수위조절조
프로젝트 개요
기술개발 과제
침수피해 저감을 위한 우수관로의 계측센서 활용방안
과제 팀명
수위조절조
지도교수
문영일 교수님
개발기간
2020년 6월 ~ 2020년 12월 (총 6개월)
구성원 소개
서울시립대학교 토목공학과 2015860041 최연규(팀장)
서울시립대학교 토목공학과 2015860031 정경우
서울시립대학교 토목공학과 2015860035 정우석
서울시립대학교 토목공학과 2015860043 현우철
서울시립대학교 토목공학과 2017860031 임치훈
서론
개발 과제 요약
-침수피해 저감을 위한 우수관거의 계측센서 활용방안 (수위 상승에 따른 실시간 단계별 점등 시스템)
-4차산업혁명 시대에 부합한 하천 수위 정보의 수집과 전달의 효용성
-일상생활에서 누구나 수위의 정도를 파악할 수 있음
개발 과제의 배경
- 최근 기상이변에 따른 도시지역 집중호우의 증가로 인한 서울, 부산, 인천 등 대도시의 도시내수침수로 인한 피해가 급증하고 있다. 이러한 도시내수침수는 주로 초단기 집중호우로 인한 피해가 발생하고 있어, 이에 대한 침수현상을 분석하고 모니터링 하는데 매우 어려운 실정이다.
- 도시내수침수의 원인은 다음과 같이 다양하고 복잡하다. 첫째, 계획 강우를 초과하는 집중호우가 지속적으로 발생하고 국지성 집중호우 양상이 증가하는 등 기후 변화에 따른 강우패턴이 변화하였다. 둘째, 도시개발로 인한 불투수율(면적)의 증가로 지표유출수의 첨두유출시간이 감소하여 단기간 집중유출이 증대됨으로써 내수침수 요인이 증가하였다. 셋째, 기존 우수관거의 통수능 부족과 하수관거의 정비가 미흡하였다. 넷째, 수질관리 중심의 하수도 정책으로 우수관리가 미흡하기 때문이다.
- 도시지역에서 침수피해 저감을 위해 배수 펌프장 및 우수관 개선, 방수문 설치 등 대책을 수립하고 있으나 이와 같은 구조적인 대책만으로는 부족하며, 침수 예·경보, 대피 등 비구조적인 대책이 함께 이루어져야 한다.
- 도시내수침수 감지에 있어 긴급 상황 및 침수 예상지역에 대한 모니터링 기법이나 기준은 미흡한 실정이다. 또한 도시내수침수 현상 및 원인 분석을 위한 수치모형을 현실에 적용하기에는 노후화된 우수관망과 초단기 강우패턴 적용에 대해 정확한 해석결과 도출이 어려움이 있다. 따라서 도시내수침수 감지 모니터링 요구에 신속 대응할 수 있는 센서기반 모니터링 시스템 구축이 필요하다.
관련 기술의 현황
관련 기술의 현황 및 분석(State of art)
- 전 세계적인 기술현황
내용
- 특허조사 및 특허 전략 분석
내용
- 기술 로드맵
내용
시장상황에 대한 분석
- 경쟁제품 조사 비교
내용
- 마케팅 전략 제시
내용
개발과제의 기대효과
기술적 기대효과
- 자동제어시스템의 정상가동 여부를 담당자(시군구 소속의 담당 공무원)에게 전달함으로서 재난 발생 시 신속한 대응체계를 구축가능
- 4차산업혁명 시대에 부합한 하천 수위 정보의 수집과 전달은 물론, 계측 정보의 저장, 가공 및 분석을 통하여 재난발생을 예측하는 빅데이터 기술 체계를 재난관리에 접목한 스마트 하천관 리를 완성
- 수문관리 착오로 인한 인명과 재산 피해를 최소화하는 등 재난 안전 서비스 제고를 위한 수문관리 성능을 개선
- 이를 기반으로 향후 강우에 따른 우수관(빗물받이) 수위 및 지표 침수심의 변화 양상을 분석하여 관계를 도출해 낸다면 예측 강우를 활용하여 침수가 어떻게 발생하게 될지 예측할 수 있을 것으로 기대됨
- 지속적인 계측센서 운영을 통해 다년간 많은 자료가 누적되어 딥러닝, 머신러닝과 같은 빅데이터 기술을 이용한 강우-도시침수 예측 정보를 제공할 수 있을 것으로 기대
경제적, 사회적 기대 및 파급효과
- 수문 내외 수위의 높고 낮음을 자동 감지하여 수문이 자동으로 개폐되므로 안전성 확보
- 해당 정보를 관리 담당자에게 경보함으로써 관리자가 사전에 재난 발생가능성을 인지함으로써 신속한 재난대응을 가능케 함
- 담당 공무원의 업무부담을 경감하여 성과 극대화를 위한 행정혁신과 지식경영 체계를 강화함
- 강우에 따른 침수심 공간적 분포의 데이터베이스화로 침수 예측 및 예보 산업의 기반을 조성 가능
- 향후, 지역별 도시침수 경보기준이 구축되고 정확도가 개선될 경우 지자체의 도시침수 대응능력 향상에 기여할 수 있을 것으로 기대
- 대응 체계에 대한 일관성 확보로 인한 측면에서 산업적으로 비용의 절감 기대
- 도시 내수침수에 취약한 지하공간의 대응시스템에 기초자료를 제공 가능
- 도시 지역 내 강우 및 침수 예측 모델의 검증에 이용될 수 있는 계측기 산업에 대한 활성화
기술개발 일정 및 추진체계
개발 일정
내용
구성원 및 추진체계
내용
설계
설계사양
제품의 요구사항
내용
설계 사양
내용
개념설계안
내용
이론적 계산 및 시뮬레이션
내용
상세설계 내용
내용
결과 및 평가
완료 작품의 소개
프로토타입 사진 혹은 작동 장면
내용
포스터
내용
관련사업비 내역서
내용
완료작품의 평가
내용
향후계획
내용 ◇ 기대효과 1. 수위의 변동에 따라 다른 색상의 점등을 통해 누구나 수위를 예측할 수 있음 2. 보행자 및 운전자의 시야에 들어오기에 충분함 (1,2) → 기존의 예보 및 경보에 의존할 수 밖에 없는 시스템 극복
3. 태양광 패널을 이용하여 전력을 생산함으로써 실시간 점등에 필요한 전력을 공급 4. 기존의 CCTV나 가로등에서 전력을 끌어오는 것을 극복 가능 (3,4) → 경제성 향상
5. 수위 센서를 활용하여 실시간으로 수위 정보를 제공함으로써 CCTV 정보에 의존하는 공무원의 근로여건 향상
◇ 개선사항 1. 본 과업에서는 접촉식 수위센서를 사용 하였음. 접촉식 수위센서는 습기에 민감하여 보다 정확한 데이터를 얻는데 어려움이 있음 2. 접촉식 수위센서는 물에 접촉할 수 있는 부위의 수위만 측정할 수 있음 (1,2) → 현재 도입중인 비접촉식 수위센서를 사용하면 보다 정확한 데이터 수집 가능
3. 태양광 패널 설치로 초기비용 우려 4. 비접촉식 수위센서의 도입으로 초기비용 우려 (3,4) → 향후 에너지 효율이 좋은 태양광 등 신재생 에너지를 이용하고 비접촉식 수위센서의 도입을 통해, 접촉식 수위센서의 사용으로 발생하는 빈번한 유지관리를 방지하여 장기적인 경제성 향상 기대 가능
특허 출원 내용
내용
