JP2024019788A - マンホールポンプの診断方法及びマンホールポンプの診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】各マンホールポンプの運転回数の比を診断指標として選択する場合であっても異常診断が的確に行なえるマンホールポンプの診断方法を提供する。
【解決手段】診断対象期間に収集されたマンホールポンプの運転情報から診断指標を算出する診断指標算出ステップと、診断指標に基づいて診断対象期間におけるマンホールポンプの状態を診断する診断ステップと、を備え、診断指標に、少なくとも診断対象期間における一方のマンホールポンプの運転回数と他方のマンホールポンプの運転回数との比が含まれ、診断指標算出ステップは、運転回数の比を算出する前に、診断対象期間における一方のマンホールポンプの運転回数と他方のマンホールポンプの運転回数との差が１である場合に、運転回数の少ないマンホールポンプの運転回数に１を加算し、または、運転回数の多いマンホールポンプの運転回数から１を減算するマンホールポンプの診断方法。
【選択図】図３

Description

本発明は、マンホール内に設置され、起動と停止を繰り返す２台のマンホールポンプの診断方法及び診断装置に関する。

マンホールポンプ設備は、流入管から流入した汚水を貯留する貯水部と、貯水部に貯留された汚水を流出管に排水する複数台のポンプと、貯水部に貯留された汚水の水位を計測する水位計と、水位計で計測された水位がポンプ起動水位に達すると何れかのポンプを起動して汚水を流出管に排水し、水位がポンプ停止水位に達すると当該ポンプを停止する汚水搬送制御を実行する制御装置を備えた制御盤を備えている。

このようなマンホールポンプ設備には通常２台のポンプが設置され、制御装置は汚水を搬送する度にそれらのポンプを交互に運転するように構成されている。

特許文献１には、ポンプ場における複数のポンプにより排出すべき所定時間毎の積算流入量を各ポンプの所定時間内の運転時間で除した値を各ポンプの平均的排水能力として時系列データで管理する手段と、その時系列データとして管理される各ポンプの平均的排水能力が予め設定されている排水能力範囲を越えたか否かを判定する手段と、複数のポンプ各々の平均的排水能力が設定排水能力範囲を越えたときに警報を発する手段とを備えているポンプ場の監視システムが提案されている。

特許文献２には、水位センサにより検知された貯留水位がポンプ起動水位に達すると電磁開閉器を作動させて水中ポンプを駆動する圧送制御部と、電動機を駆動する電磁開閉器の作動状態と、電磁開閉器を介して電機子巻線に接続される給電線の電流を検知する電流センサの検知状態と、貯留水位に基づいて異常の有無を判定する異常判定部を備え、異常判定部は、電磁開閉器の作動中に電流センサにより電流が検知されず、水位センサにより貯留水位の低下が検知されないと、オートカットが作動している電動機の過熱異常と判定する水中ポンプの制御装置が開示されている。

上述したような従来のマンホールポンプ設備に備えた制御装置は、ポンプの駆動電流値、起動水位から停止水位に到るまでのポンプの運転時間、ポンプの温度などの物理量が所定の閾値を超えたか否かにより各ポンプが異常であるか否かを判定していた。そして、想定される異常の種類に適した物理量を計測するために様々なセンサを用いて計測処理を行なう必要があり、非常に煩雑になるという問題があった。

また、異常判断するための閾値もポンプが設置されたマンホールの環境に左右されるため一律に設定することが困難であった。例えば単位時間当たりの入水量が多い地域と少ない地域ではポンプに起動頻度や運転時間に長短の偏りが生じるため、一定の閾値で判断すると正確な判定が困難になるという問題があった。

特に、各マンホールポンプ設備の制御盤に通信装置を備え、各通信装置から送信されたポンプの運転データを管理するサーバを備え、管理者が所有する端末からサーバにアクセスして運転状況をモニタすることが可能な遠隔監視システムでは、それぞれのマンホールポンプ設備に備えたポンプの様々な異常を個別に判定するために、非常に多くの物理量を送信する必要があり、そのためのセンサの数や送信データの容量が増大する一方で、適切な閾値を設定することが困難であるという問題があった。

そこで、特許文献３には、少ない物理量であっても様々な原因による異常診断が的確に行なえるマンホールポンプの診断方法が提案されている。当該マンホールポンプの診断方法は、マンホール内に設置され、起動と停止を繰り返す２台のマンホールポンプの診断方法であって、所定の診断対象期間内の各マンホールポンプの１起動当りの運転時間をサンプリングしてそれぞれの平均運転時間を一対の特性値として算出するサンプリングステップと、前記サンプリングステップで算出された一対の特性値を正規化する正規化ステップと、一対の特性値の一方をｘ軸、他方をｙ軸とする２次元座標系に、正規化された一対の特性値をプロットし、プロットした特性値点が、機械学習装置を用いて２次元座標系に予め設定された境界閾値の何れの側に存在するかに基づいて各マンホールポンプの正常または異常を一次診断する診断ステップと、を備えている。

特開２００１－３４３３８号公報 特開２０１０－２３６１９１号公報 特開２０２０－１０７０７３号公報

特許文献３に開示されたマンホールポンプの診断方法は、所定の診断対象期間における各マンホールポンプの平均運転時間を正規化した値を一対の特性値として、予め正常範囲を示す境界閾値が機械学習装置により定められた２次元座標系にプロットすることにより、当該一対の特性値が境界閾値に入ると正常であり、境界閾値から逸脱すると異常であると診断するように構成されている。

機械学習装置により定められる境界閾値は、様々な環境に設置された多くのマンホールポンプの正常時の特性値を教師データとして学習することにより得られる値であり、診断対象となるマンホールポンプの特性値が、当該マンホールポンプの過去の特性値のみに基づく統計データに基づいて正規化された値とすることで、設置環境などの差異による影響を低減しながらも、種類の少ない特性値を用いて適切な診断が実現できる。

