JP5756767B2 - 漏水検知装置 - Google Patents

Description

本発明は、上水道施設の配水管網を構成する配水ブロックの状態を監視する漏水検知装置に関する。

一般的に、上水道の配水管網には、管の破断や腐食や、接続部のパッキンの劣化等による大小様々な漏水がある。これらの漏水は、発見が遅れることで貴重な水資源が無駄になるばかりか、道路の陥没や浸水等の被害を引き起こすため、できるだけ早い段階で発見して修理することが望ましい。

そこで、配水管網の漏水を防止するために、現場調査員が定期的に巡回し、音聴棒等を用いて漏水の有無を調査する方法が用いられている。しかしながら、音調棒により漏水の有無を的確に判別するためには、現場調査員に高い熟練度が要求されるため、自動的に漏水音を分析して付近の漏水の有無を判別する装置が提案されている。（例えば、特許文献１参照）。

また、各管路の埋設位置、埋設年数、材質、口径、管路延長、給水栓数等の情報から計算される構成比率に基づき、配水ブロック内のエリア単位での漏水量を確率的に推定する装置が提案されている。（例えば、特許文献２参照）。

そしてまた、管網計算（管網解析、水理解析とも言う）で計算した圧力推定値と、圧力計で測定した圧力値との差を最小化する最適化計算によって、管網の各節点の漏水割付量を推定する装置が提案されている（例えば、特許文献３参照）。

さらにまた、配水管網をバルブの閉止等により複数の配水ブロックに分割し、各配水ブロックに流入する夜間の流量を測定することで、配水ブロック内の漏水量を把握し、どの配水ブロックを重点的に調査すべきかに関する情報を提供するシステムが提案されている。（例えば、特許文献４参照）。

特開２０００−１５５０６６号公報 特開２００９−１９２３２９号公報 特開２０１０−４８０５８号公報 特開２０１１−１９１０６４号公報

しかしながら、特許文献１に記載された方法は、漏水音を手がかりとするものであるため、近距離の漏水のみ検知可能であり、管網全体の漏水を調査するには多くの時間やコストを要するのが実情である。

また、特許文献２に記載された方法は、配水ブロック内の漏水調査の効率を高めることを目的として、配水ブロック内のエリア単位での漏水量（以下、「漏水分布」という）を推定する装置を使用し、各管路の埋設年数等の情報を利用して漏水量を確率的に推定するものであるが、この推定された漏水分布は、実際の漏水分布と必ずしも一致せず、常に信頼性の高い調査結果を提供することが困難である。また、漏水の箇所をピンポイントで推定することができないため、配水ブロック内の個々の漏水を特定することが困難である。

そしてまた、特許文献３に記載された推定装置は、最適化計算により各節点の漏水割付量を計算するものであるが、大小様々な複数の漏水の位置及び量を同時に決定する組合せの計算を行う必要があるため、管網の節点の数や漏水の数が増えるにしたがって計算量が膨大になり、実際の管網での適用は難しいのが現状である。

さらにまた、特許文献４に記載された方法は、漏水調査の効率化を目的として、配水ブロック毎の漏水量を把握するものであるが、配水ブロックの面積が大きいと、配水ブロック内の漏水位置の特定に多くの時間を要する。そこで、漏水位置の特定に要する時間を短縮するため、配水ブロックを更に小さく分割することが考えられるが、配水ブロックを小さく分割するには、バルブの設置や管網の整備にかかる費用が増大すると共に、火災時の消火活動等に必要な水量の確保が困難になるといった制約があるので限度がある。

以上のように、従来の方法では、配水ブロック毎の漏水量の把握は可能であるものの、配水ブロック内の漏水分布の推定は困難であり、配水ブロック内の個々の漏水の特定が難しいという課題がある。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、配水ブロック内の漏水分布を効率よく推定可能であり、配水ブロック内の個々の漏水を特定することができる漏水検知装置を提供することを目的とする。

この目的を達成するため本発明は、水源に接続され且つ配水管網を構成する配水ブロックの状態を監視する漏水検知装置であって、前記配水ブロックの節点の水需要を記憶する水需要データベースと、前記配水ブロックの節点と管路に関する情報を記憶する管網データベースと、前記水源と配水ブロックとの間に位置し両者を連通させる連通管の流量値と、前記配水ブロックの幹線上の複数の節点の圧力値とを収集するデータ収集部と、前記水需要データベースに記憶されている情報と前記管網データベースに記憶されている情報とに基づき、前記配水ブロック全体の節点の圧力値、及び前記管路の流量値を推定する管網計算部と、前記連通管の流量値と前記水需要データベースに記憶されている情報とに基づき前記配水ブロック全体の漏水量を推定し、前記配水ブロック全体の漏水量と、前記データ収集部で収集した幹線上の複数の節点の圧力値と、前記管網計算部が推定した幹線上の複数の節点の圧力値に基づき、幹線上の複数の節点の仮想的な漏水量を推定する幹線漏水推定部と、を備えたことを特徴とする漏水検知装置を提供するものである。

本発明によれば、配水ブロック内の漏水分布を効率よく推定可能であり、配水ブロック内の個々の漏水を特定することができ漏水調査の効率を高める漏水検知装置を提供することができる。

本発明の実施形態１に係る漏水検知装置を備えた配水監視システムを模式的に示す図である。 図1に示す漏水検知装置の幹線漏水推定部における処理を模式的に示す図である。 図1に示す漏水検知装置の幹線漏水推定部における処理を示すフローチャートである。 図1に示す漏水検知装置のエリア形成部における処理を示すフローチャートである。 図1に示す漏水検知装置のエリアＤＢ（データベース）のデータ例を示すテーブルである。 図1に示す漏水検知装置のスポット漏水推定部における処理を模式的に示す図である。 図1に示す漏水検知装置のスポット漏水推定部における処理を示すフローチャートである。 図1に示す漏水検知装置の入出力部が出力する画面例である。 本発明の実施形態２に係る漏水検知装置の幹線漏水推定部における処理を模式的に示す図である。 本発明の実施形態２に係る漏水検知装置の幹線漏水推定部における処理を示すフローチャートである。 本発明の実施形態３に係る漏水検知装置の幹線漏水推定部における処理を示すフローチャートである。 本発明の他の実施形態に係る漏水検知装置の構成の一部を示す模式図である。

