KR20110118438A - Ｕ-물순환 통합 의사결정 지원 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 U-물순환 통합 의사결정 지원 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 U-물순환 통합 의사결정 지원 시스템은 데이터 입력부, 자연계 물순환 건전화율 계산 모듈, 인공계 물순환 건전화율 계산 모듈, 시나리오별 건전화율 계산 모듈, 건전화 지수 계산 모듈, 데이터 저장부 및 데이터 출력부를 포함한다. 본 발명의 U-물순환 통합 의사결정 지원 방법은 실측 데이터를 입력받는 단계, 실측 데이터를 이용하여 자연계 및 인공계 물순환 건전화율을 계산하는 단계, 동적 계획법으로 계산된 건전화율을 이용하여 물순환 최적화 운용 의사결정에 필요한 시나리오별 건전화율을 계산한 후 목적 건전화율을 설정하는 단계, 도시 내 각 시설별 생산량 대비 비용을 이용하여 목표 건전화율을 최소 비용으로 달성하기 위한 건전화 지수를 계산하는 단계를 포함한다.

Description

Ｕ-물순환 통합 의사결정 지원 시스템 및 방법{System and Method of Integrated Decision Making for U-Hydrologic Circle}
본 발명은 U-물순환 통합 의사결정 지원 시스템 및 방법에 관한 것이다.
최근, 우리나라는 수도권에 집중되어 있는 공기업을 포함한 공공기관과 산업시설 등을 지방자치단체로 이전하는 지방 균형 발전 계획을 진행하고 있다.
이러한, 지방 균형 발전 계획에 따라 지방자치단체들에는 수많은 신도시 건설이 예정되어 있는데, 상기와 같은 신도시 건설 시에는 대지나 평야 지역에 도로와 건물들을 짓기 때문에 자연계 및 인공계 물순환 건전화율을 조절하여 상기 신도시에 거주할 거주자들의 생활환경이 쾌적하도록 도시를 개발할 필요가 있다.
또한, 상기와 같은 신도시 개발 이외에도 현재 도시지역에 거주하는 거주자들에게 쾌적한 생활환경을 제공하기 위해 도시 내의 자연계와 인공계 건전성 평가를 통해 건전화율을 조절할 필요가 있다.
그러나, 종래에는 자연계와 인공계의 물순환 건전화율을 조절하여 도시의 목표 건전화율을 최소의 비용으로 달성할 수 있는 시스템이나 방법이 전무한 실정이다.
이에 따라, 자연계와 인공계의 물순환 건전화율을 조절하여 최소의 비용으로 목표 건전화율을 달성할 수 있는 의사결정 지원 시스템이 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 자연계 물순환 건전화율과 인공계 물순환 건전화율을 이용하여 시나리오별로 건전화율을 계산한 후 도시 내 각 시설별 생산량 대비 비용을 활용하여 목표 건전화율을 최소 비용으로 달성할 수 있는 U-물순환 통합 의사결정 지원 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시 예에 따른 U-물순환 통합 의사결정 지원 시스템은 도시용수 측우소에서의 유출량, 초기 우수시설에서의 우수 이용량, 우수 저류시설에서의 우수 저류량, 빗물 저류시설에서의 집수량, 빗물 침투시설에서의 지하수 침투량, 고도 정수처리시설에서의 정수처리량, 광역중수도 네트워크에서의 도시용수 유입량, 생태호수/하천 고도처리시설에서의 하천 유입량, 중수고도 처리시설에서의 지하수 유입량, 생태호수/하천 유지량, 광역중수도 네트워크에서의 중수 공급량을 입력받는 데이터 입력부; 상기 데이터 입력부에 입력된 데이터 중 유출량, 우수 이용량, 우수 저류량, 집수량, 및 지하수 침투량을 이용하여 자연계 물순환 건전화율을 계산하는 자연계 물순환 건전화율 계산 모듈; 상기 데이터 입력부에 입력된 데이터 중 정수 처리량, 도시용수 유입량, 하천 유입량, 지하수 유입량을 유입원으로 하여 생태호수/하천 유지량 및 중수 공급량을 이용하여 인공계 물순환 건전화율을 계산하는 인공계 물순환 건전화율 계산 모듈; 최적화 기법 