しかし、このようなマンホールポンプの診断方法に適用する特性値として、診断対象期間における一方のマンホールポンプの運転回数と他方のマンホールポンプの運転回数との比を採用する場合に、診断対象期間におけるマンホールポンプの運転回数が少ないと、特性値に大きなばらつきが生じて誤診断を招く虞があった。

正常状態では２台のマンホールポンプが交互運転されるため、診断対象期間における各マンホールポンプの運転回数が増える程に、運転回数の比は１に収束するのであるが、各マンホールポンプの運転回数が少ない場合には、運転回数の比が１から大きく偏った値となる場合があるためである。

例えば、診断対象期間における各マンホールポンプの運転回数が等しい場合には、運転回数の比が１になるのに対して、診断対象期間における一方のマンホールポンプの運転回数が１で、一方のマンホールポンプの運転回数が２となる場合には運転回数の比が０．５となり、上述と逆の場合には運転回数の比が２となる。

本発明の目的は、上述した問題に鑑み、各マンホールポンプの運転回数の比を診断指標として選択する場合であっても異常診断が的確に行なえるマンホールポンプの診断方法及び診断装置を提供する点にある。

上述の目的を達成するため、本発明によるマンホールポンプの診断方法の第一の特徴構成は、マンホール内に設置され、起動と停止を繰り返す２台のマンホールポンプの状態を診断するマンホールポンプの診断方法であって、診断対象期間に収集された前記マンホールポンプの運転情報から診断指標を算出する診断指標算出ステップと、前記診断指標算出ステップで算出された診断指標に基づいて前記診断対象期間における前記マンホールポンプの状態を診断する診断ステップと、を備え、前記診断指標に、少なくとも前記診断対象期間における一方のマンホールポンプの運転回数と他方のマンホールポンプの運転回数との比が含まれ、
前記診断指標算出ステップは、前記運転回数の比を算出する前に、前記診断対象期間における一方のマンホールポンプの運転回数と他方のマンホールポンプの運転回数との差が１である場合に、運転回数の少ないマンホールポンプの運転回数に１を加算し、または、運転回数の多いマンホールポンプの運転回数から１を減算するように構成されている点にある。

診断指標算出ステップで算出される診断指標として、診断対象期間における一方のマンホールポンプの運転回数と他方のマンホールポンプの運転回数との比を採用する場合に、一方のマンホールポンプの運転回数と他方のマンホールポンプの運転回数との差が１であれば、双方のマンホールポンプが適切に交互運転されていると推定し、運転回数の少ないマンホールポンプの運転回数に１を加算し、または、運転回数の多いマンホールポンプの運転回数から１を減算して、運転回数の比を１に補正することで、診断対象期間におけるマンホールポンプの運転回数が少ない場合であっても、誤診断が回避されるようになる。

同第二の特徴構成は、上述した第一の特徴構成に加えて、前記診断指標に、前記診断対象期間における一方のマンホールポンプの運転時間と他方のマンホールポンプの運転時間との比がさらに含まれ、前記診断指標算出ステップは、運転回数の少ないマンホールポンプの運転回数に１を加算し、または、運転回数の多いマンホールポンプの運転回数から１を減算する場合に、加算または減算に対応するマンホールポンプの１起動当たりの運転時間として前記診断対象期間における１起動当りの運転時間の平均値を採用する点にある。

診断指標として、運転回数の比に加えてさらに各マンホールポンプの運転時間の比を採用する場合には、補正した運転回数とのバランスを保つ必要がある。そのために、運転回数を増加または減少補正したマンホールポンプの運転時間を増加または減少補正する必要があり、その際に１起動当たりの運転時間として診断対象期間における１起動当りの運転時間の平均値を補正値として採用することで、適切な診断ができるようになる。

同第三の特徴構成は、上述した第一または第二の特徴構成に加えて、診断指標算出ステップは、前記診断対象期間を含む直近の所定期間に算出された各診断指標のみから算出した統計データに基づいて、前記診断対象期間における前記診断指標を正規化する正規化ステップを含み、前記診断ステップは、所定の座標系に、正規化された診断指標をプロットし、プロットした診断指標点が前記座標系に予め設定された境界閾値の何れの側に存在するかに基づいて前記マンホールポンプの正常または異常を診断するように構成され、前記境界閾値は、当該診断対象となるマンホール内に設置された前記マンホールポンプを含む複数のマンホール内に設置された複数のマンホールポンプから得られる正常稼働状態にける診断指標のみを教師データに用いて学習する機械学習装置により自動生成され、正常な診断指標が内部に含まれる特徴空間となる前記座標系の境界を示すものである点にある。

例えば、流入水量が多い地域と少ない地域など、マンホールの設置環境などにより診断指標の値が大きく変動する場合でも、診断対象期間を含む直近の所定期間に算出された個別の診断指標のみから算出した統計データに基づいて、診断対象期間における診断指標を正規化することで、設置環境などの外的要因の影響を排除することができる。また、正規化された診断指標を所定の座標系にプロットして、正常または異常を診断する境界閾値を、設置環境などが異なる複数のマンホールに設置されたマンホールポンプから得られた正常稼働時の診断指標のみを教師データに用いて機械学習することで得られる値を採用することで、事前に異常時の診断指標をわざわざ準備しなくても、設置環境などの影響を受けない適切な診断ができるようになる。

同第四の特徴構成は、上述した第一から第三の何れかの特徴構成に加えて、診断指標算出ステップと前記診断ステップは、前記診断対象期間が経過する度に繰り返されるように構成され、前記診断指標算出ステップは、前記マンホールポンプの運転情報が所定条件を充足する場合にのみ前記診断指標を算出し、前記診断ステップは、前記診断指標算出ステップにより前記診断指標が算出されたときに前記マンホールポンプの状態を診断するように構成されている点にある。

