JP6370594B2

JP6370594B2 - Water leakage amount estimation device and water leakage amount estimation program

Info

Publication number: JP6370594B2
Application number: JP2014091952A
Authority: JP
Inventors: 勝也横川; 理山中; 諒難波; 寿治杉野
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
Priority date: 2014-04-25
Filing date: 2014-04-25
Publication date: 2018-08-08
Anticipated expiration: 2034-04-25
Also published as: JP2015210190A

Description

本発明の実施形態は、漏水量推定装置、および漏水量推定プログラムに関する。 Embodiments described herein relate generally to a leakage amount estimation device and a leakage amount estimation program.

従来、住民の通報等によって知らされる地上漏水以外の配水管路網内の地下漏水は、現場調査員が定期的に音聴棒等を用いて漏水有無調査（一次調査）を実施し、調査の結果、漏水可能性が高い箇所を特定し、その後重点的に相関式漏水探査機を用いて、その地域での詳細な漏水箇所特定（二次調査）を行っていた。また、これに関連し、漏水箇所を配水ブロック単位で推定する技術が知られているが、従来の技術では、漏水量を節点単位で正確に推定することができなかった。 Conventionally, for underground leaks in the distribution pipe network other than the above-ground leaks, which are informed by residents' notifications, etc., the field investigator regularly conducts a leak check (primary survey) using a hearing rod etc. As a result, a location with a high possibility of water leakage was identified, and then a detailed water leakage location in the area (secondary survey) was focused on using a correlative water leakage probe. In addition, related to this, a technique for estimating the location of water leakage in units of distribution blocks is known, but the conventional technology has not been able to accurately estimate the amount of water leakage in units of nodes.

特開２０１３−１７８２０７号公報JP 2013-178207 A

本発明が解決しようとする課題は、漏水量を節点単位で正確に推定することができる漏水量推定装置、および漏水量推定プログラムを提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a leakage amount estimation device and a leakage amount estimation program capable of accurately estimating the leakage amount in node units.

実施形態の漏水量推定装置は、取得部と、導出部とを持つ。取得部は、複数の節点を含む配水管路網に流入する水の量、前記節点における水圧、および前記節点における水の使用量を取得する。導出部は、前記取得部により取得された情報および前記配水管路網における節点間の接続関係を反映した流体の運動方程式に基づいて前記配水管路網における管路毎の流速を導出し、前記導出した管路毎の流速および前記節点毎の質量保存式に基づいて前記節点における漏水量を導出する。 The water leak amount estimation device of the embodiment includes an acquisition unit and a derivation unit. The acquisition unit acquires the amount of water flowing into a distribution pipe network including a plurality of nodes, the water pressure at the nodes, and the amount of water used at the nodes. The derivation unit derives a flow velocity for each pipeline in the water distribution pipeline network based on the information acquired by the acquisition unit and the equation of motion of the fluid reflecting the connection relation between nodes in the water distribution pipeline network, The amount of water leakage at the node is derived based on the derived flow velocity for each pipeline and the mass conservation equation for each node.

第１の実施形態に係る配水システムの概要と漏水量推定装置１の構成を示す図。The figure which shows the outline | summary of the water distribution system which concerns on 1st Embodiment, and the structure of the leak amount estimation apparatus 1. FIG. 配水管路網情報記憶部５２に格納される情報の一例を示す図。The figure which shows an example of the information stored in the water distribution pipe network information storage part. 図１とは異なる配水管路網ＰＮの一例を示す図。The figure which shows an example of the water distribution pipe network PN different from FIG. 図３に示す配水管路網ＰＮに対応して配水管路網情報記憶部５２に格納される情報を例示した図。The figure which illustrated the information stored in the water pipe network information storage part 52 corresponding to the water pipe network PN shown in FIG. 漏水量推定装置１による算出手順を表すブロック図。The block diagram showing the calculation procedure by the leak amount estimation apparatus 1. FIG. 出力部３０により表示される画面の一例を示す図。The figure which shows an example of the screen displayed by the output part. 第３の実施形態に係る漏水量推定装置３の構成を示す図。The figure which shows the structure of the water leak amount estimation apparatus 3 which concerns on 3rd Embodiment. 第４の実施形態に係る漏水量推定装置４の構成を示す図。The figure which shows the structure of the water leak amount estimation apparatus 4 which concerns on 4th Embodiment. 優先順位の算出傾向を例示した図。The figure which illustrated the calculation tendency of the priority. 実施形態の漏水量推定装置の利用態様を示す図。The figure which shows the utilization aspect of the water leak amount estimation apparatus of embodiment.

以下、実施形態の漏水量推定装置、および漏水量推定プログラムを、図面を参照して説明する。 Hereinafter, a water leakage amount estimation device and a water leakage amount estimation program according to an embodiment will be described with reference to the drawings.

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る配水システムの概要と漏水量推定装置１の構成を示す図である。この配水システムでは、配水池７０に蓄えられた水（浄水）が、ポンプやバルブ等によって家庭や事業所等を含む配水管路網ＰＮに供給される。配水管路網ＰＮに流入する水の量は、流量センサ８０によって検出される。流量センサ８０は、検出した水の量を漏水量推定装置１に送信する。 (First embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating an outline of a water distribution system and a configuration of a water leakage amount estimation device 1 according to the first embodiment. In this water distribution system, water (purified water) stored in the distribution reservoir 70 is supplied to a water distribution pipe network PN including homes, offices, and the like by pumps, valves, and the like. The amount of water flowing into the distribution pipe network PN is detected by the flow sensor 80. The flow sensor 80 transmits the detected amount of water to the leak amount estimation device 1.

