JP3543426B2 - 管路網管理方法およびシステム - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、水道管網やガス管網等のライフライン網の維持管理に係る。特に管路破断（破損）箇所を迅速に検知して、管路破損の迅速な復旧を支援する管路破断検知システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
水道やガス管は、日常生活を維持する上で必須となるライフラインとしての役割を担っており恒常的に機能する使命があり高度な信頼性が要求される。特に異常や災害の発生時には、被害を最小限に留め速やかに復旧する必要がある。なんらかの損傷が生じたときは、できるだけ早い時期に場所も含めてこれを検知し、損傷が大きくならないうちに対応処置をとらねばならない。特に埋設管については人間が目で監視することができないため、広範囲な供給地域を小さな作業区画に区切り、区画内への配水量と需要者の使用量の差から漏水量を求め、区画内の各管路ごとに漏水検査を行うという対策がとられている。漏水を検知する法としては、棒状音聴器により夜間に人間の聴覚を便りに探知したり、相関式漏水発見器のように２箇所以上で漏水音を捉え、その到達時間差より損傷位置の推定をするなど、そのほとんどが漏水音を捉える方法である。
【０００３】
夜間に管路一本一本を調査する作業を軽減する対策として、鈴木：「ロガーとパソコンを用いた音圧測定による漏水管路判別の一考察」第４５回全国水道研究発表会講演集pp.378-379(1994.5)（以下、「第１の従来技術」という）では、音圧測定を行い、漏水発生時の音圧分布の特徴をもとに、漏水発生の有無を診断するという方法を提案している。一方、漏水発生と同時に検知するという目的で、柳沢、森：「突発的な漏水による圧力波の伝播実験（Ｉ）」第４３回全国水道研究発表会講演集pp.434-436(1992.5)（以下、「第２の従来技術」という）では、管路破断時に発生する圧力波を捉えることにより、漏水発生検知と位置推定を行える可能性について記されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
現状の漏水検知は、漏水音を捉える方法が主流であり、検知作業はノイズの少ない夜間に行われるうえ、路面上を移動しながら全ての管に対して調査していくため作業量も多く、その効率化、自動化が望まれている。上述した第１の従来技術である音圧測定による方法では、作業効率の改善は期待できるものの、漏水音に基づく検知法であるため夜間に調査せざるを得ず、依然として管路一本一本について作業する必要は残っている。また、既に発生している漏水箇所を探す方法であり、早期発見という意味では十分とは言えない。言い換えると、第１の従来技術は、漏水の存在を前提としており、地震等の災害時における管路破断の検知を早急に行うとの観点に欠けている。上述した第２の従来技術である圧力波による検知方法では、配水制御に必要な圧力監視にくらべ遥にサンプリング間隔の短い計測が必要となる。従って、配水管網に適用する際には監視点数も多くを必要とするため、集中監視にすると情報量が増大し、コストの増大と監視効率の低下を招くことになる。適切な情報量でリアルタイムに漏水検知できることが望まれる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述の従来技術の問題点を解決するために本発明は、以下の構成を採用した。
【０００６】
配水管網等の管網（管路網）の管路上に複数の圧力センサを設置し、それぞれの圧力センサは、隣接する他の圧力センサと互いに協調して個々に漏水箇所を検知する。管理センタには、漏水監視装置を設置し、圧力センサから発信された推定結果とセンサが記憶しているデータの収集、および圧力センサによる推定に必要なパラメータの管理を行う。
【０００７】
それぞれの圧力センサは、計測した圧力の時系列データを一時的に保持するバッファと、漏水発生時の圧力の時系列データを記憶するウエーブメモリを有し、データ退避指令回路の指令によりバッファに保持しているデータと漏水発生時以降の計測データをウエーブメモリに記憶する。通信回路によって隣接センサのウエーブメモリの情報を取り入れ、プログラムとパラメータを記憶したメインメモリとプロセッサにより、漏水箇所と漏水量の推定を行う。ここでは、隣接センサとしたが隣接してなくともよい。例えば、注目している圧力センサと位置関係（その距離、間にある分岐点数など）が明確であればよい。