診断対象期間（例えば２４時間など、適宜設定される）が経過する度に、その間に収集された運転情報から診断指標算出ステップにより診断指標が算出され、診断ステップにより診断対象期間におけるマンホールポンプの状態が診断される一連の動作が繰り返されるが、例えばメンテナンスのために一方のマンホールポンプが単独運転されるように設定されている場合や、流入水が無くマンホールポンプが稼働しないような非定常な場合に診断されると誤診断を招く虞がある。そのような場合でも、収集されるマンホールポンプの運転情報に所定条件を設定して、当該所定条件を充足する場合にのみ診断指標を算出するように構成しておけば、不用意な誤診断を未然に回避することができる。

本発明によるマンホールポンプの診断装置の第一の特徴構成は、マンホール内に設置され、起動と停止を繰り返す２台のマンホールポンプの状態を診断するマンホールポンプの診断装置であって、診断対象期間に収集された前記マンホールポンプの運転情報から診断指標を算出する診断指標算出処理部と、前記診断指標算出処理部で算出された診断指標に基づいて前記診断対象期間における前記マンホールポンプの状態を診断する診断処理部と、を備え、前記診断指標に、少なくとも前記診断対象期間における一方のマンホールポンプの運転回数と他方のマンホールポンプの運転回数との比が含まれ、前記診断指標算出処理部は、前記運転回数の比を算出する前に、前記診断対象期間における一方のマンホールポンプの運転回数と他方のマンホールポンプの運転回数との差が１である場合に、運転回数の少ないマンホールポンプの運転回数に１を加算し、または、運転回数の多いマンホールポンプの運転回数から１を減算するように構成されている点にある。

同第二の特徴構成は、上述した第一の特徴構成に加えて、前記診断指標に、前記診断対象期間における一方のマンホールポンプの運転時間と他方のマンホールポンプの運転時間との比がさらに含まれ、前記診断指標算出処理部は、運転回数の少ないマンホールポンプの運転回数に１を加算し、または、運転回数の多いマンホールポンプの運転回数から１を減算する場合に、加算または減算に対応するマンホールポンプの１起動当たりの運転時間として前記診断対象期間における１起動当りの運転時間の平均値を採用する点にある。

同第三の特徴構成は、上述した第一または第二の特徴構成に加えて、診断指標算出処理部は、前記診断対象期間を含む直近の所定期間に算出された各診断指標のみから算出した統計データに基づいて、前記診断対象期間における前記診断指標を正規化する正規化処理部を含み、前記診断処理部は、所定の座標系に、正規化された診断指標をプロットし、プロットした診断指標点が前記座標系に予め設定された境界閾値の何れの側に存在するかに基づいて前記マンホールポンプの正常または異常を診断するように構成され、前記境界閾値は、当該診断対象となるマンホール内に設置された前記マンホールポンプを含む複数のマンホール内に設置された複数のマンホールポンプから得られる正常稼働状態にける診断指標のみを教師データに用いて学習する機械学習装置により自動生成され、正常な診断指標が内部に含まれる特徴空間となる前記座標系の境界を示すものである点にある。

同第四の特徴構成は、上述した第一から第三の何れかの特徴構成に加えて、診断指標算出処理部と前記診断処理部は、前記診断対象期間が経過する度に繰り返し実行されるように構成され、前記診断指標算出処理部は、前記マンホールポンプの運転情報が所定条件を充足する場合にのみ前記診断指標を算出し、前記診断処理部は、前記診断指標算出処理部により前記診断指標が算出されたときに前記マンホールポンプの状態を診断するように構成されている点にある。

以上説明した通り、本発明によれば、各マンホールポンプの運転回数の比を診断指標として選択する場合であっても異常診断が的確に行なえるマンホールポンプの診断方法及び診断装置を提供することができるようになった。

マンホールポンプの説明図 マンホールポンプの診断装置の説明図 マンホールポンプの診断方法の手順を示す説明図 （ａ）は計測データの説明図、（ｂ）は計測データの要部拡大説明図 正規化処理の説明図 （ａ）は一次診断の説明図、（ｂ）は運転回数の差が１のときの補正処理の前後における診断指標の値を示す説明図 累積評価値及び最終診断の説明図 診断マップの説明図

以下に、本発明によるマンホールポンプの診断方法及び診断装置を説明する。

図１にはマンホールポンプ装置１０が示されている。マンホールポンプ装置１０は、上流側の汚水流入管１１から流入した汚水を貯留する貯水部としてのマンホール１２と、マンホール１２に貯留された汚水を下流側の汚水流出管１３に圧送する２台のポンプＰＡ，ＰＢと、マンホール１２に貯留された汚水の水位を計測する水位計１８，１９を備えている。

第１ポンプＰＡの吐出し曲管１５ａには第１揚水管１５ｂ、第１曲管１５ｃ、第１水平管１５ｄがそれぞれフランジ接続され、第１水平管１５ｄがヘッダー管１３ａを介して汚水流出管１３にフランジ接続されている。第１揚水管１５ｂと第１曲管１５ｃの間に逆止弁１５ｅが設けられている。

第２ポンプＰＢの吐出し曲管１７ａには第２揚水管１７ｂ、第２曲管１７ｃがそれぞれフランジ接続され、第２曲管１７ｃがヘッダー管１３ａを介して汚水流出管１３にフランジ接続されている。第２揚水管１７ｂと第２曲管１７ｃとの間に逆止弁１７ｅが設けられている。

投込圧力式または気泡式の水位計１８がマンホール１２の底部に設置されている。当該水位計１８によってマンホール１２に貯留される汚水の水位が連続的に検出される。さらにフロート式の水位計１９が、異常高水位ＨＨＷＬを検出するバックアップ用の水位計として設置されている。

