JP2008274582A - 取水・送水計画立案装置、取水・送水計画立案システムおよび取水・送水計画立案方法 - Google Patents

Abstract

【課題】取水箇所での予測原水濁度と過去の実績濁度とコストから、浄水場ごとの時刻ごとの予測コスト作成し、作成した予測コストを評価式とし、水系全体の運用条件を制約条件とすることで、水系全体の運用条件を満足しながら浄水場での低コスト運転を実現する水系全体の計画値を作成する取水・送水計画立案装置を提供する。
【解決手段】取水・送水計画立案装置１２１において、上流の原水濁度を記憶する原水濁度記憶部２２０と、設定値記憶部２２１と、実績濁度兼コスト記憶部２２２と、実績値記憶部２２３と、運用条件記憶部２２４と、取水箇所での原水濁度を予測する原水濁度予測部２３０と、予測濁度に基づいて計画値を変更するかを判定する原水濁度判定部２３１と、新しい計画値の開始時刻と期間を作成する計画開始時刻・期間作成部２３２と、コストを予測する予測コスト作成部２３３と、取水・送水計画を計算する取水・送水計画計算部２３４とを備えた。
【選択図】図２

Description

本発明は、上水道施設を運用するための計画値を立案する取水・送水計画立案装置に関する。

上水道施設に対して、計画値の精度向上が進むにつれ、管路や配水池の運用条件の要求を満足し安心・安全運用を保証するだけの計画値でなく、薬品や発生土処理や電力などのコストも減少させる計画値を作成する取水・送水計画立案装置が必要となっている。特に、集中豪雨により河川が一時的に極めて汚濁するときの浄水場でのコストは、通常のコストより格段に大きくなるため、原水濁度に応じて浄水場間の水融通を行いながら取水量を増減する計画値を作成しコストを削減することが重要になってきている。

従来では、例えば、特開２００４−４２０１６号公報（特許文献１）および特開２００２−２６６３８０号公報（特許文献２）に記載のように、上水道施設に対して、河川から取る原水を浄化するときに要す浄水場で処理のコストを低減するような計画値を作成する手法が知られている。

特許文献１では、取水箇所の原水濁度と設定値とを比較し計測する原水濁度が設定値を上回ると取水量を減少させ、計測する原水濁度が設定値以下に復帰すると取水量を当初よりさらに増加させることにより、浄水場の低コスト運転を実現している。

また、特許文献２では、上水道施設全体のコスト（薬品コストと電力コスト）を評価式として、上水道施設全体の計画値を計算することで上水道施設全体のコストの低減と評価を実現している。
特開２００４−４２０１６号公報 特開２００２−２６６３８０号公報

しかしながら、特許文献１の従来技術では、取水箇所の原水濁度と設定値を比較し、取水量を増減するだけのため、水系が複数の浄水場を持つ場合は取水箇所どうしの融通により水系全体での低コストとなる計画値を立案できない。

また、特許文献２の従来技術では、過去の実績値から作成したコストを基に計画値を作成するため、時々刻々変化する原水濁度に合わせたコストでなく、未来の原水濁度を見越した取水制御により浄水場の処理コストを減らすことができない。

さらに、特許文献１の従来技術と特許文献２の従来技術を組み合わせるだけでは、各取水箇所の未来の原水濁度を見越した取水制御を行う計画値と、複数の取水箇所を含む水系全体のコストの低減を行う計画値とを同時に作成することはできない。

そこで、本発明の目的は、取水箇所での予測原水濁度と過去の実績濁度とコストから、浄水場ごとの時刻ごとの予測コスト作成し、作成した予測コストを評価式とし、水系全体の運用条件を制約条件とすることで、水系全体の運用条件を満足しながら浄水場での低コスト運転を実現する水系全体の計画値を作成する取水・送水計画立案装置を提供することである。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

本発明による取水・送水計画立案装置は、上水道施設における浄水場や配水池の水位と取水管路や送水管路の流量の計画値を立案する取水・送水計画立案装置であって、取水箇所の上流の原水濁度を記憶する原水濁度記憶部と、予測濁度と比較するための設定値を記憶する設定値記憶部と、実績原水濁度とコストを記憶する実績濁度兼コスト記憶部と、水位および流量の実績値を記憶する実績値記憶部と、運用条件を記憶する運用条件記憶部と、原水濁度記憶部に記憶された原水濁度に基づいて、取水箇所での原水濁度を予測する原水濁度予測部と、設定値記憶部に記憶された設定値および原水濁度予測部で予測された予測濁度に基づいて計画値を変更するかを判定する原水濁度判定部と、原水濁度判定部の判定結果に基づいて、新しい計画値の開始時刻と期間を作成する計画開始時刻・期間作成部と、実績濁度兼コスト記憶部に記憶された実績原水濁度とコスト、および計画開始時刻・期間作成部で作成された新しい計画値の開始時刻と期間に基づいて、コストを予測する予測コスト作成部と、実績値記憶部に記憶された実績値、運用条件記憶部に記憶された運用条件および予測コスト作成部で予測されたコストに基づいて、取水・送水計画を計算する取水・送水計画計算部とを備えたものである。

また、本発明による取水・送水計画立案システムは、上水道施設における浄水場や配水池の水位と取水管路や送水管路の流量の計画値を立案する取水・送水計画立案システムであって、取水・送水計画立案装置と、河川に設置され、測定した原水濁度を取水・送水計画立案装置へ送信する原水濁度測定装置と、浄水場に設置され、原水の浄化に要すコストや関連する施設の実績値と運用条件を取水・送水計画立案装置に送信し、取水・送水計画立案装置から予測コストに基づいた取水・送水計画を受信し浄水場の制御装置へ送信する送受信装置とを備えたものである。

