JP2013054757A - 管網解析用データ生成方法、管網解析用データ生成装置、及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】解析時間を短縮することができる管網解析用データ生成方法及び管網解析用データ生成装置を提供する。
【解決手段】本発明の管網解析用データ生成方法は、水道施設管理システムから所定地域の図形情報及び属性情報を含む管網データを取得する段階と、ＧＩＳ（地理情報システム）から標高データを取得してＴＩＮ（不整三角形網）を作成する段階と、管網データにＴＩＮを含む標高情報を付与する段階と、管網データを所定条件に基づき階層構造の多次元データとした管網解析用データを生成する段階と、管網を管網解析用データのノード点を含む所定領域に分割して給水栓を割り当てる段階と、料金データから取得した水道使用量を基に給水栓の給水量を管網解析用データの各ノード点に付与する段階と、各種情報が付与され多次元網を有する管網解析用データをデータベースに保存する段階と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、管網解析用データ生成方法及び管網解析用データ生成装置に関し、詳しくは、水道管等における水圧や流量等を算出するための管路解析におけるノード点等のデータを適正化して生成する管網解析用データ生成方法及び管網解析用データ生成装置に関する。

水道の管路解析（水理解析）は、一般的にノード点を結ぶ管路の集まりとしてモデル化したデータを用い、管の内径、管路長、ノード点における使用量等を入力条件としてノード点毎の水頭値（水圧）や管路毎の流量を算出する解析として知られている。この解析結果は適正な水運用を行うために必要とされている。

水道施設管理における管網データは、度重なる敷設替え、断水工事、大規模な住宅開発に伴う工事等により、管の分断・結合が繰り返され、非常に複雑な形状をなしているのが現状である。そのため、通常の水道施設管理では、工事竣工図を基にして、現地での不明な箇所の調査を行うことで現実に即した正確な管網データを作成するようにしている。

しかし、管網解析においては、コンピュータの処理能力による処理速度の問題や、ノード点数が増えることに伴う処理時間の大幅な増大等の問題があり、現実の施設管理データを用いて解析を行うことは困難であった。

水道施設管理で整備された管網データから解析用のデータを自動生成することは、これまでにも試みられてきたが、間引き処理、主要な設備の抽出処理等を必要とし、現実の施設管理データからかなりデフォルメされた管網モデルにならざるを得なかった。このため、最終的な管網データの点検、ネットワーク化の点検・検証等にも人手を必要とし、その手間と費用がかかりその精度にも問題があった。また、施設管理データの更新の都度、管網モデルへの変換が必要であり、急を要する場合等時間的な側面でも問題が生じていた。

このような管網解析用のデータを自動生成する方法としては、例えば、ガス管網解析用管網データ作成を例にした特許文献１が開示されている。

特開２００２−３７２２００号公報

しかしながら、特許文献１のように現実に即した全ての施設管理データを用いて管網解析用データを自動生成した場合、数万点に及ぶノード点を有する管網データの解析に膨大な時間を要することは解決されておらず、火災や断水等、緊急時の解析に対応できないという問題があった。

そこで、本発明は、管網をｎ次網による多次元網の構成にすることで、解析時間を短縮することができる管網解析用データ生成方法及び管網解析用データ生成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するためになされた本発明の一態様は、水道施設の水圧、流量、流速、各ノード点における水頭値、圧力流量分布の中から選択されるいずれか一つ以上の解析計算をするための管網解析用データを生成する管網解析用データ生成装置における管網解析用データ生成方法であって、前記管網解析用データ生成装置は、水道施設管理システムから所定地域の図形情報及び属性情報を含む管網データを取得する段階と、ＧＩＳ（地理情報システム）から標高データを取得してＴＩＮ（不整三角形網）を作成する段階と、前記管網データに前記ＴＩＮを含む標高情報を付与する段階と、前記管網データを所定条件に基づき階層構造の多次元網データとし、全エリアの中から解析対象として選択されたエリア及び階層の深さを示すｎに基づき、前記選択された階層ｎの上位階層の前記全エリア、前記選択された階層ｎの前記選択されたエリア、及び、前記選択された階層ｎの下位階層の前記選択されたエリア、の各々の網データを抽出することにより、前記管網解析用データを生成する段階と、管網を前記管網解析用データのノード点を含む所定領域に分割して給水栓を割り当てる段階と、料金データから取得した水道使用量を基に前記給水栓の給水量を前記管網解析用データの各ノード点に付与する段階と、各種情報が付与され多次元網を有する前記管網解析用データをデータベースに保存する段階と、を実行することを特徴とする。
前記多次元データからなる管網解析用データを生成する段階は、水道管の口径に基づき各次元網を階層分けすることができる。
本発明の管網解析用データ生成方法は、管網における複数種類の弁栓の中から、選択された通常時又は緊急時を示す解析内容に応じて、ノード化対象とする弁栓を選定する段階を更に有することができ、前記多次元データからなる管網解析用データを生成する段階は、前記選定された弁栓をノード化することができる。
前記弁栓は、口径が変化している片落ち管又は片落ち変化点を含み、該片落ち管又は片落ち変化点の両端に接続される管の長さに応じてノード化することができる。
前記所定領域に分割して給水栓を割り当てる段階は、任意の地点を基準としてどの地点に最も近いかによって領域を分割するボロノイ分割によって分割することができる。