マンホール１２の近傍には、ポンプＰＡ，ＰＢを制御してマンホール１２に溜まった汚水を汚水流出管１３に圧送する汚水搬送制御を実行する制御部２１を含む制御盤２０が収容された制御盤装置２００が設置されている。

制御盤２０には、制御部２１、記憶部２２、通信部２４が設けられている。記憶部２２には制御部２１からの制御情報、水位計１８，１９からの水位情報などが記憶される。通信部２４は、記憶部２２に記憶された各種情報を遠隔の監視装置４０に送信する送信部と、監視装置４０からの制御指令を受信する受信部を備えている。

通信部２４と監視装置４０との間をつなぐ通信媒体として例えば携帯電話網のような無線通信媒体が好適に用いられ、このような通信媒体を介して監視装置４０と通信部２４がインターネット接続され、さらにマンホールポンプ装置１０の管理者が所有する携帯通信端末３０と監視装置４０とが無線通信媒体を介してインターネット接続可能に構成されている。

制御盤２０と各ポンプＰＡ，ＰＢは交流の給電線Ｌ１，Ｌ２で接続され、制御盤２０と水位計１８，１９は信号線Ｓで接続されている。

制御部２１は、水位計１８で計測された水位が所定のポンプ起動水位ＨＷＬに達したことを検知するとポンプＰＡ，ＰＢのうち一方のポンプＰＡを起動するために給電線Ｌ１から給電制御し、水位がポンプ起動水位ＨＷＬより低位のポンプ停止水位ＬＷＬに達したことを検知すると給電を停止して当該一方のポンプＰＡを停止する。

制御部２１は、その後再び水位がポンプ起動水位ＨＷＬに達したことを検知すると他方のポンプＰＢを起動するために給電線Ｌ２から給電制御し、ポンプ停止水位ＬＷＬに達したことを検知すると給電を停止して当該ポンプＰＢを停止する。つまり、制御部２１はポンプＰＡ，ＰＢを交互に運転制御する。

さらに、制御部２１は、水位計１８の故障などによりポンプ起動水位ＨＷＬが検知できない場合や、集中豪雨によりポンプ１台の排水能力を上回るような大量の雨水がマンホール１２に流入し、異常高水位ＨＨＷＬに達したことが水位計１９で計測されたことを検知すると、２台のポンプＰＡ，ＰＢを同時に運転する。

制御部２１は、例えば１分間隔で水位計１８，１９により検知された水位情報を時系列的にサンプリングして記憶部２２に記憶するとともに、各ポンプＰＡ，ＰＢの起動時期及び停止時期と、起動から停止までの運転時間などの時系列的な運転情報を記憶部２２に記憶する。

図２に示すように、各マンホールポンプ装置１０の制御盤２０に備えた通信部２４は、記憶部２２に記憶された水位情報及び運転情報を所定インタバルで監視装置４０に送信するように構成されている。

監視装置４０は、複数のマンホールポンプ装置１０に対する診断装置として機能し、例えばサーバコンピュータで構成することができる。監視装置４０は、各マンホールポンプ装置１０の通信部２４や管理者の携帯通信端末３０と通信する通信部４１、各マンホールポンプ装置１０の通信部２４から送信された水位情報及び運転情報を格納するデータベースＤＢ、データベースＤＢとの間でデータをやり取りするデータ処理部４２、データベースＤＢに格納された水位情報及び／または運転情報に基づいて各マンホールポンプ装置１０が正常に稼働しているか否かを診断する診断部４４を備えている。

診断部４４は、診断指標算出処理部４６と、診断処理部４８を備えている。診断指標算出処理部４６は、マンホールポンプ装置１０毎に診断対象期間に収集されたマンホールポンプＰＡ，ＰＢの運転情報から診断指標を算出する。診断処理部４８は、診断指標算出処理部４６で算出された診断指標に基づいて診断対象期間におけるマンホールポンプＰＡ，ＰＢの状態を診断する。

診断指標として、診断対象期間における一方のマンホールポンプＰＡの運転回数ｎ１と他方のマンホールポンプＰＢの運転回数ｎ２との比ｎ１／ｎ２、及び、診断対象期間における一方のマンホールポンプＰＡの運転時間ｔ１と他方のマンホールポンプＰＢの運転時間ｔ２との比ｔ１／ｔ２が採用される。

診断指標算出処理部４６は、運転回数の比ｎ１／ｎ２を算出する前に、診断対象期間における一方のマンホールポンプＰＡの運転回数ｎ１と他方のマンホールポンプＰＢの運転回数ｎ２との差が１である場合に、運転回数の少ないマンホールポンプの運転回数に１を加算し、または、運転回数の多いマンホールポンプの運転回数から１を減算する。

正常状態では２台のマンホールポンプＰＡ，ＰＢが交互運転されるため、診断対象期間における各マンホールポンプＰＡ，ＰＢの運転回数が増える程に、運転回数の比ｎ１／ｎ２は１に収束するのであるが、診断対象期間における各マンホールポンプＰＡ，ＰＢの運転回数が少ない場合には、運転回数の比ｎ１／ｎ２が１から大きく偏った値となり、誤診断を招く虞がある。

そこで、一方のマンホールポンプＰＡの運転回数ｎ１と他方のマンホールポンプＰＢの運転回数ｎ２との差が１であれば、双方のマンホールポンプＰＡ，ＰＢが適切に交互運転されていると推定し、運転回数の少ないマンホールポンプの運転回数に１を加算し、または、運転回数の多いマンホールポンプの運転回数から１を減算して、運転回数の比を１に補正する。この補正により、診断対象期間におけるマンホールポンプＰＡ，ＰＢの運転回数が少ない場合であっても、誤診断が回避されるようになる。

診断指標算出処理部４６は、運転回数の少ないマンホールポンプの運転回数に１を加算し、または、運転回数の多いマンホールポンプの運転回数から１を減算する場合に、加算または減算に対応するマンホールポンプの１起動当たりの運転時間として、当該診断対象期間における１起動当りの運転時間の平均値を採用する。