また、本発明による取水・送水計画立案方法は、上水道施設における取水管路や送水管路の流量の計画値を立案する取水・送水計画立案方法であって、取水・送水計画立案装置が、取水箇所の上流にある原水濁度を読み込み、取水箇所での原水濁度を予測し、予測した原水濁度と設定値と比較し計画値を変更するかを判断し、新しい計画値の開始時刻と期間を作成し、実績濁度とコストと予測濁度から予測コストを作成し、施設の実績値と運用条件を読み込み、予測コストを評価式とし、実績値と運用条件を制約条件として計画値を作成するものである。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。

本発明によれば、原水濁度の変化に応じた取水計画と送水計画の立案を行うために、取水・送水計画の立案を、予測コストを設けて全て取水所と送水系の条件を考慮して、小コスト運転を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

図１により、本発明の一実施の形態に係る取水・送水計画立案システムが適用される上水道施設の概略構成および全体動作について説明する。図１は本発明の一実施の形態に係る取水・送水計画立案システムが適用される上水道施設の概略構成を示す構成図である。

図１に示すように、上水道施設は、河川から原水を取水し浄水場へ送る取水管路１３０（１３０Ａ〜１３０Ｃ）、原水を浄化し送水するまでの間貯水する浄水場１４０（１４０Ａ〜１４０Ｃ）、浄水場１４０から配水池１６０（１６０Ａ〜１６０Ｅ）に水を送る送水管路１５０（１５０Ａ〜１５０Ｋ）、需要量が発生し貯水機能を備える配水池１６０（１６０Ａ〜１６０Ｅ）、取水管路１３０に対する取水量や送水管路１５０に対する送水量や配水池１６０に対する水位（貯水量）の計画値を作成する水運用センタ１２０から構成されている。

なお、以下の説明において、取水管路１３０、浄水場１４０、送水管路１５０、配水池１６０を総称して「施設」と呼ぶこともある。

また、水運用センタ１２０は、浄水場１４０の送受信装置１４１（１４１Ａ〜１４１Ｃ）と連絡し施設に対する計画値を作成する取水・送水計画立案装置１２１を備えている。

まず、上水道施設が有す取水管路１３０、浄水場１４０、送水管路１５０、配水池１６０について簡単に説明する。

河川と浄水場１４０は取水管路１３０により接続されていて、河川を流れる原水は、取水管路１３０を介して浄水場１４０に供給される。また、浄水場１４０と配水池１６０や配水池１６０どうしは送水管路１５０により接続されていて、浄水場１４０で処理された浄水は、送水管路１５０を介して配水池１６０に供給される。配水池１６０では家庭や工場などの需要家の時刻ごとに変化する需要量が発生する。

続いて、取水・送水計画立案システムの概略を説明する。具体的には、取水・送水計画立案システムは、水運用センタ１２０に設置されている取水・送水計画立案装置１２１、河川の取水箇所やその上流に設置されている原水濁度測定装置１１０（１１０Ａ〜１１０Ｅ）、浄水場１４０に設置されている送受信装置１４１から構成されている。

送受信装置１４１は、各々ネットワーク１７０（１７０Ａ〜１７０Ｃ）を介して取水・送水計画立案装置１２１に接続されている。そして、送受信装置１４１と取水・送水計画立案装置１２１は、相互に通信を行うことができる。

また、取水・送水計画立案システムは、原水濁度測定装置１１０とネットワーク１８０（１８０Ａ〜１８０Ｅ）を介して取水・送水計画立案装置１２１に接続されて、原水濁度測定装置１１０から得られる原水濁度を受信することができる。

なお、本実施の形態では、ネットワーク１７０，１８０の具体的な構成について特に限定しない。ネットワーク１７０，１８０は相互に通信を行えるものであればよく、有線であっても無線であっても構わない。例えば、ネットワーク１７０，１８０に電話回線やインターネットや専用線を利用してもよい。

また、本実施の形態では、取水・送水計画立案装置１２１に３台の送受信装置１４１がネットワーク１７０により接続されていて５台の原水濁度測定装置１１０がネットワーク１８０により接続されている場合を例にしているが、送受信装置１４１と原水濁度測定装置１１０の数は、例示に過ぎない。

送受信装置１４１と原水濁度測定装置１１０の数は、それぞれ上水道施設が有す施設の数と上水道施設が原水濁度を入手する河川の数により異なる（各浄水場に送受信装置１４１、各取水箇所とその上流に１つ以上の原水濁度測定装置１１０が設けられる）。

原水濁度測定装置１１０は、自身が設置されている河川の原水濁度を取水・送水計画立案装置１２１に定期的に送信する。

送受信装置１４１は、自身が設置されている浄水場１４０と接続されている施設の運用条件（運用条件の具体的構成は後述する図９に示す）と実績値（実績値の具体的構成は後述する図１０に示す）と取水箇所の原水濁度測定装置１１０で計測した濁度に対する薬品や発生土処理や電力に関する単位水量当たりの各処理量を取水・送水計画立案装置１２１に送信する。

また、送受信装置１４１は、取水・送水計画立案装置１２１から「計画値（計画値の具体的な構成は後述する図１１に示す）」を取得し、計画値記憶部４１１に記憶し、記憶した「計画値」に従い取水管路１３０と送水管路１５０に流す流量と配水池１６０の水位を制御する。