配水管路網ＰＮには、図中、白丸や黒丸で表される複数の節点が便宜的に設定されている。図中、白丸は、圧力計が取り付けられた節点であり、黒丸は、圧力計およびスマートメータが取り付けられた節点である。圧力計は、節点における水圧を検出し、漏水量推定装置１に送信する。スマートメータは、例えば、水が提供される家庭や事業所等に取り付けられ、家庭や事業所等における水の使用量を３０分ないし１時間程度毎に検出し、漏水量推定装置１に送信する。漏水量推定装置１は、受信した水の使用量を集計し、節点毎の水の使用量として扱う。なお、節点毎に、スマートメータから受信した水の使用量を集計する集計装置が取り付けられ、漏水量推定装置１は、この集計装置から節点毎の水の使用量を受信するようにしてもよい。また、節点における水の使用量が一部測定できない場合には、水道メータの検針データから按分して設定するようにしてもよい。なお、図中、白丸で示す節点は、水を使用する家庭や事業所が連結されていない単なる分岐点であり、その節点における水の使用量はゼロとみなされる。 In the water distribution pipe network PN, a plurality of nodes represented by white circles and black circles are set for convenience. In the figure, white circles are nodes to which pressure gauges are attached, and black circles are nodes to which pressure gauges and smart meters are attached. The pressure gauge detects the water pressure at the node and transmits the detected water pressure to the leak amount estimation device 1. The smart meter is attached to, for example, a home or business establishment where water is provided, detects the amount of water used in the home or business office about every 30 minutes to 1 hour, and transmits it to the leak amount estimation device 1. . The leak amount estimation device 1 counts the received water usage and treats it as the water usage for each node. In addition, the totaling device which totals the usage-amount of the water received from the smart meter is attached for every node, and the leak amount estimation apparatus 1 may receive the usage-amount of water for every node from this totaling device. . In addition, when a part of the amount of water used at the node cannot be measured, it may be set proportionally from the meter reading data of the water meter. In addition, the node shown with a white circle in the figure is a mere branch point where a household or business office that uses water is not connected, and the amount of water used at that node is regarded as zero.

漏水量推定装置１は、このように取得される情報に基づいて、節点毎の漏水量を推定する。漏水量推定装置１は、例えば、プロセスデータ取得部１０と、入力部２０と、出力部３０と、管路網モデル構築部４０と、状態変数算出部４２と、節点漏水量算出部４４と、プロセスデータ記憶部５０と、配水管路網情報記憶部５２とを備える。 The water leak amount estimation device 1 estimates the water leak amount for each node based on the information acquired in this way. The water leakage amount estimation device 1 includes, for example, a process data acquisition unit 10, an input unit 20, an output unit 30, a pipeline network model construction unit 40, a state variable calculation unit 42, a nodal water leakage calculation unit 44, A process data storage unit 50 and a distribution pipe network information storage unit 52 are provided.

プロセスデータ取得部１０は、前述したように、流量センサ８０、圧力計、スマートメータ等から情報（プロセスデータ）を受信し、プロセスデータ記憶部５０に記憶させる。プロセスデータには、配水管路網ＰＮに流入する水の量に関する情報と、節点における水圧と、節点における水の使用量に関する情報とが含まれる。プロセスデータ記憶部５０および配水管路網情報記憶部５２は、例えば、ＲＯＭやＲＡＭ、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、フラッシュメモリ等の記憶装置によって実現される。なお、プロセスデータ取得部１０が行う通信の態様に特段の制約はなく、プロセスデータ取得部１０は、如何なる態様で通信を行ってもよい。 As described above, the process data acquisition unit 10 receives information (process data) from the flow sensor 80, a pressure gauge, a smart meter, and the like and stores the information (process data) in the process data storage unit 50. The process data includes information relating to the amount of water flowing into the distribution pipe network PN, water pressure at the nodes, and information relating to the amount of water used at the nodes. The process data storage unit 50 and the distribution pipe network information storage unit 52 are realized by a storage device such as a ROM, a RAM, a HDD (Hard Disk Drive), a flash memory, or the like. Note that the communication mode performed by the process data acquisition unit 10 is not particularly limited, and the process data acquisition unit 10 may perform communication in any mode.

入力部２０は、例えば、キーボード、マウス、タッチパネル、スイッチ等の入力デバイスである。また、出力部３０は、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）や有機ＥＬ（Electroluminescence）等の表示装置および表示制御部、プリンタ、スピーカ等を含む。 The input unit 20 is an input device such as a keyboard, a mouse, a touch panel, and a switch. The output unit 30 includes, for example, a display device such as an LCD (Liquid Crystal Display) and an organic EL (Electroluminescence), a display control unit, a printer, a speaker, and the like.

漏水量推定装置１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサと、ＨＤＤやフラッシュメモリ等のプログラムメモリとを備える。管路網モデル構築部４０、状態変数算出部４２、節点漏水量算出部４４は、例えば、プログラムメモリに格納されたプログラムをＣＰＵが実行することにより機能するソフトウェア機能部である。また、これらの機能部のうち一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等のハードウェア機能部であってもよい。 The water leakage amount estimation apparatus 1 includes, for example, a processor such as a CPU (Central Processing Unit) and a program memory such as an HDD and a flash memory. The pipeline network model construction unit 40, the state variable calculation unit 42, and the nodal water leakage calculation unit 44 are software function units that function when the CPU executes a program stored in a program memory, for example. Some or all of these functional units may be hardware functional units such as LSI (Large Scale Integration) and ASIC (Application Specific Integrated Circuit).