補正した運転回数とのバランスを保つ必要があるために、運転回数を増加または減少補正したマンホールポンプの１起動当たりの運転時間を増加または減少補正するものであり、診断対象期間における１起動当りの運転時間の平均値を補正値として採用することで、適切な診断ができるようになる。

さらに、診断指標算出処理部４６は、診断対象期間を含む直近の所定期間に算出された各診断指標のみから算出した統計データに基づいて、診断対象期間における診断指標を正規化する正規化処理部を備えている。

例えば、流入水量が多い地域と少ない地域など、マンホールポンプ装置１０の設置環境などにより診断指標の値が大きく変動する場合でも、診断対象期間を含む直近の所定期間に算出された個別の診断指標のみから算出した統計データに基づいて、診断対象期間における診断指標を正規化することで、設置環境などの外的要因の影響を排除することができる。

診断処理部４８は、所定の座標系、本実施形態ではｘ，ｙの２次元座標系に、正規化された診断指標をプロットし、プロットした診断指標点が２次元座標系に予め設定された境界閾値の何れの側に存在するかに基づいてマンホールポンプＰＡ，ＰＢの正常または異常を診断する。

境界閾値は、当該診断対象となるマンホール１２内に設置されたマンホールポンプＰＡ，ＰＢを含む複数のマンホール１２内に設置された複数のマンホールポンプＰＡ，ＰＢから得られる正常稼働状態にける診断指標のみを教師データに用いて学習する機械学習装置により自動生成され、正常な診断指標が内部に含まれる特徴空間となる次元座標系の境界を示すものである。当該機械学習装置は、診断処理部４８に構築され、ワンクラスサポートベクタ－マシンアルゴリズムを実行する機能ブロックで構成されている。

正規化された診断指標を所定の座標系にプロットして、正常または異常を診断する境界閾値を、設置環境などが異なる複数のマンホールに設置されたマンホールポンプから得られた正常稼働時の診断指標のみを教師データに用いて機械学習することで得られる値を採用することで、事前に異常時の診断指標をわざわざ準備しなくても、設置環境などの影響を受けない適切な診断ができるようになる。

さらに診断処理部４８は、特性値点が異常であると一次診断される度に、所定の異常基準値に特性値点と境界閾値との距離に基づく重み係数を乗じて加算するとともに、特性値点が一次診断で正常と診断される度に、所定の正常復帰評価値を減算して得られる累積評価値に基づいてマンホールポンプの正常または異常を最終診断するように構成されている。

２次元座標系に設定された境界閾値の外側が複数の領域に区分され、各区分が異常原因の何れかと関連付けられた診断マップを備え、診断処理部４８は、各特性値点がプロットされた領域に基づいて異常原因を診断するように構成されている。

図３には、監視装置４０で実行される一連の診断処理のフローが示されている。データ処理部４２が、各マンホールポンプ装置１０から診断対象期間として設定された１日分の運転情報である計測データを受信しデータベースＤＢに格納し終えると（ＳＡ１）、診断指標算出処理部４６は、各マンホールポンプ装置１０のポンプ毎に異常判定に用いる診断指標を算出するための計測データとしてポンプＰＡ，ＰＢの其々の運転回数ｎ１，ｎ２を抽出するとともに、１日のポンプの運転時間の合計ｔ１，ｔ２を抽出し、診断指標として、運転回数の比ｎ１／ｎ２と運転時間の比ｔ１／ｔ２を算出する（ＳＡ２）。

ステップＳＡ２では、運転回数の比ｎ１／ｎ２を算出する前に、診断対象期間における一方のマンホールポンプの運転回数ｎ１と他方のマンホールポンプの運転回数ｎ２との差が１である場合に、運転回数の少ないマンホールポンプの運転回数に１を加算し、または、運転回数の多いマンホールポンプの運転回数から１を減算する処理が実行される。なお、運転回数ｎ１と運転回数ｎ２の差が１以外の場合、つまり、同値であるか２以上となる場合には、当該補正処理は行わない。

さらに、運転回数の少ないマンホールポンプの運転回数に１を加算し、または、運転回数の多いマンホールポンプの運転回数から１を減算する場合に、診断対象期間における１起動当りの運転時間の平均値を算出し、加算または減算に対応するマンホールポンプの１起動当たりの運転時間として平均値を加算または減算する。

診断指標算出処理部４６は、データベースＤＢに格納されている当該診断対象期間（１日）を含む直近の所定期間、例えば数か月（本実施形態では３か月）の間に算出された当該マンホールポンプ装置１０の各診断指標のみから算出した統計データに基づいて、当該診断対象期間（１日）における診断指標を正規化処理する（ＳＡ３）。

診断処理部４８は、診断指標算出処理部４６により算出された正規化処理後の診断指標を機械学習装置に入力して、予め設定された境界閾値に基づいて一次判定を行ない（ＳＡ５）、異常と判定されると異常の程度を加味して累積評価値を加算処理し（ＳＡ６）、正常と判定されると累積評価値を減算処理する（ＳＡ７）。

このような処理を日々繰り返して算出された累積評価値が予め設定された累積異常閾値を超えるか否かの最終的な異常判定を行ない（ＳＡ８）、累積異常閾値を超えていると、予め異常原因との相関を示す診断マップに基づいて異常原因を特定し（ＳＡ９）、異常原因とともに異常状態である旨の警報を管理者の所有する携帯端末などに送信する（ＳＡ１０）。警報通知は、通信部４１に備えたメーラーを介して電子メールとして送信される。

以下、診断部４４について詳述する。
図４（ａ）には、診断対象期間となる午前０時０分から翌０時０分までの２４時間のマンホールポンプ装置１０の運転データが示されている。上段から順に水位の変動状況、ポンプＰＡ、ＰＢの運転タイミングと運転時間、ポンプＰＡの電流値、ポンプＰＢの電流値がそれぞれ示されている。

