본 연구는 지하시설물 중 상수도 부문을 대상으로 국제표준을 준용한 공간 데이터 모델의 논리적 모델을 제시한다. 이를 위하여 국내·외 관련 표준 및 선행연구, 기 구축된 지하시설물통합체계 및 지하공간통합지도에 대한 현황 검토를 수행한다. 이후 선행연구 고찰 및 현황 검토를 통해 도출된 문제점 및 이슈를 토대로 상수도 부문 지하시설물 데이터 모델의 개념적 설계 방향을 마련한다. 설계 방향에 따라 상수도 부문 지하시설물 용어 및 분류 체계 정의, 객체 간의 위상 관계 등을 정의하고, UML (Unified Modeling Language)다이어그램을 이용하여 국제표준으로 제정된 ISO, OGC 등의 준거 모델에 해당하는 표준들을 참조하여 국내 지하 공간 환경에 적합한 새로운 형태의 참조 모델을 마련한다. 다음으로 상수도 부문 지하 공간 데이터 모델의 개념적 설계를 위해서 상수도 분류 체계에 따라 지하시설물 구축에 필요한 모든 데이터에 작명 기준을 규정하고, 그 기준에 따라 표준 항목 명칭을 부여한다. 또한 UML 다이어그램을 활용하여 논리적 모델을 묘화 및 기술한다. 해당 결과물을 토대로 지하시설물 데이터와 관련된 정확도를 제고할 것으로 사료된다.
상수도 시설물은 노사 인프라를 구성하는 필수적인 요소이다. 이러한 상수도 지하시설물을 체계적이고 과학적으로 관리하기 위하여 상수도 GIS를 구축하였으며, 이러한 상수도 GIS 구축을 위해서는 지하에 매설된 상수도 시설물을 정확히 탐사하여 DB를 구축하여야 한다. 본 연구에서는 상수도 지하시설물에 대한 탐사율 재고방안을 모색하기 위하여 통계적인 자료를 동하여 탐사율 저하 원인을 분석하고, 서울시 상수도 GIS의 사례 조사를 통하여 탐사에 대한 표준화 방안을 제시하였다. 연구결과 상수도 지하시설물 측량 시 비금속 관로는 탐사 결과가 불확실하고 공공측량 성과심사를 받기가 어렵기 때문에 탐사를 하지 않고 있으며, 탐사에 대한 표준 작업규정이 없어 체계적인 탐사를 시행하지 못하고 있는 것으로 조사되었는데, 이 두 가지 요인이 탐사율 저하의 주요 원인으로 파악되었다. 본 연구를 통하여 상수도 지하시설물 탐사에 대한 업무 표준화 방안용 제시하였으므로 탐사 작업 시 체계적인 탐사가 가능하여 탐사율을 향상시킬 수 있을 것으로 판단되며, 탐사율 제고를 위한 정책 제안으로 비금속 관로에 대한 효과적인 성과심사 방안을 제시하고, 공공측량 작업규정을 보완할 탐사관련 사항을 체계적으로 기술하였다.
도시 인프라를 구성하는 필수적 요소인 상수도 시설물을 체계적이고 과학적으로 관리하고자 상수도 GIS를 구축하였으나 그 동안 구축된 상수도 지하시설물에 대한 위치정확도가 높지 않아 정확도 개선사업이 필요하게 되었다. 이에, 본 연구에서는 통계적인 자료를 통하여 탐사율 저하원인을 분석하고 서울시 상수도 GIS의 사례를 조사함으로써 탐사에 대한 표준화 방안과 함께 탐사율 제고를 위한 정책 제안사항을 제시하였다. 이로써, 체계적인 탐사를 통하여 탐사율을 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다.
최근 지방자치단체들은 u-City 사업구상을 통해 지능형 지하시설물 관리를 계획하고 있지만, 지하시설물의 지능화를 위해서는 막대한 재원이 소요되므로 단계적 접근이 필요하다. 따라서 본 연구의 목표는 센싱기술 개발의 우선순위가 높은 상수도 모니터링 항목을 도출하여 기술적 실현가능성과 경제적 파급효과가 높은 킬러어플리케이션을 발굴하는데 있다. 이를 위해 상수도 업무분석, 심층면담조사, 지자체 설문조사, 전문가의견조사 등을 통해 최종 모니터링 항목을 도출하였다. 분석 결과 유량계 유량, 상수관로 누수 균열, 상수관로 압력, 정수장 유량에 대한 모니터링 기술개발의 우선순위가 높게 나타났다. 이러한 연구결과는 상수도 시설물 관리의 실제적인 수요와 우선순위를 도출하고 평가하였다는데 의의가 있으며, 향후 지하시설물 지능화 관련 기술개발의 방향성 제시에 기여할 것이라 기대된다.
