 수 있는 물리량이 아니라 경험적으로 결정된 계수이므로 그 값의 정도에도 문제점이 없지 않다. 따라서 마찰손실계수 n와 Manning의 조도계수 n과의 관계에 의한 해석은 근사해이며 정확한 해법은 역시 Moody도표를 사용하는 방법

이라 할 수 있으나 위에서 언급한 첫 번째, 두 번째 및 세 번째 경우에 속하는 문제를 시행착오에 의하지 않고 직접 계산할 수 있어 계산절차가 매우 간단하고 실제 관로내 흐름이 대부분 완전난류상태로 흐르므로 이 근사해를 실제문제의 해석에 많이 사용되고 있다. 상수도 계통의 설계를 위한 관망의 해석에서는 이 흐름을 정상류로 가정하며 이들의 해석에 필요한 기본적인 수리학적 방정식

으로서 지금까지 언급된 각각의 사항에 대하여 알아보기로 한다. 1) Darcy-Weisbach의 손실수두공식 Darcy-Weisbach의 마찰손실수두 공식은 식 (4-1)과 같이 나타낼수 있다.

h_{L} : 마찰손실수두 (m) f : 마찰손실계수 L : 관의 길이 (m) D : 관경 (m)



V : 유속 (m/sec) g : 중력가속도 (= 9.8 m/sec²) 즉, 두 단면간의 손실수두 h_{L}은 속도수두 V²/2g과 길이 L에 비례하고 관경 D에 반비례한다. 여기서 f 비례상수로서 마찰손실

계수이며 손실수두 h_{L}과 유량 Q의 관계를 알아보기 위해서 V대신 Q/A를 대입하면 식 (4-2)를 유도할 수 있다.

손실수두경사는 관마찰로 인해 발생되는 단위길이당의 수두저하를 비율로서 나타낸 것으로 Darcy-Weisbach에 의한 수두경

사 I는 식(4-3)과 같이 표현된다.

2) Hazen-Williams의 손실수두공식 Hazen-Williams의 손실수두 공식은 관경이 50mm 이상되는 비교적 큰 관에서 유속이 3m/sec이하인 경우에 대하여 경험적으

로 개발한 식이다. 이 식은 주로 상수관로시스템의 설계에 사용되며 식(4-4)와 같이 표시된다.

C_{HW} : Hazen-Williams의 조도계수 Hazen-Williams 손실수두공식의 조도계수 C는 관재료, 매설경과 년수, 관경 등에 따라 다양한 값을 갖는다. Hazen-Williams 공식에 의한 단위길이당 수두경사 I는 식 (4-5)와같이 표현된다.

3) 마찰손실계수의 산정 Darcy-Weisbach의 마찰손실수두공식에서 마찰손실계수 f는 Re수와 상대조도 들 ε/D 와의 함수관계를 가지며 식 (4-6)과 같이 표현된다.

Re : Reynolds 수 ε : 관의 절대조도 D: 관경



즉, 마찰손실계수 f는 Reynolds 수의 역수와 관의 상대조도에 비례함을 알 수 있다. 여기서 Reynolds 수의 값은 식 (4-7)에 의해 얻을 수 있다.

V : 평균유속 D : 관경 ν : 동점성계수 동점성계수 ν는 물의 온도에 관한 함수로 다음 식으로 부터 구할 수 있다.

T : 수온(℃) 마찰손실계수 f를 구하기 위해서는 지금까지 여러 공식들이 제시되어 왔으나 이 공식들은 Re수에 따라 범위가 한정되어 있고 음해적이므로 시산을 통해서 풀어야만하였다. 1944년 Lewis F. Moody는상업용관 실험을 통해 층류, 천이류, 난류영역의 모든 범위에 이용이 가능한 Moody도표를 제시하였다. 이 도표는 현재까지도 상업용관의 마찰계수산정을 위해 널리 이용되고 있으며 그 오차도 상당히 적다. 그러나 Re수와 상대조도값을 직접 도표로부터 읽어야 하기 때문에 컴퓨터 프로그램에 이용하기

는 부적합하므로 Moody도표를 수식으로 표현하고자 하는 많은 연구들이 진행되어왔다. 한편, Chezy의 평균유속공식과 Manning의 평균유속공식으로부터 마찰손실계수 f는 식(4-9)와 같이 표시된다.

n : Manning의 조도계수 즉 마찰손실계수 f는 관경 D와 Manning의 조도계수 n으로부터 계산할 수 있다. 여기서 Manning의 조도계수 n은 관의 재료에 따라 <표 4-1>의 값을 가진다. 그리고 마찰손실수두 f대신 Manning의 조도계수 n을 이용하여Darcy-Weisbach 공식을 구성하면 식 (4-10)과 같이 된다.

Hazen-Williams 손실수두공식의 조도계수 C_{HW}은 관의 재료, 매설경과년수, 관경 등에 따라 다양한 값을 가진다.

<표 4-1> 조도계수값 N (Manning의 평균유속공식)



4.1.5 상수도 관망분석 프로그램 특성 비교 상수도 관망 분석에 있어서 수리 및 수질 분석에서 Hardy-Cross방식을 사용하는 대표적인 관망분석 시스템은 EPANET, KYPIPE, WATER, UNDP, MIKE NET 둥이며, 각 분석에 사용되는 기본 인자(밸브, 저수지, 펌프, 감압밸브, 체크밸브, 수질변

화 등)들을 비교하였다. (1) EPANET 미국 EPA의 Water Supply and Water Resource Division에서 개발된 것으로 KYPTPE모형을 기본 프로그램으로 하여 관망의 물리적특성인 관경, 관길이, 조도계수, 용수사용량을 이용하여 절점별, 시간별 수리적 특성인 유량과 압력을 계산하고, 계산된 수리학적 조건에 따른 수질 변화를 모의한다. 즉 수리해석은 KYPIPT와 같으며 수질변화를 모의하기 위해 수질예측함수식의 매개변수를 구하고 이를 이용하여 대상 관로의 말단지점에서의 오염물 농도를 추적할 수 있다. EPANET의 기능으로는 상수관망시스템의 정상류에 대한 수리 및 수질변화를 모의할 수 있으며 관로시스템의 절점좌표값을 입력하여 변환함으로써 관로시스템 및 모의해석결과를 그래픽으로 출력할 수 있다. 또한 수질예측에 필요한 매개변수외 추정

을 위해 보존성 물질과 비보존성 물질을 이용하여 관내 수리 및 수질을 추적할 수 있어 상수관망에서의 수리 및 수질변화를 쉽게 알 수 있도록 하였다. (2) Kentucky Pipe Network(KYPIPE) 관로시스템의 정상류에 대한 유량 및 수압계산을 위한 프로그램으로 1980년 미국 Kentucky대학의 Don J. Wood에 의하여 개발되었다. 관로시스템에서의 초기유량값을 가정하지 않으며 각 관로에 대한 절점유량방정식과 에너지방정식을 선형화기법

을 이용하여 전체 관망에 대한 행렬식을 만들어 가우스소거법(Gaussian-elimination)법에 의하여 선형연립방정식을 해석함으

로써 전체 관로의 유량과 수두를 계산한다. 본 프로그램의 특징으로는 저수조, 펌프, 밸브 둥의 관로부속물을 고려하여 모든 형태의 관망을 해석할 수 있으며 해(solution)에 대한 수렴성이 양호하다. 또한 장래 수요량의 변화에 따른 배수지의 수위 변화를 예측할 수 있는 확장기간모의(extended period simulation)기능을 가지고 있고 CFS, GPM, MGD, Sl 단위의 유량 단위를 선택하여 사용할 수도 있다. KYPIPE 1.0은 소스코드가 제공되고 있으며 컴퓨터 언어는 FORTRAN과 BASIC 언어로 작성된 두 종류가 있다. 또한 KYPIPE 1.0에 Haestad