次に、本発明の実施形態に係る漏水検知装置について図面を参照して説明する。なお、以下に記載される実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をこれらの実施形態にのみ限定するものではない。したがって、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、様々な形態で実施することができる。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る漏水検知装置を備えた配水監視システムを模式的に示す図である。

図１に示すように、実施形態１に係る配水監視システム１００は、配水設備１０１と、配水設備１０１に接続され、配水設備１０１の状態を監視する漏水検知装置１０２とを備えている。

配水設備１０１は、水源である配水池１３１と、配水池１３１に接続され、配水池１３１から供給される水を流通させる配水管網１３２と、配水管網１３２の節点に配設されたリモートセンサ１４１〜１５３とから構成されている。

なお、実施形態１では、配水管網１３２に配水ブロック１３３及び１３４を配設した構成としたが、実際には、配水ブロックの数は、一つであってもよく、三つ以上であってもよい。また、配水ブロックが一つである場合は、実質的に配水管網と配水ブロックは同義である。以下、説明を分かり易くするため、配水ブロック１３４は配水ブロック１３３と同様の構成を有しているものとし、配水ブロック１３４に関する説明は省略する。

配水ブロック１３３は、配水池１３１と配水ブロック１３３との間に配設され且つ両者を連通させる連通管１３５を介して配水池１３１に接続されている。この配水ブロック１３３は、網目のように接続された水道管を有しており、需要家に水を供給するためのネットワークの役割を担っている。

本発明では、配水ブロック１３３の経路のうち、最も流量の大きい経路を「幹線」といい、幹線以外の経路を「支線」という。幹線は、配水ブロック１３３の入口から下流に向けて、最も流量の大きな管を辿ることで判別することができる。また、配水ブロック１３３内の、水道管と水道管の接続箇所、リモートセンサの設置箇所、及びその他の水需要がある箇所を「節点」といい、節点と節点とを結ぶ各々の水道管を「管路」という。また、「経路」とは、上流から下流へ管路を辿ることでできる管路の繋がりのことである。

連通管１３５には、配水ブロック１３３に流入する流量を計測するリモートセンサ１４１が配設されている。また、配水ブロック１３３内の幹線上の節点には、当該節点の圧力を計測するリモートセンサ１４２〜１４５が各々配設され、配水ブロック１３３内の支線上の節点には、当該節点の圧力を計測するリモートセンサ１４６〜１５３が各々配設されている。これらのリモートセンサ１４１〜１５３は、通信ネットワークを介して漏水検知装置１０２に接続されており、計測したデータを漏水検知装置１０２のデータ収集部１１４へと送信する。

漏水検知装置１０２は、ＣＰＵ、記憶装置（ＲＡＭ、ハードディスク、フラッシュメモリ等）、入出力部１１６（キーボード、ディスプレイ等）から構成される一般的なコンピュータシステムである。記憶装置には、エリア形成部１１１と、管網計算部１１２と、幹線漏水推定部１１３と、データ収集部１１４と、スポット漏水推定部１１５とがプログラムとして記憶されており、ＣＰＵがこれらのプログラムを実行する。また、記憶装置には、水需要ＤＢ（データベース）１２１と、管網ＤＢ（データベース）１２２と、エリアＤＢ（データベース）１２３がテーブル等の形式でデータとして記憶されており、前記プログラムを実行する際に利用することができるようになっている。そしてまた、入出力部１１６は、配水ブロック１３３の監視を行う担当者等とのインターフェースの役割を担っている。

水需要ＤＢ１２１は、過去の実績データを利用して予測した、配水ブロック１３３内の節点での水の需要量のデータである。一般的な配水管網では、需要家に水を供給する水道管には水道メータが設置されており、作業員が２ヶ月に１回等の周期で検針するので、需要家毎の水の利用量を把握することができる。ここで、水の利用量は大きく変わるものではなく、また需要家の特性（住宅、工場、店等）から季節、曜日、時刻毎の水の利用パターンはある程度推定可能であるから、各時刻の水需要が予測可能である。特に大口の需要家については、各時刻の流量を記憶可能な水道メータを設置して水の利用パターンを正確に把握する、あるいは通信機能を備えたスマートメータの設置によりリアルタイムの水需要を把握するといった方法により、配水ブロック１３３全体としての水需要の予測を精緻にすることができる。なお、水需要の予測手法については、公知の技術がいくつか知られているので、詳細な説明は省略する。

また、水道メータにより把握できる実際の水需要量と、配水ブロック１３３へ流入した流量との差は、「無収水量」といわれている。無収水量は、漏水の他に、消火栓等からの盗水や、メータで計測できなかった分の水量等で構成される。なお、一般的には、無収水量は、漏水以外が占める比率が小さいので、以下では、説明を簡単にするため、一まとめにして「漏水」ということにする。

管網ＤＢ１２２は、後述する管網計算を行うために必要な、管路と節点の接続関係、管路の口径、長さ、流速係数、節点の標高、及び配水池の標高と水位等を記憶する。

エリアＤＢ１２３は、後に詳述するエリア形成部１１１で計算したエリア番号及びエリア係数を記憶する。

エリア形成部１１１は、配水ブロック１３３内に複数のエリアを形成する。なお、エリア形成部１１１における処理については、後に詳述する。

管網計算部１１２は、水需要ＤＢ１２１及び管網ＤＢ１２２に記憶されたデータに基づき、一時刻または複数時刻における、節点の圧力と、管路の流量を推定（シミュレーション）する。なお、このシミュレーションを行うための計算を管網計算という。この管網計算自体は公知の技術であるため、詳細な説明は省略する。管網計算部１１２は、エリア形成部１１１、幹線漏水推定部１１３、及びスポット漏水推定部１１５から、データを受け取り、これらのデータに基づいて管網計算を行い、計算結果をそれぞれに返す。以下、これら一連の処理を単に「管網計算を行う」という。

