JP2007057065A - 管網解析装置及び管網解析方法 - Google Patents

Abstract

【課題】局所的な管網の変化を精度良く解析する管網シミュレーションの再計算を簡単にする。
【解決手段】領域解析を行う対象領域に流入している管と対象領域から流出している管とを検索する。検索された管の流量を、事前に行ったシミュレーションの結果の属性である流量から取得する。各管について、領域に流入しているか或いは領域に流出しているかに関する判断を行ない、検索された管を得られた流量を属性値として有するガス圧源に置き換える。領域Ｒ２内において領域解析を行ない、この際、ガス管と領域Ｒ２との交差点Ｐ１からＰ６までに、ガス圧源を設置する。流入する管の場合には正（＋）のガス圧源とし、流出する管の場合には負（マイナス）のガス圧源に置き換える。指定された領域内の管網は、領域外とは独立した管網として取り扱うことができる。指定された領域に関してシミュレーションを行う。
【選択図】 図７

Description

本発明は、管網解析技術に関し、特に、流体輸送管網設備を管理するための高速な管網解析技術に関する。

従来、実用的な高速管網解析技術としては、管網解析を最小費用流問題に変換し、最小費用流問題の解法であるprimal−dual法を適用した手法が提案されていた。この解析方法に関して、計算のより一層の高精度化・高速化に関する提案はなされていたが、それらは管網全体を解析するものであった。
特開平７−１３３８９８号公報

上記のように、従来の管網解析においては、その計算手法を工夫することにより計算精度および計算速度の向上が図られてきた。しかしながら、ガスに代表されるような現実の設備管理業務に注目すると、日々行われる導管・配管工事の設計業務においては、一部を工事する局所的な管網変化についても、管網全体の解析を行っていた。このように、局所的な管網の変化に対して管網全体を解析し直すのは極めて無駄が多く、時間を要するという問題があった。

本発明の目的は、局所的な管網の変化を精度良く解析する技術を提供することである。

上記の目的を達成するために、本発明による局所的な管網の変化についての限定された領域解析方法では、まず、変化前のシミュレーションを行い各管の流量に関するシミュレーション結果を保存する。次に、領域解析を行うには、まず、管網が変化した領域を決定する。領域内の管網を閉じた管網として解析を行う。ただし、領域に流入している管および領域から流出している管については、その流量を変化前のシミュレーション結果から決定して、流量に応じて領域境界に流体の供給源（流体の圧力源）を配置することで閉じた管網として再計算を可能にする。

本発明によれば、全体に比べて小規模の管網変化による全体の管網解析の処理における負担を軽減することができる。

以下、図面を参照して本発明の一実施の形態による流体の管網解析技術について、ガス設備のマッピングを例にして詳細に説明する。

図１は、本実施の形態による管網解析に用いられる管網解析装置（情報処理装置）の概略構成例を示す機能ブロック図である。図１に示すように、本実施の形態による管網解析装置は、ＣＰＵ１と、表示装置２と、入力装置３と、設備データ等を格納する磁気ディスク等の記憶装置４と、主メモリ５とを有しており、一般的なコンピュータを用いて実現することができる。この主メモリ５は例えばハードディスク装置又はＲＯＭであり、設備管理プログラム６と管網解析プログラム７とが格納されている。さらに、計算結果を出力する外部ファイルとして、全体解析結果ファイル８と領域解析結果ファイル９とが参照可能であり、また出力することができる。

本実施の形態による管網解析装置による管網解析時には、ＣＰＵ１が、主メモリ５に格納された各プログラム（６、７）を実行する。これらのプログラム（６、７）は、例えばパーソナルコンピュータ（ＰＣ）上において実行されるアプリケーションとして提供されるのが一般的である。尚、設備データを格納する記憶装置４には、新しいデータを格納する記憶領域４ａが設けられている。