具体的には、送受信装置１４１は、自身が設置されている浄水場１４０に設けられている水位計と、信号線により接続されていて定期的（例えば１時間ごと）に水位計により計測された「水位を示すデータ」を取得する。

また、送受信装置１４１は、自身が設置されている施設に接続されている管路や配水池に設けられた流量計や水位計と、信号線により接続されていて、定期的に流量計により計測された「流量を示すデータ」と定期的に水位計により計測された「水位を示すデータ」を取得する。

また、送受信装置１４１は、自身が設置されている施設に設けられている薬品投与装置と、例えば信号線により接続されていて、定期的に（例えば１時間ごと）に薬品投与装置により計測された「単位水量に対する薬品量」を取得する。また、自身が設置されている施設に設けられた発生土計測計と、例えば信号線により接続されていて、定期的に発生土計測計により計測された「単位水量に対する発生土量」を取得する。

また、自身が設置されている施設に接続されている管路に設けられた電力計と、例えば信号線により接続されていて、定期的に電力計により計測された「単位水量に対する電力量」を取得する。

そして、送受信装置１４１は、ネットワーク１７０を介して取得した運用条件や実績値や単位水量当たりの処理量を取水・送水計画立案装置１２１に送信する。また、送受信装置１４１は、ネットワーク１７０を介して、取水・送水計画立案装置１２１が送信する「計画値」を受信する。そして、送受信装置１４１は、受信して記憶した「計画値」に従い管路に流す流量と配水池１６０の水位を制御するため、各制御機器への指定値の設定を行う。

なお、上記では、送受信装置１４１と水位計（又は流量計、薬品投与装置、発生土計測形、電力計）とが信号線により接続されている場合について説明したが、特にこれに限定するものではない。送受信装置１４１と水位計と間で、データを送受信できればよい。例えば、送受信装置１４１と水位計の間を無線で通信してもよい。

原水濁度測定装置１１０は、自身が設置されている箇所の河川の原水濁度を取水・送水計画立案装置１２１に送信する。

具体的には、原水濁度測定装置１１０は、自身が設置されている施設に設けられている計測器と、信号線により接続されていて、定期的（例えば１時間ごと）に計測インターフェイスにより計測された原水濁度を取得し、原水濁度記憶部に記憶する。そして、原水濁度測定装置１１０は、送信インターフェイスによりネットワーク１８０を介して、取得した「原水濁度」を取水・送水計画立案装置１２１に送信する。

なお、上記では、原水濁度測定装置１１０と計測器とが信号線により接続されている場合について説明したが、特にこれに限定するものではない。原水濁度測定装置１１０は計測器からデータを受信できればよい（例えば、原水濁度測定装置１１０と計測器の間を無線で通信してもよい）。

取水・送水計画立案装置１２１は、各施設の運用条件と実績値を、送受信装置１４１から受信し、原水濁度を原水濁度測定装置１１０から受信する。

具体的には、取水・送水計画立案装置１２１は、ネットワーク１７０を介して、各浄水場１４０の「単位水量に対する薬品量」と「単位水量に対する発生土量」と「単位水量に対する電力量」などを送受信装置１４１から取得し、ネットワーク１７０を介して、原水濁度を原水濁度測定装置１１０から取得する。

また、取水箇所より上流にある原水濁度測定装置１１０の原水濁度を利用して、取水・送水計画の変更を行うかを判断する。

次に、図２〜図１４により、本発明の一実施の形態に係る取水・送水計画立案システムの具体的な構成および動作について説明する。図２は取水・送水計画立案装置の機能構成を示す機能ブロック図、図３は取水・送水計画立案装置のハードウェア構成を示す構成図、図４は送受信装置の機能構成を示す機能ブロック図、図５は送受信装置のハードウェア構成を示す構成図、図６は原水濁度測定装置の機能構成を示す機能ブロック図、図７は原水濁度測定装置のハードウェア構成を示す構成図、図８は取水・送水計画立案装置内の予測コスト作成部に記憶されるデータ構成を示す図、図９は取水・送水計画立案装置内の運用条件記憶部に記憶されるデータ構成を示す図、図１０は取水・送水計画立案装置内の実績値記憶部に記憶されるデータ構成を示す図、図１１は取水・送水計画計算部が作成するデータ構成を示す図、図１２は取水・送水計画立案装置内の実績濁度兼コスト記憶部に記憶されるデータ構成を示す図、図１３は取水・送水計画立案装置が行う原水濁度の予測、計画期間の作成、各時刻の予測コストの作成、取水・送水計画値の作成の処理フローを示すフローチャート、図１４は取水・送水計画立案装置が表示装置に表示する表示画面を例示すイメージ図である。

まず、図２により、取水・送水計画立案装置１２１の機能構成について説明する。

図２に示すように、取水・送水計画立案装置１２１は、上水道施設に対する計画値の立案処理を行う情報処理装置２１０、オペレータからの各種データの入力や各種指示を受付けるための入力装置２１１、情報処理装置２１０からのデータをオペレータに提示するための出力装置２１２から構成されている。なお、本実施の形態では、入力装置２１１に、キーボード３１０ａおよびマウス３１０ｂを用いる場合を例にする。また、出力装置２１２に、液晶ディスプレイ等の表示装置３１１およびプリンタ等の印刷装置３１２を用いる場合を例にする（図３参照）。

情報処理装置２１０は、グラフィカルユーザインターフェイス部２４０、通信処理部２５０、原水濁度記憶部２２０、設定値記憶部２２１、実績濁度兼コスト記憶部２２２、実績値記憶部２２３、運用条件記憶部２２４、原水濁度予測部２３０、原水濁度判定部２３１、計画開始時刻・期間作成部２３２、予測コスト作成部２３３、取水・送水計画計算部２３４を備えている。