【０００８】
一方、漏水監視装置は、圧力センサの記憶している圧力データを収集する漏水情報収集装置と、圧力センサからの発信に応じて監視員に漏水発生を知らせる警報発生装置と、圧力センサによる推定に用いるパラメータの調整を行うパラメータ管理装置を有する。
【０００９】
地震発生時には、漏水発生が同時に多発するため、各センサが一斉に発信して輻輳状態に陥る危険性がある。このため、管理センタの漏水監視装置が、地震発生を検知して信号を発生する感震装置を有し、圧力センサが記憶しているデータと推定結果を順次収集する。
【００１０】
【作用】
流体を輸送する管路において破断等により漏水が発生すると、急激に圧力が低下し、負の圧力波が起きること現象が知られている。これを検知することにより、漏水発生とほぼ同時に発見することができ、２点以上で観測すればその２点間で発生した漏水については、漏水箇所と漏水量を推定することができる。広域的に広がる配水管網においてこれを実現するためには、管路上に多数のセンサを配置し、しかも集中的に圧力波の監視を行わなければならない。しかしながら、圧力波の検出を行うためには、通常配水コントロールのために行われている圧力計測よりも、遥に短いサンプリング周期で計測し、かつ設置センサ数も飛躍的に増やさなければならない。このような大量のデータを集中監視にすると、通信コストの増大だけでなく監視効率の低下を招き、目的を達することができない。
【００１１】
そこで、各センサが圧力波を検知すると同時に発生前後のデータをウエーブメモリに記憶し、通信回路によって隣接センサの検知した圧力波データも入手し、各センサの有するプロセッサが分散的に漏水箇所（破断箇所）と漏水量を推定し、まずは推定結果のみを漏水管理装置に送信する。これにより、全体の通信量は大幅に削減され、監視効率が上がる。
【００１２】
地震発生時には、漏水監視装置の感震装置が信号を発生し、圧力センサが記憶しているデータと推定結果を順次収集することにより、各センサが一斉に発信して輻輳状態に陥るのを防ぐ。
【００１３】
【実施例】
本発明を水道管網に適用した場合の実施例を図面に基づいて説明する。図１に全体システム構成図を示す。配水池２へ蓄えられている浄水は、ポンプ４で圧送されて配水管網８を通じて需要家へ届けられる。配水管網８は、通常地下に埋設されているため、損傷を検知するのが困難であり、多量の漏水が路面上に噴出する状態になってから、需要家の通報を受けて処置する例が多い。そこで本発明では、漏水発生直後（需要家の通報前）にこれを検知できるように、管網上に複数のセンサ１０（圧力センサ）を配置する。それぞれのセンサは、漏水発生時の急激な圧力低下により生じる圧力波を検知する。通常の圧力センサは、サービス圧確保のため管網の圧力分布を均一化することを目的としたバルブ９の集中制御を実現する際にも設置されることが多いが、このための圧力センサに、通常要求されるサンプリング間隔では、圧力波を検出するのには不十分であり、極めて短いサンプリング間隔での計測が必要となるが、これを集中監視にすると情報量の増大による監視効率の低下を招く危険性がある。また、破断の起きやすい地震発生時などでも十分な機能を発揮するためには、無線系の情報伝送が望ましいが、高速な伝送には限界がある。そこで、適切な情報量でかつリアルタイムに漏水検知できるように本発明では、センサ１０それぞれにインテリジェンスを持たせ、隣接するセンサと通信により情報交換を行うことにより、それぞれのセンサが分散的に漏水箇所及び漏水量の推定を行い、結果を管理センタへ無線あるいは衛星通信により発信することとする。
【００１４】
各センサ１０が検知した漏水箇所と漏水量は、管理センタ２０の通信装置３６を介して漏水監視装置２６へ入力される。漏水監視装置２６は、監視員３２に警報を発するとともに、検知情報を配水制御装置３７および図面管理装置２８へ送信する。配水制御装置３７は、通信装置３６を介して遠隔制御可能なバルブの設定値を送信する。図面管理装置２８は、地域情報ＤＢ２４より読み込んだ地図情報と受け取った漏水情報を重ね合わせ、表示装置３４へ出力する。地域情報ＤＢ２４は、地図情報として以下のものを記憶しておくと、より精密にかつ早く破断検知できる。例えば、各管路の破断しやすさ、センサによる検知のしやすさ、各バルブを閉じた際の需要者への影響の度合い（どのくらいの需要者に影響を及ぼすか）、各管路で漏水が起きた場合の需要者への影響、各管路の流量（流速）が挙げられる。