［管路網モデル構築］
管路網モデル構築部４０は、配水管路網情報記憶部５２に格納された情報に基づいて、グラフ理論を用いた非圧縮性流体の運動方程式、および質量保存式を構築する。配水管路網を流れる非圧縮流体の運動方程式は、式（１）で表される。式（１）において、ｉ、ｊは節点の番号であり、ｖ_ｉｊは管路ｉｊ（節点ｉと節点ｊを結ぶ管路）における水の流速であり、Ｌ_ｉｊは管路ｉｊの長さ［ｍ］であり、ρは水密度［ｋｇ／ｍ^３］であり、Ｈ_ｉは節点ｉの標高であり、Ｄ_ｉｊは管路ｉｊの口径［ｍ］であり、λ_ｉｊは管路ｉｊの管路摩擦抵抗である。配水管路網情報記憶部５２には、節点間の接続関係の他、管路の長さ、口径、および管路摩擦抵抗と、節点の標高などの情報が格納されている。図２は、実施形態の配水管路網情報記憶部５２に格納される情報の一例を示す図である。図示するように、配水管路網情報記憶部５２には、節点数や管路数の他、節点毎の有効水頭［ｍ］や種別、設置標高［ｍ］などの情報が、節点番号に対応付けられて記述されている。また、配水管路網情報記憶部５２には、管路毎の始点および終点の節点番号（すなわち節点間の接続関係）、管長（長さ）、管路摩擦係数などの情報が、管路番号に対応付けられて記述されている。

[Construction of pipeline network model]
The pipeline network model constructing unit 40 constructs an equation of motion of the incompressible fluid and a mass conservation equation using graph theory based on the information stored in the distribution pipeline network information storage unit 52. The equation of motion of the incompressible fluid flowing through the water distribution pipe network is expressed by equation (1). In Expression (1), i and j are node numbers, v _ij is the flow velocity of water in the pipe ij (the pipe connecting the node i and the node j), and L _ij is the length of the pipe ij [ m], ρ is the water density [kg / m ³ ], H _i is the altitude of the node i, D _ij is the diameter [m] of the pipe ij, and λ _ij is the pipe of the pipe ij Road friction resistance. In addition to the connection relationship between the nodes, the distribution pipe network information storage unit 52 stores information such as the length of the pipe, the diameter, the pipe frictional resistance, and the altitude of the node. FIG. 2 is a diagram illustrating an example of information stored in the water distribution network information storage unit 52 of the embodiment. As shown in the figure, in the distribution pipe network information storage unit 52, in addition to the number of nodes and the number of pipes, information such as the effective head [m], type, and installation altitude [m] for each node corresponds to the node number. It is attached and described. In addition, the distribution pipe network information storage unit 52 includes information such as the start and end node numbers (that is, the connection relationship between the nodes), the pipe length (length), and the pipe friction coefficient for each pipe line. It is described in association with.

式（１）を行列表現で表すと、式（２）となる。式中、「．」はベクトルを成分毎に乗算したベクトルを、｜（ベクトル）｜は、ベクトルの各成分を絶対値に変換したベクトルを、それぞれ表している。また、式（２）における各行列やベクトルの成分は、式（３）〜（７）で表される。

When Expression (1) is expressed in a matrix expression, Expression (2) is obtained. In the equation, “.” Represents a vector obtained by multiplying a vector for each component, and | (vector) | represents a vector obtained by converting each component of the vector into an absolute value. Moreover, each matrix and vector component in Formula (2) are represented by Formulas (3) to (7).

また、各節点における質量保存式は、式（８）で表される。式中、Ａは接続行列であり、Ｓは区間断面積［ｍ^２］を対角がゼロの正方行列で表したものであり、ｑは各節点ｉの水の使用量を要素とするベクトルであり、ｌは各節点ｉにおける漏水量を要素とするベクトルである。行列Ｓの要素Ｓ_ｉｊは、管路ｉｊの口径［ｍ］から、式（９）により導出される。

Moreover, the mass conservation formula at each node is represented by Formula (8). In the equation, A is a connection matrix, S is a section matrix [m ² ] represented by a square matrix with a diagonal of zero, and q is a vector whose element is the amount of water used at each node i. Yes, l is a vector whose element is the amount of water leakage at each node i. The element S _{ij of the} matrix S is derived from the diameter [m] of the pipe line ij by the equation (9).

接続行列Ａとは、有向グラフに基づいて生成される行列であり、節点の数ｐ、管路の数をｋとした場合にｐ×ｋ行列として生成される。接続行列Ａの各要素Ａ_ｐｋは、下記の定義によって決定される。
Ａ_ｐｋ＝―１：管路ｋにおいて節点ｐが始点の場合
Ａ_ｐｋ＝１：管路ｋにおいて節点ｐが終点の場合
Ａ_ｐｋ＝０：管路ｋにおいて節点ｐが始点でも終点でも無い場合 The connection matrix A is a matrix generated based on the directed graph, and is generated as a p × k matrix when the number of nodes p and the number of pipes are k. Each element _Apk of the connection matrix A is determined by the following definition.
A _pk = −1: When node p is the starting point in pipe k A _pk = 1: When node p is the ending point in pipe k A _pk = 0: When node p is neither the starting point nor the end point in pipe k

以下、配水管路網のモデルとして図３を参照し、質量保存式について説明する。図３は、図１とは異なる配水管路網ＰＮの一例を示す図である。以下、圧力計が取り付けられた節点と、圧力計およびスマートメータが取り付けられた節点とを区別せずに表記する。図中、丸内の数字は節点番号を、括弧内の数字は管路番号を示す。図４は、図３に示す配水管路網ＰＮに対応して配水管路網情報記憶部５２に格納される情報を例示した図である。 Hereinafter, the mass conservation formula will be described with reference to FIG. 3 as a model of the distribution pipe network. FIG. 3 is a diagram showing an example of a water distribution pipe network PN different from FIG. Hereinafter, the node to which the pressure gauge is attached and the node to which the pressure gauge and the smart meter are attached are described without distinction. In the figure, numbers in circles indicate node numbers, and numbers in parentheses indicate conduit numbers. FIG. 4 is a diagram illustrating information stored in the water distribution network information storage unit 52 corresponding to the water distribution network PN shown in FIG.

