[신기술] ETRI, 상수관망 운영·유지관리 효율성 위한 디지털 관제시스템 개발

AI 기반 누수탐지와 수질관리로 수돗물 공급 안정성 향상

대구 실증 진행 중, 미국 기술 능가하는 국내 기술로 세계 최고 수준 도약 목표

ETRI 연구진이 개발한 디지털트윈 기반 상수관망 관제시스템 관련 논의하는 모습.

국내 연구진이 상수도 관망(管網)관리 분야에서 기술혁신을 선도할 수 있는 기술개발에 성공했다. 향후 상수도 관리의 효율성 증대에 큰 역할을 할 것으로 기대된다. 한국전자통신연구원(ETRI)은 다양한 데이터를 수집, 종합적으로 분석해 상수관망에서 발생할 수 있는 이상상황을 탐지하고, 상수관망의 동작 상태를 시뮬레이션하고 예측할 수 있는 ‘디지털트윈 기반 상수관망 관제시스템’을 개발했다고 밝혔다. 연구진은 개발된 시스템을 상수도 산업현장에 보급할 경우, 관망의 운영·유지관리 효율과 수돗물의 공급안정성을 획기적으로 향상시킬 수 있을 것으로 기대했다.

관제시스템에 탑재된 핵심 요소기술은 크게 두 가지로 구분된다. 첫 번째는 센서데이터 분석 기반 실시간 모니터링 기술이다. 이 기술은 상수관망의 옥내·외 누수탐지, 누수 의심구역 식별, 수질 이상상황 탐지, 수충격 인식 및 위치추정 등을 수행할 수 있다. 두 번째는 시뮬레이션·예측 기술로, 상수관망의 유량·압력·잔류염소 모의, 수질사고 모의, 누수관로 고립을 위한 제어밸브 추천, 관로 노후도 평가, 주간 물 수요 예측 등을 수행할 수 있다.

기존 상수관망 관리 시스템은 지리·공간 정보, 환경 데이터, 관로 속성, 압력, 유량, 수질, 진동, 원격검침 등 모니터링 및 모의·예측에 필요한 다양한 데이터를 분산된 방식으로 관리해 왔다. 하지만, ETRI가 개발한 본 시스템은 이를 통합해서 한 눈에 볼 수 있도록 관리할 수 있다.

이 시스템에 구현된 데이터 기반 인공지능(AI)모델은 통신오류나 센서 오작동 등으로 인해 생길 수 있는 이상데이터에 강인하게 동작할 수 있도록 설계되어 있다. 아울러, 최신 데이터 특성을 반영하기 위해 주기적으로 업데이트된다.

디지털 상수관망 관제시스템 화면

본 시스템에서 누수관리를 위해 진동데이터 분석 기반 옥외관로 누수탐지기술, 누수관로 고립을 위한 제어밸브 추천기술, 원격검침기 데이터 분석 기반 옥내누수 의심수용가 판별기술, 누수 의심구역 식별기술 등과 같은 다양한 누수관리 기술들이 탑재되어 있다. 개발된 시스템은 누수, 수질이상, 수충격 등의 여러 가지 이상상황을 통합해 모니터링할 수 있다. 이로써 상호 관련된 이상상황의 탐지정확도를 높일 수 있다.

연구진이 본 시스템에 탑재한 모의기능은 유량·압력·잔류염소 값의 분포를 직관적으로 시각화했다. 이 기능은 관리자가 신규계측기 설치위치를 선정하거나 물의 흐름이 정체된 구역을 확인할 수 있도록 도움을 준다. 아울러, 특정구역에 대규모 수용가가 증설될 때 유량과 압력이 어떻게 변화하는지를 모의할 수 있는 기능을 개발했다. 관 내부의 수돗물 일부를 외부로 배출할 때 잔류염소 값이 어떻게 변화하는지도 모의할 수 있게 되었다.

연구진은 기존 미국의 EPANET(Environmental Protection Agency Network) 시뮬레이터에서 제공할 수 없었던 기능들을 EPANET 기반으로 새롭게 구현했다고 설명했다. 이러한 추가 기능들은 상수관망의 다양한 상황을 모의할 수 있도록 하여, 관리자가 상수관망을 효과적으로 운영하고 유지관리하는 데 필요한 실질적이고 유용한 정보를 제공한다.

현재 대구광역시 상수도사업본부 관할 1개 중구역에 개발된 시스템의 현장실증을 성공적으로 수행하고 있다. 현장적용성, 확장성 및 신뢰성을 높이기 위한 시스템 고도화 작업을 진행하고 있다. ETRI 연구진들은 지난해 ‘2024 워터코리아’, 미국 ‘ACE24’, 대구 ‘FIX 2024’, ‘2024 대한민국국제물주간’ 등 국내외 물산업 관련 전시회에 참가해 전문가들로부터 큰 호응을 얻었다.

본 시스템은 상수관망의 상태를 실시간으로 통합 모니터링해 관망의 안전성·효율성을 극대화하고 수돗물의 품질을 높여 수도 서비스의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한 상수관망의 거동을 종합적으로 모의·예측하여 정확한 의사결정을 지원하고 불필요한 운영·유지관리 비용을 절감할 수 있을 것으로 기대된다.

백동현 대구광역시 상수도사업본부 본부장은 “대구 물클러스터 입주기업에서 개발중인 통합상수관망관리 시스템이 가상 현실이 아니라, 현장에서 실용적이고 고도화될 수 있도록 테스트베드 및 데이터 공유 등 적극적인 지원을 하겠다”라고 밝혔다.

변우진 ETRI 대경권연구본부 본부장은 “본 시스템에는 상수관망의 누수탐지 등 디지털 핵심기술이 탑재되어 있다. 향후에는 개발된 시스템을 고도화하고 국내 상수도 관망관리 기술을 세계 최고 수준으로 높이는 데 기여할 생각이다”라고 말했다. 

향후 연구진은 본 성과를 바탕으로 전국 광역자치단체로 실증 구역을 확산하여 기술 고도화에 나설 계획이다. 본 성과는 과학기술정보통신부에서 지원하는 DGIST 일반사업의 결과물이다.