JP4314038B2 - 流体搬送管網中の異常箇所を推定する方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は流体搬送管網中の破損箇所などを推定する方法、さらに詳しく言えば、上水道管網中の破損箇所の推定に好適に利用できる流体搬送管網中の破損箇所を特定する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水道管網に、代表されるライフライン中の異常現象の監視等に関連して数多くの提案が行なわれている。
特許文献１は、メモリカードを利用した水道管路監視方法及び装置の発明を、開示している。
特許文献２は、ライフライン上の具体的な故障位置を短時間の内に把握して、そのシステムの復旧時間の短縮を図ることを目的とするものである。故障等を検出する専用センサをライフラインに沿って数多く設けてデータを収拾している。
【特許文献１】
特許第３０８２９６５号
【特許文献２】
特開平９−４３０１０号
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
既設の広域に分布している水道管網において、任意の場所にセンサを配置し、任意の時点とか任意の間隔でデータを取得することは困難である。
水道管網における故障の検出は、本質的に流路抵抗の変化の検出であると考えられるから、流路抵抗の変化に起因する流量の変化を検出することにより可能となる。したがって、希望する位置に流量計（超音波式、水車式、ピトー管式、電磁式等の流量計）を設置できれば、故障の検出ができる。
しかしながら、既設の水道管網は多くの埋設部分を持ち、流量計の設置が容易でない場合が多い。
本発明は、以下の原理に基づいて、多数のセンサの配置が困難で、限られた個数のセンサしか配置できない場合でも、定期的にセンサ出力を監視することにより異常箇所を推定することができる方法を提供するものてある。
【０００４】
本発明の原理を地震の際の配水管路の破損を例にして説明する。地震により配水管路が破損し、漏水が発生すれば管路内の流量と水圧が変化する。したがって、給・配水管路網（以下管網という）内の有限（多数配置されることが好ましい）測定点で流量あるいは水圧あるいは両者を測定し、適切にデータ解析すれば破損箇所を推定できる。しかし、既存の管網内に多数の流量計を改めて設置することは、実際上困難である。一方、水圧は管網内の水の流れを支配する基本パラメータであるばかりでなく、管壁上に圧力計を設置することにより、比較的容易に多数の測定点で測定できる。管網内のある箇所で漏水が発生した場合、管網内の水圧分布が変化するが、変化量は漏水発生箇所近傍で大きく、遠方で小さいと考えられる。そこで、各測定点における大規模地震発生直後の水圧と直前の水圧の差をとり、管網図上にプロットし、変化の絶対値（水圧の低下量）が最大となる点を検出する。その点に関連して漏水発生箇所があると推定できる。
【０００５】
大規模地震によって、上水道管網は大きな被害を受けるとその復旧には１〜６か月を要する。復旧、ことに応急復旧対策を的確に進めていくためには、被災箇所を迅速・正確に推定して把握することが重要である。
被災箇所がどの地域にあるかという情報が得られれば、熟練職員を現地派遣し、より具体的な現状の把握、応急対策を行なうことができる。
本発明の目的は、水圧情報から管路の被災箇所を迅速に推定する技術、すなわち、緊急情報を提供することができる、流体搬送管網中の異常箇所を推定する方法を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、流体搬送管網中の異常箇所を推定する方法において、前記各測定点の変動量が最大となる点のデータを、前記流体供給源から次第に変動量が増加する領域の適合曲線または前記次第に変動量が減少する領域の適合曲線の何れか一方の適合曲線を形成するデータとして用いることにより、複数組の適合曲線の対を用い、推定精度を高めるようにした流体搬送管網中の異常箇所を推定する方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために本発明による請求項１記載の流体搬送管網中の異常箇所を推定する方法は、
主配管路，前記主配管路より分岐する枝管，前記枝管に連接された端末を含む液体用の流体搬送管網中の前記主配管路に流体の流量または圧力を測定する複数のセンサを配置して流体搬送管網中の破壊箇所を推定する流体搬送管網中の異常箇所を推定する方法であって、
前記センサを一定周期で同時に測定し任意のセンサにおける最新の測定値と前回の測定値とを比較して任意の点の変動量が予想される端末使用の変動の幅を越えたことを検出して異常の発生を検出するステップと、
前記検出された時点の各測定値により、流体供給源から次第に変動量が増加する領域の適合曲線および下流に向かい次第に変動量が減少する領域の適合曲線とを算出する適合曲線算出ステップと、
前記各適合曲線の交点の位置を算出する最大変動量位置算出ステップと、
前記交点の位置から主配管路または枝管の異常箇所を推定するステップと、を含むことを特徴とする。
なお、枝管には配水管路網（需要家端末を含む）が接続されており、これらの異常の顕著なものは、枝管の異常となり得る。
本発明による請求項２記載の流体搬送管網中の異常箇所を推定する方法は、請求項１記載の方法において、
前記流体搬送管網は給・配水管路網であり、前記センサは水道水の流量または水圧を測定するように構成されている。
本発明による請求項３記載の流体搬送管網中の異常箇所を推定する方法は、請求項２記載の方法において、
前記変動量が最大になる位置から、枝管接続部の異常または前記接続部下流の異常を推定する場合は、前記変動量が最大となる推定距離に近い順に１以上の枝管を指摘するように構成されている。
本発明による請求項４記載の流体搬送管網中の異常箇所を推定する方法は、請求項２記載の方法において、
前記変動量が最大になる位置から、前記主配管路の異常を推定するときは、当該位置を主配管路の異常箇所と推定するように構成されている。
本発明による請求項５記載の流体搬送管網中の異常箇所を推定する方法は、請求項２記載の方法において、
前記センサは給・配水管路網に設けられている空気弁または消火栓設置位置に配置されているものである。
【０００７】
本発明による請求項６記載の流体搬送管網中の異常箇所を推定する方法は、請求項１記載の方法において、
前記各測定点の変動量が最大となる点のデータは、前記流体供給源から次第に変動量が増加する領域の適合曲線または前記次第に変動量が減少する領域の適合曲線の何れか一方の適合曲線を形成するデータとして用いられるものである。
本発明による請求項７記載の流体搬送管網中の異常箇所を推定する方法は、請求項１記載の方法において、
前記各測定点の変動量が最大となる点のデータが前記流体供給源から次第に変動量が増加する領域の適合曲線の決定に用いられた場合の変動量が増加する領域の適合曲線と他の適合曲線の交点から得られる第１の圧力差極小値を算出するステップと、
前記各測定点の変動量が最大となる点のデータが前記流体供給源から次第に変動量が減少する領域の適合曲線の決定に用いられた場合の変動量が減少する領域の適合曲線と他の適合曲線の交点から得られる第２の圧力差極小値を算出するステップと、
前記各測定点の変動量が最大となる点のデータが前記流体供給源から次第に変動量が増加する領域の適合曲線および前記次第に変動量が減少する領域の適合曲線の両方の適合曲線を形成するデータとして用いられた場合の２曲線の交点から得られる第３の圧力差極小値を算出するステップと、
前記第１、第２、および第３の圧力差極小値を比較してもっとも圧力差の大きい距離を選択するステップと、および
前記もっとも圧力差の大きい距離を異常箇所と判定するステップと、
から構成されている。
本発明による請求項８記載の流体搬送管網中の異常箇所を推定する方法は、請求項７記載の方法において、
前記もっとも圧力差の大きい距離から、前記距離に対応する管の圧力を算出するステップをさらに含むものである。
本発明による請求項９記載の流体搬送管網中の異常箇所を推定する方法は、請求項７記載の方法において、