上記目的を達成するためになされた本発明の他の態様は、水道施設の水圧、流量、流速、各ノード点における水頭値、圧力流量分布の中から選択されるいずれか一つ以上の解析計算をするための管網解析用データを生成する管網解析用データ生成装置であって、水道施設管理システムから所定地域の図形情報及び属性情報を含む管網データを取得する管網データ取得手段と、ＧＩＳ（地理情報システム）から標高データを取得してＴＩＮ（不整三角形網）を生成する標高情報取得手段と、前記管網データに前記ＴＩＮを含む標高情報を付与する標高情報付与手段と、前記管網データを所定条件に基づき階層構造の多次元網データとし、全エリアの中から解析対象として選択されたエリア及び階層の深さを示すｎに基づき、前記選択された階層ｎの上位階層の前記全エリア、前記選択された階層ｎの前記選択されたエリア、及び、前記選択された階層ｎの下位階層の前記選択されたエリア、の各々の網データを抽出することにより、前記管網解析用データを生成する管網解析用データ生成手段と、管網を前記管網解析用データのノード点を含む所定領域に分割して給水栓を割り当てる管網領域分割手段と、料金データから取得した水道使用量を基に前記給水栓の給水量を前記管網解析用データの各ノード点に付与する給水量付与手段と、各種情報が付与され多次元網を有する前記管網解析用データをデータベースに保存する管網解析用データ保存手段と、を備えることを特徴とする。

本発明の管網解析用データ生成方法及び管網解析用データ生成装置によれば、現実の水道施設における、管の交差（ノード）、管の繋ぎ、仕切弁、消火栓等の管網解析に重要な数万点に及ぶノード点の全てのノード、弁栓の役割と解析内容により解析計算に用いるノード点を自動抽出し、管網解析計算に必要な全域（１次網）と、部分的な地域の解析計算のために追加された１次網の内部に属する２次網及びその内部にｎ次網を構成した管網解析用データを生成することで、管網解析計算における間引き或いは管自体の削除を行うことなく、実現可能なデータ量で所望する箇所を精度よく解析でき、且つ処理時間の短縮を図ることができる。

本発明の一実施形態による管網解析用データ生成方法の処理フロー図である。 図１に示す管網解析用データ生成方法を用いた管網解析の通常時の処理フロー図である。 図２に示す管網解析の火災時の処理フロー図である。 図２に示す管網解析の断水工事時の処理フロー図である。 本発明の管網解析データ生成方法における多次元網を説明するための図面である。 管網解析データ生成方法において選定される一実施例による弁栓の一覧表である。 図６に示す片落ち管又は片落ち変化点を説明するための図面である。 ノード点における給水量をボロノイ分割により算出する説明図である。 本発明の一実施形態による管網解析用データ生成装置を含む管網解析装置の内部構成図である。

次に、本発明の管網解析用データ生成方法及び管網解析用データ生成装置を実施するための形態の具体例を、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態による管網解析用データ生成方法の処理フロー図である。

管網データは完全なネットワークを構成する必要があるため、水道施設管理システムより全てのノード（弁栓）を含む水道施設管理データを取得する（ステップＳ１１）。

管網データには、点（ノード、浄水場等）及び線（管等）からなる図形データと、給水量、地盤高、管口径、管種等の属性情報とが含まれ、これらの情報を基にした、水道業務、水道施設、履歴管理のためのＧＩＳ（地理情報システム）があり、また、水運用のための水理シミュレーションを支援するためのＧＩＳが存在する。