Methods Inc.에서 PISET.EXE, FED.EXE둥의 일부 모듈을 추가하여 사용자의 편의를 향상시킨 KYPIPE2.0과 3.0이 시판중이

며 여기에는 GUI에 의한 입출력 및 자료 관리 기능이 추가되어 상업용 통합시스템으로 향상되었다. (3) WATER 미국의 위스콘신(Wisconsin) 대학의 Dr, Holub가 캐나다의 Municipal Hydraulics Ltd.와 공동으로 개발한 프로그램으로 기본적

인 관로시스템 해석을 위한 비교적 단순한 프로그램이다. (4) UNDP UN에서 프로그램 개발능력이 부족한 저개발국 및 개발도상국의 지원을 위하여 세계은행으로부터 지원을 받아 미국의 North Carolina대학에서 개발된 프로그램으로 소스코드가 제공되고 있으며 컴퓨터언어는 BASIC으로 되어 있다. 타 프로그램들과

는 달리 목적별로 10개의 프로그램이 있어 종합적인 검토를 위해서는 사용자가 프로그램을 합성하거나 각 결과를 종합 검토하

여야 한다. 이 프로그램은 급수 및 하수관망의 계획, 설계 및 계획의 경제성 평가를 위한 단가 등을 산정할 수 있는 기능을 갖는

다. (5) MIKE NET MIKE NET은 정상류(steady flow)와 압력 배분에 대한 시뮬레이션, 확장 기간에 대한 수리 시뮬레이션 및 먹는 물을 위한 관망 시스템의 수질을 분석시스템으로 각 관에서의 물의 흐름을 추적하고 노드의 압력, 저장 탱크의 수위와 다중 기간 시뮬레이션

에서 배수 시스템을 이동하는 물질에 대한 오염 현상을 해석하는 시스템이다. MIKE NET은 미국의 EPA에서 제작했던 EPANET 시스템을 업그레이드하고 사용자를 위한 각종 편의 기능을 추가한 분석시스템이다.

<표 4-2> 기존 관로시스템 해석모형의 기능 및 특성 비교



4.1.6 상수도 관망분석 적용기술 본 연구는 상수도 관망분석을 위하여 Hardy-Cross 방법을 사용하였다. Hardy-Cross방법은 각각의 루프에 걸리는 리치의 손실수두값을 계산하고 이를 이용하여 각 관거에 걸리는 유량이나 압력을 산출한다. 이를 적용하기 위해서는 아래와 같은 가정이 선행되어야 한다. - 각 분기점(또는 합류점)에 유입하는 유량은 그 점에 정지하지 않고 전부 유출된다. - 흐름에 방향성을 고려하면 각 폐합관의 손실수두의 합은 "0"이다. Hardy-Cross를 적용하기 위한 기본적인 공식은 다음과 같으며, 평균유속을 구하기 위해 Hazen-Williams 공식을 사용하였다. Hardy-Cross 시산흐름도는 <그림 4-1>과 같다.

4.2 최적 상수도 관망 분석 알고리즘 모색 4.2.1 EPANET 알고리즘 분석

<그림 4-1> Hardy Cross 시산흐름도



4.2.1.1 EPANET 개요 EPANET은 관망내에서의 수리학적 및 수질적인 거동을 모의하는 컴퓨터 프로그래밍이다. 관망에는 상수도관, 절점, 펌프, 밸브, 탱크, 저수지가 포함되어 있으며, EPANET은 각 관에서의 통수량, 각 절점에서의 압력, 탱크의 수위, 화학물의 농도들을 모의할 수 있다. EPANET은 쉽게 관망내에서의 물의 이동과 음용수로서의 물의 상태에 대한 이해를 가능하게 하는 프로그램이

다. EPANET의 작업 수행 능력은 다음과 같다. ㆍ분석 가능한 관망의 크기에 제한이 없다. ㆍHazen-Williams, Darcy-Weisbach, Chezy-Manning 공식을 이용하여 마찰손실을 계산한다. ㆍ미소 수두손실(minor head loss)을 고려한다. ㆍ펌프에너지와 비용을 계산한다. ㆍ다양한 형태의 밸브를 포함하고 있다. ㆍ저장 탱크의 모양 변환이 가능하다. (높이에 따른 직경을 다양하게 결정한다) ㆍ절점에서 다양한 물 수요량을 고려할 수 있다. (각각의 시간에 따른 수요 변화를 고려한다) ㆍ소화전과 같은 압력에 독립적인 유량의 흐름을 모의할 수 있다. ㆍ시스템의 조작을 탱크(tank) 수위와 시간별 조절 규칙과 복잡한 규칙을 형성하여 수행할 수 있다.

EP EPANET 모델의 입력자료는 관망을 이루는 물리적 구성요소인 링크, 노드와 상수관로 시스템의 동작에 관여하는 비물리

적인 구성 요소인 운전곡선, 운전패턴, 제어기준 등으로 이루어져 있다. 이러한 입력자료를 이용하여 초기의 수리특성 조건에 따라 관로의 정상상태를 가정하여 초기의 수리조건을 계산한다. 이 초기값에서 시간을 증가시키며 이에 따른 수리상황, 제어, 운전주기를 적용하여 시간에 따른 수리적 조건을 계산한다.

<그림 4-2> 관망(pipe network)의 개념

<표 4-3> EPANET의 분석 영역



4.2.1.2 관의 손실 수두 공식 관은 물을 어떤 한 지점에서 다른 지점으로 옮기는 역할을 하며, 수두가 높은 쪽(위치에너지가 큰 쪽)에서 낮은 쪽으로 흐른다. 관을 따라 흐르면서 발생하는 마찰로 인한 손실 수두는 일반적으로 식(4-11)과 같이 표현한다. EPANET에서는 Hazen-Williams 공식,Darcy-Weisbach 공식, Chezy-Manning 공식을 이용하여 계산 가능하다.

h_{L}= 수두 손실 (ft) q = 유량 (cfs) a = 저항 계수 b = 흐름 지수(a flow exponent) Hazen-Williams 공식은 관망 시스템의 손실 수두 공식으로 가장 널리 알려진 공식이며, Darcy-Weisbach 공식은 물 외의 층류

흐름이나 기타 유체에 적합한 공식이다. 반면에 Chezy-Manning 공식은 개수로의 흐름을 분석할 때 주로 사용하는 공식이다. <표 4-4>에 각 공식에 사용되는 저항 계수와 흐름 해석 값들이 열거되어 있다. 각 공식들은 서로 다른 관의 조도 계수를 사용하

며 이 값들은 경험적으로 결정된 값들이다. <표 4-5>은 신관의 재질에 따른 조도 계수의 일반적인 범위를 보여주며, 관의 조도 계수는 노후 정도에 따라 상이할 수 있다. 관에는 체크 밸브를 둘 수 있으며 이로써 흐름의 방향을 특정한 쪽으로 제한할 수 있다. 또한 미리 정해둔 시간에 개폐되도록 함으로, 탱크의 수위가 일정 수준 이하로 떨어지거나 올라갈 때 혹은 노드의 압력이 기준치보다 내려가거나 올라갈 때를 대비

할 수 있다. EPANET을 이용하면 이와 같은 시스템을 고려하여 모델링할 수 있다.