前記流体搬送管網は、給・配水管路網であり、前記センサは水道水の流量または水圧を測定するものである。
本発明による請求項１０記載の流体搬送管網中の異常箇所を推定する方法は、請求項７記載の方法において、
前記給・配水管路網は、主配管路、前記主配管路に接続されている枝管を含むものである。
本発明による請求項１１記載の流体搬送管網中の異常箇所を推定する方法は、請求項７記載の方法において、
前記センサは給・配水管路網に設けられている空気弁または消火栓設置位置に配置されているものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下図面等を参照して本発明による装置の実施の形態を説明する。
（上水道管網の構成）
図１は本発明による方法を実施する幹線給水管モデルを示す略図である。
上水道管網は、大きく分けて、幹線管路２、副管または枝管、配水管路網（図示を省略）から構成されている。
幹線管路２は浄水場配水池１から１０〜３０ｋｍ程度遠方まで、大量の水を送ることが主な役割で、その途中、随所で副管または枝管に接続されており、それらを介して配水管網に給水し、配水管網に接続されている需要家に給水している。幹線管路は網を構成しているが、管内の水は主に上流の浄水場配水池１から下流の市街地域へ流れている。
【０００９】
前記、その動作状態を、図１に例示するような幹線管路モデルに基づいた解析結果で近似的に表わすことができる。図１で、ｂ1 〜ｂ12は幹線管に接続された副管および枝管を示す。ここでは、枝管４（ｂ1 〜ｂ12) と呼ぶ。
【００１０】
（水圧測定）
幹線管路には、１〜２ｋｍ程度の間隔で水圧計を設置し、幹線管路上の水圧を測定する。図１に示すモデルでは、（１）〜（１０）の１０位置に水圧計が配置されている。本発明は、流量と密接に関連する水圧計を利用して流量に対応するデータを利用とするものである。水圧計は既設の空気弁設置位置や消火栓設置位置に配置することができる。
現実の問題として、この設置間隔は、設置可能（あるいは容易）な位置、あるいは既設の位置を利用する。等間隔である必要はなく間隔間に２以上の枝管が配置されることも起こりえる。
【００１１】
（測定値の収集）
水圧は、数分間隔で定期的に測定され、測定時刻情報とともに管理センタ等に配置される記録装置に保持される。
管理センタでは、測定データの収集ごとに、
水圧差＝（最新の水圧）−（前回測定した水圧）
を測定している。この差が通常予想される水道使用量に基づく変動の範囲に入っているときは、異常がないと判断される。
前記データの収集は、オンラインで容易に可能であるが、特許文献３に記載されているデータベースネットワークシステムを利用することができる。
【特許文献３】
特開２０００−２８７２８１号
【００１２】
（災害発生の推定）
地震により、枝管ｂ1 からｂ12のうちの１本が破断し、大量の漏水が発生した場合を想定する。漏水の発生により、幹線管路上の水圧が変化する。
前記記録装置は、漏水発生前および直後の幹線管路上の水圧を測定し記録することになる。
各測定点において、
水圧差＝（漏水発生直後の水圧）−（地震発生直前の水圧）
を計算する。
任意の測定点の水圧差が通常予想される変動を越えたときは、災害が発生したと推定する。以上の推定および以後の処理は全て、計算機でリアルタイムで実行される。
【００１３】
（水圧差分布の特定)
災害発生が推定されると各点の水圧差のデータを管路長に沿って、プロットすると、図２に例示したような水圧差測定データが得られる。
（被災場所の推定)
図２に示した水圧差測定データのピーク値の左側と右側にそれぞれ曲線を当てはめる（図３）。あてはめられた２本の曲線の交点が、水圧差が極小（変化極大）となる点の推定位置を与える。図３から、極小点は配水池から１０．２ｋｍの位置となる。この点は図３に示されているように左適合曲線ｆ1(ｚ) と右適合曲線ｆ2(ｚ) の交点で与えられる。この点に最も近い位置に接続されている枝管が破損した枝管であると推定できる。図２の水圧差データは、図１のｂ6 が破断したと想定して、数値シミュレーションにより生成したデータである。配水池からｂ6 の接続点までの距離は９．５ｋｍである。
なお、この例で水圧差極小点推定位置から被災した枝管の接続位置を見出す手順は、以下の通りである。
幹線管路上の枝管接続位置は管網図から、予め分かっている。
図１のモデルの場合、ｂ6 の接続位置はｚ＝９．５ｋｍである。隣接する枝管ｂ5 はｚ＝８．３ｋｍ、ｂ7 の接続位置はｚ＝１１．０ｋｍである。
一方、水圧差極小点の推定位置は、図３から、ｚmin ＝１０．２ｋｍである。
ｂ5 接続位置と水圧差極小点推定位置の差は、８．３−１０．２＝−１．９ｋｍ
ｂ6 接続位置と水圧差極小点推定位置の差は、９．５−１０．２＝−０．７ｋｍ
ｂ7 接続位置と水圧差極小点推定位置の差は、１１．０−１０．２＝０．８ｋｍ
したがって、破断が疑われる枝管の候補は、ｂ6 ，ｂ7 ，ｂ5 の順となる。
【００１４】
次に、図４と図５を参照して他の被災例を説明する。
同様に、枝管ｂ3 が破断したと想定した場合の水圧差データの例（図４）と水圧差極小点の推定位置５．３ｋｍを図５に示す。この点は図５に示されているように左適合曲線ｆ1(ｚ) と右適合曲線ｆ2(ｚ) の交点で与えられる。
なお、幹線管路への枝管ｂ3 の接続位置は５．０ｋｍである。
この例で、ｂ3 の接続位置はｚ＝５．０ｋｍである。隣接する枝管ｂ2 はｚ＝３．５ｋｍ、ｂ4 の接続位置はｚ＝６．３ｋｍである。
一方、水圧差極小点の推定位置は、図５から、ｚmin ＝５．３ｋｍである。
ｂ2 接続位置と水圧差極小点推定位置の差は、３．５−５．３＝−１．８ｋｍ
ｂ3 接続位置と水圧差極小点推定位置の差は、５．０−５．３＝−０．３ｋｍ
ｂ4 接続位置と水圧差極小点推定位置の差は、６．３−５．３＝１．０ｋｍ
したがって、破断が疑われる枝管の候補は、ｂ3 ，ｂ4 ，ｂ2 の順となる。
【００１５】
次に、図６と図７を参照してさらに他の被災例を説明する。
枝管ｂ9 が破断したと想定した場合の水圧差データの例（図６）と水圧差極小点の推定位置１４．０ｋｍを図７に示す。この点は図７に示されているように左適合曲線ｆ1(ｚ) と右適合曲線ｆ2(ｚ) の交点で与えられる。なお、幹線管路への枝管ｂ9 接続位置は１３．９ｋｍである。
この例で、ｂ9 の接続位置はｚ＝１３．９ｋｍである。隣接する枝管ｂ8 はｚ＝１２．５ｋｍ、ｂ10の接続位置はｚ＝１４．８ｋｍである。
一方、水圧差極小点の推定位置は、図７から、ｚmin ＝１４．０ｋｍである。
ｂ8 接続位置と水圧差極小点推定位置の差は、１２．５−１４．０＝−１．５ｋｍ
ｂ9 接続位置と水圧差極小点推定位置の差は、１３．９−１４．０＝−０．１ｋｍ
ｂ10接続位置と水圧差極小点推定位置の差は、１４．８−１４．０＝０．８ｋｍしたがって、破断が疑われる枝管の候補は、ｂ9 ，ｂ10，ｂ8 の順となる。
【００１６】
以上の数値シミュレーションにより本発明原理の実証がなされた。これにより上水道幹線給水管路上に設置された水圧計による水圧測定データから、地震によって被災した枝管とその枝管の幹線管路との接続位置を推定する方法が実現される。この幹線管路モデルは実存の都市給水システムに準拠するものである。前記現存するシステムに配置されている水圧計の測定値と、幹線網の特定の位置（河川横断水路）の瞬時開放により、現実の破損を模擬した実験を行なった結果、極めて高い精度の一致をみた。
【００１７】
次に、前述した推定手順をさらに改良した推定手順について、説明する。
改良した推定手順も、上流に対応する左適合曲線と、下流に対応する右適合曲線とを求めてその交点から水圧差極小点を求めることについては、前述した推定手順と異ならない。ただし、水圧差最小データをいずれの適合曲線のデータにするかにより次の３通りの水圧差極小値を求める。
(i) 水圧差最小データを上流のデータとし左適合曲線を決定し、右適合曲線の交点から推定される第１の水圧差極小値、
(ii)水圧差最小データを下流のデータとし右適合曲線を決定し、左適合曲線の交点から推定される第２の水圧差極小値、
(iii) 水圧差最小データを上流のデータとし左適合曲線を決定し、右適合曲線も前記水圧差最小データを下流のデータとし採用して適合曲線を決定し、それらの曲線の交点から第３の水圧差極小値を求める。