図３に示す配水管路網ＰＮの場合、接続行列Ａは、式（１０）で表される。前述したように、接続行列Ａの各行は節点に対応し、各列は管路に対応する。図３および図４に示すモデルを式（８）に適用すると、式（１１）となる。式（１１）におけるｌ_ｉは、節点毎の漏水量であり、未知数である。

In the case of the water distribution pipe network PN shown in FIG. 3, the connection matrix A is expressed by Expression (10). As described above, each row of the connection matrix A corresponds to a node, and each column corresponds to a pipe line. When the model shown in FIGS. 3 and 4 is applied to Equation (8), Equation (11) is obtained. In equation (11), l _i is the amount of water leakage at each node and is an unknown number.

［流速の算出］
状態変数算出部４２は、各管路を流れる水の流速を算出する。有効水圧差であるｄＰと各ノードの圧力値Ｐ_ｉは、Ｐ_１をゼロとすると式（１２）の関係にある。状態変数算出部４２は、式（２）、（１２）から得られる式（１３）に基づいて、各管路を流れる水の流速を算出する。状態変数算出部４２は、例えば、ニュートンラプソン法などを用いることで、式（１３）の非線形連立常微分方程式を解く。また、状態変数算出部４２は、その他の手法によって式（１３）の非線形連立常微分方程式を解いてもよい。

[Calculation of flow velocity]
The state variable calculation unit 42 calculates the flow velocity of water flowing through each pipeline. The effective water pressure difference dP and the pressure value P _{i at} each node are in the relationship of equation (12) when P ₁ is zero. The state variable calculation unit 42 calculates the flow velocity of the water flowing through each pipeline based on the equation (13) obtained from the equations (2) and (12). The state variable calculation unit 42 solves the nonlinear simultaneous ordinary differential equation of Expression (13) by using, for example, the Newton-Raphson method. Further, the state variable calculation unit 42 may solve the nonlinear simultaneous ordinary differential equation of Expression (13) by other methods.

ここで、Ａ*は、接続行列Ａから、任意の節点に対応する行を取り除いて得られる既約接続行列である。以下では、接続行列Ａの１行目を取り除くこととする。式（１０）に示される接続行列Ａから得られる既約接続行列Ａ*は、式（１４）で表される。そして、行列Ａ*_ｔは、既約接続行列Ａ*を、補木が前列にくるように入れ替えた場合の、後列のみの部分行列である。

Here, A * is an irreducible connection matrix obtained by removing rows corresponding to arbitrary nodes from the connection matrix A. Hereinafter, the first row of the connection matrix A is removed. An irreducible connection matrix A * obtained from the connection matrix A shown in Expression (10) is expressed by Expression (14). The matrix A * _t is a partial matrix of only the rear column when the irreducible connection matrix A * is replaced so that the complement tree comes to the front column.

以下、行列Ａ*_ｔについて説明する。グラフ構造が閉回路（ループ）を形成している場合、ループを一巡すると圧力損失がゼロとなる法則を得ることができる。すなわち、ある始点となる節点からループを辿って始点に戻ると、ｄＰ＝０である。これを式で表現すると、式（１５）となる。

Hereinafter, the matrix A * _t will be described. When the graph structure forms a closed circuit (loop), it is possible to obtain a law in which the pressure loss becomes zero once the loop is completed. That is, dP = 0 when a loop is traced from a certain starting point to return to the starting point. When this is expressed by an equation, equation (15) is obtained.

式（１５）中、Ｂは基本閉路行列であり、各行ｉがグラフの基本閉路Ｆ_ｉに、各列ｋがグラフの各枝（管路）に対応するｉ×ｋ行列である。基本閉路行列Ｂの各要素Ｂ_ｉｋは、下記の定義によって決定される。
Ｂ_ｉｋ＝―１：閉路Ｆ_ｉが枝ｋを負の向きに含んでいる場合
Ｂ_ｉｋ＝１：閉路Ｆ_ｉが枝ｋを正の向きに含んでいる場合
Ｂ_ｉｋ＝０：閉路Ｆ_ｉが枝ｋを含まない場合 In Equation (15), B is a basic cycle matrix, each row i is a basic cycle F _i of the graph, and each column k is an i × k matrix corresponding to each branch (pipe) of the graph. Each element B _ik of the basic cycle matrix B is determined by the following definition.
B _ik = −1: When the cycle F _i includes the branch k in the negative direction B _ik = 1: When the cycle F _i includes the branch k in the positive direction B _ik = 0: The cycle F _i is When branch k is not included

図３および図４に示すモデルの場合、基本閉路行列Ｂは式（１６）で表される。

In the case of the models shown in FIGS. 3 and 4, the basic cycle matrix B is expressed by Expression (16).

このグラフにおいて、閉回路を作らない枝集合のことを木（Tree）といい、木に含まれない枝集合を補木（Cotree）という。任意のひとつの補木と木の集合により、閉路が一意に決定され、これを基本閉路と呼ぶ。グラフの基本閉路の数は、補木の数と等しい。基本閉路行列Ｂは、既約接続行列Ａ*と基本閉路行列Ｂの間にある式（１７）の関係により求めることができる。式中、添え字のｃは補木を、ｔは木を表している。

In this graph, a branch set that does not form a closed circuit is called a tree, and a branch set that is not included in the tree is called a complement tree. A cycle is uniquely determined by a set of any one complementary tree and tree, and this is called a basic cycle. The number of basic cycles in the graph is equal to the number of complement trees. The basic cycle matrix B can be obtained by the relationship of Expression (17) between the irreducible connection matrix A * and the basic cycle matrix B. In the formula, the subscript c represents a complement tree, and t represents a tree.