<표 4-4> 관의 손실수두 공식



4.3 관망분석을 이용한 누수관리 알고리즘 4.3.1 차단밸브 선정기법 상수 관로 시설을 운영함에 있어 상수관의 단수는 사용자의 급수 정지, 사용제한 또는 탁수 등을 수반하는 경우가 많으므로 되도록 단수시간의 단축에 노력해야 한다. 또한, 주간 사용량이 많은 시간대를 가능한 피해서 사용자에게 영향이 없는 시간대로 설정하는 것이 바람직하다. 그러나 시설의 개·보수나 갑작스러운 관로 사고시에는 상수의 손실을 막기 위하여 불가피하게 단수시킬 수 밖에 없는 경우가 생긴다. 사고시에는 조기에 발견해서 신속하게 복구하여 피해를 줄여야 한다. 단수구역을 최소화

하는 차단밸브검색을 위한 알고리즘의 기본적인 개념도는 <그림 4-3>과 같이 자료계와 제어계로 구성된다. 자료계는 차단밸

브검색 및 선정을 위한 수치화된 관망 자료를 말하는데, 이는 상수도 시설자료로부터 얻어진다.

<표 4-5> 신관의 조도 계수



4.3.1.1 차단밸브검색을 위한 자료의 구성 상수도 시설자료 중에서 관망에 관한 자료는 관로 및 관로의 부속 시설인, 각종 밸브, 배수지 등을 포함하고 있다. 이러한 자료

들은 관망을 해석하거나 흐름을 제어하는 등의 목적에 적합하도록 구성된다. 관로의 수리상태를 모의하기 위한 관의 관경은 상수도시설의 규모에 따라 다소간 차이가 있으나 대도시의 경우 일반적으로 최소250mm이상의 관을 대상으로 한다. 그러나 차단밸브검색을 위한 관망 자료의 구성에서는 누수구역을 완전히 고립시켜야 하므로 확보가 가능한 세부적인 상세관망도를 필요로 한다. 밸브검색을 위한 관로의 기본 구조는 <그림 4-4>에서와 같이 관망 해석을 위한 관로자료와 유사한 구성요소로 이루어진다. 인접행렬상에서도 모든 절점의 쌍을 표현할 수가 있고, 절점의 쌍에 연결여부를 표현하면 대상관망의 연결관계를 모두 나타

낼 수 있다. 밸브검색을 위한 급·배수관망자료의 구성은 이러한 관로의 연결관계가 나타나 있어야 한다. 관로의 연결상태는 일반관로인지 밸브인지를 구별하기 위해서는 절점의 쌍에 속성을 부여해야 하는데 연결된 일반관로는 1로 표시하고, 0으로 표시

된 숫자는 연결이 없는 관로, 밸브가 위치한 관로를 2로 표시하면 <그림 4-6>과 같이 관로의 연결 상태와 밸브의 존재 여부를 행렬로서 구성할 수 있다. 여기서 예시한 관망은 대부분의 상수도 급·배수관망체계에 해당되는 망형식과 수지상식을 결합한 종합식 관망이다.

<그림 4-3> 단수구역을 최소화하는 차단밸브 검색의 개념도

<그림 4-4> 관로의 기본 구성



이렇게 행렬로 표현된 관망자료는 관망해석모형에 따라 약간은 다를 수 있지만 <표 4-6>의 관망해석을 위한 입력자료에 나타

난 것처럼 관로의 연결관계가 기본요소로 사용된다. 그러므로 이 자료를 이용하면 보다 편리하게 관로검색을 위한 자료를 구성할 수 있다.

<그림 4-5> 차단밸브 검색자료를 구성한 관망구조

<그림 4-6> 차단밸브 검색자료를 구성하기 위한 예제 관망의 인접행렬

<표 4-6> 관망해석을 위한 입력자료의 예



4.3.1.2 차단밸브 검색 관로를 운영함에 있어 관로사고나 누수가 발생하게 되면 단수통보를 하게되고 신속하게 파손된 관로와 가까운 밸브를 차단시

킨 다음 사고관로를 수리한 후에 통수하는 것이 관로사고에 대한 일반적인대처 방법이다. 여기에서 중요하게 다루어져야 할 점은 단수시간과 누수량을 줄이기 위해서 이러한 일련의 과정이 신속하게 다루어져야 하고, 관로를 차단함으로 인하여 발생하

는 단수지역을 최소화하여야 한다는 것이다. 그러므로 차단밸브를 선택할 경우에는 이러한 점을 고려하여야 한다. 차단밸브검색 및 선정과정은 <그림 4-7>과 같다. 가장 먼저 관망자료를 밸브검색을 위한 자료로 변환하고 다음으로 벨브와 단수구역을 검색한 다음 차단할 밸브를 선정하는 과정을 거치게 된다. 1) 최적화에 이르는 검색평가 함수 검색은 정해진 조건을 만족시키는 최적의 어떤 해를 찾는 것이다. 어떤 기준으로 경로를 선택하는 것이 적절할지는 문제의 성격에 따라 다르지만 공통적으로 세 가지 사항을 생각할 수 있다. 첫째, 해에 이르는 경로는 짧을수록 좋다. 둘째, 해의 검색에 소요되는 계산비용은 작을수록 좋다. 셋째, 만약 해가 존재한다면, 검색기법은 반드시 해를 찾을 수 있는 것이라야 한다.

이러한 해를 만족시키기 위한 경로를 찾는데 기준으로 사용할 수 있는 평가 함수는 일반적인 검색기법에서는 최단경로를 의미

<그림 4-7> 차단밸브검색 및 선정과정의 개념도



한다. 평가함수를 정의하면, 임의의 노드N의 평가함수 f(N)을 f(N)=g(N)+h(N) 으로 쓸 수 있는데, 여기서 g(N)은 초기노드에서 N노드

까지의 최단거리이며, h(N)은 N노드에서 목표 노드까지의 최단 거리와 같이 정의한다면, 가장 작은 평가함수를 가지는 노드

를 선택함으로써 빨리 해에 이를 수 있을 것이다. 위 식은 초기노드에서 목표노드에 이르는 경로를 찾되, 노드N을 거치는 것을 제약조건으로 함을 의미한다. <그림 4-8>에서와 같이 관로사고시 사고지역을 차단하기 위한 차단밸브검색에 있어서 초기노드

는 사고지역이 되고 목표상태는 단수구역을 최소화 시키면서 사고지역을 완전히 고립시켜야 한다. 이 경우, 검색의 시점인 사고지점에서 밸브를 검색하는 과정은 관로의 길이나 그 밖의 요소들은 관계없이 초기노드에서 목표노드에 이르는 경로를 찾되, 노드 N을 거치는 제약조건만을 필요로 하게 된다. 그러므로, 평가함수를 구성하는 g(N)과 h(N)은 최단거리와는 관계가 없게 된다. 따라서 밸브를 찾을 때까지 모든 관로를 소모적으로 검색해나가는 맹목적 검색을 하여야 한다.

