JP2017142144A - 分析装置、分析システム、分析方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 配管の内部に異常が生じている場合に原因の切り分けを容易にする分析装置等を提供する。
【解決手段】 分析装置は、配管又は配管内の流体において検出された音波の信号強度に基づいて、配管の状態を分析する分析部を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、分析装置、分析システム、分析方法及びプログラムに関する。

上下水道等の管路網を構成する配管は、一般に長期間にわたって用いられる。したがって、配管の劣化等を含む配管の内部の状態や、配管を流れる水の水質、水量等を監視する必要が生じる。

特許文献１には、配管材の検査方法に関する技術が記載されている。特許文献１に記載の技術は、配管材の外表面又は内表面に超音波信号を発信し、反対側の面で反射された超音波信号を受信し、発振から受信までの時間、受信波の強度及びその半値幅により、配管材の劣化状態や付着物の存在を判定する。

特許文献２には、構造物内部状態計測システム等が記載されている。特許文献２に記載の構造物内部状態計測システムは、構造物内部状態計測において超音波を用いてさらに精度よく、測定対象である構造物の内部状態を計測する。

特許文献３には、一対の音響振動子により音波を送受波して流量を計測する流量計に関する技術が記載されている。

特開平１１−４４６７６号公報 特開２０１１−５８９３７号公報 特開昭５９−８１５１４号公報

管路網を構成する配管は、地中に埋設される場合がある。地中に埋設された配管の内部状態の検出は、機器の設置に多くのコストを要する等、一般に困難である。したがって、地中に埋設された配管の内部状態の検出に際しては、配管の状態に関する少ない情報で埋設された多様な配管の内部の状態を検出する技術が望まれている。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、多様な配管の内部の状態を検出する分析装置等を提供することを主たる目的とする。

本発明の一態様における分析装置は、配管又は配管内の流体において検出された音波の信号強度に基づいて、配管の状態を分析する分析手段を備える。

また、本発明の一態様における分析システムは、配管内の流体に音波を発生させる音波発生手段と、音波発生手段と異なる位置で配管又は流体から音波を検出する検出手段と、検出手段により検出された音波に基づいて配管の状態を分析する分析装置とを備える。

また、本発明の一態様における分析方法は、配管又は配管内の流体において検出された音波の信号強度に基づいて、配管の状態を分析する。

また、本発明の一態様におけるプログラムは、コンピュータに、配管又は配管内の流体において検出された音波の信号強度に基づいて、配管の状態を分析する処理を実行させる。

本発明によると、多様な配管の内部の状態を検出する分析装置等を提供することができる。

本発明の第１の実施形態における分析装置の構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態における分析システムの構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態における分析システムの音波発生部が発生した音波及び検出部が検出した音波の信号強度を示すグラフである。 本発明の第１の実施形態における分析システムの音波発生部の取付け方法の一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態における分析システムの音波発生部の取付け方法の他の一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態における分析装置及び分析システムの動作を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態における分析装置及び分析システムの構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態における分析システムにて送受信部が送受信した音波の相互相関関数を示すグラフである。 本発明の実施例において分岐システムが分析の対象とした配管の例及び分析の結果を示す図である。 本発明の各実施形態における分析装置等の実現例の一つを示す図である。 本発明の各実施形態における装置等を実現する情報処理装置の一例を示す図である。

本発明の各実施形態について、添付の図面を参照して説明する。本発明の各実施形態において、各装置（システム）の各構成要素 は、機能単位のブロックを示している。各装置（システム）の各構成要素の一部又は全部は、例えば図１１に示すような情報処理装置１０００とプログラムとの任意の組み合わせにより実現される。情報処理装置１０００は、一例として、以下のような構成を含む。

・ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１００１
・ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）１００２
・ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１００３
・ＲＡＭ１００３にロードされるプログラム１００４
・プログラム１００４を格納する記憶装置１００５
・記録媒体１００６の読み書きを行うドライブ装置１００７
・通信ネットワーク１００９と接続する通信インターフェース１００８
・データの入出力を行う入出力インターフェース１０１０
・各構成要素を接続するバス１０１１
各実施形態における各装置の各構成要素は、これらの機能を実現するプログラム１００４をＣＰＵ１００１が取得して実行することで実現される。各装置の各構成要素の機能を実現するプログラム１００４は、例えば、予め記憶装置１００５やＲＡＭ１００３に格納されており、必要に応じてＣＰＵ１００１が読み出す。なお、プログラム１００４は、通信ネットワーク１００９を介してＣＰＵ１００１に供給されてもよいし、予め記録媒体１００６に格納されており、ドライブ装置１００７が当該プログラムを読み出してＣＰＵ１００１に供給してもよい。

各装置の実現方法には、様々な変形例がある。例えば、各装置は、構成要素毎にそれぞれ別個の情報処理装置１０００とプログラムとの任意の組み合わせにより実現されてもよい。また、各装置が備える複数の構成要素が、一つの情報処理装置１０００とプログラムとの任意の組み合わせにより実現されてもよい。