前記極小値のうち、まず、データの水圧差最小値より高い極小値を予測する解（交点）は棄却する。(i) ，(ii)，または(iii) により求められた水圧差極小値のうちの最も小さいものを極小位置推定点とする。そしてこの極小位置推定点の距離から極小位置推定点を与えた適合曲線Ｐを用いて水圧差極小値が最小となる水圧差Ｐmin を求める。
【００１８】
（改良された実施例Ａ）枝管ｂ6 が破損（または枝管の開放）した場合を実施例Ａとして説明する。
枝管ｂ6 が破断（基部開放）の場合の水圧差分布のデータを図８に示す。データの水圧差最小値は−０．００４８８ＭＰａである。図９は前記(i) の場合である。水圧差最小データを上流のデータとし、左適合曲線ｆ61,left （ｚ）を決定し、右適合曲線ｆ61,right（ｚ）との交点の距離ｚ（９．７９９９）を求める。この距離から第１の水圧差極小値Ｐmin ( −０．００４７２１８５ＭＰａ）を得る。関連する式と計算結果を式１に示す。
【式１】
左適合曲線
f61,left (z)=0.0013204-0.000787858z+0.0000174794z2
右適合曲線
f61,right (z)=-0.00623123-0.0000325313z+0.0000190361z2
水圧差極小位置
f61,left(z)= f61,right(z) → z=9.7999
水圧差極小値
P min = f61(9.7999)=-0.00472185MPa
−０．００４７２１８５ＭＰａ＞−０．００４８８ＭＰａなので、この解は破棄される。
【００１９】
図１０は前記(ii)の場合である。水圧差最小データを下流のデータとし、右適合曲線ｆ62,right（ｚ）を決定し、左適合曲線ｆ62,left （ｚ）との交点の距離ｚ（９．９１７）を求める。この距離から式２を用いて第２の水圧差極小値Ｐmin（−０．００５０４４６５ＭＰａ）を得る。関連する式と計算結果を式２に示す。
【式２】
左適合曲線
f62,left(z)=0.00108418-0.000667571z+4.99779 ×10-6z2
右適合曲線
f62,right (z)=-0.0104808+0.000564365z-1.63408 ×10-6z2
水圧差極小位置
f62,left(z)= f62,right(z) → z=9.91708
水圧差極小値
P min = f62(9.91708)=-0.00504465MPa
【００２０】
図１１は前記(iii) の場合である。水圧差最小データを上流および下流のデータとして適合曲線、ｆ63,left （ｚ） ,ｆ63,right（ｚ）とを決定する。そして、両適合曲線の交点の距離ｚ（１０．１９７）を求める。
この距離から式３を用いて第３の水圧差極小値Ｐmin （−０．００４８９５８９ＭＰａ）を得る。関連する式と計算結果を式３に示す。
【式３】
左適合曲線
f63,left(z)=0.0013204-0.000787858z+0.0000174794z2
右適合曲線
f63,right (z)=-0.0104808+0.000564365z-1.63408 ×10-6z2
水圧差極小位置
f63,left(z)= f63,right(z) → z=10.197
水圧差極小値
P min = f63(10.197)=-0.00489589MPa
【００２１】
（実施例Ａの推定結果）前記(i) は棄却され（図９対応）、(ii)，(iii) （図１０，１１対応）の内(ii)の場合の水圧差極小値が最小値となる。したがって、(ii)によって推定される
ｚ＝９．９１７０８ｋｍ
をもって、破断枝管接続点の推定位置とする。
モデル計算で用いた枝管ｂ6 の接続位置（実測距離）はｚ＝９．５ｋｍである。
ちなみに、(iii) による推定位置は
ｚ＝１０．１９７ｋｍ
(ii)による推定位置が、モデルで設定したｂ6 接続位置９．５ｋｍに最も近い。
【００２２】
（改良された実施例Ｂ）枝管ｂ3 が破損（または枝管の開放）した場合を実施例Ｂとして説明する。
データの水圧差最小値は−０．００１９８ＭＰａである。図１２は前記(i) の場合である。水圧差最小データを上流のデータとし左適合曲線ｆ31,left （ｚ）を決定し、右適合曲線ｆ31,right（ｚ）との交点の距離ｚ（５．３４８７３）を求める。この距離から水圧差極小値Ｐmin ( −０．００１９６０１１ＭＰａ）を得る。関連する式と計算結果を式４に示す。
【式４】
左適合曲線
f31,left(z)=0.00113813-0.000768751z+0.0000354295z2
右適合曲線
f31,right (z)=-0.0027828+0.000157652z-7.17977 ×10-7z2
水圧差極小位置
f31,left(z)= f31,right(z) → z= 5.34873
水圧差極小値
P min = f31(5.34873)=-0.00196011MPa
−０．００１９６０１１ＭＰａ＞−０．００１９８ＭＰａなので、この解は棄却される。
【００２３】
図１３は前記(ii)の場合である。水圧差最小データを下流のデータとし右適合曲線ｆ32,right（ｚ）を決定し、左適合曲線ｆ32,left （ｚ）との交点の距離ｚ（５．１５７）を求める。この距離から第２の水圧差極小値Ｐmin （−０．００２００９４６ＭＰａ）を得る。関連する式と計算結果を式５に示す。
【式５】
左適合曲線
f32,left(z)=0.000840526-0.000552632z
右適合曲線
f32,right (z)=-0.00284863+0.000168689z-1.15738×10-6z2
水圧差極小位置
f32,left(z)= f32,right(z) → z= 5.15712
水圧差極小値
P min = f32(5.15712)=-0.00200946MPa
【００２４】
図１４は前記(iii) の場合である。水圧差最小データを上流および下流のデータとして適合曲線、ｆ33,left （ｚ） ,ｆ33,right（ｚ）とを決定する。そして、両適合曲線の交点の距離ｚ（５．３８４２７）を求める。
この距離から第３の水圧差極小値Ｐmin （−０．００１９７３９２ＭＰａ）を得る。関連する式と計算結果を式６に示す。
【式６】
左適合曲線
f33,left(z)=0.00113813-0.000768751z+0.0000354295z2
右適合曲線
f33,right (z)=-0.00284863+0.000168689z-1.15738×10-6z2
水圧差極小位置
f33,left(z)= f33,right(z) → z= 5.38427
水圧差極小値
P min = f33(5.38427)=-0.00197392MPa
【００２５】
（実施例Ｂの推定結果）前記(i) は棄却され（図９対応）、(ii)，(iii) （図１０，１１対応）の内 (ii) の場合の水圧差極小値が最小値となる。したがって、(ii)によって推定される
ｚ＝５．１５７１２ｋｍ
をもって、破断枝管接続点の推定位置とする。
モデル計算で用いた枝管ｂ3 の接続位置はｚ＝５．０ｋｍである。
ちなみに、(iii) による推定位置は
ｚ＝５．３８４２７ｋｍ
(ii)による推定位置が、モデルで設定したｂ3 接続位置５．０ｋｍに最も近い。
【００２６】
（改良された実施例Ｃ）枝管ｂ9 が破損（または枝管の開放）した場合を実施例Ｃとして説明する。
データの水圧差最小値は−０．００７１３ＭＰａである。図１５は前記(i) の場合である。水圧差最小データを上流のデータとし左適合曲線ｆ91,left （ｚ）を決定し、右適合曲線ｆ91,right（ｚ）との交点の距離ｚ（１３．９６）を求める。この距離から第１の水圧差極小値Ｐmin ( −０．００８０３１９９ＭＰａ）を得る。関連する式と計算結果を式７に示す。
【式７】
左適合曲線
f91,left(z)=0.000414769-0.000308758z-0.0000212333z2
右適合曲線
f91,right (z)=-0.0297906+0.00155882z
水圧差極小位置
f91,left(z)= f91,right(z) → z=13.9583