水道管、弁栓施設、配水場（浄水場）を管理する水道施設管理システムと、水道運用の管網解析システムのそれぞれは、同様の施設データを取り扱うが、計算処理の相違等により個々の独立したシステムになっているため、もう一方のＧＩＳから図形データにおける標高データ、例えば縮尺１／２５００の２５００ＤＭ等を取得する（ステップＳ１２）。

取得した標高データよりＴＩＮ（不整三角形網：ｔｒｉａｎｇｕｌａｔｅｄ ｉｒｒｅｇｕｌａｒ ｎｅｔｗｏｒｋ）を作成し（ステップＳ１３）、管網データに標高を付与する（ステップＳ１４）。ＴＩＮは、三次元情報を持つ点と線とを重複しない三角形の集まりとして配列した地形面の物理的形状を表現したもので、自由な位置に点を配置することができ、規則的に点を配置したＤＥＭ（数値標高モデル）に比べて点の数を少なくすることができるという長所を有し、斜面等の三次元地形を表現するのに適している。

一方、管網解析に用いる管網解析用データの生成にあたり、予め用途に合せて、通常時、火災時、断水工事等の解析内容を選択し（Ｓ２１）、併せて多次元網（多次元ネットワーク）における階層の深さ、即ちｎ次網の「ｎ」を選択し、詳細に解析するそのエリアを指定する（ステップＳ２２）。エリアは、所定条件に従って自動的に区分けされ、例えば、地図上又は区域リストとして表示し（図示せず）、その中から選択する。

解析内容及びｎ次網のエリア選択により、標高が付与された管網データの全てのノードから解析内容に合せて必要とする配水場ノード等を自動的に検索し、管網解析用データを抽出する（ステップＳ２３）。

給水量データは、水道使用量を基にして各ノード（弁栓）に割り付けられるが、その際、管網解析用データのノード点を利用し、対象となるノード点から計算幾何学におけるボロノイ分割によって管網を所定領域に分割し（ステップＳ２４）、その領域内に存在する検針メータの料金データから水道使用量の合計値を取得し、ボロノイ分割された領域内のノード点における給水量として割り当てる（ステップＳ２５）。

ここで、ノード点における給水量を算出するためのボロノイ分割について図８を参照して説明をする。

ボロノイ分割は、任意の地点が基準となるどの点に最も近いかによって領域を分割する手法であり、このボロノイ分割によって施設管理データにおける管網をそれぞれの領域に分割する。ボロノイ境界１０２によって分割された個々の領域をボロノイ領域１０３と呼び、一つのボロノイ領域１０３の中にはノード点１０１が一つ含まれる。各ボロノイ領域１０３内の給水栓における水使用量を合計し、各ノード点１０１に付与することにより、各ノード点１０１における給水量を算出する。

このようにして得られた管網解析用データを基に、ヘーゼン・ウィリアムス（Ｈａｚｅｎ・Ｗｉｌｌｉａｍｓ）公式等を用いた流速計算等の管網解析を行い（ステップＳ２６）、用途に応じた解析結果の出力を得る（ステップＳ２７）。

管網解析計算は、水道施設管理用の管網データをそのまま用いることが理想的であるが、その解析時間はノード点数に大きく依存し、例えば、５０００点のノード点数の場合、ヘーゼン・ウィリアムス公式を適用すると、５０００×５０００行列の作成を必要とし、２５００万回の培精度実数演算を数十回繰り返すことが必要となり、ノード点数の２次式で増大することから、実用に適さない解析時間となってしまう。

そのため、従来は、ノード（弁栓）を間引きする等解析用データのデータ量をいかに減少させるか、即ち、上記２つのＧＩＳから主要な設備を抽出することがノウハウとなっており、専門家が実際の地図データから抽出するためにコストと時間とを要することが問題となっていたが、本発明は、図１に示したように、解析時間を短縮でき且つ精度良いシミュレーションを可能とする管網解析用データを自動抽出し、自動生成することができる。

次に、図２〜図４を参照しながら、解析内容に応じた管網解析の処理について説明する。

図２は、図１に示す管網解析用データ生成方法を用いた管網解析の通常時の処理フロー図であり、図３は、図２に示す管網解析の火災時の処理フロー図である。図４は、図２に示す管網解析の断水工事時の処理フロー図である。