이러한 검색은 관로검색의 경우, 주어진 검색자료인 인접행렬과 인접리스트를 깊이우선검색 또는 너비우선 검색으로 검색하

면 모든 관로의 검색이 가능하다. 그러나 단수구역을 최소화하는 차단밸브를 검색하기 위해서는 일반적인 검색방법을 바로 적용할 수가 없으므로 별도의 조건을 부여해야만 검색이 가능하다. 2) 관로검색 밸브는 관로상에 위치하므로 관로를 검색하여야 밸브를 검색할 수 있다. 관로는 절점의 쌍으로 이루어지면 인접행렬 및 인접

리스트상에서 간선 즉, 관로가 표시되므로 관망을 표현한 인접행렬이나 인접리스트의 간선을 검색하면 관로를 검색 할 수 있다. 검색방법은 깊이 우선검색 및 너비 우선검색을 각각 적용할 수 있다. 검색의 출발점은 <그림 4-9> 에서처럼 누수가 발생한 관로의 절점에서 시작한다. 여기에서, 관로는 두 개의 절점으로 구성되므로 출발점은 두 개가 된다. 그러나 두 절점은 연결된 관로이므로 두 절점 중 하나만 선택하여도 무방하다. 검색의 시작점이 정해지면 관망의 연결상태를 표현하는 인접행렬이나 인접리스트를 검색한다.

3) 차단밸브 검색

<그림 4-8> 차단밸브검색의 목표상태

<그림 4-9> 누수 지점



<그림 4-10>에서와 같이 밸브를 차단하면 단수지역이 생기게 되는데 벨브를 차단할 경우에는 누수지점을 고립시키면서 단수

구역을 최소화하는 것은 매우 중요하며 관로의 연결여부가 관건이다. 그러므로 차단밸브의 검색과정에 있어서 관로의 길이, 관경 등과 같은조건은 밸브 검색과정과는 무관하다. 이와 같은 단수구역을 최소화하는 차단밸브는 누수지점에서 가장 가까운 곳에 위치한 밸브가 된다. 이러한 밸브는 일반적인 그래프 검색기법으로는 불가능하므로 인접행렬과 인접리스트상의 관로검

색과정에 하나의 조건을 부여한다. 즉, 검색도중에 밸브관로를 만나게 되면 그 관로는 (Vi , Ui)를 인쇄하고 검색을 중지시킨

다. 이 경로는 누수발생 지점으로부터 검색을 시작해 나가면서 첫 번째 만나는 밸브가 누수지점에서 가장 가까운 밸브가 되므

로 검색도중에 밸브를 만나면 검색을 중지하게 되는 것을 의미한다. 그러므로 평가함수 f(N) = g(N)+h(N)에서 노드 N을 거치

는 것 이외에 목표상태에 도달하면 검색을 중지한다는 제약조건을 갖는다. 여기서 목표 상태는 검색도중에 밸브를 만난다는것

을 의미한다. 그 과정을 순서도로 나타내면 <그림 4-11>과 같다.

한편, 관로 사고는 동일시간에 한번만 발생할 수도 있고 다발적으로 발생할 경우도 있다. 또한, 사고지역간에 상호관계가 있는 경우가 있고 그렇지 않은 경우도 있는데, 밸브검색을 보다 효과적으로 하기 위해서는 어떤 경우에서도 알고리즘이 동일하게 적용되어야 하며 단수구역을 최소화시키는 밸브를 검색할 수 있어야 한다.

<그림 4-10> 밸브차단시 단수구역



4.3.1.3 단수구역 검색 1) 밸브차단에 의한 단수구역 밸브를 차단하면 단수구역이 발생하는데, 단수구역은 관로와 절점으로 표현할 수 있다. 이러한 단수구역은 밸브검색과정에서 구할 수 있다. 즉, 탐색과정에서는 밸브를 검색하기 전까지 계속 검색을 하므로 결국, 검색과정에서 검색된 관로와 절점들 모두 단수구역이 된다. <그림 4-12>의 예제 관망의 차단밸브 검색과정에서 검색된 관로는 (b, g), (b, a), (b, c), (c, d), (c, f), (d, e), (f, e), (f, h), (g, h)이다. 이 결과를 <그림 4-12>에서 표시된 단수구역의 관로와 비교하면 밸브차단으로 인하여 단수되는 지역내의 관로 및 절점과 일치한다는 것을 알 수 있다.

<그림 4-11> 단수구역을 최소화하는 차단밸브검색 흐름도



2) 고립 지역외의 단수 구역 밸브 차단 후에는 단수구역이 발생하고 절점의 수압이 변화하게 된다. 이러한 수압의 변화정도는 관로의 연결상태 및 관경 등의 관로 조건에 의하여 차이가 있을 수 있고 경우에 따라서는 단수지역 이외의 지역에 출수 불량 등의 문제를 발생시킬 수도 있다. 이러한 밸브 차단후의 영향은 관망 해석 결과를 이용하여 판별할 수 있다. 관망 해석의 결과 중, 관로내에서 급수의 안정성 여부를 판단하는 가장 중요한 요소는 수압이다. 밸브차단 후에는 관로에 물이 흐르지 않으므로 압력이 부압 이하로 내려가게 되며 부압이 발생한 절점은단수구역이 된다. 4.3.1.4 차단밸브 개소수의 최소화 누수사고시 제어해야할 밸브를 신속하게 선택하고 차단하여야만 누수되는 수량을 경감할 수가 있다. 그러므로 차단밸브 선택

에 있어서 고려해야할 또 하나의 중요한 문제는 차단할 밸브의 수를 최소화하는 것이다. <그림 4-13>의 예제 관망에 대한 인접

리스트는 <그림 4-14>와 같다. 사고 관로를 차단시키는 차단밸브를 검색해보면 관망에 대한 검색과정은 <그림 4-15>와 같다. 검색결과를 보면 차단밸브가(b, g), (g, j), (h, i)로 나타나는데, <그림 4-13>에서와 같이 (b, g) 밸브는 단수구역내에 위치하고 있으므로 이 밸브의 폐쇄여부는 단수구역과는 관계가 없게 된다. 이러한 밸브들은 조작할 필요가 없기 때문에 차단할 밸브리스

트에서 제거하여야만 신속하게 관로를 차단하는데 보다 효과적이다. 그러나 차단밸브 검색기법은 차단밸브 개소수를 최소화

하지 못한다. 따라서 관로검색 및 밸브 검색과정이 종료된 이후에 차단밸브를 최소화하는 과정이 필요하다. 차단밸브를 최소화하는 과정은 차단할 밸브와 차단하지 않아도 되는 밸브의 연결관계에서 도출된다. 즉, 차단할 밸브는 차단

밸브검색 결과로 나타난 단수구역에 해당하지 않는 절점과 연결관계를 가지고 있고 차단하지 않아도 되는 밸브는 모두 단수구

역 내의 절점과 연결관계를 가지고 있다.

<그림 4-12> 차단 관로가 복수인 관망의 밸브 차단시 단수 구역



<그림 4-13> 차단 밸브 개소수의 최소화를 위한 예제 관망

<그림 4-14> 차단밸브 개소수 초소화를 위한 예제 관망의 인접 리스트



<그림 4-15> 인접 리스트 검색



<그림 4-16>의 순서도는 이러한 차단할 필요가 있는 밸브만을 찾아내는 과정이다. 이 과정은 전 단계의 검색된 밸브와 관망자

료를 이용하는데, 검색된 밸브의 절점쌍과 연결된 모든 절점을 검색한 다음, 검색된 절점 중 이전의 과정에서 검색된 단수관로

의 절점쌍외의 절점과 연결되는 절점이 존재하는 밸브가 있는지를 검색한다. 만약 이 밸브가 존재하면 이 밸브는 단수구역과

는 관계없이 외부의 흐름을 차단하는 밸브이므로 이 밸브들이 차단밸브에 해당하게 된다. 그러므로 이 벨브들만 차단하면 차단밸브의 개소수를 최소화시킬 수있다. <그림 4-13>의 예제관망에 대하여 차단된 벨브는(b, g), (g, j),(h, i)이다. 이중 단수구역

외의 절점과 연결되는 밸브는 <표 4-7>과 같이 (b, g), (h, i)밸브이다. 그러므로 이 밸브가 차단밸브가 되고 (g, b) 밸브는 차단

할 필요가 없게 된다.