図２は、工事に関する設計時における管網解析処理の流れを示すフローチャート図である。図２において、まず、管網全体についてシミュレーションを行う必要がある(ステップ２１)。管網全体のシミュレーションについては、上記特許文献１において提案されているガス管およびガス源からなる管網において、各ガス管に流れるガスの流量およびガス管の両端の圧力差を計算する方法を利用することができる。次に、各ガス管について、ステップ２１の結果（流量と方向）を外部ファイル（全体解析結果）８として保存する(ステップ２２)。解析結果に関するデータ構造は、例えば、図３（ａ）に示すレコード構成で保存する。管網全体のシミュレーション結果はシミュレーション対象となる管毎に導管ＩＤにより特定されるレコードを生成し、レコード全体がレコードＩＤによって特定される一つのシミュレーション結果となる。尚、ステップ２１は、領域解析を行うより前に予め行っておく必要がある。これは、後から一部変更する場合などにその全体解析結果を利用するからである。

図３の導管情報レコードは、導管（ＰＩＰＥ）に関連する項目の属性とその説明とを対応させた表である。図３（ｂ）の節点情報レコードは、節点（ＮＯＤＥ）に関連する項目の属性とその説明を対応させた表である。

次に、工事箇所となる管網について、工事後の管網にデータを変更し保存する(ステップ２３)。工事前と工事後との変更処理（管の撤去や移動処理、延長や口径などの変更処理）は、ＧＩＳのＧＵＩ（グラフィックユーザインタフェース）を用いることで実行することができる。図４は、本実施の形態において使用するＧＩＳによる工事前と工事後の変更例を示す図である（上が変更前、下が変更後）。次に、再計算を行う範囲を指定する(ステップ２４)。この指定範囲は、ステップ２３において、少なくとも変更した管網Ｌ１の領域を含み、さらに変更後のガスの供給変化を知りたい管網外の領域を含める。範囲についてもＧＩＳのＧＵＩを用いて指定することができる。本実施の形態において使用するＧＩＳによる領域解析の範囲の指定例について図５を参照して説明する。符号Ｒ２は、管網Ｌ１を含み管網Ｌ１の増設の影響を受けやすい領域であって、情報処理に負荷がかからない程度の領域である。この領域を画定する楕円Ｒ１に沿ってその内側に多角形Ｒ２を画定する。

ステップ２４において、多角形Ｒ２のエリアに関して「領域解析」を行う(ステップ２５)。次に、この領域解析のシミュレーション結果を例えば画面に表示する(ステップ２６)。

また、他のケースと比較できるように、各領域解析の結果は全体解析と同様に保存することができる。ステップ２３〜２６までのフローは、工事設計が終了するまで、つまり、運用上適した圧力となる管網が決定するまで、繰り返す（ステップ２７）。尚、運用上適した圧力であるか否かに関する判定は、システム上でシミュレーション結果（圧力値・流量値）に対して、これらの値が実際に運用可能な値であるかどうかを基準にして機械的に判定することができる。

図６は、図２における領域解析（ステップ２５）に関する詳細な流れを示すフローチャート図である。図６に示すように、まず、領域解析を行う対象領域に流入している管と対象領域から流出している管とを検索する(ステップ３１)。この処理は、図３に示す管網データの管座標値とステップ２４の範囲（ＧＩＳ中の多角形データ）とに基づいてこの範囲内に座標値が入っている管を検索することにより行なわれる。次に、ステップ３１で検索された管の流量を、事前に行ったシミュレーションの結果(図３（ａ）)の属性である流量から取得する(ステップ３２)。また、この図３（ａ）では、流量の値がプラスの場合は左節点から右節点に流れており、マイナスの場合は右節点から左節点流れていることを示しているため、各管について、領域に流入しているか或いは領域に流出しているかに関する判断を行う。次に、ステップ３１において検索された管をステップ３２において得られた流量を属性値として有するガス圧源に置き換える(ステップ３３)。すなわち、図７に示すように、領域Ｒ２内において領域解析を行ない、この際、ガス管と領域Ｒ２との交差点Ｐ１からＰ８までに、それぞれガス圧源を設置することにより、領域Ｒ２よりも外側の領域のそれよりも内側の領域に対する影響をガス圧源により近似する。ここで、流体が領域Ｒ２内に流入する管の場合には正（＋）のガス圧源とし、領域Ｒ２から流出する管の場合には負（マイナス）のガス圧源に置き換える。このようにすることにより、指定された領域Ｒ２内の管網は、領域Ｒ２外とは独立した管網として取り扱うことができる。そこで、指定された領域に関してシミュレーションを行う(ステップ３４)。ここで、領域解析を行う対象領域を画定する線と管との交点に設けられた圧力源は、対象領域における管の増設等の変更によって変化することはないものと仮定する。そのためには、対象領域を管の増設等の変更がある領域に対してある程度大きな領域とする必要がある。換言すれば、設定される対象領域は、変更の影響を受けない程度に広めにする必要がある。