補木は、例えば深さ優先探索によって選択される。具体的には、管路網モデル構築部４０は、管路番号１の始点節点からスタートし、管路番号の終点を探索する。状態変数算出部４２は、この探索を管路番号Ｍまで繰り返し、その始点および終点をスタックに追加していき、スタック内で重複する節点番号が３回以上現れた時点の管路番号を補木とする。 The complement tree is selected, for example, by a depth-first search. Specifically, the pipeline network model construction unit 40 starts from the start node of the pipeline number 1 and searches for the end point of the pipeline number. The state variable calculation unit 42 repeats this search up to the pipeline number M, adds the start point and the end point to the stack, and calculates the pipeline number at the time when duplicate node numbers appear three or more times in the stack. And

図３および図４に示すモデルの場合、基本閉路行列Ｂは、補木である管路（３）、（５）に対応する列が前列になるように、列を入れ替えることにより、式（１８）に変形できる。基本閉路の定義から、補木に関する成分は単位行列となる。

In the case of the models shown in FIGS. 3 and 4, the basic cycle matrix B is obtained by replacing the columns so that the columns corresponding to the pipes (3) and (5), which are complementary trees, become the previous column, and the equation (18 ). From the definition of the basic cycle, the component related to the complement tree is a unit matrix.

この結果を受けて、同じように列を入れ替えることで、式（１９）に示すように、行列Ａ*_ｃ、Ａ*_ｔが得られる。状態変数算出部４２は、以上説明した理論に基づき管路網モデル構築部４０が構築したモデルに応じた演算を行うことにより、各管路を流れる水の流速を算出することができる。

In response to this result, the columns A * _c and A * _t are obtained by exchanging the columns in the same manner as shown in Expression (19). The state variable calculation unit 42 can calculate the flow velocity of water flowing through each pipeline by performing an operation according to the model constructed by the pipeline network model construction unit 40 based on the theory described above.

［漏水量の算出］
上記のように、状態変数算出部４２によって各管路を流れる水の流速が求められると、節点漏水量算出部４４は、流速を、質量保存式（８）を変形した式（２０）に代入することで、各節点における漏水量ｌ_ｉを算出する。

[Calculation of water leakage]
As described above, when the flow rate of water flowing through each pipeline is obtained by the state variable calculation unit 42, the nodal water leakage calculation unit 44 substitutes the flow rate into the equation (20) obtained by modifying the mass conservation equation (8). By doing so, the amount of water leakage l _i at each node is calculated.

なお、以上説明した算出手順を、ブロック図で表現すると、図５のようになる。図５は、実施形態の漏水量推定装置１による算出手順を表すブロック図である。図中の行列Ａ、Ｂ、Ｃは、式（２１）〜（２３）で定義される。また、「｜｜」が絶対値演算を表している。管路網モデル構築部４０は、行列Ａ、Ｂ、Ｃを構築し、状態変数算出部４２は、図中の演算（１）の部分の演算を行い、節点漏水量算出部４４は、図中の演算（２）の部分の演算を行う。

The calculation procedure described above is expressed as a block diagram as shown in FIG. FIG. 5 is a block diagram illustrating a calculation procedure performed by the water leakage amount estimation apparatus 1 according to the embodiment. Matrixes A, B, and C in the figure are defined by equations (21) to (23). “||” represents an absolute value calculation. The pipeline network model construction unit 40 constructs the matrices A, B, and C, the state variable calculation unit 42 performs the calculation of the operation (1) in the figure, and the nodal water leakage calculation unit 44 The calculation (2) is performed.

このように算出された節点毎の漏水量は、例えば図６に示す画面で、出力部３０により表示される。図６は、実施形態の出力部３０により表示される画面の一例を示す図である。出力部３０の表示制御部は、例えば、節点毎の漏水量を棒グラフ等の態様で表示装置に表示させる。また、出力部３０の表示制御部は、漏水量の大小によって節点を示すシンボルの色を変えて表示装置に表示させてもよい。 The amount of water leakage for each node calculated in this way is displayed by the output unit 30 on the screen shown in FIG. FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a screen displayed by the output unit 30 of the embodiment. For example, the display control unit of the output unit 30 displays the amount of water leakage at each node on the display device in a form of a bar graph or the like. Moreover, the display control part of the output part 30 may change the color of the symbol which shows a node by the magnitude of the amount of water leaks, and may make it display on a display apparatus.

以上説明した第１の実施形態に係る漏水量推定装置１によれば、複数の節点を含む配水管路網に流入する水の量に関する情報と、節点における水圧と、節点における水の使用量に関する情報とを取得するプロセスデータ取得部１０と、取得部により取得された情報および配水管路網における節点の接続関係を反映した流体の運動方程式に基づいて配水管路網における管路毎の流速を導出する状態変数算出部４２と、導出した管路毎の流速および節点毎の質量保存式に基づいて節点における漏水量を導出する節点漏水量算出部４４とを持つことにより、漏水量を節点単位で正確に推定することができる。 According to the water leakage amount estimation apparatus 1 according to the first embodiment described above, information on the amount of water flowing into a distribution pipe network including a plurality of nodes, water pressure at the nodes, and water usage at the nodes. The process data acquisition unit 10 for acquiring information, and the flow velocity for each pipeline in the distribution pipeline network based on the information acquired by the acquisition unit and the equation of motion of the fluid reflecting the connection relation of the nodes in the distribution pipeline network By having a state variable calculation unit 42 to be derived and a node water leakage amount calculation unit 44 for deriving the water leakage amount at the node based on the derived flow velocity for each pipeline and the mass conservation equation for each node, Can be estimated accurately.

なお、プロセスデータ取得部１０が「取得部」の一例であり、状態変数算出部４２および節点漏水量算出部４４が「導出部」の一例であり、出力部３０が「表示部」の一例である。また、漏水量推定装置１が特定の配水管路網にカスタマイズされた装置である場合、非圧縮性流体の運動方程式、および質量保存式は、予め漏水量推定装置１の記憶装置に格納されてよく、この場合、管路網モデル構築部４０の機能は省略されてよい。 The process data acquisition unit 10 is an example of an “acquisition unit”, the state variable calculation unit 42 and the nodal leakage amount calculation unit 44 are examples of a “derivation unit”, and the output unit 30 is an example of a “display unit”. is there. Moreover, when the water leak amount estimation apparatus 1 is an apparatus customized to a specific water distribution pipe network, the equation of motion and the mass conservation formula of the incompressible fluid are stored in the storage device of the water leak amount estimation apparatus 1 in advance. In this case, the function of the pipeline network model construction unit 40 may be omitted.