グラフィカルユーザインターフェイス部２４０は、表示装置３１１に各種の表示画面（オペレータからの各種設定を受付け、計算した計画値や計画値に対するコストを表示する、画面）を表示する。また、グラフィカルユーザインターフェイス部２４０は、入力装置２１１を介して、オペレータが入力する各種のデータ（取水・送水計画を変更するかを判定する設定値や運用条件の変更など）を受付ける。

また、グラフィカルユーザインターフェイス部２４０は、後述する取水・送水計画計算部２３４が出力する計画値を取り込む。グラフィカルユーザインターフェイス部２４０は、予測濁度、計画値、を示すデータを表示装置３１１に出力する。

通信処理部２５０は、ネットワーク１７０，１８０を介して、送受信装置１４１や原水濁度測定装置１１０と通信を行う。通信処理部２５０は、送受信装置１４１が送信する運用条件や実績値や原水濁度測定装置１１０が送信する原水濁度を受信し、受信した運用条件や実績値や原水濁度をそれぞれ原水濁度記憶部２２０、実績値記憶部２２３、運用条件記憶部２２４に記憶する（派生例として、受信する運用条件や実績値や原水濁度をオペレータが画面から入力するようにしてもよい）。また、通信処理部２５０は、ネットワーク１７０を介して、後述する取水・送水計画計算部２３４が計算した計画値を送受信装置１４１に送信する。

取水・送水計画計算部２３４は、運用条件と実績値と予測コストを基に後述する演算処理を施し求めた計画値をグラフィカルユーザインターフェイス部２４０に送る。

続いて、図３により、取水・送水計画立案装置１２１のハードウェア構成について説明する。

図３に示すように、取水・送水計画立案装置１２１は、各種の処理を実行する中央処理装置（ＣＰＵ）３１３、ワークエリアとして機能する主記憶装置３１４、送受信装置１４１や原水濁度測定装置１１０との間で行う通信を制御する通信インターフェイス３１５、入力装置２１１（キーボード３１０ａ、マウス３１０ｂ）および出力装置２１２（表示装置３１１、印刷装置３１２）、各種データおよびＣＰＵ３１３が実行するプログラムを格納するための補助記憶装置３００、システムバス３１６から構成されている。また、ＣＰＵ３１３、主記憶装置３１４、通信インターフェイス３１５、および補助記憶装置３００は、システムバス３１６に接続されている。

補助記憶装置３００には、上述した情報処理装置２１０が有す各部（通信処理部２５０、グラフィカルユーザインターフェイス部２４０、原水濁度予測部２３０、原水濁度判定部２３１、計画開始時刻・期間作成部２３２、予測コスト作成部２３３、取水・送水計画計算部２３４）の機能を実現するためのプログラムが記憶されている。

さらに、補助記憶装置３００には、上述した原水濁度記憶部２２０、設定値記憶部２２１、実績濁度兼コスト記憶部２２２、実績値記憶部２２３、運用条件記憶部２２４に記憶されるデータが記憶されている。

そして、上述した情報処理装置２１０が有す各部（通信処理部２５０、グラフィカルユーザインターフェイス部２４０、原水濁度予測部２３０、原水濁度判定部２３１、計画開始時刻・期間作成部２３２、予測コスト作成部２３３、取水・送水計画計算部２３４）の機能は、ＣＰＵ３１３が補助記憶装置３００に記憶された各プログラムを主記憶装置３１４にロードして実行することにより実現される。

続いて、図４により、浄水場１４０に設置されている送受信装置１４１の機能構成について説明する。

図４に示すように、送受信装置１４１は、処理量取得部４２０、通信処理部４２１、処理量記憶部４１０、計画値記憶部４１１から構成されている。また、送受信装置１４１で制御・計測を行う場合は、制御部や計測部が備わっていてもよい。

処理量取得部４２０は、例えば、送受信装置１４１を設置している浄水場１４０に設けられている薬品投与装置から「単位水量に対する薬品量」、発生土計測計から「単位水量に対する発生土処理量」、電力計から「単位水量に対する電力量」を取得する。但し、これらのデータを水運用センタ１２０にてオペレータが利用者端末画面から入力するようにしてもよい。

通信処理部４２１は、ネットワーク１７０を介して、「単位水量に対する薬品量」、「単位水量に対する発生土処理量」、「単位水量に対する電力量」、配水池１６０や取水管路１３０や送水管路１５０の実績値を取水・送水計画立案装置１２１に送信する。

また、通信処理部４２１は、ネットワーク１７０を介して、取水・送水計画立案装置１２１から送信された計画値を受信し、その受信した計画値を計画値記憶部４１１に記憶する。

計画値記憶部４１１は、通信処理部４２１が受信した計画値を記憶し、バルブやポンプなどの制御機器へ計画値を送信する。

続いて、図５により、送受信装置１４１のハードウェア構成について説明する。

図５に示すように、送受信装置１４１は、中央処理装置（ＣＰＵ）５２０、主記憶装置５３０、取水・送水計画立案装置１２１との間の通信を制御する通信インターフェイス５４０、水位計、流量計、薬品投与装置、発生土処理装置、電力計と信号線５６０により接続されていて、水位計、流量計、薬品投与装置、発生土処理装置、電力計、との間で行うデータの送受信を制御する計測制御インターフェイス５１０、補助記憶装置５００、システムバス５５０から構成されている。