また、各装置の各構成要素の一部又は全部は、その他の汎用または専用の回路 （ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ）、プロセッサ等やこれらの組み合わせによって実現される。これらは、単一のチップ によって構成されてもよいし、バスを介して接続される複数のチップ によって構成されてもよい。各装置の各構成要素の一部又は全部は、上述した回路等とプログラムとの組み合わせによって実現されてもよい。

各装置の各構成要素の一部又は全部が複数の情報処理装置や回路等により実現される場合には、複数の情報処理装置や回路等は、集中配置されてもよいし、分散配置されてもよい。例えば、情報処理装置や回路等は、クライアントアンドサーバシステム、クラウドコンピューティングシステム等、各々が通信ネットワークを介して接続される形態として実現されてもよい。

また、各装置の各構成要素の一部又は全部は、汎用または専用の回路（ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ）、プロセッサ等やこれらの組み合わせによって実現される。これらは、単一のチップによって構成されてもよいし、バスを介して接続される複数のチップによって構成されてもよい。各装置の各構成要素の一部又は全部は、上述した回路等とプログラムとの組み合わせによって実現されてもよい。

各装置の各構成要素の一部又は全部が複数の情報処理装置や回路等により実現される場合には、複数の情報処理装置や回路等は、集中配置されてもよいし、分散配置されてもよい。例えば、情報処理装置や回路等は、クライアントアンドサーバシステム、クラウドコンピューティングシステム等、各々が通信ネットワークを介して接続される形態として実現されてもよい。

なお、以下に示す本発明の各実施形態等の説明では、分析装置等が上水道網に適用された例を用いられる。しかしながら、分析装置等は、上水道網に限られず、他の種類の流体が流れる配管へも適用され得る。

（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態における分析装置の構成を示す図である。図２は、本発明の第１の実施形態における分析システムの構成を示す図である。図３は、本発明の第１の実施形態における分析システムの音波発生部が発生した音波及び検出部が検出した音波の信号強度を示すグラフである。図４は、本発明の第１の実施形態における分析システムの音波発生部の取付け方法の一例を示す図である。図５は、本発明の第１の実施形態における分析システムの音波発生部の取付け方法の他の一例を示す図である。図６は、本発明の第１の実施形態における分析装置及び分析システムの動作を示すフローチャートである。

図１に示すとおり、本発明の第１の実施形態における分析装置１００は、分析部１１０を備える。分析部１１０は、配管又は配管内の流体において検出された音波の信号強度に基づいて、配管の状態を分析する。本発明の各実施形態において、音波の信号強度は、音波の実効音圧と基準音圧との比を示す。実効音圧は、音圧の大きさの実効値であり、１周期間における瞬時音圧の二乗平均平方根にて表される。瞬時音圧は、音波によって音波が伝搬する媒質内の圧力の変化分を示す。また、基準音圧は、静圧とも呼ばれ、音波が発生していない場合における媒質の圧力を表す。

なお、本実施形態においては、配管の状態には、例えば配管の劣化、配管の内面への錆や付着物等の有無やこれらが存在する場合にはその程度、配管の内部を流れる流体における懸濁物等の有無やこれらが存在する場合にはその量等が含まれる。ただし、分析物１１０は、配管の状態として、これらとは異なる要素を配管の状態として分析してもよい。

また、図２に示すように、本発明の第１の実施形態における分析装置１００を有する分析システム１０は、分析装置１００と、音波発生部１２０と、検出部１３０とを有する。音波発生部１２０は、配管内の流体に音波を発生させる。検出部１３０は、配管又は流体から音波を検出する。検出部１３０は、音波発生部１２０が音波を発生する位置とは異なる位置において、音波発生部１２０が発生した音波を検出する。図２に示す例では、分析装置１００の分析部１１０は、検出部１３０によって検出された音波の大きさを示す信号強度に基づいて配管の状態を分析する。

音波発生部１２０又は検出部１３０と分析装置１００とは、例えば図示しない有線又は無線の通信ネットワークを介して接続される。また、検出部１３０によって取得された情報は、図示しない記憶装置に記憶されてもよい。そして、分析装置１００は、当該記憶装置に記憶された情報に基づいて配管の状態を分析してもよい。

分析システム１０は、配管５００や配管５００を流れる水等の流体を分析の対象とする。配管５００には、消火栓５１０や止水栓（不図示）等の付帯物が設けられている。図２に示す例では、音波発生部１２０は、配管５００に設けられた消火栓５１０−１に取付けられる。検出部１３０は、配管５００に設けられた消火栓５１０−２に取付けられる。すなわち、音波発生部１２０及び検出部１３０は、それぞれ配管５００の異なる地点に設けられる。音波発生部１２０及び検出部１３０は、例えば配管５００の付帯物に取付けられる構造であると、配管５００への設置が容易となる。

続いて、本発明の第１の実施形態における分析装置１００及び分析システム１０の各構成要素について説明する。

音波発生部１２０は、配管内の流体に対して音波を発生する。音波発生部１２０が発生する音波の周波数は、特に限定されない。音波発生部１２０は、分析部１１０が配管の内壁面への付着物の状態や、配管５００を流れる流体に含まれる懸濁物の状態を分析する際に必要となる周波数の音波を発生することが好ましい。例えば、音波発生部１２０は、数百Ｈｚ（ヘルツ）から数ＭＨｚ（メガヘルツ）程度までの周波数を含む音波を発生することが好ましい。