（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態に係る漏水量推定装置について説明する。第２の実施形態に係る漏水量推定装置は、状態変数算出部４２の機能のみが第１の実施形態と異なるため、ここでは係る相違点についてのみ説明する。 (Second Embodiment)
Hereinafter, the water leakage amount estimation apparatus according to the second embodiment will be described. Since the leakage amount estimation device according to the second embodiment is different from the first embodiment only in the function of the state variable calculation unit 42, only the difference will be described here.

第２の実施形態に係る状態変数算出部４２は、式（１３）の非線形連立常微分方程式を解く際に、非線形連立常微分連立方程式の次数を低次元化する機能を有する。支配方程式である式（８）、（１５）、（２）をそれぞれグラフの木および補木の部分に分けて書き下すと、式（２４）〜（２７）となる。

The state variable calculation unit 42 according to the second embodiment has a function of reducing the order of the nonlinear simultaneous ordinary differential equations when solving the nonlinear simultaneous ordinary differential equations of Expression (13). When the equations (8), (15), and (2), which are the governing equations, are written separately for the graph tree and the complement tree, equations (24) to (27) are obtained.

式（２４）を時間微分して、木における流速Ｖ_ｔについて解くと、式（２８）が得られる。

When the equation (24) is time-differentiated and solved for the flow velocity V _t in the tree, the equation (28) is obtained.

式（２６）、（２７）を式（２４）に代入し、式（２５）、（２８）を反映させることにより、式（２９）が得られる。

By substituting Equations (26) and (27) into Equation (24) and reflecting Equations (25) and (28), Equation (29) is obtained.

式（２９）は、変数Ｖ_ｃに関する非線形連立常微分方程式であり、このＶ_ｃを解くことで、式（３０）によってＶ_ｔを得ることができる。第２の実施形態に係る状態変数算出部４２は、式（２９）を解くことでＶ_ｃを導出し、Ｖ_ｃからＶ_ｔを求めることで、第１の実施形態よりも低次元の演算で流速Ｖを求めることができる。

Expression (29) is a nonlinear simultaneous ordinary differential equation with respect to the variable V _c , and V _t can be obtained by Expression (30) by solving this V _c . The state variable calculation unit 42 according to the second embodiment derives V _c by solving the equation (29), and obtains V _t from V _c, thereby performing a lower-dimensional calculation than in the first embodiment. The flow velocity V can be obtained.

以上説明した第２の実施形態に係る漏水量推定装置によれば、第１の実施形態と同様の効果を奏する他、第１の実施形態よりも低次元の演算を行って同等の結果を得ることで、処理速度を向上させることができる。 According to the water leakage amount estimation apparatus according to the second embodiment described above, the same effects as those of the first embodiment can be obtained, and lower-order computations can be performed than in the first embodiment to obtain equivalent results. As a result, the processing speed can be improved.

（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態に係る漏水量推定装置について説明する。図７は、第３の実施形態に係る漏水量推定装置３の構成を示す図である。漏水量推定装置３は、第１または第２の実施形態の漏水量推定装置が有する構成要素に加えて、更新情報取得部４５と、更新通知部４６とを備える。 (Third embodiment)
Hereinafter, the water leakage amount estimation apparatus according to the third embodiment will be described. FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of the water leakage amount estimation device 3 according to the third embodiment. The water leakage amount estimation device 3 includes an update information acquisition unit 45 and an update notification unit 46 in addition to the components included in the water leakage amount estimation device of the first or second embodiment.

更新情報取得部４５は、インターネット等のネットワークＮＷを介して他のコンピュータから、配水管路網情報記憶部５２により記憶された情報よりも新しい情報が存在する旨の情報を取得する。更新通知部４６は、更新情報取得部４５が上記情報を取得したときに、配水管路網情報を更新すべき旨の情報を通知するように出力部３０を制御する。 The update information acquisition unit 45 acquires information that information newer than the information stored in the water distribution network information storage unit 52 exists from another computer via a network NW such as the Internet. The update notification unit 46 controls the output unit 30 to notify information indicating that the water distribution network information should be updated when the update information acquisition unit 45 acquires the information.

これによって、第３の実施形態に係る漏水量推定装置３は、第１または第２の実施形態と同様の効果を奏する他、配水管路網情報を最新の情報に更新するように促すことができる。 As a result, the leakage amount estimation device 3 according to the third embodiment has the same effect as the first or second embodiment, and prompts to update the water distribution network information to the latest information. it can.

（第４の実施形態）
以下、第４の実施形態に係る漏水量推定装置について説明する。図８は、第４の実施形態に係る漏水量推定装置４の構成を示す図である。漏水量推定装置４は、第１の実施形態の漏水量推定装置１が有する構成要素に加えて、更新優先順位算出部４８と、埋設条件情報記憶部５４とを備える。 (Fourth embodiment)
Hereinafter, the water leakage amount estimation apparatus according to the fourth embodiment will be described. FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration of the water leakage amount estimation device 4 according to the fourth embodiment. The water leakage amount estimation device 4 includes an update priority calculation unit 48 and an embedded condition information storage unit 54 in addition to the components included in the water leakage amount estimation device 1 of the first embodiment.