ＣＰＵ５２０、主記憶装置５３０、通信インターフェイス５４０、および補助記憶装置５００は、システムバス５５０に接続されている。

補助記憶装置５００には、送受信装置１４１が有す各部（処理量取得部４２０、通信処理部４２１）の機能を実現するためのプログラムが記憶されている。また、補助記憶装置５００の所定の領域には、処理量記憶部４１０と計画値記憶部４１１に記憶されるデータが格納されている。

そして、上述した送受信装置１４１内の各部（処理量取得部４２０、通信処理部４２１）の機能は、ＣＰＵ５２０が補助記憶装置５００に記憶された該当するプログラムを主記憶装置５３０にロードして実行することにより実現される。

続いて、図６により、河川に設置されている原水濁度測定装置１１０の機能構成について説明する。

図６に示すように、原水濁度測定装置１１０は、原水濁度記憶部６１０、原水濁度計測部６２０、通信処理部６２１から構成されている。

原水濁度計測部６２０は、原水濁度測定装置１１０を設置している河川に設けられている計測器から原水濁度などの水質情報を取得する。

通信処理部６２１は、ネットワーク１８０を介して、原水濁度を取水・送水計画立案装置１２１に送信する。

続いて、図７により、原水濁度測定装置１１０のハードウェア構成について説明する。

図７に示すように、原水濁度測定装置１１０は、中央処理装置（ＣＰＵ）７２０、主記憶装置７３０、取水・送水計画立案装置１２１との間で行う通信を制御する通信インターフェイス７４０、水質計測器と信号線７６０により接続されていて、計測計からデータを受信する計測制御インターフェイス７１０、補助記憶装置７００、システムバス７５０から構成されている。

ＣＰＵ７２０、主記憶装置７３０、通信インターフェイス７４０、および補助記憶装置７００は、それぞれシステムバス７５０に接続されている。

補助記憶装置７００には、原水濁度測定装置１１０が有す各部（原水濁度計測部６２０、通信処理部６２１）の機能を実現するためのプログラムが記憶されている。

そして、上述した原水濁度測定装置１１０が有す各部（原水濁度計測部６２０、通信処理部６２１）の機能は、ＣＰＵ７２０が補助記憶装置７００に記憶された該当するプログラムを主記憶装置７３０にロードして実行することにより実現される。

続いて、取水・送水計画立案装置１２１に記憶されるデータについて説明する。

まず、図８により、予測コスト作成部２３３に記憶されるデータ構成について説明する。なお、予測コスト作成部２３３には、浄水場１４０ごとに図示する予測コストが作成されるが、図８に示す例では、説明を簡略化するために１つの浄水場１４０に対する予測コストを示す。

図８に示す例では、予測コストに時刻ごとに変化する原水濁度に応じて変わる「薬品コスト」、「発生土処理コスト」、「電力コスト」の予測コストが作成されている場合を示している。「薬品コスト」の列が時刻ごとの薬品コストの予測値を示し、「発生土処理コスト」の列が時刻ごとの発生土処理コストの予測値を示し、「電力コスト」の列が時刻ごとの電力コストの予測値を示す。

続いて、図９により、運用条件記憶部２２４に記憶されるデータ構成について説明する。なお、運用条件記憶部２２４には、浄水場１４０ごとに図９に示す運用条件が記憶されるが、図９に示す例では、説明を簡略化するために水系情報、取水管路１３０、浄水場１４０、送水管路１５０、配水池１６０、需要箇所に対して一例ずつの運用条件を示す。

図９に示す例では、運用条件に、「水系」、「取水管路」、「浄水場」、「送水管路」、「配水池」、および「需要量」の種類の運用条件が登録されている場合を示している。

「水系」に対応付けられて登録されている「接続関係」は、水系上にある施設間の接続関係の情報を示す。「取水管路」に対応付けられて登録されている「上下限値」は、取水管路１３０の流量の上限値と下限値に関する情報を示す。

「浄水場」に対応付けられて登録されている「上下限値」は、浄水場の水位の上限値と下限値に関する情報を示す。「送水管路」に対応付けられて登録されている「上下限値」は、送水管路１５０の流量の上限値と下限値に関する情報を示す。「配水池」に対応付けられて登録さている「上下限値」は、配水池１６０の水位の上限値と下限値に関する情報を示す。「需要箇所」に対応付けられて登録されている「各時刻の予測需要量」は、需要予測に基づく各時刻の需要量（例えば、配水池１６０Ａで消費される水量）の予測値を示す。

続いて、図１０により、実績値記憶部２２３に記憶されるデータ構成について説明する。なお、実績値記憶部２２３には、施設ごとに図示する実績値が作成されるが、図１０に示す例では、説明を簡略化するために取水管路１３０、送水管路１５０、配水池１６０ひとつずつに対する実績値を示す。

図１０に示す例では、それぞれの施設にある流量計あるいは水位計に基づいて得られたある時刻に対する実績の水量が登録されている。

続いて、図１１により、取水・送水計画計算部２３４が作成する計画値のデータ構成について説明する。

図１１に示す例では、取水管路、管路、配水池などの種類に対して、流量、水位などの項目、時間・内容などが登録されてる。

続いて、図１２により、実績濁度兼コスト記憶部２２２に記憶されるデータ構成について説明する。

図１２は、ある浄水場での単位水量当たりのコストと取水箇所にある原水濁度測定装置１１０で得られた原水濁度の対応を左端の列の番号で関連付けて登録している。

なお、「運用条件」と「実績値」と「コスト」に対応付けられた情報は、取水・送水計画立案装置１２１の初期設定の際、送受信装置１４１を介して、運用条件記憶部２２４と実績値記憶部２２３と実績濁度兼コスト記憶部２２２に登録しておくものとする。