また、音波発生部１２０が音波を発生する場合に、発生方法は特に限定されない。例えば、音波発生部１２０は、所定の周波数帯域の音波を同時に発生してもよい。音波発生部１２０は、発生する音波の周波数を徐々に変更させてもよい。また、音波発生部１２０が発生する音波の強度は特に限定されず、配管５００の口径や検出部１３０までの距離に応じて適宜定められる。

図３（ａ）は、音波発生部１２０が発生する音波の一例を示す。図３（ａ）に示す例では、６００ｋＨｚ（キロヘルツ）程度までの特性が一様であり、これより高い周波数帯域では周波数に応じて強度が小さくなる特性を備える音波が同時に発生されている。

音波発生部１２０は、検出部１３０へ伝搬するように音波を発生する。人間の可聴域を超えた超音波は、可聴域の音波と比較して一般に直進性が強い。したがって、音波発生部１２０は、発生した音波が配管５００の内壁面にて反射を繰り返して伝搬するように音波を発生する。この場合には、音波発生部１２０は、例えば図４に示すように、消火栓５１０の栓の部分等に、消火栓５１０の軸に対して所定の角度で取付けられる。この角度は、音波発生部１２０から発生した音波が配管５００の内部を伝搬するよう、配管５００や消火栓５１０の構造、検出部１３０の取付け位置等に応じて適宜定められる。そして、音波発生部１２０から発せられた音波は、図４の点線に示すように配管５００の内部を伝搬する。

また、音波発生部１２０は、例えば図５に示すように、消火栓５１０を介して配管５００へ挿入されてもよい。この場合には、音波発生部１２０にて発生された音波は、配管５００の内壁面にて反射を繰り返すことなく検出部１３０へ伝搬する。この場合には、音波発生部１２０の大きさは、消火栓の口径と比較して小さいことが好ましい。例えば、音波発生部１２０の大きさは、一般的な消火栓の口径である数十ｍｍ（ミリメートル）程度であるか、これと比較して小さいことが好ましい。ただし、図６に示す例において、音波発生部１２０の大きさは特に限定されない。音波発生部１２０は、例えば圧電体を用いたスピーカーやソナー等にて実現される。

なお、図４又は図５の例では、配管５００や消火栓５１０を表す線は、配管５００の内壁面を示す。また、音波発生部１２０の取付位置は、図４又は図５に示す例には限られない。音波発生部１２０は、配管５００の内部にある水等の流体に対して、音波を検出部１３０へ伝搬するように発生することが可能となる位置に取付けられる。

検出部１３０は、配管において音波を検出する。上述のように、検出部１３０は、音波発生部１２０が音波を発生する位置とは異なる位置において、音波発生部１２０が発生した音波を検出する。

検出部１３０は、例えば音波発生部１２０と同様に、図４又は図５に示すように消火栓５１０に取付けられる。また、検出部１３０は、圧電体の膜等で実現される。音波発生部１２０及び検出部１３０は、ソナーのように、音波の発信及び受信の両方の機能を備えてもよい。

なお、分析装置１００の分析部１１０は、音波発生部１２０が発生した音波の信号強度と検出部１３０が検出した音波の信号強度とを比較することで配管の状態を分析する場合がある。このような分析を正確に行うためには、音波発生部１２０と検出部１３０は、時刻の同期がなされていることが好ましい。

また、超音波を含む音波の信号強度は、計測時間に依存する。検出部１３０で検出した音波は、取得したデータを時間的に積分する時間積分法が用いられることで、信号の強度Ｓ／Ｎ（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ）比が改善する。

なお、本実施形態における音波発生部１２０及び検出部１３０は、後述する本発明の第２の実施形態における送受信部２４０等と同様に、音波の発信及び検出の双方を行う構成であってもよい。

分析装置１００の分析部１１０は、配管又は配管内の流体において検出された音波の信号強度に基づいて、配管の状態を分析する。

配管５００や配管５００を流れる流体を伝搬する音波は、流体等に含まれる懸濁物や、配管５００の内壁面に付着した付着物等によって反射又は散乱する。この場合に、懸濁物や付着物等の大きさに応じた波長の音波が反射又は散乱する。なお、付着物は、堆積物とも呼ばれる。

懸濁物の粒径は、一般には１から５μｍ（マイクロメートル）程度の大きさである。また、付着物の大きさは、一般には１から１０ｍｍ程度の大きさである。そして、配管５００や配管５００の内部にある流体を音波が伝搬する場合には、懸濁物や付着物等の大きさに応じた周波数の音波が減衰する。

図３（ｂ）は、音波発生部１２０が図３（ａ）に示す音波を発した場合に、検出部１３０が検出した音波の信号強度の例を示す。図３（ｂ）に示す例では、懸濁物や付着物等の存在に起因して、検出部１３０が検出した音波のいくつかの周波数帯域において、信号強度が低下している。