監視員３２は、現場に赴いた作業員４０と連絡を取り合う。作業員４０は、携帯情報端末３８を所持し、監視員３２の誘導を受け、通信装置３６からは、図面情報を受信する。また、調査の結果得られた実際の漏水箇所や漏水量を監視員３２に報告するとともに、通信装置３６を介して漏水監視装置２６へも送信する。漏水監視装置２６では、センサ１０による推定結果と実際の調査により得られた結果を照合し、推定に用いられたパラメータの調整をする。このためセンサ１０の検知した圧力波のデータを通信装置３６を介して入手する。センサ１０は、圧力波を検知した時にそのデータを記憶できるようにしておく。漏水監視装置２６は、全てのセンサのパラメータ値を管理しており、推定結果と調査結果の照合によりパラメータ値を更新し、センサ１０へも、更新したパラメータ値を送る。
【００１５】
漏水監視装置２６は、地震を検知する機能を有し、一定震度を越えるとデータ保持指令の信号を通信装置３６を介して各センサ１０へ同報通信する。地震発生時には管路破断が同時多発するため、漏水監視装置２６は漏水箇所と漏水量から復旧箇所の優先順位付けを行い、優先順リストを表示装置３４へ出力する。監視員３２は、この優先順に従って作業員４０に指令する。
【００１６】
この優先順を決定するために、地域情報ＤＢ２４に記憶内容を用いる。つまり、漏水個所がどの程度需要家に影響をあたえるかにより優先度を決定する。多くの需要家に影響を与える箇所の優先順は高くする。
【００１７】
また、特定の重要な需要家に関連する箇所の優先順を高くしてもよい。さらに、漏水量から優先順を決定する際は、検知時刻での漏水量が多い箇所に優先順を高くする、復旧時までの漏水量を推定して、推定結果により優先順を付与してもよい。復旧時までの漏水量の推定は、検知した圧力の変化および記憶しておく流量（流速）を用いることにより行うことができる。
【００１８】
また、漏水個所および漏水量の一方のみを用いるのでなく、その両方のバランスをとって優先度を決定してもよい。例えば、漏水個所と漏水量のそれぞれについて、その度合いに応じてポイントをつけ、その合計ポイントで優先順を決定する。
【００１９】
以上復旧箇所の優先順の付与を地震発生時で説明したが、地震発生時以外でも複数箇所で漏水（管路破断）を検知した際に実行してもよい。
【００２０】
さらに、本発明では、漏水を検知してから自動的にバルブを閉じるなどして管路の流量を調節する。管路とバルブの対応を地域情報ＤＢ２４に記憶しておき、需要家への影響が少なくなるようバルブを閉じる。また、予めセンサとバルブを対応づけて記憶しておき、漏水を検知したセンサに応じて閉じるバルブを決定してもよい。
【００２１】
図２に、センサ１０の設置例を示す。検知の精度の面からはセンサの数は多いほどよい。そのためには、設置が容易で工事費が安価である方が望ましいが、管路網８は通常道路下に埋設されているため、センサ設置を行うためには多額の工事費用を要する。そこで、比較的安価に設置可能な一例として、消火栓ボックスと電柱を利用した設置例を示す。図のように、センサ１０を消火栓４６に取付ける。センタへの情報伝達を無線で行うため、アンテナ４２を電柱４４に取付け、電源もとる。さらに、災害時でも機能を発揮できるように、停電対策として無停電電源装置４８を接続しておく。
【００２２】
図３に示したセンサ１０の内部構成図を用いて各回路の動作を説明する。前述したように、センサ１０はそれ自身で、漏水箇所、漏水量の推定をするインテリジェンスを有しており、センサ部５０で計測したデータは、データ処理部５２で処理される。センサ部５０で計測した圧力値は、増幅回路６２を介して増幅され、Ａ／Ｄ変換回路６３によってデジタル信号に変換されてバッファ７２へ記憶される。バッファ７２は、一定期間の時系列データを記憶しており、新しいデータが入力されると最も古いデータが消去されて常に最新の時系列データを保持している。データ退避指令回路７０は、例えば一時刻前との圧力差が一定値以上になるあるいは急変により高周波の成分が計測値に含まれるといった圧力波検出をトリガーとしてバッファの記憶内容と検知時刻をウエーブメモリ７４に複写する信号を出す。さらに、それ以降一定期間は、計測データがウエーブメモリ７４に続けて書き込まれるように制御する。また、地震発生により、管理センタよりデータ保持の信号を受けた場合にも同様に信号を出し、ウエーブメモリ７４に書き込まれるように制御する。このようにして、ウエーブメモリ７４には圧力波あるいは地震を検知した時刻とその前後の一定期間の圧力時系列データが保存されることになる。