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불확실성을 고려한 상수관망 누수탐지 모형 개발 및 적용
유도근,윤정수,이호민,강두선,김중훈,Yoo. Do Guen,Yoon. Jung Soo,Lee. Ho Min,Kang. Doosun,Kim. Joong Hoon 한국방재학회 2014 한국방재학회논문집 Vol.14 No.3
상수관망 시스템에서의 누수관리는 효율적이고 안정적인 물공급 측면에서 상당히 중요하다. 본 연구에서는 기존 누수탐지 모델의 문제점을 보완하여, 절점의 수요량과 관 마찰계수의 불확실성 분석을 포함하는 수리해석 시뮬레이션을 통해 개선된 누수탐지모형을 개발하였다. 상수도 관망해석 프로그램인 EPANET2의 에미터 (Emitter) 기능을 활용한 모형을 구축하였으며, 상수관망의 수리해석 시 불확실성이 큰 매개변수인 수요량과 관 마찰계수의 불확실성 분석을 통해 보다 합리적인 누수탐지를 기법을 제안하였다. 개발된 방법을 검 보정이 완료된 국내 실제 소블럭 관망에 적용하였으며, 불확실성을 고려한 경우와 그렇지 않은 경우를 구분하여 그 결과를 서로 비교하였다. 적용 결과, 현장의 누수탐지를 실시하기 전 전처리 과정으로 본 연구에서 제안된 누수탐지모형을 적용하고 그 결과로 도출된 누수의심 지점을 바탕으로 탐지를 실행할 경우 경제적, 시간적으로 많은 효율을 보일 수 있을 것으로 판단된다. 또한 제안된 방법은 누수지점 탐지를 위한 방법론 뿐 만 아니라, 효율적인 누수탐지를 위한 관측 자료의 수 및 관측 지점의 선택에 관한 연구에 활용될 수 있을 것으로 판단된다. The leakage management of water distribution networks is one of the significant work for supply water with efficiency and stability. This study suggests the improved leakage detection model, which includes hydraulic analysis simulator considering the uncertainties of nodal demand and pipe roughness coefficient. The nodal demand and pipe roughness coefficient are important element that contains a high degree of uncertainty when modeling networks. Here, the Emitter function of EPANET2 is used to simulate the leakage in water distribution networks. The developed model is applied to the P city network in Korea which is calibrated, and the results show the proposed model is superior to other reported models. The suggested model is proved to be efficient in detecting the location of the leakage and it can supports to leakage detection operations in real fields. Furthermore, the model also can be used to estimate the position and the number of monitoring points.
제약조건 처리기법에 따른 하모니써치 알고리즘의 효율성 평가
유도근(Yoo, Do Geun),이호민(Lee, Ho Min),이의훈(Lee, Eui Hoon),김중훈(Kim, Joong-Hoon) 한국산학기술학회 2015 한국산학기술학회논문지 Vol.16 No.7
제약조건이 있는 공학 최적화 문제에서 보다 좋은 결과를 얻기 위해서는 효율적인 제약조건 처리기법의 적용은 필수 적이다. 본 연구에서는 네 가지의 제약조건 처리기법을 적용하여 메타휴리스틱 최적화 기법으로 널리 사용되고 있는 Harmony Search 알고리즘의 최적화 효율성을 평가하였다. 평가를 위해 대표적인 이산형 최적화 문제 중 하나인 상수관로 최소비용설계 문제를 적용하였다. 적용결과 전통적인 제약조건 처리방법으로 사용되던 벌칙함수에 비해 제안된 제약조건 처리기법의 결과가 효율적임을 확인하였다. 특히, ε-Constrained Method의 경우 기존방법에 비하여 효율적이고 안정적인 결 과를 도출하였다. 제안된 방법은 새로운 최적화 알고리즘의 개발 필요 없이 HS의 성능을 증가시킬 수 있다는 점에서 의의가 있다고 판단된다. 또한 400개 이상의 결정변수를 가지는 대규모 문제의 적용을 통하여, 제안된 방법이 대규모 공학 최적화 문제에서도 활용이 가능함을 확인하였다. The application of efficient constraint handling technique is fundamental method to find better solutions in engineering optimization problems with constraints. In this research four of constraint handling techniques are used with a meta-heuristic optimization method, harmony search algorithm, and the efficiency of algorithm is evaluated. The sample problem for evaluation of effectiveness is one of the typical discrete problems, optimal pipe size design problem of water distribution system. The result shows the suggested constraint handling technique derives better solutions than classical constraint handling technique with penalty function. Especially, the case of ε-constrained method derives solutions with efficiency and stability. This technique is meaningful method for improvement of harmony search algorithm without the need for development of new algorithm. In addition, the applicability of suggested method for large scale engineering optimization problems is verified with application of constraint handling technique to big size problem has over 400 of decision variables.
상수관망 공급능 향상을 위한 제수밸브의 차폐구역을 고려한 다목적 최적설계
유도근(Yoo Do Guen),김경필(Kim Kyoung Pil),박무종(Park Moo Jong),주진걸(Joo Jin Gul) 한국방재학회 2017 한국방재학회논문집 Vol.17 No.2
상수관망 시스템은 충분한 양의 용수를 적절한 수질과 수압으로 안정적으로 소비자에게 공급해야한다. 이를 만족하기 위해서는, 관로 사고 등과 같은 비정상상황에서도 신뢰도 인자 중 하나인 공급성을 충분히 발휘하기 위한 설계가 필요하다. 본 연구에서는 용수공급 안정화를 위한 연계관로 설계문제를 대상으로 관로 공사비를 최소화하는 동시에 관로 사고시에도 공급능이 최대화 될 수 있는 다목적 최적설계 모형을 개발하였다. 이를 위하여 공급능을 정량적으로 산정할 수 있는 신뢰도 인자중 하나인 부족량 기대치를 활용하였으며, 개별 관로의 파손을 해석할 시 실제 밸브 차단에 의해 발생되는 차폐구역인 세그먼트를 고려하여 보다 현실적인 결과를 도출하고자 하였다. 개발된 방법론을 두 개의 상수관망에 적용하여 그 결과를 분석하였다. 개발된 모형은 정상상황시의 최소수압 조건만을 고려하는 현재의 설계기법에 비하여, 비정상상황을 고려함에 따라 미래의 불확실성을 고려할 수 있다는 장점을 가지므로, 향후 다양한 설계인자의 도입시 기초방법론으로 고려할 수 있을 것으로 기대된다. The water supply system should provide a sufficient amount of water to the consumers with adequate water quality and pressure. In order to satisfy this requirement, it is necessary to design the hydraulic system to exhibit sufficient serviceability, which is one of the reliability, even in an abnormal situation such as a pipe accident. In this study, we developed a multi-objective optimal design model that minimizes pipeline construction cost and maximizes supply capacity in case of pipeline accident. To do this, we used the expected water shortage, which is one of the reliability factors that can quantitatively measure the supply serviceability. In analyzing process, segment and unintended isolation were considered to obtain more realistic results under abnormal conditions. The developed methodology was applied to two water networks and the results were analyzed. The developed model has the advantage of considering the uncertainty of the future in abnormal situation compared with the current design method considering only the minimum hydraulic pressure condition in normal situation.