중 하나인 동적 계획법으로 상기 자연계 물순환 건전화율 계산 모듈과 상기 인공계 물순환 건전화율 계산 모듈에 의해 계산된 상기 자연계 물순환 건전화율 또는/및 인공계 물순환 건전화율을 이용하여 물순환 최적화 운용 의사결정에 필요한 시나리오별 건전화율을 계산함과 아울러 계산된 시나리오별 건전화율 중 어느 하나를 목표 건전화율로 설정하는 시나리오별 건전화율 계산 모듈; 도시 내 각 시설별 생산량 대비 비용을 이용하여 상기 목표 건전화율을 최소 비용으로 달성하기 위한 건전화 지수를 계산하는 건전화 지수 계산 모듈; 상기 유출량, 우수 이용량, 우수 저류량, 집수량, 지하수 침투량, 정수 처리량, 도시용수 유입량, 하천 유입량, 지하수 유입량, 생태호수/하천 유지량, 중수 공급량, 자연계 물순환 건전화율, 인공계 물순환 건전화율, 시나리오, 시나리오별 건전화율, 목표 건전화율, 및 건전화 지수가 저장된 데이터 저장부; 및 상기 데이터 저장부에 저장된 정보를 사용자가 확인할 수 있도록 표시하는 데이터 출력부를 포함한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 U-물순환 통합 의사결정 지원 시스템에서 상기 자연계 물순환 건전화율 계산 모듈은 아래의 수식 1을 이용하여 자연계 물순환 건전화율을 계산하는 것을 특징으로 한다.
(수식 1)
Figure pat00001
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 U-물순환 통합 의사결정 지원 시스템에서 상기 인공계 물순환 건전화율 계산 모듈은 아래의 수식 2를 이용하여 인공계 물순환 건전화율을 계산하는 것을 특징으로 한다.
(수식 2)
Figure pat00002
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 U-물순환 통합 의사결정 지원 시스템에서 상기 시나리오는 도시의 강우량이나 산업시설, 거주 인구 등의 변화에 따라 변하는 건전화율 값을 나타내는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 U-물순환 통합 의사결정 지원 시스템에서 상기 유출량, 우수 이용량, 우수 저류량, 집수량, 지하수 침투량, 정수 처리량, 도시용수 유입량, 하천 유입량, 지하수 유입량, 생태호수/하천 유지량 및 중수 공급량은 상기 도시용수 측우소, 초기 우수시설, 우수 저류시설, 빗물 저류시설, 빗물 침투시설, 고도 정수처리시설, 광역중수도 네트워크, 생태호수/하천 고도처리시설, 중수고도 처리시설에 각각 설치된 계측 기기에 의해 실시간으로 계측되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 U-물순환 통합 의사결정 지원 방법은 (a) 도시용수 측우소에서의 유출량, 초기 우수시설에서의 우수 이용량, 우수 저류시설에서의 우수 저류량, 빗물 저류시설에서의 집수량 및 빗물 침투시설에서의 지하수 침투량을 입력받는 단계; (b) 자연계 물순환 건전화율 계산 모듈이 상기 유출량, 우수 이용량, 우수 저류량, 집수량, 및 지하수 침투량을 이용하여 자연계 물순환 건전화율을 계산하는 단계; (c) 시나리오별 건전화율 계산 모듈이 최적화 기법 중 하나인 동적 계획법으로 상기 (b) 단계에서 계산된 건전화율을 이용하여 물순환 최적화 운용 의사결정에 필요한 시나리오별 건전화율을 계산하고, 계산된 시나리오별 건전화율 중 어느 하나를 목표 건전화율로 설정하는 하는 단계; 및 (d) 건전화 지수 계산 모듈이 도시 내 각 시설별 생산량 대비 비용을 이용하여 상기 목표 건전화율을 최소 비용으로 달성하기 위한 건전화 지수를 계산하는 단계를 포함하는 한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 U-물순환 통합 의사결정 지원 방법에서 상기 자연계 물순환 건전화율은 아래의 수식 1에 의해 계산되는 것을 특징으로 한다.