続いて、図１３により、取水・送水計画立案装置が行う原水濁度の予測、計画期間の作成、各時刻の予測コストの作成、取水・送水計画値の作成の処理フローについて説明する。

まず、図１３に示すように、取水・送水計画立案装置１２１が備える情報処理装置２１０は取水箇所の上流にある原水濁度測定装置１１０で得られる現在の原水濁度を取得する（Ｓ１００）。具体的には、情報処理装置２１０の通信処理部２５０により入手する原水濁度を取得し、原水濁度記憶部２２０に記憶する（派生例として、降雨量測定装置で得られる降雨量やその他の河川情報を取得する情報としてもよい）。

次に、例えば、以下の式（１）に従い原水濁度予測部２３０にて取水箇所にある原水濁度測定装置１１０での未来の原水濁度を予測する（Ｓ１０１）。

次に、予測した取水箇所での原水濁度を原水濁度判定部２３１に送る。具体的には、原水濁度判定部２３１は、利用者端末画面８００から判定に利用するための原水濁度の設定値を読み込み、求めた予測濁度と設定値を比較する（Ｓ１０２）。計画開始時刻・期間作成部２３２で予測濁度が設定値を超えたときから次の通常の取水・送水計画立案時刻までを新しい取水・送水計画を立案するとする（取水箇所が複数あるときは、１つの取水箇所でも設定値を超えたときとする）（Ｓ１０３）。

予測コスト作成部２３３は、過去の実績濁度とそのときの薬品コストや発生土処理コストや電力コストなどの各コストを蓄えている実績濁度兼コスト記憶部２２２から予測濁度に等しい実績濁度がある場合は、その実績濁度のときの各コストを予測コストとする。例えば、コストの１つである予測薬品コストは、以下の式（２）に従い求める。

しかし、実際には予測濁度に等しい実績濁度を見つけることは難しい。よって、もし予測濁度と等しい実績濁度がなければ、予測濁度に最も近い予測濁度を上回る実績濁度と最も近い予測濁度を下回る実績濁度を選択する。

以下の式（３）に従い、最も近い予測濁度を上回る実績濁度と最も近い予測濁度を下回る実績濁度の距離と最も近い予測濁度を上回る実績濁度と予測濁度の距離を求める。

式（３）で得られた値を利用した以下の式（４）から予測濁度に等しい実績濁度が見つからない場合でも、予測濁度に対する予測コストが求まる（Ｓ１０４）。

また、予測コストは実績濁度とコストから、回帰分析を用いて求めてもよい。

具体的な単位流量当たりの複数のコストには、例えば、以下の式（５）のように和として１つの運用コストにする。

次に、取水・送水計画計算部２３４では、予測コスト作成部２３３で得られた各時刻の単位水量当たりの予測コストの和と各取水量から評価式をつくり、実績記憶部２２３から得られる実績値と運用条件記憶部２２４から得られる運用条件を読み込み、計画値を立案する（Ｓ１０５）。具体的には、例えば、以下の式（６）を評価式としたシンプレックス法による最適化計算を行うことにより「計画値」を作成する。そして、取水・送水計画計算部２３４は、作成した「計画値」をグラフィカルユーザインターフェイス部２４０と通信処理部２５０に送信する（派生例として、浄水場での浄水処理コストだけでなく、他の施設でのコストや流量の切り替え回数もコストに換算して追加してもよい）。

制約条件として、運用条件である施設の接続関係、取水管路１３０の上下限値、浄水場１４０の水位の上下限値、送水管路１５０の上下限値、配水池１６０の上下限値、需要量および実績値を設定する。通信処理部２５０は、取水・送水計画計算部２３４から各施設の計画値を取得し、その浄水場と関連する施設に制御値を送る送受信装置１４１に送信する。

続いて、図１４により、グラフィカルユーザインターフェイス部２４０が行う処理について説明する。グラフィカルユーザインターフェイス部２４０は、生成したデータを用いて、例えば、図１４に示す利用者端末画面８００を表示装置３１１に表示する。

図１４に示すように、利用者端末画面８００には、「設定値」の入力を受付けるための設定値を入力する領域８１０、予測原水濁度を表示する領域８２０、浄水場１４０に対する取水量の計画値を表示する領域８４０Ａ〜８４０Ｃ、リストボックス８３１で選択した任意の施設の計画値を表示する領域８３０が設けられている。

なお、利用者端末画面８００には、配水池Ａの計画値を表示しているが、他の配水池１６０や送水管路１５０の計画値をリストボックス８３１の候補から選択し領域８３０に表示してもよい。このように、オペレータは、利用者端末画面８００により、各配水池１６０の水位あるいは取水管路１３０の流量の計画値を確認できる。

以上のように、本実施の形態では、原水濁度の変化に応じた取水計画と送水計画の立案を行うために、取水・送水計画の立案を、予測コストを設けて全て取水所と送水系の条件を考慮して、小コスト運転を実現することが可能である。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

例えば、本実施の形態では、取水・送水計画立案装置１２１が１時間単位の各施設の時間ごとの水量を求めているが、特にこれに限定するものではない。例えば、取水・送水計画立案装置１２１は、数分単位の計画値を立案したり、数日分の各施設の水量を求めてもよい。

また、本実施の形態では、各浄水場１４０に設けられた送受信装置１４１に、取水管路１３０や送水管路１５０に設けられたバルブやポンプ等の動作を制御する制御機器を接続して、制御機器により取水管路１３０や送水管路１５０に流す流量を調整する場合を例にしたが特にこれに限定するものではない。