図４（ｂ）には、図４（ａ）に示した水位の変動状況、ポンプＰＡ、ＰＢの運転タイミングと運転時間の関係を理解容易にするための拡大表示である。マンホールの貯水水位がＨＷＬに達するとポンプＰＡが起動されて水位がＬＷＬに低下すると停止される。次に貯水水位がＨＷＬに達するとポンプＰＢが起動されて水位がＬＷＬに低下すると停止される。水位がＨＷＬからＬＷＬに低下するまでの間は何れかのポンプが起動されている。ポンプの搬送量が低下している場合や、マンホールへの汚水の流入量が多い場合などには、ポンプの運転時間が長くなる。

各マンホールポンプ装置１０の記憶部２２に記憶されたこのような水位情報及び運転情報が通信部２４を介して監視装置４０に送信され、データ処理部４２を介してデータベースＤＢに格納される。

データ処理部４２は、診断対象期間におけるこのような運転情報を診断指標算出処理部４６に引き渡し、診断指標算出処理部４６は、引き渡された運転情報から各ポンプＰＡ，ＰＢの「運転回数ｎ１，ｎ２」と「ポンプ運転時間の合計値ｔ１，ｔ２」を診断指標として算出する。

図５に示すように、診断指標算出処理部４６は、直近の過去３か月の間にデータベースＤＢに蓄積された運転情報から求まる過去の診断指標を母集団としてデータの正規化のための平均値μ及び分散σ^２を算出し、特徴量ｘに対して数式（ｘ－μ）／σにより特徴量であるそれぞれの平均運転時間を正規化処理する。

直近の過去３か月に限るものではないが、正規化処理に必要な統計データ（平均値、分散値）は、正規化処理実行時の診断対象期間を含む直近の所定期間の診断指標を含むポンプの運転情報に基づいて算出されることが好ましく、例えば季節変動などの時間経過に起因する影響が排除され、信頼性の高い診断が可能になる。

診断指標算出処理部４６で正規化処理された診断指標「運転回数の比ｎ１／ｎ２」と「ポンプ運転時間の合計値の比ｔ１／ｔ２」で構成される一対の特性値が診断処理部４８に入力されると、一対の特性値の一方をｘ軸、他方をｙ軸とする２次元座標系に対応付けてプロットし、プロットされた特性値点が２次元座標系に予め設定された境界閾値の何れの側に存在するかに基づいて各マンホールポンプの正常または異常を一次診断する。

図６（ａ）には、縦軸（ｙ軸）を「ポンプ運転時間の合計値の比ｔ１／ｔ２」、横軸（ｘ軸）を「運転回数の比ｎ１／ｎ２」とする２次元座標系の原点（各値の平均値）を有する略円形の閉曲線（太線で示されている。）を境界閾値として、プロットされた特性値点が境界閾値の内側に位置すると正常であり、プロットされた特性値点が境界閾値の外側に位置すると異常であると判定される様子が示されている。

上述したように、診断処理部４８に備えた機械学習装置は、当該診断対象となるマンホールポンプ装置１０に設置されたマンホールポンプを含む複数のマンホールポンプ装置１０に設置された複数のマンホールポンプから得られる正常稼働状態にける診断指標のみを教師データに用いて学習することで境界閾値を自動生成する。生成された境界閾値は、正常な診断指標が内部に含まれる特徴空間となる座標系の境界を示すものである。機械学習装置で実行される学習アルゴリズムとして、ワンクラスサポートベクタ－マシン、ＬＯＦ（local outlier factor）法、ＩＦ(Isolation Forest)法、ＲＣ(Robust Covariance)法などを用いることができる。

機械学習を行なうことにより、図６（ａ）に示す写像空間（特徴空間）において、正常な測定データ（トレーニングデータ）を写像した正常データ空間、つまり境界閾値の内部空間が生成される。図６の例では、２台のポンプが設置された１００か所のマンホールポンプ装置１０で得られた正常状態における一対の特性値の１年分を学習データとして学習した結果が示されている。

図６（ｂ）には、各ポンプＰＡ，ＰＢの運転回数ｎ１と運転回数ｎ２の差が１である場合に、補正されない診断指標をプロットした補正前データと、補正した後の診断指標をプロットした補正後データが例示されている。補正されない診断指標では、境界閾値から逸脱しており、異常と診断されることになるが、補正後の診断指標では、境界閾値の内部に存在しており、正常と診断されることになる。

診断処理部４８は、特性値点が異常であると一次診断する度に、以下の数式に基づいて、所定の異常基準値Ｖｎｂに各特性値点の位置と境界閾値との距離に基づく重み係数Ｗを乗じて加算するとともに、各特性値点が一次診断で正常と診断される度に、所定の正常復帰評価値Ｖｐｂを減算することにより累積評価値Ｖを算出し、累積評価値に基づいてマンホールポンプ装置の正常または異常を最終診断する。特性値点の位置と境界閾値との距離とは、特性値点を通る境界閾値からの法線の長さをいう。
Ｖ＝Ｖｎｂ×Ｗ－Ｖｐｂ
本実施形態では、Ｖｎｂ＝１、Ｖｎｂ＜Ｖｐｂ＜Ｗｍａｘ×Ｖｎｂに設定されている。

一次診断で異常と診断された場合でもその後に正常と診断されるような軽度な異常もあれば、継続して異常と診断されてやがて重大な故障に到るような異常もある。そのような場合でも、一次診断で異常と診断される度に所定の異常基準値に特性値点と境界閾値との距離に基づく重み係数を乗じた値を加算し、正常と診断される度に所定の正常復帰評価値を減算することにより得られる累積評価値を算出して、当該累積評価値に基づいて機械設備の正常または異常を最終診断することにより、例えば近い将来にメンテナンスが必要な異常など異常の程度を加味した診断が可能になる。