これら一連の動作は、データ退避指令回路７０によりハード的に実現しても、メインメモリ６６上のソフトでソフト的に実現してもよい。プロセッサ６４は、ウエーブメモリ７４への記憶が完了すると、通信回路６０に指令して、隣接するセンサと通信する。メインメモリ６６には、隣接センサの番号が記憶されており、ここにリストされている全てのセンサと順次交信していく。通信相手が確定すると、相手センサもウエーブメモリにデータを保持したか否かを確認し、保持しているならばその内容を取り込み、自身のメインメモリに書き込む。また、自身のウエーブメモリに保持しているデータを相手センサへ送信する。プロセッサ６４は、２地点の圧力波データを比較することによって、漏水箇所と漏水量を推定し、再び通信回路６４に指令して、管理センタと通信し、推定結果を通知する。プロセッサ６４から各回路への指令およびデータのやり取りはバス６８を介して行われる。
【００２３】
また、全てのセンサ１０から管理センタへ送信しなくともよい例について説明する。各センサをいくつかグループに分ける。このグループは、複数のセンサから成り、その内の１つ（または複数）のセンサを代表センサとする。代表センサにグループ内の他のセンサで検知した情報を送信し、管理センタへは代表センサから情報を送信する。その際、グループ内の全てのセンサからの情報を全て送信するほか、代表センサでだぶっている情報を削除し、必要最小限の情報のみを送信してもよい。また、代表センサを用いるのでなく、各グループごとに専用の情報送信装置を設置してもよい。これらの構成により、管理センタへの情報が輻輳状態になることを防止できる。
【００２４】
図４は、バッファ７２へのデータの記憶を示したものである。Ｐ（ｔ）は時刻ｔにおける圧力計測値を表す。図は、時刻ｔにおけるバッファ７２の記憶状態である。バッファはｎ時刻分のデータを保持できるようになっており、Ｐ（ｔ−ｎ＋１）からＰ（ｔ）までが図のように記憶されている。次時刻ｔ＋１には、図のように最も過去のデータであるＰ（ｔ−ｎ+１）を記憶していた部分が、最新のデータＰ（ｔ＋１）に書き換えられる。このように、サイクリックに記憶領域を使用して常に最新ｎ時間分の圧力データを保持している。ｎの大きさは、検知できるに十分な大きさであるが、少なくとも圧力波が隣接センサに到達する時間差分の大きさは必要である。従って、設置センサの数が少なく、隣接センサとの間隔が長いほど大きくとる必要がある。ｎの大きさは、隣接するセンサとの距離に応じて定める。また、なんらの理由でｎが固定されたセンサしか用意できない場合は、ｎの大きさに応じて隣接するセンサの距離を決定する。
【００２５】
図５には、ウエーブメモリ７４へのデータの記憶方式を示す。ウエーブメモリ７４には、複数個の圧力波データを記憶可能であり、検知した事象数を最初に記憶している。以降は、検知した時刻と検知した圧力波を含む計測圧力の時系列データを１セットの圧力波データとして記憶している。既に述べた通り、圧力波が検知されると、最新ｎ時間分の圧力データがバッファからウエーブメモリに転送され、それ以降もしばらくは計測圧力データがウエーブメモリに記憶されていく。図５の例では、時刻ｔに圧力波が検知され、バッファに保持されていたｎ時間分の圧力データＰ（ｔ−ｎ＋１）からＰ（ｔ）までとそれ以降ｍ時間分の圧力データＰ（ｔ＋１）からＰ（ｔ＋ｍ）までが記憶されている。そして、別の時刻ｓに生じた圧力波データが記憶されている。このデータが記憶されるときには、先頭の検知事象数がインクリメントされる。これらウエーブメモリのデータは、破断修復後に詳細分析のために、管理センタからのポーリングを受けてデータを送信した後に消去される。
【００２６】
図６は、メインメモリ６６の概略メモリマップである。図のように、システム管理、通信管理、データ管理、破断検知処理の各プログラムを格納しており、残りは、パラメータ記憶領域および各プログラムの作業領域となっている。システム管理は、全体の処理フローを制御し、以下に述べる各プログラムに指令を出す。通信管理は、隣接センサおよび管理センタとのデータの送受を行う。隣接センサとは、ウエーブメモリに記憶された圧力波データの交換をする。パラメータ記憶領域にある隣接センサのリストに基づいて行う。また、隣接センサから受信した圧力波データは、作業領域に格納する。管理センタに対しては、検知内容の発信、センタからのポーリングに応じたウエーブメモリのデータの送信、センタでの解析結果である検知用パラメータの受信などを行う。データ管理は、計測圧力データのバッファやウエーブメモリへの記憶、転送を行う。また、圧力波の検知をデータ退避指令回路７０のようなハードで実現せずにソフトで行う場合は、検知プログラムを含み、検知を行う。破断検知処理は、２地点で検知された圧力波データを比較し、破断箇所、漏水量の推定を行う。以下に、詳細な処理を記す。