管網計算は、配水ブロック１３３に漏水がある場合でも行うことができる。管網計算によって節点における漏水量を設定する方法は２つある。一つは、漏水孔の大きさや形状を表す放出係数を設定する方法であり、放出係数が大きいほど漏水量が大きく、また節点の圧力が高いほど漏水量が大きいという性質がある。もう一つは、漏水量を節点の元々の水需要に上乗せし、新しい水需要とする方法である。以下では、前者の方法を採用する場合は、節点に放出係数を設定すると記述し、後者の方法を採用する場合は、節点に漏水量を設定すると記述する。

幹線漏水推定部１１３は、配水ブロック１３３の漏水分布を推定する。具体的には、配水ブロック１３３の幹線上の複数の節点の仮想的な漏水量を推定する。これらの推定量は、エリア形成部１１１で形成した複数のエリア毎の近似的な漏水量に相当する。幹線漏水推定部１１３における処理については、後に詳述する。

データ収集部１１４は、リモートセンサ１４１〜１５３が計測したデータを収集する。データ収集部１１４が収集したデータは、幹線漏水推定部１１３及びスポット漏水推定部１１５で利用される。

スポット漏水推定部１１５は、配水ブロック１３３内の個々の漏水の位置と漏水量を推定する。なお、スポット漏水とは、比較的漏水量の多い漏水のことである。スポット漏水推定部１１５における処理については、後に詳述する。

入出力部１１６は、エリア形成部１１１、幹線漏水推定部１１３、及びスポット漏水推定部１１５による推定結果等を画面等に表示し、配水ブロック１３３の状態を監視する担当者等に示す。また、配水ブロックの状態を監視する担当者等が入力したコマンド等に応じて、より詳細な推定結果等を表示する等の処理を行う。

次に、幹線漏水推定部１１３における処理、エリア形成部１１１における処理、及びスポット漏水推定部１１５における処理の詳細について順に説明する。図２は、図1に示す漏水検知装置１０２の幹線漏水推定部１１３における処理を模式的に示す図であり、上半分は、配水ブロック１３３を表す図であり、下半分は、幹線上の節点のピエゾ水頭をプロットしたグラフである。なお、図２では、説明をわかりやすくするため、管路及びリモートセンサの一部を省略し、配水ブロック１３３をツリー形状にして表している。

図２において、Ｆは、リモートセンサ１４１を設置した節点であり、配水ブロック１３３への流入量を計測する。Ｎｍ（ｍ＝１〜ｅ、但しｍは整数）は、幹線上のリモートセンサを設置した節点群であり、Ｎｍ（ｍ＝１〜ｅ）のうち、一番上流の節点がＮ１であり、一番下流の節点がＮｅである。なお、図２では、便宜上、ｍ＝１〜４として表している。即ち、Ｎ１〜Ｎ４は、幹線上のリモートセンサ１４２〜１４５を設置した節点群であり、リモートセンサ１４２〜１４５によって各々の節点における圧力を計測する。

ここで、Ｎ１から分岐する支線上の節点Ｌ１に漏水があると仮定し、その漏水量をＱ１とする。Ｌ１に漏水がない場合と比較すると、配水ブロック１３３には、漏水量Ｑ１だけ多く水が流入し、Ｎ１を経由してＬ１に至り、漏水となって管路外に流出する。この時、幹線だけに着目すると、Ｎ１に漏水量Ｑ１の仮想的な漏水があると見なすこともできる。実際の漏水はＬ１にあるので、Ｎ１にあるように見えるのは、あくまで仮想的な漏水である。

図２に記載したグラフにおいて、点Ａは配水池１３１の出口の節点である。ここでは、説明を簡単にするため、水需要は支線の末端だけにあり、管の口径と流速係数は一定であると仮定している。なお、「ピエゾ水頭」とは、水の圧力エネルギーと位置エネルギーの和を、高さに置き換えた値のことである。水が管路を流れる時、摩擦によってエネルギーが低下するので、通常、ピエゾ水頭は下流ほど低くなる。また、節点のピエゾ水頭をつなげた線分または折れ線のことを「動水勾配線」といい、動水勾配線の傾きを「動水勾配」という。動水勾配は、管路の流量、長さ、口径、流速係数から、ヘーゼンウィリアムス公式などを用いて推定することができる。逆に、管路の長さ、口径、及び流速係数が既知であれば、動水勾配から流量を逆算で推定することができる。流量が多いほど、摩擦によるエネルギー低下が大きいので、動水勾配は大きくなる（傾きが急になる）という性質がある。

図２に示すグラフの折れ線Ａ−Ｂ１−Ｃ１−Ｄ１は、配水ブロック１３３に漏水がない場合の動水勾配線である。折れ線Ａ−Ｂ２−Ｃ２−Ｄ２は、Ｌ１に漏水がある場合の動水勾配線である。折れ線Ａ−Ｂ２−Ｃ３−Ｄ３は、漏水がＬ１ではなく幹線上のＮｅ（実施形態１ではＮ４）にあると仮定した場合の動水勾配線である。点Ｂ１及び点Ｂ２はＮ１に対応しており、点Ｃ１、点Ｃ２及び点Ｃ３はＮ２に対応しており、点Ｄ１、点Ｄ２及び点Ｄ３はＮ４に対応している。

線分Ａ−Ｂ２の部分の動水勾配が線分Ａ−Ｂ１より急である理由は、Ｌ１の漏水量Ｑ１の分だけ流量が多いためである。図２から、漏水の有無、及び漏水の位置と漏水量によって、動水勾配線が異なることが分かる。この性質を利用して漏水の有無、及び漏水の位置と漏水量を推定することができる。