図２を参照すると、先ず、解析内容選択メニュー（図示せず）から通常時の解析内容を選択する（ステップＳ２１）。次に、解析する所望の地域を選択し、ｎ次網選択メニュー（図示せず）から解析するｎ次網の「ｎ」、即ち階層数と詳細に解析するエリアを選択する。詳細に解析するエリアのｎ次網が指定されると、自動的にその上位のｎ−１次網、…、１次網が選択される。「ｎ」や１次網、２次網、…ｎ次網の管網は、解析内容に応じて適宜選択されるが、それぞれ任意に選択及び指定できるようにしても良い。

解析内容及びｎ次網が選択されると、その条件に基づき、図１に示したステップＳ１１〜Ｓ１４で取得した管網データから管網解析用データを自動抽出する。図１を参照しながら上述したように管網解析用データのノード点を利用してボロノイ分割し（ステップＳ２４）、給水栓の料金データから水道使用量を取得し、ボロノイ分割により分割された領域の各ノード点にこの給水栓を割り当て、給水量（水道使用量）を付与する（ステップＳ２５）。

管網解析（ステップＳ２６）には、点（ノード）、線（管）からなるｎ次網の管網解析用データが引き渡され、管網解析内容に沿って設定項目が記載された設定ファイルに従って、様々な解析及びシミュレーションが行われる（ステップＳ２６ａ）。設定ファイルは、水道施設の各ノードにおける流量、流速、流方向、残存水頭値、動水勾配等の様々な解析項目の中から所望の解析項目を決定し、例えば、ヘーゼン・ウィリアムス公式により平均流速を求める等、それぞれの解析項目に沿った解析手法により解析する。

ノード、管毎に得られた所望の解析結果が出力される（ステップＳ２７）。

図３を参照すると、先ず、解析内容選択メニュー（図示せず）から火災時の解析内容を選択する（ステップＳ２１）。次に、図２に示した通常時と同様、解析する地域を選択し、ｎ次網選択メニュー（図示せず）から１次網、２次網、…ｎ次網の管網をそれぞれ選択及び指定する。

解析内容及び所望地域のｎ次網が選択されると、その条件に基づき、図１に示したステップＳ１１〜Ｓ１４で取得した管網データから管網解析用データを自動抽出する。図２と同様、管網解析用データのノード点を利用してボロノイ分割し（ステップＳ２４）、給水栓の料金データから水道使用量を取得し、ボロノイ分割により分割された領域の各ノード点にこの給水栓を割り当て、給水量（水道使用量）を付与する（ステップＳ２５）。

火災時の解析では、消火に必要な火災現場付近の消火栓を指示する（ステップＳ３１）。選択された消火栓には、消火栓の属性に応じて放水量が自動的に付与される（ステップＳ３２）。消火栓は複数個所を選択することが可能である。

以降の管網解析処理（ステップＳ２６）及び解析結果出力（ステップＳ２７）は、図２と同様なので、その説明は省略する。

図４を参照すると、先ず、解析内容選択メニュー（図示せず）から断水工事時の解析内容を選択する（ステップＳ２１）。次に、図２に示した通常時及び図３に示した火災時と同様、解析する地域を選択し、ｎ次網選択メニュー（図示せず）から１次網、２次網、…ｎ次網の管網をそれぞれ選択及び指定する。

解析内容及び所望地域のｎ次網が選択されると、その条件に基づき、図１に示したステップＳ１１〜Ｓ１４で取得した管網データから管網解析用データを自動抽出する。図２及び図３と同様、管網解析用データのノード点を利用してボロノイ分割し（ステップＳ２４）、給水栓の料金データから水道使用量を取得し、ボロノイ分割により分割された領域の各ノード点にこの給水栓を割り当て、給水量（水道使用量）を付与する（ステップＳ２５）。

断水工事時の解析では、断水工事の対象となる地域の閉止する仕切弁を指示する（ステップＳ３１）。仕切弁閉止に伴い、配水場に達しない管路は自動的に除去される（ステップＳ３２）。仕切弁は複数個所を選択することが可能である。

以降の管網解析処理（ステップＳ２６）及び解析結果出力（ステップＳ２７）は、図２及び図３と同様なので、その説明は省略する。

本発明による管網解析データ生成方法は、上記２つのＧＩＳを融合することで実現したもので、図２〜図４に示したように、水道施設管理システムで構築された水道施設の水圧、流量、流速、各ノード点おける水頭値、流量分布等を解析計算する管網解析システムに自動連結することができる。