【００２７】
まず、２地点ＡおよびＢでの圧力波の到達時間差を、それぞれの地点での波形の相関係数を最大にする時間差とし、（数１）を満たすτMAXと定義する。
【００２８】
【数１】

【００２９】
ここで、φAB（τ）は、次式で与えるものとする。
【００３０】
【数２】

【００３１】
但し、ＰA、ＰBは、２地点でのそれぞれの圧力波データであり、ＰB（ｋ＋τ）が記憶されている区間外のデータとなる場合は、以下のように区間の端点の時刻で代用する。
【００３２】
（１）ｋ＋τ＜ｔ＋ｎ−１のとき
ＰB（ｋ＋τ）＝ＰB（ｔ＋ｎ−１）…（数３）
（２）ｋ＋τ＞ｔ＋ｍのとき
ＰB（ｋ＋τ）＝ＰB（ｔ＋ｍ）…（数４）
と見做す。
【００３３】
次に、ａを圧力波の伝播速度、ｌを２地点Ａ、Ｂ間の距離、ｌs、ｌeを漏水箇所から２地点Ａ、Ｂまで、それぞれの距離、としたとき、以下の（数５）を満たとき、圧力波はＡ、Ｂ間を同一方向に通過していることになるため、漏水箇所はＡ、Ｂ間にはないと判断できる。
ａ・τMAX＝ｌ…（数５）
また、以下の（数６）を満たすときは、漏水箇所はＡ、Ｂ間にあると判断し、（数７）および（数８）より、ｌs、ｌeを求め、漏水箇所を推定できる。
【００３４】
ａ・τMAX＜ｌ…（数６）
ａ・τMAX＝｜ｌs―ｌe｜…（数７）
ｌ＝ｌs＋ｌe…（数８）
さらに、漏水箇所での圧力波の大きさと漏水量には、以下の関係があることが知られている。
【００３５】
【数９】

【００３６】
ここで、Δｐは、漏水箇所での圧力波の大きさ、Ｑは、漏水量、γは、流体の比重、ｇは、重力加速度、Ｓは、管路断面積である。また、圧力波の伝播距離と減衰には、以下の関係があることが知られている。
Δｐ’＝Δｐ・ｅｘｐ（―ｋＬ）…（数１０）
ここで、Δｐ’は、計測地点での圧力波の大きさ、ｋは、距離減衰係数、Ｌは、漏水箇所から計測地点までの距離である。従って、（数９）、（数１０）より、漏水量の推定を行うことができる。ただし、伝播速度ａ、距離減衰係数ｋは、管路の状態により異なり、一種のパラメータと考えられる。破断発生後の復旧時における調査結果と計測された圧力波による推定結果との比較を管理センタで行い、チューニングした結果が送信され、それぞれのセンサのもつメインメモリに記憶されているパラメータが更新される。
【００３７】
図７は、各センサの圧力波検知時の動作フローを示したものである。例えば一時刻前との圧力差が一定値以上になるあるいは急変により高周波の成分が計測値に含まれるといった基準に基づいて圧力波発生を検知する（１００）。検知は、データ退避指令回路を設けてハード的に実現しても、メインメモリ上のソフトでソフト的に実現してもよい。データ退避指令回路あるいはプロセッサから出される信号をトリガーとして、バッファの記憶内容と検知時刻をウエーブメモリに転送する（１０２）。さらに、それ以降一定期間は、計測データがウエーブメモリに続けて書き込まれるように制御する（１０４）。また、地震発生により、管理センタよりデータ保持の信号を受けた場合にも以上一連の動作は同様である。ウエーブメモリへの記憶が完了すると、通信管理のプログラムが、メインメモリに記憶されている隣接センサの番号リストに基づいて隣接センサと順次交信していく。通信相手が確定すると（１０８）、相手センサもウエーブメモリにデータを保持したか否かを確認し（１１０）、保持しているならばその内容を取り込み、自身のメインメモリに書き込む。また、自身のウエーブメモリに保持しているデータを相手センサへ送信して（１１２）、隣接センサとの通信を終了し（１１４）、２地点の圧力波データを比較することによって、漏水箇所と漏水量を推定する（１１６）。隣接センサが圧力波を検知していない場合は、即時通信を終了する（１１５）。全ての隣接センサと通信を完了したら（１０６）、管理センタと通信し（１１８）、推定結果を送信し（１２０）、通信を終了する（１２２）。また、通信終了後推定結果を地域情報ＤＢ２４を記憶しておく。このこと何度か行うことにより、漏水（破断）し易い箇所がわかる。したがって、再度地震があった場合など、このデータに応じて対処できる。例えば、破断しやすい箇所のデータを他より詳細に集めることが挙げられる。また、通常時もまた、他より詳細にデータを収集してもよい。何度も破断する箇所は地盤が弱いとも考えられるので、強化工事することも考えられる。