Ｌ１に漏水がある場合、点Ａの座標は配水池１３１の標高と水位から求まり、線分Ａ−Ｂ２の傾きはＦの流量を計測すればヘーゼンウィリアムス公式等から求まる。点Ｂ２と点Ｃ２の座標はＮ１とＮ２のリモートセンサで圧力を計測すれば標高を足して求まるので、線分Ｂ２−Ｃ２の傾きが求まる。線分Ａ−Ｂ２の傾きと線分Ｂ２−Ｃ２の傾きとを比較して、線分Ｂ２−Ｃ２の傾きが、線分Ａ−Ｂ２の傾きよりも小さければ、Ｎ１に仮想的な漏水（実際はＬ１に漏水）があることが分かる。線分Ｂ２−Ｃ２の傾きから計算した流量とＦの流量の差が漏水量である。以上の処理を、Ｎｍ（ｍ＝１〜ｅ−１）について、上流から順に繰り返し、幹線上の節点における仮想的な漏水量を推定するのが、幹線漏水推定部１１３における処理の概要である。

図２から分かるように、幹線上の節点に仮想的な漏水がある時は、その節点付近、またはその節点付近から分岐する支線上に実際の漏水がある。つまり、幹線上の節点における仮想的な漏水量は、その節点付近またはその節点付近から分岐する支線上の節点で構成されるエリアの漏水量に、近似的に等しいといえる。

次に、図３に示すフローチャートに沿って、幹線漏水推定部１１３における具体的な処理について説明する。

Ｎｍ（ｍ＝１〜ｅ）は、幹線上のリモートセンサ（図２ではリモートセンサ１４２〜１４５）を設置した節点群である。また、Ｎｍ（ｍ＝１〜ｅ）の漏水量を表す変数をＱｍ（ｍ＝１〜ｅ）とする。また、漏水量を表す一時的な変数としてＱｏを用いる。

ステップＳ２０１では、変数Ｑｏの初期化を行う。具体的には、配水ブロック１３３の全体の漏水量を変数Ｑｏに代入する。配水ブロック１３３の全体の漏水量は、配水ブロック１３３に流入する流量から、水需要ＤＢ１２１に記憶されている配水ブロック１３３の全節点の一時刻の水需要の合計値を引くことにより算出する。次に、ステップＳ２０２に進む。

ステップＳ２０２では、ｍを１とし、漏水量を表す変数Ｑ１〜Ｑｅはゼロとする。次に、ステップＳ２０３に進む。

ステップＳ２０３では、Ｎｍの漏水量を仮決めし、この値をＱｍに代入する。但し、変数ＱｍはＱｏ以下の値とする。次に、ステップＳ２０４に進む。

ステップＳ２０４では、ＱｅにＱｏからＱｍを引いた値（Ｑｏ−Ｑｍ）を代入する。次に、ステップＳ２０５に進む。

ステップＳ２０５では、Ｎ１〜Ｎｅの漏水量をＱ１〜Ｑｅに設定し、管網計算を行う。管網計算により、Ｎｍより一つ下流であるＮ（ｍ＋１）の圧力を推定する。即ち、ｍが３の場合は、Ｎ４の圧力を推定する。次に、ステップＳ２０６に進む。

ステップＳ２０６では、Ｎｍより一つ下流のＮ（ｍ＋１）について、管網計算で推定した圧力値と、リモートセンサで計測した圧力値の差の絶対値ｄを算出する。次に、ステップＳ２０７に進む。

ステップＳ２０７では、圧力差ｄを、予め設定されているしきい値と比較する。圧力差ｄがしきい値以上（ステップＳ２０７：ＹＥＳ）の場合、ステップＳ２０３に戻り、Ｑｍに別の値を代入して処理をやり直す。一方、圧力差ｄがしきい値未満（ステップＳ２０７：ＮＯ）の場合、ステップＳ２０８に進む。

ステップＳ２０８では、ｍ＋１がｅに等しいか否かを判定する。ｍ＋１がｅに等しくない（ステップＳ２０８：ＮＯ）場合は、ステップＳ２０９に進む。ｍ＋１がｅに等しい（ステップＳ２０８：ＹＥＳ）場合は、Ｑｍ（ｍ＝１〜ｅ）が全て計算されたことになるので、処理を終了する。

ステップＳ２０９では、ｍに１を足し、ＱｏにＱｏからＱｍを引いた値（Ｑｏ−Ｑｍ）を代入し、ステップＳ２０３に戻る。

以上が、幹線漏水推定部１１３における具体的な処理の流れである。なお、ステップＳ２０３からステップＳ２０７においてＱｍを求める処理は、山登り法等のアルゴリズムを用いて処理を高速化することが望ましい。図２との対応では、ステップＳ２０３からステップＳ２０７でＱｍを求める処理が、図２の線分Ｂ２−Ｃ２の傾きを求める部分に相当する。Ｑｏが線分Ａ−Ｂ２の傾きに対応し、Ｑｏ−Ｑｍが線分Ｂ２−Ｃ２の傾きに対応する。以上のように、幹線漏水推定部１１３は、幹線上の節点に仮想的な漏水があると見なし、その漏水量を推定する。この漏水量は、エリア形成部１１１により形成されるエリア毎の近似的な漏水量である。

次に、エリア形成部１１１における処理の詳細について、図４に示すフローチャートに沿って説明する。なお、ここでは、ある節点Ｎｉにエリア番号を割り当てる処理の流れについて説明する。

エリア形成部１１１は、配水ブロック１３３の全ての節点に、１〜ｅのエリア番号をそれぞれ割り当てることで、エリア１〜エリアｅを形成する。幹線上のリモートセンサを設置した節点群をＮｍ（ｍ＝１〜ｅ）とし、Ｎｍ（ｍ＝１〜ｅ）の漏水量を表す変数をＱｍ（ｍ＝１〜ｅ）とする。また、一般的な漏水一箇所あたりの漏水量をＱｕとする。

先ず、ステップＳ３０１では、節点Ｎｉの漏水量をＱｕに設定する。次に、ステップＳ３０２に進む。

ステップＳ３０２では、管網計算を行い、Ｎｍ（ｍ＝１〜ｅ）の圧力、及び配水ブロック１３３への流入量を推定する。これらの値は、Ｎｉに漏水があると仮定した場合の、リモートセンサの測定値に相当する。次に、ステップＳ３０３に進む。

ステップＳ３０３では、幹線漏水推定部１１３により、Ｎｍ（ｍ＝１〜ｅ）の仮想的な漏水量Ｑｍ（ｍ＝１〜ｅ）を求める。但し、リモートセンサで計測した圧力と流量のかわりに、ステップＳ３０２で管網計算により推定した圧力と流量を用いる。次に、ステップＳ３０４に進む。