すなわち、配管５００の内部に懸濁物や付着物が存在する場合には、検出部１３０は、懸濁物や付着物等の大きさに応じた周波数帯域の成分が減衰した音波を検出する。そこで、分析部１１０は、音波発生部１２０が発した音波と検出部１３０が検出した音波との差分である伝達関数等を用いて、配管５００の内部の状態を分析する。例えば、分析部１１０は、検出部１３０が検出した音波の信号強度と、基準となる信号強度とを比較することで、配管５００の内部における懸濁物や付着物の有無やその量を分析する。

分析部１１０は、検出部１３０が検出した所定の周波数帯域の音波の信号強度と、その周波数帯域に関して基準となる音波の信号強度とに基づいて配管の状態を分析する。分析部１１０は、検出部１３０が検出した所定の周波数帯域の音波の信号強度が、基準となる音波の信号強度を比較して低下している場合に、低下の度合いに応じて懸濁物や付着物の量を分析する。

分析に際して用いられる音波の周波数帯域は、分析の対象に応じて定められる。配管５００の内壁面へ付着した付着物が存在する場合には、配管５００を伝搬する音波のうち、図３（ｂ）に示すように、１ｋＨｚ程度の周波数成分について信号強度が減衰する。なお、付着物の種類に応じて、信号強度が減衰する周波数成分は図３（ｂ）の例と異なる場合がある。本実施形態では、付着物に起因して減衰する音波の周波数帯域を必要に応じて「第１の周波数帯域」と呼ぶ。分析部１１０は、配管５００の内壁面へ付着した付着物を分析の対象とする場合には、第１の周波数帯域について、検出部１３０が検出した音波の信号強度と、基準となる音波の信号強度とを比較する。

分析部１１０は、検出部１３０が検出した音波の第１の周波数帯域の信号強度が、基準となる音波の第１の周波数帯域の信号強度とを比較して減衰しているか否かを分析することで、付着物の有無を分析する。また、分析部１１０は、減衰の程度を分析することで、付着物の堆積の程度を分析する。

配管５００を流れる水等に懸濁物が含まれる場合には、配管５００を伝搬する音波のうち、上述した第１の周波数と比較して高い周波数の主端数成分について音波の信号強度が減衰する。図３（ｂ）に示す例では、懸濁物に起因して、１ＭＨｚ程度の周波数成分について信号強度が減衰している。本実施形態では、懸濁物に起因して減衰する音波の周波数帯域を必要に応じて「第２の周波数帯域」と呼ぶ。第２の周波数帯域は、第１の周波数帯域と比較して周波数が高い周波数帯域である。分析部１１０は、配管５００の内部にある流体の懸濁物を分析の対象とする場合には、第２の周波数帯域について、検出部１３０が検出した音波の信号強度と、基準となる音波の信号強度とを比較する。

分析部１１０は、検出部１３０が検出した音波の第２の周波数帯域の信号強度が基準となる音波の第２の周波数帯域の信号強度とを比較して減衰しているか否かを分析することで、懸濁物の有無を分析する。また、分析部１１０は、減衰の程度を分析することで、懸濁の程度（すなわち濁度）を分析する。

基準となる音波の信号強度は、付着物の堆積の程度や濁度が正常である場合の信号強度や、堆積や懸濁の程度に応じた信号強度の低下の度合い等に基づいて定められる。堆積の程度や濁度が正常である場合の信号強度は、配管５００が未使用である等、配管５００に付着物が付着していない場合の信号強度や、例えば濁度が予め定められた上水等の基準を満たす場合の信号強度を含む。また、付着物の堆積や懸濁の程度に応じた信号強度の低下の度合い等には、配管５００の口径、長さ、配管５００を流れる水等の流れの状況等に応じて求められた値が含まれる。これらの信号強度等は、実測された値が用いられてもよいし、シミュレーション等を通じて得られた値が用いられてもよい。

また、分析システム１０又は分析装置１００が継続的に配管５００の状態を分析する場合には、分析部１１０は、過去に分析された音波の信号強度に関する情報が用いられてもよい。過去に分析された音波の信号強度が比較に用いられることで、分析部１１０は、配管５００の内部状態の経時的な変化を分析することが可能となる。

なお、分析部１１０は、付着物の有無に関する分析と懸濁物の有無に関する分析との両方を行ってもよいし、いずれか一方の分析のみを行ってもよい。また、分析部１１０は、付着物の有無に関する分析又は懸濁物の有無に関する分析のいずれか一方の分析の結果に基づいて、他方の分析を行うか否かを決定してもよい。

上述した音波の信号強度に関する情報は、一例として、分析装置１００の図示しない記憶部等に記憶されている。分析部１１０は、これらの信号強度に関する情報を記憶部等から取得して分析を行う。ただし、分析部１１０は、信号強度に関する情報を、図示しない通信ネットワーク等を介して必要に応じて取得してもよい。分析部１１０は、検出部１３０とは異なる他の検出手段で検出された音波の信号強度に基づいて、配管の状態を分析してもよい。