【００３８】
図８は、圧力センサを設置した管網の一部分を示している。ｅ１〜ｅ１５は管路、ｖ１〜ｖ９は節点を表す。これらのうち、ｖ１、ｖ３、ｖ４、ｖ５、ｖ８、ｖ９は圧力センサを設置している点とする。以下に、これら各センサによる協調動作を説明する。今、管路ｅ２上で破断が発生したとする。圧力波は、図の矢印のようにｖ１―ｅ１、ｖ２―ｅ５―ｖ３―ｅ６―ｖ４、ｖ２―ｅ７―ｖ５と伝わっていく。ｖ１のセンサは、圧力波を検知し、隣接センサであるｖ３とｖ５のセンサとそれぞれ通信する。ｖ１とｖ３で検知された圧力波を比較することにより、ｖ１のセンサは破断がｅ２―ｖ２―ｅ５の経路上で起きたと認識し、到達時間差よりｅ２上に破断が起きたことを検知する。同様に、ｖ５のセンサとも通信することにより、ｅ２―ｖ２―ｅ７の経路上で起きたと認識し、到達時間差よりｅ２上に破断が起きたことを検知する。ｖ１のセンサは、それぞれの推定結果を管理センタへ送信する。一方、ｖ３のセンサでは、隣接センサであるｖ１、ｖ４、ｖ５のセンサと通信することになる。ｖ１と通信した結果からは、上記と同様ｅ２上に破断が起きたことを検知できる。ｖ４と通信した結果では、到達時間差が、ｖ３―ｅ６―ｖ４と圧力波が通過するのに要する時間と等しくなるため、この経路上には破断箇所はないと認識する。ところが、ｖ５と通信した結果では、ｅ５―ｖ２―ｅ７の経路上に破断が起きたと認識するため、誤った破断箇所を推定することになる。同様に、ｖ５のセンサも、ｖ１と通信した結果では、正しく認識するが、ｖ３と通信した結果からは、誤った破断箇所を推定することになる。この例からわかるように、ｖ３―ｖ４間のように、途中に分岐点が存在しない場合には、確実に破断箇所を推定できるが、ｖ２のようなセンサを設置しない分岐点が存在する場合には、破断箇所との自身との間に、分岐点を含まないセンサ（この例ではｖ１のセンサ）のみが、どの隣接センサとの通信結果からも一致した推定結果を出すことになる。さらに、ｅ１１のようにセンサを設置しない分岐点で挟まれた管路上で破断が発生した場合、ｖ４、ｖ５、ｖ８、ｖ９いずれも１つずつ誤った推定結果を含むことになる。ｅ８で起きたときには、ｖ４のセンサのみがどの隣接センサと通信した結果からも一致した推定結果を出す。同様に、ｅ１０のときは、ｖ５のセンサ、ｅ１２のときはｖ８、ｅ１４のときはｖ９のみが、どの隣接センサと通信した結果からも一致した推定結果を出す。よって、どのセンサも一致した推定結果を出さない場合は、ｅ１１で起きたと推定できる。このように、分岐点を含まないセンサが存在するとき、それぞれのセンサだけでは誤った推定結果を含む場合もあるが、管理センタで各センサからの推定結果と管網の接続状態から破断箇所を特定できることになる。分岐点には、必ずセンサを設置すればより確実に破断箇所の推定を行うことができる。また、センサ設置箇所は同一管路上の複数箇所においても、設置数が多いほど検知の精度は向上する。
【００３９】
図９に、管理センタに設置される漏水監視装置２６の内部構成図を示す。センサ１０によって検知された漏水箇所と漏水量の情報は通信装置３６を介して漏水監視装置２６へ送信される。漏水情報は、入出力装置８０を介して、漏水情報収集装置８２へ集められる。漏水情報収集装置８２は、図面管理装置２８から管路接続情報を入手し、各センサ１０の推定結果を集約して最終的な漏水箇所、漏水量の判定をし、警報発生装置８８へ指令を発すると共に、図面管理装置２８へ情報を転送する。また、検知情報を発したセンサを通信装置３６を介して順にポーリングして圧力波の計測情報を収集する。さらに、現場に赴いた作業員４０から送信される、調査の結果得られた実際の漏水箇所や漏水量を、通信装置３６を介して収集する。漏水情報収集装置８２は、これら収集された情報を漏水情報ＤＢ２２に格納し、必要に応じて被害分析装置８４や、パラメータ管理装置９０に送る。被害分析装置８４は、破断の状態から操作すべきバルブを割り出し、漏水情報とともに配水制御装置３７および図面管理装置２８へ送信する。配水制御装置３７は、通信装置３６を介して遠隔制御可能なバルブの設定値を送信する。パラメータ管理装置９０は、すべてのセンサのパラメータ値を管理しており、センサによって推定された結果と調査して得られた結果や、漏水情報ＤＢ２２に蓄積されている過去の結果を参照し、推定に用いられたパラメータのチューニングをする。更新されたパラメータ値はセンサ１０へ送信する。