水圧差極小値
P min = f91(13.9583)=-0.00803199MPa
【００２７】
図１６は前記(ii)の場合である。水圧差最小データを下流のデータとし右適合曲線ｆ92,right（ｚ）を決定し、左適合曲線ｆ92,left （ｚ）との交点の距離ｚを求める。
水圧差極小位置の推定値が複素数となるので、第２の水圧差極小値の解を棄却する。
関連する式と計算結果を式８に示す。
【式８】
左適合曲線
f92,left(z)=0.000341848-0.000278089z-0.0000237646z2
右適合曲線
f92,right (z)=0.0630784-0.0103445z+0.000380299z2
水圧差極小位置
f92,left(z)= f92,right(z) → z=12.4565±j0.315281
水圧差極小値
P min = f92(12.4565 ±j0.315281)=-0.00680723±j0.000274338
【００２８】
図１７は前記(iii) の場合である。データの水圧差最小値は−０．００７１３ＭＰａである。水圧差最小データを上流および下流のデータとして適合曲線、ｆ93,left （ｚ） ,ｆ93,right（ｚ）とを決定する。そして、両適合曲線の交点の距離ｚ（１２．１６５３および１２．８２８４）を求める。
この距離から第３の水圧差極小値Ｐmin ＝Ｐ（１２．８２８４）＝−０．００７０４０４２ＭＰａとＰmin ＝Ｐ（１２．１６５３）＝−０．００６４８３７８ＭＰａを得る。
関連する式と計算結果を式９に示す。
【式９】
左適合曲線
f93,left(z)=0.000414769-0.000308758z-0.0000212333z2
右適合曲線
f93,right (z)=0.063078-0.0103445z+0.000380299z2
水圧差極小位置
f93,left(z)= f93,right(z) → z=12.1653 and z=12.8284
水圧差極小値
P min = f93(12.8284)=-0.00704042MPa
P min = f93(12.1653)=-0.00648378MPa
しかしこの場合、何れの解もＰmin の値がデータの水圧差最小値−０．００７１３ＭＰａより高いので、棄却される。
【００２９】
（実施例Ｃの推定結果）前記(i) ，(ii)，(iii) ( 図１５，１６，１７対応) の内、(ii)による推定値は複素数となるため物理的な考慮から棄却し、(iii) は前述の理由により棄却されるから、(i) による推定結果を採用することになる。この解は、モデルで設定したｂ9 接続位置（ｚ＝1 ３．９ｋｍ）に極めて近い。したがって、(i) によって推定される
ｚ＝1 ３．９５８３ｋｍ
をもって、破断枝管接続点の推定位置とする。
【００３０】
以上、説明したように本発明方法によれば、水道等の被災箇所の推定が可能となった。これにより、水道事業者が復旧にあたる職員を的確に被災箇所に派遣することができる。
【００３１】
また、「水圧差極小値の推定値が最小となる計算法を採用する」ことによる改良された方法では、水圧差極小位置の推定値が、枝管ｂ6 、枝管ｂ3 、枝管ｂ9 が破断した何れの場合においても、モデルで用いた枝管接続位置にもっとも近い値を与えている。
【００３２】
（変形例）以上詳しく説明した実施例について、本発明の範囲内で種々の変形を施すことができる。変動量（圧力差）はセンタではなく測定点で求めてこれを収集するようにしてもよい。センサは本質的には流量の変化を測定できればよいのであるから、流量計（超音波式、水車式、ピトー管式、電磁式等の流量計）を設置できるとき、またはすでに設置されている場合はそれを用いることもできる。水圧により流量を推定できるから設置等を考慮すれば水圧計の利用が現実的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による方法を実施する幹線給水管モデルを示す略図である。
【図２】前記モデルにおいて枝管ｂ6 が破断した場合の水圧差を示すグラフである。
【図３】前記モデルにおいて枝管ｂ6 が破断した場合の水圧差極小点の決定方法を示すグラフである。
【図４】前記モデルにおいて枝管ｂ3 が破断した場合の水圧差を示すグラフである。
【図５】前記モデルにおいて枝管ｂ3 が破断した場合の水圧差極小点の決定方法を示すグラフである。
【図６】前記モデルにおいて枝管ｂ9 が破断した場合の水圧差を示すグラフである。
【図７】前記モデルにおいて枝管ｂ9 が破断した場合の水圧差極小点の決定方法を示すグラフである。
【図８】前記モデルにおいて枝管ｂ6 が破断を想定した場合における、改良された破損箇所の推定方法を説明するための水圧差データを示すグラフである。
【図９】改良された破損箇所の推定方法のＡ実施例（枝管ｂ6 が破断）の第１のケース(i) の適合曲線を示すグラフである。
【図１０】改良された破損箇所の推定方法のＡ実施例（枝管ｂ6 が破断）の第２のケース(ii)の適合曲線を示すグラフである。
【図１１】改良された破損箇所の推定方法のＡ実施例（枝管ｂ6 が破断）の第３のケース(iii) の適合曲線を示すグラフである。
【図１２】改良された破損箇所の推定方法のＢ実施例（枝管ｂ3 が破断）の第１のケース(i) の適合曲線を示すグラフである。
【図１３】改良された破損箇所の推定方法のＢ実施例（枝管ｂ3 が破断）の第２のケース(ii)の適合曲線を示すグラフである。
【図１４】改良された破損箇所の推定方法のＢ実施例（枝管ｂ3 が破断）の第３のケース(iii) の適合曲線を示すグラフである。
【図１５】改良された破損箇所の推定方法のＣ実施例（枝管ｂ9 が破断）の第１のケース(i) の適合曲線を示すグラフである。
【図１６】改良された破損箇所の推定方法のＣ実施例（枝管ｂ9 が破断）の第２のケース(ii)の適合曲線を示すグラフである。
【図１７】改良された破損箇所の推定方法のＣ実施例（枝管ｂ9 が破断）の第３のケース(iii) の適合曲線を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 配水池
２ 幹線管路
３ 受水池
４ 枝管（ｂ1 〜ｂ12）
【発明の属する技術分野】
本発明は流体搬送管網中の破損箇所などを推定する方法、さらに詳しく言えば、上水道管網中の破損箇所の推定に好適に利用できる流体搬送管網中の破損箇所を特定する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水道管網に、代表されるライフライン中の異常現象の監視等に関連して数多くの提案が行なわれている。
特許文献１は、メモリカードを利用した水道管路監視方法及び装置の発明を、開示している。
特許文献２は、ライフライン上の具体的な故障位置を短時間の内に把握して、そのシステムの復旧時間の短縮を図ることを目的とするものである。故障等を検出する専用センサをライフラインに沿って数多く設けてデータを収拾している。
【特許文献１】
特許第３０８２９６５号
【特許文献２】
特開平９−４３０１０号
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
既設の広域に分布している水道管網において、任意の場所にセンサを配置し、任意の時点とか任意の間隔でデータを取得することは困難である。
水道管網における故障の検出は、本質的に流路抵抗の変化の検出であると考えられるから、流路抵抗の変化に起因する流量の変化を検出することにより可能となる。したがって、希望する位置に流量計（超音波式、水車式、ピトー管式、電磁式等の流量計）を設置できれば、故障の検出ができる。
しかしながら、既設の水道管網は多くの埋設部分を持ち、流量計の設置が容易でない場合が多い。
本発明は、以下の原理に基づいて、多数のセンサの配置が困難で、限られた個数のセンサしか配置できない場合でも、定期的にセンサ出力を監視することにより異常箇所を推定することができる方法を提供するものてある。
【０００４】