(수식 1)
Figure pat00003
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 U-물순환 통합 의사결정 지원 방법은 (a) 고도 정수처리시설에서의 정수처리량, 광역중수도 네트워크에서의 도시용수 유입량, 생태호수/하천 고도처리시설에서의 하천 유입량, 중수고도 처리시설에서의 지하수 유입량, 생태호수/하천 유지량, 광역중수도 네트워크에서의 중수 공급량을 입력받는 단계; (b) 인공계 물순환 건전화율 계산 모듈이 상기 정수 처리량, 도시용수 유입량, 하천 유입량, 지하수 유입량을 유입원으로 하여 생태호수/하천 유지량 및 중수 공급량을 이용하여 인공계 물순환 건전화율을 계산하는 단계; (c) 시나리오별 건전화율 계산 모듈이 최적화 기법 중 하나인 동적 계획법으로 상기 (b) 단계에서 계산된 건전화율을 이용하여 물순환 최적화 운용 의사결정에 필요한 시나리오별 건전화율을 계산하고, 계산된 시나리오별 건전화율 중 어느 하나를 목표 건전화율로 설정하는 하는 단계; 및 (d) 건전화 지수 계산 모듈이 도시 내 각 시설별 생산량 대비 비용을 이용하여 상기 목표 건전화율을 최소 비용으로 달성하기 위한 건전화 지수를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 U-물순환 통합 의사결정 지원 방법에서 상기 인공계 물순환 건전화율은 아래의 수식 2에 의해 계산되는 것을 특징으로 한다.
(수식 2)
Figure pat00004
본 발명에 의하면, 도시 내 물순환 최적화를 통해 우수 이용률, 중수 사용량 및 하수 재이용률을 높일 수 있기 때문에 상수(즉, 도시용수) 총사용량을 절감할 수 있어 상수 취수 및 공급 관련 시설의 비용을 절감시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 도시 내 각 시설물의 통합 관리 및 U-물순환 의사결정 지원 방법을 통해 자연 재해(예를 들면, 가뭄 또는 장마) 시 적절한 용수 배분을 통한 재해 예방 및 재산 피해를 줄일 수 있다.
그리고, 본 발명은 비용 효과 분석으로 통해 최소 비용으로 물순환 건전화율을 높이기 위한 의사결정을 지원할 수 있을 뿐만 아니라 물 관련 법과 U-Eco city 건설법 등의 정책 결정 시 의사결정의 수단으로 활용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 U-물순환 통합 의사결정 지원 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 도시 내의 각 시설별 생산량 대비 비용을 나타내는 그래프이다.
도 3과 도 4는 도 1에 도시된 본 발명의 실시 예에 따른 U-물순환 통합 의사결정 지원 시스템을 이용한 의사결정 지원 방법을 나타내는 흐름도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명들과 바람직한 실시 예들로부터 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
또한, 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.
그리고, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 U-물순환 통합 의사결정 지원 시스템을 나타내는 도면이다.
본 발명의 실시 예에 따른 U-물순환 통합 의사결정 지원 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 데이터 입력부(2), 자연계 물순환 건전화율 계산 모듈(4), 인공계 물순환 건전화율 계산 모듈(6), 시나리오별 건전화율 계산 모듈(8), 건전화 지수 계산 모듈(10), 데이터 저장부(12) 및 데이터 출력부(14)를 포함하도록 구성된다.
상기 데이터 입력부(2)는 사용자가 데이터를 입력하거나 건전화 지수 변환 등의 행위를 할 수 있도록 하는 입력수단으로 키보드, 마우스 등의 통상의 입력수단으로 구성된다.
또한, 상기 데이터 입력부(2)는 도시용수 측우소, 초기 우수처리 시설, 우수 저류시설, 빗물 저류시설, 빗물 침투시설, 고도정수 처리시설(상수), 광역중수도 네트워크(상수), 생태호수/하천 고도처리 시설(하천수), 중수고도 처리시설(지하수) 등에 각각 설치된 계측 기기에 의해 실시간으로 계측된 유출율 환산값(즉, 도시용수 측우소에서 측정된 유출량), 우수 이용량(초기 우수시설), 우수 저류량(우수 저류시설), 집수량(빗물 저류시설), 지하수 침투량(빗물 침투시설), 정수처리량(고도 정수처리시설), 도시용수 유입량(광역중수도 네트워크), 하천 유입량(생태호수/하천 고도처리시설), 지하수 유입량(중수고도 처리시설), 생태호수/하천 유지량(하수 유입량, 및 중수 유입량), 중수 공급량(광역중수도 네트워크) 등의 정보를 실시간으로 입력받는다.