以上に説明したように、本実施の形態によれば、小規模の管網変化に関して繰り返し再計算が必要な場合に、シミュレーションに要する時間（負荷）を大幅に削減することができる。

本実施の形態によるシミュレーション対象のように、グラフ理論を用いたネットワークのシミュレーションは、各管を要素とした行列演算またはDijkstra法（最短経路探索）となるため、その計算時間は解析対象となる管の本数の二乗に比例する。従って、全体の管網規模が大きい場合ほどその効果は顕著になる。

尚、本実施の形態においては、ガス設備を例にして説明したが、その他、水道などの他の流体を通す管網の解析にも適用可能である。

本発明は、管網解析に利用可能である。

本発明の一実施の形態による管網解析を実施するための情報処理装置の概略構成例を示すブロック図である。 本実施の形態による管網解析技術を利用した工事設計処理の手順を示すフローチャート図である。 領域解析のシミュレーション結果を格納するレコードの一構成例を示す図であり、上図は管、下図は節点に関する表である。 部分的な管網解析の対象となる管網の変化をＧＩＳにより指定した様子を示す図である。 領域解析の範囲をＧＩＳのＧＵＩにより指定した様子を示す図である。 本実施の形態による領域解析におけるシミュレーションの手順を示すフローチャート図である。 領域解析において、ガス管と領域を画定する線との交差点に、ガス圧源を設置した様子を示す図である。

符号の説明

１…ＣＰＵ１、２…表示装置、３…入力装置、４…記憶装置、５…主メモリ、６…設備管理プログラム、７…管網解析プログラム、８…全体解析結果ファイル、９…領域解析結果ファイル。

Claims (3)

1. 流体を輸送するための管網内の導管における流体の流量と節点における圧力とを求める管網解析を行う解析処理部を有する管網解析装置であって、
   全体の管網のうちの一部の管網に関する変更に伴い、変更される第１領域を含む第２領域を画定し、該第２領域における流入する管と流出する管と前記第２領域を画定する境界線との交点における、前記全体の管網に関する管網解析結果である全体解析結果により取得した流体の流量に基づいて、前記流量と等価な流量を有する流体供給源を前記交点に設置することにより前記第２領域を独立した領域と見なして該第２領域内における部分的な領域解析を行う領域解析部を有することを特徴とする管網解析装置。
2. 前記第２領域を、前記第１領域の変更による影響が実質的に及ぶと推定される範囲であって、前記第１領域の変更が流体供給源の圧力値に対して実質的に影響を与えない範囲に設定することを特徴とする請求項１に記載の管網解析装置。
3. 流体を輸送するための管網内の導管における流体の流量と節点における圧力とをコンピュータにより計算する管網解析方法であって、
   予め、管網全体について各管に流れるガスの流量および各管の両端の圧力差を計算することにより解析を行ない、各管について計算の結果である流体の流量と方向とを保存する第１ステップと、
   前記管網全体の領域の一部であって領域解析を行う対象領域を画定し、該対象領域に流入している管と前記対象領域から流出している管とを検索する第２ステップと、
   検索された管の流量を、前記第１ステップの結果の属性である流量から取得する第３ステップと、
   前記第２のステップにおいて検索された管について、前記第３のステップにおいて得られた流量を属性値として有する流体供給源に置き換える第４ステップと
   を有することを特徴とする管網解析方法。

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