また、本実施の形態では、計画値のコストをシンプレックス法で最小化する場合を例にしたが特にこれに限定するものではない。式（６）のコスト計算式を別の最適化問題として扱い、ＧＡやＳＡなどの確率的な手法を用いてコストが最小となる各施設の計画値とコストを求めてもよい。

また、本実施の形態では、コストを最小化する計画値を立案する場合を例にしたが特にこれに限定するものではない。単に既にある計画値に対する予測コストを計算するだけとしてもよい。

本発明は、取水管路、浄水場、配水池、および送水管路を有す上水道の導送水管網において、計画値を作成する装置やシステムに広く適用可能である。

本発明の一実施の形態に係る取水・送水計画立案システムが適用される上水道施設の概略構成を示す構成図である。 本発明の一実施の形態に係る取水・送水計画立案システムの取水・送水計画立案装置の機能構成を示す機能ブロック図である。 本発明の一実施の形態に係る取水・送水計画立案システムの取水・送水計画立案装置のハードウェア構成を示す構成図である。 本発明の一実施の形態に係る取水・送水計画立案システムの送受信装置の機能構成を示す機能ブロック図である。 本発明の一実施の形態に係る取水・送水計画立案システムの送受信装置のハードウェア構成を示す構成図である。 本発明の一実施の形態に係る取水・送水計画立案システムの原水濁度測定装置の機能構成を示す機能ブロック図である。 本発明の一実施の形態に係る取水・送水計画立案システムの原水濁度測定装置のハードウェア構成を示す構成図である。 本発明の一実施の形態に係る取水・送水計画立案システムの取水・送水計画立案装置内の予測コスト作成部に記憶されるデータ構成を示す図である。 本発明の一実施の形態に係る取水・送水計画立案システムの取水・送水計画立案装置内の運用条件記憶部に記憶されるデータ構成を示す図である。 本発明の一実施の形態に係る取水・送水計画立案システムの取水・送水計画立案装置内の実績値記憶部に記憶されるデータ構成を示す図である。 本発明の一実施の形態に係る取水・送水計画立案システムの取水・送水計画計算部が作成するデータ構成を示す図である。 本発明の一実施の形態に係る取水・送水計画立案システムの取水・送水計画立案装置内の実績濁度兼コスト記憶部に記憶されるデータ構成を示す図である。 本発明の一実施の形態に係る取水・送水計画立案システムの取水・送水計画立案装置が行う原水濁度の予測、計画期間の作成、各時刻の予測コストの作成、取水・送水計画値の作成の処理フローを示すフローチャートである。 本発明の一実施の形態に係る取水・送水計画立案システムの取水・送水計画立案装置が表示装置に表示する表示画面を例示すイメージ図である。

符号の説明

１１０（１１０Ａ〜１１０Ｅ）…原水濁度測定装置、１２０…水運用センタ、１２１…取水・送水計画立案装置、１３０（１３０Ａ〜１３０Ｃ）…取水管路、１４０（１４０Ａ〜１４０Ｃ）…浄水場、１４１（１４１Ａ〜１４１Ｃ）…送受信装置、１５０（１５０Ａ〜１５０Ｋ）…送水管路、１６０（１６０Ａ〜１６０Ｅ）…配水池、１７０（１７０Ａ〜１７０Ｃ）…ネットワーク、１８０（１８０Ａ〜１８０Ｅ）…ネットワーク、２１０…情報処理装置、２１１…入力装置、２１２…出力装置、２２０…原水濁度記憶部、２２１…設定値記憶部、２２２…実績濁度兼コスト記憶部、２２３…実績値記憶部、２２４…運用条件記憶部、２３０…原水濁度予測部、２３１…原水濁度判定部、２３２…計画開始時刻・期間作成部、２３３…予測コスト作成部、２３４…取水・送水計画計算部、２４０…グラフィカルユーザインターフェイス部、３００…補助記憶装置、３１０ａ…キーボード、３１０ｂ…マウス、３１１…表示装置、３１２…印刷装置、３１３…中央処理装置（ＣＰＵ）、３１４…主記憶装置、３１５…通信インターフェイス、３１６…システムバス、４１０…処理量記憶部、４１１…計画値記憶部、４２０…処理量取得部、４２１…通信処理部、５００…補助記憶装置、５１０…計測制御インターフェイス、５２０…中央処理装置（ＣＰＵ）、５３０…主記憶装置、５４０…通信インターフェイス、５５０…システムバス、５６０…信号線、６１０…原水濁度記憶部、６２０…原水濁度計測部、６２１…通信処理部、７１０…計測制御インターフェイス、７２０…中央処理装置（ＣＰＵ）、７３０…主記憶装置、７４０…通信インターフェイス、７５０…システムバス、７６０…信号線。

Claims (10)