5.1 상수도 실무부서 업무 및 요구분석 상수도 실무부서의 업무는 2장 <표 2-14>에서 보듯이 크게 계획관리, 행정관리, 시설관리, 공사관리, 누수관리 기능이 있으며,

<그림 4-16> 차단 밸브 개소수 최소화의 순서도

<표 4-7> 차단밸브 개소수 최소화를 위한 예제 관망의 차단밸브 선정

第5章 상수도관망분석 및 누수관리 시범시스템



이중 시설관리 부분과 누수관리부분에 있어서 상수도 실무부서에서의 요구 사항 기능을 <표 5-1>과 같이 분석하였다. 기존의 상수도 실무업무는 관망의 시설물을 중심으로 한 관리 위주로 업무가 진행되었으며, 요구사항들은 관망해석을 통한 시설물의 통합관리와 관망분석을 통해 차단변 및 단수지역을 분석하여 누수관리와 민원업무에 사전대처 할 수 있는 기능을 요구

하였다.

5.1.1 상수도 실무부서 누수관리 업무 1) 누수방지 업무 누수방지업무에는 구역개량공사, 누수탐지로 나눌 수 있고, 구역개량공사에서는 노후관 분포현황, 누수발생현황을 토대로 매년 유수율종합계획을 수립한다. 또한 유수율 제고 종합계획에 의거 연간구역개량계획을 수립한다. 이때, 대상 노후관개량 공사 구역선정은 노후관 분포 현황, 누수민원발생현황을 참조로 하여 이루어진다. 누수탐지에서는 민원으로 파악되지 않는 누수

상을 탐지하기 위해 탐사구역을 매월 1회 야간누수탐사를 실시한다. 2) 누수수리 업무 민원인 또는 차량순찰에 의해 누수신고가 접수되었을 때 단가계약 업체에 누수복구를 지시하고 누수복구내역을 작성/ 관리한

다.

<표 5-1> 요구사항 분석



3) 누수방지 및 누수수리 업무 세부내용 누수복구의 원인은 관 파열, 관 균열, 관깨짐, 이음새의 녹슴, 구멍, 관 단절 타공사로 인한 관의 파손 등이 있다. 누수복구관리 업무에 대한 현황을 살펴보면 누수는 순찰, 주민신고 또는 누수탐사실시에 의해 발견될 수 있다. 누수원인은 차량순찰에 의한 것이 10~20%, 주민신고에 의한 민원접수가 70~80%, 누수탐사에 의한것이 10%정도 된다. 상수도 업무중 누수방지 및 누수수리의 현행 업무 흐름도는 <그림 5-1>과 같이 크게 8단계의 과정으로 이루어진다. ① 누수접수 : 전화민원, 차량순찰, 견문보고 둥에 의한 누수접수 - 80mm 이상 : 시설관리사업소 - 65mm 이상 : 지역사업소 - 관할부서는 신고사항을 누수신고접수처리부에 기록 ② 누수복구지시 : 작업명령원부와 작업명령서(수리복명서)를 작성하고 지정대행업체에 작업명령서를 주고 복구작업을 지시 ③ 현장확인 : 지정대행업체는 현장확인을 하고, 불출수나 누수위치가 확인되지 않는 경우에는 누수탐사를 실시하고, 누수위

치가 확인되면 누수복구작업을 실시 ④ 대규모복구공사 여부 : 관할부서는 복구작업을 확인하고 도로 굴착에 대해 복구 공사를 실시 - 소규모 공사 : 자체 도로 복구반 - 대규모 공사 : 구청 건설과 ⑤ 복구비 산정 및 지급요청 : 설계내역서를 토대로 복구비를 산정하여 업무계에 복구비 지급요청 ⑥ 누수복구내역작성 : 누수복구작업이 끝나면 누수신고 접수 처리부에 처리사항을 기록하고 공사대장을 작성 ⑦ 누수현황관리시스템 입력 : 지역사업소와 시설관리사업소에 배포되어 있는 누수현황관리 시스템에 누수이력사항을 입력

관리 ⑧ 월별누수현황보고 : 월별로 각 지역사업소는 누수발생현황(원인별, 관종별)을 급수계로 보고



5.2 상수도 관망분석을 위한 데이터 모델 설계 5.2.1 상수도 관망분석을 위한 데이터모델 관망분석을 위한 데이터모델은 실제 관로상의 주요부분이 되는 어떤 위치를 절점이라 정하고 절점과 절점사이를 상수관에 의해 연결된 것으로 간주하여 각 절점에서의 수두을 계산한다. 전체 관로상의 주요 부분으로서 절점은 관로가 교차되는 지점, 관경이 변화되는 지점, 수용가로의 분기지점, 관말단 그리고 배수지 등을 설정할 수 있으며 펌프 또는 압력조절밸브, 역지변 등의 관로 부속물이 설치된 지점 등이 포함된다. 이상과 같이 관로시스템의 구성은 여러 가지 요소에 의하여 결정되는데 각각의 구성요소를 살펴보면 <표 5-2>와 같이 정의된다.

<그림 5-1> 누수방지 및 누수수리 흐름도



1) 상수관로 상수관로는 한 지점에서 다른 지점으로 물을 운반하는 링크이다. 관망 해석모듈에서는 모든 상수관로가 항상 물로 가득 차 있는 것으로 가정하고 있다. 또한 물은 높은 수두(hydraulic head)에서 낮은 수두로 흐른다.

<표 5-2> 데이터모델

<그림 5-2> 상수관망 기본흐름도

<표 5-3> 상수관로



2) 저수지 저수지는 많은 외부자원(강, 호수 등) 또는 수조에 물이 서서히 빠지는 노드를 칭한다. 저수지는 관망에서 경계점역할을 하기 때문에 관망내에서 물의 영향을 주는 요소와는 상관없이 물의 수질에는 아무런 영항을 주지않는다. 그러나 시간에 따라 저수

지의 수두는 다양한 형태로 나타난다.

3) 탱크 물탱크는 저장용량(시간에 따라 다양한 물체적인 변화를 가져온다)과 관련된 노드이다.

<표 5-4> 저수지

<표 5-5> 탱크



4) 절점 절점은 망구조에서 링크를 연결해주는 점으로 물이 유입되고 유출되는 곳이다.

5) 펌프 펌프는 물과 관련하여 수두를 높이기 위해 힘을 가해주는 링크이다.

6) 밸브 밸브는 압력과 유량을 제어하는 관망 내에 특별한 점인 링크이다.

<표 5-6> 절점

<표 5-7> 펌프

<표 5-8> 밸브



5.2.2 GIS DB 설계 및 변환 5.2.2.1 관망분석을 위한 레이어구성 관망분석에 필요한 GIS 레이어는 상수관로, 상수노드, 밸브, 수용가, 구역, 기타(행정구역, 도로) 레이어 등이며, 세부 내용은 <표5-9>와 같다.

5.2.2.2 테이블 설계 테이블 설계를 위한 엔티티 관계도는 <그림 5-3>과 같다.