【００４０】
感震装置８６は、一定震度を越えると漏水情報収集装置８２へおよび警報発生装置８８へ信号を送る。漏水情報収集装置８２は、データ保持の指令信号を通信装置３６を介して各センサ１０へ同報通信する。地震発生時は、破断が同時多発し、多数の圧力波が発生し、検知も困難になる恐れがある。各センサによる局所的な判定のみでは、限界がある可能性もあり、全センサに圧力検知の有無によらず地震発生時のデータを保持させておき、事後の詳細な解析に利用できるようにする。また、上述した通り、地域情報ＤＢ２４に地震の際の情報を記憶しておいたならば、その情報に基づき漏水（破断）し易い箇所のみに対応するセンサのみでデータの保持を行ってもよい。漏水情報収集装置８２は、全センサ１０をポーリングして順次圧力波データを入手する。以下は、地震以外のケースと同様に、現場に赴いた作業員４０から送信される、調査の結果得られた実際の漏水箇所や漏水量を、通信装置３６を介して収集し、収集された情報を漏水情報ＤＢ２２に格納し、必要に応じて被害分析装置８４や、パラメータ管理装置９０に送る。地震発生時は、破断の同時多発により復旧作業指示も困難を極めるため、被害状況分析装置８４は、多数の破断箇所に対して、漏水量および破断箇所に基づいた優先順位付けを行い、優先順の一覧表を表示装置３４に出力する。
【００４１】
図１０に漏水監視装置２６の地震発生時の動作フローを示す。地震が発生すると（１３０）、これを感震装置が検知して警報を発報し（１３２）、監視員の注意を促す。同時に、通信装置を介して全センサへデータ退避指令を送信し（１３４）、各センサのウエーブメモリに計測圧力データが記憶されるようにする。各センサから送信される破断推定結果を収集し（１３６）、管網の接続状態を勘案して、破断（漏水）箇所および漏水量の最終判断をする（１３８）。破断（漏水）および箇所漏水量のうち少なくとも一方に基づいて復旧箇所を優先順にリストアップし（１４０）、推定結果を出力する（１４２）。
【００４２】
ここでは、管理センタに感震装置８６を備えているが、各センサ１０に感震装置を備えさせてもよい。そして、一定以上の震度を感じた感震装置を備えたセンサのみで検知を開始させてもよい。
【００４３】
さらに、上述した構成で、推定した情報を用いてバルブを自動的に閉じてもよい。地域情報ＤＢ２４に記憶内容を用いて、需要家に影響を与えないバルブを選択して、選択されたバルブを閉じる構成を採る。また、多数の管路に関係するバルブの優先順を高くしてもよい。また、推定した情報と地域情報ＤＢ２４に記憶内容から復旧作業の優先順を決定できる。また、あらかじめ作業員の配備箇所、人員を把握しておき、それと導き出した優先順の両方から復旧作業の計画を作成してもよい。
【００４４】
以上、水道の配水感網を例に挙げて発明の詳細を説明したが、本発明はガス管網の破断検知にも有効である。ただし、ガスのように圧縮性の流体は、圧力波がすぐ減衰してしまうためセンサ間隔を非常に狭くとる必要がありかつ検知が困難である。そこで、圧力波の代わりにガスが漏洩するときに発生する超音波即ちＡＥ（Acoustic Emission）を利用する。圧力センサの代わりにＡＥセンサを設置し、それぞれにインテリジェンスを持たせる。ＡＥ信号も、圧力波と同様に漏洩量と信号強度に比例関係があるため、全く同様の方法で漏洩箇所と漏洩量を推定することができる。センサの種類を変える以外は、上記に配水管網の例で示した方法と本質的に同じである。従って本発明は、流体を輸送する広域な管路網の破断検知に適応可能である。
【００４５】
【発明の効果】
漏洩発生と同時に検知することが可能なため、被害拡大を最小限に押さえることができ、地震などの自然災害に対しても、ライフラインの被害把握が円滑に行え、迅速な初期措置、円滑な復旧作業の実現に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】全体システム構成図である。
【図２】センサの設置例を示す図である。
【図３】漏水推定機能を持つ圧力センサの詳細構成図である。
【図４】センサ内のバッファへのデータの記憶方式を示す図である。
【図５】センサ内のウエーブメモリへのデータの記憶方式を示す図である。
【図６】センサ内のメインメモリの概略メモリマップである
【図７】センサの圧力波検知時の動作フローを示す図である。