本発明の原理を地震の際の配水管路の破損を例にして説明する。地震により配水管路が破損し、漏水が発生すれば管路内の流量と水圧が変化する。したがって、給・配水管路網（以下管網という）内の有限（多数配置されることが好ましい）測定点で流量あるいは水圧あるいは両者を測定し、適切にデータ解析すれば破損箇所を推定できる。しかし、既存の管網内に多数の流量計を改めて設置することは、実際上困難である。一方、水圧は管網内の水の流れを支配する基本パラメータであるばかりでなく、管壁上に圧力計を設置することにより、比較的容易に多数の測定点で測定できる。管網内のある箇所で漏水が発生した場合、管網内の水圧分布が変化するが、変化量は漏水発生箇所近傍で大きく、遠方で小さいと考えられる。そこで、各測定点における大規模地震発生直後の水圧と直前の水圧の差をとり、管網図上にプロットし、変化の絶対値（水圧の低下量）が最大となる点を検出する。その点に関連して漏水発生箇所があると推定できる。
【０００５】
大規模地震によって、上水道管網は大きな被害を受けるとその復旧には１〜６か月を要する。復旧、ことに応急復旧対策を的確に進めていくためには、被災箇所を迅速・正確に推定して把握することが重要である。
被災箇所がどの地域にあるかという情報が得られれば、熟練職員を現地派遣し、より具体的な現状の把握、応急対策を行なうことができる。
本発明の目的は、水圧情報から管路の被災箇所を迅速に推定する技術、すなわち、緊急情報を提供することができる、流体搬送管網中の異常箇所を推定する方法を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、流体搬送管網中の異常箇所を推定する方法において、前記各測定点の変動量が最大となる点のデータを、前記流体供給源から次第に変動量が増加する領域の適合曲線または前記次第に変動量が減少する領域の適合曲線の何れか一方の適合曲線を形成するデータとして用いることにより、複数組の適合曲線の対を用い、推定精度を高めるようにした流体搬送管網中の異常箇所を推定する方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために本発明による請求項１記載の流体搬送管網中の異常箇所を推定する方法は、
主配管路，前記主配管路より分岐する枝管，前記枝管に連接された端末を含む液体用の流体搬送管網中の前記主配管路に流体の流量または圧力を測定する複数のセンサを配置して流体搬送管網中の破壊箇所を推定する流体搬送管網中の異常箇所を推定する方法であって、
前記センサを一定周期で同時に測定し任意のセンサにおける最新の測定値と前回の測定値とを比較して任意の点の変動量が予想される端末使用の変動の幅を越えたことを検出して異常の発生を検出するステップと、
前記検出された時点の各測定値により、流体供給源から次第に変動量が増加する領域の適合曲線および下流に向かい次第に変動量が減少する領域の適合曲線とを算出する適合曲線算出ステップと、
前記各適合曲線の交点の位置を算出する最大変動量位置算出ステップと、
前記交点の位置から主配管路または枝管の異常箇所を推定するステップと、を含むことを特徴とする。
なお、枝管には配水管路網（需要家端末を含む）が接続されており、これらの異常の顕著なものは、枝管の異常となり得る。
本発明による請求項２記載の流体搬送管網中の異常箇所を推定する方法は、請求項１記載の方法において、
前記流体搬送管網は給・配水管路網であり、前記センサは水道水の流量または水圧を測定するように構成されている。
本発明による請求項３記載の流体搬送管網中の異常箇所を推定する方法は、請求項２記載の方法において、
前記変動量が最大になる位置から、枝管接続部の異常または前記接続部下流の異常を推定する場合は、前記変動量が最大となる推定距離に近い順に１以上の枝管を指摘するように構成されている。
本発明による請求項４記載の流体搬送管網中の異常箇所を推定する方法は、請求項２記載の方法において、
前記変動量が最大になる位置から、前記主配管路の異常を推定するときは、当該位置を主配管路の異常箇所と推定するように構成されている。
本発明による請求項５記載の流体搬送管網中の異常箇所を推定する方法は、請求項２記載の方法において、
前記センサは給・配水管路網に設けられている空気弁または消火栓設置位置に配置されているものである。
【０００７】
本発明による請求項６記載の流体搬送管網中の異常箇所を推定する方法は、請求項１記載の方法において、
前記各測定点の変動量が最大となる点のデータは、前記流体供給源から次第に変動量が増加する領域の適合曲線または前記次第に変動量が減少する領域の適合曲線の何れか一方の適合曲線を形成するデータとして用いられるものである。
本発明による請求項７記載の流体搬送管網中の異常箇所を推定する方法は、請求項１記載の方法において、
前記各測定点の変動量が最大となる点のデータが前記流体供給源から次第に変動量が増加する領域の適合曲線の決定に用いられた場合の変動量が増加する領域の適合曲線と他の適合曲線の交点から得られる第１の圧力差極小値を算出するステップと、
前記各測定点の変動量が最大となる点のデータが前記流体供給源から次第に変動量が減少する領域の適合曲線の決定に用いられた場合の変動量が減少する領域の適合曲線と他の適合曲線の交点から得られる第２の圧力差極小値を算出するステップと、
前記各測定点の変動量が最大となる点のデータが前記流体供給源から次第に変動量が増加する領域の適合曲線および前記次第に変動量が減少する領域の適合曲線の両方の適合曲線を形成するデータとして用いられた場合の２曲線の交点から得られる第３の圧力差極小値を算出するステップと、
前記第１、第２、および第３の圧力差極小値を比較してもっとも圧力差の大きい距離を選択するステップと、および
前記もっとも圧力差の大きい距離を異常箇所と判定するステップと、
から構成されている。
本発明による請求項８記載の流体搬送管網中の異常箇所を推定する方法は、請求項７記載の方法において、
前記もっとも圧力差の大きい距離から、前記距離に対応する管の圧力を算出するステップをさらに含むものである。
本発明による請求項９記載の流体搬送管網中の異常箇所を推定する方法は、請求項７記載の方法において、
前記流体搬送管網は、給・配水管路網であり、前記センサは水道水の流量または水圧を測定するものである。
本発明による請求項１０記載の流体搬送管網中の異常箇所を推定する方法は、請求項７記載の方法において、
前記給・配水管路網は、主配管路、前記主配管路に接続されている枝管を含むものである。
本発明による請求項１１記載の流体搬送管網中の異常箇所を推定する方法は、請求項７記載の方法において、
前記センサは給・配水管路網に設けられている空気弁または消火栓設置位置に配置されているものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下図面等を参照して本発明による装置の実施の形態を説明する。
（上水道管網の構成）
図１は本発明による方法を実施する幹線給水管モデルを示す略図である。
上水道管網は、大きく分けて、幹線管路２、副管または枝管、配水管路網（図示を省略）から構成されている。
幹線管路２は浄水場配水池１から１０〜３０ｋｍ程度遠方まで、大量の水を送ることが主な役割で、その途中、随所で副管または枝管に接続されており、それらを介して配水管網に給水し、配水管網に接続されている需要家に給水している。幹線管路は網を構成しているが、管内の水は主に上流の浄水場配水池１から下流の市街地域へ流れている。
【０００９】
前記、その動作状態を、図１に例示するような幹線管路モデルに基づいた解析結果で近似的に表わすことができる。図１で、ｂ1 〜ｂ12は幹線管に接続された副管および枝管を示す。ここでは、枝管４（ｂ1 〜ｂ12) と呼ぶ。
【００１０】
（水圧測定）
幹線管路には、１〜２ｋｍ程度の間隔で水圧計を設置し、幹線管路上の水圧を測定する。図１に示すモデルでは、（１）〜（１０）の１０位置に水圧計が配置されている。本発明は、流量と密接に関連する水圧計を利用して流量に対応するデータを利用とするものである。水圧計は既設の空気弁設置位置や消火栓設置位置に配置することができる。
現実の問題として、この設置間隔は、設置可能（あるいは容易）な位置、あるいは既設の位置を利用する。等間隔である必要はなく間隔間に２以上の枝管が配置されることも起こりえる。