図７には、累積評価値の変遷が示されている。累積評価値は特性値点がプロットされる所定期間ごとに一次評価が行なわれ、異常判定されると初期値０からＶｎｂ×Ｗの値が加算され、正常判定されるとＶｐｂの値が減算される。累積評価値が所定の閾値、この例では「１０」超えると最終的な異常判定がなされ、管理者の所有する携帯端末などにその旨が送信される。なお、異常判定された後も一次判定及び最終判定は継続的に行なわれる。

図８には、診断マップが例示されている。図６に示す特徴空間に示された境界閾値の外側が８領域に区分され、各区分が異常原因の何れかと関連付けられている。診断処理部４８は、各特徴データがプロットされた領域に基づいて異常原因を診断する。

例えば、図８の例では、領域１，２，４に特性値点がプロットされると、長時間運転となるポンプＰＡに排水能力の低下という異常が発生していると診断され、領域５，７，８に特性値点がプロットされると、長時間運転となるポンプＰＢに排水能力の低下という異常が発生していると診断され、領域３，６に特性値点がプロットされると、ポンプの運転時間および回数が何れか一方に偏っていることから制御盤２０に設けた回路部品などに異常が生じていると診断される。

上述した例では、診断指標として、ポンプの運転回数の比ｎ１／ｎ２と運転時間の比ｔ１／ｔ２を採用する例を説明したが、本発明は、少なくともポンプの運転回数の比ｎ１／ｎ２が含まれていることが必要であり、他は運転時間の比ｔ１／ｔ２に代えて１回の起動に要した平均運転時間の比などを採用してもよい。また、診断指標としてポンプの運転回数の比ｎ１／ｎ２のみを採用してもよい。

診断指標算出処理部４６と診断処理部４８は、診断対象期間が経過する度に繰り返し実行されるように構成され、前記診断指標算出処理部は、前記マンホールポンプの運転情報が所定条件を充足する場合にのみ診断指標を算出し、診断処理部は、診断指標算出処理部により診断指標が算出されたときにマンホールポンプの状態を診断するように構成されている。

所定条件として、何れかのマンホールポンプがメンテナンスのために停止されている場合、双方が運転可能状態にあるが、診断対象期間に何れかの運転回数または運転時間が零である場合、マンホールポンプが交換されて、正規化のための診断指標が蓄積されていない場合が該当する。

収集されるマンホールポンプの運転情報に所定条件を設定して、当該所定条件を充足する場合にのみ診断指標を算出するように構成しておけば、不用意な誤診断を未然に回避することができる。

以上説明したように、本発明によるマンホールポンプの診断方法は、マンホール内に設置され、起動と停止を繰り返す２台のマンホールポンプの状態を診断するマンホールポンプの診断方法であり、上述した診断装置により実行される。
即ち、マンホールポンプの診断方法は、診断対象期間に収集された前記マンホールポンプの運転情報から診断指標を算出する診断指標算出ステップと、前記診断指標算出ステップで算出された診断指標に基づいて前記診断対象期間における前記マンホールポンプの状態を診断する診断ステップと、を備え、前記診断指標に、少なくとも前記診断対象期間における一方のマンホールポンプの運転回数と他方のマンホールポンプの運転回数との比が含まれ、前記診断指標算出ステップは、前記運転回数の比を算出する前に、前記診断対象期間における一方のマンホールポンプの運転回数と他方のマンホールポンプの運転回数との差が１である場合に、運転回数の少ないマンホールポンプの運転回数に１を加算し、または、運転回数の多いマンホールポンプの運転回数から１を減算するように構成されている。

前記診断指標に、前記診断対象期間における一方のマンホールポンプの運転時間と他方のマンホールポンプの運転時間との比がさらに含まれ、前記診断指標算出ステップは、運転回数の少ないマンホールポンプの運転回数に１を加算し、または、運転回数の多いマンホールポンプの運転回数から１を減算する場合に、加算または減算に対応するマンホールポンプの１起動当たりの運転時間として前記診断対象期間における１起動当りの運転時間の平均値を採用する。

診断指標算出ステップは、前記診断対象期間を含む直近の所定期間に算出された各診断指標のみから算出した統計データに基づいて、前記診断対象期間における前記診断指標を正規化する正規化ステップを含み、前記診断ステップは、所定の座標系に、正規化された診断指標をプロットし、プロットした診断指標点が前記座標系に予め設定された境界閾値の何れの側に存在するかに基づいて前記マンホールポンプの正常または異常を診断するように構成され、前記境界閾値は、当該診断対象となるマンホール内に設置された前記マンホールポンプを含む複数のマンホール内に設置された複数のマンホールポンプから得られる正常稼働状態にける診断指標のみを教師データに用いて学習する機械学習装置により自動生成され、正常な診断指標が内部に含まれる特徴空間となる前記座標系の境界を示すものである。

診断指標算出ステップと前記診断ステップは、前記診断対象期間が経過する度に繰り返されるように構成され、前記診断指標算出ステップは、前記マンホールポンプの運転情報が所定条件を充足する場合にのみ前記診断指標を算出し、前記診断ステップは、前記診断指標算出ステップにより前記診断指標が算出されたときに前記マンホールポンプの状態を診断するように構成されている。

上述した実施形態は本発明の一例を示すものであり、該記載により本発明の技術的範囲が限定されるものではなく、ポンプや水位計などを始めとする各部の具体的構成、異常判定のために設定する閾値、診断対象期間、正規化処理に採用する診断指標が蓄積された所定期間、学習処理に用いる診断指標のサンプリング期間、マンホールポンプ装置の数などは本発明の作用効果が奏される範囲で適宜変更設計可能であることはいうまでもない。