分析部１１０は、分析の結果に基づいて、配管５００の内部の状態についての判定等を行ってもよい。分析部１１０は、配管５００の内部の状態が健全であるか否か等を判定する。分析部１１０は、例えば検出部１３０が検出した音波の信号強度の減衰が少なく、付着物や懸濁物が予め定められた基準と比較して少ないと分析できる場合に、配管５００の内部の状態に異常はなく、内部の状態は良好であると判定する。分析部１１０は、分析した付着物や濁度等に応じて、配管５００を交換すべきか否か、配管５００を流れる水等に問題がないか否か等を判定してもよい。

続いて、図６に示すフローチャートを用いて、本発明の第１の実施形態における分析装置１００及び分析システム１０の動作を説明する。

最初に、音波発生部１２０は、配管５００の流体に音波を発生する（ステップＳ１０１）。ステップＳ１０１の動作と併せて、検出部１３０は、配管５００又は配管５００を流れる流体を伝搬する音波を検出する（ステップＳ１０２）。検出部１３０は、配管５００の音波発生部１２０とは異なる位置において、ステップＳ１０１にて音波発生部１２０が発生した音波を検出する。

次に、分析装置１００の分析部１１０は、ステップＳ１０２にて検出部１３０が検出した音波の信号強度に基づいて、配管の状態を分析する（ステップＳ１０３）。また、分析部１１０は、必要に応じて配管５００の内部の状態に関する判定等を行う。

なお、分析システム１０は、上述した動作を予め定められた間隔等で繰り返して行ってもよい。分析システム１０は、上述した動作を繰り返して行う場合には、ステップＳ１０３にて行われた分析の結果に基づいて、動作の間隔を変更してもよい。

以上のとおり、本発明の第１の実施形態における分析装置１００及び分析システム１０では、分析部１１０が、配管５００又は配管５００内の流体において検出された音波の信号強度に基づいて配管５００等の状態を分析する。分析部１１０は、基準となる音波の信号強度と比較することで、配管５００の内部に付着した付着物の程度や配管５００の内部を流れる水等の濁度を分析することが可能となる。すなわち、分析部１１０による分析の結果を用いることで、分析結果の定量化が可能となる。

したがって、発明の第１の実施形態における分析装置１００及び分析システム１０は、多様な配管の内部の状態を検出することができる。

（第２の実施形態）
続いて、本発明の第２の実施形態について説明する。図７は、本発明の第２の実施形態における分析装置及び当該分析装置を有する分析システムの構成を示す図である。図８は、本発明の第２の実施形態における分析システムにて送受信部が送受信した音波の相互相関関数を示すグラフである。

図７に示すように、本実施形態における分析装置２００は、分析部２１０を備える。分析部２１０は、配管の２点間を互いに異なる方向に伝搬する音波の到達時刻差に基づいて、流体の流速や流量を分析する。

また、図６に示すように、本実施形態における分析システム２０は、分析装置２００と、送受信部２４０及び２４１とを備える。送受信部２４０及び２４１は、それぞれ、配管内の流体に対する音波の発生及び配管又は流体から音波の検出を行う。

送受信部２４０及び２４１のそれぞれは、上述のように、配管５００内の流体に対する音波の発生及び配管５００又は流体から音波の検出を行う。すなわち、送受信部２４０及び２４１のそれぞれは、音波発生部１２０及び検出部１３０の双方の機能を備える。送受信部２４０及び２４１のそれぞれは、例えば圧電体を用いたソナー等にて実現される。

送受信部２４０及び２４１のそれぞれは、音波発生部１２０及び検出部１３０と同様に、配管５００に設けられた消火栓５１０に取付けられる。送受信部２４０及び２４１のそれぞれは、例えば図４又は図５に示すように設けられる。ただし、送受信部２４０及び２４１のそれぞれは、配管５００の他の場所に取付けられてもよい。

また、送受信部２４０及び２４１は、音波の到達時刻差を求めるために、検出された音波に関して時刻が同期されていることを想定する。時刻の同期は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）を用いることで行われる。また、送受信部２４０及び２４１のそれぞれが、同じ放送を受信し、受信した信号の相関を求めることで時刻の同期が行われてもよい。時刻の同期に用いられる方法は、特に限定されない。

分析装置２００の分析部２１０は、送受信部２４０及び２４１によって送受信された、配管の２点間を互いに異なる方向に伝搬する音波の到達時刻差に基づいて、流体の流速を求める。分析部２１０は、流体の流速を求める際に、配管の２点間を互いに異なる方向に伝搬する音波のそれぞれについて、伝搬に要する時間を求める。

分析部２１０は、送受信部２４０が発生した音波が送受信部２４１にて検出されるまでに要した時間と、送受信部２４１が発生した音波が送受信部２４０に検出したされるまでに要した時間との２つの伝搬に要する時間を求める。この場合に、２つの伝搬に要する時間のそれぞれは、送受信部２４０又は２４１の一方が発した音波と、他方が検出した音波との相互相関に基づいて求められる。すなわち、分析部２１０は、一方が発した音波信号と、他方が検出した音波信号との相互相関関数を求める。そして、分析部２１０は、相互相関関数の値が最も大きな時刻を、音波の伝搬に要する時間とする。