1. 上水道施設における浄水場や配水池の水位と取水管路や送水管路の流量の計画値を立案する取水・送水計画立案装置であって、
   取水箇所の上流の原水濁度を記憶する原水濁度記憶部と、
   予測濁度と比較するための設定値を記憶する設定値記憶部と、
   実績原水濁度とコストを記憶する実績濁度兼コスト記憶部と、
   水位および流量の実績値を記憶する実績値記憶部と、
   運用条件を記憶する運用条件記憶部と、
   前記原水濁度記憶部に記憶された前記原水濁度に基づいて、前記取水箇所での前記原水濁度を予測する原水濁度予測部と、
   前記設定値記憶部に記憶された前記設定値および前記原水濁度予測部で予測された予測濁度に基づいて計画値を変更するかを判定する原水濁度判定部と、
   前記原水濁度判定部の判定結果に基づいて、新しい計画値の開始時刻と期間を作成する計画開始時刻・期間作成部と、
   前記実績濁度兼コスト記憶部に記憶された前記実績原水濁度と前記コスト、および前記計画開始時刻・期間作成部で作成された新しい計画値の開始時刻と期間に基づいて、コストを予測する予測コスト作成部と、
   前記実績値記憶部に記憶された前記実績値、前記運用条件記憶部に記憶された前記運用条件および前記予測コスト作成部で予測された前記コストに基づいて、取水・送水計画を計算する取水・送水計画計算部とを備えたことを特徴とする取水・送水計画立案装置。
2. 請求項１記載の取水・送水計画立案装置において、
   前記計画開始時刻・期間作成部は、計画値を変更すると判断した場合、新しい計画値の開始時刻と終了時刻を、予測濁度が設定値を超える時刻から次の定期的に計画値を作成する時刻までにすることを特徴とする取水・送水計画立案装置。
3. 請求項１記載の取水・送水計画立案装置において、
   前記予測コスト作成部は、予測濁度に等しい実績濁度がある場合は、その実績濁度のときの各コストを予測コストとし、前記予測濁度に等しい実績濁度がない場合は、最も近い予測濁度を上回る実績濁度とそのときのコストと最も近い前記予測濁度を下回る実績濁度とそのときのコストから予測コストを求めることを特徴とする取水・送水計画立案装置。
4. 請求項１記載の取水・送水計画立案装置において、
   前記取水・送水計画計算部は、予測コストを評価式として運用条件を制約条件として計画値の最適化計算を行うことを特徴とする取水・送水計画立案装置。
5. 請求項１記載の取水・送水計画立案装置において、
   前記取水・送水計画計算部は、浄水場での予測コストだけでなく、浄水場以外の施設でのコストや流量の切り替え回数もコストに換算して追加することを特徴とする取水・送水計画立案装置。
6. 請求項１記載の取水・送水計画立案装置において、
   前記原水濁度記憶部は、さらに、取水箇所の上流の降雨量を記憶し、
   前記原水濁度予測部は、前記原水濁度記憶部に記憶された原水濁度および降雨量に基づいて、取水箇所での原水濁度を予測することを特徴とする取水・送水計画立案装置。
7. 上水道施設における浄水場や配水池の水位と取水管路や送水管路の流量の計画値を立案する取水・送水計画立案システムであって、
   取水・送水計画立案装置と、
   河川に設置され、測定した原水濁度を前記取水・送水計画立案装置へ送信する原水濁度測定装置と、
   浄水場に設置され、原水の浄化に要すコストや関連する施設の実績値と運用条件を前記取水・送水計画立案装置に送信し、前記取水・送水計画立案装置から予測コストに基づいた取水・送水計画を受信し前記浄水場の制御装置へ送信する送受信装置とを備えたことを特徴とする取水・送水計画立案システム。
8. 請求項７記載の取水・送水計画立案システムにおいて、
   前記取水・送水計画立案装置は、
   前記原水濁度測定装置で測定された上流の原水濁度を記憶する原水濁度記憶部と、
   予測濁度と比較するための設定値を記憶する設定値記憶部と、
   実績原水濁度とコストを記憶する実績濁度兼コスト記憶部と、
   水位および流量の実績値を記憶する実績値記憶部と、
   運用条件を記憶する運用条件記憶部と、
   前記原水濁度記憶部に記憶された原水濁度に基づいて、取水箇所での原水濁度を予測する原水濁度予測部と、
   前記設定値記憶部に記憶された設定値および前記原水濁度予測部で予測された予測濁度に基づいて計画値を変更するかを判定する原水濁度判定部と、
   前記原水濁度判定部の判定結果に基づいて、新しい計画値の開始時刻と期間を作成する計画開始時刻・期間作成部と、
   前記実績濁度兼コスト記憶部に記憶された実績原水濁度とコスト、および前記計画開始時刻・期間作成部で作成された新しい計画値の開始時刻と期間に基づいて、コストを予測する予測コスト作成部と、
   前記実績値記憶部に記憶された実績値、前記運用条件記憶部に記憶された運用条件および前記予測コスト作成部で予測されたコストに基づいて、取水・送水計画を計算する取水・送水計画計算部と有することを特徴とする取水・送水計画立案システム。
9. 請求項８記載の取水・送水計画立案システムにおいて、
   河川に設置され、測定した降雨量を前記取水・送水計画立案装置へ送信する降雨量測定装置を備え、
   前記取水・送水計画立案装置の前記原水濁度記憶部は、前記原水濁度測定装置で測定された上流の原水濁度および前記降雨量測定装置で測定された上流の降雨量を記憶し、
   前記取水・送水計画立案装置の前記原水濁度予測部は、前記原水濁度記憶部に記憶された原水濁度および降雨量に基づいて、取水箇所での原水濁度を予測することを特徴とする取水・送水計画立案システム。
10. 上水道施設における取水管路や送水管路の流量の計画値を立案する取水・送水計画立案方法であって、
    取水・送水計画立案装置が、取水箇所の上流にある原水濁度を読み込み、取水箇所での原水濁度を予測し、予測した原水濁度と設定値と比較し計画値を変更するかを判断し、新しい計画値の開始時刻と期間を作成し、実績濁度とコストと予測濁度から予測コストを作成し、施設の実績値と運用条件を読み込み、予測コストを評価式とし、実績値と運用条件を制約条件として計画値を作成することを特徴とする取水・送水計画立案方法。

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