例えば、水道設備管理用地図データから浄化センター等を起点として水道管等の管路を検索し、管路の分岐点や合流点でグループ分けし、この検索結果から管路の径がある大きさ以上のものを多く持つグループのみを管網解析用地図データとして抽出し、この地図データの各節点と管路について給水人口や地盤高、抵抗係数等属性情報を自動的に設定することで管網解析用データを得る。

ここで、図５を参照しながら、本発明の管網解析データ生成方法における多次元網について説明する。図５（ａ）は、全ての管網を表したもので、図５（ｂ）は、管の口径により階層分けしたｎ−１、ｎ、及びｎ＋１次網を示している。

図５に示すように、水道網を多次元網（多次元ネットワーク）として考え、例えば、水道管理の認可図上に掲載されている水道網を１次網とし、詳細な水道網の中から認可図に掲載されていない１００ｍｍ以上の口径の水道管を有する水道網を２次網とし、更に１００ｍｍ未満の口径の水道管を有する水道網を３次網とする。このようにして現実に敷設された全ての水道管に対して次数を設定する。

このような考えに基づき、多次元網の中からある詳細なｎ次網の管に対して解析計算を行う場合、ｎ次網とｎ−１次網が合流するノード点を配水場として水の流入量を定義する。この繰り返しを上位方向に行うことにより、ノード点を極端に減らすことができる。

図５（ｃ）に示すように、詳細に解析を行う範囲（選択エリア１０）を限定することにより、管網解析用データは（全域のｎ−１次網）＋（選択したエリアのみのｎ次網）＋（選択エリア１０内のｎ＋１次網）となる。このとき、選択エリア１０内のｎ＋１次網エリアのみが解析データの対象となり、他のｎ＋１次網エリアは解析データの対象とならないため、詳細且つ比較的少ないノード数で解析を行うことができる。

このように、全域のｎ次網を解析用データとした場合に比べてはるかにノード点数を少なくすることができ、処理時間を短縮することができる。選択したエリアのｎ次網が全ての情報を有していることは勿論であるが、上位のｎ−１次網の流量等を減らしているわけではなく、各次元網間で整合性を有しているので全ての管網を解析した場合と同じ結果が得られる。

図６は、管網解析データ生成方法において選定される一実施例による弁栓の一覧表である。

各ノードとなる弁栓の種類としては、図６に示したようなものが挙げられ、弁栓の種類と通常時・火災時・断水工事時等の解析内容に応じて、これらの弁栓の中からそれぞれの解析内容に沿って自動的に抽出され、「○」で示した弁栓がノード化されて管網解析用データに組み入れられる。「−」で示した弁栓はノード化されず無視される。

次に、図６に示す片落ち管又は片落ち変化点について図７を参照しながら説明する。

図６に示す一覧表で、「△」で示した弁栓は、片落ち管又は片落ち変化点と呼ばれ、管の口径が変化しているもの或いは部分を指している。接続管の長さに応じてノード化が異なる。例えば、長さの閾値を１０ｍとした場合、図７（ａ）は、管１延長が１５ｍ、管２延長が２０ｍで、接続する管の両方が閾値以上であることから、片落ち管又は片落ち変化点をノード化し、管１延長及び管２延長は１５ｍ及び２０ｍで変更なしとする。

図７（ｂ）は、管１延長が０．５ｍ、管２延長が２０ｍで、接続する管の片方が閾値未満であることから、管１に管２を集約して管２延長を２０．５ｍに設定する。

最後に、上述した管網解析用データを生成する管網解析データ生成装置について説明する。

図９は、本発明の一実施形態による管網解析用データ生成装置を含む管網解析装置の内部構成図である。

図９に示すように、本実施形態の管網解析装置１は、管網解析用データ生成装置を含んで構成されている。

管網解析装置１は、管網解析用データ生成及び管網解析に必要な初期設定を行うための入力手段１３や操作に応じて表示装置にデータや解析結果を表示する表示手段１４を備え、そのためのデータや解析結果は、記憶手段１２のメモリやハードディスク等に保存され、ユーザ操作に応じた入力手段１３等を介して中央制御部１１にその処理が受け渡され、中央制御部１１は、記憶手段１２に記録されたプログラムを実行し、これにより他のハードウエア装置等と連携して各手段を機能させる。