이때, 상기 데이터 입력부(2)를 통해 입력되는 데이터들은 데이터 저장부(12)에 저장된다.
상기 자연계 물순환 건전화율 계산 모듈(4)은 상기 데이터 입력부(2)를 통해 입력된(또는 데이터 저장부(12)에 저장된) 유출율 환산값(즉, 도시용수 측우소에서 측정된 유출량), 초기 우수처리시설에서의 우수 이용량, 우수 저류시설에서의 우수 저류량, 빗물 저류시설에서의 집수량(옥상 집수, 지상 집수), 및 빗물 침투시설에서의 지하수 침투량을 이용하여 자연계 물순환 건전화율을 계산한다.
이때, 상기 자연계 물순환 건전화율 계산 모듈(4)은 아래의 수식 1을 이용하여 자연계 물순환 건전화율을 계산한다.
(수식 1)
Figure pat00005

상기 인공계 물순환 건전화율 계산 모듈(6)은 상기 데이터 입력부(2)를 통해 입력된(또는 데이터 저장부(12)에 저장된) 도시 내 공급되는 상수(즉, 고도 정수처리시설에서의 정수 처리량, 광역중수도 네트워크에서의 도시용수 유입량), 하천수(즉, 생태호수/하천 고도처리시설 하천 유입량), 지하수(즉, 중수 고도처리시설에서의 지하수 유입량)를 유입원으로 하여 생태호수/하천 유지량(즉, 하수 유입량, 중수 유입량), 광역중수도 공급량(즉, 광역중수도 네트워크에서의 중수 공급량)을 이용한 인공계 물순환 건전화율을 계산한다.
이때, 상기 인공계 물순환 건전화율 계산 모듈(6)은 아래의 수식 2를 이용하여 인공계 물순환 건전화율을 계산한다.
(수식 2)
Figure pat00006

상기 시나리오별 건전화율 계산 모듈(8)은 최적화 기법 중 하나인 동적 계획법(Dynamic Programming; DP)으로 상기 자연계 물순환 건전화율 계산 모듈(4)과 상기 인공계 물순환 건전화율 계산 모듈(6)에 의해 계산된 상기 자연계 물순환 건전화율 또는/및 인공계 물순환 건전화율을 이용하여 물순환 최적화 운용 의사결정에 필요한 시나리오별 건전화율을 계산한다.
여기서, 시나리오라 함은 도시의 강우량이나 산업시설, 거주 인구 등의 변화에 따라 표 1과 같이 도시의 건전화율이 변하게 되는데, 이렇게 변하는 건전화율 값을 의미한다.
시나리오 건전화율(자연계 및/또는 인공계)
A 35%
B 37%
C 40%
D 45%
E 53%
F 55%
G 60%
이때, 상기 시나리오별 건전화율 계산 모듈(8)은 상기 시나리오별 건전화율을 계산할 때 상기 자연계 물순환 건전화율과 인공계 물순환 건전화율 값을 조절하여 시나리오별 건전화율을 계산한다.
한편, 상기 시나리오별 건전화율 계산 모듈(8)에 의해 계산된 시나리오별 건전화율 중 어느 하나가 사용자에 의해 해당 도시의 목표 건전화율 값으로 설정된다.
상기 건전화 지수 계산 모듈(10)은 도 2와 같이 도시 내 각 시설별 생산량이 증가함에 따라 비용이 증가하는 도시 내 각 시설별 생산량 대비 비용을 활용하여 상기 시나리오별 건전화율 계산 모듈(8)에 의해 계산되어 설정된 목표 건전화율을 최소비용으로 달성하기 위한 건전화 지수를 계산한다.
여기서, 도 2에 도시된 시설별 생산량 대비 비용은 이용량초기우수, 이용량우수저 류, 집수량분산식저류침투, 침투량지하수 , 분산식, 유입량도시용수 +광역중수도, 유입량외부생태용수, 공급량광역중수도, 유지량하수 →생태, 및 유지량중수 →생태 중 어느 하나만을 도시한 것이고, 상기 이용량초기우수, 이용량우수저류, 집수량분산식저류침투, 침투량지하수 , 분산식, 유입량도시용수 +광역중수도, 유입량외부생태용수, 공급량광역중수도, 유지량하수 →생태, 및 유지량중수 → 생태은 모두 도 2와 동일하지는 않으나 도 2와 유사한 시설별 생산량 대비 비용 값을 갖는다.