【図８】センサを設置した管網の一部分を示す図である。
【図９】漏水監視装置の詳細構成図である。
【図１０】漏水監視装置の地震発生時の動作フローを示す図である。
【符号の説明】
２…配水池、４…配水ポンプ、８…配水管網、１０…センサ、３２…監視員、
３４…表示装置、３８…携帯情報端末、４０…作業員、４２…無線用アンテナ、
４４…電柱、４６…消火栓、４８…無停電電源装置、ｅ１〜ｅ１５…管路、
ｖ１、ｖ３、ｖ４、ｖ５、ｖ８、ｖ９…センサ付き管路節点、
ｖ２、ｖ６、ｖ７…センサ無し管路節点

Claims (11)

1. 管路が網状に設置された管路網を管理する管理センタにおいて該管理網で起こる破断を検知して該管路網を管理する管路網管理方法において、
   前記管路上に、前記管理センタとの通信手段を有し、管路を通る流体の圧力を検出する圧力センサを複数個配置し、
   該圧力センサが、前記流体の所定以上の圧力変化を検出した際に、予め定めた他の圧力センサの圧力変化に関する圧力情報を入手し、入手した圧力情報および自圧力センサで検出した圧力情報を用いて管路の破断箇所を推定し、該破断個所の推定結果を含む通信情報を前記通信手段から出力し、
   前記管理センタが前記通信情報を受け取って、前記破断個所の推定結果に基づく所定の管理処理を実行することを特徴とする管路網管理方法。
2. 前記管路網は前記流体の流速を制御する複数のバルブを有し、
   前記所定の管理処理として、検知された破断個所に対応するバルブで前記流体の流量を調整することを特徴とする請求項１の管路破断管理方法。
3. 前記圧力情報として圧力変化の時刻を検出し、
   検出された時刻と他の圧力センサで検出した圧力変化の時刻に基づいて破断箇所を推定することを特徴とする請求項１の管路網管理方法。
4. 前記他の圧力センサは、前記圧力センサに隣接する圧力センサであることを特徴とする請求項１の管路網管理方法。
5. 前記圧力センサに震度検出手段をもたせ、該震度検出手段が所定以上の震度を検出したのに応じて、前記所定以上の震度を検出した前記震度検出手段を有する圧力センサが、前記他の圧力センサの圧力変化に関する圧力情報を入手し、入手した圧力情報および自圧力センサで検出した圧力情報を用いて管路の破断箇所を推定し、該破断個所の推定結果を含む通信情報を前記通信手段から出力することを特徴とする請求項１の管路網管理方法。
6. 管路が網状に設置された管路網を管理する管理センタと、前記管路内を流れる流体の圧力を測定する複数の圧力センサを備えた管路破断検知システムにおいて
   前記圧力センサは、
   前記流体の所定以上の圧力変化を検出した際に、予め定めた他の圧力センサの圧力変化に関する圧力情報を入手する手段と、
   入手した圧力情報および自圧力センサで検出した圧力情報を用いて管路の破断箇所を推定する手段と、
   該破断個所の推定結果を含む通信情報を前記管理センタへ送信する手段とを備え、
   前記管理センタは、前記通信情報を受け取って、前記破断個所の推定結果に基づく所定の管理処理を実行する手段を備えたことを特徴とする管路網管理システム。
7. 前記圧力センサは、
   計測した圧力の時系列データを一時的に保持するバッファと、
   前記流体の圧力が所定量以上変化した際に、前記バッファに記憶された時系列データであって圧力が変化する前の圧力の時系列データ、および検出された前記圧力が変化した後の圧力の時系列データを圧力情報として記憶するウエーブメモリとを備え、
   前記推定手段は、前記ウエーブメモリに記憶された圧力情報と当該圧力センサに隣接する圧力センサのウエーブメモリに記憶された圧力情報とに基づいて前記管路の破断箇所を推定することを特徴とする請求項６の管路網管理システム。
8. 前記圧力センサは、震度を感知する震度感知手段が所定以上の震度を感知すると前記ウエーブメモリへ前記圧力情報の記憶を開始することを特徴とする請求項７の管路網管理システム。
9. 前記管理センタは、
   地震発生を検知して信号を発生する感震装置を備え、
   前記所定の管理処理を実行する手段は、前記感震装置からの信号に応じて前記圧力情報を前記圧力センサのウエーブメモリに記憶させることを特徴とする請求項６の管路網管理システム。
10. 前記管理センタはにおける管理処理は、監視員に管路網の異常状態を知らせる処理であることを特徴とする請求項６の管路網管理システム。
11. 前記圧力センサは、前記管路網の分岐点に配置することを特徴とする請求項６の管路網管理システム。

Images