ステップＳ３０４では、Ｑｍ（ｍ＝１〜ｅ）をＱｍの合計値で割り、節点Ｎｉに関するエリア係数Ｋｉｍ（ｍ＝１〜ｅ）を求める。また、Ｑｍ（ｍ＝１〜ｅ）のうち、最大のＱｍの添え字の番号ｍをＮｉのエリア番号とする。エリア番号とエリア係数はエリアＤＢ１２３に記憶する。

以上が、エリア形成部１１１において、ある節点Ｎｉにエリア番号を割り当てる処理の流れである。上記の処理を、配水ブロック１３３の全ての節点について繰り返し、全ての節点のエリア番号及びエリア係数をエリアＤＢ１２３に記憶する。

図５は、エリア番号とエリア係数を記憶したエリアＤＢ１２３のデータ例である。一行が一つの節点のエリア番号とエリア係数に相当する。エリア形成部１１１で形成したエリア内の節点に漏水がある場合、そのエリア番号と同じ数字の添え字である幹線上の節点に、最も大きい仮想的な漏水が表れる。また、幹線上の複数の節点に表れる仮想的な漏水量の比率がエリア係数である。図２に戻って説明すると、Ｌ１に漏水がある場合、幹線上の節点Ｎ１に最も大きな仮想的な漏水が表れる。

図６は、配水ブロック１３３内にエリアを形成した例であり、破線をエリアの境界線として、４つのエリアが形成されている。図６では、節点Ｌ１〜Ｌ４に漏水がある。漏水が１つのエリアもあれば、漏水が複数のエリアもある。それぞれのエリアの漏水量は、幹線漏水推定部１１３により、幹線上の節点Ｎ１〜Ｎ４の仮想的な漏水量として、近似的に求められる。より正確に言えば、Ｌ１〜Ｌ４のそれぞれの漏水量が、エリア係数の比率で幹線上の節点Ｎ１〜Ｎ４に配分され、それぞれの合計が、幹線上の節点Ｎ１〜Ｎ４の仮想的な漏水量として表れるようになっている。

次に、図６を参照して、スポット漏水推定部１１５における処理の概要について説明する。

スポット漏水推定部１１５は、幹線上の節点の仮想的な漏水量を、エリア係数の比率に従って、配水ブロック１３３内の実際の漏水がある節点に戻す（再配置する）ことで、個々の漏水の位置と漏水量を推定する。このように、先ず幹線上の節点の仮想的な漏水量を推定し、次に個々の漏水の位置と漏水量を求めるという二段階の方法には、個々の漏水を推定する上で、次のようなメリットがある。

第一に、配水ブロック１３３内において、個々の漏水が存在している様子をある程度推定できるというメリットがある。例えば、他のエリアよりも明らかに漏水量が多いエリアがある場合、そのエリア内に、特に漏水量の大きな漏水があるか、あるいは漏水が多数存在する可能性が高い。従って、そのエリアを重点的に探索することで、効率的に多くの漏水を推定できる。例えば、図６において、Ｌ１の漏水は、主にＮ１に仮想的な漏水となって表れる。同様に、Ｌ２とＬ３の漏水はＮ３に、Ｌ４の漏水はＮ４に主に表れる。よって、Ｌ１〜Ｌ４の漏水量が同じくらいであるなら、Ｎ３の仮想的な漏水量が多くなり、Ｎ２の仮想的な漏水量は少なくなる。

第二に、配水ブロック１３３内に複数の漏水がある場合に、それらの漏水を分離して推定しやすいというメリットがある。例えば、図６において、Ｌ１の圧力は、Ｌ１の漏水量のみで決まるのではなく、Ｌ２〜Ｌ４の漏水量にも影響を受ける。なぜなら、Ｌ１の漏水だけでなく、Ｌ２〜Ｌ４の漏水分の流量が配水ブロック１３３に流入しており、Ｌ１の圧力を下げるからである。同様に、Ｌ２〜Ｌ４の圧力それぞれも、それ以外の節点の漏水量の影響を受ける。つまり、複数の漏水は、互いに影響を与え合うという性質がある。Ｌ１〜Ｌ４の漏水量を同時に決めることができればよいが、探索空間の次元が漏水の数に応じて増えるので、計算量が急激に増大し、計算不能になる。また、実際には、漏水量だけでなく、漏水位置も同時に決める必要があるので、その点でも計算量は増大する。

本発明では、幹線上の節点に仮想的な漏水を想定することによって、Ｌ１の漏水量を推定する際に、Ｌ２〜Ｌ４の漏水の影響を最小限にすることができる。なぜなら、配水ブロックの入口からＬ１に至る流量は、実際の漏水位置がＬ２〜Ｌ４にあろうが、幹線上のＮ２〜Ｎ４にあろうが、ほとんど変わらないからである。流量が変わらないのは、配水ブロックの入口からＬ２〜Ｌ４に至る流量の大部分は、幹線上のＮ２〜Ｎ４を経由するためである。このことは、Ｌ２〜Ｌ４のそれぞれを推定する場合も同様に当てはまる。

次に、図７に示すフローチャートに沿って、スポット漏水推定部１１５の具体的な処理の流れについて説明する。

幹線上のリモートセンサを設置した節点群をＮｍ（ｍ＝１〜ｅ）とし、Ｎｍ（ｍ＝１〜ｅ）の仮想的な漏水量を表す変数をＱｍ（ｍ＝１〜ｅ）とする。また、Ｎｍ（ｍ＝１〜ｅ）も含めて、配水ブロック１３３全体の、リモートセンサを設置した節点群をＮｓ（ｓ＝１〜ｇ）とする。また、配水ブロック１３３の節点をＮｉ（ｉ＝１〜ｎ）で表し、Ｎｉの放出係数を表す変数をＣｉ（ｉ＝１〜ｎ）とする。また、節点Ｎｉに関するエリア係数をＫｉｍ（ｉ＝１〜ｎ、ｍ＝１〜ｅ）で表す。