１０：マンホールポンプ設備
ＰＡ，ＰＢ：ポンプ
１８，１９：水位計
２１：制御部
２２：記憶部
２４：通信部
３０：携帯端末
４０：監視装置
４１：通信部
４２：データ処理部
４４：診断部
４６：診断指標算出処理部
４８：診断処理部

Claims (8)

1. マンホール内に設置され、起動と停止を繰り返す２台のマンホールポンプの状態を診断するマンホールポンプの診断方法であって、
   診断対象期間に収集された前記マンホールポンプの運転情報から診断指標を算出する診断指標算出ステップと、
   前記診断指標算出ステップで算出された診断指標に基づいて前記診断対象期間における前記マンホールポンプの状態を診断する診断ステップと、
   を備え、
   前記診断指標に、少なくとも前記診断対象期間における一方のマンホールポンプの運転回数と他方のマンホールポンプの運転回数との比が含まれ、
   前記診断指標算出ステップは、前記運転回数の比を算出する前に、前記診断対象期間における一方のマンホールポンプの運転回数と他方のマンホールポンプの運転回数との差が１である場合に、運転回数の少ないマンホールポンプの運転回数に１を加算し、または、運転回数の多いマンホールポンプの運転回数から１を減算するように構成されているマンホールポンプの診断方法。
2. 前記診断指標に、前記診断対象期間における一方のマンホールポンプの運転時間と他方のマンホールポンプの運転時間との比がさらに含まれ、
   前記診断指標算出ステップは、運転回数の少ないマンホールポンプの運転回数に１を加算し、または、運転回数の多いマンホールポンプの運転回数から１を減算する場合に、加算または減算に対応するマンホールポンプの１起動当たりの運転時間として前記診断対象期間における１起動当りの運転時間の平均値を採用する請求項１記載のマンホールポンプの診断方法。
3. 診断指標算出ステップは、前記診断対象期間を含む直近の所定期間に算出された各診断指標のみから算出した統計データに基づいて、前記診断対象期間における前記診断指標を正規化する正規化ステップを含み、
   前記診断ステップは、所定の座標系に、正規化された診断指標をプロットし、プロットした診断指標点が前記座標系に予め設定された境界閾値の何れの側に存在するかに基づいて前記マンホールポンプの正常または異常を診断するように構成され、
   前記境界閾値は、当該診断対象となるマンホール内に設置された前記マンホールポンプを含む複数のマンホール内に設置された複数のマンホールポンプから得られる正常稼働状態にける診断指標のみを教師データに用いて学習する機械学習装置により自動生成され、正常な診断指標が内部に含まれる特徴空間となる前記座標系の境界を示すものである請求項１または２記載のマンホールポンプの診断方法。
4. 診断指標算出ステップと前記診断ステップは、前記診断対象期間が経過する度に繰り返されるように構成され、前記診断指標算出ステップは、前記マンホールポンプの運転情報が所定条件を充足する場合にのみ前記診断指標を算出し、前記診断ステップは、前記診断指標算出ステップにより前記診断指標が算出されたときに前記マンホールポンプの状態を診断するように構成されている請求項１から３の何れかに記載のマンホールポンプの診断方法。
5. マンホール内に設置され、起動と停止を繰り返す２台のマンホールポンプの状態を診断するマンホールポンプの診断装置であって、
   診断対象期間に収集された前記マンホールポンプの運転情報から診断指標を算出する診断指標算出処理部と、
   前記診断指標算出処理部で算出された診断指標に基づいて前記診断対象期間における前記マンホールポンプの状態を診断する診断処理部と、
   を備え、
   前記診断指標に、少なくとも前記診断対象期間における一方のマンホールポンプの運転回数と他方のマンホールポンプの運転回数との比が含まれ、
   前記診断指標算出処理部は、前記運転回数の比を算出する前に、前記診断対象期間における一方のマンホールポンプの運転回数と他方のマンホールポンプの運転回数との差が１である場合に、運転回数の少ないマンホールポンプの運転回数に１を加算し、または、運転回数の多いマンホールポンプの運転回数から１を減算するように構成されているマンホールポンプの診断装置。
6. 前記診断指標に、前記診断対象期間における一方のマンホールポンプの運転時間と他方のマンホールポンプの運転時間との比がさらに含まれ、
   前記診断指標算出処理部は、運転回数の少ないマンホールポンプの運転回数に１を加算し、または、運転回数の多いマンホールポンプの運転回数から１を減算する場合に、加算または減算に対応するマンホールポンプの１起動当たりの運転時間として前記診断対象期間における１起動当りの運転時間の平均値を採用する請求項５記載のマンホールポンプの診断装置。
7. 診断指標算出処理部は、前記診断対象期間を含む直近の所定期間に算出された各診断指標のみから算出した統計データに基づいて、前記診断対象期間における前記診断指標を正規化する正規化処理部を含み、
   前記診断処理部は、所定の座標系に、正規化された診断指標をプロットし、プロットした診断指標点が前記座標系に予め設定された境界閾値の何れの側に存在するかに基づいて前記マンホールポンプの正常または異常を診断するように構成され、
   前記境界閾値は、当該診断対象となるマンホール内に設置された前記マンホールポンプを含む複数のマンホール内に設置された複数のマンホールポンプから得られる正常稼働状態にける診断指標のみを教師データに用いて学習する機械学習装置により自動生成され、正常な診断指標が内部に含まれる特徴空間となる前記座標系の境界を示すものである請求項５または６記載のマンホールポンプの診断装置。
8. 診断指標算出処理部と前記診断処理部は、前記診断対象期間が経過する度に繰り返し実行されるように構成され、前記診断指標算出処理部は、前記マンホールポンプの運転情報が所定条件を充足する場合にのみ前記診断指標を算出し、前記診断処理部は、前記診断指標算出処理部により前記診断指標が算出されたときに前記マンホールポンプの状態を診断するように構成されている請求項５から７の何れかに記載のマンホールポンプの診断装置。

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