埋設条件情報記憶部５４には、管路毎の埋設条件を含む埋設条件情報が記憶されている。埋設条件には、管路の埋設されてからの年数や材質、土壌などの条件が含まれる。更新優先順位算出部４８は、節点漏水量算出部４４により算出された節点毎の漏水量と、埋設条件情報とに基づいて、管路を更新する際の優先順位を算出する。更新優先順位算出部４８は、例えば、図９に示すような傾向で、上記要素を総合的に加味して優先順位を算出する。更新優先順位算出部４８は、優先順位を決定付ける各要素により、それぞれ優先順位を高くするか低くする程度を導出し、それらの程度の加重和を求める等して、総合的な優先順位を決定する。 The embedment condition information storage unit 54 stores embedment condition information including embedment conditions for each pipeline. The burial conditions include conditions such as the number of years since the pipe was buried, material, and soil. The update priority calculation unit 48 calculates the priority for updating the pipeline based on the water leakage amount for each node calculated by the node water leakage calculation unit 44 and the embedment condition information. For example, the update priority order calculation unit 48 calculates the priority order with the above elements comprehensively taken into consideration with a tendency as shown in FIG. The update priority calculation unit 48 determines the overall priority by deriving the degree of increasing or decreasing the priority according to each element that determines the priority, and obtaining the weighted sum of those degrees. To do.

これによって、第４の実施形態に係る漏水量推定装置４は、第１または第２の実施形態と同様の効果を奏する他、適切な順序は管路が更新されるように支援することができる。 Thereby, the water leak amount estimation device 4 according to the fourth embodiment can provide the same effect as the first or second embodiment, and can assist the appropriate order so that the pipeline is updated. .

（その他）
上記各実施形態の漏水量推定装置は、インターネット等のネットワークを介して情報を取得し、ユーザに提供するものであってよい。図１０は、漏水量推定装置の利用態様を示す図である。図示するように、漏水量推定装置は、インターネット等のネットワークＮＷを介してプロセスデータを取得し、節点漏水量算出部により算出された節点毎の漏水量、および／または図６に例示した画像を、管路の保守管理者の端末にウエブサイト等の態様で提供してもよい。この場合、漏水量推定装置は、ネットワークＮＷに接続するための図示しないネットワークカード等を備えてよい。 (Other)
The water leakage amount estimation apparatus of each of the above embodiments may acquire information via a network such as the Internet and provide it to the user. FIG. 10 is a diagram illustrating a usage mode of the water leakage amount estimation apparatus. As shown in the figure, the leakage amount estimation device acquires process data via a network NW such as the Internet, and calculates the leakage amount for each node calculated by the node leakage amount calculation unit and / or the image illustrated in FIG. Alternatively, it may be provided in the form of a website or the like to the terminal of the maintenance manager of the pipeline. In this case, the water leakage amount estimation device may include a network card (not shown) for connecting to the network NW.

また、上記各実施形態において、配水管路網に水圧計が取り付けられていない節点が存在する場合は、その節点を、水圧系が取り付けられた他の節点に付属させて「節点群」を定義し、節点群を節点として扱う（すなわち解像度を荒くして計算する）ことにより、上記各実施形態の漏水量推定装置を適用することができる。また、配水管路網に水圧計が取り付けられていない節点が存在する場合は、水圧計が取り付けられた部分に限定して漏水量を計算してもよい。 Also, in each of the above embodiments, when there is a node that is not attached to the water pressure gauge in the distribution pipe network, the node is attached to another node to which the hydraulic system is attached to define a “node group”. And by treating a node group as a node (that is, calculating with a rough resolution), it is possible to apply the water leakage amount estimation device of each of the above embodiments. In addition, when there is a node in the distribution pipe network to which no water pressure gauge is attached, the amount of water leakage may be calculated only for the part where the water pressure gauge is attached.

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、複数の節点を含む配水管路網に流入する水の量に関する情報と、節点における水圧と、節点における水の使用量に関する情報とを取得するプロセスデータ取得部１０と、取得部により取得された情報および配水管路網における節点の接続関係を反映した流体の運動方程式に基づいて配水管路網における管路毎の流速を導出する状態変数算出部４２と、導出した管路毎の流速および節点毎の質量保存式に基づいて節点における漏水量を導出する節点漏水量算出部４４とを持つことにより、漏水量を節点単位で正確に推定することができる。 According to at least one embodiment described above, process data for obtaining information on the amount of water flowing into a distribution pipe network including a plurality of nodes, water pressure at the nodes, and information on the amount of water used at the nodes. An acquisition unit 10 and a state variable calculation unit 42 for deriving a flow velocity for each pipeline in the distribution pipeline network based on the information acquired by the acquisition unit and the equation of motion of the fluid reflecting the connection relation of the nodes in the distribution pipeline network And a nodal leak amount calculation unit 44 for deriving the leak amount at the node based on the derived flow velocity for each pipe line and the mass conservation formula for each node, thereby accurately estimating the leak amount in node units. it can.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

１、３、４…漏水量推定装置、１０…プロセスデータ取得部、２０…入力部、３０…出力部、４０…管路網モデル構築部、４２…状態変数算出部、４４…節点漏水量算出部、４５…更新情報取得部、４６…更新通知部、４８…更新優先順位算出部、５０…プロセスデータ記憶部、５２…配水管路網情報記憶部、５４…埋設条件情報記憶部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 3, 4 ... Water leak amount estimation apparatus, 10 ... Process data acquisition part, 20 ... Input part, 30 ... Output part, 40 ... Pipe network model construction part, 42 ... State variable calculation part, 44 ... Node water leak amount calculation 45, update information acquisition unit, 46 ... update notification unit, 48 ... update priority calculation unit, 50 ... process data storage unit, 52 ... water distribution network information storage unit, 54 ... embedding condition information storage unit

Claims

複数の節点を含む配水管路網に流入する水の量、前記複数の節点における水圧、および前記複数の節点の一部又は全部における水の使用量を取得する取得部と、
前記取得部により取得された情報および前記配水管路網における節点間の接続関係を反映した流体の運動方程式に基づいて前記配水管路網における管路毎の流速を導出し、前記導出した管路毎の流速および前記節点毎の質量保存式に基づいて前記節点における漏水量を導出する導出部と、
を備える漏水量推定装置。 An acquisition unit for acquiring the amount of water flowing into a distribution pipe network including a plurality of nodes, the water pressure at the plurality of nodes, and the amount of water used at some or all of the plurality of nodes;
Deriving the flow velocity for each pipeline in the water distribution network based on the information acquired by the acquisition unit and the equation of motion of the fluid reflecting the connection relationship between nodes in the water distribution network, and the derived pipeline A derivation unit for deriving the amount of water leakage at the node based on the flow velocity for each node and the mass conservation formula for each node;
A leakage amount estimation device comprising:

前記導出部は、前記配水管路網における管路毎の流速を導出する際に、前記流体の運動方程式を、前記配水管路網に含まれる管路のうち閉路を形成する管路についての部分と閉路を形成しない管路についての部分に分離し、前記分離したいずれか一方の部分についてのみ微分方程式を解くことで、演算の次数を低下させる、
請求項１記載の漏水量推定装置。 The derivation unit, when deriving a flow velocity for each pipeline in the water distribution pipeline network, the equation of motion of the fluid, a portion of the pipeline that forms a closed circuit among the pipelines included in the water distribution pipeline network And dividing into a part about a pipe line that does not form a closed circuit, and solving the differential equation only for one of the separated parts reduces the order of the operation,
The water leakage amount estimation apparatus according to claim 1.

前記導出部により導出された漏水量に基づく画像を表示する表示部を備える、
請求項１または２記載の漏水量推定装置。 A display unit for displaying an image based on the amount of water leakage derived by the deriving unit;
The water leakage amount estimation apparatus according to claim 1 or 2.

前記表示部は、前記導出部により導出された漏水量に応じた色彩で、前記節点を表すシンボルを描画した画像を表示する、
請求項３記載の漏水量推定装置。 The display unit displays an image in which a symbol representing the node is drawn in a color corresponding to the amount of water leakage derived by the deriving unit;
The leakage amount estimation apparatus according to claim 3.

前記配水管路網における節点の接続関係を含む配水管路網情報を記憶する配水管路網情報記憶部と、
前記配水管路網情報記憶部により記憶された配水管路網情報よりも新しい情報が存在することを示す情報を取得したときに、前記配水管路網情報を更新すべき旨の情報を通知する更新通知部と、
を備える請求項１から４のうちいずれか１項記載の漏水量推定装置。 A water pipe network information storage unit for storing water pipe network information including connection relations of nodes in the water pipe network;
When information indicating that there is newer information than the distribution pipe network information stored in the distribution pipe network information storage unit is acquired, information indicating that the distribution pipe network information should be updated is notified. An update notification section;
The water leakage amount estimation apparatus according to any one of claims 1 to 4, further comprising:

管路毎の埋設条件を含む埋設条件情報を記憶する埋設条件情報記憶部と、
前記導出部により導出された節点毎の漏水量および前記埋設条件情報に基づいて、管路を更新する際の優先順位を算出する更新優先順位算出部と、
を備える請求項１から５のうちいずれか１項記載の漏水量推定装置。 An embedding condition information storage unit for storing embedding condition information including embedding conditions for each pipeline;
An update priority calculation unit that calculates a priority when updating a pipeline based on the amount of water leakage for each node derived by the derivation unit and the embedment condition information;
The water leakage amount estimation apparatus according to claim 1, comprising:

コンピュータに、
複数の節点を含む配水管路網に流入する水の量、前記複数の節点における水圧、および前記複数の節点の一部又は全部における水の使用量を取得させ、
前記取得された情報および前記配水管路網における節点間の接続関係を反映した流体の運動方程式に基づいて前記配水管路網における管路毎の流速を導出させ、
前記導出した管路毎の流速および前記節点毎の質量保存式に基づいて前記節点における漏水量を導出させる、
漏水量推定プログラム。 On the computer,
Obtaining the amount of water flowing into a distribution pipe network including a plurality of nodes, the water pressure at the plurality of nodes, and the amount of water used at some or all of the plurality of nodes;
Based on the obtained information and the equation of motion of the fluid reflecting the connection relation between nodes in the water distribution pipeline network, the flow velocity for each pipeline in the water distribution pipeline network is derived,
Based on the flow velocity for each derived pipe and the mass conservation formula for each node, the amount of water leakage at the node is derived.
Water leakage estimation program.

複数の節点を含む配水管路網に流入する水の量、前記節点における水圧、および前記節点における水の使用量を取得する取得部と、An acquisition unit for acquiring the amount of water flowing into a distribution pipe network including a plurality of nodes, the water pressure at the nodes, and the amount of water used at the nodes;
前記取得部により取得された情報および前記配水管路網における節点間の接続関係を反映した流体の運動方程式に基づいて前記配水管路網における管路毎の流速を導出し、前記導出した管路毎の流速および前記節点毎の質量保存式に基づいて前記節点における漏水量を導出する導出部と、Deriving the flow velocity for each pipeline in the water distribution network based on the information acquired by the acquisition unit and the equation of motion of the fluid reflecting the connection relationship between nodes in the water distribution network, and the derived pipeline A derivation unit for deriving the amount of water leakage at the node based on the flow velocity for each node and the mass conservation formula for each node;
を備え、With
前記導出部は、前記配水管路網における管路毎の流速を導出する際に、前記流体の運動方程式を、前記配水管路網に含まれる管路のうち閉路を形成する管路についての部分と閉路を形成しない管路についての部分に分離し、前記分離したいずれか一方の部分についてのみ微分方程式を解くことで、演算の次数を低下させる、The derivation unit, when deriving a flow velocity for each pipeline in the water distribution pipeline network, the equation of motion of the fluid, a portion of the pipeline that forms a closed circuit among the pipelines included in the water distribution pipeline network And dividing into a part about a pipe line that does not form a closed circuit, and solving the differential equation only for one of the separated parts reduces the order of the operation,
漏水量推定装置。Leakage amount estimation device.

請求項８に記載の漏水量推定装置としてコンピュータを機能させるための漏水量推定プログラム。A leakage amount estimation program for causing a computer to function as the leakage amount estimation device according to claim 8.