先ず、ステップＳ４０１では、Ｎｉの放出係数を表す変数Ｃｉの初期化を行う。具体的には、Ｃｉ（ｉ＝１〜ｎ）をゼロにする。次に、ステップＳ４０２に進む。

ステップＳ４０２では、配水ブロック１３３の節点のうちの一つとしてＮｉを選び、Ｎｉの放出係数を仮決めし、変数Ｃｉに代入する。次に、ステップＳ４０３に進む。

ステップＳ４０３では、Ｎｉの放出係数をＣｉに設定して、管網計算を行い、Ｎｓ（ｓ＝１〜ｇ）の圧力と、Ｎｉの圧力を推定する。次に、ステップＳ４０４に進む。

ステップＳ４０４では、Ｎｓ（ｓ＝１〜ｇ）のそれぞれについて、管網計算で推定した圧力値と、リモートセンサで計測した圧力値の差を算出する。更に、その幾何平均値を計算し、圧力差ｄとする。次に、ステップＳ４０５に進む。

ステップＳ４０５では、圧力差ｄを、予め設定されているしきい値と比較する。圧力差ｄがしきい値以上（ステップＳ４０５：ＹＥＳ）の場合は、ステップＳ４０２に戻り、Ｃｉに別の値を代入して処理をやり直す。ただし、節点Ｎｉに関するステップＳ４０２からステップＳ４０５における処理回数が予め定められた指定回数以上の場合は、Ｃｉに別の値を代入して処理をやり直すのではなく、Ｃｉをゼロにリセットし、節点Ｎｉ以外の別の節点を選び直して処理をやり直す。一方、圧力差ｄがしきい値未満（ステップＳ４０５：ＮＯ）の場合は、ステップＳ４０６に進む。

ステップＳ４０６では、Ｑｍ（ｍ＝１〜ｅ）の値を更新する。具体的には、Ｎｉの放出係数Ｃｉに、管網計算で推定したＮｉの圧力値の平方根をかけ、Ｎｉのエリア係数Ｋｉｍをかけ、それぞれのＱｍから引いた値を代入する。放出係数ＣｉにＮｉの圧力値の平方根をかけた値は、Ｎｉの漏水量の推定値である。Ｎｉの漏水は、エリア係数の比率で幹線上の節点Ｎｍ（ｍ＝１〜ｅ）に表れることから、Ｎｉの漏水量の推定値にエリア係数Ｋｉｍをかけた値は、幹線上のそれぞれの節点Ｎｍ（ｍ＝１〜ｅ）に表れる仮想的な漏水量である。これをＱｍから引くことにより、Ｎｉの漏水の分を、幹線上の節点の仮想的な漏水量Ｑｍ（ｍ＝１〜ｅ）から除くことになる。次に、ステップＳ４０７に進む。

ステップＳ４０７では、Ｑｍ（ｍ＝１〜ｅ）の合計値を、予め設定されたしきい値と比較する。合計値がしきい値以下（ステップＳ４０７：ＹＥＳ）の場合、または、ステップＳ４０２からステップＳ４０７における処理回数が予め定められた指定回数以上（ステップＳ４０７：ＹＥＳ）の場合、処理を終了する。一方、合計値がしきい値より大きい、且つ処理回数が予め定められた指定回数未満（ステップＳ４０７：ＮＯ）の場合、ステップＳ４０２に戻り、処理をやり直す。

以上が、スポット漏水推定部１１５の具体的な処理の流れである。なお、ステップ４０２においてＮｉを選ぶ際は、漏水量が多いエリア内の節点を優先的に選ぶことが望ましい。また、ステップＳ４０２からステップＳ４０５でＣｉの値を求める処理は、山登り法等のアルゴリズムを用いて処理を高速化することが望ましい。

なお、上述した処理は、個々の漏水をより正確に推定するために、複数時刻について行うことが望ましい。具体的には、複数時刻のＱｍ（ｍ＝１〜ｅ）を計算しておき、ステップＳ４０３で複数時刻の管網計算を行い、ステップＳ４０４で圧力差ｄの複数時刻の平均値を計算し、ステップＳ４０６で複数時刻のＱｍ（ｍ＝１〜ｅ）を更新することが望ましい。

図８は、幹線漏水推定部１１３、エリア形成部１１１、及びスポット漏水推定部１１５の推定結果等を、入出力部１１６で出力した画面の一例である。画面の左側は、配水ブロック１３３、リモートセンサの配置、及び推定した個々の漏水の位置等を表示している。また、画面の右側上部は、配水ブロック１３３のエリア毎の近似的な漏水量を示すグラフ、画面の右側中央部は、エリア毎の近似的な漏水量と時間推移との関係を示すグラフ、画面の右側下部は、個々のエリアの漏水の位置と漏水量を示すテーブルを表示している。なお、個々のエリアの漏水の位置は、図８に示すＸ軸、Ｙ軸に対応する位置（Ｘ，Ｙ）で示している。

図８から、エリア１（＃１）では、位置（０．５，１）に４．０の漏水があり、エリア２（＃２）では、位置（２．５，４）に１．５の漏水があり、エリア３（＃３）では、位置（０．５，５）に６．０の漏水があり、エリア４（＃４）では、位置（３．５，６）に５．０の漏水があると推定された。

このように、配水ブロック１３３内の個々の漏水を特定することにより、漏水調査に要する時間を短縮することができる。

（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２に係る漏水検知装置について図面を参照して説明する。本発明の実施形態２に係る漏水検知装置の幹線漏水推定部における処理を模式的に示す図である。

図９に示すように、実施形態２に係る漏水検知装置の、実施形態１に係る漏水検知装置と異なる主な点は、幹線の圧力を計測するリモートセンサ１４２〜１４５の代わりに、幹線の流量を計測するリモートセンサ２４２、２４３、．．．を設置し、支線の圧力を計測するリモートセンサ１４６〜１５３の代わりに、支線の流量を計測するリモートセンサ（図示せず）を設置した点、及びリモートセンサを設置した節点群Ｆｍ（ｍ＝１〜ｅ−１）の、節点と節点の中間の節点Ｎｍ（ｍ＝１〜ｅ）について、仮想的な漏水量を推定する点である。また、幹線上の節点Ｎｍの仮想的な漏水量を推定する際の基準は、Ｎ（ｍ＋１）の圧力値の差ではなく、節点群Ｆｍの流量値の差を用いる。なお、実施形態２のその他の構成及び処理等は、実施形態１と同様である。