通信手段１５は、インターネット等の通信ネットワークを介して情報の送受信を行い、管網データやＧＩＳデータ（標高データ）を取得し、生成した管網解析用データ等を遠隔地等の他の解析装置やデータベース（図示せず）と共有するため等に用いられる。

外部入出力手段１６は、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）等の入出力インタフェースを介して解析結果を外部に接続されたプリンタに出力することや、管網データ、ＧＩＳデータ、管網解析用データ、管網解析や管網解析用データ生成用のプログラム及び解析結果等を外部装置（図示せず）とやり取りする際に用いることができる。

このような、管網解析装置１は、ワークステーションや市販のＰＣ（パーソナルコンピュータ）を用いて構成でき、ワークステーションやＰＣを構成するＣＰＵ（中央処理装置）、メモリやハードディスク等の記憶装置、画像やテキスト等を表示する表示装置、キーボードやマウス等の入力装置、外部装置との入出力インタフェース、及び通信回線とのデータの送受信等に関する説明とその構成図面は省略する。

管網データ取得手段２１は、通信手段１５を介して所望する地域を所管する水道施設管理システムと接続し、所定地域の全てのノードを含む図形情報と属性情報を有する水道施設管理データ（管網データ）を取得する。水道施設管理データは、水道業務、水道施設、履歴管理のためのＧＩＳデータとして提供され、ノード（弁栓、配水場等）及び水道管からなる点と線で形成される図形データと、給水量、地盤高、管口径、管種等の属性情報とが含まれる。

標高情報取得手段２２は、水道施設管理とは異なる水道運用のために提供されるもうひとつのＧＩＳから標高データを取得し、自由な位置に点を配置することでデータ数を減らすことができる三次元地形情報としてＴＩＮ（不整三角形網）を生成する。

標高情報付与手段２３は、管網データ取得手段２１で取得した管網データに関連付けして標高情報取得手段２２で生成されたＴＩＮを付与する。

弁栓選定手段２４は、管網データ取得手段２１で取得した管網データに含まれる複数種類の弁栓の中から、図６に示したように、初期設定値として選択された通常時・火災時・断水工事時等の解析内容に応じて必要な弁栓を抽出し選定してノード化する。

管網解析用データ生成手段２５は、管網データ取得手段２１、標高情報取得手段２２、及び標高情報付与手段２３によって取得、生成、付与された全てのノードを含む管網データを水道管の口径等に基づき階層構造の多次元データとし、この多次元網の中から、初期設定値として選定された詳細解析を行う指定地域のエリアをｎ次網、例えば３次網とし、その上位網に相当する１次及び２次網を含む１〜３次網のエリアのデータを自動抽出する。

管網領域分割手段２６は、管網解析用データ生成手段２５で抽出されたｎ次網を含むエリア内の管網をボロノイ分割により一つのノード点を含む領域に分割し、分割された領域に含まれる給水栓をこのノードに割り当てる。

給水量付与手段２７は、給水栓の料金データから取得した水道使用量を基に給水栓の給水量を算出し、管網領域分割手段２６で分割された各ノード点にこの給水量を付与する。

管網解析用データ生成手段２５は、更に、管網領域分割手段２６及び給水量付与手段２７で給水量が割り当てられ付与されたノードデータを基に、初期設定値として選択された火災時において消火栓が指定されると消火栓に放水量を自動付与し、断水工事時において閉止する仕切り弁が指定されると配水場に到達しない管路を除去する。

管網解析用データ保存手段２８は、管網データ取得手段２１、標高情報取得手段２２、及び標高情報付与手段２３によって取得、生成、付与された管網データのそれぞれを記憶手段１２や外部のデータベース（図示せず）に保存すると共に、管網解析用データ生成手段２５によって全てのノードを含む管網データから自動抽出された詳細解析を行う指定地域のエリアのｎ次網を含む階層構造の多次元データを記憶手段１２や外部のデータベースに保存する。

管網解析用データ保存手段２８は、更に、管網領域分割手段２６及び給水量付与手段２７によって各ノード点に給水量が割り当てられ付与された管網解析用データを保存し、管網解析用データ生成手段２５によって火災時に放水量が自動付与され断水工事時に配水場に到達しない管路が除去された管網解析用データをその解析内容を特定できる情報と共に保存する。