상기 데이터 저장부(12)에는 상기 데이터 입력부(2)를 통해 입력된 사용자 설정 정보와 상기 유출율 환산값(즉, 도시용수 측우소에서 측정된 유출량), 우수 이용량(초기 우수시설), 우수 저류량(우수 저류시설), 집수량(빗물 저류시설), 지하수 침투량(빗물 침투시설), 정수처리량(고도 정수처리시설), 도시용수 유입량(광역중수도 네트워크), 하천 유입량(생태호수/하천 고도처리시설), 지하수 유입량(중수고도 처리시설), 생태호수/하천 유지량(하수 유입량, 및 중수 유입량), 중수 공급량(광역중수도 네트워크) 등의 정보가 저장된다.
또한, 데이터 저장부(12)에는 상기 자연계 물순환 건전화율 계산 모듈(4), 인공계 물순환 건전화율 계산 모듈(6), 시나리오별 건전화율 계산 모듈(8) 및 건전화 지수 계산 모듈(10)에 의해 계산 또는 계산된 자연계 물순환 건전화율, 인공계 물순환 건전화율, 시나리오별 건전화율, 목표 건전화율 및 건전화 지수 값이 저장된다.
그리고, 데이터 저장부(12)에는 시나리오와 상기 도시 내 각 시설별 생산량 대비 비용이 저장된다.
이에 따라, 상기 데이터 저장부(12)는 상기 자연계 물순환 건전화율 계산 모듈(4)과 인공계 물순환 건전화율 계산 모듈(6)이 자연계 물순환 건전화율과 인공계 물순환 건전화율을 계산할 때 내부에 저장된 유출율 환산값, 우수 이용량, 우수 저류량, 집수량, 지하수 침투량, 정수처리량, 도시용수 유입량, 하천 유입량, 지하수 유입량, 생태호수/하천 유지량, 중수 공급량 등을 상기 자연계 물순환 건전화율 계산 모듈(4)과 인공계 물순환 건전화율 계산 모듈(6)에 제공한다.
또한, 상기 데이터 저장부(12)는 상기 시나리오별 건전화율 계산 모듈(8)이 상기 시나리오별 목표 건전화율을 계산할 때 상기 시나리오와 상기 자연계 물순환 건전화율 및 인공계 물순환 건전화율을 상기 시나리오별 건전화율 계산 모듈(8)에 제공한다.
그리고, 상기 데이터 저장부(12)는 상기 건전화 지수 계산 모듈(10)이 건전화 지수를 계산할 때 상기 도시 내 각 시설별 생산량 대비 비용과 목표 건전화율을 상기 건전화 지수 계산 모듈(10)에 제공한다.
상기 데이터 출력부(14)는 상기 데이터 입력부(2)를 통해 입력되는 입력 정보, 사용자의 기능 선택 수단 및 데이터 저장부(12)에 저장된 정보(즉, 자연계 및 인공계 물순환 건전화율, 목표 건전화율 및 건전화 지수 등)를 사용자가 확인할 수 있도록 표시한다.
여기서, 상기 사용자의 기능 선택 수단으로는 포인터, 아이콘, 메뉴 바 등의 다양한 형태가 사용될 수 있다.
이러한, 데이터 출력부(14)는 모니터, 프린터, 플로터 등의 통상적인 출력 수단으로 구성되고, 사용자가 출력 데이터를 인식할 수 있도록 미리 설정된 화면 형태(예를 들면, 문자, 테이블, 그래프 등)로 사용자에게 제공한다.
도 3과 도 4는 도 1에 도시된 본 발명의 실시 예에 따른 U-물순환 통합 의사결정 지원 시스템을 이용한 의사결정 지원 방법을 나타내는 흐름도이다.
먼저, 자연계 물순환 건전화율을 이용한 의사결정 지원 방법을 설명하면 다음과 같다.