図８（ａ）及び図８（ｂ）は、図７の配管５００を水が矢印の方向に流れる場合における相互相関関数の値を示す。図８（ａ）は、送受信部２４０が発した音波と、送受信部２４１が検出した音波との相互相関関数の値を示す。図８（ｂ）は、送受信部２４１が発した音波と、送受信部２４０が検出した音波との相互相関関数の値を示す。図８（ａ）及び図８（ｂ）において、“０”は、送受信部２４０又は２４１の一方が音波を発した時刻を示す。

図８（ａ）及び図８（ｂ）に示す例では、送受信部２４０が発生した音波が送受信部２４１に検出されるまでに要した時間は、相互相関関数の値が最も大きな時刻に基づいて、図８（ａ）のΔｔ_１で表される時間とされる。そして、送受信部２４１が発生した音波が送受信部２４０に検出されるまでに要した時間は、相互相関関数の値が最も大きな時刻に基づいて、図８（ｂ）のΔｔ_２で表される時間とされる。

上述した２つの伝搬に要する時間は、配管５００内の水等の流体の流れに応じて異なる。すなわち、送受信部２４０が発生し、送受信部２４１にて検出される音波の伝搬速度は、水の流れと同じ方向に伝搬することから、水の流速が加えられて速くなる。したがって、音波の伝搬に要する時間は短くなる。また、送受信部２４０が発生し、送受信部２４１にて検出される音波伝搬速度は、水の流れとは異なる（水の流れと逆の）方向に伝搬することから、水の流速の分が減ぜられて遅くなる。したがって、音波の伝搬に要する時間は長くなる。

分析部２１０は、２つの伝搬に要する時間の差分に基づいて、配管５００を流れる水等の流速を求める。すなわち、分析部２１０は、２つの伝搬に要する時間差と、送受信部２４０と送受信部２４１との間の距離とに基づいて、配管５００を流れる水等の流速を求める。

そして、流速が求められると、分析部２１０は、配管５００の水等の流量を求める。すなわち、分析部２１０は、流速と配管５００の断面積との積を求めることで、配管５００の水等の流量を求める。

流速や流量が求められると、分析部２１０は、求めた流速や流量に基づいて配管５００の内部の状態に関する判定等を行ってもよい。配管５００に異常が生じている場合には、配管５００の状態が正常である場合と比較して、配管５００を流れる水等の流速が低下したり、流量が減少したりする等の変化が生じる場合がある。そこで、分析部２１０は、求めた流速や流量を基準となる値と比較することで、配管の内部の状態を判定する。分析部２１０は、例えば、基準となる値を下回る場合に、配管の状態に異常があると判定する。

分析部２１０は、上述した判定の他に、求めた流速や流量と、過去に求めた流速や流量との比較を行ってもよい。このようにすることで、分析部２１０は、配管５００の経時的な状態の変化を分析することが可能となる。

なお、分析部２１０は、配管の状態に関して、第１の実施形態における分析装置１００の分析部１１０と同様の分析を行う。すなわち、分析部２１０は、配管５００の付着物や配管５００を流れる水等の流体の懸濁物等の有無や、付着物の堆積の程度や濁度に関する分析を行ってもよい。分析部２１０は、付着物や濁度に関する分析の結果と、上述した流量や流速に関する分析の結果とに基づいて、配管５００の内部の状態に関する判定等を行ってもよい。

分析部２１０は、付着物や濁度に関する分析と、流量に関する分析とを共に行う場合等、分析対象が複数である場合には、種々の手順で分析を行ってもよい。

例えば、分析部２１０は、最初に付着物や濁度に関する分析を行い、付着物が付着していると判断される場合等、予め定められた条件を満たす場合に流量に関する分析を行ってもよい。すなわち、分析部２１０は、例えば付着物や濁度に関する分析に基づいて、配管５００の内部の状態が良好であると判断できる場合には、流量に関する分析を省略するように動作してもよい。このようにすることで、分析部２１０は、分析に要する時間や電力を小さくすることを可能とする。

また、分析部２１０は、最初に流量に関する分岐を行い、流量が予め定められた速度と比較して遅い等、流量が予め定められた条件を満たす場合に、付着物や濁度に関する分析を行ってもよい。

また、分析部２１０は、常に、付着物や濁度に関する分析と、流量に関する分析とを共に行ってもよい。このようにすることで、分析部２１０は、配管５００の内部の状態を詳細に分析することが可能となる。

以上のとおり、本発明の第２の実施形態における分析装置２００及び分析システム２０では、分析部２１０が、配管５００を流れる水等の流速や流量を求める。分析部２１０は、配管５００の内部の付着物や配管５００を流れる水等に含まれる懸濁物等の他に、配管５００を流れる流体の流速や流量を分析する。したがって、本実施形態における分析装置２００又は分析システム２０を用いることで、配管５００の内部に関する詳細な状態の把握が可能となる。すなわち、発明の第２の実施形態における分析装置２００及び分析システム２０は、多様な配管の内部の状態を検出することができる。