<표 5-9> GIS 레이어



1) 상수노드 연결관로의 처음과 끝지점을 의미하며 취수원, 용수수요지점, 관재질 또는 관경이 변화하는 지점과 교차하는 지점 등 관로에

서 흐름의 변화 가능성이 있는 변화점과 불연속점을 의미한다. 관로시스템은 한 개의 절점 또는 그 이상의 관로가 접합된 것이

며 용수수요지점이나 배수지 등 역시 관로의 말단 끝지점이므로 절점에 해당되며 절점은 절점번호에 의해 정의된다.

2) 상수관로 관로는 연결관로의 한 요소로서 두 개의 절점을 연결하는 관로중에서 관경이 일정한 부분으로 정의될 수 있다. 일반적으로 관내의 유량 및 손실수두는 경험공식인 Hazen-Williams 공식이나 Darcy-Weisbach 공식이 사용되며 관내면의 상태에 따라 사용

하고자 하는 조도계수를 선택하여 적용한다.

<그림 5-3> 엔티티 관계도

<표 5-10> 상수노드

<표 5-11> 상수관로



3) 배수지 저수지 또는 경계조건이 부여된 지점은 수두 또는 수위가 고정된 절점으로 분류된다. 이 때의 고정절점 수위 또는 수두는 기지

수로 알고 있으며 이 값을 이용하여 동수경사의 계산이 가능하다. 관로시스템의 해석에서는 초기수두값을 고정절점으로서 한 지점 이상 알아야만 해석이 가능하며 이 지점의 고도는 자유수면의 높이로서 결정되기 때문에 압력은 0이 된다.

<표 5-12> 배수지 테이블



4) 탱크 탱크는 수위(또는 동수경사선)가 고정된 절점이다. 이 절점의 위치 수두는 수조의 높이이며 수조의 수위는 수조로부터 자유수

면까지 수직거리를 의미한다. 따라서 수조의 절점은 압력이 0보다 크게 나타나는 것이 저수지와 다른 점이다.

<표 5-13> 탱크 테이블



5) 밸브

<표 5-14> 밸브 테이블



6) 급수 구역

<표 5-15> 구역 테이블



7) 행정구역

8) 건물

<표 5-16> 행정구역 테이블

<표 5-17> 건물 테이블


8-01-07 오후 5:15:20http://www.codil.or.kr:8080/web/common/fileView.jsp?szF...ilebank/original/RK/OTMCRK041263/&szCtlNum=OTMCRK041263 (100 / 145)200

5.3 시스템 설계 5.3.1 USE CASE 다이어그램



5.3.2 시퀀스 다이어그램 5.3.2.1 관망분석

<그림 5-4> USE CASE 다이어그램



5.3.2.2 기본도 관리

<그림 5-5> 관망분석 시퀀스 다이어그램



5.3.2.3 로그인

<그림 5-6> 기본도 관리 시퀀스 다이어그램



5.3.2.4 시설물 검색

5.3.2.5 지자체DB변환

<그림 5-7> 로그인 시퀀스 다이어그램

<그림 5-8> 시설물 검색 시퀀스 다이어그램



5.3.2.6 통계/리포트

<그림 5-9> 지자체 DB변환 시퀀스 다이어그램



5.3.3 클래스 다이어그램 5.3.3.1 메인 클래스

5.3.3.2 Network Analysis 클래스

<그림 5-10> 통계/리포트 시퀀스 다이어그램

<그림 5-11> MAIN Class 다이어그램



5.3.3.3 Login 클래스

<그림 5-12> Network Analysis Class 다이어그램



5.3.3.4 Display Manage 클래스

5.3.3.5 Search By Facilities 클래스

5.3.3.6 Data Converter

<그림 5-13> Login Class 다이어그램

<그림 5-14> Display Manage Class 다이어그램

<그림 5-15> Search by facilities Class 다이어그템



5.3.3.7 Statistics and Analysis 클래스

5.3.4 Deployment 클래스

<그림 5-16> Data Converter Class 다이어그램

<그림 5-17> Statistics and Analysis Class 다이어그램



5.4 시스템 구성도 5.4.1 시스템 구성 본 시스템 구성은 지자체의 이 기종의 상수도 GIS DB와의 연계를 위한 OGIS의 이 기종간의 상호참조 연계기술 (data provider)과 관망분석, 누수분석, 3차원GIS기술을 위한 핵심컴포넌트로 구성되며, 응용어플리케이션 기능으로 구성된다.

<그림 5-18> Deployment Class 다이어그램



<그림 5-19> 시스템 구성도 <표 5-18> 시스템의 구성



5.4.2 시스템 기능 구성도 본 시스템 구성은 지자체에서 구축·운영되고 있는 지자체DB연계기능, 기본도 관리기능, 검색기능, 분서기능, 통계 및 리포팅 기능으로 구성된다.



1) 지자체 상수도 DB 연계 및 DB 변환 기능 지자체 상수도 DB연계 및 DB 변환 기능은 지자체 상수도 시스템의 GIS시스템에 해당하는 OGIS데이터 프로바이더로 상수도 시스템에 연결하여 관망분석과 누수분석에 필요한 DB 스키마를 검색하여DB를 3차원 상수관망 데이터베이스에 변환하여 저장한다.

<그림 5-20> 전체 기능 구조도

<표 5-19> DB연계 및 변환 기능



2) 기본도 관리기능 기본도를 디스플레이하는 기능이며 사용자가 원하는데로 확대, 축소, 이동, 전체보기기능, 레이어 심볼설정기능 등이 가능하

다.

3) 검색 기능 검색기능에는 시설물 선택하여 정보를 검색하는 기능, 검색하고자 하는 시설물 및 조건을 입력하여 검색하는 기능 등이 있다.

<표 5-20> 기본도 관리 기능

<표 5-21> 검색기능



4) 관망분석/누수분석 기능 분석기능은 크게 관망 분석과 누수분석 기능으로 나누어지며, 분석 조건을 입력하고 수행하여 결과값으로 분석하는 기능이

다. 자세한 기능내역은 <표 5-22>와 같다.

5) 통제 및 리포팅 기능 통계 및 리포트 기능은 시설물별 통계를 그래프, 지도를 통하여 디스플레이 하는 기능이다.

<표 5-22> 분석기능

<표 5-23> 통계 및 리포트 기능



5.5 상수도 관망 분석 및 누수관리 시범 시스템 구현 5.5.1 전체시스템 구성도 시범시스템은 지자체에서 운영중인 상수도관리시스템과 LAN환경에서 상수도관망분석을 수행하는 클라이언트 시스템으로 운영된다.



5.5.2 개발 및 운영환경 시스템 하드웨어 및 소프트웨어 개발 및 운영환경은 <표 5-24>와 같다.

<그림 5-21> 전체 시스템 운영 및 구성도

<표 5-24> 개발 및 운영환경



5.5.3 시스템 구현 범위 상수도 관망분석 시범시스템의 개발 범위는 지자체의 상수도 관리시스템을 지자체의 운영환경과 동일한 시스템을 구축하고, 지자체 DB연계 컴포넌트 모듈, 기본도 관리 모듈, 관망분석/누수분석 모듈, 시설물분석/검색 기능, 통계 및 리포트는 기능을 개발한다.



<그림 5-22> 시스템 구현 범위 <표 5-25> 시스템 구현 범위



5.5.4 시범 데이터베이스 구축 시스템 구현에 적용되는 시범적용 대상지역은 <그림 5-23>의 인천시 계양구 계양동의 일대의 병합계량구역을 대상으로 관망

분석을 위한 데이터베이스를 구축하였다.