【００１１】
（測定値の収集）
水圧は、数分間隔で定期的に測定され、測定時刻情報とともに管理センタ等に配置される記録装置に保持される。
管理センタでは、測定データの収集ごとに、
水圧差＝（最新の水圧）−（前回測定した水圧）
を測定している。この差が通常予想される水道使用量に基づく変動の範囲に入っているときは、異常がないと判断される。
前記データの収集は、オンラインで容易に可能であるが、特許文献３に記載されているデータベースネットワークシステムを利用することができる。
【特許文献３】
特開２０００−２８７２８１号
【００１２】
（災害発生の推定）
地震により、枝管ｂ1 からｂ12のうちの１本が破断し、大量の漏水が発生した場合を想定する。漏水の発生により、幹線管路上の水圧が変化する。
前記記録装置は、漏水発生前および直後の幹線管路上の水圧を測定し記録することになる。
各測定点において、
水圧差＝（漏水発生直後の水圧）−（地震発生直前の水圧）
を計算する。
任意の測定点の水圧差が通常予想される変動を越えたときは、災害が発生したと推定する。以上の推定および以後の処理は全て、計算機でリアルタイムで実行される。
【００１３】
（水圧差分布の特定)
災害発生が推定されると各点の水圧差のデータを管路長に沿って、プロットすると、図２に例示したような水圧差測定データが得られる。
（被災場所の推定)
図２に示した水圧差測定データのピーク値の左側と右側にそれぞれ曲線を当てはめる（図３）。あてはめられた２本の曲線の交点が、水圧差が極小（変化極大）となる点の推定位置を与える。図３から、極小点は配水池から１０．２ｋｍの位置となる。この点は図３に示されているように左適合曲線ｆ1(ｚ) と右適合曲線ｆ2(ｚ) の交点で与えられる。この点に最も近い位置に接続されている枝管が破損した枝管であると推定できる。図２の水圧差データは、図１のｂ6 が破断したと想定して、数値シミュレーションにより生成したデータである。配水池からｂ6 の接続点までの距離は９．５ｋｍである。
なお、この例で水圧差極小点推定位置から被災した枝管の接続位置を見出す手順は、以下の通りである。
幹線管路上の枝管接続位置は管網図から、予め分かっている。
図１のモデルの場合、ｂ6 の接続位置はｚ＝９．５ｋｍである。隣接する枝管ｂ5 はｚ＝８．３ｋｍ、ｂ7 の接続位置はｚ＝１１．０ｋｍである。
一方、水圧差極小点の推定位置は、図３から、ｚmin ＝１０．２ｋｍである。
ｂ5 接続位置と水圧差極小点推定位置の差は、８．３−１０．２＝−１．９ｋｍ
ｂ6 接続位置と水圧差極小点推定位置の差は、９．５−１０．２＝−０．７ｋｍ
ｂ7 接続位置と水圧差極小点推定位置の差は、１１．０−１０．２＝０．８ｋｍ
したがって、破断が疑われる枝管の候補は、ｂ6 ，ｂ7 ，ｂ5 の順となる。
【００１４】
次に、図４と図５を参照して他の被災例を説明する。
同様に、枝管ｂ3 が破断したと想定した場合の水圧差データの例（図４）と水圧差極小点の推定位置５．３ｋｍを図５に示す。この点は図５に示されているように左適合曲線ｆ1(ｚ) と右適合曲線ｆ2(ｚ) の交点で与えられる。
なお、幹線管路への枝管ｂ3 の接続位置は５．０ｋｍである。
この例で、ｂ3 の接続位置はｚ＝５．０ｋｍである。隣接する枝管ｂ2 はｚ＝３．５ｋｍ、ｂ4 の接続位置はｚ＝６．３ｋｍである。
一方、水圧差極小点の推定位置は、図５から、ｚmin ＝５．３ｋｍである。
ｂ2 接続位置と水圧差極小点推定位置の差は、３．５−５．３＝−１．８ｋｍ
ｂ3 接続位置と水圧差極小点推定位置の差は、５．０−５．３＝−０．３ｋｍ
ｂ4 接続位置と水圧差極小点推定位置の差は、６．３−５．３＝１．０ｋｍ
したがって、破断が疑われる枝管の候補は、ｂ3 ，ｂ4 ，ｂ2 の順となる。
【００１５】
次に、図６と図７を参照してさらに他の被災例を説明する。
枝管ｂ9 が破断したと想定した場合の水圧差データの例（図６）と水圧差極小点の推定位置１４．０ｋｍを図７に示す。この点は図７に示されているように左適合曲線ｆ1(ｚ) と右適合曲線ｆ2(ｚ) の交点で与えられる。なお、幹線管路への枝管ｂ9 接続位置は１３．９ｋｍである。
この例で、ｂ9 の接続位置はｚ＝１３．９ｋｍである。隣接する枝管ｂ8 はｚ＝１２．５ｋｍ、ｂ10の接続位置はｚ＝１４．８ｋｍである。
一方、水圧差極小点の推定位置は、図７から、ｚmin ＝１４．０ｋｍである。
ｂ8 接続位置と水圧差極小点推定位置の差は、１２．５−１４．０＝−１．５ｋｍ
ｂ9 接続位置と水圧差極小点推定位置の差は、１３．９−１４．０＝−０．１ｋｍ
ｂ10接続位置と水圧差極小点推定位置の差は、１４．８−１４．０＝０．８ｋｍしたがって、破断が疑われる枝管の候補は、ｂ9 ，ｂ10，ｂ8 の順となる。
【００１６】
以上の数値シミュレーションにより本発明原理の実証がなされた。これにより上水道幹線給水管路上に設置された水圧計による水圧測定データから、地震によって被災した枝管とその枝管の幹線管路との接続位置を推定する方法が実現される。この幹線管路モデルは実存の都市給水システムに準拠するものである。前記現存するシステムに配置されている水圧計の測定値と、幹線網の特定の位置（河川横断水路）の瞬時開放により、現実の破損を模擬した実験を行なった結果、極めて高い精度の一致をみた。
【００１７】
次に、前述した推定手順をさらに改良した推定手順について、説明する。
改良した推定手順も、上流に対応する左適合曲線と、下流に対応する右適合曲線とを求めてその交点から水圧差極小点を求めることについては、前述した推定手順と異ならない。ただし、水圧差最小データをいずれの適合曲線のデータにするかにより次の３通りの水圧差極小値を求める。
(i) 水圧差最小データを上流のデータとし左適合曲線を決定し、右適合曲線の交点から推定される第１の水圧差極小値、
(ii)水圧差最小データを下流のデータとし右適合曲線を決定し、左適合曲線の交点から推定される第２の水圧差極小値、
(iii) 水圧差最小データを上流のデータとし左適合曲線を決定し、右適合曲線も前記水圧差最小データを下流のデータとし採用して適合曲線を決定し、それらの曲線の交点から第３の水圧差極小値を求める。
前記極小値のうち、まず、データの水圧差最小値より高い極小値を予測する解（交点）は棄却する。(i) ，(ii)，または(iii) により求められた水圧差極小値のうちの最も小さいものを極小位置推定点とする。そしてこの極小位置推定点の距離から極小位置推定点を与えた適合曲線Ｐを用いて水圧差極小値が最小となる水圧差Ｐmin を求める。
【００１８】
（改良された実施例Ａ）枝管ｂ6 が破損（または枝管の開放）した場合を実施例Ａとして説明する。
枝管ｂ6 が破断（基部開放）の場合の水圧差分布のデータを図８に示す。データの水圧差最小値は−０．００４８８ＭＰａである。図９は前記(i) の場合である。水圧差最小データを上流のデータとし、左適合曲線ｆ61,left （ｚ）を決定し、右適合曲線ｆ61,right（ｚ）との交点の距離ｚ（９．７９９９）を求める。この距離から第１の水圧差極小値Ｐmin ( −０．００４７２１８５ＭＰａ）を得る。関連する式と計算結果を式１に示す。
【式１】
左適合曲線
f61,left (z)=0.0013204-0.000787858z+0.0000174794z2
右適合曲線
f61,right (z)=-0.00623123-0.0000325313z+0.0000190361z2
水圧差極小位置
f61,left(z)= f61,right(z) → z=9.7999
水圧差極小値
P min = f61(9.7999)=-0.00472185MPa
−０．００４７２１８５ＭＰａ＞−０．００４８８ＭＰａなので、この解は破棄される。
【００１９】
図１０は前記(ii)の場合である。水圧差最小データを下流のデータとし、右適合曲線ｆ62,right（ｚ）を決定し、左適合曲線ｆ62,left （ｚ）との交点の距離ｚ（９．９１７）を求める。この距離から式２を用いて第２の水圧差極小値Ｐmin（−０．００５０４４６５ＭＰａ）を得る。関連する式と計算結果を式２に示す。
【式２】
左適合曲線
f62,left(z)=0.00108418-0.000667571z+4.99779 ×10-6z2