（実現例）
続いて上述した分析装置又は分析システムを具体的に実現した実現例について説明する。図１０は、本発明の第１の実施形態における分析装置１００と送受信部２４０とが一体となった場合の一例を示す図である。

図１０に示す例では、分析装置１００は、分析部１１０の他に、通信処理部１１１と、時刻同期処理部１１２と、音波信号生成部１１３とを備える。なお、分析部１１０は、本発明の第２の実施形態における分析部２１０であってもよい。これらの要素は、筐体１１５に収容される。

通信処理部１１１は、例えば分析部１１０にて分析が行われた結果等を外部へ送信する。時刻同期処理部１１２は、分析部１１０による分析に際して時刻の同期が必要となる場合に、時刻の同期に関する処理を行う。音波信号生成部１１３は、送受信部２４０から発せられる音波信号を生成する。

図１０に示す分析装置１００にて分析が行われる場合には、２つの分析装置１００が、例えば配管の異なる消火栓等に取付けられる。分析装置１００が取り付けられる位置は、配管又は配管内の流体への音波の送受信が可能な位置であれば、消火栓とは異なる箇所であってもよい。
そして、一方の分析装置１００の送受信部２４０が、配管内の流体へ音波信号生成部１１３にて生成された信号に基づいて音波を発生する。発せられた音波は、他方の分析装置１００の送受信部２４０にて検出される。そして、他方の分析装置１００においては、検出された音波に基づいて、分析部１１０が分析を行う。分析の結果は、通信処理部１１１を介して外部の装置等に送信され、当該外部の装置にて結果の出力や結果の保存等が適宜行われる。

このように、分析装置１００が配管の消火栓等に取り付け可能な構成とすることで、配管の任意の箇所について状態を分析することが容易になる。

また、別の実現例として、分析システム１０は、先に説明した図２等に示すように、分析装置１００と、音波発生部１２０又は検出部１３０の各々（又は送受信部２４０）とが別個の装置として実現されてもよい。この場合には、分析装置１００は、クラウドコンピューティング等の形態にて実現されてもよい。

この場合に、音波発生部１２０又は検出部１３０は、例えば上述した図１０の例における通信処理部１１１、時刻同期制御部１１２、音波信号生成部１１３等を備えてもよい。そして、音波の発生及び検出は、これらの構成要素等によって上述の実現例と同様に行われる。また、検出された音波を示す信号は、通信処理部１１１から有線又は無線の通信ネットワークを介して分析部１１０に送信され、分析部１１０によって分析が行われる。

本実現例においては、分析装置１００は、配管の複数の地点に設置された音波発生部１２０又は検出部１３０の各々から取得した音波に基づいて分析を行ってもよい。このように、分析装置１００と、音波発生部１２０又は検出部１３０の各々（又は送受信部２４０）とが別個の装置として実現されることで、少数の分析装置１００によって、多くの箇所における配管の状態を分析することが可能となる。

（実施例）
続いて、上述した分析システムを上水道網に適用した場合の実施例について説明する。本実施例では、第２の実施形態にて説明した分析システム２０が用いられた。図９は、本発明の実施例において分岐システムが分析の対象とした配管の例及び分析の結果を示す図である。図９のうち、図９（ａ）は分析対象とされた配管５００の例を示す。分析対象とされた配管５００は、口径１００ｍｍの鋼管である。配管５００には、５０ｍ間隔で消火栓５１０が設けられている。また、二つの消火栓５１０−１及び５１０−２のそれぞれの接続口に送受信部２４０及び２４１が取付けられた。

上述の例において、送受信部２４０及び２４１のそれぞれから、約５００ＭＨｚまでの周波数帯域について強度が一様である音波が受発信された。そして、分析部２１０において、発信された音波の信号強度、受信された音波の信号強度及び基準となる値に基づいて、配管５００の内部の付着物や水の濁度が分析された。また、分析部２１０において、受発信された音波の到達時間差に基づいて、配管５００を流れる水の流量が求められた。

分析部２１０による判定の結果は、図９（ｂ）のように示される。配管５００内の付着物は、基準値に基づいてほぼないと判定された。また、配管５００を流れる水の濁度及び流量は、図９（ｂ）に示す値のように求められた。これらの結果に基づいて、分析部２１０は、配管５００の内部の状態を「良好」であると判定した。すなわち、分析システム２０を用いることで、配管５００の内部状態を判別することができた。

以上、実施形態及び実施例を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態又は実施例に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。また、各実施形態における構成は、本発明のスコープを逸脱しない限りにおいて、互いに組み合わせることが可能である。

この発明の一部または全部は、以下の付記のようにも記載され得るが、これに限られない。

（付記１）
配管又は配管内の流体において検出された音波の信号強度に基づいて、前記配管の状態を分析する分析手段を備える分析装置。

（付記２）
前記分析手段は、検出された第１の周波数帯域の音波の信号強度と、前記第１の周波数帯域に関して基準となる音波の信号強度とを比較することで前記配管の状態を分析する、付記１に記載の分析装置。

（付記３）
前記分析手段は、検出された第１の周波数帯域の音波の信号強度と、前記第１の周波数帯域に関して過去に検出された音波の信号強度とを比較することで前記配管の状態の経時的な変化を分析する、付記１又は２に記載の分析装置。