관망분석을 위한 데이터를 구축하기 위해서는 하나의 병합(구역)계량구역단위로 관로시스템을 구축해야 하므로 만약 지자체

의 상수도 DB가 전체지역을 대상으로 구축되어 있으면 전체지역의 상수도DB로부터 대상 병합계량구역 단위로 데이터를 추출하여 구축해야 한다. 관망분석을 위해 변환될 대상 데이터는 <표 5-26>과 같이 상수관로, 상수시설물, 밸브류, 수용가, 구역

계량구역, 고도 및 배경으로 사용될 도로, 건물등의 데이터가 필요하다.

<그림 5-23> 시범시스템 대상지역

<표 5-26> 지자체 상수도 DB



지자체 상수도 DB로 부터 병향계량구역 단위로 추출된 DB는 시범시스템의 지자체DB변환 모듈을 통하여 <표 5-27>과 같이 관망분석 위해 관망분석을 위한 관로시스템 데이터로 만들어지며 상수관로, 상수노드, 밸브, 배수지, 펌프 등으로 재구성된

다.

지자체 상수도 DB로부터 관망분석DB로 변환 시 지자체의 지하시설물 DB가 갖을 수 있는 문제점은 다음과 같다. ① 지자체의 상수도 관로가 구역계량단위로 운영 및 구축이 되지않아서 구역계량단위의 데이터의 추출이 어려울 수 있다. ② 관로시스템을 위해서는 위상으로 네트워크를 구축해야 하므로 관로가 끊겨 있거나 누락되어 있는 경우가 없어야 하며, 만약 그렇다면 DB를 수정하는 작업을 수행하여야 한다. ③ 관로서스템을 위한 필수적인 데이터(배수지, 관로, 표고점, 차단밸드, 수용가정보 )등이 반드시 존재하여야 정확한 속성정

<표 5-27> 시범시스템 관망분석 GIS DB



보가 구축되어 있어야 한다. ④ 관망분석을 위해서는 수용가에 대한 상수도사용량 정보가 필수적이므로, 수용가의 1일 평균사용량 자료가 있어야 한다. 5.5.5 구현결과 1) 화면 인터페이스 시범시스템의 화면 인터페이스는 일반 사용자가 손쉽게 운영 가능할 수 있도록 지도뷰, 레이어관리기, 인덱스맵, 메뉴바, 툴바, 방위 표시, 축척바, 범례표시기 등으로 구성되어 있다.

2) 기본도 관리 기본도관리는 GIS의 기본기능으로 화면의 지도를 마우스를 이용하여, 전체지도보기, 확대, 축소, 지도 이동하는 기능이다. <그림5-25>는 대상지역에 대한 건물, 급수구역, 노드, 고도별 상수관로의 구현 한 결과이다.

<그림 5-24> 화면 인터페이스



<그림 5-26>에서 검색하고자 하는 지역을 확대한 기능으로 색으로 단계화한 상수관로의 고도를 확인할 수 있다. 3) 데이터 변환 기능 지자체 상수도 DB연계 및 DB 변환 기능은 지자체 상수도 시스템의 GIS시스템에 OGIS 기술(data provider)을 이용하여 상수

도 시스템에 연결하여 관망분석에 필요한 레이어 및 속성필드를 선택하여 상수관망분석 시범시스템 DB로 변환하는 기능을 수행한다. 데이터 변환시 OGIS 기술을 사용하는 이유는 지자체마다 이 기종의 장비와 운영체제, GIS S/W로 구축되어 있으므로 특정한

<그림 5-25> 전체화면 보기

<그림 5-26> 기본도 관리 (확대기능)



GIS S/W로 상수관망분석 시범시스템이 개발될 경우 특정 GIS S/W로 구축된 지자체에서만 사용이 가능하게 된다. 따라서, OGIS의 데이터 프로바이더가 지원이 가능한 S/W로 구축된 지자체에서는 DB변환기능을 사용하여 시법시스템을 사용할 수 있도록 하였다.

4) 관망속성정보 편집기능 관망시스템을 구성하는 링크(link)와 노드(node)의 속성정보를 수정, 삭제하는 기능으로 특정 대상 노드를 지도상에서 찾거나,

<그림 5-27> 지자체 DB 서버 연결

<그림 5-28> 변환할 레이어 선택

<그림 5-29> 변환할 DB테이블 선택



노드 및 링크의 입력 값 및 속성정보를 수정할 수 있다.

5) 분석기능 관망분석기능은 분석에 관련된 환경변수를 입력하여 관망분석을 수행하는 기능으로 관망분석의 각 요소별 입력 값과 분석을 통해 나오는 출력 값은 <표 5-28>과 같다.

분석결과는 각각의 상수관망의 노드와 링크의 분석인자에 따른 결과 값의 출력이 가능하며 분석에 대한 조건을 설정하여 원하

는 분석결과를 얻을 수 있다.

<그림 5-30> 관망 속성정보 편집기능

<표 5-28> 관망분석의 입력값 및 출력값

<표 5-29> 관망분석 조건 설정값



(1) 노드의 관망분석기능 상수도 관망분석을 수행하기 위해서는 각 노드에 노드의 높이값(elevation)과 초기수요량(init demand)를 입력해야 하며, 관망

분석을 수행하여 구해진 결과는 실제요구량(actual demand, 단위 CMD), 수두(head, 단위 m), 압력(pressure, 단위 m) 등이다. <그림 5-32>는 관망분석기능을 통해 상수노드에 미치는 실제 수요량을 표현하고 있으며 수요량이 많은 노드는 적색으로 상대

적으로 적은 지역은 파랑색으로 표현되어 있어 실무자가 업무 시 수요량에 대한 대·소 구분이 용이하기 때문에 가압장의 추가

설치, 수도전의 증설, 관의 교체 등 의사결정에 있어서 정확한 판단근거를 제시할수 있다.

<그림 5-31> 관망 분석 기능



(2) 링크의 관망분석기능 상수도 관망분석을 수행하기 위해서는 링크에 대한 길이(length, m), 조도계수(roughness coefficent), 관경(diamete., m)의 속성값과 링크에 연결된 시작노드(StartNode), 끝노드(EndNode)에 대한 위상관계(topology)가 입력되어야 하며, 유량(flow, CMD), 유속(velociy, m/s), 수두(unit headless, m/km) 등이다. <그림 5-33>은 관망분석기능을 통해 상수관로에 미치는 유량을 표현하고 있으며 전체관로 물의 흐름을 파악할 수 있다. 현재 지자체에서 실무자들은 지하에 묻혀있는 관속의 흐름을 파악할 수 없는것이 사실이며, 물의 흐름을 파악함으로써 역류지역의 검색이 가능하며 차단구역설정에도 용이하다.

<그림 5-32> 관망분석결과 (노드)



6) 검색기능 속성검색기능은 시설물에 대한 속성을 검색하거나, 관로시스템의 관망분석 결과를 검색조건을 통하여 검색하는 기능이다. <그림5-34>는 관로시스템에서 각 노드중 수요량이 800이상인 노드를 검색하여 선택된 노드가 빨간색으로 표시되어 있다.