以上が、管網解析用データ生成装置に備わる各手段の機能である。管網解析用データ生成装置で生成された管網解析用データはそのまま管網解析システムとして機能させることができ、管網解析装置１の中央制御部１１の処理管理下で対応するプログラムにより管網解析手段２０に自動連結させることができる。

管網解析手段２０は、管網解析用データ生成装置によって生成され、解析内容に応じて生成されたｎ次網の管網解析用データを記憶手段１２又は外部のデータベース（図示せず）より読み出し、水道施設の各ノードにおける流量、流速、流方向、残存水頭値、動水勾配等の様々な解析項目の中から所望の解析項目を選定し、それぞれの解析項目に沿った解析手法により様々な解析及びシミュレーションを行い、ノード、管毎に解析結果を出力する。

本発明による管網解析データ生成装置は、２つのＧＩＳから取得したデータを基にｎ次網の管網解析用データを生成し、水道施設管理システムで構築された水道施設の水圧、流量、流速、各ノード点おける水頭値、流量分布等の解析計算を行う管網解析装置１内でその生成データを自動的に受け渡し、人手を介さない自動連結による管網解析システムを構築することができる。

以上、図面を参照しながら本発明を実施形態により説明したが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。

１ 管網解析装置
１０ 選択エリア
１１ 中央制御部
１２ 記憶手段
１３ 入力手段
１４ 表示手段
１５ 通信手段
１６ 外部入出力手段
２０ 管網解析手段
２１ 管網データ取得手段
２２ 標高情報取得手段
２３ 標高情報付与手段
２４ 弁栓選定手段
２５ 管網解析用データ生成手段
２６ 管網領域分割手段
２７ 給水量付与手段
２８ 管網解析用データ保存手段
１０１ ノード点
１０２ ボロノイ境界
１０３ ボロノイ領域

本発明は、管網解析用データ生成方法、管網解析用データ生成装置、及びプログラムに関し、詳しくは、水道管等における水圧や流量等を算出するための管路解析におけるノード点等のデータを適正化して生成する管網解析用データ生成方法、管網解析用データ生成装置、及びプログラムに関する。

そこで、本発明は、解析時間を短縮することができる管網解析用データ生成方法、管網解析用データ生成装置、及びプログラムを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するための本発明の第一の態様は、水道施設の管網解析に用いる管網解析用データを生成する管網解析用データ生成装置における管網解析用データ生成方法であって、所定地域の図形情報及び属性情報を含む管網データを取得する取得段階と、前記管網データを所定条件に基づき階層構造の多次元網データとし、全エリアの中から解析対象として選択されたエリア及び階層の深さを示すｎに基づき、前記選択された階層ｎの上位階層の前記全エリア、前記選択された階層ｎの前記選択されたエリア、及び、前記選択された階層ｎの下位階層の前記選択されたエリア、の各々の網データを抽出することにより、前記管網解析用データを生成する生成段階と、前記管網解析用データを記憶部に記憶する記憶段階と、を含む、ことを特徴とする。

上記の課題を解決するための本発明の第二の態様は、水道施設の管網解析に用いる管網解析用データを生成する管網解析用データ生成装置であって、所定地域の図形情報及び属性情報を含む管網データを取得する取得手段と、前記管網データを所定条件に基づき階層構造の多次元網データとし、全エリアの中から解析対象として選択されたエリア及び階層の深さを示すｎに基づき、前記選択された階層ｎの上位階層の前記全エリア、前記選択された階層ｎの前記選択されたエリア、及び、前記選択された階層ｎの下位階層の前記選択されたエリア、の各々の網データを抽出することにより、前記管網解析用データを生成する生成手段と、前記管網解析用データを記憶部に記憶する記憶手段と、を有する、ことを特徴とする。
上記の課題を解決するための本発明の第三の態様は、 水道施設の管網解析に用いる管網解析用データを生成する管網解析用データ生成装置としてコンピュータを機能させるプログラムであって、所定地域の図形情報及び属性情報を含む管網データを取得する取得手段と、前記管網データを所定条件に基づき階層構造の多次元網データとし、全エリアの中から解析対象として選択されたエリア及び階層の深さを示すｎに基づき、前記選択された階層ｎの上位階層の前記全エリア、前記選択された階層ｎの前記選択されたエリア、及び、前記選択された階層ｎの下位階層の前記選択されたエリア、の各々の網データを抽出することにより、前記管網解析用データを生成する生成手段と、前記管網解析用データを記憶部に記憶する記憶手段として、コンピュータを機能させる、ことを特徴とする。