図１０は、実施形態２に係る漏水検知装置の幹線漏水推定部における処理を示すフローチャートである。前述したように、実施形態２に係る漏水検知装置の、実施形態１に係る漏水検知装置と異なる主な点は、幹線漏水推定部１１３における処理の一部である。したがって、図１０に示すフローチャートに沿って、幹線漏水推定部１１３における具体的な処理について説明する。

図１０に示すように、幹線漏水推定部１１３における実施形態１と異なる処理は、ステップＳ１００６とステップＳ１００７である。即ち、実施形態２では、図２に示すステップＳ２０１〜Ｓ２０５と同じ処理を行った後、ステップＳ１００６に進む。ステップＳ１００６では、リモートセンサを設置した節点群Ｆｍ（ｍ＝１〜ｅ−１）の流量差を算出する。次に、ステップＳ１００７に進む。

ステップＳ１００７では、ステップＳ１００６とステップＳ１００７である。ステップ１００７は、ステップＳ１００６で算出した流量差と予め設定されているしきい値とを比較する。次に、ステップＳ２０８に進む。その後、実施形態１と同様の処理を行う。

（実施形態３）
次に、本発明の実施形態２に係る漏水検知装置について図面を参照して説明する。図１１は、本発明の実施形態３に係る漏水検知装置の幹線漏水推定部における処理を示すフローチャートである。

実施形態３に係る漏水検知装置の、実施形態１に係る漏水検知装置と異なる主な点は、幹線の圧力を計測するリモートセンサと、幹線の流量を計測するリモートセンサの両方を設置する点、支線の圧力を計測するリモートセンサと、支線の流量を計測するリモートセンサの両方を設置する点、及び幹線上の節点Ｎｍ（ｍ＝１〜ｅ）に設置したリモートセンサで圧力を計測し、かつＮｍ（ｍ＝１〜ｅ）の中間の節点Ｆｍ（ｍ＝１〜ｅ−１）に設置したリモートセンサで流量を計測する点である。

即ち、幹線上の節点Ｎｍの仮想的な漏水量を推定する際の基準として、Ｎ（ｍ＋１）の圧力値の差と、Ｆｍの流量値の差を併用する。具体的には、例えば、圧力を計測するリモートセンサの計測精度と流量を計測するリモートセンサの計測精度の比率で重み付け平均値を算出し、予め設定されているしきい値と比較する。なお、実施形態３のその他の構成及び処理等は、実施形態１または実施形態２と同様である。

図１１は、本発明の実施形態３に係る幹線漏水推定部１１３における処理の流れを示すフローチャートである。幹線漏水推定部１１３における実施形態１または実施形態２と異なる処理は、ステップＳ１１０６、ステップＳ１１０７及びステップ１１０８である。即ち、実施形態３では、図２に示すステップＳ２０１〜Ｓ２０５と同じ処理を行った後、ステップＳ１００６に進む。ステップＳ１１０６では、節点Ｎ（ｍ＋１）の圧力差を計算する。次に、ステップＳ１１０７に進む。

ステップＳ１１０７では、節点Ｆｍの流量差を計算する。次に、ステップＳ１１０８に進む。

ステップＳ１１０８では、ステップＳ１１０６で計算した圧力差と、ステップＳ１１０７で計算した流量差から重み付け平均値を計算し、予め設定されているしきい値と比較する。次に、ステップＳ２０８に進む。その後、実施形態１または実施形態２と同様の処理を行う。

なお、上述した実施形態１〜実施形態３において、配水ブロック１３３に設置したリモートセンサは常に最新の値を計測し、データ収集部１１４はそのデータを収集し、幹線漏水推定部１１３は、幹線上の節点の仮想的な漏水量を繰り返し推定することで、配水ブロック１３３の漏水分布を常に監視できるようにし、幹線上の節点の仮想的な漏水量が、予め設定されているしきい値以上に急増した場合、警告等を発することが望ましい。具体的には、例えば、画面等に警告メッセージを表示する、警告音を発する、配水ブロックの状態を監視する担当者等が保有する携帯端末に対してショートメールを送る等である。このようにすることで、配水ブロック１３３内の漏水分布を常に推定し、漏水量が急増した歳には警告を発することで、漏水修理までの時間を短縮することができる。

また、本発明の別の実施形態としては、例えば、図１２に示すように、配水ブロック１３３の幹線から分岐する管路にバルブ３００、３０１、３０２．．．を設置し、幹線上の節点の仮想的な漏水量が、予め設定されているしきい値以上に急増した場合に、漏水量が急増した幹線上の節点から分岐する管路のバルブ（図１２ではバルブ３００）を閉止するという構成でもよい。このようにバルブを閉止することで、漏水量を効果的に削減することができる。

さらにまた、本発明に係る漏水検知装置１０２は、一般的なコンピュータシステムに限定されるものではなく、一部または全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよいし、クラウドコンピューティング等により、複数の機器で構成しても良いし、その他の情報機器により同様の機能を実現してもよい。

また、配水設備１０１は、例えば、配水池１３１と配水ブロック１３３の間にポンプを含む構成であってもよいし、配水池１３１から配水ブロック１３３に直接配水されるのではなく、他の配水ブロックを経由して配水される構成であってもよい。

さらにまた、上述した図において情報のやりとり等を表す線は、説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全てのものを示しているとは限らない。実際にはほとんど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

１００…配水監視システム、１０１…配水設備、１０２…漏水検知装置、１１１…エリア形成部、１１２…管網計算部、１１３…幹線漏水推定部、１１４…データ収集部、１１５…スポット漏水推定部、１１６…入出力部、１３１…配水池、１３２…配水管網、１３３、１３４…配水ブロック、１３５…連通管、１４１〜１５３…リモートセンサ、３００…バルブ