상수, 하수, 전기 그리고 가스 등의 시설물들은 우리 생활에 필요한 도시기반시설로서 대부분 지하에 매설되어 있어 지상시설물에 비해 효율적인 관리가 어렵다. 지하시설물 관리소홀로 발생하는 도시재난을 방지하고 도로굴착 중복공사에 따른 예산낭비와 교통체증을 감소시키기 위해서는 지하시설물에 대한 조사 탐사 및 데이터베이스 구축과 함께 지하시설물 데이터를 효율적으로 관리하기 위한 응용시스템 개발이 요구된다. 전주시는 국가지리정보체계 사업의 일환으로 1998년 12월부터 상수도 지하시설물 전산화 사업을 실시하여 시가화 구역 39.6$km^2$내 80 mm 이상의 상수관 물량 402.89 km 대한 조사/탐사 작업을 수행하였다. 또한 80mm 이하 537 km관에 대해서는 별도의 조사/탐사작업을 수행하지 않고 급수카드를 기초로 데이터베이스를 구축하였다. 또한 기존의 각 부서별 업무프로세스를 GIS 시스템을 활용할 수 있는 체계로 수정하였고 업무프로세스를 기반으로 상수도 지하시설물 관리시스템을 개발하였다. 개발된 상수도 지하시설물 관리시스템은 기본도관리, 상수도검수, 관로관리 및 관로조회, 공사관리, 운영관리 그리고 도면관리등의 하위시스템으로 구성되어 있다. 본 연구에서는 지하시설물 조사/탐사 과정 및 방법 그리고 조사/탐사 과정중 발생한 문제점을 도출하고 개발한 상수도 지하시설물 관리시스템을 구성하고 있는 각각의 서브시스템들의 기능들을 제시하였다.
위상배열초음파검사(PAUT)는 기존 초음파검사에서 획득할 수 있었던 A-scan의 결과와 달리, 관로 내부로 진입하지 않고도 부식에 의한 강관 손상 정도를 정량적인 시각적 데이터로 파악할 수 있는 검사 기술이다. 관내부 직접조사가 가능한 상수도 강관을 대상으로 직접조사와 PAUT를 비교한 결과, PAUT는 높은 정확도와 신뢰성을 보여주었다. 또한, 강관 내부의 부식검사에서는 PAUT를 적용함으로써 관체의 부식 면적, 부식 최대 깊이, 부식 위치를 넓은 범위에서 신뢰성 높은 검사 및 결과 도출이 가능하였다. 이러한 결과는 PAUT 기술이 강재 구조물의 다양한 부식 문제를 신속하게 파악하고 해결하는 데 기여할 수 있음을 의미한다. 따라서, 본 검사 기법은 상수도 관로의 강재 진단 및 점검에 있어 높은 신뢰성 및 효율성을 보여 주는 진단기법으로써 다양한 강재 시설물의 평가에 활용성이 클 것으로 판단된다. 이에 따라 PAUT는 상수도 시설물뿐만 아니라 다양한 시설물에서도 높은 활용 가능성을 가질 것으로 예상된다.
본 연구의 목적은 GSIS를 이용한 상수도시설물 데이터베이스 구축과 관리시스템의 개발에 있다. 상수도관의 변류시설을 효과적으로 구축하기 위해 GSIS 데이터모델인 라우트시스템과 이벤트 테이블을 활용하는 기법을 적용하였으며, 개발된 관리시스템을 실제로 적용하여 기존의 일반 상수도시설 관리방법과 업무효율성, 정보탐색비용, 데이터베이스 관리효율성 측면에서 비교 분석하였다. 또한, 개발한 상수도관리시스템과 다른 2개 지방자치단체의 시스템들을 기능, 처리속도, 및 운영의 편리성 측면에서 비교 고찰하였다. 업무모델의 일반화는 국내 3개 지방자치단체의 상수도시스템에 대한 자료를 기초로 하여 시도하였고 일반화된 업무모델은 광역상수도시스템의 업무모델로 보완한 다음 이를 다른 2개 지방자치단체의 상수도 업무모델과 비교 분석하였다. 향후 지방자치단체에서 GSIS에 의한 상수도시설물 관리 시스템을 구축할 경우, 본 연구에서 일반화 된 업무모델을 이용한다면 좀 더 효율적이고 경제적으로 구축할 수 있을 것이다.