상기 자연계 물순환 건전화율 계산 모듈(4)은 도시 내 강우를 유입원으로 하여 유출율 환산값(즉, 도시용수 측우소에서 측정된 유출량), 초기 우수처리시설에서의 우수 이용량, 우수 저류시설에서의 우수 저류량, 빗물 저류시설에서의 집수량(옥상 및 지상), 빗물 침투시설에서의 지하수 침투량을 이용하여 자연계 물순환 건전화율을 계산한다(S11).
이때, 유출율 환산값, 우수 이용량, 우수 저류량, 집수량 및 지하수 침투량은 도시용수 측우소, 초기 우수처리 시설, 우수 저류시설, 빗물 저류시설, 빗물 침투시설에 각각 설치된 계측 기기에 의해 측정된 값으로 데이터 입력부(2)를 통해 상기 자연계 물순환 건전화율 계산 모듈(4)에 제공되거나 상기 데이터 저장부(12)에 저장된 값이 상기 자연계 물순환 건전화율 계산 모듈(4)에 제공된다.
한편, 상기 자연계 물순환 건전화율 계산 모듈(4)은 상기 유출율 환산값, 우수 이용량, 우수 저류량, 집수량 및 지하수 침투량을 상술한 수학식 1을 이용하여 자연계 물순환 건전화율을 계산한다.
이와 같이, 상기 자연계 물순환 건전화율 계산 모듈(4)에 의해 자연계 물순환 건전화율이 계산되면, 상기 시나리오별 건전화율 계산 모듈(8)은 동적 계획법을 이용하여 상기 자연계 물순환 건전화율의 건전화 지수를 활용하여 도시 내 물순환 최적화 운용 의사결정에 필요한 시나리오별 건전화율을 계산한 후 시나리오별 건전화율 중 어느 하나를 해당 도시의 목표 건전화율로 설정한다(S12).
이렇게 목표 건전화율이 설정되면, 상기 건전화 지수 계산 모듈(10)은 도시 내 각 시설별 생산량 대비 비용을 이용하여 상기 시나리오별 건전화율 계산 모듈(8)에 의해 계산된 목표 건전화율을 최소의 비용으로 달성하기 위한 건전화 지수를 계산한다(S13).
한편, 인공계 물순환 건전화율을 이용한 의사결정 지원 방법을 설명하면 다음과 같다.
인공계 물순환 건전화율 계산 모듈(6)은 도시 내 공급되는 상수(즉, 고도 정수처리시설에서의 정수 처리량, 광역중수도 네트워크에서의 도시용수 유입량), 하천수(즉, 생태호수/하천 고도처리시설 하천 유입량), 지하수(즉, 중수 고도처리시설에서의 지하수 유입량)를 유입원으로 하여 생태호수/하천 유지량(즉, 하수 유입량, 중수 유입량), 광역중수도 공급량(즉, 광역중수도 네트워크에서의 중수 공급량)을 이용한 인공계 물순환 건전화율을 계산한다(S21).
이때, 정수 처리량, 도시용수 유입량, 중수 공급량, 지하수 유입량, 하수 유입량, 중수 유입량 등은 고도 정수처리시설, 광역중수도 네트워크, 생태호수/하천 고도처리시설, 중수 고도처리시설 등에 각각 설치된 계측 기기에 의해 측정된 값으로 데이터 입력부(2)를 통해 상기 인공계 물순환 건전화율 계산 모듈(6)에 제공되거나 상기 데이터 저장부(12)에 저장된 값이 상기 인공계 물순환 건전화율 계산 모듈(6)에 제공된다.
한편, 상기 인공계 물순환 건전화율 계산 모듈(6)은 정수 처리량, 도시용수 유입량, 중수 공급량, 지하수 유입량, 하수 유입량, 중수 유입량을 상술한 수학식 2를 이용하여 인공계 물순환 건전화율을 계산한다.
이와 같이, 상기 인공계 물순환 건전화율 계산 모듈(6)에 의해 인공계 물순환 건전화율이 계산되면, 상기 시나리오별 건전화율 계산 모듈(8)은 동적 계획법을 이용하여 상기 인공계 물순환 건전화율의 건전화 지수를 활용하여 도시 내 물순환 최적화 운용 의사결정에 필요한 시나리오별 건전화율을 계산한 후 시나리오별 건전화율 중 어느 하나를 해당 도시의 목표 건전화율로 설정한다(S22).