Claims (5)

1. 水源に接続され且つ配水管網を構成する配水ブロックの状態を監視する漏水検知装置であって、
   前記配水ブロックの節点の水需要を記憶する水需要データベースと、
   前記配水ブロックの節点と管路に関する情報を記憶する管網データベースと、
   前記水源と配水ブロックとの間に位置し両者を連通させる連通管の流量値と、前記配水ブロックの幹線上の複数の節点の圧力値とを収集するデータ収集部と、
   前記水需要データベースに記憶されている情報と前記管網データベースに記憶されている情報とに基づき、前記配水ブロック全体の節点の圧力値、及び前記管路の流量値を推定する管網計算部と、
   前記連通管の流量値と前記水需要データベースに記憶されている情報とに基づき前記配水ブロック全体の漏水量を推定し、前記配水ブロック全体の漏水量と、前記データ収集部で収集した幹線上の複数の節点の圧力値と、前記管網計算部が推定した幹線上の複数の節点の圧力値に基づき、幹線上の複数の節点の仮想的な漏水量を推定する幹線漏水推定部と、
   前記配水ブロック内の節点に漏水量を仮定し、前記管網計算部により各節点の圧力と前記連通管の流量値を推定し、該推定した推定値を前記幹線漏水推定部で利用する収集値の代わりに用いて前記幹線漏水推定部により幹線上の複数の節点の仮想的な漏水量を推定し、該仮想的な漏水量の推定値に基づいて前記漏水量が仮定された節点に関するエリア番号を算出し、配水ブロック上の各節点がどのエリア番号に属するかを判定し、前記配水ブロック内を複数のエリアに仮想的に分割するエリア形成部と、
   を備え、
   前記幹線漏水推定部により推定された幹線上の複数節点の仮想的な漏水量を、その節点を含むエリアの漏水量とすることを特徴とする漏水検知装置。
2. 水源に接続され且つ配水管網を構成する配水ブロックの状態を監視する漏水検知装置であって、
   前記配水ブロックの節点の水需要を記憶する水需要データベースと、
   前記配水ブロックの節点と管路に関する情報を記憶する管網データベースと、
   前記水源と配水ブロックとの間に位置し両者を連通させる連通管の流量値と、前記配水ブロックの幹線上の複数の管路の流量値と、前記配水ブロックの幹線上の複数の節点の圧力値とを収集するデータ収集部と、
   前記水需要データベースに記憶されている情報と前記管網データベースに記憶されている情報とに基づき、前記配水ブロック全体の節点の圧力値、及び前記管路の流量値を推定する管網計算部と、
   前記連通管の流量値と前記水需要データベースに記憶されている情報とに基づき前記配水ブロック全体の漏水量を推定し、前記配水ブロック全体の漏水量と、前記データ収集部で収集した幹線上の複数の管路の流量値と、前記データ収集部で収集した幹線上の複数の節点の圧力値と、前記管網計算部が推定した幹線上の複数の管路の流量値と、前記管網計算部が推定した幹線上の複数の節点の圧力値に基づき、幹線上の複数の節点の仮想的な漏水量を推定する幹線漏水推定部と、
   前記配水ブロック内の節点に漏水量を仮定し、前記管網計算部により各節点の圧力と各管路の流量値と前記連通管の流量値を推定し、該推定した推定値を前記幹線漏水推定部で利用する収集値の代わりに用いて前記幹線漏水推定部により幹線上の複数の節点の仮想的な漏水量を推定し、該仮想的な漏水量の推定値に基づいて前記漏水量が仮定された節点に関するエリア番号を算出し、配水ブロック上の各節点がどのエリア番号に属するかを判定し、前記配水ブロック内を複数のエリアに仮想的に分割するエリア形成部と、
   を備え、
   前記幹線漏水推定部により推定された幹線上の複数節点の仮想的な漏水量を、その節点を含むエリアの漏水量とすることを特徴とする漏水検知装置。
3. 前記配水ブロックは、前記幹線と、当該幹線から分岐した支線とを有し、
   前記節点は、前記幹線及び支線に設けられ、
   前記データ収集部は、前記配水ブロックの支線上の複数の節点の圧力値をさらに収集し、
   前記幹線漏水推定部は、前記配水ブロック全体の漏水量と、前記データ収集部で収集した幹線上の複数の節点の圧力値と、前記データ収集部で収集した支線上の複数の節点の圧力値と、前記管網計算部が推定した幹線上の複数の節点の圧力値と、前記管網計算部が推定した支線上の複数の節点の圧力値とに基づき、幹線上及び支線上の複数の節点の仮想的な漏水量を推定することを特徴とする請求項１記載の漏水検知装置。
4. 前記配水ブロックは、前記幹線と、当該幹線から分岐した支線とを有し、
   前記節点は、前記幹線及び支線に設けられ、
   前記データ収集部は、前記配水ブロックの支線上の複数の管路の流量値をさらに収集し、
   前記幹線漏水推定部は、前記配水ブロック全体の漏水量と、前記データ収集部で収集した幹線上の複数の管路の流量値と、前記データ収集部で収集した支線上の複数の管路の流量値と、前記管網計算部が推定した幹線上の複数の管路の流量値と、前記管網計算部が推定した支線上の複数の管路の流量値とに基づき、幹線上及び支線上の複数の節点の仮想的な漏水量を推定することを特徴とする請求項２記載の漏水検知装置。
5. エリアデータベースと、
   スポット漏水推定部をさらに備え、
   前記エリア形成部は、前記エリア番号及びエリア係数を前記エリアデータベースに記憶し、
   前記データ収集部は、前記配水ブロックの幹線以外の節点の圧力値をさらに収集し、
   前記スポット漏水推定部は、前記幹線漏水推定部が推定した幹線上の複数の節点の仮想的な漏水量と、前記エリアデータベースに記憶したエリア係数と、前記データ収集部が収集した幹線以外の節点の圧力値と、前記管網計算部が推定した管網全体の節点の圧力値に基づき、前記配水ブロック内の個々の漏水の位置と漏水量を推定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の漏水検知装置。

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