右適合曲線
f62,right (z)=-0.0104808+0.000564365z-1.63408 ×10-6z2
水圧差極小位置
f62,left(z)= f62,right(z) → z=9.91708
水圧差極小値
P min = f62(9.91708)=-0.00504465MPa
【００２０】
図１１は前記(iii) の場合である。水圧差最小データを上流および下流のデータとして適合曲線、ｆ63,left （ｚ） ,ｆ63,right（ｚ）とを決定する。そして、両適合曲線の交点の距離ｚ（１０．１９７）を求める。
この距離から式３を用いて第３の水圧差極小値Ｐmin （−０．００４８９５８９ＭＰａ）を得る。関連する式と計算結果を式３に示す。
【式３】
左適合曲線
f63,left(z)=0.0013204-0.000787858z+0.0000174794z2
右適合曲線
f63,right (z)=-0.0104808+0.000564365z-1.63408 ×10-6z2
水圧差極小位置
f63,left(z)= f63,right(z) → z=10.197
水圧差極小値
P min = f63(10.197)=-0.00489589MPa
【００２１】
（実施例Ａの推定結果）前記(i) は棄却され（図９対応）、(ii)，(iii) （図１０，１１対応）の内(ii)の場合の水圧差極小値が最小値となる。したがって、(ii)によって推定される
ｚ＝９．９１７０８ｋｍ
をもって、破断枝管接続点の推定位置とする。
モデル計算で用いた枝管ｂ6 の接続位置（実測距離）はｚ＝９．５ｋｍである。
ちなみに、(iii) による推定位置は
ｚ＝１０．１９７ｋｍ
(ii)による推定位置が、モデルで設定したｂ6 接続位置９．５ｋｍに最も近い。
【００２２】
（改良された実施例Ｂ）枝管ｂ3 が破損（または枝管の開放）した場合を実施例Ｂとして説明する。
データの水圧差最小値は−０．００１９８ＭＰａである。図１２は前記(i) の場合である。水圧差最小データを上流のデータとし左適合曲線ｆ31,left （ｚ）を決定し、右適合曲線ｆ31,right（ｚ）との交点の距離ｚ（５．３４８７３）を求める。この距離から水圧差極小値Ｐmin ( −０．００１９６０１１ＭＰａ）を得る。関連する式と計算結果を式４に示す。
【式４】
左適合曲線
f31,left(z)=0.00113813-0.000768751z+0.0000354295z2
右適合曲線
f31,right (z)=-0.0027828+0.000157652z-7.17977 ×10-7z2
水圧差極小位置
f31,left(z)= f31,right(z) → z= 5.34873
水圧差極小値
P min = f31(5.34873)=-0.00196011MPa
−０．００１９６０１１ＭＰａ＞−０．００１９８ＭＰａなので、この解は棄却される。
【００２３】
図１３は前記(ii)の場合である。水圧差最小データを下流のデータとし右適合曲線ｆ32,right（ｚ）を決定し、左適合曲線ｆ32,left （ｚ）との交点の距離ｚ（５．１５７）を求める。この距離から第２の水圧差極小値Ｐmin （−０．００２００９４６ＭＰａ）を得る。関連する式と計算結果を式５に示す。
【式５】
左適合曲線
f32,left(z)=0.000840526-0.000552632z
右適合曲線
f32,right (z)=-0.00284863+0.000168689z-1.15738×10-6z2
水圧差極小位置
f32,left(z)= f32,right(z) → z= 5.15712
水圧差極小値
P min = f32(5.15712)=-0.00200946MPa
【００２４】
図１４は前記(iii) の場合である。水圧差最小データを上流および下流のデータとして適合曲線、ｆ33,left （ｚ） ,ｆ33,right（ｚ）とを決定する。そして、両適合曲線の交点の距離ｚ（５．３８４２７）を求める。
この距離から第３の水圧差極小値Ｐmin （−０．００１９７３９２ＭＰａ）を得る。関連する式と計算結果を式６に示す。
【式６】
左適合曲線
f33,left(z)=0.00113813-0.000768751z+0.0000354295z2
右適合曲線
f33,right (z)=-0.00284863+0.000168689z-1.15738×10-6z2
水圧差極小位置
f33,left(z)= f33,right(z) → z= 5.38427
水圧差極小値
P min = f33(5.38427)=-0.00197392MPa
【００２５】
（実施例Ｂの推定結果）前記(i) は棄却され（図９対応）、(ii)，(iii) （図１０，１１対応）の内 (ii) の場合の水圧差極小値が最小値となる。したがって、(ii)によって推定される
ｚ＝５．１５７１２ｋｍ
をもって、破断枝管接続点の推定位置とする。
モデル計算で用いた枝管ｂ3 の接続位置はｚ＝５．０ｋｍである。
ちなみに、(iii) による推定位置は
ｚ＝５．３８４２７ｋｍ
(ii)による推定位置が、モデルで設定したｂ3 接続位置５．０ｋｍに最も近い。
【００２６】
（改良された実施例Ｃ）枝管ｂ9 が破損（または枝管の開放）した場合を実施例Ｃとして説明する。
データの水圧差最小値は−０．００７１３ＭＰａである。図１５は前記(i) の場合である。水圧差最小データを上流のデータとし左適合曲線ｆ91,left （ｚ）を決定し、右適合曲線ｆ91,right（ｚ）との交点の距離ｚ（１３．９６）を求める。この距離から第１の水圧差極小値Ｐmin ( −０．００８０３１９９ＭＰａ）を得る。関連する式と計算結果を式７に示す。
【式７】
左適合曲線
f91,left(z)=0.000414769-0.000308758z-0.0000212333z2
右適合曲線
f91,right (z)=-0.0297906+0.00155882z
水圧差極小位置
f91,left(z)= f91,right(z) → z=13.9583
水圧差極小値
P min = f91(13.9583)=-0.00803199MPa
【００２７】
図１６は前記(ii)の場合である。水圧差最小データを下流のデータとし右適合曲線ｆ92,right（ｚ）を決定し、左適合曲線ｆ92,left （ｚ）との交点の距離ｚを求める。
水圧差極小位置の推定値が複素数となるので、第２の水圧差極小値の解を棄却する。
関連する式と計算結果を式８に示す。
【式８】
左適合曲線
f92,left(z)=0.000341848-0.000278089z-0.0000237646z2
右適合曲線
f92,right (z)=0.0630784-0.0103445z+0.000380299z2
水圧差極小位置
f92,left(z)= f92,right(z) → z=12.4565±j0.315281
水圧差極小値
P min = f92(12.4565 ±j0.315281)=-0.00680723±j0.000274338
【００２８】
図１７は前記(iii) の場合である。データの水圧差最小値は−０．００７１３ＭＰａである。水圧差最小データを上流および下流のデータとして適合曲線、ｆ93,left （ｚ） ,ｆ93,right（ｚ）とを決定する。そして、両適合曲線の交点の距離ｚ（１２．１６５３および１２．８２８４）を求める。
この距離から第３の水圧差極小値Ｐmin ＝Ｐ（１２．８２８４）＝−０．００７０４０４２ＭＰａとＰmin ＝Ｐ（１２．１６５３）＝−０．００６４８３７８ＭＰａを得る。
関連する式と計算結果を式９に示す。
【式９】
左適合曲線
f93,left(z)=0.000414769-0.000308758z-0.0000212333z2
右適合曲線
f93,right (z)=0.063078-0.0103445z+0.000380299z2
水圧差極小位置
f93,left(z)= f93,right(z) → z=12.1653 and z=12.8284
水圧差極小値
P min = f93(12.8284)=-0.00704042MPa