（付記４）
前記分析手段は、検出された第１の周波数帯域の音波の信号強度と、前記第１の周波数帯域に関して基準となる音波の信号強度とを比較することで前記配管に付着した付着物を分析する、付記１から３のいずれか一項に記載の分析装置。

（付記５）
前記分析手段は、前記第１の周波数帯域と比較して高い周波数帯域である第２の周波数帯域の音波の信号強度と、前記第２の周波数帯域に関して基準となる音波の信号強度とを比較することで前記配管内の流体に含まれる懸濁物を分析する、付記１から４のいずれか一項に記載の分析装置。

（付記６）
前記分析手段は、前記配管の２点間を互いに異なる方向に伝搬する音波の到達時間差に基づいて、前記流体の流速を分析する、付記１から５のいずれか一項に記載の分析装置。

（付記７）
前記分析手段は、前記流体の流速に基づいて、前記流体の流量を分析する、付記１から６のいずれか一項に記載の分析装置。

（付記８）
配管内の流体に音波を発生させる音波発生手段と、
前記音波発生手段と異なる位置で前記配管又は前記流体から音波を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された音波に基づいて前記配管の状態を分析する付記１から７のいずれか一項に記載の分析装置を備える分析システム。

（付記９）
それぞれ配管内の流体に音波を発生させる配管内の流体に対する音波の発生及び配管又は流体から音波を検出する第１及び第２の送受信手段と、
前記第１及び第２の送受信手段により検出された音波に基づいて前記配管の状態を分析する、付記１から７のいずれか一項に記載の分析装置を備える分析システム。

（付記１０）
前記第１及び第２の送受信手段の各々は、前記配管に設けられた消火栓に取付けられるように構成されている、付記９に記載の分析システム。

（付記１１）
配管又は配管内の流体において検出された音波の信号強度に基づいて、前記配管の状態を分析する分析方法。

（付記１２）
配管内の流体に音波を発生させ、
前記音波を発生した位置と異なる位置で前記配管又は前記流体から音波を検出し、
前記検出された音波の信号強度に基づいて、前記配管の状態を分析する分析方法。

（付記１３）
コンピュータに、
配管又は配管内の流体において検出された音波の信号強度に基づいて、前記配管の状態を分析する処理を実行させるプログラム。

１０、２０ 分析システム
１００、２００ 分析装置
１１０、２１０ 分析部
１２０ 音波発生部
１３０ 検出部
２４０、２４１ 送受信部
５００ 配管
５１０ 消火栓
１０００ 情報処理装置
１００１ ＣＰＵ
１００２ ＲＯＭ
１００３ ＲＡＭ
１００４ プログラム
１００５ 記憶装置
１００６ 記録媒体
１００７ ドライブ装置
１００８ 通信インターフェース
１００９ 通信ネットワーク
１０１０ 入出力インターフェース
１０１１ バス

Claims (10)

1. 配管又は配管内の流体において検出された音波の信号強度に基づいて、前記配管の状態を分析する分析手段を備える分析装置。
2. 前記分析手段は、検出された第１の周波数帯域の音波の信号強度と、前記第１の周波数帯域に関して基準となる音波の信号強度とを比較することで前記配管の状態を分析する、請求項１に記載の分析装置。
3. 前記分析手段は、検出された第１の周波数帯域の音波の信号強度と、前記第１の周波数帯域に関して過去に検出された音波の信号強度とを比較することで前記配管の状態の経時的な変化を分析する、請求項１又は２に記載の分析装置。
4. 前記分析手段は、検出された第１の周波数帯域の音波の信号強度と、前記第１の周波数帯域に関して基準となる音波の信号強度とを比較することで前記配管に付着した付着物を分析する、請求項１から３のいずれか一項に記載の分析装置。
5. 前記分析手段は、前記第１の周波数帯域と比較して高い周波数帯域である第２の周波数帯域の音波の信号強度と、前記第２の周波数帯域に関して基準となる音波の信号強度とを比較することで前記配管内の流体に含まれる懸濁物を分析する、請求項１から４のいずれか一項に記載の分析装置。
6. 前記分析手段は、前記配管の２点間を互いに異なる方向に伝搬する音波の到達時間差に基づいて、前記流体の流速を分析する、請求項１から５のいずれか一項に記載の分析装置。
7. 配管内の流体に音波を発生させる音波発生手段と、
   前記音波発生手段と異なる位置で前記配管又は前記流体から音波を検出する検出手段と、
   前記検出手段により検出された音波に基づいて前記配管の状態を分析する請求項１から６のいずれか一項に記載の分析装置を備える分析システム。
8. 前記音波発生手段及び検出手段の各々は、前記配管に設けられた消火栓に取付けられるように構成されている、請求項７に記載の分析システム。
9. 配管又は配管内の流体において検出された音波の信号強度に基づいて、前記配管の状態を分析する分析方法。
10. コンピュータに、
    配管又は配管内の流体において検出された音波の信号強度に基づいて、前記配管の状態を分析する処理を実行させるプログラム。

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