이렇게 목표 건전화율이 설정되면, 상기 건전화 지수 계산 모듈(10)은 도시 내 각 시설별 생산량 대비 비용을 이용하여 상기 시나리오별 건전화율 계산 모듈(8)에 의해 계산된 목표 건전화율을 최소의 비용으로 달성하기 위한 건전화 지수를 계산한다(S23).
이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 U-물순환 통합 의사결정 지원 시스템 및 방법은 도시 내 물순환 최적화를 통해 우수 이용률, 중수 사용량 및 하수 재이용률을 높일 수 있기 때문에 상수(즉, 도시용수) 총사용량을 절감할 수 있어 상수 취수 및 공급 관련 시설의 비용을 절감시킬 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 U-물순환 통합 의사결정 지원 시스템 및 방법은 도시 내 각 시설물의 통합 관리 및 U-물순환 의사결정 지원 방법을 통해 자연 재해(예를 들면, 가뭄 또는 장마) 시 적절한 용수 배분을 통한 재해 예방 및 재산 피해를 줄일 수 있게 된다.
그리고, 본 발명의 실시 예에 따른 U-물순환 통합 의사결정 지원 시스템 및 방법은 비용 효과 분석으로 통해 최소 비용으로 물순환 건전화율을 높이기 위한 의사결정을 지원할 수 있을 뿐만 아니라 물 관련 법과 U-Eco city 건설법 등의 정책 결정 시 의사결정의 수단으로 활용할 수 있게 된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
2 : 데이터 입력부 4 : 자연계 물순환 건전화율 계산 모듈
6 : 인공계 물순환 건전화율 계산 모듈
8 : 시나리오별 건전화율 계산 모듈
10 : 건전화 지수 계산 모듈 12 : 데이터 저장부
14 : 데이터 출력부

Claims (9)

  1. 도시용수 측우소에서의 유출량, 초기 우수시설에서의 우수 이용량, 우수 저류시설에서의 우수 저류량, 빗물 저류시설에서의 집수량, 빗물 침투시설에서의 지하수 침투량, 고도 정수처리시설에서의 정수처리량, 광역중수도 네트워크에서의 도시용수 유입량, 생태호수/하천 고도처리시설에서의 하천 유입량, 중수고도 처리시설에서의 지하수 유입량, 생태호수/하천 유지량, 광역중수도 네트워크에서의 중수 공급량을 입력받는 데이터 입력부;
    상기 데이터 입력부에 입력된 데이터 중 유출량, 우수 이용량, 우수 저류량, 집수량, 및 지하수 침투량을 이용하여 자연계 물순환 건전화율을 계산하는 자연계 물순환 건전화율 계산 모듈;
    상기 데이터 입력부에 입력된 데이터 중 정수 처리량, 도시용수 유입량, 하천 유입량, 지하수 유입량을 유입원으로 하여 생태호수/하천 유지량 및 중수 공급량을 이용하여 인공계 물순환 건전화율을 계산하는 인공계 물순환 건전화율 계산 모듈;
    최적화 기법 중 하나인 동적 계획법으로 상기 자연계 물순환 건전화율 계산 모듈과 상기 인공계 물순환 건전화율 계산 모듈에 의해 계산된 상기 자연계 물순환 건전화율 또는/및 인공계 물순환 건전화율을 이용하여 물순환 최적화 운용 의사결정에 필요한 시나리오별 건전화율을 계산함과 아울러 계산된 시나리오별 건전화율 중 어느 하나를 목표 건전화율로 설정하는 시나리오별 건전화율 계산 모듈;
    도시 내 각 시설별 생산량 대비 비용을 이용하여 상기 목표 건전화율을 최소 비용으로 달성하기 위한 건전화 지수를 계산하는 건전화 지수 계산 모듈;
    상기 유출량, 우수 이용량, 우수 저류량, 집수량, 지하수 침투량, 정수 처리량, 도시용수 유입량, 하천 유입량, 지하수 유입량, 생태호수/하천 유지량, 중수 공급량, 자연계 물순환 건전화율, 인공계 물순환 건전화율, 시나리오, 시나리오별 건전화율, 목표 건전화율, 및 건전화 지수가 저장된 데이터 저장부; 및
    상기 데이터 저장부에 저장된 정보를 사용자가 확인할 수 있도록 표시하는 데이터 출력부를 포함하는 U-물순환 통합 의사결정 지원 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 자연계 물순환 건전화율 계산 모듈은 아래의 수식 1을 이용하여 자연계 물순환 건전화율을 계산하는 것을 특징으로 하는 U-물순환 통합 의사결정 지원 시스템.