P min = f93(12.1653)=-0.00648378MPa
しかしこの場合、何れの解もＰmin の値がデータの水圧差最小値−０．００７１３ＭＰａより高いので、棄却される。
【００２９】
（実施例Ｃの推定結果）前記(i) ，(ii)，(iii) ( 図１５，１６，１７対応) の内、(ii)による推定値は複素数となるため物理的な考慮から棄却し、(iii) は前述の理由により棄却されるから、(i) による推定結果を採用することになる。この解は、モデルで設定したｂ9 接続位置（ｚ＝1 ３．９ｋｍ）に極めて近い。したがって、(i) によって推定される
ｚ＝1 ３．９５８３ｋｍ
をもって、破断枝管接続点の推定位置とする。
【００３０】
以上、説明したように本発明方法によれば、水道等の被災箇所の推定が可能となった。これにより、水道事業者が復旧にあたる職員を的確に被災箇所に派遣することができる。
【００３１】
また、「水圧差極小値の推定値が最小となる計算法を採用する」ことによる改良された方法では、水圧差極小位置の推定値が、枝管ｂ6 、枝管ｂ3 、枝管ｂ9 が破断した何れの場合においても、モデルで用いた枝管接続位置にもっとも近い値を与えている。
【００３２】
（変形例）以上詳しく説明した実施例について、本発明の範囲内で種々の変形を施すことができる。変動量（圧力差）はセンタではなく測定点で求めてこれを収集するようにしてもよい。センサは本質的には流量の変化を測定できればよいのであるから、流量計（超音波式、水車式、ピトー管式、電磁式等の流量計）を設置できるとき、またはすでに設置されている場合はそれを用いることもできる。水圧により流量を推定できるから設置等を考慮すれば水圧計の利用が現実的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による方法を実施する幹線給水管モデルを示す略図である。
【図２】前記モデルにおいて枝管ｂ6 が破断した場合の水圧差を示すグラフである。
【図３】前記モデルにおいて枝管ｂ6 が破断した場合の水圧差極小点の決定方法を示すグラフである。
【図４】前記モデルにおいて枝管ｂ3 が破断した場合の水圧差を示すグラフである。
【図５】前記モデルにおいて枝管ｂ3 が破断した場合の水圧差極小点の決定方法を示すグラフである。
【図６】前記モデルにおいて枝管ｂ9 が破断した場合の水圧差を示すグラフである。
【図７】前記モデルにおいて枝管ｂ9 が破断した場合の水圧差極小点の決定方法を示すグラフである。
【図８】前記モデルにおいて枝管ｂ6 が破断を想定した場合における、改良された破損箇所の推定方法を説明するための水圧差データを示すグラフである。
【図９】改良された破損箇所の推定方法のＡ実施例（枝管ｂ6 が破断）の第１のケース(i) の適合曲線を示すグラフである。
【図１０】改良された破損箇所の推定方法のＡ実施例（枝管ｂ6 が破断）の第２のケース(ii)の適合曲線を示すグラフである。
【図１１】改良された破損箇所の推定方法のＡ実施例（枝管ｂ6 が破断）の第３のケース(iii) の適合曲線を示すグラフである。
【図１２】改良された破損箇所の推定方法のＢ実施例（枝管ｂ3 が破断）の第１のケース(i) の適合曲線を示すグラフである。
【図１３】改良された破損箇所の推定方法のＢ実施例（枝管ｂ3 が破断）の第２のケース(ii)の適合曲線を示すグラフである。
【図１４】改良された破損箇所の推定方法のＢ実施例（枝管ｂ3 が破断）の第３のケース(iii) の適合曲線を示すグラフである。
【図１５】改良された破損箇所の推定方法のＣ実施例（枝管ｂ9 が破断）の第１のケース(i) の適合曲線を示すグラフである。
【図１６】改良された破損箇所の推定方法のＣ実施例（枝管ｂ9 が破断）の第２のケース(ii)の適合曲線を示すグラフである。
【図１７】改良された破損箇所の推定方法のＣ実施例（枝管ｂ9 が破断）の第３のケース(iii) の適合曲線を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 配水池
２ 幹線管路
３ 受水池
４ 枝管（ｂ1 〜ｂ12）
Claims (11)
- 主配管路，前記主配管路より分岐する枝管，前記枝管に連接された端末を含む液体用の流体搬送管網中の前記主配管路に流体の流量または圧力を測定する複数のセンサを配置して流体搬送管網中の破壊箇所を推定する流体搬送管網中の異常箇所を推定する方法であって、
前記センサを一定周期で同時に測定し任意のセンサにおける最新の測定値と前回の測定値とを比較して任意の点の変動量が予想される端末使用の変動の幅を越えたことを検出して異常の発生を検出するステップと、
前記検出された時点の各測定値により、流体供給源から次第に変動量が増加する領域の適合曲線および下流に向かい次第に変動量が減少する領域の適合曲線とを算出する適合曲線算出ステップと、
前記各適合曲線の交点の位置を算出する最大変動量位置算出ステップと、
前記交点の位置から主配管路または枝管の異常箇所を推定するステップと、
を含むことを特徴とする流体搬送管網中の異常箇所を推定する方法。 - 前記流体搬送管網は給・配水管路網であり、前記センサは水道水の流量または水圧を測定するものである請求項１記載の流体搬送管網中の異常箇所を推定する方法。
- 前記変動量が最大になる位置から、枝管接続部の異常または前記接続部下流の異常を推定する場合は、前記変動量が最大となる推定距離に近い順に１以上の枝管を指摘する請求項２記載の流体搬送管網中の異常箇所を推定する方法。
- 前記変動量が最大になる位置から、前記主配管路の異常を推定するときは、当該位置を主配管路の異常箇所と推定する請求項２記載の流体搬送管網中の異常箇所を推定する方法。
- 前記センサは給・配水管路網に設けられている空気弁または消火栓設置位置に配置されている請求項２記載の流体搬送管網中の異常箇所を推定する方法。
- 請求項１記載の流体搬送管網中の異常箇所を推定する方法において、
前記各測定点の変動量が最大となる点のデータは、前記流体供給源から次第に変動量が増加する領域の適合曲線または前記次第に変動量が減少する領域の適合曲線の何れか一方の適合曲線を形成するデータとして用いられるものである流体搬送管網中の異常箇所を推定する方法。 - 請求項１記載の流体搬送管網中の異常箇所を推定する方法において、
前記各測定点の変動量が最大となる点のデータが前記流体供給源から次第に変動量が増加する領域の適合曲線の決定に用いられた場合の変動量が増加する領域の適合曲線と他の適合曲線の交点から得られる第１の圧力差極小値を算出するステップと、
前記各測定点の変動量が最大となる点のデータが前記流体供給源から次第に変動量が減少する領域の適合曲線の決定に用いられた場合の変動量が減少する領域の適合曲線と他の適合曲線の交点から得られる第２の圧力差極小値を算出するステップと、
前記各測定点の変動量が最大となる点のデータが前記流体供給源から次第に変動量が増加する領域の適合曲線および前記次第に変動量が減少する領域の適合曲線の両方の適合曲線を形成するデータとして用いられた場合の２曲線の交点から得られる第３の圧力差極小値を算出するステップと、
前記第１、第２、および第３の圧力差極小値を比較してもっとも圧力差の大きい距離を選択するステップと、および
前記もっとも圧力差の大きい距離を異常箇所と判定するステップと、
から構成した流体搬送管網中の異常箇所を推定する方法。 - 請求項７記載の流体搬送管網中の異常箇所を推定する方法において、
前記もっとも圧力差の大きい距離から、前記距離に対応する管の圧力を算出するステップをさらに含む流体搬送管網中の異常箇所を推定する方法。 - 前記流体搬送管網は、給・配水管路網であり、前記センサは水道水の流量または水圧を測定するものである請求項７記載の流体搬送管網中の異常箇所を推定する方法。
- 前記給・配水管路網は、主配管路、前記主配管路に接続されている枝管を含む請求項７記載の流体搬送管網中の異常箇所を推定する方法。
- 前記センサは給・配水管路網に設けられている空気弁または消火栓設置位置に配置されている請求項７記載の流体搬送管網中の異常箇所を推定する方法。
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