4차 산업혁명의 도래로 사회기반시설물의 계획 및 운영관리에 있어 데이터 분석을 통한 가치추출에 대한 관심은 매우 높은 상황이다. 데이터의 가용성과 접근성, 정부 지원 등을 평가하는 공공데이터 개방지수에서 한국은 1점 만점에 0.93점을 획득하여 경제협력개발기구 회원국 중 1위(2019년 기준)를 할 정도로 매우 높은 수준(평균 0.60점)이다. 그러나 공식적으로 발표 및 배포되는 사회기반시설물 관련 정보와 심도 있는 연구 분석이 필요한 정보는 접근이 여전히 제한적이라 할 수 있다. 특히 대표적인 사회기반시설물인 상수도시스템은 대부분 국가중요시설로 지정되어 있어 다양한 정보를 획득하고 분석하는데 제약이 존재하며, 관련 국가통계인 상수도통계에서는 누수사고 등과 같은 비정상적 상황에 대한 사고지점, 원인 등과 같은 세부정보는 제공하고 있지 않다. 본 연구에서는 웹크롤링 및 빅데이터 분석기술을 활용하여 과거 일정기간 발생한 지자체의 상수도 누수사고 관련 뉴스를 전수조사하고 도출된 사고건수를 국가 공인 정보인 상수도통계자료와 비교·분석하였다. 독립적인 누수사고 기사를 추출하기 위해서 중복기사의 제거, 누수 관련 키워드 정립, 상수도분야 이외의 관련기사 제거 등의 절차가 필요하며, 이와 같은 기법은 R프로그래밍을 통해 구현되었다. 추가적으로 뉴스기사의 자연어 처리기반 정보추출기법을 통해 누수사고 건수 뿐만 아니라 사고발생일, 위치, 원인, 피해정도, 그리고 대상 관로의 크기 등을 획득하여 상수도 통계에서 제시하고 있는 정보보다 많은 가치를 추출하여 연계할 수 있는 방안을 제시하였다. 제시된 방법론을 국내 A광역시에 적용하여 누수사고 건수를 비교한 결과 상수도통계에서 제시하고 있는 누수발생건수와 유사한 규모의 사고건수를 뉴스기사분석을 통해 도출할 수 있었다. 제안된 방법론은 추가적인 정보의 추출이 가능하다는 점에서 향후 활용성이 높을 것으로 기대된다.
본 연구에서는 상수도시설물에 대해 손상단계를 기능수행과 붕괴방지로 나누고, 해외실측지진과 한반도형 인공지진에 대해 각각의 최대지반가속도에 따른 취약도 함수를 도출하였다. 손상단계 및 지반가속도를 이용하여 상수도시설물의 지진파에 따른 취약도 곡선을 도출하여 비교분석하였다. 해석결과, 도복장강관과 덕타일 주철관에 한반도형인공지진을 재하하는 경우, 해외실측지진을 재하하는 경우에 비하여 중앙값이 최소 0.1에서 최대 0.4까지 작아지는 것으로 나타났다. 본 연구에서 제안된 한반도형 인공지진을 이용한 지진취약도 곡선은 국내실정에 맞는 합리적인 내진 설계에 활용될 수 있을 것이다.
본 연구는 상수도시시설물관리 정보체계를 개발함에 있어서, 워크스테이션을 기반으로 하는 외국의 값비싼 소프트웨어를 사용하지 않고, 한국의 상수도업무특성에 적합하고 쉽게 사용할 수 있으며 개인용컴퓨터를 사용하는 소프트웨어를 직접 개발하기 위하여 수행되었다. 업무분석의 결과, 상수도정보체계는 경영정보체계, 송배수운용시스템, 관로관리시스템 등으로 구성되며, 현재 한국에서 업무자동화가 이뤄질 수 있는 부분은 관로관리시스템으로 판단하여, 대상업무로서 관로관리 및 누수관리를 위한 자료관리를 선정하였다. 이를 구현하기 위해 시스템을 독자적으로 설계, 개발하였으며, 객체지향프로그래밍기법을 이용 소프트웨어를 개발하였다. 본 연구에서 개발된 상수도시설물관리정보체계를 시험하기 위하여, 강남구 논현동 사례지역에 적용한 결과, 실용적으로 사용할 수 있으며, 업무능률향상에 효과가 있다고 판단되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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