    (수식 1)
    Figure pat00007
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 인공계 물순환 건전화율 계산 모듈은 아래의 수식 2를 이용하여 인공계 물순환 건전화율을 계산하는 것을 특징으로 하는 U-물순환 통합 의사결정 지원 시스템.
    (수식 2)
    Figure pat00008
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 시나리오는 도시의 강우량이나 산업시설, 거주 인구 등의 변화에 따라 변하는 건전화율 값을 나타내는 것을 특징으로 하는 U-물순환 통합 의사결정 지원 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 유출량, 우수 이용량, 우수 저류량, 집수량, 지하수 침투량, 정수 처리량, 도시용수 유입량, 하천 유입량, 지하수 유입량, 생태호수/하천 유지량 및 중수 공급량은 상기 도시용수 측우소, 초기 우수시설, 우수 저류시설, 빗물 저류시설, 빗물 침투시설, 고도 정수처리시설, 광역중수도 네트워크, 생태호수/하천 고도처리시설, 중수고도 처리시설에 각각 설치된 계측 기기에 의해 실시간으로 계측되는 것을 특징으로 하는 U-물순환 통합 의사결정 지원 시스템.
  6. (a) 도시용수 측우소에서의 유출량, 초기 우수시설에서의 우수 이용량, 우수 저류시설에서의 우수 저류량, 빗물 저류시설에서의 집수량 및 빗물 침투시설에서의 지하수 침투량을 입력받는 단계;
    (b) 자연계 물순환 건전화율 계산 모듈이 상기 유출량, 우수 이용량, 우수 저류량, 집수량, 및 지하수 침투량을 이용하여 자연계 물순환 건전화율을 계산하는 단계;
    (c) 시나리오별 건전화율 계산 모듈이 최적화 기법 중 하나인 동적 계획법으로 상기 (b) 단계에서 계산된 건전화율을 이용하여 물순환 최적화 운용 의사결정에 필요한 시나리오별 건전화율을 계산하고, 계산된 시나리오별 건전화율 중 어느 하나를 목표 건전화율로 설정하는 하는 단계; 및
    (d) 건전화 지수 계산 모듈이 도시 내 각 시설별 생산량 대비 비용을 이용하여 상기 목표 건전화율을 최소 비용으로 달성하기 위한 건전화 지수를 계산하는 단계를 포함하는 U-물순환 통합 의사결정 지원 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 자연계 물순환 건전화율은 아래의 수식 1에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 U-물순환 통합 의사결정 지원 방법.
    (수식 1)
    Figure pat00009
  8. (a) 고도 정수처리시설에서의 정수처리량, 광역중수도 네트워크에서의 도시용수 유입량, 생태호수/하천 고도처리시설에서의 하천 유입량, 중수고도 처리시설에서의 지하수 유입량, 생태호수/하천 유지량, 광역중수도 네트워크에서의 중수 공급량을 입력받는 단계;
    (b) 인공계 물순환 건전화율 계산 모듈이 상기 정수 처리량, 도시용수 유입량, 하천 유입량, 지하수 유입량을 유입원으로 하여 생태호수/하천 유지량 및 중수 공급량을 이용하여 인공계 물순환 건전화율을 계산하는 단계;
    (c) 시나리오별 건전화율 계산 모듈이 최적화 기법 중 하나인 동적 계획법으로 상기 (b) 단계에서 계산된 건전화율을 이용하여 물순환 최적화 운용 의사결정에 필요한 시나리오별 건전화율을 계산하고, 계산된 시나리오별 건전화율 중 어느 하나를 목표 건전화율로 설정하는 하는 단계; 및
    (d) 건전화 지수 계산 모듈이 도시 내 각 시설별 생산량 대비 비용을 이용하여 상기 목표 건전화율을 최소 비용으로 달성하기 위한 건전화 지수를 계산하는 단계를 포함하는 U-물순환 통합 의사결정 지원 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 인공계 물순환 건전화율은 아래의 수식 2에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 U-물순환 통합 의사결정 지원 방법.
    (수식 2)
    Figure pat00010
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