<그림 5-33> 관망분석결과 (링크)



7) 차단밸브 검색 및 단수관로 누수관로를 중심으로 차단밸브를 검색하고 단수지역을 검색하는 기능구현화면이다. <그림 5-35>와 같이 누수가 발생한 관로 (붉은색 관로)를 선택하고 분석을 수행하면 관로의 양단의 노드들로부터 차단밸브 추적을 시작하여 누수관로로 물이 유입되

는 관로 및 누수관로로부터 유출되는 모든 관로를 차단할 수 있는 모든 차단밸브 및 영향관로를 검색하게 되다. <그림 5-36>은 누수를 차단하기 위한 차단밸브를 검색한 결과(붉은색 밸브)이고, <그림 5-37>은 누수로 인하여 차단벨브가 닫혀지면 물의 공급이 중단되는 관로(붉은색 관로)를 검색한 결과이다. 이 기능을 활용하여 누수가 발생한 경우 누수영향을 최소할 수 있는 차단변을 검색하여 차단하고, 누수영향지역을 조기에 검색하여 신속한 대처를 통한 대민서비스를 지원할 수 있다.

<그림 5-34> 검색기능

<그림 5-35> 누수 대상 관로의 선택



7) 통계보기기능 통계보기 기능은 관망분석에 대한 결과값이나 상수도 시설물의 속성정보를 통계로 분석하여 분석할수 있는 기능이다.

<그림 5-36> 차단 제수변 검색

<그림 5-37> 누수 영향관로 검색



8) 출력기능 출력기능은 관망분석 및 도면을 출력 디바이스(프린터, 플로터)에 인쇄하는 기능으로 인쇄미리보기(layout), 출력도면제목, 방위, 범례, 축척 등을 배치하여 출력할 수 있는 기능이다.

위 구현 결과를 통해 지하시설물(상수도관망네트워크)에 가시화는 실무자의 업무 효율화와 더 나아가 대민 서비스의 향상을 가져온다.

<그림 5-38> 통계기능

<그림 5-39> 관망분석지역 지도출력



실제적으로 지자체에서 상수관련 실무자의 업무분석을 해보면 현재의 유수율 제고의 방법은 해당지역을 선정하고 병합구역

내 구역고립을 한 후 고립지역에 대한 공급량과 사용량을 검침하여 유수율을 산정해 내고 있는 실정이다. 이 방법에 의한 유수

율이 만약 60%라면, 나머지 40%는 누수가 발생했다고 판단하여 수도전수확인, 검침, 야간탐사의 과정을 거치게 된다. 수동적

이며 경험적인 방법이라 할 수 있다. 하지만 이 시스템을 활용한다면 실무자는 현장에 대한 직접적인 확인작업 없이 모니터 상에서 상수관망네트워크의 여러가지 분석을 통해 공급량과 수요량에 따른 정확한 유수율 제고와이에 따른 누수지역 분석을 통해 최적의 차단구역을 설정하고 민원 발생시 효과적인 의사결정지원과 대민 서비스 향상에 일조함과 동시에 관련 예산과 인력

의 절감의 효과를 누릴 수 있다. 기존의 누수다발지역 중에서 고도와 수압을 모니터링하여 차별화된 색상으로 나타낼 경우, 차후 누수예상지역의 정확한 관리 및 신속하고 정확한 업무를 처리할 수 있는 것이다. 또한 병합계량구역 산정시 현재의 임의적

이고 경험적인 방법에서 탈피하여, 시스템에 의해 나온 결과값들이 병합계량구역 산정시 정확한 통계자료가 되므로, 병합계량

구역 산정에도 도움을 줄 것이다. 시스템의 실제 지자체에서의 설치 및 활용 후 이에 따른 문제점이 도출될 것이이며, 시범운영 기간 후 문제점의 보완을 한다

면, 기 구축된 자료들의 호환이 가능하고, 이를 토대로 관망분석과 정확한 누수관리가 가능할 것이다.

본 연구에서는 지자체에서 직접 DB 구축 및 유지관리를 수행하는 지하시설물 DB(상수도, 하수도)를 주요 연구대상으로 하여 기 구축된 DB 성과의 활용방안을 모색하는 것이다. 이를 위해 지자체에서 관리하고 있는 상·하수도 관리시스템의 활용현황을 분석하고, 상수도 관망분석 및 누수관리 알고리즘

을 적용하여 시범시스템을 구현하였으며 세부 연구결과는 다음과 같다. 첫째, 지자체에서 관리하고 있는 상수도, 하수도 관리시스템의 구축 현황을 조사하고 기존 시설물 관리시스템의 문제점을 분석하였다. 기존의 상수도 및 하수도 관리시스템은 시설물 현황 도면의 입력, 수정, 조회, 출력 기능과 시설물 관리를 위한 대장입력, 수정, 통계분석 등을 주요 기능으로 구현하고 있었다. 특히 상수도 관리시스템에서는 기 구축된 DB의 성과를 확대하고 실무자

의 요구분석을 충족하기 위해서는 도면 및 대장의 관리위주에서 벗어나 수리학적인 관망분석이 구현되어야 사전에 누수 및 민원에 대처할 수 있다. 기구축된 상수도 관리시스템의 기능분석에서 나타났듯이 39개 상수도 관리시스템에서 누수분석 및 누수정보관리 기능을 구현하고 있는 시스템은 17개(44%)로 나타났으며 이중에서 누수분석 기능을 구현하고 있는 시스템은 5개로 전체 상수도 관리시

스템의 13%에 해당하였다. 따라서. 지하시설물 DB 구축시 상수도 시설물유지관리를 위해 구축된 DB에 병합(구역)계량구역과 같은 상수관망 분석시 필요한 추가 DB를 입력하여 상수시설물의 관리 뿐만 아니라 관망분석까지 가능하도록 DB 설계를 하여 구축해야한다. 둘째, GIS 공간분석기술, 인터넷 GIS, Mobile GIS 기술을 활용하여 기 구축된 지하시설물 DB를 활용하는 것이다. GIS 공간분

석기술측면에서는 상·하수도 시설물 관리를 위해 2차원 적인 관리에서 입체적인 공간분석이 가능한 3차원적인 관리가 이루어

져야 할 것이다. 또한, 인터넷 GIS기술측면에서는 민원업무를 중심으로 상하수도 공통업무에 대해 점차 인터넷을 통한 활용시

스템을 구축하는 것이다. 물론 기존의 관리시스템과의 연계성을 충분히 검토해야 하고 도입에 따른 인증문제, 비용문제 등도 고려해야 한다. 상·하수도 DB의 갱신 및 유지관리, 민원업무와 관련이 있는 검침 등을 중심으로 Mobile GIS 기술을 활용하여 기 구축된 DB 성과를 이용할 수 있다.

第6章 결론



세째, 지하시설물 DB의 세부적활용 부문에서는 상수도 관망분석 및 누수관리 알고리즘 조사, 분석하였으며 상수도 관망분석 및 누수관리 시범 시스템의 구현을 통해 실무부서의 관거 설치 및 보수에대한 의사결정을 지원함으로써 국가예산의 효율적 사용이 가능하고, 지하시설물 데이터베이스 활용방안을 제시함으로써 지자체 자체 연구로 인한 중복투자를 방지할 수 있었다. 또한 GIS 공간분석 기능 및 상수관망분석 모델을 통한 상수관망 알고리즘을 도출함으로써 국내 상수도 관망분석 활용을 위한 방안을 제시하였다. 현재는 지자체에서 관리하고 있는 상수도 관망분석 시스템만을 구현하였으나, 향후 하수관망분석 시스템까지 포함하는 종합

시설물관리시스템에 대한 연구가 필요할 것으로 사료되며 많은 지자체를 대상으로 여러가지 측면에서 시범시스템을 적용한 결과를 토대로 관망분석 시스템을 지속적으로 개선할 필요가 있다.

[부록] 상수도 관련 용어정의

부 록



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