本発明の管網解析用データ生成方法、管網解析用データ生成装置、及びプログラムによれば、例えば、管網解析計算における間引き或いは管自体の削除を行うことなく、実現可能なデータ量で所望する箇所を精度よく解析でき、且つ処理時間の短縮を図ることができる。

Claims (6)

1. 水道施設の水圧、流量、流速、各ノード点における水頭値、圧力流量分布の中から選択されるいずれか一つ以上の解析計算をするための管網解析用データを生成する管網解析用データ生成装置における管網解析用データ生成方法であって、
   前記管網解析用データ生成装置は、
   水道施設管理システムから所定地域の図形情報及び属性情報を含む管網データを取得する段階と、
   ＧＩＳ（地理情報システム）から標高データを取得してＴＩＮ（不整三角形網）を作成する段階と、
   前記管網データに前記ＴＩＮを含む標高情報を付与する段階と、
   前記管網データを所定条件に基づき階層構造の多次元網データとし、全エリアの中から解析対象として選択されたエリア及び階層の深さを示すｎに基づき、前記選択された階層ｎの上位階層の前記全エリア、前記選択された階層ｎの前記選択されたエリア、及び、前記選択された階層ｎの下位階層の前記選択されたエリア、の各々の網データを抽出することにより、前記管網解析用データを生成する段階と、
   管網を前記管網解析用データのノード点を含む所定領域に分割して給水栓を割り当てる段階と、
   料金データから取得した水道使用量を基に前記給水栓の給水量を前記管網解析用データの各ノード点に付与する段階と、
   各種情報が付与され多次元網を有する前記管網解析用データをデータベースに保存する段階と、を実行することを特徴とする管網解析用データ生成方法。
2. 前記多次元データからなる管網解析用データを生成する段階は、
   水道管の口径に基づき各次元網を階層分けすることを特徴とする請求項１に記載の管網解析用データ生成方法。
3. 管網における複数種類の弁栓の中から、選択された通常時又は緊急時を示す解析内容に応じて、ノード化対象とする弁栓を選定する段階を更に有し、
   前記多次元データからなる管網解析用データを生成する段階は、
   前記選定された弁栓をノード化することを特徴とする請求項１又は２に記載の管網解析用データ生成方法。
4. 前記弁栓は、口径が変化している片落ち管又は片落ち変化点を含み、該片落ち管又は片落ち変化点の両端に接続される管の長さに応じてノード化することを特徴とする請求項３に記載の管網解析用データ生成方法。
5. 前記所定領域に分割して給水栓を割り当てる段階は、
   任意の地点を基準としてどの地点に最も近いかによって領域を分割するボロノイ分割によってなされることを特徴とする請求項１〜４いずれか一項に記載の管網解析用データ生成方法。
6. 水道施設の水圧、流量、流速、各ノード点における水頭値、圧力流量分布の中から選択されるいずれか一つ以上の解析計算をするための管網解析用データを生成する管網解析用データ生成装置であって、
   水道施設管理システムから所定地域の図形情報及び属性情報を含む管網データを取得する管網データ取得手段と、
   ＧＩＳ（地理情報システム）から標高データを取得してＴＩＮ（不整三角形網）を生成する標高情報取得手段と、
   前記管網データに前記ＴＩＮを含む標高情報を付与する標高情報付与手段と、
   前記管網データを所定条件に基づき階層構造の多次元網データとし、全エリアの中から解析対象として選択されたエリア及び階層の深さを示すｎに基づき、前記選択された階層ｎの上位階層の前記全エリア、前記選択された階層ｎの前記選択されたエリア、及び、前記選択された階層ｎの下位階層の前記選択されたエリア、の各々の網データを抽出することにより、前記管網解析用データを生成する管網解析用データ生成手段と、
   管網を前記管網解析用データのノード点を含む所定領域に分割して給水栓を割り当てる管網領域分割手段と、
   料金データから取得した水道使用量を基に前記給水栓の給水量を前記管網解析用データの各ノード点に付与する給水量付与手段と、
   各種情報が付与され多次元網を有する前記管網解析用データをデータベースに保存する管網解析用データ保存手段と、を備えることを特徴とする管網解析用データ生成装置。

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